摘　要:處理生物質(zhì)氣化發(fā)電焦油廢水的上流式污泥床過濾器(UBF)內(nèi)厭氧污泥在環(huán)境溫度(16～36℃)條件下完成馴化并實現(xiàn)顆�；�,其間焦油廢水的COD比例是主要影響因素。UBF反應(yīng)器穩(wěn)定運行時,在HRT為66 9H,OLR為0 65～0 75kgCOD·m-3d-1的條件下,焦油廢水COD平均去除率達到26%。

關(guān)鍵詞:生物質(zhì)氣化;焦油廢水;UBF反應(yīng)器;馴化;顆�；�

引言　　

1984年,加拿大Guiot[1]開發(fā)的上流式污泥床—過濾器(UpfLow Banket FiLter,簡稱UBF)復(fù)合式厭氧反應(yīng)器,是由上流式污泥床(UASB)和厭氧濾器(AF)復(fù)合而成,反應(yīng)器下部是高濃度顆粒污泥組成的污泥床,上部是填料和其表面附著的生物膜組成的濾料層。UBF裝置極大地延長了ＳＲＴ,反應(yīng)器內(nèi)污泥的濃度高,增強了反應(yīng)器對不良因素(例如有毒物質(zhì))的適應(yīng)性,能夠高效、穩(wěn)定地處理高濃度難處理有機廢水。

焦油廢水是生物質(zhì)氣化發(fā)電燃氣水洗凈化過程中產(chǎn)生的洗滌廢水,其COD濃度一般在2000mg·L-1左右,氨氮濃度在400mg·L-1左右,含有大量復(fù)雜的多環(huán)芳烴類物質(zhì),另外,根據(jù)筆者研究,焦油廢水對厭氧菌有毒性,屬于生物難降解有機廢水。因此,在處理焦油廢水的UBF反應(yīng)器中完成污泥馴化和顆�；幸欢ǖ碾y度,本文在這一方面作了一些探索。

1　材料和方法

1.1　試驗設(shè)備與工藝流程

試驗中的UBF反應(yīng)器采用直徑300mm鑄鐵管制成,高2450mm,總?cè)莘e173L。整個反應(yīng)器由兩張多孔板分割成3段:即污泥床,竹子填料濾層和顆粒活性炭(GAC)填料濾層。GAC上部是集水區(qū)和氣室,反應(yīng)器底部有穿孔管配水裝置。反應(yīng)器的幾何尺寸示于表1。試驗流程示于圖1。

表1 UBF復(fù)合式厭氧反應(yīng)器幾何尺寸

1.2　試驗方法

試驗中以蔗糖作為共基質(zhì)對厭氧污泥進行同步馴化(污泥培養(yǎng)和馴化同時進行),并逐漸增加反應(yīng)器人工合成進水中焦油廢水COD比例。蔗糖為生物易降解物質(zhì),為微生物的生長提供基質(zhì)和能量,并偶發(fā)代謝焦油廢水中難降解物質(zhì)。

1.3　進水成分及微量元素投加量

試驗采用人工合成廢水加不同比例的焦油廢水,配制的人工合成廢水成分見表1。

表2 進水成分

(a 該值由試驗測定;b COD∶N∶P=200∶5∶1;c 小蘇打的投加量滿足進水COD∶堿度>3∶1;d 焦油廢水的量根據(jù)實測值確定。)

為了確保系統(tǒng)不因缺乏其它無機營養(yǎng)元素而受到抑制,試驗中直接向反應(yīng)器投加一定量的常量元素(mg,cａ,Ｆｅ)和微量元素(co,Ni,mN,ZN)。

2　結(jié)果和討論

2 .1　馴化

整個馴化過程歷時274天,其中進水中焦油廢水COD比例為1/40歷時57d,1/30歷時23d,1/20歷時56d,1/10歷時6d,1/5歷時12d,1/4歷時26d,1/3歷時39d,1/2歷時20d,3/4歷時18d,1/1歷時18d。實驗溫度為室外自然溫度(16～36℃),試驗期間焦油廢水比例、進、出水COD濃度、COD去除率、有機負荷變化曲線示于圖2,3,4。

2 1 1　COD去除率

圖3表明同一焦油廢水比例階段,COD去除率先下降后回升,最后穩(wěn)定(廢水比例為1/3,1/2,3/時比較明顯)。這說明,人工合成廢水中焦油廢水比例增加,微生物活性受到抑制,COD去除率降低。經(jīng)過一段時間后,微生物體內(nèi)形成適應(yīng)新環(huán)境的酶系其轉(zhuǎn)化有機物能力有所恢復(fù),COD去除率呈上升趨勢。整個馴化階段隨著進水中焦油廢水比例增加COD去除率呈下降趨勢。

2 1 2　有機負荷

圖4表明在整個馴化階段有機負荷(OLR)由最小值增加至最大值,然后再逐漸減少。整個馴化期可分為低負荷運行期(第1～12d)、負荷逐步提高期(第13～57d)、高負荷運行期(第58～73d)、負荷穩(wěn)定運行期(第74～132d)、負荷逐步降低期(第133～274d)5個時期。

有機負荷直接反映了基質(zhì)與微生物之間的平衡關(guān)系,對既定反應(yīng)器,微生物在不同運行時期、不同生活環(huán)境中對有機物的降解能力存在著差異。試驗中焦油廢水比例增至1/10以上后,厭氧微生物受到的毒害作用增加,為防止微生物活性的完全喪失,主要通過降低進水濃度來降低有機負荷,有效防止了馴化的失敗。

2 2　污泥顆粒化

試驗中顆粒污泥初次形成期在運行的第35～133d:反應(yīng)器運行的第35d反應(yīng)器底部1號取樣口出現(xiàn)顆粒污泥,第125d竹子填料段底部的3號取樣口出現(xiàn)顆粒污泥,到第133d顆粒污泥充滿整個反應(yīng)器的懸浮相。第133d以后,尤其是第142d以后顆粒污泥受到廢水比例變化的影響,顆粒污泥解體和顆�；瘍煞N變化趨勢交替出現(xiàn),到試驗結(jié)束時,顆粒污泥最終充滿整個反應(yīng)器。

試驗中培養(yǎng)的顆粒污泥為似球形粒狀物,粒徑為1～3mm,質(zhì)地松軟,有韌性和粘性。顆粒污泥表面呈黑色、灰黑色、黃色三種顏色。有的顆粒污泥一半呈灰黑色,一半呈黃色。

2 2 1　焦油廢水比例變化對污泥顆�；挠绊�

污泥顆�；饕l(fā)生在廢水比例為1/40,1/30,1/20,1/10時,該時期內(nèi)焦油廢水濃度較低,廢水比例增加對顆粒污泥的影響不大。廢水比例經(jīng)歷1/5,1/4,1/3,1/2,3/4,1/1變化時,顆粒污泥形態(tài)不穩(wěn)定,而且焦油廢水比例變化對反應(yīng)器底部污泥影響比對填料段污泥影響大。廢水進入反應(yīng)器首先和底部的污泥接觸,污泥表面可以吸附降解廢水中部分有機物,另外,人工合成廢水在反應(yīng)器底部經(jīng)水力混合得到稀釋,進入反應(yīng)器填料段的焦油廢水濃度降低,相應(yīng)的焦油廢水毒性物質(zhì)濃度降低,所以填料段污泥受到焦油廢水比例變化的影響較小。

焦油廢水比例增加,受焦油廢水成分的影響顆粒污泥解體,其表面細菌脫落,經(jīng)過一段時間后,微生物又出現(xiàn)團聚、顆�；内厔�。這與馴化過程中COD去除率隨焦油廢水比例增加的變化情況相近,都是先惡化然后逐漸恢復(fù)好轉(zhuǎn)。另外,值得一提的是,在每個焦油廢水比例階段,污泥重新團聚出現(xiàn)顆�；厔萸『檬荂OD去除率開始回升的起點,這并非是巧合,因為顆粒污泥本身的活性就很高,污泥能夠發(fā)生團聚,說明其活性有所恢復(fù),COD去除率有所恢復(fù)。

2 2 2　有機負荷對污泥顆�；挠绊�

運行35d時,反應(yīng)器底部出現(xiàn)顆粒污泥,第36～57d,有機負荷變化頻繁,顆粒污泥的狀態(tài)極不穩(wěn)定。

高負荷運行期,有機負荷在19kgCOD·m-3d-1左右,維持了較高的水平。在此階段,污泥產(chǎn)氣旺盛,高達1172L/d,污泥過度洗出,污泥顆�；舆t。

負荷穩(wěn)定運行期,反應(yīng)器的有機負荷維持在9～10kgCOD·m-3d-1范圍內(nèi),保持相對穩(wěn)定。顆粒污泥在此期間發(fā)展、成熟起來,并充滿整個反應(yīng)器。

負荷逐步降低期,焦油廢水比例增加,反應(yīng)器的處理效果開始惡化,有機負荷被迫逐步減低,但終因廢水水質(zhì)特性未緩解反應(yīng)器處理效果的惡化。在此階段,影響顆粒污泥的主要因素是廢水本身性質(zhì),有機負荷已經(jīng)不再是主導(dǎo)因素。

綜上所述,OLR對顆粒污泥的形成有很大影響。頻繁變化進水濃度和HRT逐步提高OLR對顆粒污泥的形成產(chǎn)生不利影響;超高負荷時,污泥產(chǎn)氣旺盛,但不利于污泥沉降形成顆粒污泥。維持進水基質(zhì)濃度與進水流量的相對穩(wěn)定,即使OLR穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)有利于顆粒污泥的形成。

2 3UBF處理全焦油廢水效果

進水完全是焦油廢水(2000mgCOD·L-1左右)時,在OLR為0 65～0 75kgCOD·m-3d-1,HRT為66 9H條件下,COD平均去除率為26%。UBF反應(yīng)器內(nèi)厭氧污泥雖然經(jīng)過馴化,但反應(yīng)器對焦油廢水的處理能力仍然較低,分析其原因有:1 焦油廢水對厭氧微生物有毒害作用;2 焦油廢水成份復(fù)雜,多為酚類、多環(huán)芳烴類物質(zhì),其中很多都是生物難降解物質(zhì);3 焦油廢水的氨氮濃度高,其氨氮濃度為362～492mg·L-1,廢水PH在8 8左右,略顯堿性,游離NH3多,對厭氧微生物有抑制作用,4 出水的PH值在8 0左右,略高于甲烷菌的最適生長PH范圍6 8～7 2[2]。

3　結(jié)論

對UBF反應(yīng)器污泥馴化和污泥顆�；芯靠梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論:

(1)處理焦油廢水的UBF反應(yīng)器完成污泥馴化的技術(shù)條件有:1 以易生物降解的蔗糖為共基質(zhì),為微生物的生長提供碳和能量的來源,避免馴化失敗;2 保持恰當?shù)挠袡C負荷。進水中焦油廢水COD比例增加時,可通過減小進水的COD濃度降低反應(yīng)器的有機負荷,從而減緩進入反應(yīng)器焦油廢水絕對量的增加,避免馴化失敗。

(2)在處理焦油廢水的UBF反應(yīng)器中形成顆粒污泥的技術(shù)條件是要保持恰當?shù)挠袡C負荷。顆粒污泥出現(xiàn)以后,進水基質(zhì)濃度,水力停留時間頻繁改變,顆粒污泥的形態(tài)不穩(wěn)定;超高負荷時,微生物產(chǎn)氣旺盛,污泥過分洗出,不利于污泥顆�；�;有機負荷在9～10kgCOD·m-3d-1范圍內(nèi)利于顆粒污泥形成、成熟。

(3)UBF反應(yīng)器處理焦油廢水達到穩(wěn)定運行狀態(tài)時,COD平均去除率為26%,雖然處理效率較低,但是厭氧生物處理可以作為焦油廢水好氧生物處理的預(yù)處理手段。

參考文獻:

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