上流式厌氧污泥床反应器对降低 纺织废水色度和COD含量的效能评估外文翻译资料

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上流式厌氧污泥床反应器对降低

纺织废水色度和COD含量的效能评估

摘要

上流式厌氧污泥床反应器（UASB）被评估为可有效实现不同操作条件下产生的纺织废水（RTW）的色度降低和化学需氧量（COD）减少。UASB反应器在降低COD的处理效率被发现可超过90%。超过92%的色度去除是依靠生物降解实现的。在纺织废水的处理过程中厌氧污泥的生命活动未受影响。在纺织废水处理中，球状菌取代产甲烷菌的主导地位。碱度、挥发性脂肪酸(VFA)和废水pH值表明对纺织废水的厌氧处理进程并不受抑制。可以得出结论：UASB反应器可以有效地处理纺织废水，降低其色度和COD值。

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关键词:厌氧处理;脱色;降解;纺织废水;UASB反应器

介绍

纺织厂是世界上最大的用水消费商之一。排放的污水包括可降解有机物、色度、营养物、PH改变剂、盐类、硫化物、有毒物质和难降解有机物等（，）。这些污染物在纺织制造的各个阶段形成过程，即烧毛、退浆、精练、漂白、丝光、染色、印花和整理。纺织厂遵循生产处理的所有或者某些进程，产生不同的最终产品。

纺织废水处理的主要内容包括去除由于脱色染料产生的色度和去除可降解有机物。虽然含非常少量的染料但却显示出高色度，这极大地影响视觉感官质量、透明度和水体的溶解氧含量，导致水环境恶化。

不同种类的染料在纺织厂的应用以保持染物的色度和深浅度。因此，不同种类的新式染料正在被发明和生产。很多种染料都是难被自然降解的。染料可按照其化学结构分为几类（偶氮，蒽醌，氮氧杂蒽，硝基，酞菁等）或被用于染色工艺的应用法（酸、碱性、直接、活性等）（，）。为了获得所需的颜色，属于不同染色基团的各种染料调成的混合物被用于染色进程。这使得纺织废水的处理进程变得艰难（，；，）。超过一百万吨的染料被生产，而认定是每年全世界有二十八万吨废水直排入废水（，；和，）。因此，纺织废水产生的问题处理被高度认识和急需采取补救措施以解决此类问题。

目前发展起的各类废水处理方法已被用于对纺织废水的色度和可生物降解有机物的去除的评估。运用法（）、过氧化氢和臭氧等类的先进氧化处理进程也可能产生好的色度去除效果，但这类氧化进程经营成本和污泥降解费用较高（，；和，；，）。石灰混凝和絮凝、明矾、聚电解质和亚铁盐生产大大量的污泥实施处理和处置问题。利用活性炭和其他吸附剂对染料进行吸附是非常昂贵的和需要预处理进程。被证明处理效果有效的反渗透工艺需要高压和增加能耗费用。如纳米过滤、超滤的膜过滤法也是有效的，然而操作费用和浓缩污泥负荷较高（，；，）。利用过氧化氢作为紫外线氧化剂进行光氧化进程处理染料也并不经济可行并能形成有害副产物（和，；，）。

与有诸多限制的化学处理法和光化学处理法相比，对纺织废水处理采用生物处理方法看似经济可行。涉及多种微生物的不同生物处理法对纺织废水处理的可能性已进行试用。虽然单一的细菌和真菌菌株是对纺织废水处理特别是在色度降低方面是有效的，但保持现场应用的单一变量和对各类不同染料的降解方面仍有商业应用缺陷。（，；，）。好氧生物对绝大多数纺织废水特别是含偶氮染料的废水色度降低处理效果很小甚至是没有。厌氧和厌/好氧法在纺织废水处理的色度降低和降低有机负荷方面被证实有较高的处理效果（，；，；，；)。

在众多不同的厌氧反应器中，已发现UASB对废水中存在的有毒物质有较大抵抗性，并且UASB反应器似乎高度适合处理含外源性和难降解有机物的废水()。

利用厌氧法对纺织废水进行脱色的大多数研究主要应用在合成纺织废水方面()。在不同的厌氧反应器对纺织废水的研究现未进行充分的报导。对纺织废水进行试验测定出所有成分是非常困难的。最好的方法是对纺织废水进行利用，即显示纺织废水在反应器内处理的实际状况。因此，本研究的主要目的是评估UASB反应器在去除色度和COD降低方面的处理效率。此外，反应器进程的稳定性好人生物的形态改变量也被检测。

2.方法

2.1.消化器配置

转化为实验室规格的UASB反应器被用于研究。反应器的有效容积为1.25L（高度230mm，内径84mm）。布水器被安放在反应器的底部以从底部均匀分配进水。固-气-液分离器被安放在反应器的上部以防止污泥才反应器流失和以利于厌氧消化产生的气体释放。恒定流量的蠕动泵被用于从反应器底部泵汲。反应器温度在温度控制室的调节下保持在32-35℃。

2.2.附加营养物

合成废水（SWW）被用于反应器的启动，配置是根据Ergder等人在2003年编纂的文献做出轻微修改的。合成废水由宏量、微量元素和微生物生长所必需的碳源组成。被用于配置合成废水的营养基组成(单位为mg/l)：，，，，，

。在需要时添加葡萄糖来补充合成废水的化学需氧量。宏量、微量、缓冲物质和碳源被配置并分次投加，每六天投加一次，储存在4℃以下以免过早退化，并在必要时进行稀释。

2.3.分析方法

总碱度、PH值、总悬浮固体（TSS）、总挥发性溶解固体（TVSS）和总磷量是根据概述程序确定的标准方法(APHA,1985)决定的。化学需氧量是根据光谱学原理制作的5B-1快速COD分析仪（联华环境仪器学院，兰州，中国）确定的。出水的乙酸（挥发性脂肪酸）量是根据Buther（1998）推荐的滴定法确定。进出水的色度是根据分光光度法原理制作的UV-可视光谱仪（）确定的。样本通过微型纤维滤池滤出，在10分钟内以7000转/分的转速分离以进行吸光度测量()。色度的降低量是根据UV可视光谱仪确定的最大吸收量决定。

色度降低量(%)=

其中：—进水色度吸收量；

—出水色度吸收量。

2.4.扫描电镜（SEM）图像

电镜扫描图像可以观察到颗粒处理前后的微生物种群的改变量。颗粒用在PH为7.2的0.1M磷酸盐缓冲液清洗三次，然后在PH为7.2的0.1M磷酸盐缓冲液中用浓度为1%戊二醛和4%仲甲醛组成混合物进行固定，被切片的固定颗粒污泥在磷酸盐缓冲液中显示其内部结构。对固定的颗粒污泥切片用Os进行清洗，用不同浓度的乙醇进行分步脱水，然后在临界点干燥处理，镀覆金-钯膜，用扫描电镜（）进行扫描。

2.5.颗粒污泥的产甲烷活性

对颗粒污泥的特定产甲烷活性的测定在250mL的烧瓶中进行。颗粒污泥培养三天以去除残余基底，后用磷酸盐缓冲液（进行清洗以确保去除额外的残余基底，再用于活性测试()。在含有2.2g的挥发性悬浮固体的颗粒污泥样本被转移到含有营养基的烧瓶中，并在黑暗条件下在32-38℃范围内无搅拌地培养超过12h。然后，添加葡萄糖液（大约含有300mgL的COD），并用氮气冲洗5min，继续在32-38℃的温度下培养。产生的气体每间隔一小时测量一次，气体量通过盛5%（WNaOH液体的凯氏烧瓶置换测出（）。每次气体测量后，烧瓶需要被手动摇晃。根据所得数据，绘制时间-甲烷气体累积（单位C曲线，曲线的斜率显示颗粒污泥产甲烷特性。

2.6.反应器启动

厌氧颗粒污泥来自其他处理合成废水的反应器，污水接种高度占反应器高度的1/3。总悬浮固体和总挥发性悬浮颗粒浓度分别为103.24g/L和85.80g/L。最初，接入的合成废水的COD浓度为2000mg/L，后来COD浓度逐步增加到6000mg/L。最后，反应器达到稳态获得超过90%的COD去除率。

2.7.纺织废水

课题采用的纺织废水由来自中国无锡的太平洋纺织厂收集得到。由于应用到纺织厂生产工艺的制作、工艺、机械、原材料和纺织物的不同，纺织废水的组成广泛多样。诚如所需，本课题收集了多种具有代表性的纺织废水样本。因此，纺织废水样本每周收集三天，混合后安置在4℃条件下为课题使用。被用于课题的纺织废水特性为（单位mg/L）：COD (832plusmn;52),TOC (327plusmn;22),CaCO3碱度 (583plusmn;45),总氮(99plusmn;18),总磷(325plusmn;21), 总悬浮固体量(525plusmn;45), 总挥发性悬浮固体量(460plusmn;54), Na (1360plusmn;111), K (123plusmn;9.5), Ca(275plusmn;18), Al (169plusmn;14), Fe (18.04plusmn;1.3), Mg(28.4plusmn;3)。PH值和真色（吸收光谱580nm处）分别为9.2plusmn;0.2 和 35.1plusmn;4.2 cm/m，被测出的包括Co、Cr、Cd、Ni在内的重金属浓度小于1mg/L。

2.8.试验程序

在UASB反应器的所有反应均在稳态下进行。处于稳态的的各阶段长度是根据整个生物反应器的稳态确定的。在运行期间的流速和水力停留时间（HRT）被分别设定为1.8L/h和24h。本课题对包括反应器启动的七个试验阶段进行调查。每个阶段的具体细节见表1。

表1 纺织废水的试验阶段

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