两级螺旋对称流厌氧耦合序批式活性污泥反应器处理聚乙烯醇废水外文翻译资料

两级螺旋对称流厌氧耦合序批式活性污泥反应器处理聚乙烯醇废水

作者：Qi Song , Xiaoguang Chen * , Lijuan Tang , Weizhu Zhou

单位：College of Environmental Science and Engineering, State Environmental Protection Engineering Center for Pollution Treatment and Control in Textile Industry, Donghua University, Shanghai 201620, China

摘要：本工作旨在研究纺织行业排放的含聚乙烯醇废水(PVA废水)的处理。间歇试验验证了厌氧处理的可行性，确定了最佳底物COD在3000 mg/L左右。采用单螺旋对称流厌氧生物反应器处理含PVA废水，表明了单螺旋对称流厌氧生物反应器的稳定性和废水可生化性的提高。最后，提出了两级SSSABs耦合SBR。该方案在进水COD为3014 mg/L、PVA为413 mg/L的条件下，COD和PVA去除率分别达到89.4%和90.7%，高于其他方案。反应器的贡献率表明每个反应器都发挥了重要作用，SEM图像显示了每个SSSAB中微生物区系的独特性。SSSAB—SSSAB—SBR工艺可为处理含PVA废水的化学方法提供一种替代方法。

关键词：聚乙烯醇；纺织废水；厌氧-好氧组合处理螺旋对称流厌氧反应器

1引言

聚乙烯醇(PVA)是一种水溶性合成聚合物，由聚醋酸乙烯酯水解制得^[1]。由于它具有优良的柔韧性、粘附性、膜强度、耐磨性、耐冲击性和化学耐久性，被广泛用于纺织工业的经纱上浆。聚乙烯醇的广泛应用促进了纺织工业的发展，但也造成了不良的可见污染^[2]。含PVA废水占纺织废水总有机负荷的50%，其生化需氧量/化学需氧量(BOD/COD)值仅为0.12，表明废水的生物降解性极差^[3]。这些废水的排放造成了严重的水污染。纺织行业迫切需要一种经济高效的处理含PVA废水的技术，以满足纺织行业和水处理行业的需求。

由于其有机物浓度高、可生化性差，传统的好氧生物处理工艺难以有效处理含PVA废水。目前处理含PVA废水的方法有化学混凝、高级氧化、活性炭吸附和使用特殊的细菌和酶等^[4]。但是，由于含PVA的废水中含有大量的-OH基团，而且PVA分子具有很高的亲水性和电中和性。这些因素会导致混凝效果差^[5]。因此，高级氧化法难以降解高浓度的含PVA废水。此外，高级氧化处理印染废水的效果高度依赖于预处理^[6]。活性炭吸附法需要连续投加活性炭，会造成二次污染问题。改进的膜处理技术具有更好的处理效果，但处理成本可能会更高^[7]。

一些最新的研究集中在生物处理技术和膜处理技术的改进和整合上，并取得了良好的处理效果^[8-9]。El-Kamah等人^[10]采用厌氧—好氧一体化系统处理果汁工业废水，COD去除率达到97.5%。在厌氧—好氧一体化过程中，高分子量有机物被厌氧生物降解为低分子量有机物，低分子量有机物可进一步被好氧生物降解^[11]。分步厌氧处理是必不可少的，因为难降解的污染物很难通过好氧生物处理。因此，两级厌氧预处理可被视为处理高浓度难降解有机废水^[12-13]。

传统的厌氧和好氧反应池通常具有低处理效率和占地面积大，难以满足去除效率和工业建设的要求。为了提高效率和节省占地面积，本研究开发并应用了一种具有自主知识产权的高效厌氧反应器——螺旋对称流厌氧生物反应器。在SSSAB的反应区内，三块椭圆板呈螺旋状对称布置^[12]。然后用椭圆板将反应区分成三个区域，符合厌氧三阶段理论。以往的研究已经证实，在反应器的不同反应区，优势菌株存在显著差异，可以有效提高处理效率。SSSAB的卓越操作性能也在近年的研究中得到证实^[14-17]。在处理甲醇—乙酸钠废水的实验室规模实验中，反应器在361.5千克COD/(m³·d)的OLR下稳定运行^[18]。在另一个中试规模的实验中，反应器运行在27.2千克COD/(m³·d)的OLR下稳定在大豆加工废水的处理中^[19]。该反应器还在中国江西昌华轩食品有限公司的大豆加工废水处理和中国山东巴山纺织集团有限公司的聚丙烯酸酯废水处理项目中投入使用。在所有应用中，都获得了良好的清洁效果。选择序批式反应器(SBR)作为继SSSAB之后的好氧生物流化床反应器。它具有操作简单、基建费用低^[20]，而手术策略的可变性可以很好地迎合SSSAB，从而获得良好的治疗效率。本研究的目的是提供一种新的生物法处理含聚乙烯醇废水，作为化学法的替代方法。实验从间歇实验到一级厌氧—好氧流化床生物反应器，再到二级厌氧—好氧生物流化床生物反应器。重点是COD和PVA的去除，以及各级反应器对降解的贡献率。此外，通过对含PVA废水的连续处理，对SSSAB的性能进行了分析。

2材料和方法

2.1 接种污泥

SSSAB的接种污泥为取自巴山纺织集团有限公司含聚丙烯酸酯污水处理厂SSSAB底部的厌氧颗粒污泥。污泥的平均粒径为3.46mm，平均沉降速度为107.39m/h，VSS/SS值为0.77。污泥用量约占SSSAB有效容积的50%。用于SBR的活性污泥来自松江污水处理厂的二沉池，密度为4.4 g/L，用量占SBR总体积的50%反应堆。

2.2 废水

含PVA废水来源于某纺织公司实际产生的退浆废水。特性报告在表1中。

表 1 上浆废水的主要水质参数

2.3 反应器设置

厌氧反应器使用有效体积为5 L的实验室规模的SSSAB进行。SSSAB由不锈钢制成。它由海绵层加热，温度为32plusmn;2℃。SSSAB的参数和原理图已有描述。使用蠕动泵将流入物连续提供给SSSAB。整个实验中HRT保持在30h。

好氧反应器采用有效容积为10 L的实验室规模SBR。SBR用于顺序工艺的运行模式:进料2 h，曝气9 h，沉降1 h。反应器的一个循环持续12 h，在室温(20~30℃)下运行。

2.4 反应装置运行

采用间歇实验考察了含PVA废水厌氧生物降解的可行性。底物是用自来水以不同比例稀释的实际含PVA废水，自来水和淀粉的溶液用作对照组(COD为4000 mg/L)。对于每个反应血清瓶，添加2毫升颗粒污泥、50毫升自来水和50毫升废水。为了控制误差，进行了三次平行对照试验。

在单一SSSAB处理含PVA废水中，SSSAB的操作方式如表2所示。SSSAB总共运行了150天。在最初的55天，用淀粉和PVA1799制备的合成废水用作SSSAB的进水。从第56天到第148天，将实际含PVA的废水泵入SSSAB。根据底物和水力停留时间，将SSSAB的运行期分为11个阶段。在SSSAB—SBR工艺中，SSSAB的HRT维持在47 h，SSSAB后应用SBR作为后处理。在SSSAB—SSSAB—SBR工艺中，用同一个SSSAB作为二级厌氧反应器。

表 2 SSSAB的操作方式

2.5 分析方法

COD、NH⁴ -N、MLSS和MLVSS按照APHA的标准方法^[21]。PVA通过硼酸—碘分光光度法^[22]，通过PXSJ-216电子探针测量pH值。用碘量法测定5天生化需氧量(BOD₅)。挥发性脂肪酸通过气相色谱法(GC7890，上海奥松科学仪器有限公司)测定。碱度(ALK)用酸碱指示剂滴定法分析。通过湿筛法测量粒度分布。并且通过场发射扫描电子显微镜(FESEM，日立S-4800)测试AGS的形态特征。

2.6 COD贡献率计算

根据等式（1）和（2）计算废水中PVA (delta;_PAV)和其他有机成分(delta;_others)的COD贡献率。

（1）

（2）

3结果和讨论

3.1 批次实验降解含聚乙烯醇废水

甲烷的产生强烈依赖于甲烷的活性瓶内生长的厌氧微生物^[23]。图1描述了甲烷产量、COD去除和不同稀释比下的甲烷产率。从图1(a)可知，当COD从1702 mg/L增加到54242 mg/L时，甲烷产量也增加。在所有不同的底物COD下，反应的前20h产甲烷速率都较快，说明含PVA废水中含有一些易生

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