新厌氧反应器处理淀粉废水

传统的UASB反应器容易出现水分配不均,沟渠流量,运行泥浆,低冲击负荷能力以及SS去除率低等问题。改进的厌氧反应器将传统UASB反应器中的三相分离器转变为填料,形成填料层以捕获污泥,从而使捕获的污泥层形成类似于生物膜的二次处理。同时,通过增加外部循环系统,借助外部动力,反应器可用于保持污泥床的稳定膨胀和扰动,从而避免了水的不均匀分布和沟渠流量。同时,回水还可以起到一定的稀释作用,增强反应堆抵抗负荷冲击的能力;外循环可提供足够的水力剪切力,以促进絮状污泥转化为颗粒状污泥。在外力作用下悬浮的污泥中,较大的颗粒状污泥在其自身的重力作用下沉降到反应器的底部,而较小的悬浮污泥被填料捕集并粘附到填料上以形成生物膜。在容器中形成活性污泥和膜的共处理模式。


在该测试中,对传统的UASB进行了改进,并用改进的反应器处理了玉米淀粉废水。玉米淀粉废水的特点是水量大,生化特性强,水质简单。它包含更多的微固体颗粒,有利于污泥。球状核;为厌氧反应器提供数据支持和理论依据。

1材料与方法
1.1测试装置
这项研究中使用的工艺流程如图1所示。厌氧反应器是自行设计和加工的。该反应器具有圆柱形状并且由有机玻璃制成。内径为450毫米,高度为750毫米,反应器的有效容积为100升。反应器的内部配备有一个漏斗形的吸气口,该吸气口与外部电源相连以形成外部循环。搅拌下使进水口和污泥接触良好;同时,在反应器的反应区中设置填料层以捕集污泥并形成上层污泥层膜的骨架。底部采用倒伞形进水和配水系统。该反应堆配有加热和隔热设备。沿罐壁平均打开三个采样口,在反应器底部留有泥浆出口。同时,用黑布包裹反应器,以避免光线影响厌氧微生物的生长。


1.2测试水质
取自某淀粉厂二级沉淀池废水,水质指标:COD为2 835〜3 507mg / L,BOD5为1 543〜2 178mg / L,SS质量浓度为900〜1 350mg / L,pH为6〜9。

1.3污泥接种
接种后的污泥来自污水处理厂的厌氧反应池,Vs / Ss = 0.63,污泥沉降性能好,接种量为45L。将接种后的污泥浸泡在500mg / L的COD溶液中。 3至4天。淘洗后将污泥驯化并接种。

1.4测试项目
水质分析方法采用国家标准:COD重铬酸钾法; MLSS和MLVSS使用标准权重方法; pH:SARTORIUSPB-10 pH计;挥发性脂肪酸(VFA)含量:滴定法;使用扫描电子显微镜(SEM)观察污泥的内部结构)观察:JSM-6390 LV JEOL Japan。

1.5反应开始条件与控制
1.5.1间歇进水条件
反应器在常温下使用间歇的底部进水口,进水口温度保持在(35±2)°C。进水时间根据进水口浓度确定,通常为10-30分钟。进水完成后,开启外部动力循环搅拌装置,搅拌60 s后,沉淀时间为HRT从16 h降至4 h,出水时间为5 min。

1.5.2连续进水和运行的控制要求
进水方式:底部连续进水,每30分钟打开外部动力搅拌装置搅拌30 s,以确保水分配均匀地接触污泥。运行一段时间后,顶部入口用于反冲洗填料,以确保填料不会因堵塞而影响填料的功能和效率。


2结果与讨论
2.1启动期间进水量对治疗效果的影响
反应器启动阶段的主要目的主要是培养颗粒污泥,并达到反应器的设计负荷。因此,研究是间歇性地开始的,并且在成功启动之后采用了连续供水模式。以间歇模式开始的给水初始COD为1000 mg / L。同时,给水负荷根据COD去除率而增加,反应器去除效果良好或不理想。每次进水负荷增加后,改进的厌氧反应器的COD去除率将受到影响,同时,COD去除可在短时间内恢复。在启动期间,改进的反应器对去除给水中COD的影响如图2所示。


从图2可以看出,改性后的UASB进水的COD在1000至3000 mg / L之间波动,启动初期COD的去除率较低,这主要是因为微生物需要适应变化的微生物。生活环境。在随后的时间里,微生物逐渐适应了反应器的内部环境,并且COD去除率持续上升。在第20天,COD去除率为82%。从图2可以明显看出,去除率有3个不同的下降,这是由于反应堆负荷的增加而引起的,但恢复时间很短。第35天后,进水COD的负载量从2000 mg / L增加到3000 mg / L,去除率从89%上升到74%。但是,反应器的去除率在第45天达到82%,这表明反应器具有很强的冲击负荷,并且微生物的活性也是最佳的。同时,在增加水负荷的同时,HRT从启动期间的16小时缩短为4小时。在启动前35天使用间歇模式,平均COD去除率为78.6%,HRT = 4 h,平均COD去除率为82.6%。在第35天发现了大量的颗粒污泥,表明该反应器已成功启动。同时,UASB反应器的体积负荷达到20.16 kg /(m3·d)。也就是说,通过使用微搅拌间歇模式来启动反应器,其可以相对快速地启动。

2.2保留包装
反应器中的污泥能否被良好地截留,污泥的停留时间是否与HRT分离,是衡量改进后的反应器填料是否可以代替传统的三相分离器处理装置的重要指标。该测试用于处理高浓度废水,因此仅检查废水中的SS。

在反应器的间歇给水期间,反应步骤为给水搅拌沉淀沉淀物,包括沉淀物静置的时间。被测水的平均SS值为343 mg / L。

为了更好地说明填料层对污泥的保留效果,在反应器的连续进料期间控制进料水中的SS质量浓度。反应器具有外部动力循环搅拌装置。过度搅拌将使污泥难以积聚。李亚新等。 和其他关于不同搅拌频率的研究表明,搅拌对COD的去除没有影响,但会影响废水的SS。因此,每30分钟将测试搅拌60 s。每90分钟取样约100 mL,并确定其SS质量浓度。结果示于表1。

从表1中可以看出,在每个半点处测量的SS高于整个点的值,这是因为在搅拌之后对每个半点进行采样,并且在搅拌30分钟之前对整个点进行采样。不同的采样能量最好解释一下填料层对污泥截留的影响。当HRT为4 h时,反应器中填料层对SS的平均去除率为266.6 mg / L,低于没有填料层的废水的SS值。刘书彦的研究表明:HRT低于6 h,且HRT的变化与水中UASS去除UASB呈负相关。该反应器具有明显的去除SS的趋势,因此使用软填料代替三相分离器是可行的。同时,发现在填料层上形成厌氧污泥膜,这有助于提高反应器的去除效率。

2.3不同的HRT和VFA含量之间的关系
反应器以两种模式启动,首先是间歇性启动,然后是连续启动,因此VFA和HRT在两种启动模式中是不同的。启动期间VFA和HRT的变化如图3所示。


从图3中可以看出,VFA积累的时间在前35天之内,这基本上是间歇模式下开始供水的时间。 VFA的最大累积量为987 mg /L。较高的VFA累积量符合Law rence和McCarty的测试结果,即乙酸,丁酸和丙酸的顺序生长方式。在此理论指导下,厌氧运行需要挥发性有机酸(VFA)的浓度不高于2000 mg / L。在此测试中,最高VFA是从间歇模式过渡到连续模式期间的最大VFA累积。 VFA的累积量随每次负载的增加而增加,这还表明以间歇模式启动的电抗器的冲击负载能力和对VFA的累积适应性比连续模式启动的要强得多。连续进水时的最终测量值ρ(VFA)= 166mg / L,这一结果与胡继翠UASB研究的结果一致:UASB反应器产生的VFA不得超过300mg /L。该图表明,VFA在从间歇水流入到连续水流入的过渡过程中下降,这是一个非常缓和的过渡。主要是因为早期的间歇水流入达到了最大的VFA积累,微生物适应了这个最大的VFA积累环境,产甲烷菌也达到了良好的产甲烷状态。因此,在连续操作条件下,不会因VFA的大量堆积而导致酸败。

 

2.4 VFA与pH的关系

pH是影响厌氧反应的重要因素之一。 pH影响厌氧酶的稳定性和细胞向基质中的吸收。 VFA是厌氧反应过程中产生的重要中间产物,例如乙酸,丙酸,丁酸等,会导致反应器中pH值发生变化。因此,监测pH和VFA的变化规律可以预测厌氧反应的变化,有效控制反应效率,降低反应器酸败的风险。


从图2可以看出。由图4可见,在反应器的启动和运行过程中,反应器的pH保持在6.70至7.20之间,这基本满足了厌氧微生物不同阶段的酸碱条件。同时,由于进水负荷的变化,pH波动,导致流出的VFA浓度变化呈负相关。在反应器从间歇进料模式过渡到连续流的过程中,pH降低至6.69,但最大VFA浓度出现在该pH点之前。可以说VFA的变化会影响pH的变化。因此,仅通过pH的检测不能直接反映出厌氧反应的潜在问题。这是因为pH是检测溶液中氢离子的浓度,而挥发性脂肪酸都是弱有机酸,无法完全电离,导致pH值变化。该变化远远落后于VFA,因此VFA是关键参数用于控制厌氧反应器。最后,在连续给水模式下,VFA迅速降低,以满足连续模式下微生物的活性,这增强了反应堆的抗冲击负荷能力,并减少了因水浓度波动而引起的反应堆内酸积累。

2.5污泥电子显微镜
厌氧污泥的颗粒化是物理化学和微生物的相对复杂的过程。经过众多学者的不懈努力,提出了许多厌氧污泥颗粒化的理论和模型:主要包括物理和化学模型(选择压力模型,惰性核)模型,EPS吸附桥联模型,多价阳离子吸附桥联模型,合成和天然模型。聚合物吸附桥联模型等),结构模型(Capetown模型,Spaghetti理论和多层模型,次最小粘附模型,局部脱水和疏水相互作用模型,表面张力模型,营养共生微生物群落模型等),质子迁移脱水理论和细胞间通讯模型等。

污泥的SEM图像如图5所示。图5(a)显示颗粒状污泥是底部颗粒状污泥样品:颗粒状污泥呈圆盘形式,在圆盘表面上有许多小孔。可以想象,泥芯的内部结构不是致密致密的,而是带有通道的蓬松结构。 。部分废水在颗粒污泥的表面积上发生降解反应;而另一部分废水则通过圆盘通道进入核心,与细胞核中的微生物发生化学反应,同时废物和生化反应产生的CH4和CO2通过通道排出,可以大大改善微生物去除效率。图5(b)是顶部填料层中污泥的电子显微照片。可以清楚地看到,污泥层主要是棒状细菌和丝状细菌。顶部污泥层由底部污泥层中的较小颗粒向上漂浮并由填料层保留而形成。一方面,减少了废水中的细小物质,另一方面,对废水进行了二次生物膜去除。

3结论
该试验采用第一批模式开始运行,其优点主要表现在以下方面:F / M值交替变化,不仅保证了反应过程中的高去除率,而且使沉淀阶段具有更高的沉降效率。给水和间歇搅拌,因此不会出现短流等问题;间歇式给水反应器本身是一个沉淀池,不需要设置另一个沉淀池。最后,使用正常的连续水流,有机负荷达到20.16 kg /(m3·d),废水中SS的平均浓度为266.6 mg / L,表明填料可以很好地保留污泥并减少污泥。污泥损失。 ,更好地分离了水,固体和气体。它优于传统的三相分离器,降低了反应堆的经济成本。

改进后的反应器采用间歇搅拌,在一定范围内增加了上升流量,增强了传质效果,提高了COD去除率,达到了78%以上。其优选的搅拌频率是30分钟,持续一个搅拌时间大约30 s。在间歇连续模式下,反应器可以更好地适应水力冲击负荷,这也为工业中定期生产废水的工业提供了一个实例。

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