甲烷菌群優(yōu)化吸附-生物降解厭氧序批式反應(yīng)器(AB-ASBR)的研究.pdf

1、厭氧序批式反應(yīng)器(ASBR)因其能夠形成顆粒污泥，有較大的進(jìn)水濃度適應(yīng)范圍和靈活的操作方式，在國內(nèi)外被逐步廣泛應(yīng)用到各種廢水的處理中。然而，由于該反應(yīng)器內(nèi)優(yōu)勢菌群不穩(wěn)定，出水還需好氧后續(xù)處理，其經(jīng)濟(jì)潛能尚未充分發(fā)揮。本文針對ASBR工藝中存在的缺陷，研究開發(fā)了一種新型廢水處理工藝——吸附—生物降解厭氧序批式反應(yīng)器(AB-ASBR)。主要內(nèi)容如下：
　　 ⑴AB-ASBR工藝A段運(yùn)行模式為“進(jìn)水—吸附—沉降—排水—再生”，B段運(yùn)行

2、模式為“進(jìn)水—反應(yīng)—沉降—排水”。A段反應(yīng)器和B段反應(yīng)器中污泥顆?；螅贏B-ASBR工藝模式下運(yùn)行一段時間，可以實(shí)現(xiàn)兩段反應(yīng)器中甲烷菌群優(yōu)化。由半飽和常數(shù)計(jì)算結(jié)果：A段反應(yīng)器Ks(1.83mmol)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于B段反應(yīng)器Ks(0.05mmol)；結(jié)合顆粒污泥掃描電鏡照片和A、B兩段反應(yīng)器中顆粒污泥的革蘭氏染色結(jié)果，都說明：A段反應(yīng)器以甲烷八疊球菌為優(yōu)勢菌；B段反應(yīng)器以甲烷絲菌為優(yōu)勢菌。兩段反應(yīng)器中甲烷菌群的優(yōu)化將有利于AB-ASBR工藝

3、進(jìn)水負(fù)荷的增加和出水水質(zhì)的提高。
　　 ⑵以奶粉為基質(zhì)配置廢水，通過對反應(yīng)過程中COD、VFA和產(chǎn)氣量及反應(yīng)器內(nèi)MLSS和MLVSS的測定，考察了較低有機(jī)物濃度條件下(進(jìn)水中COD濃度分別為1000mg/L、1333mg/L和2000mg/L)AB-ASBR工藝的運(yùn)行效果。結(jié)果表明：反應(yīng)器內(nèi)生物量隨著進(jìn)水濃度的提高逐漸增加，且隨著運(yùn)行周期的增加，生物活性也越來越高。三種進(jìn)水COD濃度條件下，A段反應(yīng)器最佳吸附時間為20min，再

4、生時間為6h；而B段反應(yīng)器生物降解時間為2.5～4h。此時兩個反應(yīng)器內(nèi)COD濃度均已低于100mg/L。由此可以確定：在A段反應(yīng)器再生結(jié)束后，B段反應(yīng)器生物降解過程已經(jīng)完成。為了取得更好處理效果可以將B段反應(yīng)器反應(yīng)時間適當(dāng)延長。如果考慮到反應(yīng)器容積利用率，可以縮小B段反應(yīng)器容積或者增加A段反應(yīng)器容積，使得A段反應(yīng)器再生結(jié)束，B段反應(yīng)器恰好完成生物降解反應(yīng)。產(chǎn)氣量測定結(jié)果表明：氣體中以H2和CH4為主，CH4所占比例72[％]～76[％]

5、。
　　 ⑶實(shí)現(xiàn)AB-ASBR模式穩(wěn)定運(yùn)行后，逐步提高反應(yīng)器有機(jī)負(fù)荷(進(jìn)水濃度從3000mg/L至7500mg/L)，并研究在不同負(fù)荷條件下，反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥對有機(jī)物初期吸附性能與生物量的關(guān)系。研究結(jié)果表明：隨著進(jìn)水有機(jī)物濃度的提高，達(dá)到最大吸附平衡所需時間由20min縮短至5min，由此表明：進(jìn)水有機(jī)物濃度越高，反應(yīng)器內(nèi)生物量就越多，達(dá)到平衡所需時間也越短；污泥負(fù)荷和吸附量存在正相關(guān)關(guān)系，污泥負(fù)荷越高，其傳質(zhì)推動力越大，顆粒污

6、泥吸附量也越大。在一定范圍內(nèi)(0.3～0.5gCOD/(gMLSS·d))，顆粒污泥吸附率隨污泥負(fù)荷增大而增高(67[％]～90[％])，之后基本穩(wěn)定在90[％]以上；在7500mg/L的有機(jī)物濃度條件下，由于反應(yīng)器內(nèi)污泥活性較好，采用連續(xù)攪拌、間歇攪拌和不攪拌都能迅速達(dá)到最大吸附效果，5min完成吸附反應(yīng)，其最大吸附率分別為67[％]、65.7[％]和65.7[％]。若為節(jié)約能源，可采用不攪拌方式，進(jìn)水5min后出水；再生能夠提高厭氧

7、顆粒污泥的吸附性能，隨著厭氧顆粒污泥再生時間增加，厭氧顆粒污泥的吸附量與吸附率也逐漸提高，但超過6h后，厭氧顆粒污泥的吸附量與吸附率基本保持不變；適當(dāng)?shù)拈e置會使最大吸附率有所增加，但閑置時間過長會引起微生物內(nèi)源呼吸，生物量減少。相對于整個反應(yīng)周期，3h的閑置時間雖使最大吸附率有所上升，卻使反應(yīng)器容積利用率下降。因此，斷流時可以考慮適當(dāng)?shù)拈e置，但要控制在一定時間之內(nèi)。
　　 ⑷研究了進(jìn)水COD濃度為2000mg/L的條件下，A段進(jìn)

8、水時間、出水前停留時間(TA)、進(jìn)水水質(zhì)及有機(jī)負(fù)荷(OLR)等因素對AB-ASBR工藝運(yùn)行效果的影響。結(jié)果表明：進(jìn)水時間不同，反應(yīng)器在吸附期內(nèi)COD達(dá)到最大吸附量的時間不同，其吸附率也不同。在研究的幾種條件下，進(jìn)水時間≤15min，其最大吸附出現(xiàn)在進(jìn)水后25min。繼續(xù)增加進(jìn)水時間至45min，最大吸附出現(xiàn)在30min。而COD最大吸附去除率為15min的進(jìn)水條件，為89.2[％]。此時反應(yīng)器內(nèi)VFA也達(dá)到最低值，為84mg/L；出水前

9、A段停留時間(TA)不同，其出水水質(zhì)也隨之發(fā)生變化。TA為30min時，相對于初始進(jìn)水COD去除率最好，達(dá)到96.8[％]；TA為60min時，在整個反應(yīng)期，B段反應(yīng)器內(nèi)VFA值最低，這有利于防止高負(fù)荷運(yùn)行時產(chǎn)生酸化現(xiàn)象；進(jìn)水水質(zhì)所含膠體比例越高，達(dá)到最大吸附所需時間越長，初期吸附去除的COD量也越多。試驗(yàn)中CODcol/CODt比例由30[％]增至50[％]，A段達(dá)到最大吸附時間由25min增至45min；COD去除率由86.8[％]

10、增至89.1[％]。而B段生物降解所需反應(yīng)時間也隨膠體比例有所增加。出水均可達(dá)到100mg/L以下；在一定范圍內(nèi)，隨OLR增加，COD總?cè)コ手饾u升高。說明該工藝對負(fù)荷改變有較好的適應(yīng)能力，但反應(yīng)時間相應(yīng)增加。
　　 ⑸對于以顆粒污泥為主要生物形態(tài)的高速厭氧生物反應(yīng)器，由于顆粒污泥沉降性能良好，容易在反應(yīng)器底部沉積，不利于固液接觸、液相傳質(zhì)。攪拌可以使底物和生物體充分接觸，縮短反應(yīng)時間，提高系統(tǒng)處理效率，同時防止反應(yīng)器內(nèi)局部揮發(fā)

11、酸大量積累，產(chǎn)生酸化結(jié)果。反應(yīng)期內(nèi)保持較低的VFA濃度，也可降低對堿度投加量的需求。通過對反應(yīng)器內(nèi)COD、VFA、生物量及生物相的分析，研究了進(jìn)水濃度為16500mg/L，在攪拌時間相同(每小時總攪拌時間為6min)、攪拌方式不同的三種條件下，反應(yīng)器運(yùn)行性能和生物量的變化，結(jié)果表明：隨攪拌強(qiáng)度增加，反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥逐步減小(由2～3mm最終變?yōu)?.5mm左右)。結(jié)合顆粒污泥掃描電鏡照片，攪拌作用過強(qiáng)會使顆粒污泥結(jié)構(gòu)破壞，大顆粒逐漸變?yōu)樾?/p>

12、顆粒。實(shí)驗(yàn)最終選定：在進(jìn)水COD為16500mg/L的高濃度有機(jī)物條件下，3min/30min為最佳攪拌條件。此時對于顆粒污泥尺寸和結(jié)構(gòu)的維持，以及反應(yīng)器良好運(yùn)行，均可達(dá)到最佳效果。
　　 ⑹通過反應(yīng)器內(nèi)吸附、再生和生物降解過程中COD濃度的變化，得出結(jié)論：在厭氧顆粒污泥吸附過程中，主要限速階段是膜傳質(zhì)階段，可用偽二級反應(yīng)方程描述厭氧顆粒污泥吸附動力學(xué)。
　　 ⑺對比了ASBR工藝和AB-ASBR工藝的運(yùn)行效果。在相同進(jìn)

13、水COD濃度(2000mg/L)條件下，ASBR工藝運(yùn)行中進(jìn)行著吸附、水解、酸化、產(chǎn)甲烷等間歇性發(fā)酵。反應(yīng)器中顆粒污泥是由水解菌、產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷等共同組成的混合菌群體，即使延長反應(yīng)時間COD也只能降至400mg/L左右。而AB-ASBR工藝中B段反應(yīng)器在低負(fù)荷條件下運(yùn)行，形成的顆粒污泥以甲烷絲菌為主體，所以能較為徹底去除殘余有機(jī)物，B段出水COD可以降至100mg/L以下，達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18918-2002規(guī)定