复合厌氧生物反应器处理退浆废水的启动试验研究

复合厌氧生物反应器处理退浆废水的启动试验研究0前言印染退浆废水含有大量PVA(聚乙烯醇)、CMC(羧甲基纤维素)和表面活性剂，由于PVA是高聚物，可生化性差，BOD5／CODCr值仅0.064，且退浆废水碱性大（pH能达到14），采用传统的活性污泥工艺很难达到满意的效果【1】。上流式污泥床-过滤器(UpflowBlanketFilter,简称UBF)是加拿大人Guiot[2]在厌氧滤器(AnaerobicＦilter,简称AF)和上流式厌氧污泥床(UpflowAnaerobicSludgeBlanket,简称UASB)的基础上开发的新型复合式厌氧反应器。UBF具有很高的生物固体停留时间（SRT）并能有效降解有毒物质，是处理高浓度有机废水的一种有效的、经济的技术。由于退浆废水的高碱性特性，本试验拟在高pH值（8.5）条件下进行复合式厌氧反应器的启动研究。1试验材料与方法1.1试验装置与工艺流程UBF反应器由有机玻璃圆管制成，内径90mm，高1200mm，有效容积为6.3L。反应器上部三分之一处挂组合式填料。反应器采用热水循环加热，维持温度在35℃左右，工艺流程如图1所示。1.2接种污泥反应器接种的絮状污泥取自锁金村污水处理厂污泥池，用孔径为1mm的滤网过滤去除大的杂质，测得VSS/TSS为0.47,TSS为39.6，VSS为18.6gVSS/L。接种污泥量为2.5L。1.3试验用水试验用水取自吴江盛泽镇某印染厂退浆废水，其CODCr为4814mg/L，pH值为14，NH3－N为8.2mg/L。维持CODCr:N:P比为200：5：1。N、P元素和微量元素【3，4，5】的投加量见表1。用浓H2SO4和HCl调pH值到8.5左右。1.4分析项目及分析方法COD：重铬酸钾法；pH：pH试纸及便携式pH计；储备碳酸氢盐碱度：滴定法；挥发性脂肪酸(VFA)：滴定法；产气率：湿式气体流量计；SS：重量法；用电子显微镜观察颗粒污泥性状。表1投加营养元素及微量元素表Table1.Syntheticwastewatercomposition(NH4)2CO386mg/gCODCaCl2·2H2O50mg/LK2HPO426mg/gCODFeCl2·4H2O40mg/LCoCl2·6H2O10mg/LCuCl2·2H2O0.5mg/LNaMoO4·2H2O0.5mg/LNiCl2·6H2O0.5mg/L1.5试验启动过程第一阶段(1-19d),初期进水采用葡萄糖自配水,COD为2000mg/L,COD:N:P为200:5:1,加入微量元素,初始水力停留时间(HRT)为48h,有机负荷率为1.0kgCOD/m3.d,相应污泥负荷为0.1kgCOD/kgVSS.d.第三天出水pH值为6.0,出水CODCr为2100mg/L,高于进水浓度,投加一些NaHCO3提高水中碱度,使pH值到7.2,按1/8的递增量加入退浆废水,改变葡萄糖投加量,维持CODCr在2000mg/L左右,逐步缩短HRT,从而提高有机负荷率.到第五天反应器中有许多连续的小气泡产生,但去除率只有6.8%,第10d去除率达到了41%.当HRT缩短到6.8h时,污泥床膨胀并有部分污泥洗出,故本次试验得出最佳HRT为8.9h,此时有机负荷率6.5kgCOD/m3.d,去除率稳定在65%左右.第二阶段(20d-47d),保持HRT为8.9h不变,逐步提高CODCr浓度到全部退浆水4814mg/L,逐渐提高有机负荷率到13.3kgCOD/m3.d.CODCr去除率稳定在54%左右，此时,污泥颗粒化明显,膜肥厚,认为启动成功。整个启动过程中反应器的有机负荷率及水力停留时间。2试验结果2.1颗粒污泥的形成及特征到启动过程的后期，已经有许多颗粒污泥形成，污泥颗粒粒径在1.0~2.0mm之间，取颗粒污泥在显微镜下观察，发现甲烷毛状菌属（Methanosaetaspp）和嗜碱产甲烷杆菌(Methanbacteriumalcaliphilum)占优势，在颗粒污泥上有大量白色附着物，可能是析出PVA被颗粒污泥吸附的结果，反应器的启动完成时测得颗粒污泥的TSS为68.3g/L，VSS为34.5g/L。图3CODCr去除率及产气率图2.2CODCr的去除效果CODCr去除率见图3,在初期驯化过程中，有两天的出水CODcr高于进水。产气率受温度的影响很大,20℃时，基本不见产气，22℃时产气率为36℃时的30%，到30℃时增加到36℃时的60％左右，34℃~36℃产气率最大。本试验采用热水循环加热使反应器维持在35℃左右，有利于厌氧菌产甲烷的进行。在驯化的初期，产气量很小，从第6d开始测产气率，产气率见图3，从20d起测甲烷含率，发现甲烷含率随着SO42-浓度的增加而从20d时的65.1％减少到47d稳定时的45.2％。3讨论3.1SO42-和Cl-的影响由于退浆废水碱性大（pH为14），工程中常用的酸中和剂有工业硫酸和盐酸，而复合厌氧反应器中SRB对MPB的抑制作用是明显的【6】，SRB既可利用乳酸盐或乙酸盐，也可利用H2或NADH＋H＋还原SO42-获取生长所需的能量，这就和MPB发生了明显的竞争性基质利用（初级抑制），且SRB的最终产物是H2S或其他硫化物，虽有少部分溢出，剩余部分仍然会抑制甲烷菌的生长（次级抑制）。硫酸盐还原作用对厌氧消化的影响也受多种因素的制约，冀滨弘等【7】认为克服硫酸盐还原作用的主要因素是CODCr/SO42-大于2、合适的进水【SO42-】（小于4000mg/L），章非娟等【8】等认为投加铁盐和出水回流可克服硫酸盐还原作用的影响，杨虹等【9】认为全混流恒化器:Cl-4.5g/L,SO2-41.8g/L；UASB:Cl-7.2g/L,SO2-43.0g/L时基本无抑制作用。本次试验用酸调pH值至8.5左右再进水,但全用H2SO4调pH时，投加的SO42-为9200mg/L。COD/SO42-为0.52；完全用HCl时，Cl-为6900mg/L；用H2SO4和HCl混合调节时，SO42-为1800mg/L，Cl-为5330mg/L，COD/SO42-为2.67，投加的微量元素中含有MoO42-，MoO42-既作为MRB的营养物又对SRB有抑制作用【10】，从试验运行情况看，全用H2SO4调pH时对产甲烷有明显抑制作用，用UASB反应器做平行试验发现连续十天没有发现产气，CODcr去除率在20％以下。全用HCl调pH时，CODCr去除率在40％左右，比用混合酸时的去除率低，说明用混合酸调节pH值有效降低了SO42-和Cl-对复合厌氧反应器的抑制作用。3.2pH值的影响一般认为产甲烷菌最适宜的pH值范围为6.8～7.2之间【11】，但也有一些在偏碱环境中生长的产甲烷菌，如嗜碱产甲烷杆菌（Methanbacteriumalcaliphilum），其最适pH值为8.1～9.1，织里嗜盐产甲烷菌（Methanohalophiluszhilinae）的最适pH为9.2，由于退浆废水碱性大（pH为14）,故需要加酸调节pH值，厌氧反应器在高pH值（8.5左右）下仍有良好的去除效果，启动后期，产气率达到了0.38v/v.d，含甲烷率为45.2％，碱性产甲烷菌发挥了决定性的作用。出水pH值一直稳定在7.8左右.由于退浆水碱度大(4000mg/L左右，以CaO计),一般不会出现VFA的积累酸化现象。实测VFA维持在350mg/L左右，储备碳酸氢盐碱度在1000mg/L左右，实际运行情况没有出现酸化现象。3.3反应器的重新启动第48d起，停车10天后重新启动，进水负荷维持停车前不变，水力停留时间延长到12小时，没有生物固体洗出，第一天去除率为31％，比停车前低，但4d以后恢复到了停车以前的水平，且略有提高。4结语4.1UBF厌氧反应器具有启动快、运行平稳的特点，对于处理难生物降解的退浆废水，在中温（35±3℃）条件下，系统在进水CODCr为4814mg/L、HRT8.9h、有机负荷13.3kgCOD/m3.d情况下，CODCr去除率为54％。4.2用H2SO4和HCl混合酸调节pH值，保证CODcr/SO42-大于2，Cl-小于6g/L，有效降低了SO42--和Cl-对厌氧生物反应器的抑制作用，保证了产甲烷菌产甲烷的反应活性。4.3UBF厌氧反应器在进水高pH值（8.5左右）下启动成功，产气率达到了0.38v/v.d，含甲烷率为45.2％，证明了UBF厌氧反应器处理高碱度难生物降解退浆废水的可行性。