ASBR反应器处理豆制品废水

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 RDague教授提出四，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反应器本身特性的探讨，所用废水均为人工配制，对工程实践指导意义有限。

将ASBR反应器运用于实际废水处理的研究在2002年开始有所报道，张文艺等用ASBR工艺处理屠宰废水，23周启动成功，COD去除率达到88.52%:缪应祺等用ASBR工艺处理酸性钛白废水，60d启动成功，C0D去除率达到83.5%；

食品工业废水是我国水体重大污染源之一，也是我国水污染防治的重点，目前国内尚无采用ASBR工艺处理该类废水的文献报道，这也正是本课题的研究意义所在。本文在前人研究成果的基础上，用ASBR反应器对该废水进行处理，预期COD负荷率为8kg/m3·d,相应COD去除率大于85%。

本着为实际工程服务的目的，以达到预期负荷率以及相应的有机物去除率为启动成功标志，探讨其最快启动时间、启动阶段的各指标值及其变化规律，为ASBR工艺在该类废水实际工程中的应用提供指导。

1试验装置与方法

1．1试验流程和装置

1．1．1试验流程

试验在青岛建筑工程学院试验室进行，试验用水取自青岛某食品有限公司原处理系统调节池，试验流程图如图1所示。

1．1．2试验装置

ASBR反应器由有机玻璃加工而成，保温箱为木制，试验装置具体参数见表l。

1.2试验方法

(1)考虑到实际工程中的升温成本问题，本文采用中温消化，温度控制在(35±1)℃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=14.3gL,污泥容积指数(SVⅥ值)为50.1mL/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2。

(4)反应器在消化污泥放入后，一次性投加25g粉末状活性炭GAC(平均粒径0.5mm),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感，HRT控制在9d,OLR在0.5kg/m3·d左右，进水pH值加NaHCO3调节至6.8~7.0。反应周期为12h,每日早晚各换水一次；以COD去除率70%为准，缩短HRT,提高OLR。当反应器HRT缩短为1.5d,OLR提高至3kgm3·d左右时，反应周期改为8h,每日换水3次。

(6)每1个反应周期时间分布如下：进水l0min,排水10min,在启动初期HRT为9d时，沉降时间为40~60min,当HRT缩短为1.5d时，沉降时间不超过20min,一个循环周期中的其余的时间为反应时间。

(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。

(8)为与工程实际吻合，本试验不是在拟平衡条件下运行，而只关心达到预期目的(COD负荷率为8kgm3·d,相应COD去除率大于85%)所用最短时间，同时在试验过程中关注出水VFA、MLVSS、pH、产气量等指标。

1.3检测项目及分析方法

水质指标分析项目及方法见表3。

2结果试验

以COD去除率70%为基准，以COD为主控指标，以出水VFA、污泥浓度以及产气量为辅控指标，采取尽快加大有机负荷以及尽快缩短水力停留时间的方法，在118d的时间内成功启动ASBR反应器。启动成功后其平均负荷提高至7.83kgm3?d,COD去除率稳定在89%左右，设备产气率稳定在3.9mm3·d左右，甲烷含量约占70%。污泥全部颗粒化，粒径在1~3mm之间，沉降性能良好。

2.1去除率及污泥浓度变化去除率及污泥颗粒化变化情况见图2和图3。

 

2.2有机负荷0LR

有机负荷随时间变化情况如表4所示。

反应器在HRT为9d,平均负荷为0.52kg/m3·d下运行到38d时，C0D(S)去除率达70.6%，以去除率70%为准，缩短HRT,增加OLR,初期控制OLR增幅为0.5左右，之后为1.0，随着颗粒化程度的提高，最终增幅达到2.0左右，运行到第118d时，HRT缩短为0.6d,平均OLR达到7.83kg/m3d,在此负荷下稳定运行10d,COD(S)去除率达到89.%。此后由于反应器结构及废水水质限制，无法再提高有机负荷。

2.3出水pH值和挥发酸VFA浓度

pH值是废水厌氧处理中最为重要的影响因素之一。微生物对PH值的波动十分敏感，即使在其生长pH范围的pH值的突然改变也会引起细菌活力的明显下降。低于pH下限并持续过久时，会导致甲烷菌活力丧失殆尽而产乙酸菌大量繁殖，引起反应器系统的“酸化”。严重酸化发生后，反应器系统难以恢复至原有状态。

pH值对产甲烷菌的影响与VFA的浓度有关，这是因为乙酸以及其它VFA在非离解状态下是有毒的。pH值越低，游离酸所占比例越大，因而在同一总VFA浓度下它们的毒性越大。系统出水VFA及pH值随时间变化如图4和图5所示。

2．4产气率与甲烷含量

沼气产率随时间变化及随负荷变化情况见图6和图7，甲烷产率随负荷变化情况见图8。由图6可知，产气率随时间推移逐渐加速增长，产气率最终稳定在3．9 m3／m3·d。

由图7可知，产气率基本随负荷呈线性变化。

对其作线性回归后发现，沼气线斜率为047，这表明运行稳定后，入流C0D约有47%被转化为沼气，其余用作微生物增殖以及随出流带走。

由图8可知，甲烷随负荷变化趋势和产气率基本相同，作线性回归后发现，甲烷线斜率为033，这表明运行稳定后，入流C0D约有33%被转化为甲烷，其余转化为C0,用作微生物增殖以及随出流带走。沼气中甲烷含量约占70%，表明产气情况良好。

2.5沉淀时间的影响

在实验过程中发现沉淀时间对出水水质有影响。在启动初期负荷低于3kg/m2d时，为防止厌氧污泥大量流失，沉淀时间控制在40~60min之间：当负荷高于3kg/m2·d时，沉淀时间需控制在1520min之间，才能得到最好的出水水质。

3 结果 讨论

(1)由图2和图3的对比可以看出，开始的去除率极低阶段即为污泥的洗出阶段，这段时间随者负荷的提高，污泥活性也有所提高，对污泥进行取样观察，污泥沉降性能变差，絮体分散，沉降1h后，仍有大量污泥随水外排：随着反应器的运行，洗出过程结束，污泥浓度降到极低后开始缓慢回升，去除率也随之开始升高，

这个阶段前期反应器开始对较重的污泥和分散的絮状污泥进行选择，对污泥镜检时已经可以发现明显的颗粒污泥，但粒径较小(小于1mm)：这个阶段后期时随着负荷的不断提升，污泥浓度增长逐渐加快，对污泥镜检发现污泥粒径的增长速度也明显加快，

用水海洗后呈椭园形：当最终HRT为0.6d,平均负荷达到7.83kgm·d时，污泥沉降性能明显改善，对污泥取样观察，发现此时污泥基本全部转化为颗粒化状态，粒径在13mm之间，产气性能良好：可见ASBR反应器的启动成功与否，可以污泥是否颗粒化进行判别。

(2)由表4可知，当HRT为1.5d,平均OLR达到3.08kgm3d后，负荷增加的速度越来越快，可见在启动的中后期，随着污泥颗粒化程度的逐渐增高，反应器的处理能力也随之快速增强。

(3)由图4和图5可知，反应器运行至第20d时，随若污泥逐渐适应该废水水质，活性逐渐提高，对环境要求相对不苛刻的酸化菌首先繁殖，废水中的有机质被降解为VFA,出水VFA浓度随之提高，运行至第32d时，出水VFA浓度高达998.6mgL,pH值也降低到5.0以下。

加NaHCO3,调pH值至最佳范围6.8一7.2，随后由于甲烷菌活性增加，出水VFA浓度逐渐降低，但仍需加适量的NaHCO3,调节。每次提升负荷后，出水VFA会有所增加，当出水pH值低于5.5时，加碱调节。在负荷高于3.0kg/m3d后，无需加碱，在再次提高负荷时反应器可自行调节。当负荷稳定在8kg/m3d后，出水VFA稳定在120mgL以下。

这主要是因为污泥颗粒化程度越来越高，嗜乙酸的甲烷菌会立刻把乙酸转化成CH和CO2,另外H和C02会被同型产甲烷菌进一步转化成甲烷。

(4)在反应器启动的初期，为了避免厌氧污泥在短时间内被大量洗出，沉淀时间一直控制在40~60min之间，但在负荷升高到3kg/m3d以后，一段时间内发现出水污泥量有所增加，出水水质恶化。

取样观察发现沉降40min后，大量污泥夹若气泡再次上浮。分析认为可能因为沉淀时间较长，颗粒污泥与基质继续反应所产生的生物气粘附在污泥颗粒上，从而导致污泥上浮随出水流失。将沉淀时间调整到15一20mi山之间后，污泥上浮现象消失，出水水质改善。

由此可知，在污泥颗粒化程度较高以后，沉淀时间不宜过长，否则继续产生的生物气容易引起污泥上浮，导致污泥流失，出水水质恶化。

4 结论

采用ASBR系统处理豆制品废水是可行的。启动阶段，一次性向反应器中投加25gGAC(平均粒径0.5mm),控制反应温度为35℃，以C0D去除率70%为准，采用尽快增加有机负荷以及尽快缩短水力停留时间等措施，在118d的时间里成功启动ASBR反应器。

反应器启动成功后，HRT控制在0.6d,容积负荷维持在7.83kgm3d左右，出水VFA稳定在110mgL左右，溶解性COD的去除率达到89.5%，容积产气率在3.9m/m3d左右，其中甲烷含量70%，反应器中污泥浓度高达16359mg/L,污泥龄为18d,污泥全部颗粒化为粒径在1~3mm的颗粒污泥，表明其是高效运行的厌氧反应系统。

一个循环周期的污泥沉降时间，在启动初期为防止污泥流失，需要40~60min,但启动成功稳定运行后，沉降时间不宜超过20min,否则继续产生的生物气容易使污泥反混，出水MLVSS浓度升高，导致污泥流失。

王亮·，李风亭，刘华，刘岩 水处理技术