UASB、SBR反应器的启动及其耐盐驯化_陈涛.pdf

广 东 化 工 2023 年 第 4 期 176 第 50 卷 总第 486 期 UASB、SBR 反应器的启动及其耐盐驯化反应器的启动及其耐盐驯化 陈涛(合肥工业大学 资源与环境工程学院，安徽 合肥 230009)摘 要本研究基于高盐废水处理的需要对 UASB、SBR 反应器进行耐盐驯化，通过对反应器运行参数的优化，考察出水 pH、污染物浓度等随着盐度提升的变化情况，并依据这些出水指标评判反应器的运行情况。结果显示 UASB 反应器在目标 Cl-浓度为 12 g/L的情况下，COD 去除率可稳定在 87%以上，出水 pH 可稳定在 7.8 左右。SBR 反应器经过耐盐驯化可在目标 Cl-浓度为 12 g/L 的情况下，获得 MLSS 为 4400 mg/L、SVI 为 54.2 的耐盐好氧污泥，反应器对 COD 去除率可稳定在 77%以上。本文的反应器驯化过程为高盐废水的处理技术提供了理论基础和实验依据。关键词UASB；SBR；高盐废水；活性污泥；耐盐菌 中图分类号X703 文献标识码A 文章编号1007-1865(2023)04-0176-04 Start-up of UASB and SBR Reactors and their Salt Tolerance Acclimation Chen Tao(School of Resources and Environmental Engineering,Hefei University of Technology,Hefei 230009,China)Abstract:In this study,salt tolerance acclimation of UASB and SBR reactors was carried out based on the needs of high-salt wastewater treatment.By optimizing the operation parameters of the reactors,the changes of effluent pH and pollutant concentration were investigated with the increase of salinity,and the operation of the reactors was evaluated according to these effluent indicators.The results show that under the condition of the target Cl-concentration of 12 g/L in UASB reactor,the COD removal rate can be stabilized above 87%,and the effluent pH can be stabilized at about 7.8.After salt tolerance acclimation,SBR reactor can obtain salt-tolerant aerobic sludge with MLSS of 4400 mg/L and SVI of 54.2 under the condition of target Cl-concentration of 12 g/L,and the COD removal rate of the reactor can be stabilized above 77%.The process of reactor acclimation in this paper provides theoretical and experimental basis for the treatment of high salt wastewater.Keywords:UASB；SBR；high salt wastewater；activated sludge；salt-tolerant bacteria 我国工业水平发展势头迅猛，高盐废水作为常见的废水之一具有高盐化、成分复杂化的趋势，这会给生态环境带来越来越大的压力。常见的污染现象包括有机物浓度较高，排放量大，进入江河湖泊等水体中会破坏生态系统平衡，造成水体的富营养化1。除此以外，高浓度的无机盐会增加各类水体的矿化度，进而导致动植物脱水威胁其生存环境。因此，高盐废水高效处理工艺的开发迫在眉睫。目前，用于含盐废水处理的主要物化处理方法有电化学法、吸附法、离子交换法、膜分离法等2。然而，传统的物化技术有着很多的局限性，会导致成本高或二次污染严重等问题，这限制了上述方法的应用。相比较生物处理，其高效低廉的优势逐渐成为主流处理方法3。目前，常用的生物处理技术主要有活性污泥法、序批式活性污泥法(SBR)及生物膜法等。序批式活性污泥法(SBR)主要是利用程序式的曝气和沉降保持污泥的较高活性，从而提高污水处理效率，相较于传统活性污泥法有着操作简单、运行成本低、占地面积小等显著等优点，由于该方法有着较高的抗有机负荷冲击能力，因此适用于有机浓度较高的污水处理场景4。上流式厌氧污泥床反应器(UASB)通过有效的利用反应空间在缩短水力停留时间的同时，提高了有机物去除效率，并且通过回收产生的甲烷等副产物可以有效控制工艺成本。但其仍存在启动阶段耗时长、难度大、高 COD负荷下稳定性不足等问题5。本研究使用合肥经开区某正常运转的污水处理厂的污泥，在 UASB、SBR 反应器内采用人工模拟废水对其进行驯化，考察 Cl-的提升对于污泥各项指标以及反应器出水水质的影响，反应器的污泥指标、处理参数能够为实际高盐废水处理提供相关理论指导。1 材料与方法材料与方法 1.1 实验装置 UASB反应器如图1所示，UASB反应器的材质为机玻璃，上部为三相分离器，下部为沉淀区域，反应器总体积为 2 L，主反应区为 1.5 L，主反应区内径为 10 cm，高为 25 cm。反应器外部包裹恒温控制带，将水温控制在 25 左右，进出水过程通过蠕动泵完成，水力停留时间(HRT)的控制可以通过调节蠕动泵的转速完成，并外接集气装置对废气进行收集处理。图图 1 UASB 反应器示意图反应器示意图 Fig.1 Schematic diagram of UASB reactor 图图 2 SBR 反应器示意图反应器示意图 Fig.2 Schematic diagram of SBR reactor SBR 反应器如图 2 所示，SBR 反应器的材质为有机玻璃，内径 6 cm，高 120 cm，总体积为 3.3 L，反应体积为 2.5 L。收稿日期 2022-06-21 作者简介 陈涛(1997-)，男，安徽合肥人，硕士研究生，主要研究方向为水处理技术。2023 年 第 4 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 486 期 177 在反应器的底部设有球形微孔曝气头，通过转子流量计控制曝气量。SBR 反应器外部包裹加热带控温装置，通过控温装置调节水温为 20 左右，采用蠕动泵配合定时器控制 SBR 的进水过程和排水过程。1.2 理化指标测定方法 1.2.1 化学需氧量 CODCr即化学需氧量，在强酸条件下加热，以重铬酸钾作氧化剂，测定与废水反应时消耗重铬酸钾的量反映氧气的消耗量，以处理单位体积废水消耗的氧气量 mg/L 表示。测量方法为快速消解分光光度法，具体参见中华人民共和国环境保护行业标准 HJ/T399-2007。1.2.2 氯离子 采用离子色谱仪(ICS-900)测定样品的 Cl-含量。1.2.3 氨氮 水 质 氨 氮 的 测 定 采 用 国 标 纳 氏 试 剂 分 光 光 度 法(HJ535-2009)。1.2.4 污泥指标测试方法 MLSS 指的是单位容积混合液内含活性污泥固体物质的总量，以 g/L 表示，MLVSS 指的是混合液活性污泥中有机固体物质部分的浓度，以 g/L 表示，测量方法均采用重量法。污泥指数 SVI 指曝气池混合液沉降 30 min 后，1 g 干污泥所占的体积，计算方法为：SVI=SV30/MLSS，以 g/mL 表示。SVI 可以较好的反映活性污泥的松散程度和沉降性能。SV30是指活性污泥在 1 L 量筒中沉降 30 min 后的体积比。1.3 实验方法 本研究采用梯度缓慢增加 Cl-浓度的方法驯化活性污泥，进水以无水乙酸钠为碳源，磷酸二氢钾、氯化铵为营养盐，投加量按 CNP=10051 计算，同时添加适量的微量元素，SBR 反应器进水部分参数指标如表 1，UASB 反应器进水营养盐为 SBR 进水的三倍，Cl-浓度不变。控制 SBR 反应器进水的COD 浓度为 780 mg/L 左右，初始 Cl-浓度为 3 g/L，同时逐步增加进水 Cl-浓度至 12 g/L，增加梯度为 3 g/L，在每个梯度下运行 5 d。SBR 反应器采用间歇式进水，每天运行 2 个周期，其中每个周期曝气时间为 8 h，进出水时间各 5 min，沉降时间 5-10 min，其余时间为闲置期，每个周期排水 1.5 L。通过电子计时器实现对反应器运行过程的自动控制。表表 1 模拟废水指标模拟废水指标 Tab.1 Simulated wastewater indicators 指标 数值 COD/(mg/L)78050 NH4+/(mg/L)22.30.5 Cl-/(mg/L)3034-12136 pH 7.00.5 2 结果与讨论结果与讨论 2.1 HRT 对 UASB 反应器运行的影响 为了考察不同水力停留时间(HRT)对 UASB 反应器处理效果的影响，实验开始时先以 48 h 的 HRT 运行 UASB 反应器4 个周期，随后逐步递减为 36 h、24 h、和 12 h。反应器进水为人工模拟废水，控制废水的 COD 浓度为 2340 mg/L 左右，按照 10051 的碳氮磷比添加氮磷营养素，控制氯离子浓度大约为 12 g/L，调节进水 pH 值为 7。考察在不同 HRT 条件下，UASB 反应器 COD 去除率的变化规律。如图3为UASB反应器于不同水力停留时间(HRT)条件下的处理效果。当水力停留时间为 48 h 时，COD 去除率大约在70%上下，当 HRT 在 4812 h 范围内缩短后，COD 的去除率随HRT的降低而逐渐下降。当HRT降至36 h时，出水的COD浓度从694 mg/L上升至846 mg/L左右，COD去除率降至64%；当 HRT 降至 24 h 时，COD 去除率降至 54%；最后 HRT 降至12 h 时，COD 去除率降至只有 43%，此时出水 COD 浓度为1332 mg/L 左右。这可能是因为由于 HRT 变短，UASB 反应器中微生物未能与有机物完全接触，使得未能接触到微生物的有机物不能被完全降解，从而表现为 COD 去除率下降且出水COD 浓度升高。由此可见，缩短 HRT 会减少微生物与有机物的接触时间，降低有机物的处理效率，进而影响反应器的处理效果。图图 3 HRT 对对 UASB 反应器处理效果的影响反应器处理效果的影响 Fig.3 Influence of HRT on the treatment effect of UASB reactor 2.2 UASB 反应器的启动驯化阶段 COD 处理效果分析 UASB 反应器进水方式采用蠕动泵不间断进水，驯化进水COD 浓度控制在 2340 mg/L 左右，初始 Cl-浓度为 3 g/L，HRT控制在 48 h，Cl-浓度每 5 天提升 1.2 g/L，如图 4 所示为 UASB反应器启动驯化过程的进出水 COD 浓度及其去除率的变化情况。图图 4 UASB 反应器的启动驯化阶段反应器的启动驯化阶段 COD 处理效果处理效果 Fig.4 The effect of COD treatment in the start-up acclimation stage of