两相颗粒污泥UASB结合离子交换工艺及模型化研究_杨虹

1斤卷2期环境科笼学两相颗粒污泥UASB_结合离子交换工艺及模型化研究杨_虹伦世仪(上海交通大学生物科学与技术系,上海2。。030)(无锡轻工业学院发酵工程系)摘要运用两相顺粒污泥UsAB反应器结合离子交换(TP~UASB~A)E新工艺处理配制有萄糖废水取得了容积有机负荷达貂,g/(L·d),COD专除率为界·5%的高效能和过程高稳定性。对PT一UA胳AE工艺的各个单元均建立了反应器绒的控制数学模型,并实现了整体工艺的系统模型化控制,其系统模型化计算结果与实验结果时平均相对误差为艺.2死。运用系统控制模型可对土艺过程进行精确和方便的调节,也是土程放大设计和自动化经初的基础。关健词废水处理,两相厌氧消化,UABS,颗粒污泥,离子交换,数学模型。__可溶性碳水化合物废水的两相厌氧消化虽然比单相厌氧消化有更好的过程稳定性1J[,但产甲烷相出水中的HCO了是随出水排掉的,而需另加碱基于产酸相中以部分中和进入产甲烷相的有机酸,否则仍然会导致产甲烷相发生过程不稳定。为解决这个间题J.H.Tihele和.J.GeZik招21[于1987年提出了两相厌氧结合离子交换的新概念,设想在产酸相和产甲烷相之间加入琴个离子交换单元,以充分利用产甲烷相出水中的末端产物HCO子,中和产酸相出水中之H+。但他们对此设想仅进行了初步的模拟实验,乞未能实现此设想。本研究在两相颗粒污泥级八SB工艺研究的基础上,借鉴了两相厌氧结合离;子交换工艺设想的优点_,提出_了两格颗粒污泥UAsB结合离子交换(简称TP一UASB-A犷)新工艺`:以期进一步提高厌氧消化的效能和稳定性豁一、”一卜牛卜飞.·卜’_「1材料和方法一.-一基质:·葡萄糖浮0健,(NH`)厂03309,KHZPO4109,,加自来水至20的ml,贮于冰箱中用时稀释。一实验温度:35℃。一汾析方法:田:D重铬酸钾法闭;荀萄糖、3,5,兰硝基水杨一酸法41[;pH;pH一酸度计。挥发性有机酸(vFA):离子排斥色谱法4[];流态示踪实脸示踪剂iN,十:采用320型原子吸收分光光度计测定闭。实验装置和流程:见图1。逻公12山的叫匀图1TP一UASB~AE工艺实验流程图3、7、8、12、16:贮槽l、2、13、14:气体收集求统,心恒流泵6、一1成·过滤器9、10:离子交换柱12:产甲烷UAaSs:产酸UAsB`TP一UASB一AE工艺包括4个单元:产甲烷颗粒污泥UAsB(直径5cm,.075L),产酸颗粒污泥UASB(直径4cm,0.375一L),2个717阴离子交换树脂柱(直径3cmx高45cm)及附设的过滤器装置。其工作流程如图1所示,贮槽3中的配制葡萄糖废水经产酸仓ASB处理并经过滤后进入贮槽7,此富含挥发性有机酸(VFA一)的产酸相出水人初始为Hco;型式的离子交换柱9,其中的VFA一被交换结合在树脂收稿日期,19洲场8:23DOI:10.13227/j.hjkx.1995.02.005环枕科攀16卷2期上,而HCO歹被交换至液相随离子交换柱于的出水至贮槽8,此无VFA一的出水即可排入环境;贮槽16中经过滤后的产甲烷uAsB出水(富含HCO于)通入VFA一型式的离子交物柱10,HCO了将VFA一交换至液相随离子交换柱10出水至贮槽11,此富含VFA一的离子交换出水即可作为产甲烷相进水通入产甲烷UASB反应器。当完成一个工作周期后,离子交换柱9与10相互切换工作位置(2个离子交换柱进水管线由实线切换为虚线),进行下一周期的工作。2个离子交换柱的工作过程也是它们的相互自再生过程,如此往复进行周期性切换,即可使工艺连续进行。2始果和讨论2.,1TP一UASB一AE工艺运行效能的研究以配制葡萄糖废水为基质的TP一UASB一AE工艺运行18Od的实验结果如图2。件讨吻叼卢卜少~侧卜尸80兹01836547290时何d()108!26144162图2TP一UAS卜AE总体工艺运行结果比较图2和以往的研究4[,5〕可以看出,TP-UASB一AE工艺对配制葡萄糖废水的稳态运行处理负荷达62_g八L确d),GOD去J除率为91,5%,处理能力明显高于单相和常规两相厌氧.其主要原因为:(l)本工艺充分利用了产甲烧相出水中富含的末端产物HCO孙避免了低pH的产酸相出水直接进入产甲烷相,故比常规厌氧具有更:高的过程稳定性;(2)本工艺的产酸UASB反应器中形成了高效熊的产敌顺粒污泥床,具有很高的产酸速率和徽化率;由于离子交换单元的加入使工艺韵出水排放是在产酸相,产甲烷相可在较高基质浓度下操作而不直接`影响出水处理效果,加快了生长较慢的产甲烷菌的代谢速率;(3)由于实现了整体工艺的系统模型化,因而就可以对TP二U人SB-AE的操作`匹配运行进行精确和方便地控制。.2交TP`UAsB一AE工艺过程的数学模型化么一么凌UASB反应器