低温低有机物浓度下EGSB反应器的运行特性董春娟

低温低有机物浓度下EGSB反应器的运行特性董春娟1，2，耿炤宇3，吕炳南2(1．太原大学环境工程系，山西太原030009;2．哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨150090;3．太原理工大学环境科学与工程学院，山西太原030024)摘要:在10℃左右的低温、100～500mg/L的低有机物浓度下，考察了EGSB反应器的运行效果，并分析了液体上升流速、HRT和有机负荷率等运行参数的影响。结果表明:在温度为10℃左右、COD为100～500mg/L、HRT为1．7h、液体上升流速为2．8m/h的条件下，EGSB反应器能够获得70．33%～86．67%的COD去除率;液体上升流速明显影响着EGSB反应器的运行效果，在不同的运行条件下，EGSB反应器均存在着最佳的液体上升流速;在温度为10℃左右、COD为400mg/L的条件下，EGSB反应器的最佳HRT为1．7h、进水有机负荷为10～15kgCOD/(m3·d)，此时对COD的去除率高达81．84%～85．70%。关键词:EGSB反应器;低温;低有机物浓度;液体上升流速;HRT;有机负荷率中图分类号:X703文献标识码:C文章编号:1000－4602(2011)01－0096－04基金项目:山西省科技攻关项目(2007031101－1);山西省高校科技发展项目(20071097);太原市科技发展计划项目(07021003)PerformanceCharacteristicsofEGSBReactoratLowTemperatureandLowOrganicConcentrationDONGChun-juan1，2，GENGZhao-yu3，LVBing-nan2(1．DepartmentofEnvironmentalEngineering，TaiyuanUniversity，Taiyuan030009，China;2．SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150090，China;3．CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering，TaiyuanUniversityofTechnology，Taiyuan030024，China)Abstract:Theoperationefficiencyofexpandedgranularsludgebed(EGSB)reactoratlowtem-peratureofabout10℃andloworganicconcentrationof100to500mg/Lwasinvestigated，andtheeffectsofliquidup-flowvelocity，HRTandorganicloadsontheEGSBperformancewereanalyzed．TheresultsshowthattheCODremovalrateof70．33%to86．67%canbeobtainedintheEGSBreactorattemperatureof10℃，influentCODof100to500mg/L，HRTof1．7handliquidup-flowvelocityof2．8m/h．Liquidup-flowvelocitydistinctlyaffectstheperformanceoftheEGSBreactor．Underdifferentoperationconditions，anoptimalliquidup-flowvelocityisalwayskeptintheEGSBreactor．Atlowtem-peratureof10℃andinfluentCODof400mg/L，theoptimalHRTandorganicloadingrateare1．7hand10to15kgCOD/(m3·d)respectively．TheCODremovalrateof81．84%to85．70%canbea-chieved．Keywords:EGSBreactor;lowtemperature;loworganicconcentration;liquidup-flowve-·69·第27卷第1期2011年1月中国给水排水CHINAWATER＆WASTEWATERVol．27No．1Jan．2011locity;HRT;organicloadingrate厌氧处理与传统的好氧处理技术相比具有巨大的优势:厌氧处理过程中不需要氧，而且所产生的剩余污泥比好氧处理过程少［1］。因此，曝气和污泥处置费用这两项与废水好氧处理有关的最大的费用将会被节省;与此同时，厌氧处理过程还能产生甲烷。但迄今为止，实际应用的厌氧反应器的温度均严格限制在18℃以上，而许多实际废水的温度往往是低于此温度范围的，为了保证其被有效处理，常常需要加热，这是极不经济的［2］;另外，许多废水，例如瓶装酒精或苏打饮料厂的生产废水中COD浓度常常低于1000mg/L，并且往往是低温的，在不加热的情况下对这些废水成功地进行厌氧处理可以有效减少运行费用和能量需求。EGSB反应器作为第三代厌氧反应器的代表，具有独特的水力条件，并且在反应器内形成了特殊结构的颗粒污泥，在处理低温、低有机物浓度的废水方面具有潜在优势［3～5］。为此有必要对EGSB反应器在低温、低有机物浓度下的运行特性进行分析，以确定其处理此类废水的高效性及稳定性。1材料与方法1.1试验装置与方法试验用EGSB反应器总体积为16．5L，内径为90mm，高径比为19∶1，反应区的体积为10．0L。具体工艺流程见图1。图1EGSB反应器Fig．1SchematicdiagramofEGSBreactor反应器进水和回流水分别用泵提升至高位水箱，将二者合流后经水浴锅加热进入反应器。反应器外部裹有保温材料。将水银温度计插入反应器中部取样口以准确指示反应器内的温度。试验中将EGSB反应器内的温度维持在10℃左右，具体分析了进水有机物浓度、液体上升流速、HRT、有机负荷等对EGSB反应器运行效果的影响。1.2试验用水反应器进水采用瓶装啤酒、氯化铵、磷酸二氢钾、蔗糖、氯化钙、硫酸镁、硫化钠等配制而成，并按Fe2+∶Co2+∶Ni2+=10∶1∶2(质量比)加入适量微量营养物质。进水的主要水质指标如下:COD为100～4000mg/L，NH+4－N为4．6～159．7mg/L，TN为5．6～203．1mg/L，TP为2．1～52．5mg/L，pH值为5．5～8．0。1.3分析项目与方法COD采用重铬酸钾法测定;pH采用PHS－3C酸度计测定;VFA和碱度采用滴定法测定。2结果与讨论2.1进水有机物浓度的影响在温度为10℃左右、HRT为1．7h、液体上升流速为2．8m/h的条件下，连续观测进、出水中COD浓度的变化，结果见图2。图2不同进水COD浓度下反应器的运行效果Fig．2OperationofEGSBreactorunderdifferentinfluentCODconcentrations由图2可知，当进水COD为150～500mg/L时，对COD的去除率基本维持在80%以上;即使当进水COD＜150mg/L时，对COD的去除率也能达到70%以上;出水COD基本保持在25～83mg/L。由此说明，采用EGSB反应器处理低温、低有机物浓度的废水是可行且高效的。分析原因为，一方面反应器内形成了高活性、沉淀性能良好的颗粒污泥，而且污泥浓度很高，达到了41．47gMLSS/L;另一方面，反应器内较高的液体上升流速保证了泥水间以及颗粒污泥内外的高效传质。·79·．watergasheat．com董春娟，等:低温低有机物浓度下EGSB反应器的运行特性第27卷第1期2.2液体上升流速的影响高液体上升流速是保证EGSB反应器内高效传质的重要因素，但液体上升流速过高时，过大的剪切力会对颗粒污泥造成破坏。试验中，在进水COD为400mg/L左右，温度为15℃左右，进水流量分别为4．8、9．6和17．8L/h的情况下，考察了液体上升流速对COD去除率的影响，具体见图3。可以看出，在不同的进水流量下，EGSB反应器均存在最佳的液体上升流速;而且，随着进水流量的提高，对应的最佳液体上升流速也呈现上升趋势，分别为3．6、3．9和4．6m/h。图3液体上升流速对COD去除率的影响Fig．3Influenceofliquidup-flowvelocityonCODremovalrates另外，从图3还可以看出，对于4．8L/h的低进水流量，液体上升流速从3．6m/h降至3．3m/h或升至3．9m/h时，对COD的去除率降幅分别为2．67%和3．79%;而对于9．6和17．8L/h的中、高进水流量，液体上升流速分别从3．9和4．6m/h降至3．3和4．2m/h，或者升至4．2和5．0m/h时，对COD的去除率降幅明显减小，分别为(0．48%、1．18%)和(0．74%、1．10%)。所以，处理低温、低有机物浓度的废水时，在中、高进水流量下采用稍低于最佳的液体上升流速时，同样也能获得理想的COD去除效果。2.3HRT的影响在进水COD为400mg/L左右、温度为10℃的条件下，将HRT从3．4h逐渐降至1．7和0．9h，每种HRT下稳定运行4d，考察HRT对反应器运行效果的影响，并与35℃中温条件下的运行效果进行对比。结果表明，当HRT从3．4h降至1．7h时，在10℃的低温下对COD的去除率明显降低，从91．54%降至85．70%;而在35℃的中温下对COD的去除率亦下降明显，从91．97%降至86．50%。当HRT从1．7h降至0．9h时，在10℃下对COD的去除率降幅较大，从85．70%降至76．70%;而在35℃下对COD的去除率变化并不明显，从86．50%略降至85．32%。综合考虑，采用EGSB反应器在低温条件下处理低有机物浓度的废水时，适宜的HRT为1．7h，而在中温条件下适宜的HRT为0．9h。2.4有机负荷的影响试验分析了不同温度时进水有机负荷和液体上升流速对COD去除率的影响，以进一步确定EGSB反应器处理低温(10℃左右)、低有机物浓度(400mg/L左右)废水时的最佳有机负荷。结果表明，在10℃左右的低温条件下，进水有机负荷越高，则对COD的去除率降低越明显，获得最佳COD去除率所需的液体上升流速越大。在进水有机负荷为10kgCOD/(m3·d)、液体上升流速为2．8m/h的条件下，当温度由35℃降至10℃时，对COD的去除率从86．50%降至84．02%，将液体上升流速进一步提升至3．9m/h后，10℃下对COD的去除率可提高到85．70%;但在进水有机负荷为20kgCOD/(m3·d)左右、液体上升流速为3．0m/h的条件下，当温度由35℃降至10℃时，对COD的去除率降低更明显，从86．36%降到了68．91%，将液体上升流速进一步提升至4．6m/h后，10℃下对COD的去除率可提高到76．70%。另外，EGSB反应器在进水有机负荷为15kgCOD/(m3·d)下的运行效果表明，当液体上升流速为4．0m/h时能获得81．84%的COD去除率。所以，当处理低温、低有机物浓度的废水时，EGSB反应器宜采用的有机负荷为10～15kg-COD/(m3·d)。3结论采用EGSB反应器处理低温、低有机物浓度的废水是可行且高效的。在温度为10℃左右、COD浓度为100～500mg/L、HRT为1．7h、液体上升流速为2．8m/h的条件下，EGSB反应器能够获得70．33%～86．67%的COD去除率。液体上升流速对EGSB反应器运行效果的影响明显，在不同的运行条件下，EGSB反应器均存在最佳的液体上升流速。在低温(10℃左右)、低有机物浓度(400mg/L左右)下，EGSB反应器的适宜HRT为1．7h、进水有机负荷为10～15kgCOD/(m3·d)。(下转