厭氧膨脹顆粒污泥床反應器( Expanded Granu2lar Sludge Bed,簡稱EGSB)是荷蘭Wageningen農業大學的Lettinga教授等人在上流式厭氧污泥床反應器(Up - flow Anaerobic Sludge Blanket,簡稱UASB)的研究基礎上開發的第三代高效厭氧反應器,因其具有占地面積小、混合和傳質效果好、抗沖擊能力強等優點[1] ,正是具有這些獨特的技術優勢, EGSB反應器已經廣泛應用于處理低溫低濃度污水、中高濃度有機廢水、含硫酸鹽廢水、有毒、難降解廢水以及麥芽發酵廢水和酸油廢水等[2-5] 。環氧樹脂生產廢水是一種難處理的工業廢水,其生化性較差,不能直接進行好氧處理,須先進行厭氧處理。在厭氧情況下,其結構中的大分子好氧難降解物質轉化為小分子物質,提高了廢水的可生化性的同時,也為后續處理提供有利的條件。經過厭氧處理后,合成的環氧樹脂分子在酸化菌作用下,分子間的分子鏈被轉變為單鏈分子,存在于廢水中的大量無機鹽和溶解性有機物在產酸菌和嗜氫甲烷菌的作用下轉化為以CH4、CO2 為主的末端產物。
因EGSB反應器處理廢水的啟動對顆粒污泥的要求較高,目前大多采用UASB 反應器中培養的顆粒污泥[6]。本次試驗采用中試規模的EGSB反應器,研究投加UASB 顆粒污泥的EGSB 反應器在處理環氧樹脂生產廢水時的運行規律。
1 試驗裝置、材料和方法
1.1 試驗裝置
試驗用的EGSB 反應器采用圓形有機玻璃制成,反應器中反應區高度為3000mm,直徑為200mm,反應器總有效容積為112 L,其中三相分離器部分的容積18 L,反應區容積為94 L,沿反應器高度設置10個采樣口。廢水經計量泵由底部進入EGSB反應器,并從其頂部的三相分離器出水口流出,所產生的氣體先經過水封后再由濕式氣體流量計計量。
1.2 原水水質
本次處理的廢水來自某化工公司,廢水的pH為7. 8, COD 在7 500 mg/L 之間, Cl- 為100 ～174mg/L。
1.3 接種污泥
本次試驗的接種污泥來自某污水處理廠成熟的UASB反應器中,其SS為37 g/L,VSS為29 g/L。
1.4 試驗方法
將試驗污泥放入EGSB 反應器中,然后用COD為2 000 mg/L的原水稀釋水將其充滿,在試驗過程中,采用逐步降低對原水的稀釋倍數與適當提高進水少量相結合的方法,考察反應器的運行效果。
1.5 分析方法
pH值使用pHS - 3C型精密數顯pH計測定;COD采用重鉻酸鉀法測定;懸浮固體(SS)和揮發性懸浮固體(VSS)采用標準重量法[7] 。
2 結果分析與討論
2.1 EGSB反應器的運行過程和結果
由于廢水的濃度很高(COD = 7 500 mg/L) ,在反應器的啟動初期( 1～15 d)為了使污泥對廢水有一定的適應性,進水濃度維持在2 500 ～3 000 mg/L,并保持水力負荷在0. 8～1 m /h。在啟動初期,由于部分絮狀和顆粒污泥的洗出導致COD去除率較低,只有60%左右。隨著污泥對廢水的適應,在后續運行中逐漸提高水力負荷至3 m /h,廢水的COD去除效率保持在80%以上,出水濃度達到1 100 mg/L以下,說明水力負荷在0. 8～3 m /h的范圍內完全能夠穩定運行,反應器運行變化情況如圖1所示。
2.2 污泥負荷與污泥量
反應器投加了SS為37 g/L 的顆粒污泥1. 92kg,污泥負荷為0. 23 kgCOD / ( kgSS·d) ,運行到第25 d時,污泥量為1. 18 kg,減少了38. 5% ,污泥負荷也上升到0. 62 kgCOD / ( kgSS·d) 。此時發現污泥負荷過大, EGSB反應器的處理效果不理想,為了避免污泥流失嚴重影響試驗效果,所以逐步降低污泥負荷在0. 4 kgCOD / ( kgSS·d)左右。但反應器處理效果趨于穩定后,結果發現,污泥流失量開始減少,反應器內部的污泥床清晰可見,同時在有較好出水的情況下,污泥也在相應增長,達到第90天的2.15 kg,污泥負荷和污泥量的變化見圖2。
2.3 水力負荷對運行效果的影響
在EGSB反應器處理廢水的過程中,水力負荷是影響廢水污染物去除效果的一個重要因素。近年來國內外有一些研究報道,一般認為在通常的條件下采用EGSB反應器處理廢水時,控制上升流速在3～5. 5 m /h為宜,這是因為上升流速過高致使污泥流失,影響反應器的處理效果。但是有的反應器在水力負荷在8～10 m /h時,也能穩定運行[ 8 - 11 ] 。本試驗在運行中,控制水力負荷在0. 8～3 m /h范圍內。按水力負荷0. 8 m /h啟動運行后出現顆粒及絮狀污泥的流失,流出的顆粒大多中空。在半月后水力負荷提高到2 m /h,出水變清但有少量的中空顆粒, 但水力負荷逐步增加到3 m /h時,反應器的處理效果基本保持在80%以上。由此可見,反應器在處理廢水時,相對提高水力負荷有利于提高反應器處理效果。
2.4 反應器內顆粒污泥的變化情況
EGSB反應器由于不同于UASB的水力狀態,提高水力負荷,容易使顆粒污泥破碎流失,所以水力負荷不宜過高,應當控制在一定的范圍內,以保持反應器內顆粒污泥的結構穩定。所以控制反應器中的水力負荷及污泥負荷是控制顆粒污泥結構的最為有效的方法[2] 。
在反應器啟動初期,洗出大量的中空顆粒污泥和部分絮狀污泥;當負荷提高到2 m /h,反應器內污泥顆粒由初期的黑色或灰黑色變成主要為灰色的顆粒污泥;當反應器繼續反應時,顆粒污泥中較小顆粒以灰白色為主,較大顆粒則基本上為黑色;在反應后期發現反應器內的污泥顆粒呈灰黑且光滑,形狀結構較緊密近似球狀,粒徑在0. 8～2. 5 mm之間,細菌組成主要是桿菌、絲狀菌和部分球菌。因此,反應器內的水力負荷及污泥負荷的有效控制會大大改善污泥顆粒的結構。
3 結論
(1)在常溫下,采用EGSB反應器處理環氧樹脂生產廢水,水力負荷在0. 8～3 m /h,進水COD濃度在2 500～7 500 mg/L的范圍內, COD的去除率基本在80%以上,反應器能夠達到快速啟動的效果。
(2)運行時反應器內的污泥負荷穩定在0. 4 kg2COD / ( kgSS·D)左右,通過提高水力負荷,反應器內污泥量增加明顯,從第25天的1. 18 kg增加到2.15 kg。
(3)反應器內的水力負荷可以改善污泥顆粒的生長,使污泥快速適應EGSB 反應器的運行環境需要先對投加的種泥進行適應性和生物性選擇。
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