改进型两相SABR厌氧反应器快速启动试验研究_方义.pdf

第49卷 第 2 期2023 年 2 月Vol.49 No.2Feb.,2023水处理技术水处理技术TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT改进型两相改进型两相SABR厌氧反应器快速启动试验研究厌氧反应器快速启动试验研究方义，周自坚*，陈志莉，吴泽葵，张力钊，李文斌（桂林理工大学环境科学与工程学院，广西 桂林 541006）摘摘 要要:介绍了一种两相分段进水厌氧折流板反应器（SABR），用于处理高浓度模拟废水，通过两相与分段进水，在温度为（351）、50天时实现了反应器的快速启动，并考察了不同分段进水比例对各格室实际COD去除量和第二段产甲烷相累积去除率的影响。试验证明：两相与分段进水结合加速反应器的启动是可靠的，运行至第50 d，总去除率达到80%，反应器启动成功，分段进水比为7：5：3：2时各格室的实际去除量最接近，能有效增大产甲烷相后端格室的利用率，在CSTR的VLK分别为24.0 kg/（md）和28.8 kg/（md）时累积去除率为93.3%和92.8%。关键词关键词:两相;分段进水;快速启动;厌氧折流板反应器开放科学开放科学（资源服务资源服务）标识码标识码（OSID）:中图分类号中图分类号:X703.1 文献标识码文献标识码:A 文章编号文章编号:10003770(2023)02-0102-005厌氧工艺作为一种高效的污水处理工艺不仅处理效率高而且产能，已经被广泛应用于高浓度废水处理领域。作为一种高效的厌氧反应器，厌氧折流板反应器1（ABR）串联的结构使其沿水流方向实现相分离，运行稳定性大大提高。但是目前ABR厌氧反应器在在接种絮状污泥启动时间较长，处理高浓度废水时前端格室容易出现酸化2，而快速启动则是污水处理过程中的重要环节，因此，如何经济快速地启动ABR反应器并且能稳定运行成为目前学者的热点之一3。本研究通过结构的优化和工艺的联用，以ABR为基础设计出一种改进型两相SABR厌氧反应器，采用模拟基质废水，利用相分离与分段进水使负荷均量化从而快速启动反应器，研究了反应器的启动性能，为ABR厌氧反应器处理高浓度废水提供一定的参考。1 材料与方法材料与方法1.1CSTRABR两相厌氧反应器的构建两相厌氧反应器的构建实验装置为自行设计的两相反应器，如图1所示，前置 CSTR 产酸相（R1）和后置 ABR 产甲烷相（R2）的有效容积分别为 40 L和 76.8 L。ABR反应器在上流室顶部区域悬挂k1填料，增大第一格室的容积并增设沉淀池，相邻格室进水挡板高程降低方便水自流，进水管和回流管分别设置在下流室上部和下部，中间设置调节桶补充投加NaHCO3调节产酸相出水 pH，由加热棒和传感器控制 R2 温度在35 左右，外部由保温棉包裹防止光照影响。1.2实验用水及接种污泥实验用水及接种污泥试验用水为实验室配置的人工模拟废水，其中C、N、P按照m（COD）：m（N）：m（P）=200：5：1比例添加，分别由葡萄糖和淀粉、氯化铵、磷酸二氢钾提供，并按一定的配比添加Ni、Mn、Co等微生物生长的微量元素4。接种污泥取自桂林雁山污水厂二沉池，加入COD 1 000 mg/L的模拟废水在好氧的条件下曝气培养恢复活性后加入一定量的椰壳活性炭和聚丙烯R1:CSTR反应器调节桶R2:SABR反应器气体收集装置C1C2 C3 C4 C5出水回流进水 图1改进型两相SABR厌氧反应器示意图Fig.1Improved two-phase SABR anaerobic reactor sketch mapDOI:10.16796/ki.10003770.2023.02.020收稿日期：2022-05-26基金项目：广西科学基金（桂科AB20297013）作者简介：方义（1997），男，硕士，研究方向为污水处理技术；电子邮件：通讯作者：周自坚，副教授；电子邮件：酰胺混合均匀，测得恢复活性后的污泥 VSS/SS 为0.53，按 2 个反应器有效容积的 35%的污泥投加。同时将k1填料放置在泥水中曝气培养，图2是k1填料挂膜前后的对比，15 d后填料表面污泥挂膜效果较好，将填料悬挂在ABR反应器上部，注入人工模拟的废水进行连续培养驯化恢复活性。1.3分析项目与方法分析项目与方法水质分析方法参照 水和废水监测分析方法5，其中COD采用重铬酸钾法；MLSS和MLVSS浓度采用重量法测定；pH采用pH计（PHS-25）测定；碱度采用中和滴定法；VFA采用蒸馏滴定法。1.4实验方法实验方法采用低负荷启动反应器，缩短水力停留时间HRT与增大进水COD浓度的方式来增加负荷，注入COD为 2 000 mg/L的废水适应10 d后反应器开始正式运行。通过添加NaHCO3控制CSTR的进水为6.26.5，并向中间调节桶添加NaHCO3来维持ABR进水pH在6.87.2之间。由蠕动泵和液体流量计控制各格室的进水量与回流量，其中ABR反应器14格室（C1、C2、C3、C4）进水比例为5：4：3：2。有研究表明初期上升流速大于 0.15 m/h6时，有利于形成颗粒污泥，通过分段进水与回流控制 C1C5流速在 0.150.37 m/h，上升流速随 HRT 的缩小而增加，负荷逐渐增大时承担部分水解酸化的作用，产气作用较弱且分段进水使得 1 格室的水力负荷较低，所以1格室污泥床难以悬浮，而后端格室进水量递增且产气作用强，泥水混合均匀，因此保留对1格室的回流，停止后端格室的回流。2 结果与讨论结果与讨论2.1厌氧反应器的快速启动过程及处理性能厌氧反应器的快速启动过程及处理性能两相厌氧反应器 170 d COD 去除率和 VLK的变化曲线如图3所示，在适应阶段（110 d），R1和 R2 中的微生物逐渐适应厌氧环境，R1 的 pH 为 6.8有利于产甲烷菌的繁殖，因此R1的去除率较高，超过了20%。一方面由于适应期反应器并不稳定；另一方面 R2中最初水力负荷较小，污泥床难以悬浮导致泥水接触不充分，于是在此阶段R2的去除率较小，甚至在第10 d左右去除率小于R1。在阶段（1130 d），VLR的增大以及产酸细菌活性的提高，代谢作用强生成过多的VFA而致使pH降低直接导致R1中的产甲烷菌逐渐死亡7，较短时间内R1的COD去除率有所下降，然而水解酸化菌世代时间短且活性在不断升高，随后R1的去除率又逐渐上升，相反地此阶段R2的去除率波动性较大，这里笔者猜测是R2未能适应R1的出水，也可能是回流水与分段进水进水反混使得水力死区加大不利于泥水混合。负荷提升阶段进水量增大50%，R1的VLR从4.8 kg/（md）提升到9.6 kg/（m d），出水pH为降到6.2，水解酸化菌适应能力强，因此R1的去除率只减少了2%左右。由于进水量成倍的增加以及产气作用的加强，可以观察到R2各格室污泥床高度明显增加，部分絮状污泥被冲出上流室，R2中已经形成部分颗粒污泥，所以去除率的变化较李文哲8试验不是很显著，R2的去除率下降了8%左右。在39 d时可以看到有明显的气泡产生，停止C1C4的回流，仅对C1回流，此后R2内的产甲烷菌对R1出水的适应性不断加强，第50天时，R2出水COD降至765，总去除率可达82%，此后去除率一直上升并趋于稳定，可以认为反应器启动成功，说明反应器抗冲击能力较强。阶段进水负荷成倍增加，在20 d左右时间里R1、R2的VLA分别从12.00、4.88 kg/（md）到21.6、11.2 kg/（md），过高的有机负荷令R2短时间内出水恶化，COD去除率缓慢降低然后稳步增加，运行至第69 d时COD两相去除率可达90%以上，负荷提升过快时反应器能及时适应并在较高的浓度下稳定运行，进一步说明了反应器具有很好的抗冲击能力。上述结果表明，采用改进型两相SABR厌氧反应器接种絮状污泥可在较短时间内成功启动，与同类研究相比，吴春笃等9采用 SABR 反应器，接种 图2k1填料挂膜前后对比Fig.2Comparison of k1 packing before and after hanging film010203040506070020406080100COD去除率/%运行时间/d R1去除率 R2去除率 总去除率04812162024 R1 VLK R2 VLKVLK/(kgm-3d-1)图3反应器的去除率与VLK的关系Fig.3The relationship between the removal rate of reactor and VLK102方义等，改进型两相SABR厌氧反应器快速启动试验研究酰胺混合均匀，测得恢复活性后的污泥 VSS/SS 为0.53，按 2 个反应器有效容积的 35%的污泥投加。同时将k1填料放置在泥水中曝气培养，图2是k1填料挂膜前后的对比，15 d后填料表面污泥挂膜效果较好，将填料悬挂在ABR反应器上部，注入人工模拟的废水进行连续培养驯化恢复活性。1.3分析项目与方法分析项目与方法水质分析方法参照 水和废水监测分析方法5，其中COD采用重铬酸钾法；MLSS和MLVSS浓度采用重量法测定；pH采用pH计（PHS-25）测定；碱度采用中和滴定法；VFA采用蒸馏滴定法。1.4实验方法实验方法采用低负荷启动反应器，缩短水力停留时间HRT与增大进水COD浓度的方式来增加负荷，注入COD为 2 000 mg/L的废水适应 10 d后反应器开始正式运行。通过添加NaHCO3控制CSTR的进水为6.26.5，并向中间调节桶添加NaHCO3来维持ABR进水pH在6.87.2之间。由蠕动泵和液体流量计控制各格室的进水量与回流量，其中ABR反应器14格室（C1、C2、C3、C4）进水比例为5：4：3：2。有研究表明初期上升流速大于 0.15 m/h6时，有利于形成颗粒污泥，通过分段进水与回流控制 C1C5流速在 0.150.37 m/h，上升流速随 HRT 的缩小而增加，负荷逐渐增大时承担部分水解酸化的作用，产气作用较弱且分段进水使得 1 格室的水力负荷较低，所以1格室污泥床难以悬浮，而后端格室进水量递增且产气作用强，泥水混合均匀，因此保留对1格室的回流，停止后端格室的回流。2 结果与讨论结果与讨论2.1厌氧反应器的快速启动过程及处理性能厌氧反应器的快速启动过程及处理性能两相厌氧反应器 170 d COD 去除率和 VLK的变化曲线如图3所示，在适应阶段（110 d），R1和 R2 中的微生物逐渐适应厌氧环境，R1 的 pH 为 6.8有利于产甲烷菌的繁殖，因此R1的去除率较高，超过了20%。一方面由于适应期反应器并不稳定；另一方面 R2中最初水力负荷较小，污泥床难以悬浮导致泥水接触不充分，于是在此阶段R2的去除率较小，甚至在第10 d左右去除率小于R1。在阶段（1130 d），VLR的增大以及产酸细菌活性的提高，代谢作用强生成过多的VFA而致使pH降低直接导致R1中的产甲烷菌逐渐死亡7，较短时间内R1的COD去除率有所下降，然而水解酸化菌世代时间短且活性在不断升高，随后R1的去除率又逐渐上升，相反地此阶段R2的去除率波动性较大，这里笔者猜测是R2未能适应R1的出水，也可能是回流水与分段进水进水反混使得水力死区加大不利于泥水混合。负荷提升阶段进水量增大50%，R1的VLR从4.8 kg/（md）提升到9.6 kg/（m d），出水pH为降到6.2，水解酸化菌适应能力强，因此R1的去除率只减少了2%左右。由于进水量成倍的增加以及产气作用的加强，可以观察到R2各格室污泥床高度明显增加，部分絮状污泥被冲出上流室，R2中已经形成部分颗粒污泥，所以去除率的变化较李文哲8试验不是很显著，R2的去除率下降了8%左右。在39 d时可以看到有明显的气泡产生，停止C1C4的回流，仅对C1回流，此后R2内的产甲烷菌对R1出水的适应性不断加强，第50天时，R2出水COD降至765，总去除率可达82%，此后去除率一直上升并趋于稳定，可以认为反应器启动成功，说明反应器抗冲击能力较强。阶段进水负荷成倍增加，在20 d左右时间里R1、R2的VLA分别从12.00、4.88 kg/（m