壓力生化反應(yīng)器處理有機(jī)廢水研究
摘要：試驗(yàn)考察了在不同壓力和不同負(fù)荷條件下，采用壓力生化反應(yīng)器對(duì)有機(jī)廢水的處理效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，該反應(yīng)器在停留時(shí)間為4h時(shí)，容積負(fù)荷可達(dá)5.91-11.8kg[BOD5]/(m3·d)，氧轉(zhuǎn)移效率達(dá)50%，污泥產(chǎn)率僅為0.1%，且活性污泥的沉降性能好。該反應(yīng)器適于對(duì)中、高濃度有機(jī)廢水的處理。
關(guān)鍵詞：生化反應(yīng)器 污泥負(fù)荷率 有機(jī)廢水
傳統(tǒng)的活性污泥曝氣法，在城市污水處理中得到了廣泛的 應(yīng)用 。但存在著進(jìn)水CODcr濃度不能太高、污泥負(fù)荷較低、停留時(shí)間長(zhǎng)、占地面積大、基建投資高等 問(wèn)題 。尤其是處理中、高濃度的有機(jī)廢水，一般需要和物化或厭氧處理相結(jié)合。壓力生化反應(yīng)器是一種在壓力狀態(tài)下對(duì)廢水進(jìn)行生物處理的技術(shù)，采用密閉容器罐進(jìn)行加壓曝氣。相對(duì)于傳統(tǒng)曝氣法，它使用2-3倍于常壓的曝氣壓力對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行充氧，因此，混合液空氣中氧向微生物轉(zhuǎn)移的效率大大增強(qiáng)，從而可提高反應(yīng)器內(nèi)的活性污泥濃度，有利于活性污泥微生物的增殖和對(duì)有機(jī)物的降解。
本 研究 自行設(shè)計(jì)、加工了壓力生化反應(yīng)器。利用壓力生化反應(yīng)器，對(duì)有機(jī)廢水進(jìn)行了試驗(yàn)研究。研究了在不同壓力、不同負(fù)荷條件下活性污泥微生物對(duì)有機(jī)廢水的處理效果，以及污泥沉降性能和PH值對(duì)反應(yīng)的 影響 。
1 試驗(yàn)裝置及 方法
壓力生化反應(yīng)器試驗(yàn)處理裝置如圖1所示。
壓力生化反應(yīng)器的主體由上升管、下降管、氣液分離器和固液分離器組成。氣液分離器起氣、液分離的作用，固液分離器的作用是防止混合液出水帶走過(guò)量的活性污泥，保持壓力生化反應(yīng)器中污泥增長(zhǎng)量與隨混合液排出污泥量的平衡。采用壓力容器罐對(duì)進(jìn)水進(jìn)行動(dòng)態(tài)加壓。
活性污泥的馴化是在另外的活性污泥曝氣池中進(jìn)行的，取城市污水廠活性污泥加乳品廢水培養(yǎng)而成。
在試驗(yàn)過(guò)程中，每天測(cè)定壓力反應(yīng)器進(jìn)、出水及各取樣口的CODcr，不定期測(cè)定進(jìn)出水BOD5;每天測(cè)定壓力反應(yīng)器中混合液的30min沉降比SV%、污泥濃度MLSS、壓力反應(yīng)器出水SS及壓力反應(yīng)器中進(jìn)出水的DO、pH。
2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 不同曝氣壓力下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
在連續(xù)進(jìn)水穩(wěn)態(tài)運(yùn)行條件下，采用進(jìn)水CODcr;為2000 mg/L的乳品廢水，考察在不同曝氣壓力條件下，壓力反應(yīng)器對(duì)有機(jī)物的去除效率和去除速度。實(shí)驗(yàn)進(jìn)氣量采用0.2m3/L，不同壓力下的處理結(jié)果見(jiàn)圖2。曝氣時(shí)間均為4 h，曝氣壓力與CODcr去除率的關(guān)系見(jiàn)圖3。
由圖2與圖3的試驗(yàn)結(jié)果可知，曝氣壓力對(duì)有機(jī)物的降解速度和去除率有著很大的影響。當(dāng)曝氣壓力為0.3MPa和0.4MPa時(shí)，有機(jī)物的降解速度很快，經(jīng)2 h處理后，出水CODcr去除率分別為82.5%和83.4%;經(jīng)4h處理后，出水CODcr去除率分別達(dá)到90.6%和91.5%。而曝氣壓力為0.1MPa時(shí)，經(jīng)4h曝氣處理后的出水CODcr去除率為56%，經(jīng)10h曝氣處理后的出水CODcr去除率為82.4%。可見(jiàn)，在壓力條件下，提高了混合液的飽和溶解氧濃度，加快了混合液中氧向微生物傳遞的速度，使得活性污泥菌膠團(tuán)的內(nèi)外都處于好氧狀態(tài)，活性污泥微生物的活性大大增強(qiáng)，從而有效地提高了有機(jī)物的降解速度。
曝氣壓力從0.3 MPa進(jìn)一步升高到0.4 MPa時(shí)，CODcr去除率從90.6%增加到91.5%，增加得不大。故考慮 經(jīng)濟(jì) 性與處理效率的關(guān)系，壓力反應(yīng)器的曝氣壓力以不超過(guò) 0.3 MPa為宜。
2.2 不同負(fù)荷條件下的試驗(yàn)結(jié)果
在0.3 MPa的壓力條件下，進(jìn)行了不同負(fù)荷的試驗(yàn)，負(fù)荷的改變是通過(guò)改變進(jìn)水濃度和改變進(jìn)水流量來(lái)達(dá)到的，停留時(shí)間采用4h。不同進(jìn)水負(fù)荷下的處理結(jié)果見(jiàn)表1。
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水樣
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進(jìn)水CODcr
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出水CODcr
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去除率
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CODcr污泥負(fù)荷
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1
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1464
|
145
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90.29
|
1.44
|
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2
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2031
|
200
|
90.15
|
1.87
|
|
3
|
2468
|
190
|
92.30
|
2.27
|
|
4
|
2507
|
247
|
90.14
|
2.30
|
|
5
|
2982
|
305
|
89.75
|
2.71
|
|
6
|
2994
|
245
|
91.79
|
2.81
|
|
7
|
4005
|
503
|
87.42
|
3.64
|
當(dāng)進(jìn)水CODcr在1464～2 994mg/L范圍內(nèi)時(shí)，CODcr污泥負(fù)荷在1.44-2.81kg[COD]/(kg[MLSS]·d)之間(相應(yīng)BOD5容積負(fù)荷在5.97-11.8kg[BOD5]/(m3·d))，經(jīng)過(guò)4 h的曝氣后，CODcr去除率在89.75%-92.3%，出水CODcr在110-350mg/L，達(dá)到了較好的處理效果。當(dāng)負(fù)荷進(jìn)一步提高到3.64kg[COD]/(kg[MLSS]·d)時(shí)，CODcr去除率下降到87.42%.出水CODcr在480～530mg/L，出水水質(zhì)開(kāi)始變差。從中我們可以看出，和標(biāo)準(zhǔn)活性污泥法相比，壓力反應(yīng)器CODcr、BOD5負(fù)荷的合適范圍遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)的活性污泥法;而且在高負(fù)荷條件下，即進(jìn)水CODcr進(jìn)一步增加，進(jìn)水CODcr=4 000mg/L，負(fù)荷為3.64 kg[COD]/(kg[MLSS]·d)時(shí)，CODcr去除速度還是很快的。
2.3 pH值的變化對(duì)處理效果的影響
實(shí)驗(yàn)對(duì)進(jìn)出水的PH值進(jìn)行了測(cè)定，當(dāng)進(jìn)水CODcr濃度在4000mg/L以下，H值基本在 6.5-7.5之間，但當(dāng)進(jìn)水CODcr值達(dá)到4000 mg/L以上，負(fù)荷達(dá)3.64 kg[COD]/(kg[ MLSS]·d)時(shí)，進(jìn)水的pH值達(dá)到了5左右，對(duì)凈化的效果產(chǎn)生了較大的影響。 分析 原因，主要是由于乳品廢水中的糖類(lèi)有機(jī)物在進(jìn)水罐的厭氧環(huán)境下產(chǎn)生了大量的有機(jī) 酸，故在氣溫過(guò)高，原水濃度過(guò)大，PH值下降到6.5以下時(shí)，我們?cè)谠屑尤肓艘欢康腘aHCO3，以調(diào)節(jié)pH值在7左右，使得CODcr去除率能保持在80%以上。
2.4 處理混合液的沉降性能及 分析
從取樣口用100 mL量簡(jiǎn)取出混合液，污泥迅速分為上下兩部分，下部的沉淀等同于普通活性污泥法的混合液污泥沉淀，上部的污泥上浮，經(jīng)過(guò)30min的靜沉，上部分占上下污泥總體積的3/4，下部分占1/4，污泥含水率低，污泥指數(shù)SVI通常在45～60左右。如果用玻璃棒將上部分污泥進(jìn)行攪拌，則上部分污泥首先在重新混合的過(guò)程中形成大的絨粒，然后緩慢下沉，過(guò)30 min后，全部污泥都會(huì)沉淀下來(lái)。分析原因，是由于反應(yīng)器在壓力條件下，泥水分離有別于一般的活性污泥法，在壓力生化反應(yīng)器中循環(huán)的混合液，在出水過(guò)程中，隨著靜水壓力的減小，溶解的氣體被解析出來(lái)，微氣泡裹夾在活性污泥中，導(dǎo)致一部分活性污泥發(fā)生上浮。所以壓力反應(yīng)器出水混合液的泥水分離，建議采用氣浮法效果較好。
2.5 壓力生化反應(yīng)器與傳統(tǒng)曝氣的比較
和傳統(tǒng)曝氣相比，壓力生化反應(yīng)器有以下一些特點(diǎn)，見(jiàn)表2：
|
曝氣方式
|
氧轉(zhuǎn)移效率（%）
|
MLSS
|
容積負(fù)荷
|
SVI
|
CODcr去除率（%）
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HRT/h
|
污泥產(chǎn)率
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占地面積
|
|
傳統(tǒng)曝氣
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5～20
|
2000～3000
|
0.4～0.9
|
120
|
77
|
10
|
0.5
|
大
|
|
壓力曝氣
|
50
|
4200～6000
|
5.97～11.8
|
45～60
|
90.6
|
4
|
0.155
|
小
|
①氧轉(zhuǎn)移效率高。由于采用壓力曝氣，氧的分壓提高，混合液中飽和溶解氧的濃度提高，使得空氣中氧的轉(zhuǎn)移效率大幅提高，達(dá)到50%，充氧能力約為傳統(tǒng)曝氣的4倍。
②MLSS值較高？諝庵醒蹀D(zhuǎn)移效率的提高，為反應(yīng)器中MLSS值的提高有了提供充足DO的保證。在不同壓力的曝氣試驗(yàn)中，MLSS值平均在4200 mg/L;在不同負(fù)荷的試驗(yàn)中，我們通過(guò)改變污泥回流比，使反應(yīng)器中的MLSS值提高到6000 mg/L，未有DO不足現(xiàn)象。
③SVI值較低，污泥產(chǎn)量少。反應(yīng)器出水混合液的SVI值始終保持在45～60，保證了出水混合液有較好的沉降性能。同時(shí)，對(duì)0.3 MPa條件下乳品廢水的試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸分析得 a=0.155，b=0.081。
④抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)。實(shí)際測(cè)定生化反應(yīng)器中循環(huán)流量與進(jìn)水量之比為1440：1，反應(yīng)器中各點(diǎn)的MLSS、DO值幾乎相等，反應(yīng)器內(nèi)處于完全混合狀態(tài)，因而具有較高的抗沖擊能力。
2.6 其它有機(jī)廢水的運(yùn)行試驗(yàn)
為了 研究 壓力反應(yīng)器對(duì)其它 工業(yè) 廢水的處理效果，又對(duì)瀝麻廢水、毛紡廢水和漂染廢水作了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)壓力取0.3 MPa，停留時(shí)間為4 h。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。
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廢水種類(lèi)
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進(jìn)水CODcr
|
出水CODcr
|
曝氣壓力Mpa
|
停留時(shí)間/h
|
去除率（%）
|
|
瀝麻廢水
|
2000～2190
|
198～232
|
0.3
|
4
|
90～89
|
|
毛紡廢水
|
700～760
|
90～109
|
0.3
|
4
|
87～85.7
|
|
漂染廢水
|
800～1000
|
120～190
|
0.3
|
4
|
85～81
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由表3的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，壓力反應(yīng)器對(duì)有機(jī)廢水的處理有良好的效果，尤其是對(duì)含有纖維、木素高的亞麻水的處理，也達(dá)到了很好的效果。
3 結(jié)論
從壓力反應(yīng)器處理有機(jī)廢水的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，該反應(yīng)器能有效地處理有機(jī)廢水，具有污泥負(fù)荷率高、降解速度快、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)、混合液出水泥水分離好等特點(diǎn)，適于處理中、高濃度的有機(jī)廢水。
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