次毫米过滤组件耦合厌氧反应器处理高浓度有机废水研究雷达

Dec．2011现代化工第31卷第12期ModernChemicalIndustry2011年12月次毫米过滤组件耦合厌氧反应器处理高浓度有机废水研究雷达，崔燕平，徐洪斌，邢传宏，魏锐(郑州大学水利与环境学院，河南郑州450001)摘要:采用次毫米过滤组件与厌氧反应器相耦合的方法处理模拟高质量浓度有机废水，研究了次毫米过滤组件孔径、反冲洗时间和容积负荷对出水水质的影响。3个月的试验运行结果表明，次毫米过滤组件孔径对出水水质影响最大，容积负荷次之，次毫米过滤组件的反冲洗时间最小。关键词:次毫米过滤组件;厌氧反应器;出水水质;孔径;反冲洗时间;容积负荷中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:0253－4320(2011)12－0078－05Sub-millifiltrationmodulecoupledwithanaerobicbioreactorforhigh-strengthorganicwastewatertreatmentLEIDa，CUIYan-ping，XUHong-bin，XINGChuan-hong，WEIRui(WaterConservancyandEnvironmentalEngineering，ZhengzhouUniversity，Zhengzhou450001，China)Abstract:Theperformanceofasub-millifiltrationmodulecoupledwithanaerobicbioreactorisappliedtohigh-strengthorganicwastewatertreatment．Theeffectsofporesize，backwashingdurationandvolumetricloadingoneffluentqualityareinvestigated．Threemonthsoftrialoperationresultsindicatethatthesignificanceinadecreasingorderisporesize，volumetricloadingandbackwashingduration，respectively．Keywords:sub-millifiltrationmodule;anaerobicbioreactor;effluentquality;poresize;backwashingduration;volumetricloading收稿日期:2011－06－18作者简介:雷达(1986－)，男，硕士生，研究方向为水污染控制理论与技术，[e-mail];邢传宏(1969－)，男，博士，教授，从事环境工程方面研究，通讯联系人，[e-mail]。厌氧生物处理是利用厌氧微生物的代谢过程，在无需提供氧气的情况下把有机物转化为无机物和少量的细胞物质，这些无机物主要包括大量的沼气和水［1］。由于该技术能把污染环境的有机物转变成使用方便的沼气能源，并且工艺耗能低，污泥生成量少，所以越来越受到人们的广泛重视。在厌氧生物处理工艺发展过程中，反应器是发展最快的领域之一［2］，其发展大致经历了3个时代。即第一代厌氧反应器(传统的厌氧反应器)、第二代厌氧反应器(以升流式厌氧污泥床反应器UASB为代表)、第三代厌氧反应器(以厌氧内循环反应器IC为代表)［3］。目前已经商用的厌氧反应器都能够在将水力停留时间和污泥停留时间分离的基础上，使进水和污泥之间保持充分接触，从而既能保持大量的厌氧活性污泥，又能使泥水充分混合［4－5］。但是反应器结构较复杂、泥水混合不很均匀，操作系统不稳定，气、液、固三相分离效果也不够理想。本次试验用次毫米分离组件和厌氧反应器相耦合的方法处理模拟高浓度有机废水，使气体优先分离、固液顺序分离，突破传统三相分离器的限制，泥水充分混合，从而提高反应器的处理效率［6］。但是关于次毫米过滤组件孔径、反冲洗时间和容积负荷对厌氧反应器出水水质的影响研究尚未见报道。本文重点探讨了次毫米过滤组件孔径、反冲洗时间和容积负荷对出水水质的影响。1材料和方法1.1试验装置与材料1.1.1试验装置厌氧反应器总容积64L，有效容积54L。反应器分为主反应区和固液分离区2部分，与过滤组件配合，出水采用泵抽，流量由蠕动泵控制。试验装置工艺流程如图1所示。次毫米过滤组件为4根不锈钢柱构成的圆柱，外围是不锈钢筛网，要求污水只能从不锈钢筛网滤过，进入组件空腔，后从不锈钢骨架上连接的导流软管流出，次毫米过滤组件孔径范围在0.01～1.00mm。·87·DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2011.12.0252011年12月雷达等:次毫米过滤组件耦合厌氧反应器处理高浓度有机废水研究图1厌氧反应器装置示意图1.1.2试验用水采用人工配水，以葡萄糖为基质，按m(COD)∶m(N)∶m(P)=200∶5∶1添加各种大量营养元素，氮、磷分别由(NH4)2CO3、NH4Cl、KH2PO4和酵母膏提供。微量元素配方见表1(微量元素按1mL微量元素母液/gCOD添加)。为保证反应器有足够的缓冲能力，配水中加入适量的NaHCO3进行碱度调节。人工配水COD质量浓度范围在2000～6000mg/L。表1微量母液元素组成mg/L药品名称FeCl3·6H2OCoCl2·6H2OMnCl2·4H2OZnCl2·7H2ONiCl2·6H2O质量浓度6.04.02.00.22.0药品名称CuSO4·5H2OEDTAH3BO3(NH4)6Mo7O24·4H2O36%HCl质量浓度0.22.00.10.22mL1.1.3接种污泥接种污泥取自某制药厂污水站内循环厌氧反应器(IC)刚接种的厌氧颗粒污泥，MLVSS/MLSS≈0.55，反应器接种污泥量约为11kg/m3，污泥床高约70cm。1.2监测项目和方法监测项目和方法如表2所示。表2试验监测项目及方法监测项目测定方法主要仪器、型号COD微波消解重铬酸钾法微波消解仪SS重量法(GB11901—89)［7］鼓风恒温干燥箱(101－1A)电子天平(FA1004)全玻璃过滤器1.3试验控制系统试验采用中温发酵，利用辅助加热方式将反应器温度控制在(36±1)℃。反应器集气区的负压和沉淀区的间歇曝气可由真空表、压力表、电磁阀及时间继电器等实现自动控制。2结果分析与讨论2.1反应器的启动阶段反应器启动阶段维持了1个月，进水COD质量浓度由2000mg/L逐步提高到6000mg/L，进水负荷由1.8kgCOD/(m3·d)逐步提高到4.32kgCOD/(m3·d)，去除率稳定在80%［8］以上，启动阶段运行状况良好。2.2反应器的正常运行阶段在正常运行阶段，进水COD质量浓度在6000mg/L左右，采用逐步增加进水量来提高反应器的容积负荷，在容积负荷达到4.32kgCOD/(m3·d)后，每次负荷提高幅度为20%，每个负荷段稳定5～7d，控制COD去除率大于70%。当容积负荷提升至12.96kgCOD/(m3·d)时，COD去除率在72%～88%之间，稳定运行后去除率可稳定在80%以上。2.3次毫米过滤组件孔径大小对出水水质的影响在进水COD质量浓度为6000mg/L，容积负荷为12.96kgCOD/(m3·d)时，组件孔径变化与COD的去除率以及最终出水COD的关系如图2。●—出水COD;▲—COD去除率图2组件孔径和出水COD及COD去除率的关系櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆(上接第77页)［10］StcklmayerCh，HflingerW．Simulationofthefiltrationbehaviorofdustfilters［J］．SimulationPracticeandTheory，1998，6(3):281－296．［11］HiiflingerW，StiicklmayerCh，Hack1A．ModelCalculationoftheCompressionBehaviourofDustFilterCakes［J］．Filtration＆Sepa-ration，1994，31(8):807－811．［12］ChoiJoo-Hong，HaSoon-Jong，JangHyuk-Jin．Compressionproper-tiesofdustcakeoffineflyashesfromafluidizedbedcoalcombus-toronaceramicfilter［J］．PowderTechnology，2004，140(1):106－115．［13］付海明，亢燕铭．粉尘沉积形成滤饼结构的分形研究［J］．过滤与分离，2008，18(2):4－7．［14］张卫东，王庚，葛亚勤，等．一种袋式除尘器中滤饼的固定方法:中国，201010272804．9［P］．2010－09－03．［15］刁静静．羧甲基纤维素钠［J］．肉类研究，2010(3):66－68．■·97·现代化工第31卷第12期由图2可知，以上4个不同孔径的次毫米过滤组件COD去除率均是第一天最好，然后逐渐下降，最后趋于稳定。其中孔径为54μm时，COD去除率变化最大，这是因为组件孔径越小，其上面形成的动态膜就越紧凑。由于出水采用蠕动泵抽吸，随着时间的增加组件内的负压变大，容易导致动态膜破坏，从而降低了COD去除率。孔径为76μm时，COD去除率最稳定，保持在80%以上。可见在进水COD质量浓度为6000mg/L、容积负荷为12.96kgCOD/(m3·d)时，为得到稳定高效的COD去除效果，选用76μm的次毫米过滤组件最佳。赵立健等［9］关于厌氧自生动态膜生物反应器处理生活污水的研究发现，用规格为400g/m2的无纺布(其膜的表面积为0.14m2)组件处理COD质量浓度为400mg/L的生活污水时，出水COD平均质量浓度为38.4mg/L，平均去除率为89.5%。该试验说明了在厌氧条件下，次毫米分离组件对低质量浓度生活污水中的COD具有较好的去除效果，但是没有针对高质量浓度废水进行相应的试验研究，而本次试验是用次毫米分离组件和厌氧反应器相耦合的方法处理模拟高质量浓度有机废水，在进水COD质量浓度为6000mg/L，容积负荷为12.96kg/(m3·d)时，其COD去除率在75%～85%。说明了在厌氧条件下，次毫米分离组件对高浓度有机废水中的COD也有较好的去除效果。另外，卢进登等［10］在关于微网动态膜生物反应器对污染物的去除效果研究中，通过在组件下方连续曝气发现，COD的去除率与组件孔径大小有非常显著的相关性，都是孔径越小越好，但是200目(对应孔径为75μm)和300目(对应孔径为60μm)的不锈钢网之间的这种差异并不大［11］，在混合液COD质量浓度为670mg/L时，200目的出水COD质量浓度为124mg/L，300目的出水COD质量浓度为30mg/L;在混合液COD质量浓度为1375mg/L时，200目的出水COD质量浓度为338mg/L，300目的出水COD质量浓度为183mg/L。从中可以看出混合液COD越高，2种不锈钢组件的差异就越小。而本次试验针对高浓度有机废水进行研究时，也出现类似的现象，说明了次毫米过滤组件在好氧和厌氧条件下没有太大的差别。但是卢进登等在研究中采用的出水方式是重力出水，其出水COD随时间的增加变化很小，而本次试验采用的出水方式是用蠕动泵抽吸，随着时间的增加，孔径越小的组件其出水COD变化幅度越大，所以在进水COD质量浓度为6000mg/L，容积负荷为12.96kg/(m3·d)时，次毫米过滤组件的孔径并不是越小越好，而是在76μm时出水COD效果最好。在进水COD质量浓度为6000mg/L，容积负荷为12.96kg/(m3·d)时，组件孔径变化和出水SS的关系如图3。图3组件孔径和出水SS的关系由图3可知，组件孔径越小，出水SS初始值越低，其出水SS变化幅度越大。综合来看，孔径为76μm