UASB＋厭氧水解技術處理含PVA退漿廢水的研究

李治剛

（魯泰紡織股份有限公司，山東 淄博 255000）

作為紡織大國，我國的紡織業是工業化進程中的支柱產業之一。但是隨著紡織工業的發展，暴露出的環境污染問題愈加嚴重，特別是紡織印染廢水的處理問題成為當今紡織行業和水處理行業考慮的重點[1]。退漿印染廢水具有聚乙烯醇（PVA）含量高、化學需氧量（COD）高和降解難度大的特點，特別是高濃度的PVA 排入水體中會造成底泥中重金屬的釋放與遷移[2-3]。

目前，含PVA 退漿廢水的處理方法主要由物化法和生化法[4]。物化法主要包括膜分離技術和高級氧化技術；生化法主要包括高效降解菌法和厭氧/好氧生化法。但是上述方法均存在運行成本高、處理效果難以穩定等問題，因此，通常采用幾種方法相結合的方式對退漿廢水進行處理。吳火焰等對水解酸化-接觸氧化工藝在處理印染廢水方面的動力學進行了研究，得出了厭氧水解反應器和生物接觸氧化反應器內的動力學方程[5]。孫根行等采用新型水解酸化反應器對處理含PVA 退漿廢水進行了研究，得出新型水解酸化反應器對廢水中的COD具有高效的處理能力[6]。岳秀等采用雙氧水協同水解酸化-接觸氧化工藝，實現了對含PVA 模擬印染廢水的強化處理，穩定運行后COD平均去除率為89.8%，PVA 平均去除率為87.4%[7]。Senthilkumar 等采用升流式厭氧污泥床（UASB）工藝對印染廢水進行了處理，發現UASB 工藝對COD以及PVA均具能實現高效去除[8]。

UASB作為第2代高效厭氧處理器，常被用做紡織印染廢水的前處理工序中。筆者在前人研究基礎上，采用UASB＋厭氧水解技術處理含PVA退漿廢水，以期提升對PVA等污染物的處理能力。

1 實驗部分

1.1 實驗裝置

UASB＋厭氧水解技術實驗裝置主要由蓄水池、UASB1、UASB2 和厭氧水解反應器組成，其中，蓄水池容積60 L，UASB1、UASB2一級厭氧水解反應器的容積均為20 L。實驗裝置如圖1所示。

圖1 實驗裝置Fig 1 Experimental setup

由圖1可以看出，含PVA退漿廢水從蓄水池出來后從底部進入UASB1、UASB2 反應器，經過UASB反應器初步處理后的廢水從上部流出，部分進入厭氧水解反應器，部分重新回流至UASB反應器的底部。進入厭氧水解反應器的廢水部分從頂部流出，進入下一步處理階段，部分繼續回流至厭氧水解反應器的底部。為了滿足試驗的可調控性，UASB 反應器之間采用了串聯或并聯的形式：當廢水中污染物含量過高時，UASB1和UASB2采取串聯的形式；當進水量大于50%時，采取并聯的形式；當進水量小于50%時，可只運行其中1個UASB反應器。

1.2 試驗用水

實際工業廢水中成分較多，在試驗過程中難以準確調控。采用實驗室模擬印染廢水，其含PVA退漿廢水水質見表1。

表1 含PVA退漿廢水水質Tab 1 Water quality of desizing wastewater containing PVA

1.2 分析方法及儀器

1.2.1 測試方法與指標

COD 濃度根據HJ 828—2017《水質化學需氧量的測定重鉻酸鹽法》進行測試[9]；BOD5濃度根據HJ 505—2009《水質五日生化需氧量(BOD5)的測定 稀釋與接種法》進行測試[10]；氨氮濃度根據HJ 666—2013《水質氨氮的測定流動注射-水楊酸分光光度法》進行測試[11]；pH根據GB/T 9724—2007《化學試劑pH值測定通則》進行測試[12]；PVA濃度采用硼酸-碘液分光光度法進行測試。

1.2.2 實驗儀器

CODmax II 重鉻酸鉀法COD 分析儀；M7-B2型BOD5測定分析儀；SH-220型氨氮測定儀；哈希HQ411d 數字化pH 分析儀；DR5000 紫外分光光度計。

2 分析與討論

2.1 廢水污染物處理效果

經過100 d 的試驗研究分析，采用UASB＋厭氧水解技術處理含PVA 退漿廢水污染物，去除效果見表2。

表2 廢水污染物去除效果Tab 2 Removal effect of pollutants from wastewater

由表2可以看出，在采用UASB＋厭氧水解技術處理含PVA 退漿廢水時，廢水中的各類污染物都得到了一定幅度的減少，但pH值無變化。其中對PVA 的去除率達到90%以上，COD 去除率達到88%以上。實驗結果充分表明，采用UASB＋厭氧水解技術處理含PVA 退漿廢水具有高效、除污率高的特點。

2.2 PVA處理效果

2.2.1 UASB反應器中PVA處理效果

UASB反應器中PVA處理效果如圖2所示。

圖2 UASB反應器中PVA處理效果Fig 2 PVA treatment effect in UASB reactor

由圖2可以看出，在UASB運行過程中，隨著進水中PVA 質量濃度的逐漸增大，出水PVA 質量濃度隨之增大，且2者變化趨勢一致。在運行初始階段，PVA 的去除率達到40%左右，且受PVA 濃度的影響較小。但是當運行周期達到50 d 之后，隨著進水PVA 質量濃度的增大，PVA 去除率逐漸降低至40%，到80 d 后趨于穩定。這主要是因為在UASB 反應器中，能夠起到降解PVA 的菌種數量是有限的，因此在運行初始階段，在低濃度的PVA 條件下能夠對PVA 進行有效降解。隨著運行時間的增加，前期大量的PVA 已經消耗了部分菌種，所以對PVA 的降解效果變弱，同時高濃度的PVA 也在一定程度上對PVA 降解菌的生長和活性具有一定的抑制作用。

2.2.2 UASB反應器中COD處理效果

UASB反應器中COD處理效果如圖3所示。

圖3 UASB反應器中COD處理效果Fig 3 COD treatment effect in UASB reactor

由圖3 可以看出，隨著進水COD 的變化，UASB反應器對COD的去除率在60%～64%之間波動，具體表現為，在運行前期，COD 的去除率整體呈上升趨勢，當運行時間達到50 d 時，COD 去除率最高；當運行時間超過50 d 后，COD 去除率逐漸下降，且在80 d 時區域穩定。這主要是因為，當運行一段時間后，UASB反應器內有一定量的PVA 富集，從而對各有機物的去除具有一定的抑制作用；同時，當UASB反應器內的存留的PVA達到一定濃度時，會導致反應器內整體溶液黏度增大，降低底物和產物在溶液中的擴散速度，造成反應速率降低，去除率下降。

2.2.2 厭氧水解反應器對PVA處理效果

由UASB 反應器處理過的含PVA 退漿廢水進入厭氧水解反應器中進行二次處理，實現PVA 的高效去除。厭氧水解技術對PVA的處理效果如圖4所示。

圖4 厭氧水解反應器對PVA處理效果Fig 4 Effect of anaerobic hydrolysis reactor on PVA treatment

由圖4可以看出，在厭氧水解階段，厭氧水解反應器對UASB 出水的PVA 具有高效降解作用。在整體運行階段，對PVA 的去除率均穩定在85%以上。與UASB反應器階段相比，厭氧水解階段對PVA的去除率更高，這主要是因為UASB反應器對PVA 這種難降解有機物去除效果不明顯，PVA 的去除量低于其他有機污染物的去除量，PVA 有“濃縮富集”的趨勢，導致了后續厭氧水解階段中PVA降解菌的富集，進一步強化了PVA的去除。

2.3 流量對PVA處理效果的影響

在印染廢水處理過程中，進水流量的大小決定著廢水在反應器內的停留時間，最終會影響廢水中污染物的處理效果。在UASB處理階段，高的液體流速增加污水系統內進水區的擾動，增加了污泥與進水有機物之間的接觸，有利于提高去除率，為了保持系統中足夠多的污泥，上升流速不能超過一定的限值。在進水流量分別為3、5、7、9、11 L/h 的條件下，分析進水流量對PVA 的處理效果，結果如圖5所示。

圖5 進水流量對PVA的處理效果Fig 5 The effect of influent flow rate on PVA treatment

由圖5可以看出，在進水PVA含量相同的條件下，UASB反應器和厭氧水解出水的PVA含量均隨著進水流量的增加而增加，PVA 去除率下降。當進水流量為3 L/h時，PVA去除率達到92.67%，當進水流量為11 L/h 時，PVA 去除率為88.33%。這主要是因為，隨著流量的增加，單位時間內通過的廢水量增多，但是一定體積的廢水在反應器內的停留時間減短。根據UASB反應器的工作原理可知，退漿廢水主要是從反應器的底部引入，污水向上通過包含顆?；蛐鯛钗勰嗟奈勰啻?，厭氧反應發生在廢水和污泥顆粒接觸的過程。當流量增加后，廢水和污泥顆粒的接觸時間變短，厭氧反應不完全，因此，PVA 去除率降低。厭氧水解階段主要是通過產酸菌、甲烷菌等菌類微生物將大分子難溶解物質轉化為小分子物質。因此，當進水流量增加時，由于厭氧水解工藝中菌類數量是一定的，因此大量的廢水進入厭氧水解階段后會造成菌類的大量消耗，繼續增加流量會導致PVA等處理量減少，PVA 去除率下降。因此，綜合考慮PVA 的去除效果以及運行成本，當進水流量為5 L/h，工藝條件較好，PVA去除率為91.67%。

3 結 論

針對含聚乙烯醇（PVA）退漿廢水具有處理難度大、運行成本高等問題，采用UASB＋厭氧水解技術對含PVA退漿廢水進行處理，得到以下結論：

1）在采用UASB＋厭氧水解技術處理含PVA退漿廢水過程時，對廢水中PVA、COD、BOD5和氨氮等污染因子都具有一定高效的去除效果，其中對PVA 的去除率達到90%以上，對COD 的去除率達到88%以上。

2）在UASB反應器處理階段，PVA以及COD的去除率隨著運行時間的增加先增加后減小，當運行時間為50 d時，去除效果較好。

3）對厭氧水解技術處理PVA 的效果進行分析，發現厭氧水解階段對PVA 的去除率更高，這主要與PVA在厭氧水解階段的“濃縮富集”有關。

4）在采用UASB 厭氧水解技術處理含PVA 退漿廢水時，流量對PVA 的處理效果具有重要的影響，UASB反應器和厭氧水解出水PVA含量均隨著進水流量的增加而增加，PVA 的去除率下降，當進水流量為5 L/h，工藝條件較好，PVA 去除率為91.67%。