改进的二相厌氧消化系统的特性研究_郭养浩

第18卷第3期1997年5月环境科学ENVIRONMENTALSCIENCEVol.18,No.3May,1997改进的二相厌氧消化系统的特性研究*郭养浩孟春石贤爱张景峰陈惠峰林敦辉(福州大学生物工程系,福州350002)摘要研究填充床酸化反应器及其与UASB甲烷化反应器组成的二相厌氧消化系统的运行特性.填充床酸化反应器启动方便,酸化速率高、抗水力冲击和pH波动的能力强、COD容积负荷达200kg/(m3d).采用预调碱工艺,二相消化系统运行正常,可高效地处理酿酒废水.在进料COD浓度1000—7000mg/L、COD负荷40kg/(m3d)时,出料COD浓度小于200mg/L.对抗生素生产废水也有较好的处理效果.关键词填充床酸化反应器,二相厌氧消化,高浓度酿造废水.*福建省自然科学基金项目收稿日期:1996-11-13两相厌氧消化系统在微生物群系的生态平衡、处理效率和抗水力冲击能力等方面优于一相厌氧系统[1,2],在处理高浓度有机废水时优势更加明显.通常,二相厌氧处理系统需在酸化反应器和甲烷化反应器中增设中和装置,用于保证甲烷化反应器进料所需的pH值[1].这种工艺路线增加了投资和运行费用,使两相系统相对于一相系统的优势受到影响.在二相厌氧处理工艺中,酸化反应器一般采用连续全混式反应器(CSTR)[3]和上流式污泥床反应器(UASB)[4],这2种反应器分别存在处理效率低和启动困难的缺点.因此,研制新型酸化反应器,改进工艺路线,对于进一步完善二相厌氧处理技术,提高处理效率是有意义的.本工作对填充床酸化反应器的启动、操作负荷和处理效率进行研究,采用在集水池调碱、酸化反应器与甲烷化反应器直接串联的工艺考察了对合成废水、啤酒废水和抗生素废水的处理效果.1材料与方法(1)底物合成废水(以蔗糖和适量无机盐配制而成);啤酒废水(取自福州啤酒厂洗糟工序);抗生素废水(取自福州抗生素厂).(2)生物反应器酸化反应器采用全混式CSTR(高径比1.51)或填充床反应器(高径比51).填料采用天然农作物制品,填料系数约0.45.甲烷化UASB反应器工作容积10L(直径12cm,高度130cm),污泥床为成熟的颗粒污泥,体积约4L.所有实验在28—30℃条件下操作.实验中酸化反应器以填充床体积计,二相系统以UASB甲烷化反应器中污泥层体积计.图1二相厌氧消化工艺流程(3)分析方法[9]COD浓度测定:标准重铬酸钾法,挥发性脂肪酸的测定:气相色谱法;碱度测定:电位滴定法;pH值测定:pHS-3型精密酸度计;抗生素效价测定:由福州抗生素厂按常规方法分析,NH3-N浓度分析;甲醛滴定法.2结果与讨论2.1酸化反应器的运行特性将一定形状的填料置于填充床酸化反应器内,浸泡COD浓度3000mg/L的合成废水(或啤酒废水),自然酸化2—3d,然后连续进料,物料停留时间约0.4h.3d后,填料表面附着大量白色酸化菌,处理效率趋于稳定,反应器启动成DOI:10.13227/j.hjkx.1997.03.011功.整个二相厌氧处理系统连续正常运行.表1为本实验所采用的填充床酸化反应器与其他文献报道的CSTR和UASB运行性能的比较.表1表明,填充床反应器和UASB2具有很高的处理能力,这与反应器内微生物群系的聚集状态有关,膜状和颗粒状的微生物聚集体抗水力冲击能力强,反应器内可形成高浓度的生物催化剂,因而,单位容积的反应器具有高的生物降解速率.在大流量条件下,CSTR和UASB1中的微生物易流失.酸化菌的最大比生长速率0.18h-1,若采用CSTR,最大实用稀释率D≈0.7μm,进料废水在CSTR中的最小停留时间为8h.填充式反应器的酸化速率高于CSTR20倍以上.UASB2中污泥已颗粒化,处理效率高,但其启动期长,而且启动期间污泥颗粒化过程需采取正确的措施.表1表明,填充床酸化反应器具有启动期短,启动方便,酸化率高,COD容积负荷大[200kg/(dm3)]和抗水力冲击能力强(停留时间0.4h)的特点,优于CSTR和UASB类型的反应器.表1不同类型酸化反应器的运行特性反应器类型容积负荷/kgm-3d-1微生物聚集状态停留时间/h酸化率1)/%启动时间/d废水种类填充床1200生物膜0.451.46合成废水填充床2200生物膜1.560.06啤酒废水CSTR1[3]9.6游离1021.49合成废水CSTR2[5]9.6游离1041合成废水UASB1[1]39.2絮状≥4407啤酒废水UASB2[4]210颗粒3.720合成废水1)酸化率=出料中挥发性脂肪酸总重量浓度/进料COD浓度酸化菌代谢的最佳pH值为6.5—7.0,但其pH适应能力较强,在pH5.0—9.0范围内均具有较高的酸化活性.本实验采用预调碱度、酸化反应器和甲烷化反应器串联的工艺,考察了不同酸化反应器出