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建筑与预算CONSTRUCTIONANDBUDGET2016年第5期DOI:10.13993/j.cnki.jzyys.2016.05.022中图分类号：X784文献标志码：B文章编号：1673-0402（2016）05-0075-05收稿日期：2016-01-09作者简介：董晓楠（1990-），女，硕士研究生，主要从事污染控制方向研究。汽车生产每天要排放大量的污废水，这些污废水多是由碳、氮、硫、氧等元素组成的高浓度有机化合物，是重要的工业水污染发生源，对人体健康和生态水环境带来严重的危害。节能减排是汽车产业发展的永恒主题。不断加强节能减排工作，已成为我国经济实现又好又快发展的迫切需要。汽车生产是污废水排放和能源消耗的“大户”，也是节能节水减排工作的重点，所以汽车业推进节水节能减排工作的意义尤为重大［1］。EGSB反应器是UASB反应器的改进和优化，其与UASB反应器相比，主要区别为其反应器内液体上升流速不同，EGSB反应器的水力上升流速远远大于UASB反应器中的水力上升流速［2］。一般来说，UASB反应器中的水力上升流速小于lm·h-1，而EGSB反应器中的水力上升流速可达到5～l0m·h-1。由于水力上升流速的不同，UASB反应器的污泥床更象一个静止床，而EGSB反应器的污泥床是膨胀的。由于EGSB反应器的特点，反应器的高径比可高达20或更高。因此，相对于其他类型的反应器而言，在相同的容积条件下，EGSB反应器所需的占地面积大大减少。根据EGSB处理工艺的原理，使其成为在厌氧工艺中高效节能的典型代表。在实际工程中，EGSB反应器在稳定运行过程中，其自身产生的沼气会创造很大经济价值，在提供工程正常运转的资金消耗以外仍有剩余，非常适合我国发展中国家的国情。1材料与方法1.1试验原理EGSB反应器主要由反应器主体、气-液-固三相分离器、进水分配系统以及出水循环部分组成。进水分配系统主要是把待处理废水与被回流的出水均匀分配到整个EGSB反应器的董晓楠，王凡（沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁沈阳110168）摘要：试验主要研究在EGSB系统工艺运行过程中，各种影响因子诸如葡萄糖、温度、进水CODCr浓度、F/M比率、HRT、pH值、VFA/TA、NaCl浓度等对污染废水中CODCr去除效果的影响。得出以下结论：HRT为2.0d时可以作为最优设计参数，在目标进水CODCr浓度为8000mg·L-1、系统稳定运行和其它参数基本不变的情况下，VFA/TA摩尔浓度比值稳定在0.31左右，EGSB反应器对汽车制造废水混合液的去除率达75.0%左右，甚至在低进水浓度时高达90.0%，系统进水CODCr浓度为8000mg·L-1时达到预期最佳设计值。EGSB反应器处理某汽车制造公司污染废水的启动运行阶段对COD去除效果研究2016年第5期总第241期底部布水系统，经过均匀混合，泥水混合液以及厌氧消化产生的沼气均向上流动，经过膨胀区后，部分沉降性能较好的污泥自然回落到污泥床上，其余泥水及沼气混合液继续向上流动，从而进入气-液-固三相分离器［3］。气-液-固三相分离器可将水、沼气、污泥三相进行有效分离，使污泥在反应器内有效停留。出水循环部分是用于提高EGSB反应器内的液体上升流速，使反应器内颗粒污泥床充分膨胀，从而使污水与污泥中的微生物充分接触，增强生物化学处理效果。同时，出水循环部分还可以避免反应器内死角以及短流的产生。EGSB反应器不仅满足了污泥和进水停留时间的相分离，还可以使进水和污泥之间保持良好的接触状态，从而成为高效的厌氧处理器［4］。EGSB反应器颗粒污泥具有良好的沉降性能，可以防止污泥随出水流失，同时可以最大限度地维持反应器内滞留高活性的污泥，保证了在较高有机负荷和水力负荷条件下反应器仍能有效去除废水中的有机物［5］。1.2试验材料本试验研究的阶段为厌氧阶段，污泥接种采用九江酒厂污水处理站的厌氧颗粒污泥。厌氧EGSB反应器的启动以葡萄糖（glucose）和超滤出水（UFO按CODCr=1：1配制约为2000mg·L-1的营养液），3d活化。当出水中的CODCr降解率维持在一个稳定的水准，并且能观察到一定产气时即可认为活化期结束。活化期结束以后，以葡萄糖和超滤出水按CODg∶CODUFo=1∶1加自来水配制约为2000mg·L-1的溶液作为进水。当出水的CODCr降解率达到一个稳定的水平后，将超滤出水比例提高，通过逐步加大超滤出水比例的方法来驯化污泥，同时添加葡萄糖（逐步等比例减少）并且维持进水的CODCr浓度，直至目标浓度CODCr为8000mg·L-1。1.3检测指标CODCr浓度（比色法）预估水样CODCr值，取一定量水样，加进量筒中稀释，记下稀释倍数。然后取2mL稀释水样加进消解玻璃药剂瓶中，摇匀约10s，放入CODCr消解仪中，在150℃条件下加热2h。待消解仪温度显示降至环境温度以后取出药剂瓶，用特殊试验用纸擦拭玻璃药剂瓶周围，目测玻璃药剂瓶光滑且无影响吸光度值的粉尘等后，把参比样药剂瓶和冷却后水样药剂瓶依次放入CODCr检测仪中，设定波长后检测，水样和药剂的反应原理公式［6］：书书书!#!$!%&’#()*$+!!,!*$##$-$*,,,!式中：C——硫酸亚铁铵标准溶液浓度值（mol·L-1）；V0——滴定空白样时，硫酸亚铁铵标准溶液的用量（ml）；V1——滴定水样时，硫酸亚铁铵标准溶液的用量（ml）；S——氧（1/2O）的摩尔质量（g·mol-1）1.4检测仪器与装置厌氧装置的启动时间从2014年08月06日开始。试验检测仪器：美国HACH-DRB200型消解仪、美国HACH-DR2700型CODCr检测仪；1000ml量筒；50ml量筒；CODCr水样瓶。试验装置：厌氧Ana-EG®（专利号：ZL97103569.5）反应器装置如图1-1图1-1Ana-EG®反应器现场照片2结果与讨论2.1有机负荷率（OLR）对CODCr去除效果的影响分析试验以有机负荷率为4.03kgCODCr·m-3·L-1时开始启动，此阶段我们定下进水CODCr浓度为2000mg·L-1，污泥稳定期负荷率为8~16CODCr·m-3·L-1。此阶段进水CODCr=2000mg·L-1，CODCr的去除率一直在较高的80%左右，此时说明厌氧高速EGSB反应器中的颗粒污泥在较低的负荷率环境中对有机物进行水解酸化——762016年第5期总第241期降解。逐步以增加进水CODCr浓度的方式提高容积负荷，至第37d，负荷提高约12kgCODCr·m-3·L-1时，从运行结果可以看出，系统对CODCr的去除效果有了很大幅度地降低，这是因为此阶段位于污泥驯化结束和负荷提高阶段之间，且厌氧进水中葡萄糖的添加率降低了25%，反应器中颗粒污泥对汽车生产综合污废水水质的适应需要一段时间。随着运行时间的延长，其代谢基质能力在稳定中增强，说明接种污泥可恢复活性潜力很大。图2-1进水CODCr负荷与CODCr去除效果之间的关系分析另外如上文所说，在不同条件下处理不同的废水可能需要不同性质的颗粒污泥。例如，含未酸化碳水化合物的废水处理中需要更多的产酸菌；含有毒物质废水的处理则需要对毒物有一定适应能力的颗粒污泥。此阶段因为污水原水的比例显著增大，且我们上文分析了污水中毒性对去除效率的影响，那么，图中第17~25个样品去除效率显著降低的另外一个原因可能是厌氧高速EGSB反应器中对产甲烷菌有抑制作用的物质浓度增大的缘故。2.2水力停留时间（HRT）对CODCr去除率的影响及分析试验项目启动初期，该汽车制造公司就提出项目上马时间和具体条件：试验设备占地面积要尽可能小，装置高度尽可能小于18m，为此我们在研究影响出水CODCr浓度高低的各个参数中，特别研究了水力停留时间（HRT）对出水效果的影响，如图2-2所示。从图中显然可以看出，在目标进水CODCr浓度为8000mg·L-1的条件下，HRT为2.5d时，出水CODCr去除率稳定在较高的水平，接近80%，HRT为2.0d和1.5d时，CODCr去除率依次减小。但相比较HRT为2.0d而言，HRT为2.5d条件下，CODCr没有得到理想的去除。HRT为2.0d又几乎达到了我们的试验设计最优参数，因此我们认为HRT为2.0d时可以作为最优设计参数。图2-2水力停留时间（HRT）对CODCr的去除率的影响及分析2.3F/M比率对CODCr去除率的影响及分析鉴于该汽车制造公司的实际要求，限制厌氧反应器的规格尺寸，和实际污废水的浓度，我们定期取样测定了物料/生物量（即F/M）的比值，用以检验厌氧反应器的承受负荷能力，以得到最佳的污泥负荷率。试验从启动到在实际污水浓度条件下运行，有机负荷率（OLRs）在2.15~12.5kgCODCr·m-3·d-1范围内变化，反应器对CODCr的去除效率在60％~91.9％之间波动。因水力停留时间较长，为2d，相比较于同样规模的反应器，反应器在较低的物料/生物量（F/M）比率条件下运行，比值在0.02~0.03gCODCr·gTVS-11d-1之间。根据比产甲烷活性（SMA）的测试结果（如图2-3）表明：反应器内厌氧颗粒污泥只在33.7%~54.2％潜在产甲烷能力条件下对汽车废水有机底物进行去除。这些结果表明，EGSB反应器的抗冲击负荷能力相比较于最大承受负荷能力，有很大地保留；同时由图可以看出，在环境温度较高的八月份，温度值在污泥产甲烷活性较高的温度要求范围内，相比较11月份而言，污泥的比产甲烷活性增大到1~3.5倍。图2-3在不同时间下污泥的比产甲烷活性检验结果2.4VFA/TA的比值和CODCr的去除之间的关系分析众所周知，厌氧反应系统的运行主要控制——772016年第5期总第241期参数就是挥发酸（VFA），总碱度（TA）等。较高的VFA浓度会抑制厌氧系统微生物的生物活性，同时较高的TA浓度又会中和缓冲VFA给系统带来的酸度，它们之间的这种缓冲状态通过pH值直接可以观察到。通常在厌氧系统对某污水驯化成功后，水质成分稳定的情况下，系统恶化的主要原因是VFA的高浓度大量累积所致。因此，为便于后期的中试和项目上马，我们在该类废水水质条件下，也对VFA和碳酸氢盐碱度作了研究，结果如图2-4所示。在进水CODCr浓度稳定在8000mg·L-1左右，厌氧出水稳定后，VFA试验检测值为3.8nmol·L-1，碳酸氢盐碱度的试验检测值为12.14nmol·L-1，那么VFA/TA大约稳定在0.31左右，如图所示，此时的CODCr去除率平均值为74.3，接近我们预期的去处效果。那么我们认为，在目标负荷条件下，理论上VFA和碱度（TA）有着相同的作用——指示剂作用。唯一不同的是碱度的增加对系统来说是好现象，意味着系统运行状况良好；但挥发酸就恰恰相反，条件不变，当VFA持续升高时，对系统来说确是坏现象，意味着系统运行状况有恶化的趋势，提醒我们做好预防。图中的黄色线和粉色线均为VFA/TA值曲线，可以看出，比值都基本上稳定在某一个值进行小幅上下波动。系统稳定运行时，在其他的参数基本不变的情况下，VFA/TA也会是一个较为稳定的值。正常情况下，该比值越大，越稳定，则说明系统运行状况越佳，如果该值从一个持续稳定的值突然间减小并维持，这提醒我们系统极可能有恶化趋势，应当立刻引起注意。图2-4出水总碱度/挥发酸（TA/VFA）值和CODCr去除效果之间的关系图2.5目标浓度条件下EGSB反应器对CODCr的去除结果及分析根据该汽车制造公司提出的条件要求和试验设计参数的预期处理效果，我们把目标进水CODCr浓度定在8000mg·L-1，试验观察了在此条件下，系统稳定运行后的出水效果（如图2-5所示）。如图所示，在进水CODCr浓度为8142mg·L-1时，去除效率比进水CODCr浓度为7905mg·L-1时低0.5个百分点，为74.2%。图中最低的去除效率接近71%，去除效率平均值为73.72%，没有达到浓度梯度递增阶段的57%的去除效率。分析原因，我们认为可能是在有机负荷较高阶段，浓度波动较大，系统必然会像温度波