一体化两相厌氧反应器处理猪场废水的启动研究_浦跃武

华南理工大学学报(自然科学版)第37卷第10期JournalofSouthChinaUniversityofTechnologyVol.37No.102009年10月(NaturalScienceEdition)October2009文章编号:1000-565X(2009)10-0145-05收稿日期:2008-08-02＊基金项目:广西科学研究与技术开发计划项目(4-2-3)作者简介:浦跃武(1964-),男,副教授,博士,主要从事发酵工程研究.E-mail:g96123@scut.edu.cn一体化两相厌氧反应器处理猪场废水的启动研究＊浦跃武1郭梅君1刘族安2(1.华南理工大学生物科学与工程学院,广东广州510006;2.武鸣县安宁淀粉有限公司,广西武鸣530100)摘要:采用自行设计的一体化两相厌氧反应器处理猪场废水,对启动过程进行研究.在37℃下,通过交替增加进水化学需氧量(COD)浓度和缩短水力停留时间(HRT)来提高系统的COD容积负荷(VLR),采用动力学控制与pH值调节相结合的方法对产酸相和产甲烷相进行分相.经过68天的运行,系统的VLR达到8.84kg/(m3·d),HRT为20.95h,产酸相的COD去除率基本维持在20.00%～30.00%,系统的COD去除率稳定在80.00%以上.其中产酸相的VLR和HRT分别为31.11kg/(m3·d)和5.95h,产甲烷相的VLR和HRT分别为9.39kg/(m3·d)和15.00h.出水悬浮固体(SS)含量均在400mg/L以下,去除率最高可达92.80%,沼气的容积产气率达到2.57m3/(m3·d).关键词:猪场废水;一体化两相厌氧反应器;启动过程中图分类号:X713文献标识码:A经济高效地处理高浓度猪场废水是目前国内外废水处理领域面临的难点和热点.两相厌氧工艺分别为产酸菌和产甲烷菌提供了最适宜的生理环境,使其能够发挥各自最大的活性,比单项厌氧发酵工艺具有更高的处理效率和稳定性[1].我国采用两相厌氧工艺直接处理猪粪废水的研究与应用相对较少,目前中温全混合式工艺占据主导地位,部分新建的沼气工程采用了这一先进技术[2].猪粪废水中温两相厌氧发酵的容积产气率达1.7～2.2m3/(m3·d),常温(18～25℃)两相发酵的上流式厌氧复合床(UBF)装置产气率为1.5～2.0m3/(m3·d)[3-4].国外在这方面的研究比较早,技术也比较成熟,如德国MBB公司采用500m3两相厌氧罐处理猪粪废水,中温产气率达5m3/(m3·d)[5].可见,我国猪粪废水的两相厌氧技术水平还有待进一步提高.文中立足于两相厌氧技术处理猪场废水的应用现状,针对两相厌氧系统启动慢、工艺调控难的特点,进行启动试验研究,为两相厌氧工艺在禽畜废水领域的运用提供参考.1试验部分1.1试验装置及流程试验装置是自行设计并用有机玻璃制作的一体化两相厌氧反应器,装置图见图1.反应器由3层同图1一体化两相厌氧反应器示意图Fig.1Schematicdiagramofintegratedtwo-phaseanaerobicreactor1—水箱;2—恒流泵;3—进水口;4—产酸相;5—布水管;6—产甲烷相;7—水封;8—水浴层;9—电热棒;10—温控仪;11—取样管;12—温度计;13—集气口;14—水封;15—排水瓶;16—量筒;17—挡板;18—排泥口;19—取样口;20—出水口心圆构成,由内到外依次为产酸相、产甲烷相和水浴保温层.其中,产酸相和产甲烷相均是上流式厌氧反应器,两相中均安装有三相分离器挡板,顶部设有集气室.水浴层内有连接着温控仪的电热棒.产酸相反应器直径为10cm,高33cm,有效容积为2.5L;产甲烷相反应器直径为22cm,高26cm,有效容积为6.3L.1.2试验材料废水取自增城某养猪场,主要含有猪尿、猪粪、冲洗水.新鲜废水pH值约为7.0,猪场不进行大规模消毒情况下,微生物能进行正常的生长繁殖,BOD/COD平均约为0.5,适宜采用生物法.废水COD平均约为7680mg/L,出水悬浮固体(SS)含量(质量浓度,下同)为1000～4000mg/L.反应器的接种污泥为广州大坦沙污水处理厂的优质厌氧污泥,挥发性悬浮固体(VSS)与总悬浮固体(TSS)的含量之比为0.72,TSS的质量浓度为45g/L,VSS的质量浓度为32.4g/L.1.3试验步骤及条件对厌氧污泥进行筛洗处理,除去杂质、沉渣,然后接入反应器.产酸相、产甲烷相接种污泥量分别为0.75、2.52L,分别占有效容积的30%、40%.驯化初期,水浴层水温从室温开始,每天早晚各升温1次,每次升温1℃[6],直到产甲烷相温度达到(37±1)℃.将猪粪污废水经过滤除去大颗粒泥沙,然后以交替增加进水COD浓度和进水量的方式通入两相厌氧反