李術(shù)標

(廈門聯(lián)創(chuàng)達科技有限公司,福建 廈門 361000)

IC反應(yīng)器處理洗毛廢水啟動研究

李術(shù)標

(廈門聯(lián)創(chuàng)達科技有限公司,福建 廈門 361000)

試驗研究了IC反應(yīng)器處理洗毛廢水的啟動過程。接種污泥采自嘉興市某造紙膨脹顆粒污泥床(EGSB)反應(yīng)器，接種量為20L左右。研究結(jié)果表明，采用連續(xù)進水，保持進水COD濃度不變，通過改變進水速度以提高容積負荷的方式可在37d完成IC反應(yīng)器的啟動，容積負荷能達到8kgCOD/(m3.d)，COD的去除率可達70%～0%。啟動過程中，VFA的濃度逐漸降低，反應(yīng)器穩(wěn)定運行時，VFA的濃度穩(wěn)定在200mg/L左右。啟動結(jié)束后，IC反應(yīng)器內(nèi)的成熟顆粒污泥沉降性能良好，顏色深黑色，粒徑較大，其中粒徑在2～4mm之間的占了約51%。

IC反應(yīng)器；洗毛廢水；顆粒污泥；VFA

內(nèi)循環(huán)(Internal Circulation，IC)厭氧反應(yīng)器是荷蘭PAQUES公司于20世紀80年代中期開發(fā)的第3代高效厭氧反應(yīng)器[1,2]。IC反應(yīng)器由2層相似于UASB反應(yīng)器串聯(lián)而成，通過內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)和分級處理技術(shù)解決了UASB存在的問題，具有占地少、容積負荷高、抗沖擊能力強、運行穩(wěn)定等特點，已成功用于啤酒生產(chǎn)、食品加工、造紙廢水、檸檬酸廢水等高濃度工業(yè)廢水處理[3～8]。利用IC反應(yīng)器處理洗毛廢水鮮見報道。

反應(yīng)器的啟動是處理廢水的前提，在很大程度上影響廢水處理效果及成本。厭氧微生物對環(huán)境條件變化敏感，造成厭氧反應(yīng)器啟動周期一般較長，短的三個月，長則半年甚至一年，嚴重影響了厭氧處理工藝在工程中的應(yīng)用。本試驗以毛紡企業(yè)洗毛廢水為基質(zhì)，探討IC反應(yīng)器啟動工藝條件，以期為IC反應(yīng)器用于洗毛廢水處理工程的快速啟動提供參考。

一、材料和方法

(一)試驗裝置

試驗所用的IC反應(yīng)器由有機玻璃制成，內(nèi)徑為30cm，總體積100L，徑高比約為5，內(nèi)部設(shè)有兩個三相分離器，分別位于中部和上部，將反應(yīng)器分為第一處理區(qū)和第二處理區(qū)。反應(yīng)器頂部設(shè)有氣液分離器。IC反應(yīng)器由蠕動泵從底部進水，出水從頂部出口重力流出。試驗裝置如圖1所示。

圖1 試驗裝置示意圖

(二)進水水質(zhì)及接種污泥

試驗采用的啟動廢水為某毛紡企業(yè)的實際洗毛廢水，主要的水質(zhì)指標如下：COD 8 000～12 000mg/L，BOD5 3 200～5 000 mg/L，pH 6.8～7.2。啟動過程中保持進水的COD穩(wěn)定，通過改變進水量來調(diào)節(jié)反應(yīng)器的容積負荷。初始的容積負荷定為5kgCOD/m3·d，穩(wěn)定一段時間，待出水COD的去除率穩(wěn)定在80%以上，逐漸提高反應(yīng)器的容積負荷，每次提高約10%～40%，一直到設(shè)計負荷。

接種污泥采自嘉興市某造紙膨脹顆粒污泥床(EGSB)反應(yīng)器，其揮發(fā)性懸浮固體物(VSS)為4.03%(質(zhì)量分數(shù))。污泥接種量為20L左右，約占反應(yīng)器總?cè)莘e的20%。

(三)分析項目方法

COD、BOD5和VSS的測定采用標準方法；pH采用PHS～25型酸度計測定。

揮發(fā)性有機脂肪酸(VFA)測定采用滴定法。

二、結(jié)果與討論

(一)啟動過程有機負荷控制和COD去除

適應(yīng)期是污泥培養(yǎng)和進料的啟動階段，容積負荷不宜過高。傳統(tǒng)厭氧反應(yīng)器采用低進水濃度和流量的啟動方式，啟動負荷一般都小于2kgCOD/(m3·d)[9]。為了縮短IC反應(yīng)器的啟動時間，本實驗的初始負荷定為4kgCOD/(m3·d)左右，進水COD約為10 000mg/L-1。啟動初期，微生物處于適應(yīng)階段，COD的去除率一直不高，在15%～35%之間，并且波動較大。隨著時間的推移，COD的去除率逐漸的提高，到了第7天COD的去除率第一次超過70%，此后幾天COD的去除率維持在70%以上，具體情況如圖2所示。

圖2 容積負荷控制與COD去除率變化

負荷提高期，通過調(diào)節(jié)進水流量，提高反應(yīng)器容積負荷。首次提高容積負荷10%，使反應(yīng)器負荷提高至4.4kgCOD/(m3·d)左右，發(fā)現(xiàn)有容積負荷的提高對COD的去除效率幾乎沒有影響，仍然維持在70%以上。繼續(xù)提高容積負荷至5kgCOD/(m3·d)左右，COD的去除效率仍然維持在70%以上，說明經(jīng)過一段時間的適應(yīng)和馴化，污泥已初步適應(yīng)了處理的水質(zhì)，活性有了較大程度的提高?？紤]污泥的活性已有較大程度的提高，容積負荷直接從5kgCOD/(m3·d)提高到7kgCOD/(m3·d)左右，結(jié)果COD的去除率迅速下降至30%左右。反應(yīng)器保持負荷7kgCOD/(m3·d)左右繼續(xù)運行， COD的去除率開始逐漸上升，第6天COD的去除率上升到39%，第8天COD的去除率達到53%，第11天COD的去除率達到72%，此后COD的去除率一直維持在70%以上。此階段污泥的代謝活動增強，容積負荷不斷提高，產(chǎn)氣量明顯增多，反應(yīng)器內(nèi)上升流速增快，分散的絮狀污泥被逐漸洗出，顆粒污泥形成，污泥培養(yǎng)馴化基本完成。

滿負荷運行期，將反應(yīng)器的容積負荷提高到8kgCOD/(m3·d)左右，COD的去除率穩(wěn)定在70%～75%之間，出水水質(zhì)穩(wěn)定。此時標志著IC反應(yīng)器啟動完成，反應(yīng)器內(nèi)部形成沉降性能良好的顆粒污泥。

(二)啟動過程VFA變化情況

VFA是厭氧發(fā)酵過程的中間產(chǎn)物，是厭氧工藝中的重要指標之一，能準確快速反映反應(yīng)器的內(nèi)部環(huán)境，避免酸化產(chǎn)生，考察啟動過程VFA的積累情況具有重要的意義[10]。IC反應(yīng)器的啟動過程中對VFA進行了監(jiān)測，具體結(jié)果如圖3所示。

圖3 啟動過程VFA變化

啟動初期7d以內(nèi)，VFA的濃度較高，介于390～480 mg/L。啟動初期由于產(chǎn)甲烷菌數(shù)量較少，活性較低，不能及時分解VFA，導(dǎo)致了VFA的積累。隨著反應(yīng)的進行，甲烷菌的數(shù)量增多，活性增強，VFA的濃度逐漸降低。第19d VFA濃度突然升高到412 mg/L，這主要是因為容積負荷升高2kgCOD/(m3·d)，大量VFA產(chǎn)生。穩(wěn)定容積負荷繼續(xù)運行，VFA濃度逐漸降低，反應(yīng)器穩(wěn)定運行時，VFA的濃度穩(wěn)定在200mg/L左右。

(三)顆粒污泥粒徑分布變化

在IC反應(yīng)器啟動過程中，從反應(yīng)器中取得4個污泥樣品。樣品A：接種污泥；樣品B：反應(yīng)器運行10d后取得；樣品C：反應(yīng)器運行20d后取得；樣品D：反應(yīng)器運行37d后取得。對不同時期取得的顆粒污泥粒徑分布情況進行測定，結(jié)果見圖4所示。

圖4 顆粒污泥粒徑分布

由圖4可看出，隨著反應(yīng)器運行的進行，顆粒污泥的粒徑逐漸變大。樣品A中顆粒污泥的粒徑基本上都小于2mm，其中粒徑小于1mm的占到了約65%，而粒徑在2～3mm之間的僅占了不到10%，未有粒徑大于3mm的顆粒出現(xiàn)；樣品B中顆粒污泥粒徑小于1mm約占25%，粒徑在2～3mm之間的占了約38%，說明污泥顆粒在逐漸變大；樣品C中顆粒污泥粒徑小于1mm約占18%，粒徑在2～4mm之間的占了約51%，甚至出現(xiàn)了粒徑大于5mm的污泥顆粒；相比于樣品C，樣品D粒徑的分布沒有發(fā)生很大的變化，只是小于1mm的污泥顆粒有所減少至16%左右，這可能有兩個方面的原因，一是小粒徑污泥繼續(xù)增大為粒徑較大的污泥；另外這可能由于反應(yīng)器在較大容積負荷的情況下運行產(chǎn)生的大量的氣體，在循環(huán)的過程中部分粒徑較小的污泥被沖洗出反應(yīng)器。

三、結(jié)論

(一)采用連續(xù)進水，保持進水COD濃度不變，通過改變進水速度以提高容積負荷的方式快速啟動IC反應(yīng)器，經(jīng)過37d的啟動，處理洗毛廢水容積負荷能達到8kgCOD/(m3·d)，COD的去除率可達70%～0%；啟動過程中，VFA的濃度逐漸降低，反應(yīng)器穩(wěn)定運行時，VFA的濃度穩(wěn)定在200mg/L左右。

(二)啟動結(jié)束后，IC反應(yīng)器內(nèi)的成熟顆粒污泥沉降性能良好，顏色深黑色，粒徑較大，其中粒徑在2～4mm之間的占了約51%。

[1]張忠祥，錢易.廢水生物處理新技術(shù)[M]．北京:清華大學(xué)出版社，2004．

[2]應(yīng)一梅，賈曉鳳，劉麗格，等.內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器的啟動研究[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報，2007,28 (1) :97～99．

[3]李平，徐文英.厭氧(Ic應(yīng)器)/好氧聯(lián)用處理淀粉生產(chǎn)廢水[J].中國給水排水，2009，25(2)：52～54.

[4]吳靜，陸正禹，胡紀萃，等.新型高效內(nèi)循環(huán)(IC)厭氧反應(yīng)器[J].中國給排水，2001，(17)：26～29．

[5]侯玉潔，曾科，蔡發(fā)起.不同種泥對IC反應(yīng)器處理大豆蛋白廢水啟動的影響[J].工業(yè)用水與廢水，2007,38(6):41～45.

[6]Lettinga.Advanced anaerobic wastewater treatment in the near future[J]．Water Science and Technology,1997,35(10)：5～12.

[7]劉瓊，徐伏秋，孫雪萍.IC反應(yīng)器處理乳酸廢水的啟動特性[J].水處理技術(shù)，2008,34(1):66～68.

[8]周莉莉，季民.IC反應(yīng)器處理制藥廢水的顆粒污泥馴化和快速啟動[J].中國環(huán)境科學(xué)，2010,30(6):758～762.

[9]孫振世，陳英旭，楊曄.UASB的啟動及其影響因素[J].中國沼氣，2000,18(2):17～19.

[10]劉冰，趙雅光，余國忠，等.內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器的啟動及影響因素[J].環(huán)境工程學(xué)報，2012,6(10):3 412～3 416.

2095-4654(2015)02-0008-03

2014-11-08

X791

A