壓力生化反應器處理有機廢水研究
摘要：試驗考察了在不同壓力和不同負荷條件下，采用壓力生化反應器對有機廢水的處理效果。試驗結(jié)果表明，該反應器在停留時間為4h時，容積負荷可達5.91-11.8kg[BOD5]/(m3·d)，氧轉(zhuǎn)移效率達50%，污泥產(chǎn)率僅為0.1%，且活性污泥的沉降性能好。該反應器適于對中、高濃度有機廢水的處理。
關(guān)鍵詞：生化反應器 污泥負荷率 有機廢水
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 應用 。但存在著進水CODcr濃度不能太高、污泥負荷較低、停留時間長、占地面積大、基建投資高等 問題 。尤其是處理中、高濃度的有機廢水，一般需要和物化或厭氧處理相結(jié)合。壓力生化反應器是一種在壓力狀態(tài)下對廢水進行生物處理的技術(shù)，采用密閉容器罐進行加壓曝氣。相對于傳統(tǒng)曝氣法，它使用2-3倍于常壓的曝氣壓力對反應器進行充氧，因此，混合液空氣中氧向微生物轉(zhuǎn)移的效率大大增強，從而可提高反應器內(nèi)的活性污泥濃度，有利于活性污泥微生物的增殖和對有機物的降解。
本 研究 自行設計、加工了壓力生化反應器。利用壓力生化反應器，對有機廢水進行了試驗研究。研究了在不同壓力、不同負荷條件下活性污泥微生物對有機廢水的處理效果，以及污泥沉降性能和PH值對反應的 影響 。
1 試驗裝置及 方法
壓力生化反應器試驗處理裝置如圖1所示。
壓力生化反應器的主體由上升管、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量的活性污泥，保持壓力生化反應器中污泥增長量與隨混合液排出污泥量的平衡。采用壓力容器罐對進水進行動態(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。
在試驗過程中，每天測定壓力反應器進、出水及各取樣口的CODcr，不定期測定進出水BOD5;每天測定壓力反應器中混合液的30min沉降比SV%、污泥濃度MLSS、壓力反應器出水SS及壓力反應器中進出水的DO、pH。
2 試驗結(jié)果與討論
2.1 不同曝氣壓力下的實驗結(jié)果
在連續(xù)進水穩(wěn)態(tài)運行條件下，采用進水CODcr;為2000 mg/L的乳品廢水，考察在不同曝氣壓力條件下，壓力反應器對有機物的去除效率和去除速度。實驗進氣量采用0.2m3/L，不同壓力下的處理結(jié)果見圖2。曝氣時間均為4 h，曝氣壓力與CODcr去除率的關(guān)系見圖3。
由圖2與圖3的試驗結(jié)果可知，曝氣壓力對有機物的降解速度和去除率有著很大的影響。當曝氣壓力為0.3MPa和0.4MPa時，有機物的降解速度很快，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去除率分別達到90.6%和91.5%。而曝氣壓力為0.1MPa時，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%？梢，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，從而有效地提高了有機物的降解速度。
曝氣壓力從0.3 MPa進一步升高到0.4 MPa時，CODcr去除率從90.6%增加到91.5%，增加得不大。故考慮 經(jīng)濟 性與處理效率的關(guān)系，壓力反應器的曝氣壓力以不超過 0.3 MPa為宜。
2.2 不同負荷條件下的試驗結(jié)果
在0.3 MPa的壓力條件下，進行了不同負荷的試驗，負荷的改變是通過改變進水濃度和改變進水流量來達到的，停留時間采用4h。不同進水負荷下的處理結(jié)果見表1。
|
水樣
|
進水CODcr
|
出水CODcr
|
去除率
|
CODcr污泥負荷
|
|
1
|
1464
|
145
|
90.29
|
1.44
|
|
2
|
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
|
當進水CODcr在1464～2 994mg/L范圍內(nèi)時，CODcr污泥負荷在1.44-2.81kg[COD]/(kg[MLSS]·d)之間(相應BOD5容積負荷在5.97-11.8kg[BOD5]/(m3·d))，經(jīng)過4 h的曝氣后，CODcr去除率在89.75%-92.3%，出水CODcr在110-350mg/L，達到了較好的處理效果。當負荷進一步提高到3.64kg[COD]/(kg[MLSS]·d)時，CODcr去除率下降到87.42%.出水CODcr在480～530mg/L，出水水質(zhì)開始變差。從中我們可以看出，和標準活性污泥法相比，壓力反應器CODcr、BOD5負荷的合適范圍遠超出傳統(tǒng)的活性污泥法;而且在高負荷條件下，即進水CODcr進一步增加，進水CODcr=4 000mg/L，負荷為3.64 kg[COD]/(kg[MLSS]·d)時，CODcr去除速度還是很快的。
2.3 pH值的變化對處理效果的影響
實驗對進出水的PH值進行了測定，當進水CODcr濃度在4000mg/L以下，H值基本在 6.5-7.5之間，但當進水CODcr值達到4000 mg/L以上，負荷達3.64 kg[COD]/(kg[ MLSS]·d)時，進水的pH值達到了5左右，對凈化的效果產(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有機物在進水罐的厭氧環(huán)境下產(chǎn)生了大量的有機 酸，故在氣溫過高，原水濃度過大，PH值下降到6.5以下時，我們在原水中加入了一定量的NaHCO3，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行攪拌，則上部分污泥首先在重新混合的過程中形成大的絨粒，然后緩慢下沉，過30 min后，全部污泥都會沉淀下來。分析原因，是由于反應器在壓力條件下，泥水分離有別于一般的活性污泥法，在壓力生化反應器中循環(huán)的混合液，在出水過程中，隨著靜水壓力的減小，溶解的氣體被解析出來，微氣泡裹夾在活性污泥中，導致一部分活性污泥發(fā)生上浮。所以壓力反應器出水混合液的泥水分離，建議采用氣浮法效果較好。
2.5 壓力生化反應器與傳統(tǒng)曝氣的比較
和傳統(tǒng)曝氣相比，壓力生化反應器有以下一些特點，見表2：
|
曝氣方式
|
氧轉(zhuǎn)移效率（%）
|
MLSS
|
容積負荷
|
SVI
|
CODcr去除率（%）
|
HRT/h
|
污泥產(chǎn)率
|
占地面積
|
|
傳統(tǒng)曝氣
|
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中，MLSS值平均在4200 mg/L;在不同負荷的試驗中，我們通過改變污泥回流比，使反應器中的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，對0.3 MPa條件下乳品廢水的試驗數(shù)據(jù)回歸分析得 a=0.155，b=0.081。
④抗沖擊負荷強。實際測定生化反應器中循環(huán)流量與進水量之比為1440：1，反應器中各點的MLSS、DO值幾乎相等，反應器內(nèi)處于完全混合狀態(tài)，因而具有較高的抗沖擊能力。
2.6 其它有機廢水的運行試驗
為了 研究 壓力反應器對其它 工業(yè) 廢水的處理效果，又對瀝麻廢水、毛紡廢水和漂染廢水作了試驗研究。試驗壓力取0.3 MPa，停留時間為4 h。試驗結(jié)果如表3所示。
|
廢水種類
|
進水CODcr
|
出水CODcr
|
曝氣壓力Mpa
|
停留時間/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
|
由表3的試驗結(jié)果可以看出，壓力反應器對有機廢水的處理有良好的效果，尤其是對含有纖維、木素高的亞麻水的處理，也達到了很好的效果。
3 結(jié)論
從壓力反應器處理有機廢水的試驗結(jié)果來看，該反應器能有效地處理有機廢水，具有污泥負荷率高、降解速度快、抗沖擊負荷強、混合液出水泥水分離好等特點，適于處理中、高濃度的有機廢水。
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