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厌氧序批式反应器处理啤酒废水的快速启动研究.pdf

INDUSTRIALWATER&WASTEWATER工业用水与废水Vol37No2Apt,2006

厌氧序批式反应器处理啤酒废水的快速启动研究

郭永福1,2,储金宇1

(1江苏大学生物与环境工程学院,江苏镇江212013;2苏州科技学院环境科学与工程系,江苏苏州

215011)

摘要:以中等浓度啤酒度水为水源,在低温下(14~20℃)研究了质氧序批式反应器的快速启动过程。试验结果表明:当采用污水厂消化污泥接种.投加粉柬活性炭并以间歇搅拌方式运行到第76是时.反应器客积负荷为6.5kg/(m3?d),出水挥发性脂肪酸浓度和COD。去除效率分别为2.5mmol/L以下和961%,污泥停留时问迟到了19.4d,同时完成污泥的颗粒化。和来添加活性炭相比污泥颗粒化时间缩短10d.表明压氧序批式反应器低温下赴理啤酒废水的快速启动是可行的、

关键词:啤酒废水;厌氧序批式反应器;快速启动:颗粒污泥

中国分类号:X797.031文献标识码:A文章编号:1009—2455(2006)02—0034—04

Rapidstart-upprocessofanaerobicsequencingbatchreactorin

treatmentofbrewerywastewater

GUOYong-ful’,CHUJin-yu。

幢SdwolofBiologicalandEnvironmental

Engineering,Jiang’uUnweHay,zk啕hg21201工China;2.DeparimentofEnvironmentalScienceandE吲neering,UniversityoJScienceandTechnologyofSuzhou,Suzhou215011,China)Abstract:Therapidstart-upprocessofanaerobicsequencingbatchreactoratlowtemperature(14—20℃1wasstudiedwithmediumcoucentrmionofbrewerywastewaterassoui℃ewater.Theresultsofthetestshowed:whenthereactorseededwithdigestedsludgefromwastewatertreatmentplant,dosedwithpowderactivatedsludge,andrunning76days诵thintermittentagitation,thevolumeloadingreached6.5kg/(m3-d1,theeffluentvolatilefattyacidconcentrationwasbelow2.5mmol/L,andtheremovalrateofCODhwas96.1%;sludgerationtimemached19.4daystogetherwiththefulfillmentofsludgegranulation.Periodofsludgegranulationreduced10dayswiththereactor

dosedwithpowderactivatedcarbon,"alloftheaboveshowedthattherapid

start-upprocess

ofanaerobicsequencingbatchreactorwasfeasibleatlowtemperaturewhenitwasusedtotreatbrewerywastewater.

Keywords:brewerywastewater;anaerobicsequencingbatchreactor;rapidstart—up;granularsludge

厌氧序批式反应器(ASBR)具有工艺投资省、操作灵活、能够生成颗粒污泥和克服厌氧污泥流失等问题,并具有较高的去除效率和工艺稳定性,且能适应常温下处理高中低浓度废水等优点而越来越引起人们的重视。

目前国内外啤酒废水的处理多采用生物处理方法。其工艺一般有3种:①水解酸化+SBR工艺;

基金项目:江苏大学第i批大学生科研项目(A040):江苏省环境科学与I:程重点实验室项目(ZD200104)

收稿日期:2005—10—24:修回日期:2006—01—10

?34-②水解酸化+接触氧化工艺;③UASB工艺+其它活性污泥工艺。以上各工艺均存在负荷低,占地较大、运行费用高等缺陷。

为克服以上工艺存在的缺陷.本课题将AsBR反应器应用于中等浓度啤酒废水的处理,寻找快速启动ASBR以及污泥快速颗粒化的方法。

1试验方案

1.1水源与水质

试验采用的水源取自某大型啤酒厂废水集水池内的综合啤酒废水。源水水质指标见表l。

万方数据

郭永福.储金宇:厌氧序批式反应器处理啤酒废水的快速启动研究

表1啤酒综台废水的水质指标

T且b.1WaterquMityindexofbrewerycomprehensive

wastewater

项目p(COD,,)/(mg?I。。)p(Bo现)/(mg?L4)p(ss)/(mg?L。)

1.2试验装置与流程

试验装置采用2套,分别为反应器I和II.2套均采用内径400/llm、高度2.0m、总容积为250L的ASBR反应器,有效容积为235L。试验工艺流程见图1。搅拌机转速为l450r/rain,浆叶直径130lllln,采用推进式,3片浆叶,减速比为l:10,进水采用德国普罗名特计量泵控制。另外.反应器II中添加粉末活性炭,填充量为有效容积的20%。

气体流量计卜—堕1

《永

一配水池ASBR反应器

图1试验工艺流程

FigIProcessflowoftheexperiments

1.3污泥接种

ASBR反应器中污泥采用污水处理厂的絮状消化污泥。污泥的pH值5.7l,采用6号筛(筛孔为3.2mill×3.2I'tlm)过滤污泥以除去大的颗粒物.反应器接种量为MLVSS值达到10∥L,污泥的SVI为45.2mL/g,沉降性能良好。

1.4试验条件控制

试验温度为14—20qc。

ASBR反应器的间歇运行时间分配为:进水30

min,反应390min,沉降30min,排水30min。

2试验结果与讨论

2.1ASBR启动

首先对接种污泥进行短期的活性复苏。反应器I和II同时加入消化污泥后,分别在容积负荷1kg/(m3?d)的情况下运行,即:进水30min,反应22,5h,沉降30min,排水30min。搅拌转速采用145r/min。每天进排水量均为60L。试验进行的第1,3,6,10天时,出水COD。的平均去除率分别为5.1%,18.4%,30.5%.38.6%,到第15天时,出水COD。,的去除率接近50%,平均为47.9%,此时可以认为消化污泥的活性复苏阶段结束,可以开始对反应器进行启动阶段的研究。

在启动阶段,考察内容主要有:对COD。的去除率、MLVSS和pH值、出水VFA、SRT以及污泥性能变化等。

2.2有机负荷对COD。去除率的影响

ASBR反应器对有机物(TCOD。)的去除率与容积负荷的关系见图2。从第15天开始.逐渐增加容积负荷。随着容积负荷的增加,反应器I和II对COD。的去除率在最初一段时间内提高较慢。反应器I在运行到第35天时,容积负荷达到2.5kg/(m3?d),此后出水COD。迅速降低,COD。去除率上升较快,到第76天时,COO。去除率达到了93.7%:而反应器II在第30天时,COD。去除率迅速上升,到第76天时,COD。去除率达到了96.】%,比反应器I高出近3个百分点,而且反应器II比反应器I提前10d左右COD.,去除率达到90%,且容积负荷均最终达到了6.5kg/(m3od)。

容积负荷/(kg’m_3d1)

图2容积负荷与COD。去赊率的关系

Fig.2Relationbetweenvolume

loadandremovalrateofCODo2.3污泥浓度与颗粒化情况

反应器运行过程中,通过光学显微镜观察发现,反应器I在大约第45天开始形成一定粒径的

?35?

万方数据

NDUSTRIALWATER&WASTEWATER工业用水与废水v。137No.2Apr,2006

颗粒污泥,平均直径为O.5mm,MLVSS值为14.1∥L,反应器II在大约第38天开始形成一定粒径的颗粒污泥,平均直径为0.7IntFl,MLVSS值为13.2g/L。相比之下.反应器I中污泥颗粒粒径较小+不够圆滑,反应器II中污泥颗粒粒径较大,且相对均匀圆滑。两组反应器中颗粒直径随时问变化如罔3所示。到第76天时.2个反应器中的污泥粒径逐渐增大,反应器I中颗粒污泥粒径达到1.2~1.6mm,MLVSS值达到18.7g/L.污泥的SVI为38.1mL/g;反应器II中颗粒污泥粒径略大.达到1.5~2.4Intn,MINSS值达到了22.5g/L。污泥的SVI为349mL/g。2个反应器中污泥SVI变小,沉降性能均较好,颗粒污泥多呈黑色,圆形或椭圆形.个别带棱角。

25

{2.0

埘1.5

斟_1.0

蠢o5

10203035404.5505560657075

时间/d

图3污泥颗粒直径随时间变化情况

Fig.3Changesofsludgegranularsizewithtimehasting

反应器中MLVss的增加以及颗粒污泥的冉现.不仅和废水性质、进水pH值、碱度、接种污泥的性质、反应器所处的环境条件、污泥负荷率等有关系,而且和反应器内水流的上升流速有很大关系。在本试验中,颗粒污泥在第55天时.粒径增加较快,此时2个反应器内水流上升流速为1.9m/d,这一点和Ritta等的研究结果不相同…。

2.4搅拌方式对去除率的影响

在启动运行阶段,根据Monod反应动力学原理以及Michaelis—Menten方程式,当底物中酶的浓度一定,而底物浓度达到某一值且底物与酶充分接触时,此时反应速度(微生物代谢速度)达到最大值。但影响此最大值的关键操作是底物与酶的混合方式,即搅拌方式。

为考察搅拌方式对去除率的影响,试验中期,从反应器I和II中分别取5I.混合液.置于4个10L的玻璃瓶中,玻璃瓶中MLVSS值均在25g/L左有。采川不同的搅拌方式,测定COD。的去除

?36?

率.时间为期10d.测定的平均结果见表2。

表2

1曲.2

搅拌方式对COD。去除效果的影响

RemoraleffeetsofCOD。withdifferent

agitationmethods

由表2可知.采用间歇式搅拌方式比连续搅拌效果好。分析认为:连续搅拌虽有利于厌氧过程中产生的生物气与活性污泥絮体的分离.并促进活性污泥絮体与底物的接触,但却破坏了活性污泥的生物絮体,不利于泥水分离,最终导致出水水质的下降。试验中,连续搅拌出水中的含泥量比间歇搅拌方式出水的含泥量多,证实了前面的推测。

2.5出水VFA和pH值变化

山水VFA浓度在厌氧反应器控制中被认为是重要的参数,可以直接反映m反应器运行的状况,而且vFA浓度的分析相对pH值可以较为快速和灵敏地反映m反应器行为的微小变化。在正常情况下.出水VFA浓度保持在3mmol/L以下时.反应器运行状态良好。试验中.出水VFA变化见图4。

20303540455055

时间/d

圈4出水VFA变化

Fig.4ChangesofeffluentVFA

反应器I和II中出水VFA浓度在开始启动阶段较高,超过了3mmol/L。随着反应器中颗粒污泥的形成,2个反应器出水VFA逐渐呈下降趋势,从结果看,反应器I从第45天开始出水VFA小于们

:3

万方数据

郭永福,储金字:厌氧序批式反应器处理啤酒废水的快速启动研究

3mmol几,反应器II从第40天开始出水VFA小于3mmol/L,根据污泥颗粒化的分析,此时2个反应器出水VFA下降的最主要的原因是由于反应器中开始出现颗粒污泥.反应器中污泥的活性较高.加速VFA转化成CO:和CH4,使得出水VFA变小。试验观察发现,此时出水中含泥量和以前相比变得非常少,反应器中MLVSS增加较快。

反应器I和II出水DH值始终保持在7—8.2之间,结果良好。

2.6添加颗粒物的影响

反应器中添加粉末活性炭或沸石等颗粒状物质能够加速污泥颗粒化进程,如:YuHQ,WirtzR,Uyanik

S等【2_“.分别对不同的厌氧反应器通过投加不同的添加剂来研究厌氧污泥颗粒化,均取得了较好的效果。一般来讲.污泥的颗粒化时间较长,3~10个月不等.从本试验的污泥颗粒化情况来看.反应器II中污泥颗粒化情况非常好,在第38天就开始m现细小的颗粒污泥,到第76天时,反应器II中颗粒污泥粒径最高达到2.4film,其沉降性能经过测定.反应器I颗粒污泥平均沉速为52m/h.反应器II颗粒污泥平均沉速为68m/h.污泥沉降性能良好。

从试验结果知道.添加粉末活性炭,不但缩短了污泥颗粒化时间,增加了反应器的容积负荷(在第76天时,反应器II容积负荷达到了6.5k∥(m,-d)),而且使出水的VFA和COD。浓度都迅速降低(COD。去除率达到了96.1%)。

2.7SRT随时问变化

SRT随时间变化情况如图5所示。

25

20

15

10

10202530354045505560657075

时间/d

图5SRT随时间变化情况

Fig5ChangesofSRTwithtimehasting段.SRT随时间进展逐渐降低,一度低至4.2d。在启动研究阶段,随着污泥的颗粒化进程的加快.SRT逐渐升高。到第76天时,反应器l的SRT达到了16.1d,反应器II的SRT达到了19.4d,符合优良反应器SRT不小于10d的观点。

3结论

试验结果表明:

①采用ASBR反应器在低温下处理啤酒废水的快速启动是可行的。有效水力停留时间为6.5h时,容积负荷可以达到6.5kg/(m3-d),COD。去除效率为96.1%;

②与普通ASBR反应器相比,投加粉末活性炭可使污泥颗粒化时间缩短10d达到38d,污泥平均粒径可达O.7mm:

③反应器采用间歇式搅拌方式比连续搅拌效果好:

④与上流式厌氧污泥床反应器UASB处理啤酒废水相比(启动期达4~6个月),ASBR反应器的启动时间可以缩短3个月以上;

⑤卅水的VFA浓度低,后期数据基本在2.5mmol/L以下.污泥停留时间当投加添加剂时可以达到19.4d。

ASBR反应器的不足是:当采_l_}j城市污水厂的消化污泥接种时.反应器在污泥活性复苏阶段容易酸化和污泥流失,生产调试时需要特别注意。

参考文献:

[1]RittaHK,JukkaARPerformanceof柚On-siteUASBTeactottreatingleachatemlowtemperature[J].WaterReseartIh,1998,32(3):537—546

f2]YuHQ.FangHHP,TayJH,e£olEnhancedslud卵gr卸ulationinupflowanaembicsludgeblanket(UASB)reactorsbyalumi-humchloride[J]Chemosphere,2001,44(6):31—36.

[3]WirtzR,DagueRRLaboratorystudiesoⅡenhancementofgranu一]ationintheanaerobicsequencingbatchreactor[J]WaterScienceTechnology,1997.36(4):279—286

、[4]UyanikS,SallisPJ,AndersonGKTheeffectpolymeradditiono“granulationinarIaIlaembicbaffledmactor(ABR)lJJWaterReseach,2002,36(4):933-943.

SRT是厌氧反应器稳定运行的基本保证。整个作者简介:郭永福(1973一),男,『I『两运城人,讲师,硕士,上试验过程没有刻意控制SRT。在污泥活性复苏阶要研究水污染防治与控制,(电子信箱)yongfuguo@163120111。

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