（环境工程专业论文）ubf厌氧复合反应器处理高浓度退浆废水试验研究.pdf

摘要 退浆废水常含有聚乙烯醇( p v a ) 等难生物降解物质，污染物含量高而废水 量小，常使印染废水的常规处理不能满足排放要求。由于厌氧生物技术在处理高 浓度、难生物降解有机废水方面具有很大的优势，本课题开展了u b f 厌氧复合 反应器处理高浓度退浆废水的试验研究，对u b f 反应器的启动、处理效能、运 行特性及相应控制条件进行了深入研究，提出了优化工艺设计和运行控制的工艺 参数。 在进水c o d 为2 0 0 0 m g l 左右、h t r 为2 4 h 、0 l r 为2 0 k g c o d m 3 d 、p h 7 6 左右情况下经过2 个月的启动试验研究，顺利完成了启动，挂膜成功，且培养出 了适应水质要求的厌氧颗粒污泥。研究表明该反应器启动快、具有优良的运行特 性和处理效果。经过y d t 弹性填料和组合填料的挂膜比较发现：组合填料比y d t 弹性填料挂膜快、三相分离效果好、处理效果好。 在中温( 3 5 2 c ) 、p h 值8 o 、进水有机负荷( o l r ) 为2 7 8 0k g c o d m a d ， h r t = 9 2 4 h 时，c o d 去除率可达到5 6 6 8 。当进水o l r 为4 4k g c 0 1 ) m 3 d 、 c o d 为4 5 0 0 m g l 左右时，c o d 去除率可稳定在6 4 ，产气率可达o 2 5 m 3 m 3 d 。 研究表明，b c 的值影响着u b f 反应器处理效率，在b c 为0 2 6 情况下， 进水c o d 为5 0 0 0 m g l 左右、进水有机负荷1 3 1 k g c o d ( 莳d ) 、h r t 为9 h 条 件下，c o d 去除率达到了6 8 ；当b c 为o 1 5 时，同等条件下c o d 去除率仅 有3 8 ：控制进水c o d s 0 4 2 - 2 、c l 一浓度小于5 3 9 l ，u b f 反应器处理效果最 佳：应采用无回流比的操作方式，但在生产规模的装置中，为保证在整个反应器 横截面上物料分布的均匀性，在退浆废水进水浓度高且流量较小时，可以选择低 回流比( 1 2 ) 的操作方式： u b f 反应器中微生物以杆菌和球菌为主，在u b f 反应器稳定运行后期，颗粒 污泥平均粒径在2 3 册左右。 通过对u b f 反应器稳定运行结果的理论分析得出了关于厌氧反应的动力学 参数。 关键词：厌氧生物处理退浆废水u b f 反应器颗粒污泥 a b s t r a c t d e s i z i n gw a s t e w a t e ri sl a r g e l yr e s p o n s i b l ef o rt h ec h e m i c a lo x y g e nd e m a n d f c o d ) l o a di nt h et e x t i l ei n d u s t r yw a s t e w a t e r t h et r a d i t i o n a lt r e a t m e n tf o rt h et e x t i l e i n d u s t r yw a s t e w a t e rw i t hp o o rb i o d e g r a d a t i o ns u c ha sp o l yv i n y la l c o h o l ( p v a 、 u s u a l l yt a i l tm e e tt h ew a s t e w a t e rd i s c h a r g es t a n d a r d t h es t u d yo na n a e r o b i c d i g e s t i o nf o rh i 曲s t r e n g t hd e s i z i n gw a s t e w a t e rb yu b f r e a c t o rw a sc o n d u c t e di nt h i s w o r k ，a n dt h ep r o c e s sp a r a m e t e r sf o rb o t ho p t i m i z e dp r o c e s sa n do p e r a t i o n a lc o n t r o l w e r ep u tf o r w a r db a s e do nt h ed e t a i l e dl a b s c a l er e s e a r c ha n da n a l y s i sw i t hr e s p e c tt o i t ss t a r t u po f u b et r e a t m e n tc a p a c i t y , o p e r t i o n a ls t a b i l i t ya n dc o n t r o lr e q u i r e m e n t s 。 t h es t a r t u po fu b fr e a c t o r t h ef i l t e rm e d i u mr e t a i n e dt h eb i o m a s sa n dt h e c u l t i v a t i o no fa c t i v eg r a n u l a r s l u d g ea d a p tt od e s i z i n gw a s t e w a t e rw a sc o m p l e t e d w i t l l i nt w om o n t h sp e r i o d t h es t a r t u pr e s u l t so fs t u d ys h o w e dt h a tu b fr e a c t o ri s c h a r a c t e r i z e db yf a s t s t a r t u p ，o p e r a t i o n s t a b l ea n de f f e c t i v et r e a t m e n tc a p a c i t y c o m p a r e dw i t i lt h ey d t f i l t e rm e d i u ma n dm i x i n gf i l t e rm e d i u mf o u n dt h a tm i x i n g f i l t e rm e d i u mw a sv e r ye f f e c t i v ea sag a s 1 i q u i d s o l i ds e t ) a r a t o ra n dr e t a i n e db i o m a s s b e t t e rt h a t ly d tf i l t e rm e d i u m t h ec o dr e m o v a lp e r c e n t a g eo f5 6 6 8 w a so b s e r v e du n d e rt h eo p e r a t i o n a l c o n d i t i o n so f t e m p e r t u r e3 5 2 。c o l r = 2 7 8 0k g c o d m 1 da n dh r t = 9 2 4 h t h es t a b l ec o dr e m o v a lo f6 4 a n dt h ep r o d u c t i o nr a t eo fc h 4w a s0 ，2 5 r 一m d c o u l db em a i n t a l n e du n d e rt h ec o n d i t i o n so fo l r = 4 4k g c o d m da n di n f l u e n t c o dc o n c e n t r a t i o no f4 5 0 0 m g l t h er e s u l t so fs t u d ya l s oi n d i c a r e dt h a tt h eo p e r t i o n a ls t a b i l i t yo fu b fr e a c t o r w a se f f e c t e do ft h er a t i oo fb c t h es t a b l ec o dr e m o v a lo f6 8 c o u l db e m a i n t a i n e du n d e r 也ec o n d i t i o n so fo l r = 1 3 1k g c o d m 3 da n di n f l u e n tc o d c o n c e n t r a t i o no f5 0 0 0 m g la tb c = o 2 6 。h o w e v e rt h ec o dr e m o v a lo f3 8 a t b c = 0 15u n d e rt h es a m ec o n d i t i o n s n l er a t i oo fi n f l u e n tc o d s o d 2a n d c o n c e n t r a t i o no fc 1 3 0 0 0 m g l ，色度 5 0 0 0 倍印染废水的要求， 整个启动过程历时1 0 周，稳定运行后u b f 反应器的有机物去除率约为4 5 ，色 度去除率高于9 0 。操家顺闱用复合厌氧反应器处理印染废水对某印染厂的生产 应用研究中发现，在处理规模6 0 ( 0 1 1 1 3 d ，u b f 反应器规格为3 2 x 3 2 x 6 3 ( m ) 条件下， u b f 反应器对中等浓度( c o d s 0 0 1 8 0 0 m g l ) 印染废水具有较好的、稳定的处 理效果：在中温( 2 0 3 5 ) 、进水有机负荷1 5 2 0k g c o d ( m ? d ) 、h r t 2 0 2 4 h 时，c o d 去除率可达3 8 6 9 ，色度去除率6 7 7 5 ：u b f 反应器对高浓度 ( c o d 2 0 0 0r a g l 具有较好的适应性，处理效果良好：在3 5 4 5 、进水有机 负荷3 1 3 8k g c o d ( 岔d ) 、h r t 2 4 h 条件下，c o d 去除率为3 4 1 7 4 6 ，色 度去除率为6 0 8 0 5 。 1 6 3 2u 】疆反应器处理退浆废水的可行性分析 试验和实践证明，用厌氧法作为退浆废水的预处理方法是可行的。由于目前 使用浆料的大约7 5 是淀粉基，f e i t k e n h a u e r 指出【4 ”，在退浆过程中，淀粉的聚 合度变小了，他在用表面活性剂和不用表面活性剂降解含淀粉产物做了大量的试 验研究。试验应用葡萄糖、变性淀粉、溶解性和土著淀粉的混合物做为模拟化合 物质，硫酸盐作为试验退浆中的表面活性剂。在不用表面活性剂时，溶液中总有 机碳( 1 o c ) 的去除率几乎独立于淀粉的聚合程度，中间产物进一步降解( 水解) 的时间是：葡萄糖1 0 0 h ，土豆淀粉3 0 0 h 在用葡萄糖做培养基，经过1 d 的培养 后，对用表面活性剂的和未用表面活性i f 哑的两种溶液的中间产物的积累进行的比 较发现：溶液中用聚合度较高的碳水化合物的中间产物的积累略低一些。用表面 1 8 河海大学工学硕士论文 活性剂和不用表面活性剂的对照试验表明：中间产物的长时间积累是因为表面活 性剂抑制了中间产物的降解。试验也说明了在用厌氧法处理这类退浆废水的设计 时必须要考虑印染工艺中所用的物质。 李克勋等人【删在用厌氧一好氧处理变性淀粉生产废水工程实例研究中发现， 在主要废水水质指标为c o d 6 0 0 0 7 0 0 0 m g l 、p h 6 6 5 、s s l 5 0 0 2 0 0 0 m g l 情 况下，选用直径7 m 、高1 5 m 圆形e g s b 反应器，在3 5 2 2 、设计进水流量2 5 2 8 m j 1 1 ，c o d 容积负荷为6 - - 7k g c o d ( m d ) 、h r t 为2 4 h 条件下，c o d 去除 率达到8 0 9 0 。说明厌氧法可以高效处理含变性淀粉废水。 u b f 反应器作为第三代厌氧反应器，具有启动快，处理效能高等优点，缺点 则是不适于处理含悬浮物( s s ) 较多的有机废水，否则填料层易于堵塞。退浆废 水中含有各种浆料分解物、纤维屑、酸和酶等污染物，但绝大部分为溶解性物质， s s 较低，不会堵塞填料。具体对应比较情况见表1 1 2 。 表1 1 2u b f 反应器对废水水质要求与改进 项目退浆废水水质u b f 反应器备注 c ：n ：p n 、p 很少 2 0 0 ：5 ：1 需添加n 、p s s ( m g l ) 小 卅、 适合u b f 温度( )5 0 7 03 5 或5 5适合厌氧处理 p h 一般1 0 1 4 7 o 需加酸调节p h 碱度( m g ，i c a c 0 3 计) 3 0 0 0l 0 0 0 2 0 0 0 碱度过量，需加酸 微生物所需微量元素无需要需要添加 毒性物质少可驯化影响不大 通过对退浆废水水质和u b f 反应器的比较分析，如果对退浆废水添加n 、p 元素和微量元素以及调节p h 值后，用u b f 厌氧反应器处理退浆废水在理论上是 可行的。 1 9 河海大学工学硕士论文 第二章u b f 试验研究计划及方案 2 1 试验研究目的 本研究的主要目的是通过u b f 厌氧反应器处理高浓度含p v a 废水的试验， 考察评估用u b f 反应器处理退浆废水的可行性：考察u b f 反应器中颗粒污泥的 形成及填料的优化选择；考察u b f 反应器的启动方法、运行、各参数及影响因素 对u b f 反应器处理效能的影响并通过试验得出整个工艺稳定运行的优化参数。 2 2 技术思路 2 2 1 颗粒污泥的培养驯化 选取接种污泥，去除比重较大的无机颗粒杂质后装入反应器在厌氧( 缺氧) 状态 下放置数天以培养厌氧细菌的生长。按照厌氧颗粒污泥培养的流程，进水c o d 负荷( f w ) 从低到高，并补加部分n 、p 营养成份，直至污泥驯化成功。 2 2 2 影响因素研究 废水的厌氧处理受到许多因素的影响【4 9 ，2 m 4 1 ，这些包括工艺方面的因素例如 s r t 、v o l 和水力负荷；环境方面的因素如温度、p h 值、营养物质以及有毒物质； 运行方面的因素例如混合和污染物特征等。 ( 1 ) 温度一 温度是影响厌氧生物处理的重要因素，它的影响主要表现在以下几个方面：控 制代谢速率、电离平衡( 如氨) 、基质及脂肪的溶解性，甚至还包括铁的生物有效 度。 根据甲烷菌对温度的适应性，可分为两类，即中温甲烷菌( 3 0 3 6 ) 和高温 甲烷菌( 5 0 5 3 c ) 。根据退浆废水水温特性，退浆废水出水水温可以达到5 0 以 上，但由于退浆废水水质特点不能直接厌氧消化，需设调节池进行水质调节，调节 后水温一般会降到4 0 左右，在高温甲烷菌最适温度范围以下，但可以调节水温， 进行中温厌氧处理。本试验拟采用中温控制，控制水温3 5 2 。c ，试验后期做温度 变化对反应器的影响研究。 2 0 河海大学工学顶士论文 ( 2 ) p h 值 p h 值是影响厌氧消化过程的重要因素，许多研究结果和实际运行经验表明， 厌氧消化需要一个相对稳定的p h 值范围。在厌氧生物处理过程中，一般应维持在 产甲烷菌的最适范围内，即6 5 7 5 之间。但自然界中还生长着一些偏碱环境中生 长的产甲烷菌，如嗜碱产甲烷杆菌( m e t h a n b a c t e r i u r aa l c a l i p h i l u r a ) ，其最适p l - i 值 为8 1 9 1 ，织里嗜盐产甲烷菌( m e t h a n o h a l o p h i l u s z h i l i n a e ) 的最适p h 值则高达 9 2 。 由于退浆废水碱性大，p h 值一般在1 0 1 4 之间，不适合产甲烷菌等厌氧微生 物生长，需要加酸调节p t - t 值，本试验在启动阶段控制p h 在7 。o 7 6 之间，使其 适应产甲烷菌的生长，在反应器运行稳定后，增加其p h 值，以考察p t - t 值对反应 器中微生物的影响，确定最佳进水p h 值。 ( 3 ) 营养物质 厌氧工艺与其他生物处理一样也需要营养物质，因为这些物质是微生物必要组 成成分。大量研究表明，厌氧处理的c ：n ：p 控制为( 2 0 0 3 0 0 ) ：5 ：1 为宣。产甲烷 细菌的生长还需要微量营养元素例如铁、镍、钴、硫、钙等，尤其镍和钴尤其重要。 由于退浆废水中主要是浆料、表面活性剂、纤维素、p v a 等，营养物质非常缺乏， 厌氧处理前需投加氮、磷元素及微量元素。 ( 4 ) 毒性物质 厌氧过程可以适应工业废水中多种形式的毒性，甚至可以生物降解某些有毒物 质。退浆废水中含有少量的硫，但浓度较低( 一般低于5 0 0 r a g l ) ，对厌氧反应器 不会产生抑制作用，对厌氧工艺可能产生抑制作用的是n a + ，n a + 对甲烷发酵产生 中等抑制的浓度是3 5 0 0 5 5 0 0m 昏产生强度抑制浓度是8 0 0 0m g l 。由于高浓 度退浆废水n a + 浓度高时可大于1 0 0 0 0m g ，l ，所以厌氧处理时要注意n a + 的毒性作 用。 ， 只要利用常识和耐心使生物体在正式处理高浓度有毒废水之前先与相当浓度 的这种废水接触，厌氧生物体对n a + 进行驯化是可以实现的。有研究表明，铁、镍、 钴的投加有利于增强甲烷菌对高n a + 浓度的驯化。经过驯化后，n a + 对甲烷发酵产 生中等抑制的浓度可以提高到1 5 0 0 0m g ，l 。 ( 5 ) 污染物类型及b o d c o d 值 废水的特征显著影响着厌氧工艺的性能。退浆废水的污染物质主要为溶解性 的，比较适合于u b f 反应器进行处理。但退浆废水中难生物降解物质较多，一般 b c 值在0 1 0 3 之间。但弭反应器属于第三代高速厌氧反应器，它能够积累 高浓度的微生物，从而保持非常长的s r t ，虽然其h r t 比较短。所以，u b f 高速 河海大学工学硕士论文 厌氧工艺能够有效处理缓慢生物降解的溶解性物质。 2 3 试验研究技术路线 段。 研究技术路线图见图2 1 图2 1 试验研究技术路线图 根据试验的特点，试验主要分为反应器启动阶段和反应器稳定运行阶段两个阶 2 3 1 厌氧反应器的启动阶段 ( 1 ) 厌氧颗粒污泥的培养及驯化 茎 河海大学工学硕士论文 取锁金村污水处理厂厌氧消化池中消化污泥为接种污泥，去除比重较大的无 机颗粒杂质后装入反应器在厌氧( 缺氧) 状态下放置数天以培养厌氧细菌的生长。 按照厌氧颗粒污泥培养的流程，进水c o d 负荷( f w ) 从低到高，并* l - j i 部分n 、 p 营养成份，使c ：n ：p 在( 2 0 0 3 0 0 ) ：5 ：1 之间，添加微量元素，直至污泥驯化 成功。 ( 2 ) 填料的选择及挂膜 选取y d t 弹性填料和组合填料，通过挂膜情况及水力状态等分析确定两种 填料的适用性 ( 3 ) 考察u b f 反应器启动阶段c o d 的去除能力； ( 4 ) 启动成功后的重新启动 考察反应器停车一段时间后重新启动的能力 ( 5 ) 观察生物相及颗粒污泥性状分析 2 3 2 厌氧反应器的稳定运行阶段 ( 1 ) 考察进水b c 值对u b f 反应器处理效能的影响； ( 2 ) 进水c o d 基本稳定的情况下，考察最大c o d 去除率，确定最佳h r t 和 o l r ： ( 3 ) 考察反应器p h 的变化情况及高p h 值对反应器效能的影响； ( 4 ) 考察温度对反应器效能的影响： ( 5 ) 考察回流对反应器效能的影响，确定最佳回流比： ( 6 ) 考察反应器甲烷产率； ( 7 ) 认及碱度的变化对反应器效能的影响； ( 8 ) 考察硫酸根和( 或) 氯离子对厌氧反应器效能的影响； ( 9 ) 测定污泥产甲烷活性； 生物相的观察及颗粒污泥性状分析。 2 4 试验实施方案 具体实施方案见表2 1 。 河海大学工学硕士论文 表2 1 试验实施方案 弘段试验内容试验目的和预测结果 污泥培 由配水开始，逐渐按比例加入退检测出水c o d 、d h 值，在启动末 浆水，使污泥逐渐适应退浆水，期去除率稳定且得到良好的颗粒污 养驯化 培养颗粒污泥 泥，挂膜良好。 填料的 选用y d t 填料和组合填料，检测 测填料区进、出水c o d 及s s ，考 言动 选择与 填料区c o d 去除能力、观察挂膜 察两种填料的挂膜快慢、三相分离 挂膜 情况及三相分离效果比较分析 效果好坏及c o d 去除能力的高低， 阶段 进行优选。 生物相 肉眼及显微镜观察颗粒污泥的形 检测颗粒污泥是否形成，反应器处 及颗粒成及性状；显微镜观察反应器中 理效能的直接体现。 污泥 微生物的种类 重新启停车一段时间再重新启动，检测考察反应器重启效能，污泥活性恢 动 出水c o d 、p h 值 复情况 不同进按进水b c = 0 2 6 和b c = 0 1 5 两通过检测不同b c 、其他条件相同 d ( b c种情况，不同o l r 和瑚玎条件下情况下c o d 去除率，考察b c 对 的影响 检测进、出水c o d 、p h 值 反应器处理效能的影响 不同 进水c o d 从2 0 0 0 5 0 0 0 m e t ， o l r 和 o l r 从2 7 1 3 ik g c o d h n 3 d ，得出不同o l r 和h r t 情况下的反 网的h r t 从9 2 4 h 变化，检测进、出应器最佳处理效能 影响 水c o d 、p h 值及产气情况 按进水p h 值从7 6 9 5 变化，检 不同测出水v f a 及a l k 变化、c o d考察反应器中v f a 及a l k 变化情 酸、碱 去除率变化：s 0 4 2 一和a 一按不加况及不同p h 值及不同s o ? 一和a 一 秀定 善行 度的影 s 0 4 1 - 一、c o d s 0 4 2 一为o ，5 、1 、2 、 下反应器处理效能影响并得出最佳 响 3 的比例调节p h ，检测c o d 去除 值 瑜爱 率变化及v f a 、a l k 变化 不同温考察温度对反应器处理效能影响， 度的影 控制进水温度在2 0 4 j 0 变 得出c o d 去除率及产气随温度变 化，检测c o d 去除率及产气变化 响 化的曲线及变化规律 不同回 流比的 回流比按1 、2 、3 、4 、5 条件下考察回流比对反应嚣处理效能影 分别检测c o d 去除率响，得出最佳回流比 影响 颗粒污 检测颗粒污泥活性，测其t s s 、 v s s 等，观察颗粒污泥生长变化考察颗粒污泥的生长变化及活性 泥分析 情况 河海大学工学硕士论文 2 5u b f 反应器的设计 新民印染厂平均退浆废水c o d 浓度为1 3 4 0 m g l ，但在退浆车间，第一次水 洗的c o d 浓度可达1 0 0 0 0m 以，且用水量小，而第二次、第三次水洗c o d 浓度 仅为几百m g l ，用水量是第一次水洗用水量的5 倍。考虑工程应用中若只截流第 一次水洗废水进行厌氧处理，则可以达到更经济有效的效果。 由于退浆废水营养物质缺乏，工程中可以考虑混入生活污水以补充n 、p 元 素，这样也可以降低c o d 的浓度。u b f 反应器设计进水c o d 浓度取为5 0 0 0 m g n ， 考虑实验室取水问题，废水流量定为5 i d 。设计有机容积负荷率5k g c o d ( m 3 d ) ， 则u b f 反应器有效容积为： v = ( 5 0 0 0 ) x ( 5 ) ( 5 0 0 0 ) = 5 l u b f