ABR反应器处理制药废水的启动运行

ABR反应器处理制药废水的启动运行邱波　1，郭静1，邵敏1，李朝辉2，李武2，姚武松2　（1　天津大学建筑工程学院，天津300072；2　福州绿环八达环保科技开发有限公司，　福建福州350001）摘要：将ABR反应器用于处理高浓度的制药废水，经过三个多月的调试，当温度在30～40℃范围内变化，容积负荷为5.625kgCOD/(m3·d)、HRT为53.3h时，ABR反应器对COD的去除率可达75%以上。结果表明：有机负荷、水力负荷和pH值是决定ABR反应器能否成功运行的关键性因素。关键词：ABR反应器；有机负荷；水力负荷；pH值　建省某生化厂采用发酵法生产饲料级金霉素，其生产性废水水质水量如表1所示。表１金霉素生产废水主要特征Ｑ（m3/d)CODcr(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)PHNH3-N(mg/L)4501700090007005.5-7.0500该废水属于抗生素类生产废水，虽然其BOD5/CODCr＝0.53，理论上属于可生化废水，但是由于其间歇排放，有机物浓度较高，成分复杂，且含有的金霉素对微生物有抑制作用，实际上属于高浓度难降解有机废水。针对上述特点，采用了如下处理工艺流程：废水→调节池→水解酸化池→厌氧折流板反应器(ABR)→好氧硝化池→SBR反应器→平流沉淀池→过滤→出水　由于ABR反应器能够在其内部积累大量沉降性能良好的活性污泥，故在有机物的去除过程中起了主要作用，当进水有机负荷为5.625kgCOD/(m3·d)、水力负荷为0.5m3/(m3·d)、HRT为53.3h时，COD去除率达75%以上，从而为整个工艺出水能最终达标排放奠定了基础。1ABR反应器　ABR反应器是美国著名教授McCarty于1982年开发出来的一种高效节能厌氧装置，1983年他又将上、下流室等宽的ABR反应器改造成上流室宽、下流室窄的新型ABR反应器，并在折流板末端设导流折角。ABR反应器在处理废水时，其上流室的功能相当于一个UASB，其中持有大量沉降性能良好的活性污泥，只是反应器上部不设三相分离器，仅有一个相通的气室，所以运行时就像若干个UASB反应器的串联。同时，由于ABR反应器是分格的，运行时沿水流方向各流室pH值由低到高变化，这样自然为不同pH值要求的厌氧菌群提供其优势生长的环境，且对水力冲击负荷和有机冲击负荷有较强的承受能力，固体停留时间长，污泥产率低［1］。　在金霉素制药废水处理中，ABR反应器设计为2个池子，每个池子分为4个格，每格上流室宽与下流室宽之比约为3:1，池体尺寸L×B×H＝18m×5.5m×5m，池有效容积为930.6m3，HRT为48h，设计流量Q为450m3/d，设计有机负荷为5.625kgCOD/(m3·d)。试验采用的反应器构造如图1。　反应器的调试　2.1污泥接种与驯化　种泥来自福州市污水处理厂消化池，其含水率为95%，原设计量应为200m3，大约占总有效容积的20%～30%。在启动时因为运到的种泥量不足，仅有100m3，便将部分SBR池剩余污泥回流到ABR反应器以作补充。驯化阶段将进水浓度(C0)保持在2000mg/L，ABR总进水量约为250m3/d，有机负荷率约为0.537kgBOD/(m3·d)。当COD去除率达到70%后，进水量增加20%～30%，依次下去分别为250、300、370、445m3/d，直至达到设计流量Q为450m3/d，有机负荷率也分别为0.537、0.625、0.796、0.957、直到0.967kgCOD/(m3·d)。大约经过45d的驯化后，镜检时发现ABR反应器的上流室中有0.5～1.0mm的颗粒污泥形成，同时出水水质稳定，驯化阶段结束，进入试运行阶段。接种污泥经过一周时间驯化后活性逐渐恢复，COD去除率逐步上升。从图2可见当调试运行到10d以后，COD去除率有一个明显的下降，经过一周左右时间又逐渐恢复，此时没有水量增长，对厌氧细菌的抑制作用主要来自金霉素类药剂。经驯化，厌氧细菌逐渐适应并具备了一定的抗药性，水量增长的时间间隔分别为20、9、7和6d，呈明显的下降趋势，说明随着反应器内污泥活性的增长，ABR反应器对水力冲击负荷的承受能力逐渐体现出来。2.2启动运行阶段　该阶段逐渐增加进水有机物浓度，直到有机负荷和水力负荷均达到设计要求，并以此来检测ABR反应器对有机负荷变化的抗冲击能力。启动运行经历了近3个月，测试数据见表2。该阶段前期由于进水浓度改变过大，结果造成反应器有机负荷过大，引起挥发酸大量积累，反应器出水pH值明显下降，严重时达6.5，甲烷发酵被抑制，出水水质恶性化。经减少进水量以增大水力停留时间，同时降低进水有机物浓度，让反应器在低负荷下运行一周左右，出水pH值又恢复到7.0左右，出水水质明显好转，2周后ABR反应器重新恢复到驯化阶段的处理能力。此后逐渐增加水力负荷与有机负荷，经过大约70d运行后，反应器的水力负荷与有机负荷均达到设计要求。在水力负荷为0.5m3/(m3·d)，容积负荷为5.625kgCOD/(m3·d)，COD去除率达76%时，启动阶段结束，ABR反应器进入正式运行。整个接种驯化和启动试验仅用了三个多月时间，说明ABR反应器具有快速启动的优点。中国城镇水网表２启动运行阶段测试数据运行时间（d）总进水量（m3)HRT（h）容积负荷（kg/m3.d)进水COD（mg/L)出水COD（mg/L)去除率（%）出水PH值4645053.31.8754000213046.756.947350961.464000190052.56.948200109.11.04400250043.26.849220109.11.014500350022.26.550220109.11.01450043004.46.551250960.5220001700156.754250960.522000700657.05826092.30.812530001230596.96626590.60.134100110073.17.172250961.596100215064.87.078250961.9537500221070.57.184300802.58000195075.67.290300803.09600238075.27.1100400604.09500230075.87.110745053.34.9210500243076.97.111445053.35.62512000286076.27.13结果分析3.1关于有机负荷有机负荷直接反映了食物与微生物之间的平衡关系。连续式厌氧消化工艺中，只要温度不变，发酵原料组成不变，溶液的pH值将主要取决于有机负荷率。在有机负荷率不变时，pH值趋向于某一固定值。一般来说，当有机负荷率偏低时，pH值较高，去除率也较高；有机负荷率高时，pH值偏低，去除率往往较低。大量试验表明，pH值在7.0～7.2之间时，有机负荷率比较理想，pH值为6.0～6.9时，有机负荷率偏高，易造成pH的下滑和消化液的酸化［2］。调试时，曾因有机负荷率偏高，造成挥发酸严重积累，出水水质恶化，后经过减小有机负荷并在ABR反应器前部配水井加入石灰和碳酸氢钠，从而使得反应器的pH值逐渐恢复到7.0左右，COD去除率也恢复到70%以上。试验结果表明：有机负荷是否适中将直接影响反应器对有机物去除率的高低，有机负荷过大是造成反应器酸积累的直接原因。　有机负荷是否适中可以从pH值变化间接地表现出来，所以监测反应器出水的pH值是一种推知反应器运行情况良好与否最直接且简单易行的方法。同时，自反应器启动阶段起就应重视维持好食物与微生物量(F/M)之间的平衡，维持好酸性发酵阶段与碱性发酵阶段之间的平衡。3.2关于水力负荷启动初期，因种泥活性和沉降性能不佳，选取适宜的水力负荷尤为重要，它不仅能保证微生物与食物充分接触，还能防止种泥的流失，这对于在反应器各流室中积累大量沉降性能良好的活性污泥至关重要，同时又可避免泥水发生分层，防止沟流发生，保持池温均一，尽量减少死角，并适时将老化污泥浮选出上流室。启动初期上流室表面水力负荷应0.5m3/(m3·h)，正常运转时保持在0.7～1.1m3/(m3·h)为宜。3.3温度温度是影响反应器正常运行的重要因素之一。当本工艺水温维持在33～44℃范围时，温度变化对去除中国城镇水网率影响不大。3.4关于HRT其他条件不变，在一定范围内延长HRT能有效地提高COD去除率，但是当HRT＞60h后，再采用延长HRT的办法已意义不大［3］。工程中可将厌氧反应器的HRT控制在48～60h之间。3.5好氧污泥回流在种泥量不足的情况下，要在厌氧反应器中培养出足够的沉降性能良好的活性污泥需要很长一段时间，但是将活性较强的好氧剩余污泥回流到ABR反应器，利用其中的兼性细菌，可以缩短ABR反应器的接种时间，促进颗粒污泥的形成［3］。4结论中温发酵的ABR反应器对含有金霉素类抑制剂的高浓度制药废水进行接种驯化时，启动容积负荷为0.5kgCOD/(m3·d)，水力负荷为0.26m3/(m3·d)，水力停留时间为89.3h，10d后污泥逐渐恢复活性，45d后反应器中颗粒污泥形成。整个启动阶段仅用了70d时间，这说明了ABR反应器具有快速启动的优点。在温度一定时，控制合适的有机负荷是ABR反应器快速启动的关键。启动阶段有机负荷的增长以每次20%～30%的幅度为宜，过大了容易造成挥发酸积累。对于有四个分格的ABR反应器正常运行时，其HRT保持在60h左右，表面水力负荷应保持在0.7～1.1m3/(m3·d)左右为宜。反应器的负荷是否适中可以通过测定出水pH值来间接反映，合适的pH值为7.0～7.4，pH值＜6.9时，说明有机负荷过大，可以通过减小有机负荷同时向水中投加石灰和纯碱的方法来加以调节。pH值＞7.4，说明有机负荷偏小。参考文献：［1］Barber,WilliamPStucky,DavidC.…［J］.WaterResearch，1999，(33)：7.［2］张希衡.废水厌氧生物处理工程［M］.北京：中国环境科学出版社.1996，118.［3］张建民等.造纸黑液厌氧处理的研究［J］.水处理技术，1999，23(6)：358-361.［4］郭静.厌氧浮动生物膜反应器处理高浓度有机废水［J］.中国给水排水，1999，15(6)：53-55.中国城镇水网