二相厭氧反應器快速啟動及影響因素研究

1、二相厭氧反應器快速啟動及影響因素研究1、問題的提出 國內(nèi)外對于高濃度有機廢水的處理，常常采用厭氧消化工藝，但厭氧消化工藝存在著處理效果差，管理復雜 ,基建投資大，特別是對于有毒廢水難以穩(wěn)定運行等問題。近年來對于高濃度有機廢水的生物處理，致力于尋找新的既節(jié)能又高效的處理工藝，開發(fā)出各種新型厭氧消化工藝和設備。本次實驗主要研究二相厭氧處理技術酸化反應啟動方法及啟動的影響因素。2、實驗設計及過程2.1 實驗裝置設計在實驗中，我們采用二相厭氧反應器（產(chǎn)酸反應器和產(chǎn)甲烷反應器）的水力停留時間依靠進入反應器的廢水量來調節(jié)。有機物容積負荷的變化采用控制進水COD濃度來調節(jié)。1 配水槽  2 循環(huán)泵

2、  3 蠕動泵 4 產(chǎn)酸反應器 5 中間穩(wěn)定槽 6 產(chǎn)甲烷反應器  7 水封   8濕式氣體流量計   9出水                      圖1 實驗工藝流程圖Fig1 Experiment technics process表1 實驗裝置基本情況Table1 Basic Instance of Experiment

3、 Equipment參  數(shù)產(chǎn)酸反應器（1#）產(chǎn)甲烷反應器（2#）直徑（mm）50/100（反應區(qū)/沉淀區(qū)）75/120（反應區(qū)/沉淀區(qū)）高度（mm）13001300反應區(qū)容積1.65  L3.2  L沉淀區(qū)容積1.35  L2.8  L反應器總容積3  L6  L反應器型式普通厭氧反應器UASB2.2實驗水樣對廢水中污染物的成分分析，中成藥生產(chǎn)廢水中含有各種天然有機污染物，其主要成分有糖類、甙類、蒽醌、木質素、生物堿、鞣質、蛋白質、色素及它們的水解產(chǎn)物。廢水中水質水量變化系數(shù)較大，其中，CODcr最高可達20000mg/L

4、，BOD5最高可達8000mg/L。本次實驗研究是以重慶太極集團的中成藥兒康寧和急支糖漿的生產(chǎn)廢水為試樣，其污染物的含量見表2。表2   實驗廢水水質表Table2  Experiment Water pollution concentration 序  號污 染 物平均含量備     注1CODcr（mg/L）2200最大值：63502BOD5（mg/L）976最大值：27803SS（mg/L）310最大值：7134NH3-N(mg/L）21  5TP （mg/L）15  6pH6 

5、 7色度（倍）200  2.3污泥接種及馴化2在進行厭氧污泥的培養(yǎng)和馴化之前，首先需要對二相厭氧反應器的產(chǎn)酸反應器和產(chǎn)甲烷反應器進行氣密性試驗，在確保氣密性良好的情況下進行厭氧污泥的接種。厭氧活性污泥可以取自正在工作的厭氧反應器或江河湖泊沼澤底部、下水道及污水集積腐臭處等厭氧環(huán)境中的污泥。本次實驗污泥取自啤酒廠生產(chǎn)廢水厭氧處理消化池，接種污泥量為反應器有效容積的30%。本次實驗污泥接種比例較大，這樣有利于啟動時間的縮短，同時接種污泥中所含微生物種類的比例也相對協(xié)調。在接種過程中，保持反應器溫度處于27±2范圍內(nèi)，使微生物的增殖處于最佳的環(huán)境狀態(tài)。實驗接種的污泥是灰黑色的成熟

6、污泥，帶有輕微的焦油氣，無硫化氫臭，pH值在6.9。消化污泥培養(yǎng)正常時的指標和參數(shù)見表2。表3 消化污泥培養(yǎng)正常時的指標和參數(shù)Table3 Index Parameter of Digested Sludge in Gear Time項       目允許范圍最佳范圍pH6.47.86.57.5氧化還原電位ORP/mV-490-550-520-530揮發(fā)性VFA/（mg/l，以乙酸計）50250050500堿度ALK/（mg/l，以CaCO3計）1000500015003000VFA/ALK0.10.50.10.3沼氣中CH4含量（體

7、積比）/%>55>66沼氣中CO2含量（體積比）/%<40<352.3 二相厭氧反應器相分離的方法3 41) 在酸化反應器中通過某種條件對產(chǎn)甲烷菌進行選擇性的抑制，如適量投加 CCl4、CH3 、Cl2控制微量氧，調節(jié)氧化還原電位和pH值等。2) 對產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌進行滲析分離。3) 通過動力學參數(shù)來控制 ,如控制有機負荷、水力停留時間等。一般負荷越高產(chǎn)酸菌繁殖越快，有機酸濃度越高，對甲烷菌的抑制作用也越強，從而達到有效相分離的目的?？刂朴袡C負荷是一種最簡便、最有效的方法。本文在試驗中，采用控制有機負荷參數(shù)和化學法投加CCl4，將反應器控制在酸化階段。2.4 酸化程度的

8、判斷2    本次實驗中，我們采用酸化率來衡量二相厭氧反應器啟動的狀況。在酸化反應器中，對溶解性底物，一般容易降解，在短時間內(nèi)即可達到滿意的酸化，然后隨HRT的增加，酸化率增長緩慢，這時pH值很低，甲烷菌受到嚴重抑制，產(chǎn)酸菌己被充分利用，因此再增加HRT,有機酸也不會有太大的增加。但一般情況下總難免有甲烷菌生長繁殖，隨著HRT的增加 ,甲烷菌的活性逐漸恢復，使一部分有機酸得以降解，這時就會出現(xiàn)曲線中的虛線部分。我們可以認為此時 (tc)所對應的酸化率為最大。對于非溶解性底物，由于水解速度相當慢，相應的酸化速率也慢，曲線比較平滑，同時一般反應器的pH值較高，甲烷菌充

9、分，故酸化率也不太高。 從圖2中可以看出，由于實驗廢水易于酸化，在很短的時間內(nèi)即可獲得很好的酸化效果。一定時間后R達到最大，我們稱此時為本實驗系統(tǒng)的臨界酸化時間（tc），在tc以后，隨著酸化時間的增長，R下降。這說明本實驗系統(tǒng)采用的進水濃度還達不到超高負荷，產(chǎn)生的有機酸不能對甲烷菌產(chǎn)生嚴重抑制。所以隨著酸化時間的增長，甲烷菌的活性恢復，有機酸得以分解，致使R下降。這也證明了厭氧啟動時我們采用高有機負荷加化學方法抑制甲烷菌的必要性。這一現(xiàn)象可以用Monod動力學方程式解釋，即式中：-有機酸的轉化率；Vmax最大污泥比基質降解速率（d-1）；X污泥濃度（VSS表示，mg/l）；S有機物量（以COD

10、表示，mg/l）；KS常數(shù)。從上式中可以看出，當酸化達到最大程度時，有機負荷已經(jīng)很高，此時有機物被轉化為有機酸的量不再取決于進入反應器的有機物量，而只與反應器內(nèi)的生物量（即污泥量）有關。3、實驗結果3.1 啟動期COD及COD去除率的變化在厭氧反應器啟動階段，我們對二相厭氧反應器中產(chǎn)酸反應器的進出水和產(chǎn)甲烷反應器的出水的COD、pH和VFA進行了連續(xù)監(jiān)測（頻率為每天一次），以觀察反應器的啟動狀況。從實驗結果可以看出，在110天，微生物處于適應階段，其產(chǎn)酸反應器COD的平均去除率為16.45%左右，產(chǎn)甲烷反應器COD的平均去除率為31.78%，二相厭氧反應器COD的平均去除率約為43.0%。在1

11、123天，微生物處于恢復階段，其產(chǎn)酸反應器COD的平均去除率為30.03%左右，產(chǎn)甲烷反應器COD的平均去除率為31.57%，二相厭氧反應器COD的平均去除率約為52.12%。出水COD值趨于穩(wěn)定。在2430天，微生物處于穩(wěn)定增殖階段，其產(chǎn)酸反應器COD的平均去除率為40.0%左右，產(chǎn)甲烷反應器COD的平均去除率為35.56%，二相厭氧反應器COD的平均去除率約為61.30%。出水COD值基本穩(wěn)定。4、影響因素討論4.1溫度對厭氧酸化啟動過程的影響本文進行了溫度為 2 5和 3 5下的相同內(nèi)容試驗，試驗表明 2 5和 3 5時兩者酸化率相差很小 (圖5)。從圖5可以看出 ,低溫時產(chǎn)酸菌的活性有

12、所降低，但仍能維持較高的酸化率。說明溫度對產(chǎn)酸菌的影響不如對甲烷菌那么明顯，對整個酸化過程影響不大。因此 ,生產(chǎn)上在常溫下進行厭氧酸化處理是可行的。4.2 p H值對酸化反應器啟動的影響Zottemeyer R. J.認為溫度在 3 0時5，pH值控制在 6.0左右時酸化過程的負荷最高，效果最好。但他的實驗是在完全混合反應器中進行的，并不斷加NaOH進行pH調節(jié)。本文試驗沒有進行 pH的人工調節(jié)，由于隨著試驗的進行，廢水的不斷酸化，pH自然要降低。而且發(fā)現(xiàn)厭氧酸化可以在很低的 pH條件下進行，即使 pH值在 4.5左右，產(chǎn)酸菌仍有相當?shù)幕钚?，說明產(chǎn)酸菌的 pH值適應范圍較寬。實驗運行過程中，宜將 pH值控制在5.06.5范圍內(nèi)。4.3 有機負荷的控制對酸化反應器的啟動的影響在實驗啟動階段，我們采用較低的初始負荷