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ASBR 反应器处理豆制品废水的试验 王 亮 李风亭 同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室, 上海 200092 刘 华 上海市环境工程设计研究院, 上海 200071 摘要 采用厌氧序批式活性污泥法处理食品加工废水。 试验研究了反应器的最佳进水、反应时间比, 从而得出最低进 水 pH 值和最少加碱量, 同时还研究了反应器在常温和低温下的处理能力 , 以及 pH 冲击、搅拌频率、消毒液对反应器 的影响。 结果表明 最佳进水、反应时间比为2 . 5 h 4. 5 h, 此时进水 pH 值降低到 5. 0, 加碱量大大减少; CODCr去除率随 温度的降低而降低, 25 ℃时, CODCr去除率为 83. 45, 20 ℃时, CODCr去除率降至 73左右, 15 ℃时, CODCr去除率只有 57左右; 本工艺条件下最佳搅拌频率为每小时搅拌 10 min, 反应器对 pH 冲击具有一定耐受能力, 但消毒液对处理效 果影响较大且恢复困难。 关键词 ASBR 系统 豆制品废水 废水处理 厌氧序批式活性污泥法 ASBR 是近年来产生的 新型高效厌氧反应器之一 ,其最早在上世纪 90 年代 由美国 Iowa 州立大学民用建筑系 Richard R. Dague 教 授提出 [ 1] ,由于其处理能力强 ,负荷高, 节能且出水水 质好, 耐冲击负荷等优点 ,近年来被各国学者广泛研 究。但前人的研究大多数为对反应器本身特性的探 讨,所用废水均为人工配制。 本研究在前人研究成果的基础上 , [ 2,3] , 用 ASBR 反应器对食品废水进行处理 ,探讨 ASBR反应器处理 该类废水时的最佳进水、反应时间比 , 进水温度 、 pH 值变化时反应器出水水质变化 , 以及搅拌频率 、 冲击 负荷、消毒液对其的影响 , 为 ASBR 工艺在该类废水 实际工程中的应用提供指导。 1 试验 1. 1 试验流程 试验用水取自青岛某食品有限公司原处理系统 调节池,试验流程见图 1。 1. 2 试验装置 ASBR 反应器由有机玻璃加工而成 , 规格为 140 mm 750 mm; 保温箱为木制。 1. 3 试验方法 1 考虑到实际工程中的升温成本问题 ,本研究 采用中温消化, 温度控制在 351 ℃范围内。 2 实验采用青岛海泊河污水处理厂足量厌氧消 化污泥接种,反应器中MLVSS 14. 3 g L ,污泥容积指 1搅拌电机; 2搅拌桨; 3排水孔; 4取样孔; 5时间继电器; 6温度控制仪; 7气体取样瓶; 8水封瓶; 9气体流量计; 10ASBR 反应器; 11进水计量泵; 12白炽灯泡; 13温度传感器; 14进水水箱; 15木制保温箱。 图1 试验流程 数 SVI 值 为 50. 1 mL g ,沉降性能良好。 3 本试验用水取自青岛某食品有限公司原污水 处理系统调节池 ,试验用水主要水质指标见表 1。 表 1 试验用水主要水质指标mg L pH 除外 CODCrBOD5 SSNH 4-N 乙酸丙酸丁酸pH 4 500～ 5 300 2 700～ 3 850 580～ 1 000 35～ 702253279 3. 5～ 4. 0 4 反应器在消化污泥放入后, 一次性投加 25 g 粉末状活性炭 GAC 平均粒径 0. 5 mm , 在污泥颗粒 化初期提供颗粒形成的核心。 5 由于使用的是实际废水,OLR 不能被精确控 制,因此在试验过程中精确控制 HRT 而不是 OLR。 鉴于厌氧反应器启动初期对环境条件的改变比较敏 18 环 境 工 程 2006年 2 月第24 卷第1 期 感,HRT 控制在 9 d,OLR 在 0. 5 kg m 3d 左右 , 进水 pH 值加NaHCO3调节至6. 8～ 7. 0。反应周期为12 h, 每日早晚各换水 1 次; 以 CODCr去除率 70为准, 缩 短HRT ,提高 OLR。当反应器HRT 缩短为 1. 5 d,OLR 提高至 3 kg m 3d 左右时 ,反应周期改为 8 h, 每日换 水3 次 。 6 每 1 个反应周期时间分布 进水 10 min, 排水 10 min, 在启动初期 HRT 为 9 d 时, 沉降时间为 40～ 60 min, 当 HRT 缩短为 1. 5 d 时 , 沉降时间不超过 20 min ,1个循环周期中的其余时间为反应时间 。 7 整个试验过程不控制污泥停留时间 SRT , 允 许反应器内混合液悬浮固体浓度 MLSS 随流出液的 MLSS 波动 SRT 反应器 MLSS 流出液的 MLSS , 流 出液的 MLSS 越小, 表明固体沉降性能越好, 颗粒化 程度越高 。 2 反应器的启动 反应器 初始的 HRT 为 9. 0 d, 平均 OLR 为 0. 51 kg m 3d。 之后逐渐提高 OLR, 降低 HRT 。118 d 后,反应器平均 CODCr负荷率为 7. 83 kg m 3d,HRT 为 0. 6 d,COD 去除率 89. 7,容积产气率3. 9 kg m 3d左 右, 其 中 甲 烷 含 量 70, 反 应 器 中 污 泥 浓 度 16 359 mg L, 污泥龄 18 d ,污泥全部颗粒化为粒径在 1～ 3 mm的颗粒污泥 ,运行 1 周,出水水质稳定。至此 认为反应器启动成功 。 3 实验结果及讨论 3. 1 最佳进水时间 反应时间 正常运行的厌氧反应器, 其进水 pH 值一般在 6. 0 以上 。在处理因含有机酸而使 pH 值偏低的废水 时,正常运行的 pH 值可略低 [ 4] 。由于豆制品废水的 pH 值普遍较低, 拟通过试验找出 ASBR 反应器处理 该废水的最佳进水时间与反应时间比 Tf Tr , 以及 相应的最低 pH 值 。表 2 为本阶段试验数据 。 本阶段试验维持 HRT 为 0. 6 d, 平均 CODCr负荷 维持在 8. 0 kg m 3d 左右不降低, 逐渐降低进水 pH 值,即降低调节 pH 值所用NaHCO3量。 由表2 发现,当进水 pH 值逐渐降低时, 如果要维 持高的 CODCr去除率 ,则必须延长进水时间 。当进水 pH 值降低到 5. 0 时,NaHCO3用量已经非常小, 此时 最佳进水时间与反应时间比为 2. 5 h 4. 5 h, 相应 CODCr去除率为88. 4,出水VFA 浓度为108. 7mg L, 可见厌氧反应器运行稳定 。 出现这种现象的原因 ,是由于原废水中含有相当 数量的 VFA,且可被产甲烷菌直接利用的乙酸含量较 高,虽然原废水 pH 值较低, 但适当提高进水时间与 反应时间比后, 原废水中所含的有机酸可以及时的被 产甲烷菌所降解而不至于积累 ,厌氧反应器也得以持 续稳定运行 。 表 2 不同的 Tf Tr下运行数据 日期 月-日 进水 pH 值 出水 pH 值 Tf Tr 进水 CODCr mgL- 1 出水 CODCr mgL - 1 出水 VFA mgL- 1 去除率 7-24 7-25 7-26 7-27 7-28 7-29 7-30 7-31 8 -1 8 -2 8 -3 8 -4 8 -5 8 -6 6. 5 6. 5 6. 0 6. 0 6. 0 6. 0 5. 5 5. 5 5. 5 5. 5 5. 0 5. 0 5. 0 5. 0 7. 1 7. 0 6. 7 6. 7 6. 9 7. 0 6. 6 6. 7 6. 9 7. 0 6. 6 6. 6 6. 8 7. 0 1 6 1 6 1 6 1 6 1. 5 5. 5 1. 5 5. 5 1. 5 5. 5 1. 5 5. 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2. 5 4. 5 2. 5 4. 5 4 98770285. 92 4 810605109. 587. 42 4 6571 19474. 37 4 5241 079283. 576. 16 4 38076682. 50 4 199422110. 489. 96 5 2301 23676. 38 5 0791 197295. 476. 42 4 90072185. 28 4 730520114. 289. 01 5 0141 16776. 72 4 8391 120321. 476. 85 4 65772184. 51 4 495521108. 788. 40 3. 2 在常温及较低温度下的处理能力 由于中温菌 特别是产甲烷菌 种类多,易于培养 驯化、 活性高 , 因此厌氧处理常采用中温消化。而高 温消化更有利于对纤维素的分解及对病毒、 病菌的灭 活作用,对于处理高温工业废水是有利的 。 而一些研究表明, 只要采用高效工艺 ,既使在常 温下 , 反 应器 的 CODCr容 积 负 荷 仍可 达 到 3 ～ 5 kg m 3d 以上 。 去除率随温度变化、产气量随温度变化及甲烷含 量随温度变化见图 2、 图 3 及图 4。 图 2 去除率随温度变化 由图 2 到4 可知 19 环 境 工 程 2006年 2 月第24 卷第1 期 图 3 产气量随温度变化 图 4 甲烷含量随温度变化 1 CODCr去除率随温度降低而降低, 但25 ℃之 前降低较为平缓, 25 ℃之后有加速降低的趋势。 25 ℃ 时, 稳定运行后去除率仍可达到 83. 45, 维持 在较高水平 ; 20 ℃时, 稳定运行后去除率降至 73左 右; 15 ℃ 时, 稳定后去除率降至 57 左右。 2 产气量随温度降低而逐渐降低, 25 ℃时, 产 气量稳定在 3. 5～ 3. 6 m 3 m3d 之间; 20 ℃时, 产气量 稳定在 2. 9～ 3. 0 m 3 m3d 之间 ; 15 ℃时, 产气量稳定 在2. 2～ 2. 3 m 3 m3d 之间; 随着温度的降低 ,产气量 有加速降低的趋势。 3 沼气中甲烷的含量随着温度的降低有上升的 趋势 , 25 ℃时 , 甲烷含量在 71～ 73之间; 20 ℃ 时,甲烷含量在 75～ 76之间 ; 15 ℃时, 甲烷含量 上升到 80以上。分析其可能原因为 ①低温抑制 了复杂有机物的水解作用 ,从而使酸化细菌产 CO2的 作用受到抑制; ② 低温下 ,同型产酸菌能更有效的将 CO2和H2转化为乙酸 ,从而使 CO2含量降低 。 4 对颗粒污泥取样后观察发现, 随着温度的降 低,污泥结构逐渐松散 , 活性逐渐降低, 沉降速度加 快,絮状体污泥增多 ,颗粒污泥有解体的趋势 。 3. 3 pH 值 、 搅拌频率以及消毒液的冲击的影响 3. 3. 1 搅拌频率的影响 为了防止连续搅拌导致颗粒污泥破碎,试验中一 直采用间歇搅拌方式 。本阶段试验研究了在搅拌时 间 min 停止时间 min 为 2 58、5 55、10 50、20 50、 20 40 5 个不同的搅拌时间 停止时间比下 ,ASBR 系 统对 CODCr的去除率的变化 ,见图5。 图 5 去除率随搅拌频率变化 由图 5 可知 随着搅拌时间与停止时间比的增 大,出水 CODCr浓度和去除率均呈现先升高后降低的 趋势, 当搅拌频率为 2 58 时, 去除率为 71. 6, 搅拌 频率升高到 10 50 时, 去除率为 89. 7, 搅拌频率升 高到20 40时 , 去除率下降到 68. 2。此时颗粒污泥 部分被打碎, 出水 MLVSS 浓度增加 。由此可知最佳 的搅拌频率为每小时搅拌 10 min。 3. 3. 2 pH 值的冲击 试验过程中对进 出水 pH 值的变化情况进行了 分析 。进水 pH 值通过 NaHCO3投加量的不同使其在 一定范围内波动 ,试验结果见图6。 图6 受冲击后出水 pH 值随时间变化 1 进水 pH 值在 5. 0 到 6. 0 之间不规则上下波 动的情况下,ASBR 系统出水的 pH 值则基本保持不 变,稳定在 7. 0左右, 表现出良好的缓冲能力。 2ASBR 系统具有较强缓冲能力的原因为 ① 污泥的颗粒化程度高, 活性好, 能在一定范围内快速 降解生成的 VFA, 使系统 pH 值稳定 ; ②高的进水时 间与反应时间比也能使VFA 不致过量积累 ,使 ASBR 系统对一定范围的 pH 值波动具有缓冲能力 。 3. 3. 3 消毒液的影响 食品工业在生产过程中往往要使用大量消毒液 来杀菌消毒 ,这些消毒液一般随生产废水一同排入污 水处理系统 。如处理不当将对污水处理造成巨大的 破坏作用, 严重者将造成污水处理系统瘫痪 ,使水处 理工艺无法运行 。据报道 [ 5] ,当消毒液有效氯浓度超 过100 mg L 时 , 经 3 min 后几乎 100地杀死细菌。 20 环 境 工 程 2006年 2 月第24 卷第1 期 本试验用水为青岛某食品有限公司食品加工废水 ,该 食品公司在生产中每天约用 100 mL 次氯酸钠在车间 入口处消毒,下班时排放 ; 每周还要集中消毒 1 次 ,如 冲洗地面 、 刷笼子等。本研究在试验中 11 d 所取水 样含有集中消毒时排放的较高次氯酸钠消毒液, 但 CODCr含量偏低 。在 HRT 为 0. 6 d 、 CODCr有机负荷在 8 kg m 3d 左右、搅拌频率为每小时搅拌10 min、反 应温度为25 ℃的条件下, 对反应器进行消毒液的冲 击试验,试验结果见图 7。 图 7 消毒液冲击后出水水质随时间变化 由图 7 可以看出, 当进水 CODCr在4 104. 5～ 4 532. 5 mg L之间时, 出水 CODCr在2 000 mg L左右, 且出水水质不稳定。镜检发现污泥活性很低 ,沉降性 能较差 。由此可见 ,消毒液对整个系统的冲击较大, 如不及时有效处理, 将可能导致整个处理系统瘫痪 。 在实际工程中 ,常采用的处理措施有 ①对于集 中排放的含有大量消毒液的废水, 采用分流的方式避 免其对处理过程产生破坏性影响; ② 对于随时排放的 含有少量消毒液的废水, 采用加药还原的方式 ; 但分 流废水的处置困难以及加药带来的运行成本的提高 是上述方法所无法克服的缺陷 。 4 结论 1 反应系统的负荷较高时, 需要适当提高进水 时间与反应时间比 , 使反应器中 VFA 不致积累到抑 制浓度 ,同时可适当降低进水 pH 值 , 减少向原进水 中NaHCO3的投加量,降低运行成本。在反应周期为 8 h 、 HRT 为 0. 6 d、CODCr容积负荷在 8 kg m 3d 左 右、 反应温度为35 ℃的条件下, 当进水时间 反应时 间为 2. 5 h 4. 5 h 时, 进水 pH 值可降低到 5. 0, 出水 VFA 为108. 4 mg L ,CODCr的去除率可达到 88. 4,且 出水水质稳定。 2 温度对反应系统的影响明显 。处理效率随着 温度的降低而降低,25 ℃ 前降低平缓 ,25 ℃之后降低 加快。 在 HRT 为 0. 6 d, CODCr容积 负荷 平 均为 7. 94 kg m 3d 的条件下,以平均 1 d 1 ℃ 的速度降低 反应温度, 在25 ℃时, CODCr的去除率为 83. 45, 20 ℃ 时, 去除率降低到 70. 68, 15 ℃时, 去除率只 有57. 26; 产气量也随着温度的降低而降低 ,但生物 气中甲烷气的含量却随着温度的降低有升高的趋势, 25 ℃时 , 产 气量为 3. 6 m 3 m3 d , 甲烷含 量为 71. 68,20 ℃ 时 ,产气量为 2. 9 m 3 m3 d ,甲烷含量 为76. 28,15 ℃时 , 产气量为 2. 3 m 3 m3d , 甲烷 含量为80. 37。 3 如果采用机械搅拌 ,搅拌频率对系统去除率 有一定的影响 , 在搅拌 停止时间分别为 2 58、5 55、 10 50、 20 50、 20 40 5 个不同的搅拌频率下,CODCr的去 除率分别为 71. 6、77. 2、89. 7、 79. 8、68. 2, 搅拌频率在 10 50 时系统运行效率最高。 4 系统对 pH 值的波动具有一定的缓冲能力, 当系统 HRT 为 0. 6 d,CODCr容积负荷在 8 kg m 3d 左右, 进水时间 反应时间为 2. 5 h 4. 5 h, 进水 pH 值 在5. 0～ 6. 0 之间波动时 ,出水 pH 值基本保持在 7. 0 不变 ,表现出良好的缓冲能力 。 5 消毒液对系统的冲击较大, 有可能导致整个 处理过程瘫痪。工程实际中必须考虑这个因素并采 取一定措施加以解决 。 参考文献 [ 1] Sung S, Dague R. 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The results showed that Mn2O3 γ -Al2O3and V2O5 γ -Al2O3catalysts had the desired effects of accelerating the degradation of naphthalene -1, 5 -disulfonic acid, the TOC removal rate could reach over 90 at a pressure of 24 MPa and a temperature of 380～ 440 ℃. The catalytic effects of Mn2O3 γ -Al2O3and V2O5 γ -Al2O3catalystswere enhancedwith both raising temperature and reducing pH value, and first enhanced and then abated with the extension of residence time. Keywords catalyst, supercriticalwater oxidation, naphthalene -1, 5 -disulfonic acid and degradation PRINCIPLE AND DESIGN OF BIOLOGICAL AERATED FILTER BAF PROCESS FOR WASTEWATER TREATMENTZhang Wenyi Zhai Jianping Zheng Jun et al9 Abstract It was expounded the principle of biological aeratedfilter BAFprocess and the structure of BAF basin, and a of using fly ash and clay for filter media was also introduced. The design and the total removal rates of NH4-N and CODCrwere 99. 3and 87. 1respectively for the late landfill leachate. MAP -SBBR processwas suitable for the treatment of every period landfill leachate. Keywords landfill leachate, MAP, SBBR and nitrogen removal EXPERIMENT ON TREATMENT OF BEAN -PROCESSING WASTEWATER BY ASBR PROCESS Wang Liang Li Fengting Liu Hua 18 Abstract It was studied the bean -processing wastewater treatment using the anaerobic sequencing batch reactor ASBR.The results showed that The optimal ratio of the time of influent and reaction was 2. 5 hours 4. 5 hoursin this experiment which made the pH of influent decrease to 5. 0. So the NaHCO3dosage was reduced greatly; the treatment efficiency decreasedwith the decreasing of the temperature. The CODCr removal efficiency was 83. 45, 73 and 57 . 26 respectively when the temperature was 25 ℃, 20 ℃ and 15 ℃ respectively.The optimal frequency of mixing was 10 min h. The reactor had the capacity of adaptation to the impact of the pH. But the disinfectant was harmful to the treatment process and was difficult to resume. Keywords ASBR system, bean-processing wastewater and wastewater treatment TECHNIQUES FOR WATER QUALITY SECURITY ENSURING OF RECLAIMED WATER USED IN LANDSCAPE WATERHe Anqi He Miao Shi Hanchang 22 Abstract The risks of reclaimedwater used in landscape water were analyzed, and treatment techniques for water safely reclamation was proposed. The result shows that the main risk comes from the pathology pollutants, the toxin pollutants, the eutrophication pollutants and the secondary pollutionfrom sullage whenmunicipalwastewater is reclaimedfor landscape water. The major water quality standard including pathogenic microorganism, toxic organism, the heavy metal, the plant nutrients, such as N and P, and SS. The recommended techniques include secondary treatment -coagulation-filtration -disinfection, secondary treatment -activate carbon adsorption-disinfection, secondary treatment-membrane processes- disinfection. Keywords municipal wastewater, reclaimed water, landscape water and water quality security COMBINED MICRO -AEROBIC HYDROLYSIS AND ACIDIFICATION -AEROBIC PROCESS FOR ANTIBIOTIC WASTEWATER TREATMENTQi Peishi Ding Lei Liu Yunzhi et al 24 Abstract The principle of combinedmicro -aerobic hydrolysis and acidification -aerobic technology was introduced while the characteristicsof the technology for antibiotic wastewater treatmentwere analyzed. The effects of the project showed that the technology was capable of withstanding shock loadings, and it had good environment conditions and could be managed easily. Thus the difficultly biodegradable antibiotic wastewater was treated so well to reach the water quality standard for discharge. The technology would be used widely in project and for reference in wastewater treatment. 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24, No. 1,Feb. , 2006