UASB反应器处理畜禽废水快速启动的研究_谢勇丽

科技信息现代规模化养殖技术在促进了我国畜禽养殖业向优质高效发展的同时，也对环境造成了严重的污染，尤以水体污染为主。畜禽养殖业已经成为或正在成为与工业废水和生活污水相当甚至更大的污染源[1]。该废水的特点是高悬浮物、高有机物和高氨氮，可生化性强，臭味大，水质变化较大[2]。UASB自70年代发明以来，由于其良好的处理效果，一直成为国内外研究的热点[3]，并已广泛应用于各类废水的处理，特别是高浓度有机废水的处理中。但我国对这方面研究仍不足，特别是针对畜禽废水处理的研究还相对较少，UASB反应器启动困难的问题更制约了该技术的推广使用。为此，本研究侧重于为实现处理畜禽废水的UASB反应器快速启动提供实验依据和科学方法。1.材料与方法1.1试验装置和试验用水实验用UASB反应器采用有机玻璃制作，总高度120cm，有效容积5L。供试水样取自四川农业大学校畜禽养殖场粪便、尿液和圈的冲洗水组成。1.2接种污泥接种污泥取自ABR池内的厌氧消化污泥，污泥投加量为反应器有效容积的60%。1.3颗粒活性炭投加意义向反应器中投加适量的细微颗粒物，利用颗粒物的表面性质，加快细菌在其表面的富积，使之形成污泥的核心载体，有利于加快启动速度。周律等[4]研究了通过投加颗粒活性炭加快处理啤酒废水的UASB反应器的启动，结果使启动时间由原来的3～6月缩短为1个月。Yu等[5]研究了在UASB反应器启动期间，活性炭载体对强化污泥颗粒化的作用。结果表明：在不加惰性物质时约需95d，投加活性炭后减少了35d。但投加过量的颗粒会在水力冲刷和沼气搅拌下相互撞击、摩擦，造成强烈的剪切作用，阻碍初成体的聚集和粘结。因此本实验经过综合考虑，每升污泥中投加300mL粒径为0.43~0.50mm的颗粒活性炭。2.试验结果及分析实验启动了两座UASB反应器，均接种了等量的絮状消化污泥，不同的是一座投加的污泥中掺入颗粒活性炭，记为1#。另一座直接投加污泥，记为2#。两座反应器均用畜禽废水直接启动，进水COD浓度由557mg/L增至4300mg/L，在相同的污泥负荷下，经过54天的驯化，反应器均启动成功。整个培养过程大致可分为污泥活性恢复阶段、提升负荷阶段和承载负荷稳定运行阶段。具体的进出水情况见图1。图1进出水情况示意图图2污泥活性恢复阶段COD去除率2.1污泥活性恢复阶段该阶段历时11天，其目的是使接种污泥经过培养驯化，适应废水水质，使反应器顺利进入负荷提升阶段。接种污泥后，随即注入浓度为500mgCOD/L的畜禽废水，充满反应器，并调节反应器内初始水温为25℃，并逐步升温至35℃。浸泡24h后，开始对反应器进水，促使菌种恢复活性，并逐步适应新的水质。进水浓度保持在500~900mgCOD/L，容积负荷在0.8kgCOD/（m3.d）左右,pH为6.1～7.5。此期间为防止污泥大量流失，控制进水流量，使反应器内废水上升流速从50mL/h逐步上升到200mL/h。该阶段运行情况见图2。由图2可见，1#和2#反应器具有大致相同的变化趋势，从COD的去除情况来看，其去除率逐步增加，到第4天COD的去除率已经达到60%以上。这说明所投加的污泥对废水水质较适应，菌种活性恢复较快，其原因可能是所用污泥为处理畜禽废水的厌氧污泥。2.2提升负荷阶段本阶段进水浓度维持在900-4500mgCOD/L之间，反应器容积负荷的提高以系统的稳定运行为前提，通过增加进水流量和浓度来实现。当COD去除率大于80%，并能稳定运行2~3d时，提高反应器负荷，提升幅度为0.5kgCOD/(m3.d)。本阶段共历时32d。反应器容积负荷由0.8kgCOD/(m3.d)，提高至10kgCOD/(m3.d)。负荷提高阶段运行情况见图3。图3提升负荷阶段COD去除率由图3可见，进水COD浓度从900mg/L提升到4096mg/L的过程中，两个反应器COD的去除率稳步增长，只在提高负荷初期去除率有所降低，当适应两天后，去除率就恢复到80%以上，表明对废水较强的适应性，但抗冲击能力较差，主要表现在进水COD浓度提升时去除率波动明显；但后期，反应器的抗冲击负荷有所增强。2.3稳定运行阶段该阶段是在达到预期设计要求的基础上，考察系统的稳定性和检测反应器的抗冲击负荷的能力。图4稳定运行阶段COD去除率由图2和图4可见，两个反应器经47天的驯化后稳定性均较好，进水COD在4000mg/L左右时，去除率基本在90%以上。冲击负荷试验时，进水COD突然升高到6477mg/L，其去除率也只降到80%，经过两天的适应，去除率又提升至90%，且降低负荷后反应器的去除率没有受到影响。2.41#和2#的对比对比1#和2#反应器，1#具有更强的抗冲击负荷能力，当进水COD浓度变化较大时，去除率的波动较小，这可能是因为，颗粒活性炭一方面起到“晶核”的作用，另