UASB反应器处理淀粉废水的快速启动研究刘炳娟

广东化工2008年第8期·88·反应器处理淀粉废水的快速启动研究刘炳娟(邯郸职业技术学院建筑工程系，河北邯郸056001)[摘要]淀粉厂废水产生量大，有机物浓度高，某淀粉厂废水处理采取了UASB与生物接触氧化相结合的处理工艺。文章重点对UASB反应器快速启动技术进行了研究。试验结果表明：UASB反应器采用低浓度、高水力负荷、间歇进水的运行方式，实现了大型工业化UASB反应器的快速启动。当进水COD为8052mg·L-1时，反应器稳定运行负荷达到4.03kg/(m3·d)，COD去除率为94.8%。[关键词]淀粉废水；UASB反应器；废水处理；快速启动；容积负荷StudyonQuickStart-upofUpflowAnaerobicSludgeBlanketReactorforTreatingStarchWastewaterLiuBingjuan(DepartmentofArchitecturalEngineering,HandanPolytechnicCollege,Handan056001,China)Abstract:Starchwastewaterisakindofhighconcentratedandlargequantityorganicwastewater.Thestarchwastewaterofcertainfactorywastreatedbyupflowanaerobicsludgeblanketreactor(UASB)—organismcontact-oxidizing.Inthethesis,thequicklystartofUASBwasstudied.Theexperimentalresultsshowed:thelargelyindustrializedUASBreactorrealizedquicklystartingbythemovingstyleoflowconcentration,highhydraulicloadandbatchinfluent,wheninfluentCODwas8052mg·L-1,thevolumetricCODloadratereachedto4.03kgCOD/(m3·d),CODremovalratewasupto94.8%.Keywords:starchwastewater；UASBreactor；wastewatertreatment；quickstart-up；volumeloading淀粉是一种重要的工业原料，广泛地应用于食品、化工、纺织、医药等行业[1]。玉米淀粉生产工业产生的废液属酸性高浓度废水[2]。上流式厌氧污泥床(UASB)作为一种高效厌氧处理技术，经多年实践已被证明是处理淀粉废水的先进成熟技术，它具有成本低、节能、占地少、负荷高等优点，尤其适合处理高浓度有机废水。但UASB反应器的启动周期较长(一般需几个月，长则要大半年)，这妨碍了其在工程中的应用。为了加速反应器内厌氧污泥的颗粒化，缩短启动周期，UASB的快速启动被广泛地研究[3]。1废水水质及水量某公司以玉米为原料生产淀粉，生产过程中排放的废水主要为玉米输送水和设备、地面冲洗水。根据实际监测，该废水的水质情况见表[1]。[收稿日期]2008-01-23[作者简介]刘炳娟(1978-)，女，河北邯郸人，在读硕士研究生，主要研究方向为环境监测与治理技术。2008年第8期广东化工第35卷总第184期·89·表1废水水质Tab.1Qualityofwastewater水量/(m3·d-1)pHCOD/(mg·L-1)BOD/(mg·L-1)SS/(mg·L-1)SO42-/(mg·L-1)8004.5～5.47350～85005900～6800560～900220～2502UASB反应器的菌种筛选及接种量本研究以城市污水处理厂消化污泥为主和一定比例的富含产甲烷菌、富含有机营养和矿质营养元素的天然基质混合物作为菌种污泥，接种污泥的VSS/SS为0.67，厌氧反应器接种的平均污泥浓度约23.9gVSS·L-1，污泥的最大比产甲烷速率为57.3mLCH4/(gVSS·d)。3UASB反应器的启动研究厌氧反应器的启动及运行一般分为三个阶段，即启动阶段、负荷提高阶段、稳定运行阶段。启动阶段主要是对所接种的厌氧污泥进行培养驯化，使其适应进水水质；负荷提高阶段是通过逐步增加进水负荷，使微生物逐步适应较高的运行负荷；稳定运行阶段则是在较高的进水负荷水平上稳定运行，观察厌氧反应器所达到的净化效果，并观察相关因素对厌氧反应的影响。3.1启动阶段接种后的厌氧反应器采用低浓度、高水力负荷、间歇进水的方式进行启动。控制方法为：启动负荷为1.0kgCOD/(m3·d)，调节进水COD浓度为4000～5000mg·L-1，反应器进水温度为34～36℃。启动开始时，每班进水时间为3h，此后，视反应器的运行效果，依增加反应器进水时间来提高反应器的负荷。厌氧反应器启动阶段的运行情况见图1。010002000300040005000051015202530运行日/dCOD/(mg•L-1)020406080100COD去除率/%COD去除率（%）进水COD（mg/L）出水COD（mg/L）图1启动阶段厌氧反应器的运行情况Fig.1Runstateofanaerobicreactorinthestageofstart反应器启动后，第1～3运行日，出水COD浓度为1100～1250mg·L-1，COD去除率为72.9%～76.0%。在此后的运行中，反应器COD去除率有所下降，到第7运行日降至60.9%，出水COD浓度为1794mg·L-1。主要原因是启动初期接种污泥仍未适应所处理的水质，反应器内温度仍未达到所控制的最佳温度范围35±1℃。此后，出水COD浓度逐步降低，COD去除率不断增高，到第15运行日，出水COD浓度为925mg·L-1，COD去除率上升至79.1%。此后，继续提高反应器运行负荷，控制条件为：负荷提高幅度为0.5kg/(m3·d)，COD去除率达到80%时，稳定运行3～5d，再提高运行负荷。经过30d的运行，反应器实现连续进水，进水量达到200m3·d-1，负荷提高到2.36kgCOD/(m3·d)，出水COD浓度为719mg·L-1，出水pH为7.3；COD去除率达到85.2%。反应器产气正常，沼气产率为0.47m3/kgCOD(去除)。表明厌氧反应器中的微生物已基本适应了废水水质，可视反应器启动成功。3.2负荷提高阶段反应器启动成功后，要使其尽快达到设计的处理效果，使生产废水得到全部处理。在负荷提高阶段视反应器的运行效果，逐步提高反应器的运行负荷，具体控制条件为：维持水力负荷不变，负荷提高依逐渐增加进水浓度来实现，当COD去除率稳定在90%以上，稳定运行5d，继续提高负荷，提高幅度为0.4kgCOD/(m3·d)。该阶段反应器运行情况见图2。从整个负荷提高阶段的运行过程看，经过40d的运行，反应器进水量不变，进水COD由4500mg·L-1增加到7500mg·L-1左右，进水水质不再进行调节，使生产过程中所排废水全部得到处理。从整个运行效果看，在逐步提升运行负荷的过程中，反应器出水水质一直稳定在390～670mg·L-1范围，COD去除率均大于85%。到第70运行日，进水COD为8052mg·L-1左右，反应器运行负荷达到4.03kg/(m3·d)，COD去除率达到94.8%。0200040006000800010000303540455055606570COD/(mg•L-1)020406080100COD去除率/%进水COD（mg/L）出水COD（mg/LCOD去除率（%）图2负荷提高阶段厌氧反应器的运行情况Fig.2RunstateofanaerobicreactorinthestageofloadincreaseCOD去除率出水COD进水COD运行日/d进水COD出水CODCOD去除率运行日/dCOD/(mg·L-1)COD/(mg·L-1)COD去除率/%COD去除率/%广东化工2008年第8期·90·稳定运行阶段为进一步考察高负荷条件下反应器的运行效果，对反应器进行了为期30d的稳定运行试验。反应器的进水量为200m3·d-1左右，进水COD浓度范围为6700～8300mg·L-1。运行结果见图3。0200040006000800010000707580859095100运行日/dCOD/(mg•L-1)020406080100COD去除率/%进水COD（mg/L）出水COD（mg/L）COD去除率（%）图3稳定运行阶段厌氧反应器的运行情况Fig.3Runstateofanaerobicreactorinthestageofsteadyrun稳定运行结果统计表明：稳定运行阶段，反应器平均负荷3.67kgCOD/(m3·d)，出水COD为290～430mg·L-1，均值374mg·L-1，COD平均去除率为94.9%，运行稳定。4结语厌氧反应器处理淀粉废水时，采用低浓度、高水力负荷、间歇进水的方式对反应器进行启动，反应器的污泥接种量约为23.9gVSS·L-1，控制进水COD浓度为4000～5000mg·L-1，进水负荷为1.0kgCOD/(m3·d)，水温为34～36℃，30d后完成启动。在负荷提高阶段，进水COD浓度由4500mg·L-1逐步增至7500mg·L-1左右，进水负荷相应地由2.24kgCOD/(m3·d)逐渐增加至4.03kgCOD/(m3·d)，经40d运行，反应器对COD的平均去除率达到94.8%。稳定运行期间，进水COD浓度在6700～8300mg·L-1之间波动，平均负荷为3.67kgCOD/(m3·d)，出水COD为290～430mg·L-1，COD平均去除率为94.9%。可见，反应器启动周期短，负荷提高快，有机物去除率高，运行稳定。参考文献[1]李善平，甘海南．淀粉生产废水处理的运行与管理[M]．北京：中国环境科学出版社，2000：20-22．[2]买文宁．生物化工废水处理技术及工程实例[M]．北京：化学工业出版社，2002：10-15．[3]王夙，张利群，吴敏，等．UASB反应器处理棉浆粕黑液的快速启动研究[J]．中国给水排水，2007，23(3)：53-56．(本文文献格式：刘炳娟．UASB反应器处理淀粉废水的快速启动研究[J]．广东化工，2008，35(8)：88-90)(上接第14页)2.2.2晶格畸变作用初步认为膦酸改性聚天冬氨酸对CaCO3晶体的影响包括两个方面，一是干扰其成核过程；二是干扰晶体的正常生长，晶体一旦形成后，药剂可吸附在其活性生长点上与Ca2+螯合，从而影响其正常生长，造成晶格严重畸变，不能长大。另外，部分吸附在晶体上的化合物，随着晶体增长被卷入晶格中，使CaCO3晶格发生位错，在垢层中形成一些空洞，分子与分子之间的相互作用减少，使硬垢变软，极易被水冲走。如图2，加入膦酸改性聚天冬氨酸后，CaCO3垢的晶形发生了改变，不再是规整的形态，晶格发生了明显的畸变，晶体单元变得不规则，形成一种又小又圆、没有棱角的絮状状堆积垢样，悬浮在水中形成软垢。2.2.3分散作用膦酸改性聚天冬氨酸在水中可电离出很多H+，而使本身带有负电荷。当它们在水中碰到CaCO3晶体时，在物理/化学作用下，被吸附在颗粒表面，使颗粒表明带有负电荷，在静电作用下互相排斥，有效的避免了颗粒碰撞后长大沉积。以上三个方面相辅相成，共同作用达到阻垢效果。3结论(1)膦酸改性聚天冬氨酸结构式含有-COOH，-PO3H2与-CONH-，可与金属离子形成螯合物，产生分散作用，从而起到阻垢作用。(2)通过扫描电镜实验，证实膦酸改性聚天冬氨酸有严重晶格畸变作用。参考文献[1]SuitorJW，MarnerWJ，RitterRB．Historyands