外循環(huán)厭氧反應(yīng)器處理城鎮(zhèn)污水新工藝及數(shù)學(xué)模型研究.pdf

1、厭氧工藝是一種低能耗、投資省、污泥產(chǎn)量低、占地面積少的污水處理技 術(shù)，在我國一些氣候適合的地區(qū)，利用厭氧工藝處理城鎮(zhèn)污水將是一項(xiàng)很有吸引 力的技術(shù)。本課題針對(duì)城鎮(zhèn)污水的特點(diǎn)開發(fā)出了低能耗的新型外循環(huán)厭氧反應(yīng)器 (OCAR)，通過小試試驗(yàn)對(duì)比研究了上流式厭氧污泥床(UASB)、厭氧膨脹 顆粒污泥床(EGSB)和OCAR處理模擬城鎮(zhèn)污水的穩(wěn)定運(yùn)行和沖擊，重點(diǎn)考察 了上升流速、水力停留時(shí)間、有機(jī)負(fù)荷等因素對(duì)OCAR處理效果的影響。并

2、以 中試裝置進(jìn)一步研究了EGSB和OCAR處理實(shí)際城鎮(zhèn)污水的性能，詳細(xì)分析了 進(jìn)水懸浮物(SS)、溶解氧和溫度對(duì)OCAR處理城市污水的影響及微生物的變 化，并采用停留時(shí)間分布(RTD)模型、彌散模型和厭氧消化1號(hào)模型(ADMl) 對(duì)反應(yīng)器的性能進(jìn)行了分析，建立了適用于OCAR的數(shù)學(xué)模型。 在小試實(shí)驗(yàn)中，對(duì)比研究了厭氧反應(yīng)器在低溫和中溫啟動(dòng)的兩種方式。出水 中的COD、堿度、VFA、輔酶F420和胞外多聚物ECPs等表明，反應(yīng)

3、器啟動(dòng)的快 慢順序?yàn)镺CAR＞EGSB＞UASB。隨著上升流速的提高，OCAR反應(yīng)器的出水 SS明顯低于EGSB反應(yīng)器，當(dāng)上升流速為9.0 m/h時(shí)最大相差值達(dá)到58mg/L， 表明OCAR通過將出水與回流水在沉淀區(qū)進(jìn)行分離，成功地降低了出水SS的流 失；隨著停留時(shí)間的降低，OCAR、EGSB去除污染物的有機(jī)負(fù)荷量增加，當(dāng)停 留時(shí)間為2.08 hr時(shí)，有機(jī)負(fù)荷達(dá)到3.14kgCOD/(m.d)，此時(shí)出水COD穩(wěn)定 達(dá)到城市污

4、水二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)；停留時(shí)間與有機(jī)負(fù)荷去除量的關(guān)系式為：OCAR反 應(yīng)器Y=0.26 Ln(x)+2.13。UASB、EGSB、OCAR處理城市污水過程中的基質(zhì)降 解規(guī)律可以用Monod模型來擬合。 通過中試反應(yīng)器，具體研究了常溫下OCAR處理實(shí)際城鎮(zhèn)污水的效果。由 于城市污水的波動(dòng)性大，OCAR反應(yīng)器在采用穿孔管布水系統(tǒng)時(shí)處理效率不穩(wěn) 定，出水COD波動(dòng)明顯；通過改造采用了高位脈沖布水系統(tǒng)代替了穿孔管布水 系統(tǒng)進(jìn)水，不僅有效的

5、降低了進(jìn)水波動(dòng)對(duì)反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定的影響，同時(shí)提高了反 應(yīng)器的處理效果；隨著回流比的增加，EGSB和OCAR出水中SS也逐漸加大， 但是OCAR出水SS比EGSB的明顯要低(最大相差了66.3mg/L)，即使在回流 比增大到30時(shí)，出水COD并未出現(xiàn)較大的波動(dòng)。城市污水中的懸浮物較多， 但能夠有效地在OCAR反應(yīng)器中被降解，不會(huì)在反應(yīng)器中積累。OCAR采用了 出水回流，較高的上升流速提供最佳混合條件，強(qiáng)化了基質(zhì)的擴(kuò)散、傳遞，同時(shí)

6、 能夠保持足夠的污泥量在反應(yīng)器內(nèi)，可以補(bǔ)償溫度波動(dòng)對(duì)反應(yīng)器運(yùn)行的影響。另 外由于城市污水的COD較低，抵消了低溫對(duì)厭氧降解的不利影響。因此OCAR 在常溫下處理低濃度的城市污水時(shí)，溫度的波動(dòng)基本不會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)行。溶解 氧與厭氧顆粒污泥的SMA具有較好的線性關(guān)系，常溫下其線性關(guān)系式為： Y=-2.9885X+90.162；但是厭氧顆粒污泥由于兼性菌多包圍在顆粒的外圍，能夠 及時(shí)消耗完進(jìn)水中的溶解氧，對(duì)顆粒內(nèi)的產(chǎn)甲烷菌起到保護(hù)作

7、用。 通過對(duì)反應(yīng)器污泥量平衡控制的研究表明，當(dāng)反應(yīng)器容積負(fù)荷Y與出水TSS (X)滿足以下關(guān)系式時(shí)，才能保持反應(yīng)器里污泥量平衡以維持正常的運(yùn)行： Y≥——X × 0.8—— HRT×y×η×0.7 式中η為COD去除率平均值，y產(chǎn)率系數(shù)為，HRT為停留時(shí)間。對(duì)厭氧顆粒污 泥的性質(zhì)進(jìn)行了研究，在中溫處理高負(fù)荷檸檬酸廢水IC的顆粒污泥粒徑平均為 1.337mm，而接種到OCAR中后，由于有機(jī)負(fù)荷和溫度的降低，污泥的平均

8、粒徑 30天后下降到1.106mm。顆粒污泥接種后馴化時(shí)間越長，顆粒污泥SMA值越高、 產(chǎn)甲烷菌的活性越強(qiáng)；隨著容積負(fù)荷的增加，顆粒污泥中輔酶F420的量也隨著增 加。從中溫處理檸檬酸廢水的IC厭氧反應(yīng)器取得接種污泥微生物種屬為15個(gè)， 經(jīng)過在常溫處理城市污水的外循環(huán)反應(yīng)器馴化后，有9個(gè)種屬被淘汰，并新生出 6個(gè)種屬。在10℃、20℃、30℃的不同溫度下運(yùn)行，厭氧顆粒污泥的微生物群落 結(jié)構(gòu)和種群數(shù)量存在明顯的演替過程，其PC

9、R-DGGE圖譜相似性系數(shù)Cs在 53.5％～74.5％，溫度相差越大，Cs越小。 采用RTD模型對(duì)比分析了EGSB和OCAR的水力學(xué)特性，離散數(shù)D和死區(qū)百分 率表明，在高的上升流速時(shí)，EGSB存在溝流現(xiàn)象，死區(qū)百分率升高；而OCAR 由于采用了中部水回流、改進(jìn)了布水系統(tǒng)，因此上升流速越高，離散數(shù)D越大， 返混效果越好，當(dāng)上升流速為9.00m/h，死區(qū)百分率減少到0.87％。采用彌散模型 對(duì)不同上升流速下OCAR污泥濃度進(jìn)行