内循环气液固三相流化床处理炼油污水工艺研究

内循环气液固三相流化床处理炼油污水工艺研究（精选2篇）

内循环气液固三相流化床处理炼油污水工艺研究 篇1

外循环三相流化床污水处理特性的研究

采用三相外循环生物流化床处理生活污水.该设备包含好氧区和缺氧区,可获得足够的停留时间造成缺氧条件,能保证有效去除NH3-N.实验在室温下进行,进水条件pH为7～8,CODcr为286～656 mg/L,NH3-N为10～51 mg/L.结果显示,控制水力停留时间在3 h为宜,最佳通气量为0.09m3/h,此时CODcr和NH3-N的去除率分别达91%和96.6%,有较好的.处理效果.同时实验确定了最佳膜厚为145μm.

作 者：焦伟堂 冯旭东 李丽 Jiao Weitang Feng Xudong Li Li  作者单位：焦伟堂,冯旭东,Jiao Weitang,Feng Xudong(北京工商大学化学与环境工程学院,北京,100037)

李丽,Li Li(银河纸业集团,山东,临清,252600)

刊 名：环境污染与防治  ISTIC PKU英文刊名：ENVIRONMENTAL POLLUTION AND CONTROL 年，卷(期)： 27(3) 分类号：X7 关键词：三相外循环生物流化床   生物膜   生活污水  

内循环气液固三相流化床处理炼油污水工艺研究 篇2

本工作自行设计并制造了气升式内循环气液固三相流化床反应器,将其与固定化包埋技术相结合,连续处理炼油工业污水,取得了较好的降解效果,该生物流化床反应器也表现出很好的抗冲击适应能力。

1 实验部分

1.1 污水与菌种

实验污水为中国石化上海高桥分公司未经任何处理的炼油工业污水(以下简称污水),其 pH 值为 7.794,固体悬浮物(SS)含量为 100.0mg/L,化学需氧量(COD)为 969.8mg/L,石油类化合物含量为 116.9mg/L,色度为 2048 倍。

实验菌种 UBD 为略带淡黄色的透明液体,其密度略小于水,溶于水,不造成环境二次污染。

1.2 固定化微生物颗粒的制备

采用 5%(质量分数,下同)聚乙烯醇(PVA)、0.5%海藻酸钠(SA)、1%活性炭作凝胶剂,6%硼酸、2%氯化钙、0.5%无水硫酸钠作交联剂。包埋固定化工艺流程见图 1。即将适量菌液和凝胶剂混合搅拌均匀,以一定速度滴加到一定量的交联剂中,形成的球形颗粒在交联剂中浸泡 24h(即固化时间为 24h),然后用清水冲洗,再用无菌水浸泡 24h,制得固定化微生物颗粒。

1.3 装置与方法

自制气升式内循环气液固三相流化床反应器内部结构包括升流区、降流区、气液分离区(脱气区)、泥水分离区(沉淀区)等 4 个部分[5],有效反应体积为 4.36×10-3m3。污水通过蠕动泵从流化床反应器底部进水口进入,与其内填充的固定化微生物颗粒接触,反应后从溢流口流出。空气用空气压缩机通过微孔曝气装置引入反应器,在浮力作用下,气泡向上运动,其中大部分在气液分离区溢出,由于升流区和降流区中气体含量不同,使两区中混合液的密度产生差异,密度差所致的压差可使污水在升流区和降流区之间形成内循环运动[6,7]。

在反应器内投加一定量的固定化微生物颗粒。为减少颗粒驯化时间,先不连续进水,当反应器内污水 COD 降低到一定值后,开始连续进水。颗粒一般需要 5～7d的驯化时间。控制反应器水温为常温(20～25℃),表观气速为 2～5L/h,溶解氧含量反应区内为 9～10mg/L、进水区为 3～4mg/L、出水区为 7～8mg/L。

1.4 分析方法

COD 值采用重铬酸钾法按 GB 11914—89 测定。pH 值采用上海虹益仪器仪表有限公司生产的 ZD-2 型 pH 计按 GB 6920—86测定。溶解氧含量采用美国 Waters 公司生产的 JPSJ-605 型 DO 仪测定。固定化颗粒微观结构采用日本 JEOL 公司制造的 JSW-6360 LV 型扫描电子显微镜(SEM)观察。石油类化合物的含量采用上海亚研电子科技有限公司生产的 UV 1900 PPC 型紫外-可见分光光度计测定,具体方法如下:用经脱芳烃并重新蒸馏过的 30～60℃ 的石油醚,从待测水样中萃取油品,再经无水硫酸钠脱水后过滤;将滤液先置于 (65±5)℃ 水浴中蒸出石油醚,然后置于 (65±5) ℃ 恒温箱内除去残留的石油醚,即得标准油品;准确称取标准油,用脱芳烃石油醚配制一系列质量浓度为 0～120mg/L 的溶液,测定其在 254nm 处的吸光度,绘制标准曲线;最后将炼油污水用石油醚萃取,测定其在 254nm 处的吸光度,参比绘制出标准曲线,从而得到石油类化合物含量。

2 结果与讨论

2.1 水力停留时间(HRT)的影响

投加 2.10×10-4 m3 固定化微生物颗粒,使其填充率为 5%。为降低固定化微生物颗粒在驯化阶段的降解负荷,实验时用自来水稀释污水,以适当降低进水 COD 值(控制在 600～620mg/L)和石油类化合物的含量。设定 HRT 为 6.04～58.20h,则水力负荷为1.72×10-2～1.70×10-1m3/(m3·h)。表 1 列出了不同 HRT 下的运行工况。

图 2 示出了系统处于稳定运行时,不同 HRT 下出水水质的变化情况。

由图 2 可见,在不连续进水的情况下,经过 7d 的驯化,生物膜不断增加,反应器内生物量增大,表现为污水 COD 的去除率由开始的 55.1% 升高到 88.0%,出水的 COD 值逐渐降低至 73.4mg/L;当 HRT 为 58.20h 时,污水 COD 的去除率基本维持在 87%;逐减增大进水流量,HRT 减小到 29.10h,污水 COD 的去除率仍然保持在约 85%;稳定运行一段时间,再次提高进水流量,HRT 为 14.50h,污水 COD 的去除率仍然能够稳定在约 85%,可见微生物能够适应高负荷下连续降解污水。虽然水力负荷逐步提高,但是去除率并未降低,说明流化床内微生物大量繁殖,对水力负荷具有很好的抗冲击能力。但是继续增大进水流量,HRT 为 6.04h,污水 COD 的去除率开始明显降低,出水水质恶化,表明水力负荷升高后有大量剩余基质存在于反应器中,6.04h的 HRT 不足以使细菌代谢过量的有机物,即实验选择的 HRT 应不小于 6h。

连续运行阶段污水中石油类化合物的含量由 48.75mg/L 降低到 2.41mg/L,其去除率稳定在 95%。HRT 的变化未对污水中石油类化合物的去除产生较大影响,说明固定化微生物颗粒在反应器内对石油类化合物有很好的降解效果,对水力负荷冲击具有很强的适应能力。为了在较短的 HRT 内获得较好的处理效果,后续实验选择 HRT 为 9h。

2.2 COD 容积负荷的影响

控制固定化微生物颗粒填充率为 5%,HRT 为 9h,在固定化微生物颗粒驯化达到处理效果后,反应器开始连续进水,并逐步增大进水 COD 值和其石油类化合物的含量,每个阶段稳定 2d,最终达到污水浓度,稳定运行 10d。考察进水 COD 容积负荷变化[1.61～2.56kg/(m3·d)]对反应器处理效果的影响。表 2 列出了不同 COD 容积负荷下的运行工况,实验结果如图 3 和图 4 所示。

由图 3 可见,开始进水的 COD 容积负荷为 1.61kg/(m3·d),即初始 COD 值为609.8mg/L 时,COD 的去除率为 84.4%;逐步提高进水 COD 值,其去除率保持在约 86%;在炼油工业污水高 COD 值下连续运转 10d,其去除率仅在刚开始阶段略有下降,之后稳定在约 87%。

由图 4 可见,虽然进水中石油类化合物的含量由 48.75mg/L 升高到了 116.90mg/L,但是其去除率始终稳定在约 95%,波动很小。可见,随着进水 COD 容积负荷的缓慢增大,污水中石油类化合物的去除效果不受影响,表明生物流化床具有较高的抗冲击负荷能力。这是由于反应器有着良好的混合流化态和较强的充氧能力,能够使进水中高浓度有机物迅速得到充分地稀释与降解,因此,进水质量浓度的波动对出水水质影响较小。该生物流化床反应器处理的 COD 容积负荷为 2.56kg/(m3·d),比传统活性污泥法高出 2～5 倍[11]。

2.3 固定化微生物颗粒填充率的影响

将固定化微生物颗粒填充率由 5% 增加至 10%,相应的表观气速也增大至 5L/h,控制进水流量为 0.48L/h,气水体积比为 10.4,HRT 为 9h,考察固体化微生物颗粒填充率对污水 COD 和石油类化合物去除效果的影响,结果如

图 5 所示。

由图 5 可见,固定化微生物颗粒填充率增大后,反应装置中的生物量增多,污水中的有机物得到有效降解,表现为 COD 去除率提高到约 91%,石油类化合物的去除率也略有增加,但与固定化微生物颗粒填充率为 5%的降解效果相比,增幅不明显。这说明在此操作条件下,5%和 10%的固定化微生物颗粒填充率都能满足菌种降解污水的要求。生化反应的控制关键往往就在于氧的气液传递过程,优化氧的传质过程可以减少能耗。因此,综合考虑,固定化微生物颗粒填充率不宜过高,5% 较适宜。

2.4 固定化微生物颗粒微观结构分析

驯化前后固定化微生物颗粒微观结构的 SEM 分析结果如图 6 所示。

由图 6 可见,驯化后的微生物颗粒形成了一层生物膜,并且颗粒内部的网络结构更加清晰明显。微生物就包埋在这些水不溶性凝胶聚合物的网络空间中,并保持高度的生物活性。这些网络结构具有巨大的表面积和内部空间,使微生物得以增长繁殖并高度密集,同时为污水中的有机物与内部微生物相互作用提供了良好的场所,从而达到除去污染物的目的。

3 结论

a. 采用自行设计开发的气升式内循环气液固三相流化床反应器,并结合固定化包埋技术,连续处理炼油工业污水。结果表明,HRT(不小于 6h)对污水中 COD 和石油类化合物的去除无较大影响。

b. 随着进水 COD 值的提高,出水 COD 值和其中石油类化合物的含量未出现大幅度波动,该反应器的 COD 容积负荷高达 2.56kg/(m3·d)。

c. 在 HRT 为 9h,固定化微生物颗粒填充率为 5% 的优化条件下,污水中 COD 及石油类化合物的平均去除率分别约为 87%,95%。

参考文献

[1]刘先树,丁桑岚,刘敏.内循环三相好氧流化床用于废水脱硫研究[J].四川化工,2009,12(1):46-50.

[2]齐亚兵,叶世超,彭锋,等.三相内循环生物流化床处理废水的研究[J].广东化工,2008,35(9):81-83.

[3]Tangstad E,Myrstad T,Myhrvold E M.Passivation of vanadium inan equilibrium FCC catalyst at short contact-times[J].AppliedCatalysis A:General,2006,313(1):35-40.

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[5]贾立敏,王凯军,杜兵.汽提反应器在油脂废水处理工程中的应用[J].给水排水,1999,25(5):25-29.

[6]Anna P,Ewabieszkiewicz,Hankaboszczyk M.Biodegradation ofphenol by bacterial strains from petroleum refining wastewaterpurification plant[J].Acta Microbiologica Polonica,1999,48(4):373-380.