序批式反应器(SBR)在含镍炼油废水处理中的应用外文翻译资料

 2022-01-21 09:01

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序批式反应器(SBR)在含镍炼油废水处理中的应用

A. Malakahmad, S. Ishak, U. N. Nasoha M. H. Isa amp; S. R. Kutty

土木工程系

马来西亚PETRONAS科技大学

摘要

炼油厂是相互依存的工业过程的复杂组合，会产生含有碳氢化合物，重金属和溶解矿物质的废水，对人类和环境易造成有害影响。虽然物理化学法被广泛承认可作为处理工业废水的有效方法，但生物过程开始在含金属废水的处理中发挥越来越大的作用。本研究的目的是研究含镍炼油厂废水的生物处理。通过测量化学需氧量（COD），混合液体悬浮固体（MLSS），混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）以及镍的浓度来评估SBR工艺的性能。 SBR以12小时为周期运行，由五种不同的状态组成：填充，反应，沉降，抽取和空转。废水从炼油厂的均衡罐中取出，并在预处理后送入反应器。镍浓度范围为2.3至2.6 mg / L。实验结果表明COD和镍的去除效率分别为70-90％和77-80％。

关键词:炼油废水，序批式反应器，镍。

1介绍

大量的水被用于石油炼制工业的冷却、脱盐和脱水过程[1,2]。炼油过程产生的废水量是处理过的原油量[1]的0.4-1.6倍。最重要的污染物是碳氢化合物、苯酚和溶解矿物，它们被称为优先污染物[3]，其中80%被认为可能是有害的，因为即使在非常低的浓度下也存在有毒的有机物和重金属，比如镍[2,4]。

镍是炼油废水中存在的有毒重金属之一[4,5]。镍是原油中普遍存在的一种金属元素，在炼制过程中会对催化剂活性有毒害作用，从而需要对镍进行去除。此外，流化床催化裂化装置剩余原料的金属含量特别是镍的含量，要比馏分原料高，形成焦炭的潜力更大。这种污染物会降低催化剂活性，导致焦炭和氢气的生成，并沉积在催化剂上而导致汽油产量下降[7]。含镍石油炼制废水如未经处理直接排放到水体中会造成环境和人体健康问题。镍在体内积累可引起肺纤维化、心血管疾病、肾脏疾病等，并具有致癌作用[8-10]。水中镍浓度过高会影响藻类[10]等生物的生长。

采用化学沉淀法、混凝-絮凝法、浮选法、膜滤法和离子交换法等处理含重金属废水的研究均表明这些技术的成本高，会产生过量污泥[3,4,12]。生物废水处理法正迅速获得支持，因为该工艺在技术和经济上被证明是可行的[11,12]。由于微生物的使用，生物系统操作简单，从而成本效益高。微生物在将溶解的和颗粒状的有机物氧化成简单的最终产物的过程中起着重要的作用。

SBR是一种生物方法，其与活性污泥法相比具有几个优点。SBR的应用是可行的，因为该系统在简单的罐中操作并且消除了对澄清器的需要。 此外，SBR系统操作灵活，反应时间可控，并具有完美的静态沉降过程[13-15]。 SBR在生化需氧量（BOD）和悬浮固体（SS）去除方面都具有高效率（分别为89-98％和85-97％）[14]。

本研究的目的是评估炼油厂废水处理中镍存在下SBR的处理性能。

2 材料和测量方法

2.1抽样程序

从均衡罐单元收集炼油厂废水。 然后将其带到大学环境工程实验室，并储存在4oC的冷藏室中。 将一部分样品置于室温并分析COD，BOD5，TSS，pH，浊度，碱度，颜色，硝酸盐，磷，氨氮，苯酚，硫化物，硫酸盐和镍。基于标准方法检测水和废水[16]进行分析。 使用pH计（HACH sension 4）和浊度计（HACH 2100P）测量pH和浊度。 使用DO计（YSI Incorporated，型号：YSI 5000，USA）测量溶解氧（DO）。 通过测量COD，MLSS，MLVSS和镍的浓度来监测SBR的性能。 分析按一式三份进行，分别计算标准偏差。

2.2播种材料

SBR开始时添加从同一炼油厂的处理设施收集的种子污泥，以便更快地启动工艺运转。 添加到系统中的种子污泥的体积基于如方程（1）和（2）中的F / M比。

其中Q是废水流量（L / d），Vin是每个循环的进水进料量（L /循环），Ncycle是每天循环次数，V是SBR（L）的体积，MLVSS是 反应器中的污泥浓度（mg / L）。

2.3实验装置

SBR使用填充和绘制周期系统操作，总工作体积为4L。反应器接种污泥并用均衡罐中的废水进料。SBR在12小时循环的基础上运行，其由填充（15分钟），反应（585分钟），沉降（60分钟），抽取（15分钟）和空闲（45分钟）组成。 在该系统中使用水族箱泵（Hailea ACO-9610，China）以向空气流速为4.5L / min的反应器供应足够的空气。 所有实验均在室温下进行。 图1示出了SBR的示意图。

图1：SBR的示意图

3 结果与讨论

3.1炼油厂废水特性

表1显示了石油炼制废水的特征。 结果表明BOD5较低为94.1plusmn;3.80。 由于部分可生物降解的有机物浓度较低，炼油废水的BOD5低于市政废水[17]。 Misbahudin等人进行的一项研究。 据报道，石化废水中BOD5含量较低[18]。 COD和镍的浓度（分别为405plusmn;11.59和2.3plusmn;0.01）均超过马来西亚环境部（DOE）的标准B; 由“1974年环境质量法”和“2009年环境质量法规（污水和工业废水）”[19]中规定。 根据DOE标准B，COD和镍的允许浓度分别为100和1.0 mg / L. 此外，其他参数如氨氮，色度，硫化物和苯酚也超过了DOE标准B.

表1：石油炼油厂废水特征

参数

单位

值

标准B

BOD5

mg/L

94.1 plusmn; 3.80

50

COD

mg/L

405 plusmn; 11.59

200

pH

-

9.4 plusmn; 0.01

5.5-9.0

浊度

NTU

38.2 plusmn; 0.81

-

碱度

CaCO3

657 plusmn;13.01

-

色度

Pt Co

133 plusmn; 3.05

200

总悬浮物

mg/L

104.3 plusmn; 2.08

100

硝酸盐

mg/L

3.7 plusmn; 1.10

-

氨氮

mg/L

13.8 plusmn; 0.42

20

磷

mg/L

1.7 plusmn; 0.03

-

硫化物

mg/L

0.163 plusmn; 6.66

0.5

硫酸盐

mg/L

43 plusmn; 5.77

-

镍

mg/L

2.3 plusmn; 0.01

1.0

苯酚

mg/L

5.73 plusmn; 1.15

1.0

3.2 COD分析

运行SBR并根据COD分析监测其性能77天。 在SBR启动时，废水与污泥材料混合并适应环境。 为了使微生物群落适应于废水中存在的潜在抑制性或有毒有机化合物，需要适应期[20]。 此外，适应期对于代谢系统的发展很重要，例如适当的酶基因的产生，这对于促进生物降解是必不可少的[11,20,21]。 最终的COD浓度和COD去除效率如图2所示。

图2：最终COD浓度和COD去除效率（％）。

从开始到第9天，系统基于COD浓度的波动而不稳定。这表明微生物仍然不能适应新的环境。从第10天到第42天，COD去除效率开始逐渐达到恒定值。通过监测达到恒定值的流出物COD可以指示微生物对系统的适应性[13]。这表明系统中的微生物在第9天后已经适应环境，并且SBR准备好接受更高的镍剂量。因此，在系统达到稳态条件后，我们将开始时的2.3mg / L的镍浓度在第43天增加到2.4mg / L，在第60天增加到2.6mg/g。添加2.4mg / L和2.6mg / L更高的镍剂量导致两种剂量的COD去除效率降低。相对低浓度的重金属可用于刺激生物系统。然而，任何有毒物质浓度的增加都可能减少刺激并最终导致系统受到抑制[15,22]。同时，将浓度为2.4和2.6 mg / L的镍引入系统，在每次镍浓度增加后，基于COD去除效率实现驯化。然而，与使用较低镍剂量操作的持续时间相比，该系统不能产生污染较少的流出物。它表明，在接受更高剂量后，系统变得受到抑制并降低了COD去除效率。总体而言，最终的COD浓度符合DOE标准B.

3.3 MLSS和MLVSS分析

分析MLSS和MLVSS以测量系统中微生物的浓度。 MLSS表明污泥中存在挥发性和惰性固体。 MLVSS非常接近污泥中固体的生物活性部分[11]。 据Chan等人[13]报道，当MLVSS浓度稳定增加时，可以实现适应环境。这种趋势反映了细菌的活跃生长，这表明细菌适应成功[13]。细菌利用有机物质并繁殖以形成新细胞。必须保持足够的MLVSS浓度以确保足够的生物质浓度用于生物反应。低MLVSS的工艺运行将导致生物絮凝性变差，颗粒状有机物的截留不足以及活性污泥沉降性不良[23]。结果如图2所示。图3显示整个实验中稳定的MLVSS浓度。这是由于在炼油厂废水处理厂收集的污泥中适当选择F / M比率和高浓度的适应环境微生物。然而，在添加到SBR中的镍的天数内，MLSS和MLVSS浓度的降低影响SBR系统性能。

图3：MLSS和MLVSS浓度

3.4去除镍

对于镍的初始浓度分别为2.4和2.6 mg / L，SBR系统的处理后镍浓度范围为0.48至0.53 mg / L（78.7％）和0.53至0.55 mg / L（79.2％）。 最终镍浓度的结果及其去除效率（％）显示在图2中。 在第4天引入较高的镍用量后，镍的去除效率下降。 研究报告与微生物相同的趋势是添加更高的镍剂量会导致镍去除效率降低。 然而，一旦微生物适应新的较高镍剂量，镍去除效率将开始增加[24-26]。 最终镍浓度低于1.0 mg / L，符合DOE标准B排放限值。

图4：镍和镍去除效率的最终浓度（％）

4 结论

废水的物理化学处理已广泛用于去除重金属，例如镍。 然而，这些处理涉及高成本和过量污泥的产生。 生物法处理是更合适的选择，因为它们便宜并且具有高效率的污染物去除效率。因为不需要沉淀池，SBR系统只需要很小的空间。 SBR已显示COD去除效率的能较好稳定在70％至90％之间，并且在炼油厂废水中镍去除效率高达79.2％。 该研究证实SBR是适合去除含重金属的废水的工艺，即镍。

致谢

本文得到了Universiti Teknologi PETRONAS的支持（项目代码：STIRF No. 07 / 09.10）。 大学管理层和当局与作者的合作得到了充分的赞赏。

参考文献

  1. Coelho, A., Castro, A.V., Dezotti, M. and Santrsquo; Anna, G.L. Jr., Treatment of petr

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    资料编号：[771]

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