UASB反应器处理制药废水及其颗粒污泥形成条件的研究方治华

_均乡1年逸月中国沼气C五里胆__及边血足一_一__一_第9卷第3期U八BS反应器处理制药废水及其颗粒污泥形成条件的研究方治华柯益华郝晓刚潘永亮古大田(成都科技大学环境生物能源研究室)摘要本文介绍了UASB反应器在53℃条件下消化处理含Cl一、50`“一离子浓度较高的制药废水研究情况。容积SL的UABS反应器小试表明,当HRT为6、sh,容积有机负荷率可达13kgCOD/m,.d,COD去除率为80~90肠。本文还对UASB反应器内颗杜污泥的形成条件及其性能进行了探讨。关键词仄乳浦化UASB反应器毒性抑制颗杜污泥本试验用UASB反应器处理含有较高一、引言cl一、50`“一的制药废水,成功地培养出了UASB反应器因具有结构简单、厌氧消产甲烷活性高、沉降性能良好的颗粒污泥,化效率高等优点,广泛应用于多种工业有机废水的处理〔’〕、闭。多种制药废水含有对厌氧细菌有毒害作用的Cl一、50`“一等离子,难于采用厌氧方法处理〔“〕、闭。我们用实验室规模的UASB反应器处理卡那霉素与味精生产中的混合废水,获得了好的效果。UASB工艺的稳定高效性,取决于生产甲烷活性高、沉降性能好的菌体污泥、特别是颗粒污泥〔6〕。因此,研究污泥颗粒化过程,掌握形成颗粒化污泥的条件,具有重要的意义。比较系统地研究了颗粒污泥的形成条件。二、UASB反应器的运行过程及处理效果试验废水为成都某制药厂味精和卡那霉素生产废水按不同比例混合配制,见表1。实际进水COD浓度控制在1000、s000mg/L之间。,接种污泥取自成都肉联厂处理屠宰废水的60om3UASB反应器悬浮层,污泥呈絮状,未颗粒化,沉降性能差。接种污泥在混表1制药厂废水及某次进料水质指标J二一月089pù`056水样{COD{NH:一N总。!总。}5550一2一单位:DZg/LC`一!N二}味精炭水卡拉称幸康水得合进水盛8700280049365698。45163。习9779。277310。15341.27/17。73710.59白10。83211778222/5940210701,2411790130132413670391/本文收稿日期:199。年主1月3日2一99一年8月中国沼气.第9卷第3期台制药废水「!,驯化,值35℃恒温发酵室中7少:后移植于UASB反应器。试验用反应器总高1.3。,反应区内径:2clll,沉降区内径9.c3nl,反应区容积3了1,有效容积为SL。容积有机负荷、产气川及HRT均按反应区容积计算。驯化后ytJ接种污泥浓度为20.029/IJ,,’厂l为32.20了,111/g,VSS/55=0.55。以反户器有效齐积sj计,接种污泥平均浓度为。`、;89VSS/I一,总USS为33.49。卞实验从UL、SB反应器注入驯化污泥开白},连续运行185天。试验期间进、出水(`)D浓度及c`)D去除率的变化曲线如图l!`示。不同运行期50`“一、Cl一浓度的数据列于表2。试验过程表明,UASB反应器的运行可分为四个明显的时期:l,接秤污泥滞后期(l~11天)此阶段菌体污泥仍处于继续驯化和逐步富集状态,`还不能降解有机物和产甲烷,反应器运行进料量控制在260ml/h,进料COD浓度为1176.4smg/L,HRT为14.4h。料液在反应区的纵向流速仅0.07n,/h,不足以使污泥产生上浮。污泥沉淀于反应器底部,具有明显的床层分界面。滞后期结束的标志是污泥活性逐渐恢复,反应器开始连续小量产气,容积产气率达0.lma/m”·d以上。仲茨卜山口夕训侧侧卿洲艺呈)、除李进水水(丫)I)〔01)浓度浓鸣进.出水COD浓度与COD去除率表2不同运行期504“一、CL一浓度和碱度CI一(口g/L)(mI50一1mg/LCOD进进水出水嘛}假`’-一。6445621。与695。6616。8722。7,`,’。’”{`“6”7l!66.4}1246。b进水/153。7384。24547。54022.18/57。648。0357。64518。72499。51云一·飞妇华l“111“曰1826.811771.41333.572}}`}云11;`了fl汀J(i,~2。夭)卜{功泛行期是指从滞后期结束到污泥充全适应所处理的废水、活性完全恢复、可以一定幅度提高反应器负荷率所需的时间.本实验启动运行期内,进料COD浓度控$1J在l续00、1goomg/L,HRT为7.4~12.4h,容积有机负荷率在IkgCOD/m3·d以下,产气率为0.x6人o.gm”/m“·d,C()D去除率在14.9、37.1肠之间。在此阶段的后期,随着水力负荷及产气率的提高,升流搅拌和气泡搅拌作用逐渐加强,污泥床层界面开始模糊,逐渐形成了悬浮的污泥层.1991年8月方治华等甘ASA反应器处理栩药成水及其颗拉污泥形成条件的研究83.升负荷运行期(30”83天)启动期结束后,反应器的消化能力尚不稳定,不能承受冲击负荷和营养中断的影响,只能分阶段提高有机负荷率,逐步达到设计水平.进料COD浓度由1400mg/L逐步提高到34。。mg/L,有机负荷率由1.84kgCOD/xn二d提高到a.4kgCOD/m一d,HRT控制在6、12h之间,均末出现消化障碍,后期COD去除率保持在80、90肠之间。升负荷运行初期,菌体污泥沿反应器高度皇兰个均匀的浓度区域。在污泥床(。.2m以下)和悬浮污泥层(。.sm以上)之间,出现了污泥床亚床区。亚床区的出现表明在负荷率上升的同时,伴随着污泥的膨胀和对污泥的分级与选择作用。后期出现顺粒污泥,亚床区逐渐消失。4.负荷动态变化的正常运行期(84天以后)。在升负荷运行期结束后,首先进行毒性抑制物冲击负荷试验。在第90天采用将出水回流的方法提高进料的C厂和50;:一浓度与COD的比值.此后,COD去除率降至73.7肠,产气率也有所下降.在104天开始停止出水回流,降低反应器负荷率,消化性能很快恢复.在165天以后进行基质冲击负荷试验.进料COD浓度由3。。。mg/L左右提高到5。。。mg/L左右,有机负荷率达到13kgCOD/m.·d以上,HRT维持在5.5、7.8h.在20天中COD去除率为78“88.4肠,产气率为4.56、5.slm“/m“·d,甲烷含量60~65肠.本实验后期,lC一的最高浓、度达1825.8rng/L,50`名一的最高浓度达13s3.57mg/L,COD/504“一的比值低至3.08,反应器仍能班常运行。实验表明,用UAsB反应器处理含毒性抑制物浓度较高的制药废水是可行的。·在正常运行期,随着有机负荷和水力负荷的增加,床部颗粒污泥量随之增加,颗粒直径也逐渐增大。颗粒污泥的形成与积累增加了污泥的稳定性,有利于提高反应器承受基质或毒性物的冲击能力。三、报较污泥的形成条件本实验的重要目的是研究在用UASB反应器处理含毒性抑制物浓度较高的制药废水时,培养颗粒污泥的可能性及其形成条件.实验结果表明`当反应器运行两个月时床部开始出现颗粒污泥;在此后的一个月内,进料COD浓度为Z000mg/L以上、有机负荷率在skgCOD/m二d以上、料液瞬时纵向流速在。.25、o.4m压时,颗粒污泥迅速增长,充满污泥床部.影响菌体污泥颗粒化的因素很多,国内外都作过许多研究和报道〔6〕。从工程应用和反应器操作过程来看,本实验结果表明颗粒污泥的形成条件可以归纳如下:1.增强水力负荷和产气负荷对污泥的选择作用水力负荷等价于料液在反应器中的纵向流速.污泥在料液升流过程中产生分级现象,比重大的污泥易于沉降到污泥床部,比重较小的絮状污泥上浮到悬浮层.当纵向流速大于0.25m/h时,水力分级作用较显著,开始出现颗粒污泥;达到。.3in/h以上时,颗粒化速度增加。在实验室反应器高度受限的条件下,可以采用脉冲进料方式,提高瞬时纵向流速。本实验脉冲进料瞬时纵向流速最高达。.sm/五。产气负荷对污泥的选择作用是基于泡沫的浮选原理.气泡的搅拌作用除增强污泥与料液的传质过程外,气泡上升时夹带絮状污泥上浮至悬浮层。在消化正常时,水力负荷与产气率的增长趋势是一致的。本实验在产气率高于l.sm3/m“·d时才出现颗粒污泥,高于2.5m“/m“·d时颗粒污泥迅速增长。2.适时排除絮状悬浮污泥当纵向流速在o.25m/h以上时了絮状悬`1991年.月丫.·认’曳、聆擞气月:、’第。卷策乡期谬污泥上浮到悬浮层乃至沉降区萝耳困其抓本实验形成的顺粒污泥形状不规则,大路性筋差,将随溢流进入出水,谬响出水水部绮属球形,直径在o,1”3,。之间,最大质。适时从悬浮层人工排除絮状污泥,使提为乐、m坦,`大部分·在1、2二瓜之间。颗粒高纵向流速不受限制,有利于污泥的颗粒化.污泥表层为灰黑色,当取少量顺粒污泥璐屏3.保持适当的基质浓度“于空气中时,表层颇色逐渐变为灰黄色.基质浓度过低,菌体生长所需营养物,2.颖粒污泥的比重.少,污泥增长速度慢,不利于形成颗粒污.颖粒污泥的沉降性能,主要不依你于顺泥。在顺粒污泥未形成前,基质浓度过高,粒衷经的大小,而是取决其密度.顺粒污泥反应器将发生基质抑制型消化障碍.`本实验的湿密度用来标志其比霖.技照湿密度的测进料COD浓度在1500mg/L以上时,开始出定方法,获褥本实雏形成的抓拉污泥混密度现顺粒污泥,在2。。0“3。。。mg/L之间,顺平均值为1._。69/。二.,与其它废水中培养的粒污泥迅速增长。此后,在500。也g/L泊匀冲颗拉污泥湿密度相符.击负荷下,未出现消化障碍。,一3.顺粒污泥的沉降性能4.保持较高的污泥负荷本实验形成的颗粒污泥的Svl值为污泥负荷是水力负荷、容积有机负荷和19:9娜勇/g,}`表明具有良好的沉淀性能,通产气率的综合指标,与污泥量和污泥活性有过在清水中的沉降实验表明,沉降速度高达关.本实脸在污泥负荷达到。.sk匕COD/kgZ。”46。肠,为提高U·ASB反应器的水力负VS.Sd时才出现顺粒污泥,在。、6`石.sk`荷而不致产生污泥流失提供了可靠的保证.CODk/:VsS·d时,顺粒污泥迅速增长。卜4..题粒污泥的微生物组成5.限制毒性物质浓度,._本实验形成的顺粒污泥用荧光显微镜观在颗粒污泥未形成前,lC一和50`’一对察,产甲烷蓖主要肉甲炜杆蔺和索氏耸曹组菌体的毒害作用较直接,应尽量通过稀释降成,只有少量甲烷八叠球菌.这些以甲烷杆低其浓度,并经过较长的驯化期,使菌体污菌和球菌为主的菌体污泥易于顺粒化,且形泥适应毒性环境。本实验C厂浓,度,控制在成的顺粒污泥具有较高的稳定性和较强的机1000mg/L以下,50`“一浓度在50。。g/L以械性能.下,顺粒污泥顺利生长。5.领粒污退的稳定性此外,根据已有资料报道,投加墉性载微生物组成结构欠佳的颗粒污泥,在不体和微量元素,有利于污泥的颖粒化,故本同的运行条件下容易破碎,变为絮状.本实实脸中亦长期投入了C扩+、,iN忍奋和月婚.食等验形成的顺粒污泥,经过低负荷、高负荷、元素.不同HRT和较高的C厂,50;名一浓度等运行条件,顺粒状态均保持完好,从反应器中取四、.拉污泥性雌的研究出的顺粒污派在床氧条件下存放半年多时UAsB反应器的高效运行,很大程度上闻,未出现解体现象,,一直保持完好的顺粒取决于已形成的颗粒污泥性能.顺粒污泥的状杏和良好的产气性能。具有这种高度稳定稳定性,关系到UASB反应器次级启动的速性的顺粒污泥,是UASB反应器能快速次粗度.启动的重要原因.本项实验对已形成的颗粒污泥性能进行五、结论J多方面的测定和观察扩获得的结果如下:1.用处理屠宰康水的常温UASB反应1.颗粒污泥的表观性状器絮状厌氧污泥,接种中温UASB反应拳处:991年分月方治华等UASB反应器处理希瞒废水及其颗粒污泥形成条件的研究理制药废水是可行的,启动初期的进水浓度回氏于Z000mgCOD/L。2.根据污泥菌体的适应能力,逐级提高进水中COD浓度和抑缸铆净赓浏再息耳乓应器处理这类制药废水可以取得较好的效果。当HRT为6~sh时,.COD去除率.在8。、g。肠之间,容积有机负.荷率箱产气承分、别在10、13kgCOD/m“·d和4.57、5.slm3/m3·d之间.废水中50`,一、C