新型厌氧反应器COD去除影响因素分析

2022-09-11

前言:针对传统厌氧反应器在废水处理中暴露出的结构复杂、启动时间长、混合不均匀等缺陷, 设计了一种新型厌氧反应器, 可以利用底部进水产生的上升流速, 以及集气区收集到的气体, 实现悬浮污泥与有机物的充分接触。为了对设备COD去除率的影响因素进行研究, 设计了相应的试验。

1 试验部分

1.1 试验用水

人工模拟高浓度有机废水, 将葡萄糖作为基质, 依照m (P) :m (N) :m (COD) =1:5:200的比例, 添加营养元素, 满足微生物的生长需求。

1.2 试验装置

选择64L有机玻璃容器制造反应器, 有效容积50L, 可以分为主反应区、固液分离区和集气区三部分, 基本结构如图1所示。污泥可以从沉淀区自动回流到反应区, 经次毫米分离组件, 实现泥水分离, 解决了传统反应器污泥容易流失和回流困难的问题。

1.3 试验条件

采用中温发酵的方式, 以加热棒将反应器内部的温度控制在 (36±1) ℃, 集气区的负压需要控制在-0.003~0MPa。利用集气区收集到的气体, 在反应区底部进行气提, 以加快固液混合的速度, 气提的时间与间隔需要与真空泵保持一致[1]。利用自制的次毫米分离组件, 实现泥水分离, 为了保证分离效果, 需要定期对组件进行反冲洗。

1.4 检测方法

试验检测项目包括了VFA、SS、COD以及p H, 对于不同的检测项目, 采用不同的检测方法:VFA检测选择滴定法, 检测设备包括冷凝管、蒸馏装置、碱式滴定管以及磨口三角瓶;SS检测采用重量法, 检测设备包括了电子天平、鼓风恒温干燥箱、全玻璃过滤器;COD检测采用微波消解重铬酸钾法, 检测设备为微波消解仪;p H检测选择便携式p H计法, 检测设备为便携式p H计。

2 结果与讨论

2.1 反应器运行状况

接种污泥从污水处理站中采集, 反应器内的污泥床高度为0.7m, VSS接种污泥量为11kg.m-3。将反应器的启动阶段维持1个月, 进水COD从原本的2000mg/L提高到了6000mg/L, 进水COD负荷从1kg.m-3d-1提高到了4kg.m-3d-1, COD去除率稳定在90%以上, 反应器运行良好。正常运行阶段, COD去除率在72%-90%左右, 稳定运行后COD去除率固定在85%以上。

2.2 COD去除影响因素

(1) 容积负荷:相关研究表明, 反应器在正常运行阶段, 进水COD稳定在6000mg/L, 对应每一容积负荷, COD的去除率在72%-90%之间。而伴随着运行时间的增加, COD容积负荷不断提高, COD去除率也会相应的下降, 待其稳定后, COD去除率基本上不会低于85%。此时, COD容积负荷升高, 传质速率增加, 更加有助于有机物的快速降解。在本文的试验中, 负荷提升对于反应器产生的冲击不大, 因此COD去除率能够很快稳定在80%以上, 相比较传统厌氧反应器, 新型厌氧反应器的抗冲击负荷能力更强。考虑到容积负荷过高时, 容易出现颗粒污泥流失的问题, 导致COD去除率的下降, 对此, 需要强化反应器的泥水分离能力。在新型反应器中, 增加了自制的次毫米组件, 能够对泥水进行强制分离, 可以在很大程度上解决容积负荷提升引发的颗粒污泥流失问题。

(2) 进水COD:当进水COD处于4000-6500mg/L的区间内时, COD去除率会随之进水COD的升高而在72%-90%之间波动, 这表明进水COD的变化不会对反应器产生较大的冲击, 反应器为运行相对稳定。在本文的试验中, 新型厌氧反应器COD去除率并没有明显的变化, 主要是由于运行负荷较低, 进水COD的变化幅度也不大, 在反应区内污水的流态相对稳定。在实际应用中, 应该做好综合考虑, 尽量在不增加后续好氧段负担的前提下, 适当增大进水COD, 提升厌氧段的COD去除率[2]。

(3) HRT:对试验数据进行分析, 当HRT于8.3-20之间变化时, COD的去除率可以稳定在79%-87%之间。而当进水COD负荷小于6kg.m-3d-1时, 厌氧反应器呈间歇进水状态, COD去除率会伴随着HRT的降低而升高。HRT对于COD去除率的影响如图2所示。

如果进水COD负荷超过6kg.m-3d-1, 厌氧反应器呈连续进水状态, COD的去除率会随着HRT的降低而降低, 当HRT=7h时, COD去除率达到峰值。在实际生产中, HRT对于厌氧工艺的影响主要体现在上升流速方面, 较高的液体流速能够增大液体系统内金水区的扰动, 增加污泥与进水中有机物的接触面积, 有助于COD去除率的提高;而当流速过高时, 污泥可能会被冲出反应器, 影响反应器的稳定可靠运行。因此, 在本文的试验中, 当HRT降低后, 反应器内会出现有机酸积累, 在抑制产甲烷菌活性的同时, 也会导致上升流速的增大, 污泥的流失降低了COD去除效率。

(4) 污泥负荷:当污泥负荷较低时, COD的去除率也较低, 主要是由于在运行初期, 反应器无法提供足够微生物繁殖所需的营养元素, 微生物缺乏的情况下, 无法为污泥的颗粒化提供物质基础。而当污泥负荷逐渐提高后, 厌氧菌群所能够提供的营养也在不断增加, 微生物的生成更加迅速, 在达到一定浓度后, 会产生胞外多聚物, 形成大量的颗粒污泥, 继而提升COD去除率。而进入污泥成长后期, 污泥负荷的提高可以控制絮状污泥的增长, 使得各种生理菌群维持相对平衡, 形成结构致密且性能良好的颗粒污泥, 将COD去除率维持在一个比较高的水平上。不过, 如果污泥负荷超出一定限值, 颗粒污泥会在反应器底部大量堆积, 在影响布水均匀性的同时, 也会降低上升流速, 导致COD去除率的下降。

(5) 出水SS:结合试验现象和数据分析, 出水SS越高, 则COD去除率越低, 因为在这种情况下, 污泥会在组件表面沉积, 形成覆膜, 导致装置截泥效果变差, 影响出水通量, 使得出水中悬浮物的含量增大, 颗粒污泥存在少量流失的现象, 影响了有机物的分解, COD去除率也自然会有所下降。

(6) 出水VFA:出水VFA的升高会导致COD去除效率的降低, 当VFA的质量浓度在300mg/L时, COD去除效率可以达到较高的水平。不过在新型厌氧反应器中, 即使出水VFA的浓度达到800mg/L, 通过反应器的运行, 仍然可以降低到正产的水平, 也不会对COD去除率造成较大的影响[3]。

3 结论

总而言之, 在新型厌氧反应器中, 影响COD去除率的因素包括了容积负荷、进水COD、HRT、污泥负荷、出水DD以及出水VFA等, 其中影响比较显著的因素为容积负荷、污泥负荷以HRT, 需要做好必要的运行检测工作, 保证污水处理的效果。

摘要：水污染的治理是实现可持续发展的一项重要内容, 对于富含有机物的废水, 一般会采用厌氧生物处理技术, 即利用厌氧微生物的代谢特性, 对水中的有机污染物进行分解, 不仅不需要消耗能源, 而且不会产生二次污染。本文结合浙江卓锦环保科技股份有限公司的相关试验, 对新型厌氧反应器COD的去除率及影响因素进行了分析, 希望能够为污水的治理提供一些帮助。

关键词：厌氧反应器,COD去除,影响因素