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第2期中国造纸伪恤Pu扮&Paper.39.uASB反应器厌氧发酵处理棉浆造纸黑液的试验研究’周晓俭潘家宜沈振裹(轻工业部环境保护科学研究所)余贻骥(轻工业部科学研究院)提要我们利用UASB反应器对棉浆造纸黑液进行了厌氧发醉试验,同时对U人SB反应器的运行规律进行了一些探索,得到了以下结果:矛(i)COD去除率为50~60%,BOD。去除率为60~65%,(2)装置的负荷率能达到17kgCODI口,·d以上,水力停留时间为0.7日,污泥停留时间大于30日,(8)经过约150天的运行后,污泥能形成籁位状,这些颗拉污泥在反应器中呈污泥床一污泥悬浮层分布,(4)每处理lm。废水产生沼气1~2m.,其中甲烧含量为58~70%。一、前言造纸废水是一个重大的环境污染源,其中制浆黑液的污染占的比重最大,急需进行处理。目前,处理碱法制桨黑液可以采用碱回收等方法,这在国内外都已有较成熟的经验,是比较成功的。但对棉桨蒸煮黑液来说,它与一般的碱法黑液不同,其黑液浓度不高,所含有机物热值低,搞碱回收在技术与经验上都较困难。对于这种废水,到目前为止仍无切实可行的处理方法。近年来,由于世界范围内的能源危机,各国都在寻找各种新的便宜的能源,厌氧发酵处理技术作为一种产能废水处理技术,重新受到了重视。对于造纸废水的厌氧发酵处理,国内外许多研究者进行了一些研究,其中对半化学浆〔1一3〕及碱法草浆〔4,5〕等黑液,取得了较好的效果,为造纸黑液的处理提供了较经济可行的预处理途径。棉浆黑液虽然比其它碱法黑液的浓度要稀,但据测定其COD也有8000一25000(mgl/),用厌氧处理是一条新路,目前尚未见有关方面的研究报道。本试验采用北京某厂棉短绒碱法蒸煮黑液,在小型UASB反应器模型装置中进行厌氧发酵试验,其目的主要在于考察:(1)棉浆黑液厌氧发酵能达到的COD、BOD去除率;(2)在UASB反应器起动运行过程中,对棉浆黑液是否也能形成颗粒状污泥;·(3)反应器能达到的有机负荷率、产气量、气体中甲烷含量等;(4)以棉桨黑液探索UASB反应器工艺的运行规律。二、实验和结果(一)材料和方法.本所生化室赵毅红、谢爱国、华颂今等参加了本试撇运行工作,张瑞宇、潘素京、杨素云等也对本试验给予了许多帮助.本文于1,SG年9月。日收到。中国造纸Ch俪PulP&paPer9871年UASB反应器模型由有机玻璃制成,总体积约为15升,其中有效体积为13.694升,上部设有气一固一液三相分离器,沿高度分别开有五个取样口(见图1)。所用棉浆黑液取自北京某造纸厂棉短绒蒸煮黑液,该黑液的主要蒸煮条件及性质列于表1。从表1数据可见黑液碱性较大,而BOD。/心OD比值只有0.17左右,可生化性相当差。反应器接种的污泥,取自酒仙桥污水处理一场常温消化池污泥,污泥的VSSs/S约为忍8.8%,污泥经筛除其中的纤维状及大颗粒杂质后装人反应器,泵人一定量的稀黑液进行驯}}}}}...刁刁…犷犷乡乡护叼叼叼...JJJJJ脚脚,,,》》、1_____口口卜,,,222.JJJJJ份份,,,111护,,111...JJJJJ111.}}}出水口*5口口口口进水图1UASB反应器模型示意图表1棉桨主要蒸煮条件及黑液的性质一—色一熟年竺一一}一一一一一竺-土.一竺一竺一一一--项目{数据.}项目{数据液比}’:42万、2.6万蒸煮得率,%洗涤损失,%装球量,kg80、853500~380010~20~14650(或520)COD,mg/lBOD。,mg/lPII木素,g/l2。13~3。72用碱量,%(Na0H)55,g/l3。448原料棉短绒;道1}{`S,g/`165·。85蒸煮压力,kaP汉5。2、343。3保温时间,五挥发酸,mg/l总碱度,mgN/1495。51451.4图2试验工艺流程图出水取样吞吞吞吞吞毛澎澎{{{{{{}}}}}反应签签签i一废水配水箱;2一蠕动泵;3一恒温水浴,4一进水口,6一UASB反应器;6一沉淀室,7一集气室,8一出水缓冲器;9一水封;1。一气水分离器,n一气体取样口,12一湿式气体流量计,13一保温箱;14一控温系统。北培养。试验的工艺流程见图2。工艺条件控制如下:1.温度:采用中温发酵。控制温度在名5~37OC,2.pH:进水pH控制在6.5一7.0,出水pH为7.2~7.8;3.总碱度:出水总碱度控制在5000mg/l以上(以CaCOs计);第2期中国造纸伪认aPulP&PaPer表2UASB反应器运行平均结果负荷率kgCOD/m3一d温度}RRTCOD(mg/l)产气率}甲烷}污泥负荷(℃){*}进水{出水COD去除率(%)OBDs(mg/l)进水…出水BODs去除率(%)产气量(l/d)废水流量(l/d)(卫兰迢气一、】含量!f兰些9旦,、\m,废水了{(%)}`kgVss·d,111。00035。55511泣泣11394。62225048。9666巴巴ennnnnnnnn2。900001。20002.4222220。05999“““““““““.、JJJJJJJJJJJJJJJJJJJ111。99935。5556。44411998。40005616。4777二QIQQQ2455。8999912。822262。83333一526662。13331。6666660。11000222。55535。5554。99910098。21114921。866651。26661只通久QOOO723。744460。75554。625552。80001。655570。0000。12222333。855535。5552。88813758。22225740。844458。27777777777。070004。93331。433368。0000。29333444。66635。5552。77712687。90006185。400051。25552913。53331081。199962。89997。569995。10001。488868.0000。28000777。44435。5551。44410499。84445148。966650。9666666666669。600000000。414441117。11136。0000.护护12216。16666057。600050。411111111120。5255519。20001。0699958。7770。88777皿溉加孰熊谓宣岔纽今许关功公引,者,,.23284695,去n.翻曰创沙、oQ谧è4.进水浓度:控制在10000~iZ000mgCOD/1,5.营养盐:采用复杂消化基质最小比例COD:N:P=350:5:1〔6〕,6.挥发酸:出水挥发酸控制在500一iZoomg/l(以乙酸计)以下。(二)试验结果1.反应器运行情况UASB反应器处理棉桨黑液的试验运行平均结果列于表2,其具体运行情况示于图3。一般从三个方面评价运行过程:负荷率、产气量、去除率。因此,运行中考察了负荷率对COD去除率及产气量的影响(见图4、5),同时也考察了产气量签担气一{}{:君1刁O二芝运行天数(日)厂\\厂一卿、妒备即。20七一---一O习5年11月11日运行天效(日)12月16日压o86年1月13日2月15日丈003月1日3月24日1二o吸月25日2。。图3UASB反应器处理棉浆造纸黑液起动及运行过程和基质去除量的关系(见图6)。从以上图表可以看到,当棉桨黑液进水浓度在10000~is000mgCOD/l时,出水浓度在4900一6i00mgCOD/l,COD去除率在50~58%,BODS在60~62%,每加人1m3废水产气量在1~Zm“,甲烷含量为58一70%。2.uAsB反应器的性能(1)污泥床的特性随着运行过程中负荷的不断提高,污泥由,开始时的细小的分散状态逐渐形成一定数量的颗粒污泥,污泥在反应器中形成了一定灼分布。图7、8给出了进水流量在4升/小睹,上_流线速度V:=0.26米/小时时测定的污泥浓度和基质(COD)沿反应器高度的分布,白图中国造纸ChinaPulP&PaPer1987年VL二0.26m瓜气尸迎能咖犯暇ǎ日。)侧妮沸创飞一、带厂\…一’一生7060的ē次)哥涯粥口OQ1234.5负荷率(k名COD/m3.d)图4负荷率对CoD的影响+饭双收妈=1.205+1.护。札全二0988二上污泥浓凿魄、或、岁”洲眺图7反应器中污泥沿高度的分布(夏一à才酬犷礼·02。03.04.05。p卜V`二O一26m/h一门产一四处嘲卿尖负荷率中。(kgeoD/m3·d)幻R二0.4354e~瓦一图5负荷率对产气量的影响\,一千一ǎ后à已`侧祖维侧喊小二一汀护犷二瑞丫八升丫火从、土基质(eoD)浓度(gl/)C,(仇,。一cs,e〕F图8反应器中COD沿高度的分布全二0.957八哭一è老训么丫51015202530了.35(C。,o一e,.e)F(式oDd/)多种微生物群聚结而成,所以,颗粒污泥实际上就是微生物群。它们的沉降性能很好,比活性很高,UASB反应器由于具有了这样的颗粒污泥,才使它显示出高的净化效率。图6产气量和基质去除量的关系可见,COD和污泥浓度的分布与文献报道的床一层分布现象是一致的。(2)污泥的性能取各取样口污泥,测定了它们的一些性能指标,其中污泥沉降指数在1一6ml/g,平`均沉降速度约为0.007~O.O14ms/。同时,在显微镜下观察了颗粒污泥的形状及分布。下面两张照片是在低倍镜(3.2x16倍)下拍摄的反应器中颗粒污泥的情况。这些颗粒污泥是由部分颗粒污泥照片第2期中国造纸ChinaPulP&paPer部分颗粒污泥照片三、讨论培养高活性的颗粒污泥是UASB反应器工艺的必要条件。本试验在反应器起动运行了一150天后,反应器中污泥形成了颗粒状污泥,并且这些污泥在反应器中呈床一层分布,污泥床的浓度极高,其55在110一1509/l,COD去除率的绝大部分(约85%)是在这里达到的(见图8)。再往上就是污泥悬浮层,在此污泥浓度急剧下降,净化效率也随之下降,因此,反应器高度再高已经不起多少作用了,它只能达到极微小的去除效果。这些结果是在对较难降解的棉浆黑液的试验中得到的,这和一些文献中处理较易降解的废水如农产品加工业废水所得到的结果是相似的。因此可以认为,当UASB反应器在运行达到稳定状态,污泥良好驯化时,不论基质的可生化性如何,以上现象是普遍存在的。据文献认为〔7’,当反应器中没有生成颗粒污泥时,其反应器的最大负荷率只有4~5kgCOD/m“·d;然而,一旦反应器中污泥形成了颗粒状污泥时,那么负荷率就可以达到ZokgCOD/m“·d或可能更高。从本试验情况看,虽然负荷率只做到了17kgCOD/m“·d,但可以说,它还未达到极限水平,要取得更高的负荷率而系统不致被破坏,仍是可能的。内部三相分离器是UASB反应器取得高效率的关键之一,本试验测定了所用反应器三相分离器的分离效率,列于表3。表3三相分离器分离效率口#5污泥浓度(955/l)出水污泥浓度(955/l)三相分离器效率(%)水流上流线速度(二/il)7。3402。923从表3中数据看其分离效率还算可以,但比起有些分离效率高达99%的分离器,还有一定差距。这可能与本试验所用的分离器的结构型式有关。如图9所示,由于这种三相分离器的进水和浓缩污泥循环回流日在同一缝隙中,这样,分离器的进水(L+s)必然要影响到污泥的回流,使进分离器水中的污泥浓度提高,增加了分离器的污泥负荷,致使出水夹带污泥量增加,影响污泥分离效率。因此,采用进分离器水流和污泥循环回流分开的三相分离器结构型式,可能会取得比较好的分离效果。三气L二S+L+G尸图9三相分离器示意图S一污泥,G一气体,L一废水。.44.Ch妞aPuIP&PaPer1987年但如图9这种型式结构简单,分离器中水流呈射流状,使分离器中死区小,对于实验室规模的反应器还是可以的。其次,对于三相分离器可采用不保温的办法,以提高污泥分离效率,因为骤冷可降低基质降解速率,使分离器不产气,保持其层流状态,同时骤冷也有利于污泥沉降。动运行了约150天后也能产生颗粒状污
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