活性污泥法石化工业废水处理动力学研究

化学工程2001年第29卷第5期活性污泥法石化工业废水处理动力学研究①范轶②王麒陈军张文明刘铮丁富新③(清华大学化工系，北京100084)利用活性污泥对石化工业废zk进行降解研究，发现其降解过程反应遵循一级宏观反应动力学关系。计算了在各种操作条件下的反应速率通过比较反应速率的大小得知塔式曝气的效率远远高于传统的曝气池，而环流塔式曝气的效率叉高于鼓泡塔式曝气关键词：石化废水水处理反应动力学塔式曝气活性污泥反应速率生物降解活性污泥法是目前石化工业废水处理最重要的手段之一，这一过程中有机物降解动力学的研究对于曝气装置的设计、曝气过程的控制和操作非常重要。在传统的活性污泥法废水处理过程中，一般采用Lawrence—McCarty反应动力学模式来进行研究⋯，而这类处理方式多用于曝气弛。近年来在活性污泥法污水处理中塔式曝气技术引起广泛的关注，塔式曝气装置可获得较高的溶氧，污水处理效率远高于其他处理装置。本文采用不同的污水处理设备在不同的操作条件下对石化工业废水进行了处理，并对实验结果进行了宏观动力学处理。研究结果指出，塔式曝气具有较高的处理效率，在同样条件下其宏观动力学常数明显高于其他曝气过程。1实验设备与方法采用的塔式曝气反应器由硼硅玻璃制成，内径为100mm，高为80ram，塔顶部有扩大段。底部进气采用微孔气体分布器，可形成细小均匀的气泡。在反应器内设置直径为70mm的导流筒，可使塔内的物料在曝气过程中形成环流。此外，还在一个模拟曝气池中进行曝气实验。模拟曝气池长350ram，宽230mm，深150ram，在其底部装有两个问距为200ram微孔曝气头，其有效容积与塔式曝气反应器相同。来自空气压缩机的气体，经稳压器和流量计以及微孔气体分布器后连续进人反应器。废水处理实验过程采用半问歇操作，实验开始时一次性加人活性污泥和石化污水，总体积控制在65L，活眭污①中国石化总公司资助课题(NoX598024)。@范棱，清华大学化工系毕业．直读博士研究生@通讯联系人泥浓度为7．5—8．5g／L；开设曝气后定时取样，抽滤后采用快速测定法分析清液中的COD含量实验使用的废水取自燕山石化公司的异丙基甲苯氧化过程，该废水中主要含有苯酚、丙酮、异丙基苯氢过氧化物，以及其他副产物，如醛、酮和少量有机酸活性污泥来自北京市北小河生活污水处理厂，该活性污泥原用于处理COD为150mg／L左右的生括污水，在处理本实验体系的石化污水前，进行了污泥的驯化。2动力学机理2．1Lawrence—McCarty动力学模式”A．W．Lawrence和P．LMcCart于1970年最先将Monod方程引A废水生物处理领域，以微生物生理学为基础，描述了微生物增长与有机物降解之间的关系。Monod方程的基本形式如下：=(1)式中Ⅱ微生物比增长速度，即单位微生物量的增长速度，d一饱和浓度中微生物的最大比增长速度，dK饱和常数，mg／Ls有机物浓度，I13g／L根据微生物代谢过程的机理：维普资讯http://www.cqvip.com范秩等活性污泥法石化工业废水处理动力学研究45一Y。而而其中体系中微生物的浓度，I11-g／LY产出系数，g菌体／g有机物m菌体维持正常代谢的维持常数，盛时．可以忽略该值：一Kd￡将此式在t=0到任意时刻￡间积分：萼=一r当菌体生长旺得当污水降解过程处于正常状态时，处于生长旺盛期，上式就可以简化为daY~drdS／dt丁一—_令一TdS／dt：p，则有和lnS=一Kt+lnaf41微生物往往式中n为气液传质比表面积cYo～将上述两式代人式(1)中，得S⋯式中p有机物比去除速度，g有机物／(g菌体-d)有机物的最大比去除速度．g有机物／(g菌体-d)式(2)即为Lawrence—McCart3／反应动力学模式方程。2．2反应动力学方程的确定活性污泥法废水处理中，污泥的负荷都较低，即使在塔式曝气装置中可以提高处理的COD浓度，但因为同时提高了污泥浓度，相对也降低了平均负荷，所以可对Lawrence—McCany反应动力学方程做简化处理。当有机物浓度S相对较低时，式(2)可以简化为⋯S令⋯／K=K，则=K1S(3)上式表明有机物的去除过程遵循一级反应关系。因为：一下dS／dt所以有A：一K．XSdt由于有机物浓度相对较低，所以在有机物降船过程中污泥浓度可认为基本保持不变，可令K=x，则上式变为：本文分别在塔式曝气反应器中采用鼓泡曝气和环流曝气，对初始COD为1000mg／L的石化工业污水进行了处理，塔内活性泥浓度为7500—8500~rg／L，同时也在模拟曝气池中进行了上述实验研究。典型的有机物降解曲线如图1所示。由上述典型降解曲线可以看到，经过一定时间的曝气以后，污水的COD降低到一定程度后不再变化，由此可确定有机物降解时间。在本实验条件下塔式装置中有机物降解时间