UASB反应器处理烧碱蒽醌草浆黑液的污泥颗粒化过程耿兴莲

中国Transaetion造纸学报ofChinaPulPandPaPerVol.91994UASB反应器处理烧碱一蕙醒草浆黑液的污泥颗粒化过程’耿兴莲..贺延令杨淑惠二(西北轻工业学院,712081)摘要用两套处理S记。一AQ化学草浆黑液上流式厌氧污泥床(UASB,反应器作对比实验,研究处理这种废水的UASB反应器的污泥颗粒化过程,并达到了IOkgCOD/m,·d的工作负荷及在此负荷下CODo40%~50%、B(〕D556.5%~63.5%的去除率.去除l西OD产气量达到5lllm,其中CH。含量为“.8%。关健词:制浆废水厌氧处理UASBl引言非木材纤维原料在我国及其它发展中国家的制浆造纸工业中占有相当的比例。众所周知,草浆黑液具有含硅量高、提取率低、发热量低等特点,给碱回收带来一定难度.加之许多中小厂的生产能力不足以上马碱回收,而这些草浆废水目前尚无其它有效的处理手段,致使这部分废水直接排人水体,造成了比较严重的环境污染和资源浪费。UASB反应器已广泛用于制浆造纸废水处理,其有效运行的关键在于反应器中颗粒污泥的形成,但处理碱法化学草浆黑液的研究还未见报道。碱法草浆黑液不同于半化学浆或化学机械浆废水,其特点在于高碱、高木质素含量,这对厌氧处理及污泥的颗粒化过程是不利的。本文主要是以两套平行运行的UASB反应器的实验数据为基础,探讨影响反应器中污泥颗粒化的因素及污泥颗粒化对反应器效率的影响。2材料和方法2.1黑液实验所用黑液为陕西省咸阳造纸厂Soda一AQ化学草浆洗涤段废水,其制浆工艺条件为14%用碱量及。.05%AQ用量,其成份分析结果见表1。2.2反应器体积分别为5.OL和10.6L的两台上流式厌氧污泥床反应器。本文曾在1993年5月25~28日于北京召开的第七届国际木材化学与制浆化学研讨会(7thiswPC,参加展示活动.耿兴莲现在南京林业大学化工系制浆造纸教研组工作·210037杨淑惠现在天津轻工业学院工作.3。。222.中国造纸学报第9卷表1黑液特性表2污泥性能CCCOD。。B《〕D``皿OD/N/PPP色度度碱度度PHHHoBD/coD、翼)))VSSSSVSS/丁5555SVIIImmmg/LLLmg/LLLLL倍倍二.QCO汀LLLLLLL(g)/LLLLL(ml/g)))1115700~20900004360~581000590/11/1114000~4500004880~6530009.5~10.5550.2954.44419.0000.3499936.2222.3种泥取自西安污水处理厂的消化污泥,其性能如表2。在两个反应器中分别接种2.oL和5·25L污泥。.24分析方法cODer、OBD:、Tss及vss等均按标准方法lj[,产气量用湿式气体流量计测得,气体组成由气相色谱法测得。3结果与讨论3.1废水由表1知,原废水pH值一般在10.0左右。温下静置pH值可降至8.0一8.5(表3)。表3废水pH的变化室兀杀号一一一舟由表3可见,20C下静置3~4天·pH可降到8.1左右,废水不加酸调节或微量酸调节即可进人值}20亡{10.2}8.8反应器,在此过程中废水中的部分悬浮物可自然沉降,提高系统的处理效率。咸阳纸厂未漂浆得率为43%~46%,说明其中大量的木素溶人废水中。废水的BOD/COD为0.29,说明其可生化降解性较差。废水的COD/NP/为590/11/1,其中氮的含量能满足微生物代谢的要求;磷的含量较低,起动初期以少量的H3PO;补充,同时也可起到调节pH值的作用。3.2单项工艺优于两项工艺用A反应器作酸化器,B反应器作产甲烷反应器运行,两反应器温度均维持在35士1℃。由污水厂取来的消化污泥沉降性较好,但活性偏低,在进行酸化时配加一定的蔗糖液,由酸化器出来的废液直接进人产甲烷反应器。这一运行过程pH变化见图1。实验表明酸化器进液的pH值在7.5~9.。之间变化.但出水pH值一直在7.0左右,很难达到酸化器的要求6.沙〕。酸化器的COD去除率维持在进液BOD的70%以上,而产甲烷反应器中的COD去除率很低且几乎无气体产生。实验过程中采取了多种有利两相分离的措施,均未达到良好的两相分离效果。处理制浆p。值黑液的厌氧系统很难达到较好两相分离的主要原因有:(1)碱法草浆黑液碱度过高·微生物酸化不可能使pH降到6.。以下.一般酸化至7.0.这不是产酸菌要求的最佳条件.却更有利6于产甲烷菌的生长。这造成了酸化器中产甲烷菌优势增长。(2)废液中易降解组分大部分在酸化段去除·而进入产甲烷段的可生化降解组分含量过低,产气量不足.严重影响了产甲烷段的污泥颗粒化。_/口户口`、、.一_./\__._·/一.、、.一z】52口运行天数天图1酸化器pH值变化图第9卷UASB反应器处理烧碱一葱醒草浆黑液的污泥颗粒化过程P:已/Q00.月.潭么神彩r-一’二二二益.黑狱比们卜JI4_一J一容积负荷/\/一./\一\、/次.路涯相OOU........rfee...`l卜!..........r008060,O即。次.不公嗦坦10203040运行天数.夭幼60丫080图2反应器A起动过程仆熟少…二签姿娜403530乃次.廷铸报00.-百......rL卜.....r600500O4n300啪哪蕊报OOU.之一·丫璐几60do运行天数,天图3反应器B起动过程我们的前期研究结果也表明,两相分离器对UASB反应器污泥颗粒化不利阁,本研究用两个反应器分别单独运行,研究单段UASB反应器中污泥的颗粒化过程。3.3A、B两反应器起动过程及分析3.3.IA、B两反应器的起动过程两反应器的进液pH值维持在.8。~.85.进液浓度由1500mg/,I一逐渐增加至S000mg/L,同时起动负荷由0.IkgCOD/kg·VSS·d逐渐提高。A、B两个反应器的起动过程如图2、图3所示。反应器A起动初期配加一定的蔗糖液并逐步提高废水比例,起动20天以后不再使用污泥回流系统.大量絮状污泥被冲出;运行至55天时.负荷增加到.G7kgCODr/lls·d(0.67kgcODk/g·VsS·d),颗粒污泥开始形成·继续运行20天完成了污泥颗粒化过程。颗粒污泥具有良好的沉降性能.粒经为0.5一4mm且呈较好的球状。反应器B则直接以废水起动,负荷增加缓慢,并一直使用三相分离器,当负荷超过忱67kgCOD/吨·VSS·d时开始有颗粒出现,但粒径较小且增长较慢,但产气量一直呈上升趋势,说明了产甲烷菌的活性提高且数量也在增加。运行至85天时降低出液口高度,使三相分离器失去作用,大量絮状污泥被冲出,并在25天内完成了污泥颗粒化。中国造纸学报第9卷.3.32污泥性能分析两反应器颗粒化完成前后污泥性能与种泥的分析和比较见表4。起动60天时,虽反应器A污泥床VSS值提高了32.4%,但比较两反应器VSS/TSS值则反应器B比反应器A高36%,这是因为反应器A中大量沉降性差而活性高的絮状污泥被冲出的缘故。颗粒化完成10天后测两反应器VSS/TSS值,表4污泥性能变化VVVVVSS,g/LLLTSS.9/LLLVSS/TSSSSSVIml/ggg种种泥泥19.00054.4440.355536.222起起动60天后后25.00079.4440.322222反反应器AAA19.55539.2220.500000反反应器BBBBBBBBBBB颗颗粒化完成后10天天21.66632.2220,677718.666反反应器AAA16.99928.7770.599911.444反反应器BBBBBBBBBBB均高于种泥的vSS/TSS及颗粒化前vSS/TSS值。两反应器的污泥的沉降指数远低于种泥的沉降指数,且都小于20ml/g,这也说明污泥颗粒化程度L`〕。.3.33颗粒化过程分析在进液pH值、进液浓度等控制条件基本相似的条件下,反应器A用了74天完成了颗粒化过程,反应器B则用了110天才完成颗粒化过程。主要原因是(1)反应器A在起动初期配加了蔗糖液作为补充碳源,这有利于负荷的提高,而污泥的颗粒化过程必须达到一定的负荷并持续运行一定时间才能完成。运行至60天时,A、B两反应器的有机负荷分别为7.1和5.几gCOD/m,·d,反应器A已开始颗粒化,而反应器B继续运行了巧天才达到6.5~.7okgCOD/m,·d(o·69~o·74kgCOD/kgVSS·d)的负荷。因此,起动过程配加一定比例的可溶性碳源可加快颗粒化进程,缩短起动时间。(2)反应器A不用三相分离器74天就完成了颗粒化;反应器B在.65~.7OkgCOD/m,·d负荷下运行了15天仍无明显的颗粒化,这时不再使用三相分离器继续运行,使大量絮状污泥排出,25天内就完成了污泥的颗粒化过程。可见在起动初期不用三相分离器有利于絮状污泥排出.可促进颗粒化过程。对有毒废水,低浓进液是UASB反应器颗粒化过程的必要条件之一,低浓进液可使抑制物浓度保留在最低水平并提高了选择压力。对碱法草浆废水,碱及降解的木质素含量高,对微生物生长有抑制作用,在颗粒化过程中一直维持浓度在1500一s000mg/L。另外,只有达到一定的有机负荷,颗粒污泥才可能出现,污泥颗粒化过程必然有产甲烷菌大量增长繁殖的过程,这些菌群生长繁殖需要一定的营养条件。A、B两反应器颗粒化的负荷均超过6.skgCOD/m3·d,菌群一旦适应了要处理的废水,就要尽快提高负荷,并在.65~7.okgCOD/m“·d高负荷下持续运行,这是颗粒化过程的又一必要条件。3.4颗粒化后稳定运行结果反应器A颗粒化完成之后·在没使用三相分离器的情况下达到8.OkgCOD/m3·d负荷及相应的46%的COD去除率;反应器B在颗粒化完成之后重新使用三相分离器运行,进液浓度提高至600omg/L,并使负荷达到了10·IkgCOD/m’·.d相应CODcr、BOD。去除率分别为4。%~46%、56%~65%,产气率则维持在51OL(去除IkgCOD),且其中CH;含量为“.8%,这充分表明了颗粒化过程对系统高负荷高效率运行的重要性。4结论在处理碱法草浆黑液的UASB系统中,不加其它可溶性碳源可完成污泥颗粒化过程,但起动初期补加少量可溶性碳源可加快颗粒化过程。培养出的颗粒污泥直径为。.5一4.omm.污泥VSS/TSS为0.59,沉降指数SVI为11~zsml/g。第,卷UASB反应器处理烧碱一慈醒草浆黑液的污泥颗粒化过程109虽然两相法在缓冲负荷、pH冲击等方面有优势,但对高碱、高木素及BOD/COD很低的碱法黑液,很难达到理想的两相分离,单项工艺优于两相工艺。起动初期去除三相分离器可加快颗粒化进程,同时低浓进液及尽快提高负荷是完成颗粒化的必要条件.UASB反应器处理碱法草浆黑液至少可达到1k0gCOD/m,·d的运行负荷。在此负荷下,COD、BOD去除率分别可达40%~46%、56%~“%,同时产气率可稳定在51OL(去除IkgCOD)。参考文献美国公共卫生协会等.美国水和废水检验法.第15版,中国建筑工业出版社.1985.Z伙temeyer.R.T.et.al二WaterRes.,1982;16,303·HeYa司inget.al二Proc.Inzer.NonwoodFiberspulpandpa详raCnferenec,Shanghai.1992,6一9eLttinga.G二et.al二BioteehnologyandB一congneering,Voll.Xl].1980:699一734.SludgeGranulationinUASBReaetorforAnerobieTreatmentofSoda一AQStrawPuIPBlaekLiquorGengXing一lianHeYan一lingYangShu一hui(Nort人二estInstitut。ofLightIndust勺,712081)ABSTRACTTwolaboratoryUASBr仑aetorswereusedtotreatblaekl:quorfromsoda一AQeook、ofwheatstrawforparallelstudies