UASB厌氧废水处理技术的开发刘洪山

1993年第3期国外环境科学技术第72号UASB厌氧废水处理技术的开发前言有机工业废水处理方法是利用微生物进行好氧处理和厌氧处理。厌氧处理与好氧处理相比,优点是:不需要曝气,剩余污泥量少,还可把有机物转化成甲烷气后加以回收利用。这样,就大大降低了废水处理成本。过去,厌氧处理主要用于含高浓度有机物废水的食品工业。近年来,随着技术的发展,其应用范围正逐步扩展到其它行业的低浓度有机废水。日本神钢公司生产的固定床厌氧处理系统(PANBIC),已在实践中获得成功。目前正从事UASB厌氧废水处理系统的开发研究。使用高炉渣作为微载体在柱式试验和中试装置中对颗粒生成率和`rOD去除率进行了验证,结果表明,新的UASB反应系统生成的颗粒较普通的UASB反应器较多,有机物去除率较高。l、处理原理及装置构造图1是厌氧反应器的原理图。使用过去的慧浮式厌氧处理装置,很难使微生物反应主体在反应器中保持高浓度,处理效率低。使用固定床式.可以把媒体填入反应器内,让微生物附着在媒体上,微生物能保待较高的浓度。U八SB法可利用微生物能自己造粒的特点.造出直径lmm左右的颗粒菌体,微生物在反应器内保持很高的浓度。由于污泥的浓度可以大约保持在30~509l/,对高浓度有机物废水进行处理。这冲反应器,废液入口在下部,进入反应器的废液向上流动.通过污泥层时,使污泥膨胀,造成有机物和微生物充分接触;反应器上部是气液分离器,使用气体捕集管收集所发生的气体,在沉淀部分进行悬浮物和沉淀物分离。UASB法主要是如何解决在短时间内使微生物全部造粒。通常因受废水的特性和物理因素影响,大多数微生物不能形成颗粒,增加负荷时,反应器内的污泥不在气液分离器中沉淀、分离,而流入处理水中,减少了反应器内的污泥,不能发挥正常的功能。通过把高炉粒状炉渣当作载体加入反应器中,就可以大大改善颗粒形成问题。当载体的直径超过0.lmm时,虽然也.(J以形成以一个载体为核心的颗粒,但由于比重大.污泥床层膨胀,能耗加大。我们使川的载体是直径在0.lmm以卜的非常细微的粒状炉渣·该炉渣的成分组成如表1肠断示。由于粒状炉渣具有聚合力.所以在与种污泥混合时,多数粒状炉渣集聚,与种污泥一起形成絮凝物。用细炉渣作载体后,颗术趁的形成基本不受废水性质和物理因素的影啊,可在短时间内使微生物全部造粒。气体计t仪冷却水流人液铭刃刃刃丑丑丑10()甲入l艺OOTH丫1`〕()w「)图1UAsB柱试验装置流程图)2、造粒试验2.1试验目的通过柱试验,了解使用高炉粒状炉渣的UASB反应器的颗粒形成情况。2.2材料和方法(1)试验装置(参照图1)柱:100必Xl000H液体量一7.851、有效容积=6.81投入量:3,。00mgl/(反应器平均浓度)(4)粒状炉渣.初始加入量:100,o00mg1/(反应器平均浓度),相当于反应器容积的8%左右。表1高炉渣成分巨二}成成分分含t(wt%)))CCCaooo35~455555510:::39~4111AAAI:oaaa12~2000MMMgooo3~777SSSSS0.6~1.666PPP,0。。0.004~0.05111FFFeooo0.3~1.777习、夕、一40302010日、烟侧俱汾吞招翻回10·152025表2时间{《周)成分(吨八)废水的成分}浓度(从去/:)图2柱内污泥的增殖过程注:第16周以后抽出了污泥10000ODTx(TOBD5000ō5001500100花萄撼陈K:HPO.NaOH卜柱l}护柱21(次)拼护禅0`510152025时间(周)图3污泥的粒化过程(校化率:0.25mm日以上的顺粒比例)(2)合成废水用表2中成分合成废水。表中是TOD10,ooomg/l的废水成分和水质分析结果。在T()DI,ooomg/l时,可将其用水稀释成10倍,然后再使用。(3)种污泥种类三厌氧污泥52(5)试验条件柱一:流入水TOD浓度=l,ooomg/l柱2:流入水TOD浓度=10,ooomg/l(6)测定方法定期从柱中取出污泥,测量VSS浓度,校正污泥床高度,求出每个有效容积的VSS浓度,然后筛选所取污泥,检查颖粒的形成情况,把直径0.25mm以上的污泥粒子,暂且定义为颗粒,颗粒与全部VSS的比,即为粒化率.2.3结果分析(1)污泥增殖及颗粒形成图2表示柱中污泥增殖过程。污泥的增殖是通过观察污泥床面部分的浓度增大和床面升高而获得的。污泥床部分的VSS浓度在第9周前后达到30~5091/,两个柱的增殖过程不同主要是由于有机物负荷不同所引起的,也就是说,柱2(流入TOD一10,ooomg/l)的负荷略高造成的。两个柱都在第16周时,VSS浓度达到20~369/l。此后,为了保持界面70%有效高度,抽出了污泥。图3表示污泥粒化率和时间的关系,粒化率与试验时间同时增长,在第16周,约90绒的污泥形成0.25n`m以上的颗粒。影响颗粒形成的因素有:①废水来源:有机物浓度,所含物质成分;②初始条件:种污泥浓度,粒状炉渣加入量;③运转条件:流速、有机物负荷、PH。试验结果表明.污泥的增殖和粒化率的速度成正比,而且污泥的增殖与颗粒形成也有密切的关系。(2)LV(线速度)和床膨胀率下面是线速度和膨胀率的关系,其结果如图4所示,膨胀率用下式表示:E一HR/Ho(1)上式中:E:床膨胀率(一),HR:床膨胀时高度(:n),H。:床静止时高度(m)。如果E值太低,就要发生偏流,接触率下降;相反,如果E值达到1.3以上.就要出现流动,造成颗粒磨损。因此,希望E值在1.1一1.2,既不发生偏流.又能使床膨胀。由于第7周后,颗粒还没有充分形成.所以使用I,VO.sm/h表示1.4~1.9高值。第9周后,用0.5~1.om/h表示1.2的膨胀率。此后,如果从污泥粒子沉淀的观点来看,粒子雷诺数R。大约在。~10之间,所以沉淀速度公式可以应用Stokes公式。即R。~(dpp,u。)/拼f(2)根据StokoS公式(R。l时)u:一gdpZ(p。一pf)/18胖f(3)通过测出上述公式中的各项内容.即可求出终端速度。上式中uf:粒子终端速度(m/SeC)g:重力加速度(一9.5)(kg/m·Sec)dp:粒子直径(m)p,:粒子密度(kg/m3)p.:粒体密度(kg/m3)拼,:流体粘性系数(kg/m·see)(3)式中d,和p。对床面膨胀影响很大。如果dp一0.35mm,pp一l,oso.p。~l,005,拌一fo.001那么:u,一10.sm/h试验时,取柱内污泥,用量筒测定沉淀速度,其结果是95线的污泥沉淀速度平均为12m/h,测定污混的颗粒直径为d。,0.35mm。因此,沉淀试验的结果与Stoke、公式的计算值基本一致。(3)污泥观察通过显微镜观察,颗粒有近似圆形的.也有椭圆形的,直径大都在。.5一Zmn、乍右。可以看到其中集聚或分布着粒状炉渣,放入的粒状炉渣在0.lmm以上时,一个炉渣粒子变成核,形成颗粒,在0.]mm以下时,炉渣粒子就形不成核.自己聚集在-起,或附在其它颗粒上。3、反应特性试验.31实验目的与固定床方式进行比较、研究U八黔乙法厌氧处理系统的反应特点。.32材料和方法用图1装置进行试验。UASB法使f1I粒状炉渣加入柱子中作为载体.驯化两个月,固定床法用塑料颗粒作载体,加入同样的柱子,进行同样的驯化。流入水`「or)浓度为四级.即:一,000、3.000、l。,000和30,000mg/l。.33结果及分析连续工序的主要反应公式如「:上式中,:反应速度常数l(/hr)Q.:流入量l(d/),:罐容积(l)C::原水浓度(mg`l)53CE:处理水浓度(mg/l)Xs:雄内污泥浓度(mg/l)...4周.9周周...7周..1一周周哥赶脉脉椰艇艇侧侧侧.,...10周周…………娜飞坛斌...……………气气气。二二二汽汽汽亡亡亡.....…口口口节节节厅厅~一...汽汽汽汽6周周......---+++扩扩扩.’.---备凡从~一一,,,;:.···ǎ|à哥妻鸿00.51.01.52.02.5VL(m/h)图,4上流液体线速度和床层膨胀率的关系表3中试结果吸粒工径_图5中试反应器颗粒分布内内容容单位位结果果流流入ttt(l/d)))280000TTTODDD(纯/m3·d)))18.111负负荷荷(m/h)))0.6888污污泥床高度度(mm)))215000反反应器中VSSSS(吨/l)))2060000流流入液液T()DDD(mgzl)))333000TTTTT(犯犯(mg/l)))156000SSSSSSSS(m总21)))89000排排出液液TODDD(mgzl)))57000TTTTT(rrr(mg/l)))28000SSSSSSSS〔(叱/l)))34555通过试验,不管是固定床法还是UASB法几乎都表示了相同的,值,这说明两种方法在柱内保持的微生物活性是相同的。但在实际上,用UASB法即使负荷很高,也能保持高去除率。4、中试通过柱试验可以看出,使用粒状炉渣的UASB法在颗粒形成及反应效率方面都是非常好的,因此,利用大型试验机对食品厂废水(面条、豆腐等制造过程的废水)进行确认.54结果及分析表3是试验开始至第20周的试验结果。原水TOn浓度约为s,ooomg/l,在一般的厌氧处理进,还稍稍低于该值,TOD负荷为Zokg/m,·d,去除率最高为80%以上,原水停留时间约5小时,反应效率非常高。图5是反应器内污泥的粒子直径分’布情况,在第17周,直径0.25mm以下的污泥约30写,即造粒率约70纬,与柱试验结果完全一致,约一半污泥的颗粒为.05~2.omm,即使用显微镜观察,也会发现粒状炉渣全部收入颗粒之中。通过以上试验可`以证明,使用粒状炉渣的UASB法,在废水中能促使颗粒的形成,并且,在高浓度污泥中,亦可进行负荷的处理。,结束语通过使用粒状炉渣作为载体,解决了UASB法中的一个重大课题,即颗粒的形成比较容易.公司正在研究对所有的废水处理是否都需要加粒状炉渣。同时将进一步掌握固定床法和UASB法的特性,根据各方面的要求,不断提供最佳处理系统。刘洪山尹万祥译.