CN107043162A - 一种稻草活性炭强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法 - Google Patents

一种稻草活性炭强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种稻草活性炭强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法：向厌氧生物反应器内通入营养液对活性污泥进行预处理，得到活性较强的厌氧颗粒污泥；逐步加大通入的偶氮染料废水比例，分阶段驯化；驯化完成后，加入小于100目的稻草活性炭，稻草活性炭与驯化污泥质量比控制在0.005‑0.2，制备得到稻草活性碳——厌氧污泥复合体；启动厌氧生物反应器，待反应器运行效能稳定后，进水中的偶氮染料即被厌氧去除。本发明克服了目前难降解偶氮染料废水厌氧处理工艺中存在的诸多弊端，为该类废水提供了一种高效、经济、环保的新型生物处理技术，为稻草秸秆的资源化利用提供了新的途径。

Description

一种稻草活性炭强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法
技术领域
本发明涉及偶氮染料废水的处理方法，尤其涉及一种稻草活性炭强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，属于废水处理领域。
背景技术
偶氮染料是分子结构中含有一个或者多个偶氮基(-N＝N-)的染料，是纺织、造纸、制革等工业常用染料，其生产废水具有毒性强、含盐量高、致突变、致癌、难降解等特点，不经处理直接排放会对环境造成严重污染。偶氮染料废水的处理方法有物理、化学、生物法以及这些方法的组合。其中，生物法具有操作简单、运行成本低，无二次污染的优点，是偶氮染料废水的首选处理技术。废水中的有机物经厌氧水解酸化处理可提高其可生化性，有些结构简单的芳香化合物可直接经厌氧生物矿化和产甲烷，因此，厌氧生物处理难降解废水具有明显的技术和经济优势。目前常见的难降解废水厌氧处理工艺主要有厌氧活性污泥法、厌氧颗粒污泥法、惰性载体吸附或包埋固定化法等。但上述厌氧生物处理工艺中存在的主要问题是：(1)厌氧活性污泥法中，难降解污染物厌氧代谢速率慢、降解率低、耐冲击负荷性能差；(2)包埋固定化法中，微生物颗粒的传质阻力大，机械性能以及生物活性较低，而且制作成本高，严重限制了其大规模应用；(3)惰性载体吸附工艺中，挂膜困难、启动周期长、生物膜易脱落；(4)厌氧颗粒污泥工艺中，反应器启动时间长、颗粒污泥传质阻力较大、稳定性差；有些工艺为了提高传质性能，通过出水回流方式形成的较高上升流速使能耗增加，而且对反应器构型有较高要求。
活性碳是一种用途很广的吸附剂和催化剂，它是由一些含碳原料(椰壳，棕榈壳等)经碳化和活化等加工过程生产出来的，具有高度发达的空隙结构和巨大的表面积，其表面上还含有或在制备过程中产生的一些有机官能团。已有研究和实践证明，活性炭具有相对稳定的物理化学性质，可在不同温度、酸碱度及多种溶剂中发挥出色的吸附性能和催化性能。但由于商业活性炭(椰壳活性炭、棕榈壳活性炭，木质活性炭)制备成本较高，其用作废水吸附剂或处理剂的应用受到了很大限制。
我国是农业生产大国，据统计，2009年，全国大概产生了8.2亿吨农业秸秆，其中稻草作物秸秆的产量仅少于玉米作物秸秆，可达到2.05亿吨左右，占总量的25％。随着农村人口生活条件的提高，农村原有的能源结构已经改变，现如今稻草秸秆作为供能和制作有机肥越来越少，更多是被就地焚烧，对环境造成很大破坏，如今秸秆焚烧已经成为一个严重环境问题，其在焚烧过程中会产生SO2、CO2、NO2及可吸入颗粒物，造成严重空气污染，不利于人体健康，同时焚烧还会造成雾霾、酸雨等危害，其演变成农村新污染源，严重破坏了农村的生态环境，同时浪费了大量价格低廉的可再生生物质能源，因此迫切需要开发新的途径对其进行资源化利用。
发明内容
本发明对目前常见厌氧生物处理偶氮染料废水工艺存在的弊端，旨在提供一种高效、经济的稻草活性炭强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，该方法可大幅提高偶氮染料废水的厌氧生物降解性能，克服了商业活性炭用作废水处理剂制作成本高、使用受限的缺陷，为稻草秸秆的资源化利用提供了新的途径。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种稻草活性炭强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，该方法为：向厌氧生物反应器内通入营养液对活性污泥进行预处理，得到活性较强的厌氧颗粒污泥；逐步加大通入的偶氮染料废水比例，分阶段驯化该厌氧颗粒污泥；驯化完成后，向所述驯化污泥中加入小于100目的稻草活性炭，所述稻草活性炭与所述驯化污泥质量比控制在0.005-0.2，制备得到稻草活性碳——厌氧污泥复合体；启动厌氧生物反应器并采用连续流方式运行，根据进水COD去除情况调节水力停留时间和基质负荷，待厌氧生物反应器运行效能稳定后，进水中的偶氮染料逐步被厌氧去除。
具体地，该方法包括以下步骤：
(1)污泥预处理：在厌氧生物反应器中添加新鲜活性污泥，调节其浓度为3-20g/L，初始pH控制在6-8，温度控制在20-60℃，利用泵往反应器内通入营养液；待出水COD稳定后，即获得活性较强的厌氧颗粒污泥；
(2)分阶段污泥驯化：污泥驯化初始，将偶氮染料废水稀释1-10倍后作为进水；每当进水COD去除率达80％以上时，再逐步加大进水中偶氮染料废水比例，进入下一轮驯化，直至驯化完成，得驯化污泥；污泥驯化期间，保持厌氧生物反应器中温度在10-60℃，溶解氧小于0.5mg/L；
(3)稻草活性炭-厌氧污泥复合体制备：污泥驯化完成后，加入小于100目的稻草活性炭，所述稻草活性炭与所述驯化污泥质量比控制在0.005-0.2，厌氧生物反应器中温度保持在10-60℃，溶解氧小于0.5mg/L，反应18-36h；
(4)稻草活性炭-厌氧污泥复合处理：稻草活性炭-厌氧污泥复合体制备完成后，根据进水COD去除状况调整基质负荷和水力停留时间，启动厌氧生物反应器，当稳定运行后，进水中的偶氮染料逐步被厌氧去除；厌氧生物反应器运行期间，保持反应器中温度在10-60℃，溶解氧小于0.5mg/L。
优选地，在步骤(1)中，调节所述新鲜活性污泥浓度为15g/L，初始pH控制在7，温度控制在37℃。
优选地，所述稻草活性炭为苯酚或磷酸二氢铵改性稻草活性炭。
优选地，在步骤(2)中，进行分阶段驯化采用的所述偶氮染料废水浓度依次为50mg/L、100mg/L和150mg/L。
优选地，步骤(2)中，保持厌氧生物反应器中温度在37℃。
优选地，在步骤(3)中，保持厌氧生物反应器中温度在37℃。
优选地，在步骤(3)中，所述稻草活性炭与所述驯化污泥质量比控制在0.05-0.2。
优选地，在步骤(4)中，厌氧生物反应器运行期间，保持温度在37℃。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过污泥预处理，采用浓度递增式污泥分阶段驯化，按特定质量比在厌氧生物反应器中原位制备稻草活性炭-厌氧污泥复合体，二者相互协同作用可形成传质和沉降性能均良好的厌氧污泥膨胀床，以强化胞外电子传递性能和厌氧代谢过程，与单独厌氧生物处理相比，大幅提高了偶氮染料废水的厌氧生物降解速率和降解性能。
(2)本发明稻草活性炭-厌氧污泥复合体的制备工艺简单、生物活性高、稳定性强。
(3)本发明方法对反应器构型要求低、启动快速、操作简单、能耗低。
(4)稻草活性炭的原材料来源于农作物秸秆，其总量多且价格低廉，是一种绿色健康的可再生材料，而本发明提供了一种秸秆的资源化利用途径，有利于缓解我国秸秆焚烧所带来的环境问题。
本发明克服了目前难降解偶氮染料废水厌氧处理工艺中存在的诸多弊端，突破了商业活性碳用作生产废水处理剂制备成本高、使用受限制的瓶颈，为偶氮染料废水提供了一种高效、经济、环保的新型生物处理技术。
附图说明
图1为实施例1厌氧污泥预处理出水COD的曲线图。
图2为单独厌氧和稻草活性炭强化厌氧污泥复合处理偶氮染料橙黄G废水的曲线图，其中，纵坐标表示橙黄G浓度，单位为mg/L；横坐标表示时间，单位为天。-□-代表1#和2#UASB反应器进水染料浓度；-○-代表1#UASB反应器出水染料浓度；-▲-代表2#UASB反应器出水染料浓度。
具体实施方式
下面结合附图，详细说明本发明的几个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。
实施例1污泥预处理
在1#UASB反应器和2#UASB反应器中分别添加新鲜活性污泥，调节其浓度为15g/L，初始pH控制在7，温度控制在37℃，利用泵往反应器内通入营养液，待出水COD稳定后，即获得活性较强的厌氧颗粒污泥。如图1所示，本实施例中进水营养液COD值约在2000mg/L，在经过UASB反应其处理后，COD值迅速下降，在第5天时下降到1000mg/L以内；持续运行后，COD值继续保持下降趋势，在第32天之后反应器出水COD值稳定于200mg/L以内。
如图1所示，通过对比发现，1#UASB反应器对COD去除效果总体略高于2#UASB反应器，但运行35天后两者处理效果趋于重合。1#和2#出水COD的变化趋势基本相同，稳定在90％左右。
实施例2分阶段污泥驯化
待1#和2#UASB反应器出水COD稳定后，往进水中添加稀释后的橙黄G，浓度由低到高以此为50mg/L、100mg/L和150mg/L，最后进水中橙黄G的浓度保持在150mg/L；每当进水COD去除率达80％以上时，加入更高浓度的橙黄G，进入下一轮驯化，直至驯化完成；污泥驯化期间，1#和2#UASB反应器采用连续流方式运行，反应器中温度保持在37℃，溶解氧小于0.5mg/L。比较1#和2#UASB反应器对橙黄G的处理效果。
如图2所示，随着1#和2#UASB反应器进水的橙黄G浓度越来越高，单独厌氧处理时1#和2#UASB反应器出水染料浓度随着运行时间的加长而呈现上升不稳定的趋势，出水情况变差。
实施例3稻草活性炭-厌氧污泥复合体制备
第60天后，往1#和2#UASB反应器中分别加入1.2g小于100目的磷酸二氢铵改性的稻草活性炭(SAC1)和苯酚改性的稻草活性炭(SAC2)，SAC1/SAC2与驯化污泥的质量比为0.05，分别制备得到稻草活性炭SAC1-厌氧污泥复合体以及稻草活性炭SAC2-厌氧污泥复合体；1#和2#UASB反应器采用连续方式运行，1#和2#UASB反应器中温度保持在37℃，溶解氧小于0.5mg/L。
上述磷酸二氢铵改性稻草活性炭以及苯酚改性稻草活性炭的具体制备方法参考以下文献：韩彬，周美华，荣达.稻草秸秆活性炭的制备及其表征[J].农业环境科学学报.2009，28(4)：828-832；Fang G，Liu C，Gao J，et a1.Manipulation of Persistent FreeRadicals in Biochar To Activate Persulfate for Contaminant Degradation[J].Environmental Science&Technology.2015，49(9)：5645。
实施例4稻草活性炭-厌氧污泥复合处理
根据进水COD去除状况调整基质负荷和水力停留时间，启动1#和2#UASB反应器并开始以连续方式运行，运行期间温度保持在37℃，溶解氧小于0.5mg/L，比较1#和2#UASB反应器对橙黄G的处理效果。
如图2所示，加入稻草活性炭-厌氧污泥复合体后1#和2#UASB反应器出水明显变好，出水中橙黄G浓度降低且保持稳定，证明加入稻草活性炭强化厌氧处理偶氮染料废水的效果要明显较单独厌氧处理好，能够使出水的浓度降低且保持稳定；同时不同类型的稻草活性炭对强化厌氧处理偶氮染料废水的作用有所差别，苯酚改性的稻草活性炭的效果较磷酸二氢铵改性的稻草活性炭好。
如无特殊说明，以上实施例所使用的工业设备均为本领域通用产品。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种稻草活性炭强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，其特征在于：向厌氧生物反应器内通入营养液对活性污泥进行预处理，得到活性较强的厌氧颗粒污泥；逐步加大通入的偶氮染料废水比例，分阶段驯化该厌氧颗粒污泥；驯化完成后，向所述驯化污泥中加入小于100目的稻草活性炭，所述稻草活性炭与所述驯化污泥质量比控制在0.005-0.2，制备得到稻草活性碳——厌氧污泥复合体；启动厌氧生物反应器并采用连续流方式运行，根据进水COD去除情况调节水力停留时间和基质负荷，待厌氧生物反应器运行效能稳定后，进水中的偶氮染料逐步被厌氧去除。
2.根据权利要求1所述的稻草活性炭强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，其特征在于具体包括以下步骤：
(1)污泥预处理：在厌氧生物反应器中添加新鲜活性污泥，调节其浓度为3-20g/L，初始pH控制在6-8，温度控制在20-60℃，利用泵往反应器内通入营养液；待出水COD稳定后，即获得活性较强的厌氧颗粒污泥；
(2)分阶段污泥驯化：污泥驯化初始，将偶氮染料废水稀释1-10倍后作为进水；每当进水COD去除率达80％以上时，再逐步加大进水中偶氮染料废水比例，进入下一轮驯化，直至驯化完成，得驯化污泥；污泥驯化期间，保持厌氧生物反应器中温度在10-60℃，溶解氧小于0.5mg/L；
(3)稻草活性炭-厌氧污泥复合体制备：污泥驯化完成后，加入小于100目的稻草活性炭，所述稻草活性炭与所述驯化污泥质量比控制在0.005-0.2，厌氧生物反应器中温度保持在10-60℃，溶解氧小于0.5mg/L，反应18-36h；
(4)稻草活性炭-厌氧污泥复合处理：稻草活性炭-厌氧污泥复合体制备完成后，根据进水COD去除状况调整基质负荷和水力停留时间，启动厌氧生物反应器，当稳定运行后，进水中的偶氮染料逐步被厌氧去除；厌氧生物反应器运行期间，保持反应器中温度在10-60℃，溶解氧小于0.5mg/L。
3.根据权利要求2所述的稻草活性炭强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，其特征在于：在步骤(1)中，调节所述新鲜活性污泥浓度为15g/L，初始pH控制在7，温度控制在37℃。
4.根据权利要求2所述的稻草活性炭强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，其特征在于：所述稻草活性炭为苯酚或磷酸二氢铵改性稻草活性炭。
5.根据权利要求2所述的稻草活性炭强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，其特征在于：在步骤(2)中，进行分阶段驯化采用的所述偶氮染料废水浓度依次为50mg/L、100mg/L和150mg/L。
6.根据权利要求2所述的稻草活性炭强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，其特征在于：在步骤(2)中，保持厌氧生物反应器中温度在37℃。
7.根据权利要求2所述的稻草活性炭强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，其特征在于：在步骤(3)中，保持厌氧生物反应器中温度在37℃。
8.根据权利要求2所述的稻草活性炭强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述稻草活性炭与所述驯化污泥质量比控制在0.05-0.2。
9.根据权利要求2所述的稻草活性炭强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，其特征在于：在步骤(4)中，厌氧生物反应器运行期间，保持温度在37℃。
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