UASB反应器快速启动的试验研究周律

第71卷第2期1996年4月环境科学ENVIRONMENTALSCIENCEVol.17APrNo.21996UASB反应器快速启动的试验研究周律(清华大学环境工程系,北京张孟青100084)(西安交通大学能源工程系,西安710049)摘要在中温条件下投加颗粒活性炭可加快UASB反应器颗粒化进程。通过对比试验,表明投加和不投加活性炭的反应器处理石化厂废水污泥颗粒化时间分别为39d和62d。投加活性炭反应器的颗粒污泥粒径也较大,最大COD去除率在86%以上。并且投加活性炭反应器的有机负荷为不投加的2倍,运行效果更稳定。关键词UASB反应,颗粒活性炭,颗粒污泥,颗粒化,启动。从目前UASB反应器的实际使用情况来看,形成颗粒污泥所需的启动时间常需数月,有时甚至更长,技术条件或措施要求也较高〔`二,影响着反应器的顺利运行。本试验研究提供了投加颗粒活性炭加快UASB反应器颗粒化进程、缩短启动时间的新方法,并对这种方法的机理进行了初步的讨论。1试验设备和材料1.1试验设备同时制作2个相同的有机玻璃UASB反应器,容积均为10.4L,反应器内径110mm,反应器总高度1250mm。将反应器安装在人工制成的恒温箱内,用电接点温度计、晶体管继电器和热源构成自动温度控制系统,温度控制在35士l一C。试验系统见图1。1.2试验用废水试验用废水采用石油化工厂氯醇法生产环氧乙烷过程中产生的皂化废水,COD为8000一100000mg/L,55大于30000mg/L,pH大于13,水中主要的有机物为氯醇、乙二醇、二氯乙烷和少量的酚、氰等。此外水中Ca+2为8000一l000omg/L,CI一为3000一S000mg/I才。皂化废水pH高、有机物高、悬浮物高,属于高浓度工业废水。在废水进入反应器之前进行预处理,降低55和CaZ一的含量,经过预处理55300mg/L,CaZ十1500mg/L,pH调整至中性。1.3接种污泥采用西安污水处理厂中温消化池污泥作为种泥,将取来的消化污泥静沉,再用筛网过滤去除大块杂质,此时测得接种污泥的MLSS为60.349/I,Ml,VSS为12.719/I。1.4颗粒活性炭量取300m]的颗粒活性炭(北京市医药公司分装),粒径。.43一。.50mm,用蒸馏水冲洗干净,IOSC烘干待用。图1试验系统示意图1.UASB反应器2.恒温箱3.进水箱4.出水箱5.水封瓶2试验方法收稿口期:1”几一。5一16DOI:10.13227/j.hjkx.1996.02.0192期环境科学55提高到4.02kg/(m3·d),出水COD值反而没有升高,COD去除率增加,这说明系统在这时基本稳定,对一定的冲击负荷具有承受能力。在4kg/(m3·d)连续运行Zod左右,COD去除率平均在86%,出水vFA为410mg/L(以乙酸计),低于通常厌氧系统正常工作要求的VAF小于IOO0mg/L的指标。为进一步考察反应器A的极限负荷,试验后期以1.5kg/(m3’·d)的幅度提高COD有机负荷(此时进水不稀释,进水COD平均为8130mg/L),在负荷为5.5kg/(m3·d)时,COD平均去除率达70%,稳定10d后其值没有上升,而出水VFA升高到1138mg/L。厌氧系统运行状况恶化。因此反应器A有效处理皂化废水的COD有机负荷应为4.0kg/(m3·d)左右。下P·司\咽犷忙一。次\辫淡邢()Q奋·切任\盗绷耸20161284卿500山8060004020453211!P。。一三\但嘱寡体口Oé向A、BZ个反应器中各加入消化污泥5.ZL。为进行对照比较,2个UASB反应器在相同环境条件下运行。首先将皂化废水配成20%浓度比例,并加入葡萄糖和适量的N、P及微量元素,然后把废水分别通入2个反应器中,持续2周进行驯化培养,水量由ILd/增加到ZLd/,COD维持在5000mg/L左右,出水100%回流。上述过程完成后,向反应器A中加入活性炭300ml。反应器A、B便开始正式运行,进水改由浓度不同的皂化废水和适量微量元素配成,不再加入葡萄糖。反应器A的第一周运行方式采用出水回流。这主要出于2点考虑,一是在继续驯化污泥的同时,增加活性炭与微生物充分接触的机会,产生对微生物最大的吸附。二是由于活性炭的比重较小,为防止运行初期活性炭过多地流失,将含有较多活性炭颗粒的出水回流。反应器B的这一周仍是适应驯化期。进水CODZ个反应器均控制在2000一40000mg/L,进水量每日ZL。从第二周开始2个反应器按同一操作流程运行。进水量和有机负荷的提高以COD去除率大于80%、出水挥发酸(VFA)小于500mg/L(以乙酸计)为依据。进水COD浓度按20%、50%、70%和100%的原皂化废水比例进行投加。4060801003试验结果和分析3.1反应器A经过3个多月的连续运行,反应器A的有机负荷、产气量、COD去除率和挥发酸(VFA)变化情况见图2。试验运行过程中,有机负荷逐步提高,当出水COD和VFA未能达到前面的标准时,则适当降低进水负荷,待恢复之后再继续提高有机负荷。反应器A在整个试验阶段出水COD总体来说比较稳定,去除率基本维持在80%。在运行中,前80d,有机负荷的提高对出水水质影响较大。随着负荷增大,出水COD有明显升高,但降低负荷后出水COD随即下降。在试验的第87d将COD有机负荷由2.81kg/(rn3·d)图2反应器A的运行结果反应器A启动速度比较快,从反应器运行开始对反应器污泥进行连续观察。在第lZd底部有颗粒状污泥出现,但数量不多,第23d提高COD负荷至2.3kg(/m“·d),进水量为5.85L/d,到第39d发现反应器底部已全部被颗粒污泥充满(见图2中箭头处),而且反应器内污泥层和悬浮层有明显的分界面,取出污泥观察,最大颗粒污泥粒径在3mm左右,颜色发黑,与食品工业废水中产生的厌氧污泥(灰黑色)有所不同,同时发现有些颗粒中包含着活性炭,用40号标准筛将打碎的颗粒污泥筛滤,初期所截留的活性炭数量较多,随着试验的进行,被标准筛截留的活性炭越来越少,具体比例关系见图3。环境科学17卷100厂{50卜、、~、、一一卜卜/卜了丫钾产产犷犷丫华华806400205次/并湘迷。。。一比!11卜.lllL000月OJ任,曰次\粼塑胆d几J口乙liCéIP.t。日。全\椒粼体寡OQ口“’1’兹拓筋.筋1甜r/d图3颗粒污泥中活性炭所占比例相对数的变化3.2反应器B反应器B的几何尺寸及试验开始投加的接种污泥量、进水水量和浓度等均与反应器A相同,但负荷提高的幅度明显低于反应器A。这主要是由于系统中的挥发酸浓度变化很大,常常超过提高负荷时VFA低于500mg/IJ的要求,而且COD去除率也常小于80%。这也说明反应器B的运行稳定性差。此外系统运行的最高负荷比反应器A低,COD负荷高于2.0kg/(m3·d)左右时,C()D去除率和出水挥发酸便出现恶化现象,这从图4中第75d到85d的运行情况中可以看出。从反应器B运行开始对其中的污泥进行观察,发现在第56d时反应器底部出现细小颗粒状污泥,在第62d颗粒污泥大量出现(见图4中箭头处),最大粒径不超过Zmm。如以颗粒污泥大量出现作为启动成功的主要标志,反应器B图4反应器B的运行结果所需的时间是反应器A的1.6倍。在试验后期,为再详细地考察反应器B处理皂化废水的最佳有机负荷,以0.5kg/(m,·d)的幅度增加COD负荷,出水水质随之改变,待COD负荷增加到4.0kg/(m3·d)时,COD去除率仅50%,VFA(出水)达2140mg/L,pH下降至5.7。因此对不加活性炭的反应器,试验发现皂化废水的最大COD有机负荷为2.0kg/(m,·d),此时废水未进行稀释,系统的水力停留时间约为4d,COD去除率为85%。3.3污泥性质的比较从2个反应器运行开始到运行的第100d,反应器的污泥活性有了很大提高,见表1。表1不同反应器中的污泥特性项目时间(d)--一--~~一-~-~`~~~、IQQZ)口,,亡n。,,,,汤t,尸,4060一2538反应器A0.210。320.370.51反应器BVSS/MLSSVak)、VSSZ)VSS/MLSSV,a)x6.670.200.32:}7.020.290.450.480.667.270.450。6U47一8722,’v二二:最大比基质去除率COD/vSS〔g/(g·d)〕,以葡萄糖为基质2)VSS:单位为g/L4结论通过对比试验发现投加活性炭的反应器所需启动时间仅为不投加活性炭的62%,最大稳定运行负荷为不投加活性炭的反应器的2倍,相应水力停留时间缩短50%,COD最终去除率相差不大,均为80%左右。另外,投加活性炭的反应器运行稳定性也优于不投加活性炭的反应器。参考文献LettingaGetal二Wat.cSi.&Teeh.,1992,24(s):729HUANJINGKEXUEVol.1749trationinereased;andthetoxieity(ECS。,96h.)ofrare一tionmeehanismsofthethreesortsofanaerobiepromoterearthelementsonhClorellaP笋胡oideswasinsequeneeas:havebeendiseussedpreliminarily.NdCePrLamixtureofthem,butlittlediffer一Keywords:anaerobiepromoter,wasteliquorfromam-enee.moniumsulfitepulpingofstraws,anaerobiedigestion,ae-Keywords:rare一earthelement,ChloerllaP少erno心es,ef一tionmeehanisms.feetongrowthandreproduction·tjsing万y`arReaggregationsEvaluatingthesafetyofStudyonin一BedDesulfurizationwithinFluidizedBedTwoKindsofFoodAdditives.ChengQinyaoetal.CoalGasifier·BuXuepengetal.(eBiiingResearehInsti一(eDpt·ofBiology,AnhuiUniversity,Hefei230039):tuteofCoalChemistry,CentralCoalMiningResearehIn一hCln·J·Envlron·Sci.,17(2),1996,pp.47一48stitute,Beijing100013):Chin.J.Env介。九.Sci.,一7Thispaperstudiedthesafetyoftwokindsoffoodaddi-(z),1996,pp.39一42tivesusingH夕darreaggregations·TheresultsshowedThedataobtainedfromthetestsindieatedthatbothlime一thatbothsodiumbenzoateandsodiumnitriteinhibitedthestoneanddolomiteeanbeusedeffeetivelyforeapturinggrowthofreaggregations.Theminimumeffeetiveeoneen-sulfurduringthegasifieationofhighsulfureoals.eDsul一trationswere34.7X10一`mol/Land2.9只10一“mol/Lfurizationeffieieneieseanbeimprovedw一thinereasingtherespeetively·Inaddition,thenegativeeorrelationexistedCa/5molarratio,theeffieieneiesweremaximu