二相厭氧反應(yīng)器快速啟動及影響因素

二相厭氧反應(yīng)器快速啟動及影響因素研究

摘要：本文從二相厭氧的理論出發(fā)，設(shè)計酸化反應(yīng)器和產(chǎn)甲烷反應(yīng)器，采用啤酒廢水處理的厭氧活性污泥接種馴化，實驗中測得各階段COD的變化及COD的去除效率。并通過實驗研究了溫度、pH、有機(jī)負(fù)荷等因素對反應(yīng)器的啟動影響。得到了二相厭氧反應(yīng)器快速啟動的基本條件。從實驗結(jié)果可以看出：在pH值4.5～6.0，溫度在27℃±2℃;有機(jī)負(fù)荷從1kg/m3.d～10kg/m3.d緩慢增加的條件下，二相厭氧反應(yīng)器的啟動比較容易。

關(guān)鍵字：二相厭氧酸化反應(yīng)快速啟動影響因素1、問題的提出國內(nèi)外對于高濃度有機(jī)廢水的處理，常常采用厭氧消化工藝，但厭氧消化工藝存在著處理效果差，管理復(fù)雜,基建投資大，特別是對于有毒廢水難以穩(wěn)定運(yùn)行等問題。近年來對于高濃度有機(jī)廢水的生物處理，致力于尋找新的既節(jié)能又高效的處理工藝，開發(fā)出各種新型厭氧消化工藝和設(shè)備。本次實驗主要研究二相厭氧處理技術(shù)酸化反應(yīng)啟動方法及啟動的影響因素。2、實驗設(shè)計及過程2.1實驗裝置設(shè)計在實驗中，我們采用二相厭氧反應(yīng)器（產(chǎn)酸反應(yīng)器和產(chǎn)甲烷反應(yīng)器）的水力停留時間依靠進(jìn)入反應(yīng)器的廢水量來調(diào)節(jié)。有機(jī)物容積負(fù)荷的變化采用控制進(jìn)水COD濃度來調(diào)節(jié)。1配水槽

2循環(huán)泵

3蠕動泵4產(chǎn)酸反應(yīng)器5中間穩(wěn)定槽6產(chǎn)甲烷反應(yīng)器

7水封8濕式氣體流量計9出水

圖1實驗工藝流程圖Fig1Experimenttechnicsprocess表1實驗裝置基本情況Table1BasicInstanceofExperimentEquipment參

數(shù)產(chǎn)酸反應(yīng)器（1##）產(chǎn)甲烷反應(yīng)器（22#）直徑（mm）50/100（反反應(yīng)區(qū)/沉淀區(qū)）75/120（反反應(yīng)區(qū)/沉淀區(qū)）高度（mm）13001300反應(yīng)區(qū)容積1.65

L3.2

L沉淀區(qū)容積1.35

L2.8

L反應(yīng)器總?cè)莘e3

L6

L反應(yīng)器型式普通厭氧反應(yīng)器UASB2.2實驗水樣對廢水中污染物的成分分析，中成藥生產(chǎn)廢水中含有各種天然有機(jī)污染物，其主要成分有糖類、甙類、蒽醌、木質(zhì)素、生物堿、鞣質(zhì)、蛋白質(zhì)、色素及它們的水解產(chǎn)物。廢水中水質(zhì)水量變化系數(shù)較大，其中，CODcr最高可達(dá)20000mg/L，BOD5最高可達(dá)8000mg/L。本次實驗研究是以重慶太極集團(tuán)的中成藥兒康寧和急支糖漿的生產(chǎn)廢水為試樣，其污染物的含量見表2。表2實驗廢水水質(zhì)表Table2

ExperimentWaterpollutionconcentration序

號污染物平均含量備注1CODcr（mgg/L）2200最大值：635002BOD5（mg//L）976最大值：278003SS（mg/L）310最大值：7134NH3-N(mgg/L）21

5TP（mg/LL）15

6pH6

7色度（倍）200

2.3污泥接種及馴化[2]在進(jìn)行厭氧污泥的培養(yǎng)和馴化之前，首先需要對二相厭氧反應(yīng)器的產(chǎn)酸反應(yīng)器和產(chǎn)甲烷反應(yīng)器進(jìn)行氣密性試驗，在確保氣密性良好的情況下進(jìn)行厭氧污泥的接種。厭氧活性污泥可以取自正在工作的厭氧反應(yīng)器或江河湖泊沼澤底部、下水道及污水集積腐臭處等厭氧環(huán)境中的污泥。本次實驗污泥取自啤酒廠生產(chǎn)廢水厭氧處理消化池，接種污泥量為反應(yīng)器有效容積的30%。本次實驗污泥接種比例較大，這樣有利于啟動時間的縮短，同時接種污泥中所含微生物種類的比例也相對協(xié)調(diào)。在接種過程中，保持反應(yīng)器溫度處于27±2℃范圍內(nèi)，使微生物的增殖處于最佳的環(huán)境狀態(tài)。實驗接種的污泥是灰黑色的成熟污泥，帶有輕微的焦油氣，無硫化氫臭，pH值在6.9。消化污泥培養(yǎng)正常時的指標(biāo)和參數(shù)見表2。表3消化污泥培養(yǎng)正常時的指標(biāo)和參數(shù)Table3IndexParameterofDigestedSludgeinGearTime項目允許范圍最佳范圍pH6.4～7.86.5～7.5氧化還原電位ORRP/mV-490～-5550-520～-5330揮發(fā)性VFA/（mg/l，以乙酸計計）50～250050～500堿度ALK/（mg//l，以CaCO3計）1000～500001500～30000VFA/ALK0.1～0.50.1～0.3沼氣中CH4含量量（體積比）/%>55>66沼氣中CO2含量量（體積比）/%<40<352.3二相厭氧反應(yīng)器相分離的方法[3][4]1)在酸化反應(yīng)器中通過某種條件對產(chǎn)甲烷菌進(jìn)行選擇性的抑制，如適量投加CCl4、CH3、Cl2控制微量氧，調(diào)節(jié)氧化還原電位和pH值等。2)對產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌進(jìn)行滲析分離。3)通過動力學(xué)參數(shù)來控制,如控制有機(jī)負(fù)荷、水力停留時間等。一般負(fù)荷越高產(chǎn)酸菌繁殖越快，有機(jī)酸濃度越高，對甲烷菌的抑制作用也越強(qiáng)，從而達(dá)到有效相分離的目的。控制有機(jī)負(fù)荷是一種最簡便、最有效的方法。本文在試驗中，采用控制有機(jī)負(fù)荷參數(shù)和化學(xué)法投加CCl4，將反應(yīng)器控制在酸化階段。2.4酸化程度的判斷[2]本次實驗中，我們采用酸化率來衡量二相厭氧反應(yīng)器啟動的狀況。在酸化反應(yīng)器中，對溶解性底物，一般容易降解，在短時間內(nèi)即可達(dá)到滿意的酸化，然后隨HRT的增加，酸化率增長緩慢，這時pH值很低，甲烷菌受到嚴(yán)重抑制，產(chǎn)酸菌己被充分利用，因此再增加HRT,有機(jī)酸也不會有太大的增加。但一般情況下總難免有甲烷菌生長繁殖，隨著HRT的增加,甲烷菌的活性逐漸恢復(fù)，使一部分有機(jī)酸得以降解，這時就會出現(xiàn)曲線中的虛線部分。我們可以認(rèn)為此時(tc)所對應(yīng)的酸化率為最大。對于非溶解性底物，由于水解速度相當(dāng)慢，相應(yīng)的酸化速率也慢，曲線比較平滑，同時一般反應(yīng)器的pH值較高，甲烷菌充分，故酸化率也不太高。從圖2中可以看出，由于實驗廢水易于酸化，在很短的時間內(nèi)即可獲得很好的酸化效果。一定時間后R達(dá)到最大，我們稱此時為本實驗系統(tǒng)的臨界酸化時間（tc），在tc以后，隨著酸化時間的增長，R下降。這說明本實驗系統(tǒng)采用的進(jìn)水濃度還達(dá)不到超高負(fù)荷，產(chǎn)生的有機(jī)酸不能對甲烷菌產(chǎn)生嚴(yán)重抑制。所以隨著酸化時間的增長，甲烷菌的活性恢復(fù)，有機(jī)酸得以分解，致使R下降。這也證明了厭氧啟動時我們采用高有機(jī)負(fù)荷加化學(xué)方法抑制甲烷菌的必要性。這一現(xiàn)象可以用Monod動力學(xué)方程式解釋，即式中：--有機(jī)酸的轉(zhuǎn)化率；Vmax—最大污泥比基質(zhì)降解速率（d-1）；X—污泥濃度（VSS表示，mg/l）；S—有機(jī)物量（以COD表示，mg/l）；KS—常數(shù)。從上式中可以看出，當(dāng)酸化達(dá)到最大程度時，有機(jī)負(fù)荷已經(jīng)很高，此時有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸的量不再取決于進(jìn)入反應(yīng)器的有機(jī)物量，而只與反應(yīng)器內(nèi)的生物量（即污泥量）有關(guān)。3、實驗結(jié)果3.1啟動期COD及COD去除率的變化在厭氧反應(yīng)器啟動階段，我們對二相厭氧反應(yīng)器中產(chǎn)酸反應(yīng)器的進(jìn)出水和產(chǎn)甲烷反應(yīng)器的出水的COD、pH和VFA進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測（頻率為每天一次），以觀察反應(yīng)器的啟動狀況。從實驗結(jié)果可以看出，在1～10天，微生物處于適應(yīng)階段，其產(chǎn)酸反應(yīng)器COD的平均去除率為16.45%左右，產(chǎn)甲烷反應(yīng)器COD的平均去除率為31.78%，二相厭氧反應(yīng)器COD的平均去除率約為43.0%。在11～23天，微生物處于恢復(fù)階段，其產(chǎn)酸反應(yīng)器COD的平均去除率為30.03%左右，產(chǎn)甲烷反應(yīng)器COD的平均去除率為31.57%，二相厭氧反應(yīng)器COD的平均去除率約為52.12%。出水COD值趨于穩(wěn)定。在24～30天，微生物處于穩(wěn)定增殖階段，其產(chǎn)酸反應(yīng)器COD的平均去除率為40.0%左右，產(chǎn)甲烷反應(yīng)器COD的平均去除率為35.56%，二相厭氧反應(yīng)器COD的平均去除率約為61.30%。出水COD值基本穩(wěn)定。4、影響因素討論4.1溫度對厭氧酸化啟動過程的影響本文進(jìn)行了溫度為25℃和35℃下的相同內(nèi)容試驗，試驗表明25℃和35℃時兩者酸化率相差很小(圖5)。從圖5可以看出,低溫時產(chǎn)酸菌的活性有所降低，但仍能維持較高的酸化率。說明溫度對產(chǎn)酸菌的影響不如對甲烷菌那么明顯，對整個酸化過程影響不大。因此,生產(chǎn)上在常溫下進(jìn)行厭氧酸化處理是可行的。4.2pH值對酸化反應(yīng)器啟動的影響ZottemeyerR.J.認(rèn)為溫度在30℃時[5]，pH值控制在6.0左右時酸化過程的負(fù)荷最高，效果最好。但他的實驗是在完全混合反應(yīng)器中進(jìn)行的，并不斷加NaOH進(jìn)行pH調(diào)節(jié)。本文試驗沒有進(jìn)行pH的人工調(diào)節(jié)，由于隨著試驗的進(jìn)行，廢水的不斷酸化，pH自然要降低。而且發(fā)現(xiàn)厭氧酸化可以在很低的pH條件下進(jìn)行，即使pH值在4.5左右，產(chǎn)酸菌仍有相當(dāng)?shù)幕钚裕f明產(chǎn)酸菌的pH值適應(yīng)范圍較寬。實驗運(yùn)行過程中，宜將pH值控制在5.0～6.5范圍內(nèi)。4.3有機(jī)負(fù)荷的控制對酸化反應(yīng)器的啟動的影響在實驗啟動階段，我們采用較低的初始負(fù)荷，繼而通過逐步增加負(fù)荷來完成厭氧反應(yīng)器的啟動。在啟動后，通過較大有機(jī)負(fù)荷的進(jìn)入，使得VFA富集，致使pH值的降低，抑制產(chǎn)甲烷菌的生長，達(dá)到二相厭氧分相的目的。5、結(jié)語從以上的分析可以看出，由于實驗中藥廢水中有機(jī)物來源于天然植物，且無毒性，因此在嚴(yán)格控制反應(yīng)器環(huán)境溫度、pH值和有機(jī)負(fù)荷的前提下，二相厭氧反應(yīng)器的啟動比較容易。通過本次實驗，可以為二相厭氧反應(yīng)器的工業(yè)化應(yīng)用提供設(shè)計參考。參考文獻(xiàn)：1.管運(yùn)濤等.兩相厭氧膜生物系統(tǒng)處理有機(jī)廢水研究[J].環(huán)境科學(xué),1998,19(6):56～592.唐受印等.水處理工程師手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20003．賀延齡.廢水的厭氧生物處理[M].北京：中國輕工出版社，19994.金志剛等.污染物生物降解[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，19975.王家玲.環(huán)境微生物學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1998StudyonStartingandControllingFactorsofAciditicationProcessaboutTwoPhraseAnaerobicAbstract:Baseontwophraseanaerobictheory,wedesignacidityreactor&

reactor,inculationanaerobicactivatedsludgefrombeerwastewateranaerobictreatmentengineering,andreclamationthemicroorganism.Experimentation35days,wegetexchangofCODcr&CODcrremovalefficiencyineveryprocess.Inthisexperimentation,wehavestudiedhowtemperature,pH&organicloadingaffectacidityreactorstarting