ABRUASB工艺处理酒糟废水的研究伦世仪

81089年5月汽:男畏。彝第7卷第2期ABR一UASB工艺处理酒糟废水的研究伦世仪陈坚卢自金朱王超李序(无锡轻工业学院发酵工程系)摘要本文对ABR一UASB工艺的启动、运行处理效果和内部处理过程进行了研究.结果表明,ABR一UASB系统处理酒糟废水,COD容积负荷可达31.6kgeoD/ms.d,COD去除率93.7肠,55去除率可达99.2肠,产气率达10.5m”/m二d(35,C,latm),总停留时间仅0.98天.由此说明ABR一UASB工艺时高有机物浓度、高55含量废水是一种非常有效的处理工艺。一、前言七十年代以来,国际上出现了一批以滞留生物量为特点的第二代厌氧反应器〔’〕.上流式厌氧污泥层(UASB)反应器是其中最典型的一种〔幻。由于UASB反应器在具有较高处理能力的同时不需要设置沉淀分离、辅助脱气、机械搅拌、回流流出液和污泥的装置和相应的能耗,因而这种装置在国外已开始广泛地被采用〔3〕.但是,尽管这类反应器依靠一定的制造工艺和培养技术能达到很高的有机负荷和COD去除率,但存在的弱点是,一旦进水中悬浮固形物(55)含量超过4克/升,整个工艺就将遭到严重破坏而无法正常运行。〕.因此不能直接用于高55含量废水的处理。酒精工业产生的蒸馏废液一酒糟废水是我国轻工行业较为严重的污染源之一由于酒糟废水是一种高有机物浓度(COD达40一509/l)、高55含量(55达20一309/1)的酸性(pH3.6一4.2)废水。对此国内一直采用传统厌氧消化工艺,效率甚低〔5〕.近年来,有些单位准备采用先固液分离,然后再进行高速厌氧发酵的处理方案.主要采用的是离心分离法、沉降分离法和过滤法,但实践证明离心法存在投资大、运行费用高、设备磨损严重等缺点;沉降分离法则要求很长的停留时间;而过滤法则因滤速太慢难以实行.因此,这些方法至今还不能得到推广.考虑到上述两种情况,本研究室在参照上流式庆氧滤器〔6〕和普通折流板反应器〔7〕的基础上,自1986年以来对新型厌氧折流板反应器(AnaerobieBaffledRea。t。r,简称ABR)进行了开发研究〔幻。指导思想是要求ABR能在连续有效地使废水中绝大部分55在反应器中迅速沉降并被去除的同时,还使原水水质(包括pH值、有机酸含量等等)有进一步的改善。研究寄希望于ABR成为现行的各类高速厌氧消化装置应用于处理高55废水的一种有效预处理反应器。本研究利用ABR具有的高55去除率的特性和UASB反应器能达到的很高的有机负荷的效能,将ABR与UASB反应器串联,以酒糟废水直接进料,通过ABR首先将其中的55降低到49/1以下,水质得到初步改善,而使后续的UASB能最大限度地降解水中的有机物。这一研究将为酒糟废水处理提供一条可能的途径。此外,这种将不同特咸的高效反应器组合从而有效地处理高有机娜浓度、高55含量的工业废水的工艺,在闯内外还未见报道。带卢自金,现在湖南省轻工业专科学校任软.本文于1088年8月17日收稿168。年5月伦世仪等ABR一U人SB工艺处理酒槽废水的研究二、实验材料和方法1_人BR一UASB工艺流程见图l和“硫酸高氯酸”消化法〔`“〕。礼3、污泥沉降曲线和VFA:采用标准方法〔的(4)气体成份分析:采用气相色谱法.(6)捕酶F、:。:根据文献〔“〕报道测定.(6)污泥和尘物膜镜俭:通过固定、真空喷金等处理,用扫描电镜进行。一一l一勺l哑l·土决七一!一一图1ABR一UASB工艺流程示意图1.电动搅扑器2.原水贮罐3.电子蠕动泵4.ABR装置5.气水分离器6.中间贮罐7气位段澳器8.出众灌9.水封10.UASB反应器人BR川UASB反应器均用有机玻璃制成.两者的弃识分别为3.4升和10升。反应器的硫芝抓·制劝三35℃左右。在ABR反应器甲各液相lljL隔区j一匀设有取样口,各沉降室有排泥I一{,内部挡板采用PVA软性填料.在UASB反应器,扫,_!:都一设三相分离器,底部有进水分布板,沿反应器高度有七个取样日。2.实验采用的酒糟废水水质买验所书的酒糟废水取自无锡酶制刊)一`洒箱车间、水叹成分如衷1所示。表l实验所用酒糟废水水质成分一一测定项目原酒糟过滤液_____}________COD(mg/1)有机酸(皿g/1)惫浮固体(55)(g/!)总氮(二g/1)总麟(口g/1)还原糖(皿g/1)眼20000一4000015000一300002800一3了002800一37001了.6一23.74.6一6.80.1410.L3G3.6一4.03.6一4.0侧......``~刀...``翻.``..目``.与烈脚目“~翔.....3,实验中各项目的测定方法:(1飞COD、55不「1VSS采用标准方法(9〕。(2、曾、N、总P:分别采用凯氏定氮法三、实验结果1.ABR一UASB工艺一牛勺启fy)J(1)UASB的启动:培养出高活乍仁的生物膜是ABR启动的关键。启动过程的条件控制以创造填料挂膜的最适环境为准则.具体条件的控制{亡:①考虑到反应器各段在处理过程的不同作用,刘一三个沉降室污泥的投入量分别为5:3:1。由于接种污泥初期沉降性能较差且需要与软性填料挡板充分按触,因此在接种污泥刚投入后,反应器密闭循环运行了二天,此时对进水pH值开始逐步调节,_直至以后直接采用酒糟废水的自然pH值(3.6一4.0)。②COD容积负荷的增汀斤式对填料挂膜至关重要,但COD容积负荷取决于进水COD浓度和水力停留时乒叹HRT少两方面。本试验首先控制HRT在4.5天左右,直接采用厉:水COD浓度(IG000一31000,二g/l),然后逐步缩短停留时问实验友现,较短的停留时间和较高的COD浓度有利于污泥悬浮与填料接触,从而在填料上持留、吸附并稳定生长:但控制不好,水力冲击过大,反会将部分尚未!;付着稳定的菌体冲失,使挂膜时间延长。本试验ABR起动过程中的停留时间及相应的COD容积负荷如图2所示。③由于纤维填料不仅对菌体能较好地吸附,而且对废水中的55亦能吸附持留.因此如果培养挂膜时进水中的55较高则会使得到的生物膜活性不高,巨培养时间也较长。本试验挂膜阶段控制进水55小于3.4:/1.10198,年5月-中国一沼气第7卷第2期(2)UASB的启动:UASB的启动一般以获得高活性和优良沉降性能的厌氧污泥为目的。本试验采取的具体措施包括:①直接采用原水浓度进料,根据反应器出水COD浓度和有机酸的变化,通过改变水力停留时间逐步增大反应器的有机负荷一旦COD去除率达到80肠,立即提高负荷0.7kgCOD/m二d,并控制出水有机酸在80Omgl/之下,以防酸化。与此同时,产气毛ù价铸--ùù.石·E西8李、匕电件心班OQO宜蓄口珍启动时.祠圈2启动过程ABR的运行情况在启动20天后发现填料颜色已由初期的白色变成黑揭色,表面粘连成较完整的膜面,此时从填料上取样进行扫描电镜镜检,结果如图3。从图上可以看到,填料表面已生长附着了大量的菌体,且杆菌和球菌混杂在一起。在此之后,为了进一步考察填料上生物膜是否成熟稳定,在启动运行的第21天和第25天,分别提高反应器有机负荷从14k`c0D/m”·d到15妞c0D/m二尽和1sk`co勺/ms·d到23.skgCOD/。二d。结果发现反应器COD去除率和产气率的变化都很快达到稳定,反应器出水55含食仍在0.37一0.54幻1范围内变化,且填料上生物膜无脱落现象.至此,认为ABR的启动过程结束.量的观察和测定必须经常进行。②由于接种污泥活性相对较低,因而产气能力较差,放入UASB反应器后所产生的气体还不足以搅拌污泥使其与基质充分混合。但是菌体与基质的充处接触是加快菌体生长繁殖、提高菌体活性的先决条件。为此,本试验在启动初期采用间歇脉冲进料挽拌,将出水部分回流进行脉冲,利用进水的水力冲击起到对污泥搅拌的作用。具体的控制是脉冲流量lm“/hr,脉冲次数10次/日,脉冲时间20秒/次。通过一个月的启动,反应器COD容积负荷达到14kgCOD/m昌·d,COD去除率在85呱以上,产气率达7·81l/.d,出水55小于19l/,污泥流失基本不存在。说明反应器内部已处于良好的工作状态。2.ABR一UASB工艺的运行1)ABR处理酒糟废水各工艺参数间的关系。用ABR直接处理酒糟废水,选择不同的55含量和COD浓度,逐渐缩短停留时间,在达到各个稳态运行条件后,分别对出水进行了各水质项目的测定。连续运行两个月的结呆如表2所示。①当停留时间从2.7天逐步减少到0.2宙天的过程中,·进水浓度在2100036000mg1/范围内变化,反应器的容积负荷`相应从10.6k`c0D八l’.榨大到x19.艺k`c0D/。、8.d.从表2可以看到,在容积负荷变化如此大的范围内,ABR出水稳定在1.091/以下,55去除率保持在90肠以上,最高达95.3肠。1989年5月伦世仪等ABR一UASB工艺处理酒槽废水的研究1l表2ABR处理酒糟废水的运行过程及结果停留时间(天)cOD容积负荷(g/一d)一产气率(1/卜d)进水pH一出水pH进水VFA〔nIg/1)出水VFA(mg/1)进水55(g/l)-出水55(g/1)进水55去除率(肠)进水COD(mg/1)出水COD(n、g/l)LCOD去除率(肠)}0.803325.454.05。O282()32709。706193.了000.6000{。.3。{{{4443.222{。4.了了了了.2111{8.1000444.000…4·。。555.000{5.0003331000023000033340000270000999。77712.99900085550.61119991.222}95.333222652888一久6060002220166.444{2838444222444…2“333......口...................②将表2中COD容积负荷与对应的容积产气率作图(图4)可见,在一定范围内(容积负荷45k`CoD/m“.d),反应器的容积产气率与容积COD负荷有良好的线性关系。超出此范围,则装置的容积产气率增幅变少.线性关系破坏,最终出现坪台区,即容积产气率儿乎不再随容积COD负荷的增加而提高.(2)ABR一UASB工艺的运行结果ABR一UASB工艺完成启动后,连续运行2个月,其最终运行条件和处理结果如表3所示.从表中可以看到,在进水有机酸浓度达31000mg/l、55达15.39/l、pH约3.8的情况下,整个工艺COD容积负荷高达31.6k`COD/m3.d,COD去除率93.7肠,55去除率达99.2务,产气量达10.51/1.d,(latm,表3人BR一U人SB工艺处理酒糟废水的结果一f一丰于扮测定参数UASB全系统反应器容积(l)有机负荷(g/1·d)停留时间(da了)进料COD浓度(tng/l)进料COD产气(m3/kg)产气率’(1/卜d)气体中CH;合量(肠)三兰水pH也大,又又进水55(g/飞)出水55(g/l)55去除率(响)进水有机酸(mg/l)出水有机酸(。g/1)COD去除率(肠);:::兮弓ù好丫c一ùùù件6080100120、(砚一f子.`负`:;(g/l`d’)0.0688.455图4反应器COD容积负荷与容积含气库锣飞学`再3.8毛、Q工025.30.83210000.44711.3755.0戈、Q③出水有机酸浓度较进水有所提高;出水pH稳定在4.9一5.0,较进水提高了1个单位之多;随着HRT的逐步缩短,由于55的去除率稳定,丧现出COD的去除率变化不大.当然COD去除率普遍较低,但这不是ABR的主要任务。育.几t“几马气.乙色已.飞310003400340032341090.70.9831000O。51汤10.6653.8了、O15。3心.、Q勺它.2310Q41093.7’测定条件.35’C、lat口,121989年5月中国沼气第7卷第2期理和沉降在ABR底部固形物的沉降性能一分别从未经处理的原液和经生物膜处理后的沉降物(从正常运行的反应器锥底取出)取样,在选取两者55含量相近的可比条件下.分别测定了两