甲烷菌群優(yōu)化吸附-生物降解厭氧序批式反應器(AB-ASBR)的研究.pdf

1、厭氧序批式反應器(ASBR)因其能夠形成顆粒污泥，有較大的進水濃度適應范圍和靈活的操作方式，在國內外被逐步廣泛應用到各種廢水的處理中。然而，由于該反應器內優(yōu)勢菌群不穩(wěn)定，出水還需好氧后續(xù)處理，其經濟潛能尚未充分發(fā)揮。本文針對ASBR工藝中存在的缺陷，研究開發(fā)了一種新型廢水處理工藝——吸附—生物降解厭氧序批式反應器(AB-ASBR)。主要內容如下：
　　 ⑴AB-ASBR工藝A段運行模式為“進水—吸附—沉降—排水—再生”，B段運行

2、模式為“進水—反應—沉降—排水”。A段反應器和B段反應器中污泥顆粒化后，在AB-ASBR工藝模式下運行一段時間，可以實現兩段反應器中甲烷菌群優(yōu)化。由半飽和常數計算結果：A段反應器Ks(1.83mmol)遠遠大于B段反應器Ks(0.05mmol)；結合顆粒污泥掃描電鏡照片和A、B兩段反應器中顆粒污泥的革蘭氏染色結果，都說明：A段反應器以甲烷八疊球菌為優(yōu)勢菌；B段反應器以甲烷絲菌為優(yōu)勢菌。兩段反應器中甲烷菌群的優(yōu)化將有利于AB-ASBR工藝

3、進水負荷的增加和出水水質的提高。
　　 ⑵以奶粉為基質配置廢水，通過對反應過程中COD、VFA和產氣量及反應器內MLSS和MLVSS的測定，考察了較低有機物濃度條件下(進水中COD濃度分別為1000mg/L、1333mg/L和2000mg/L)AB-ASBR工藝的運行效果。結果表明：反應器內生物量隨著進水濃度的提高逐漸增加，且隨著運行周期的增加，生物活性也越來越高。三種進水COD濃度條件下，A段反應器最佳吸附時間為20min，再

4、生時間為6h；而B段反應器生物降解時間為2.5～4h。此時兩個反應器內COD濃度均已低于100mg/L。由此可以確定：在A段反應器再生結束后，B段反應器生物降解過程已經完成。為了取得更好處理效果可以將B段反應器反應時間適當延長。如果考慮到反應器容積利用率，可以縮小B段反應器容積或者增加A段反應器容積，使得A段反應器再生結束，B段反應器恰好完成生物降解反應。產氣量測定結果表明：氣體中以H2和CH4為主，CH4所占比例72[％]～76[％]

5、。
　　 ⑶實現AB-ASBR模式穩(wěn)定運行后，逐步提高反應器有機負荷(進水濃度從3000mg/L至7500mg/L)，并研究在不同負荷條件下，反應器內顆粒污泥對有機物初期吸附性能與生物量的關系。研究結果表明：隨著進水有機物濃度的提高，達到最大吸附平衡所需時間由20min縮短至5min，由此表明：進水有機物濃度越高，反應器內生物量就越多，達到平衡所需時間也越短；污泥負荷和吸附量存在正相關關系，污泥負荷越高，其傳質推動力越大，顆粒污

6、泥吸附量也越大。在一定范圍內(0.3～0.5gCOD/(gMLSS·d))，顆粒污泥吸附率隨污泥負荷增大而增高(67[％]～90[％])，之后基本穩(wěn)定在90[％]以上；在7500mg/L的有機物濃度條件下，由于反應器內污泥活性較好，采用連續(xù)攪拌、間歇攪拌和不攪拌都能迅速達到最大吸附效果，5min完成吸附反應，其最大吸附率分別為67[％]、65.7[％]和65.7[％]。若為節(jié)約能源，可采用不攪拌方式，進水5min后出水；再生能夠提高厭氧

7、顆粒污泥的吸附性能，隨著厭氧顆粒污泥再生時間增加，厭氧顆粒污泥的吸附量與吸附率也逐漸提高，但超過6h后，厭氧顆粒污泥的吸附量與吸附率基本保持不變；適當的閑置會使最大吸附率有所增加，但閑置時間過長會引起微生物內源呼吸，生物量減少。相對于整個反應周期，3h的閑置時間雖使最大吸附率有所上升，卻使反應器容積利用率下降。因此，斷流時可以考慮適當的閑置，但要控制在一定時間之內。
　　 ⑷研究了進水COD濃度為2000mg/L的條件下，A段進

8、水時間、出水前停留時間(TA)、進水水質及有機負荷(OLR)等因素對AB-ASBR工藝運行效果的影響。結果表明：進水時間不同，反應器在吸附期內COD達到最大吸附量的時間不同，其吸附率也不同。在研究的幾種條件下，進水時間≤15min，其最大吸附出現在進水后25min。繼續(xù)增加進水時間至45min，最大吸附出現在30min。而COD最大吸附去除率為15min的進水條件，為89.2[％]。此時反應器內VFA也達到最低值，為84mg/L；出水前

9、A段停留時間(TA)不同，其出水水質也隨之發(fā)生變化。TA為30min時，相對于初始進水COD去除率最好，達到96.8[％]；TA為60min時，在整個反應期，B段反應器內VFA值最低，這有利于防止高負荷運行時產生酸化現象；進水水質所含膠體比例越高，達到最大吸附所需時間越長，初期吸附去除的COD量也越多。試驗中CODcol/CODt比例由30[％]增至50[％]，A段達到最大吸附時間由25min增至45min；COD去除率由86.8[％]

10、增至89.1[％]。而B段生物降解所需反應時間也隨膠體比例有所增加。出水均可達到100mg/L以下；在一定范圍內，隨OLR增加，COD總去除率逐漸升高。說明該工藝對負荷改變有較好的適應能力，但反應時間相應增加。
　　 ⑸對于以顆粒污泥為主要生物形態(tài)的高速厭氧生物反應器，由于顆粒污泥沉降性能良好，容易在反應器底部沉積，不利于固液接觸、液相傳質。攪拌可以使底物和生物體充分接觸，縮短反應時間，提高系統處理效率，同時防止反應器內局部揮發(fā)

11、酸大量積累，產生酸化結果。反應期內保持較低的VFA濃度，也可降低對堿度投加量的需求。通過對反應器內COD、VFA、生物量及生物相的分析，研究了進水濃度為16500mg/L，在攪拌時間相同(每小時總攪拌時間為6min)、攪拌方式不同的三種條件下，反應器運行性能和生物量的變化，結果表明：隨攪拌強度增加，反應器內顆粒污泥逐步減小(由2～3mm最終變?yōu)?.5mm左右)。結合顆粒污泥掃描電鏡照片，攪拌作用過強會使顆粒污泥結構破壞，大顆粒逐漸變?yōu)樾?/p>

12、顆粒。實驗最終選定：在進水COD為16500mg/L的高濃度有機物條件下，3min/30min為最佳攪拌條件。此時對于顆粒污泥尺寸和結構的維持，以及反應器良好運行，均可達到最佳效果。
　　 ⑹通過反應器內吸附、再生和生物降解過程中COD濃度的變化，得出結論：在厭氧顆粒污泥吸附過程中，主要限速階段是膜傳質階段，可用偽二級反應方程描述厭氧顆粒污泥吸附動力學。
　　 ⑺對比了ASBR工藝和AB-ASBR工藝的運行效果。在相同進

13、水COD濃度(2000mg/L)條件下，ASBR工藝運行中進行著吸附、水解、酸化、產甲烷等間歇性發(fā)酵。反應器中顆粒污泥是由水解菌、產酸菌和產甲烷等共同組成的混合菌群體，即使延長反應時間COD也只能降至400mg/L左右。而AB-ASBR工藝中B段反應器在低負荷條件下運行，形成的顆粒污泥以甲烷絲菌為主體，所以能較為徹底去除殘余有機物，B段出水COD可以降至100mg/L以下，達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002規(guī)定