UASB反应器处理味精生产废水的研究曹业始

第10卷1991环境化学ENVIRONMENTALCHEMISTRYVol.10,No.4July1991UASB反应器处理味精生产废水的研究曹业始张辉关李玉珍料(苏州城建环保学院环境保护系)摘要用厌氧颗粒污泥接种的UASB反应器经驯化后,仅一个月处理味精生产废水容积负荷,由生.87kgcoD/tu“·d提高到18.gkgcoD/m”·d,进料浓度CoD453o一s000mg/L,去除率约80呱,产气正常,抗负荷变化性能良好.反应器工艺设计参数:进料浓度CoD5000mg/L,容积负荷0J一!skgCoD/mo.d,去除率80肠,操作温度38土1℃。提出了处理味精生产废水的整个工艺流程和有待进一步试验解决的问题.味精生产在我国已有相当规模,但其废水处理尚没有找到简便、经济的方法〔’·,“.目前,国际上应用较广泛的上流式厌氧污泥床(UASB)反应器具有处理负荷大、设备体积小、有机物去除率较高的优点〔3’.本文介绍开发应用该过程处理味精生产废水的实验室研究结果。试验和结果1.试验装置及材料(1)静态试验500ml锥形瓶,300lnI集气袋用于气体采集,注射器测量气体体积,NaOH调节进料pH为6.8一7.2,定时摇晃反应器以增强混合作用,日加料二次,每日分析24h混合样.整个反应器装置置于电加热恒温室内,操作温度38士1℃,加料和取样时有空气进入锥形瓶内,对反应无本质上影响〔`J.该装置被用来进行UASB反,应器接种污泥的选择.(2)接种污泥一部份取自某制药厂处理该厂生产废水的UASB反应器内的细小颗粒污泥(下称颗粒污泥),其性质为:TSS19.馆/L,VSS9.29/L,SVE哟.19/L.沉降性能良好.另一部份取自苏州城西污水处理厂污泥浓缩池底部絮状污泥(下称絮状污泥),其性质为:Tss22.49/L,VSs14.29/IJ,沉降性能差,呈漂浮状.(3)废水性质人工配制的葡萄糖水其组成{·`。如表l所示,被用来进行两种接种污泥活性的比较,用UASB反应器进行污泥培养、驯化.由苏州味精总厂经酵母提取后排出的废水,经实验室分析,其水质如表2所示,与现在江苏启东农药厂工作;*,现在福州特种钢铁厂工作.2。环境化学01卷文献报道〔’湘似.如表2可见,该废水显然非复杂有机废水,适宜用UAsB反应器处理〔“,,但处理时须加以稀释.其氨氮和氯离子浓度较高,对厌氧菌会发生抑制作用〔,〕,i亥废水磷含量偏低处理时须添加.表1葡萄糖水的组成表2苏州味精厂废水主要特性Table1TheeomPositionTable2ThemaineharaeterstiesofofglueosesewagewastewaterofSuzhoumonosodiuill9tutamatefaetory成分浓度(mg/L)翻发(n葡萄糖(NH。)250`NHoCIKHZpo4NaHCO。NiCICoCIZ,000一5000感`言性状总固体(皿g/L)总挥反固体(mg/L)悬乒’门固体(几g/L)孚物挥[司体mg/L)1001001001650C。10.05棕黄色浑浊6740059320{4890FeS04微量元素BBBBBBBBBBBBBBBBBBBODSSS氯离子子氨氮氮总总的的过滤后后(mg/L)))(mg/L)))(mg/L)))22290900025750001630000500000552000}}}}}11111}}}lll3336J0()))3266000008了(力力960000UASB反应器内径0.13m,高1.18m,有效体积15.6L,连同三相分离器总体积19.6I二,RDB一W型蠕动泵控制进料流量,接种污泥为某制药厂生产规模(2.5m3),UASB反应器内厌氧颗粒污泥性质如静态试验,以整个反应器体积为汁算基准,反应器内污泥浓度9.16kg八记,国内文献〔日’推荐值为5一15kg/m3,国外文献〔’〕10一20kg八矿.试验废水性质参见静态试验部份.2.UASB反应器的起动、污泥培养、驯化和处理味精生产废水为选择UASB反应器所需的接种污泥,利l)J静态反应器进行了两种污泥的活性比较和诺曼动力学方程中常数的侧定:r=入XSK。十S,其中,—反应速变(mg/IJ·d);丫,写—分别为微生物和基质浓度(mg/L);K—最大基质反应速度常数(才`);K。—半速度常数(mg/幼.处哩葡萄晗麦水才,颗位污泥为舌性在3一记后得到恢复,COD去余率防一95%;而絮伏污泥刘惹2此左右,CJD去除率沁一80%.二者污泥比平均去余率分钊为〕一泞kgC。。左尸仗gvSS·1llTJ.o3次g。,。去余/kgvS.Sd;平均COD去除率为86%和63%.将静态反应器模拟为无回流连续搅拌釜,对诺曼动力学方程中常数求取结果:颗位污泥处理葡萄塘废水和味清废水参数分别为:K二0.通33/d,K。=284mg/L;K二0.97/d,K。二280009/L.絮伏污泥处里葡萄塘废水常数为K=口.288/d,K,二8113`叮.J/。颗位污泥活性显然强于絮状污泥,与实验结果相一致.上述实验为选择颗粒污泥为UASB反应器接种污泥提供了理论依据.主要操作和运转参数见表3。(1)污泥培养进料为人工配料葡萄糖废水.按COD去除率大于70%为依据逐步增加容积负荷.此阶段时产气情况较差,可能与反应器内未设搅拌器导致混和情况较差有关.(2)驯化4期曹业始等:UASB反应器处理味精生产废水的研究表3三个试验阶段的操作参数Table3OPerationalParameters一{uringthreeexP(rimentalstages进料COD(mg/L)容积负荷(kgCOD/班“·d)污泥负荷(kgCOD/kgvss·d)c0D去除率(叻)停留时间阶段污泥培养驯化处理味精废水1500—45001030一29501760一49701。45一3。01。76一3。811。88一18。90。16一0。330。19一0。410.20一2。0556一一8060一8060—8865一8519一3816一2424一6.4将味精生产废水引入反应器,按味精生产废水COD占进料总C()D的10%,20%,4。%,60%,70%,0]o%阶梯式增加进料中味精废水所占的比重.亦按COD去除率大于70%作为提高味精废水比重的依据.随着每次味精废水比重的增加,C()1〕去除率和产5000r一—一了,3。。。}}明一一一了~曰{恐}}、矛尸占}裤l000L!’1篮{\、___}19。长1丫J习,矿双、不创、}】吕}V去}J。。父。。…,-夕}一了登{}一月}旦叮{_户“产一一一一、一/2’}__日()Ll一},ZU、夕!/}!曰{/!乍O0{洲`}书。巴1~一/入广一-一2~一奋1」坦一·一—--孺产一一侧J。城几)刃几少`1_夕J,J曰,,,、脚t叹a)伸(I\助日à匀O切赛圳ǎP·丙日\m日à犷化训气量下降然后逐步上升.随着进料体积流量的增加,水力停留时间减少,混和增强产气情况改善,COD去除率可稳定在80%左右.(3)处理味精废水此阶段共历时一个月.各项参数见图1.COD容积负荷由2.87增加到zs.gkgCOD/ni3·d停留时间最小仅为6.4h.处理负荷为目前报道的处理味精废水的消化池的2一3倍〔“,`““.起动时间与絮状污泥接种所需45一80d〔’`。相比大为缩短.进料COD浓度由176omg/L提高到5000mgl/J.高浓度进料有助于提高容积负荷、减小稀释比,但去除率稍有下降,但仍可维持80%左右.团1The处理味精废水阶段参数F19.1ofParametersforthetreatmentmonosodiumglumatatewastewater为了考察反应器抗负荷变化性能,试验过程一度采用白天进料、夜间停止的间歇操作方式,图飞中较低的去除率即由此导致,但一般再次进料后经二小时后开始恢复运转,表现为产气量很快上升,一般5一6h回升至正右6·。污泥培乔,驯化。处理味精废水常值。经分析UASB出水BOD。/COD”0.3.说明为了进一步降低出水COD浓度,在UASB反应器后再接好氧处理装置仍是可能的.(4)产气情况整个起动阶段气体平均转化系数为0.3一o.4m丫kgCOD去除,气体甲烷成分60一80%(体积),污泥产甲烷活性由静态试验中的103mlCH4(STP)/gVSS·d,上升到最高值达605m!CH;(ST)P/g’VS.Sd,几乎为前者的六倍.厂沂l,靡l献lZOr1一{;兮护,日\。日à嘲投犷恢4t)容积负仙8101:之l盛之CO下)扮n13·d)图2客积负荷与气体产量的关系RelationbetweenvolumetrieloadihgandgasProduetion图2表示整个起动过程中容积负荷与产气量的线性增长关系.当容积负荷大于、1410卷22环境化学10卷kgCOD/m“·d,产气量仍未呈下降趋势,COD(mg/l)3004005006007()08(}O...1,1...}}}};。yssss一一日、.1、5555卜卜卜...11111ǎ日à侧艇噢送TSS或VSS(g/1)田3污泥浓度和COD沿床层高度的分布F10.3TheeoneentrationProfileofmeasuredsludgeandCODagain3tthereaetorheight表明了进一步增加容积负荷是确实可能的。由图2观察到对于相同的容积负荷,味精生产废水产气量大于人工配制的葡萄糖水产气量,说明用厌氧UASB过程处理味精废水产气性能良好,与静态试验情况相同.(5)污泥沿床层的浓度分布和颗粒成长图3为实测污泥沿床层浓度分布和COD去除率沿床层变化.反应器底部污泥浓度大于4okg/m,.进料COD为2772mg/L时,通过仅Zocm床层高度即下降到760mg/L,去除率已达73%.说明污泥床层对污染物降解起主要作用.随着污泥浓度沿床层降低,vSS/Tss相应增加,与一些研究者报道情况相同〔。“.试验数据表明,随着水力负荷增加,悬浮床床层污泥浓度增加。本试验数据表明污泥床呈活塞流流型,而悬浮床层具有全混釜特征,二者之间存在返混。图4表示经二个多月运转后,污泥床层底部污泥已经由原先微小颗粒长成直径。.5一2.smm的颗粒污泥.由于较大颗粒容易沉淀,能承受较大的水力负荷,常被认为是高速UASB系统的特征之一图5表示了不同开车阶段污泥床层高度与水力负荷的关系.当水力停留时间由40h减少到12h时,在早期试验阶段污泥床膨胀比为10Q%,中期该值为75%,后期仅为20%.尽管中、后期产气量大大高于早期,本试验后期污泥床层具有一定程度的固定床型态.当然进一步增加水力负荷床层可能再次膨胀。漆禅举黔擞蕊瓜场图4F19.试验后期VASB反应器底部颗粒污泥GranularsludgeatofUASBreaetorattheend,h夕UIbottomxPeriment污泥的带出对UASB过程具有两方面的作用.开车阶段沉降性能较差的污泥的流出有利于床层内污泥的“颗粒化”,这类污泥的流出机制被称之为污泥的“第一类选择压力”〔,`J。但随着床层内污泥颗粒化或粒径的增大,污泥的流出逐渐减小,并得到应有的控制。国内外一种看法是将污泥的带出直接与床层的产气情况相关联,认为呈正相关关系〔,一`,,.若以出水TSS间接表示污泥带出量,而本试验水力停留时间与产气情况的对应关系为前者越大,后者越小,则图6表示的开车早期阶段出水TSS与水力停留时间关系与文献说法相一致。为了在更广泛试验范围内考察二者关系,可将整个开车阶段产气量与污泥带出加以曹业始等:UASB反应器处理味精生产废水的研究、、切已沂3000的卜节召2000。L一曰一……又。。30CZ10ǎ日uà侧饱送噢卿犯13020040水力停留时间()h水力停留时间)(h圈5不同时间床层膨胀与水力负荷的关系p19.5RelationbetweensludgebedexPansionandhydraulicloaidngindiffeerntexPerimentalPeriod图6出水rSS与水力停留