水解酸化反应器预处理印染废水的启动研究

Posted 2023-01-12 反应器

篇首语：没有风暴，船帆只不过是一块破布。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了水解酸化反应器预处理印染废水的启动研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

以印染废水为处理对象，研究了水解酸化反应器启动过程中CODcr的去除率、出水B/C、pH值和反应器内VFA的变化。试验结果表明：反应器整个启动过程耗时35天，在废水量100%，CODcr去除率稳定在42.54～48.7%之间；出水B/C在0.4283～0.4633之间，比进水B/C提高了0.1904～0.2818；出水pH值保持在6.03～6.46之间，比进水pH值降低0.45左右；反应器内的VFA浓度达到140mmol/L左右。启动过程表明：如果CODcr的去除率达到35%以上、出水B/C提高到0.35以上、出水pH值有明显降低、反应器内的VFA浓度达到100mmol/L以上，则说明厌氧生物膜驯化成熟，水解酸化菌已经成为反应器内的优势菌种，反应器启动成功。
尽管水解酸化废水预处理技术已研究和应用多年，但旨在研究水解酸化反应器预处理难生物降解废水的快速启动方法方面的报道较少。普遍的观点认为，由于厌氧微生物菌群的特性，使得厌氧生物反应器启动时间较长，短的二、三个月，长的达半年甚至一年以上，这严重影响了水解酸化工艺在废水处理中的应用。研究反应器的快速启动方法并有针对性地克服启动慢的问题，对水解酸化工艺的实际应用具有深远意义。
在以往水解酸化反应器的启动方法报道中，大多是采用与城市污水水质指标相近的废水进行启动研究。采用这种废水进行启动研究存在以下缺陷：
(1)城市污水营养丰富，水质指标相对较好，与难生物降解废水有较大差别；
(2)城市污水中，难生物降解有机物少且可生化性好；
(3)当水解酸化反应器用于处理难生物降解废水时，生物膜仍需要进一步驯化；
(4)水解酸化作为难生物降解废水预处理工艺，用城市污水进行启动研究不具有代表性。
1 试验设备与方法
1.1 试验设备
水解酸化反应器由有机玻璃制成，有效容积为20.05L。反应器内设置软性填料，填料底部安装潜水泵，其作用是使沉在底部的厌氧污泥悬浮起来，以便废水和厌氧污泥充分接触。因此，水解酸化反应器内不仅有附着厌氧污泥，也有悬浮厌氧污泥。试验还用到的设备有配水箱及恒流泵，配水箱有效容积为97.6L，横流泵型号BT-100，由上海沪西青浦仪器厂生产。
1.2 试验用水水质
试验用水是在调研安徽某印染厂废水水质基础上配制而成的。试验用水水质如表1所示。

1.3 试验方法
通过好氧预挂膜使微生物附着在填料上，污泥驯化期间反应器连续24h运行。控制恒流泵流量为1L/h，水力停留时间为20h。污泥驯化期间每天监测的水质指标有：CODGr、BOD5、pH、VFA等。
2 厌氧生物膜反应器快速启动方法的理论探讨
何强等采用预挂膜缩短了厌氧生物膜反应器的启动时间。预挂膜过程中生成大量的丝状微生物，丝状微生物能较好地附着在填料上，并大量交织生成网状结构。反应器启动时，这些网状结构为厌氧微生物的附着和生长提供了良好的固定相，而死亡的丝状微生物又为厌氧菌提供了可利用的营养物质。因此，丝状微生物在加快厌氧生物膜结构形成方面的作用十分明显。崔玉波等采用好氧活性污泥接种挂膜，这种挂膜方法也缩短了厌氧生物膜反应器的启动时间。这种挂膜方法和预挂膜的区别是：预挂膜需要曝气而这种方法无需曝气，好氧活性污泥挂膜只适用于立体填料，预挂膜对填料要求较低。两种方法加速启动的原理都一样，都是利用挂膜过程中活性污泥产生的丝状微生物来缩短反应器的启动时间。
用好氧预挂膜方法启动厌氧生物膜反应器的启动速度是普通厌氧污泥启动速度难以达到的，而厌氧颗粒污泥的启动速度虽然能够与这个速度持平或稍快，但其昂贵的价格又使它难以广泛应用。因此，以好氧污泥接种、好氧预挂膜方法对填料进行预处理进行有填料型厌氧反应器的启动是一个快速、经济、稳定的优良启动方案。
3 结果与讨论
3.1 反应器的快速启动
反应器启动采用接种培驯法。接种污泥取自淮南市污水处理厂，接种污泥浓度为4000mg/L。整个启动过程分为两个阶段：挂膜和污泥驯化。
挂膜阶段：采用好氧预挂膜。具体方法是在反应器中加入接种污泥，闷曝48h后开始连续进营养液，营养液按C：N：P=100：5：1配制。5d后即可看到填料被完整的生物膜覆盖，外观呈灰褐色，用玻璃棒搅动混合液，填料上的生物膜未见脱落。镜检发现污泥中有累枝虫、钟虫等。至此，好氧膜挂膜成功，可以进入厌氧生物膜驯化阶段。
污泥驯化阶段：停止曝气，减少营养液的同时逐渐加入印染废水，即营养液按10%的量减少，印染废水按10%增加。待反应器稳定运行后进水负荷以10%增加。
3.2 反应器启动过程中CODcr的去除效果研究

污泥驯化期间反应器进、出水CODcr浓度如图1所示，CODcr去除率如图2所示。由于染料废水具有毒性，所以在驯化初期进入反应器的废水以营养液为主，印染废水的量按10%增加。起初，印染废水每天增加10%，CODcr去除率保持在25%～30%之间，驯化第六天，CODcr去除率较低，仅为24.42%，稳定7天后达到40.23%。此时，可以认为厌氧生物膜已经初步形成，观察反应器的表面发现生物膜呈黑色，表面的生物膜联为一体。由图2可以看出，污泥在70%印染废水时稳定3天，CODcr去除率达到31.27%；在80%印染废水时稳定6天，CODcr去除率达到39.1%；在90%印染废水时稳定4天，CODcr去除率达到35.33%；在100%印染废水时稳定16天，CODcr去除率最终保持在42.54%～48.7%之间。这种现象说明在反应器启动的过程中，水解酸化菌的数量在不断增加，且趋于稳定，生物膜的活性也在不断提高。

由图2发现，CODcr的去除率会出现突然降低的现象。这是因为进水中的废水量突然增大10%，反应器内的水解酸化菌不能适应进水负荷，废水中的有机物也没有被酸化菌充分利用的缘故，稳定数日后CODcr的去除率大多能够达到40%左右。废水量100%时，CODcr的去除率最终稳定在42.54%～48.7%之间，只要水解酸化反应器对CODcr的去除率在40%以上，可认为出水CODcr的值基本稳定。此时，可认为水解酸化反应器已经适应该印染废水，厌氧生物膜驯化成熟。
3.3 反应器启动过程中B/C的变化研究
启动过程中，反应器进、出水B/C的变化如图3所示。由图3可知，驯化初期反应器出水B/C变化并不明显，有时甚至比进水的B/C的值小，说明反应器内水解酸化菌还没有形成优势菌群，废水中的大分子有机物也未被水解酸化菌充分利用。随着反应器的运行，进出水的B/C的差值越来越大，说明反应器逐渐提高了废水的可生化性。驯化过程中，反应器出水B/C会突然降低，这是因为进水负荷突然增大，反应器内生物膜不适应的缘故，稳定数日后出水B/C保持在0.35以上，反应器出水的B/C最终稳定在0.4283～0.4633之间。可见水解酸化反应器对废水的可生化性改变明显，反应器内的生物生长良好，生物膜驯化成熟。

3.4 反应器启动过程中pH、VFA的变化研究
pH是厌氧系统正常运行的重要标志，同时也是快速启动的标志。启动过程中，反应器进、出水pH的变化如图4所示，反应器内VFA的变化如图5所示。由图4可知，驯化初期出水pH值没有明显的变化，这是因为驯化初期水解酸化反应器内的生物膜对废水没有酸化作用。随着反应器的运行，水解酸化菌逐渐成熟，表现为出水pH值逐渐变小。最终反应器出水pH保持在6.03～6.46之间，说明反应器内厌氧生物膜对废水的酸化作用明显，水解酸化细菌形成优势菌群。

由图4和图5可以看出，随着反应器的运行，出水pH值越来越低，而反应器内的VFA逐步升高，最终稳定在140mmol/L左右。在VFA浓度达到100mmol/L以上时，水解酸化反应器基本启动成功。
4 结论
(1)试验选择具有难生物降解代表性的印染废水为处理对象，研究了水解酸化反应器启动过程中CODcr的去除效果，进、出水B/C、pH值及反应器内VFA的变化。
(2)反应器对废水CODcr的去除率随着厌氧生物膜的成熟而逐渐提高，最终稳定在42.54%～48.7%；启动初期，水解酸化反应器对印染废水的B/C改变并不明显，随着厌氧生物膜逐步成熟，水解酸化细菌逐渐生成，反应器对印染废水B/C的改变越来越明显，最终反应器出水B/C在0.4283～0.4633之间，比进水B/C提高了0.1904～0.2818；启动初期反应器进、出水pH值没有出现显著的变化，在100%废水稳定运行阶段，出水pH值比进水pH值降低0.45左右；废水量100%，反应器内的VFA浓度达到100mmol/L以上，表明：水解酸化菌生长良好，水解酸化反应器基本启动成功。
(3)CODcr的去除率、出水B/C、反应器内VFA的浓度可作为厌氧生物膜反应器启动是否成功的标志。
(4)由启动过程可知，水解酸化反应器只需35天即可启动成功，比普通的厌氧反应器启动时间减少了25天以上，达到了加速启动的目的。为实际工程应用中，加速启动水解酸化反应池提供了一种参考。