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A S B R 反应器处理豆制品废水 王亮 1 ， 李风亭 1 ， 刘华 2 ， 刘岩 3 （1 . 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 2 0 0 0 9 2 ； 2 . 上海市环境工程设计研究院， 上海 2 0 0 0 7 1 ； 3 . 青岛市环保局四方区分局， 山东青岛 2 6 6 0 3 3 ） 摘要: 采用厌氧序批式活性污泥法处理食品加工废水。试验结果表明: 启动阶段, 通过投加G A C, 尽快提高有机负 荷以及缩短水力停留时间等措施, 可以使系统既快又稳的启动, 本次试验启动用时1 1 8d; 启动成功后,C O D负荷率 为7 . 8 3 k g / m 3 d,C O D去除率8 9 . 7 %,容积产气率3 . 9m 3 / m 3 d左右,其中甲烷含量7 0 %,反应器中污泥浓度 1 6 3 5 9 m g / L, 污泥龄1 8d, 污泥全部颗粒化为粒径在1 3 m m的颗粒污泥, 表明是高效运行的厌氧反应器。 关键词:A S B R系统; 豆制品废水; 启动; 中图分类号:X 7 0 3 . 1 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 0 - 3 7 7 0 ( 2 0 0 5 ) 0 9 - 0 0 5 6 - 0 5 厌氧序批式活性污泥法 （A S B R ） 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 9 0 年代由美国 I o w a 州立大学民用建筑系 R i c h a r dR D a g u e 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 A S B R反应器运用于实际废水处理的研究 在 2 0 0 2 年开始有所报道， 张文艺 2 等用 A S B R工艺 处理屠宰废水， 2 3周启动成功， C O D去除率达到 8 8 . 5 2 %； 缪应祺 3 等用 A S B R工艺处理酸性钛白废 水， 6 0 d 启动成功， S O4 2 -去除率达到 8 3 . 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 A S B R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 A S B R反 应器对该废水进行处理，预期 C O D负荷率为 8 k g /m 3 d ， 相应 C O D去除率大于 8 5 %。 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 A S B R 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 A S B R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 1 。 收稿日期： 2 0 0 4 - 0 9 - 0 3 作者简介： 王亮 （1 9 7 9 - ） ， 男， 在读博士研究生， 研究方向为水污染控制工程； 联系电话： 0 2 1 - 6 5 9 8 0 5 6 7 ； E - m a i l ： c h r i s t j o b 1 2 6 . c o m 。 第 3 1 卷 第 9 期 2 0 0 5年 9月 水处理技术 T E C H N O L O G YO FWA T E RT R E A T ME N T V o l . 3 1 N o . 9 S e p . , 2 0 0 55 6 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 （3 5 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 ML V S S = 1 4 . 3 g / L ， 污泥容 积指数 （S V I 值） 为 5 0 . 1 m L / 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 2 5 g 粉末状活性炭 G A C （平均粒径 0 . 5 m m ） ， 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， O L R不能被精确 控制，因此在试验过程中精确控制 H R T而不是 O L R 。鉴于厌氧反应器启动初期对环境条件的改变 比较敏感， H R T控制在 9 d ， O L R在 0 . 5 k g / m 3 d左 右， 进水 p H值加 N a H C O3调节至 6 . 8 7 . 0 。反应周 期为 1 2 h ，每日早晚各换水一次；以 C O D去除率 7 0 %为准， 缩短 H R T , 提高 O L R 。当反应器 H R T缩 短为 1 . 5 d ， O L R提高至 3 k g / m 3 d 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如下：进水 1 0 m i n ， 排水 1 0 m i n ， 在启动初期 H R T为 9 d 时， 沉降 时间为 4 0 6 0 m i n ， 当 H R T缩短为 1 . 5 d 时， 沉降时 间不超过 2 0 m i n ，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 S R T ， 允许反应器内混合液悬浮固体浓度 ML S S随流出 液的 ML S S波动 （S R T =反应器 ML S S / 流出液的 ML S S ） ， 流出液的 ML S S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 （C O D负荷率 为 8 k g / m 3 d ， 相应 C O D去除率大于 8 5 % ） 所用最短 时间，同时在试验过程中关注出水 V F A 、 ML V S S 、 p H 、 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 C O D去除率 7 0 %为基准， 以 C O D为主 控指标， 以出水 V F A 、 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 1 1 8 d 的时间内成功启动 A S B R反 应器。启动成功后其平均负荷提高至 7 . 8 3 k g / m 3 d ， C O D去除率稳定在 8 9 %左右，设备产气率稳定在 3 . 9 m 3 / m 3 d 左右， 甲烷含量约占 7 0 %。污泥全部颗 粒化， 粒径在 1 3 m m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O L R 有机负荷随时间变化情况如表 4 所示。反应器 在 H R T为 9 d ，平均负荷为 0 . 5 2 k g / m 3 d下运行到 试验装置名称型号生产厂家 A S B R 反应器 搅拌电机 减速机 温度控制仪 时间继电器 直径 高 1 4 0 m m 7 5 0 m m J X 5 6 1 46 0 W WB 6 5 L 2 D6 0 W O MR O NE 5 E M- Y R 4 0 K D H 4 8 S 校办工厂 上海上微金辉电器公司 上海江东微型减速机厂 台湾欧姆龙电器公司 浙江斯万纳电器公司 注： 搅拌电机转速为 1 4 0 0 r / m i n ， 减速机速比为 1 / 4 3 ， 搅拌桨实际转速 约为 3 3 r / m i n 。 表1主要试验装置规格 表2试验用水主要水质指标( m g / L ) 指标数值 V F A 乙酸 丙酸 丁酸 2 2 5 3 2 7 9 p H3 . 5 4 . 0 C O D B O D5 S S N H + 4- N 4 5 0 0 5 3 0 0 2 7 0 0 3 8 5 0 8 5 0 1 0 0 0 3 5 7 0 表3试验监测项目及方法 监测项目分析方法 C O D B O D5 S S N H4 +- N V F A 碱度 p H值 温度 C O D 快速测定仪法 稀释培养法 重量法 纳氏试剂比色法 气相色谱仪 滴定法 p H 计 温度计直接测量 王亮等， A S B R反应器处理豆制品废水5 7 3 8 d时， C O D ( S ) 去除率达 7 0 . 6 %， 以去除率 7 0 %为 准， 缩短 H R T ， 增加 O L R ， 初期控制 O L R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 1 1 8 d时， H R T缩短为 0 . 6 d ， 平均 O L R达到 7 . 8 3 k g / m 3 d ， 在此负荷下稳定 运行 1 0 d ， C O D ( S ) 去除率达到 8 9 . 6 %。 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p H值和挥发酸V F A浓度 p H值是废水厌氧处理中最为重要的影响因素 之一。 微生物对 p H值的波动十分敏感， 即使在其生 长 p H范围的 p H值的突然改变也会引起细菌活力 的明显下降。 低于 p H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。 p H值对产甲烷菌的影响与 V F A的浓度有关， 这是因为乙酸以及其它 V F A在非离解状态下是有 毒的。p H值越低， 游离酸所占比例越大， 因而在同 一总 V F A浓度下它们的毒性越大 4 。 系统出水 V F A 及 p H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 m 3 / m 3 d 。 表4各负荷段运行时间 注： 负荷 7 . 8 3 k g / m 3 d 时运行时间指达到 7 0 %去除率的时间 H R T( d )9 . 05 . 02 . 51 . 51 . 20 . 80 . 6 平均负荷( k g / m 3 d ) 0 . 5 2 0 . 9 6 1 . 8 3 3 . 0 8 3 . 9 9 6 . 1 0 7 . 8 3 时间 ( d )3 81 01 41 21 21 06 水处理技术第 3 1 卷 第 9 期 5 8 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 0 . 4 7 ， 这表 明运行稳定后， 入流 C O D约有 4 7 %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 0 . 3 3 ， 这 表明运行稳定后，入流 C O D约有 3 3 %被转化为甲 烷， 其余转化为 C O2， 用作微生物增殖以及随出流带 走。沼气中甲烷含量约占 7 0 %， 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 3 k g / m 3 d 时， 为防止厌氧 污泥大量流失，沉淀时间控制在 4 0 6 0 m i n 之间； 当负荷高于 3 k g / m 3 d 时，沉淀时间需控制在 1 5 2 0 m i n 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， 这段时间随着负 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 1 h 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 1 m m ） ； 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， 用水淘洗后呈椭圆形； 当最 终 H R T为 0 . 6 d ，平均负荷达到 7 . 8 3 k g / m 3 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 1 3 m m 之间， 产气性能良好； 可见 A S B R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 H R T为 1 . 5 d ， 平均 O L R达 到 3 . 0 8 k g / m 3 d 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 2 0 d 时， 随着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 V F A ， 出水 V F A浓度随之提高， 运行 至第 3 2 d 时，出水 V F A浓度高达 9 9 8 . 6 m g / L ， p H值 也降低到 5 . 0 以下。加 N a H C O3调 p H值至最佳范围 6 . 8 7 . 2 ， 随后由于甲烷菌活性增加， 出水 V F A浓度 逐渐降低， 但仍需加适量的 N a H C O3调节。每次提升 负荷后，出水 V F A会有所增加，当出水 p H值低于 5 . 5 时， 加碱调节。在负荷高于 3 . 0 k g / m 3 d 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 8 k g / m 3 d 后， 出水 V F A稳定在 1 2 0 m g / L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 C H4和 C O2, 另外 H2和 C O2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 4 0 6 0 m i n 之间， 但在负荷升高到 3 k g / m 3 d 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 4 0 m i n 后， 大量污泥夹着气泡再次上浮。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 1 5 2 0 m i n 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A S B R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 2 5 g G A C（平均粒径 0 .5 m m ） ， 控制反应温度为 3 5 ， 以 C O D去除率 7 0 % 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1 1 8 d 的时间里成功启动 A S B R反应器。 反应器启动成功后， H R T控制在 0 . 6 d ，容积负荷 维持在 7 . 8 3 k g / m 3 d 左右， 出水 V F A稳定在 1 1 0 m g / L 左右， 溶解性 C O D的去除率达到 8 9 . 5 %， 容积产气 率在 3 . 9 m 3 / m 3 d 左右， 其中甲烷含量 7 0 %， 反应器 中污泥浓度高达 1 6 3 5 9 m g / L ， 污泥龄为 1 8 d ， 污泥全 部颗粒化为粒径在 1 3 m m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4 0 6 0 m i n ， 但启动成功稳定运行后， 沉降时间不宜超过 2 0 m i n ，否则继续产生的生物气容 易使污泥反混， 出水ML V S S 浓度升高， 导致污泥流失。 参考文献: 1 S u n g S , D a g u e RR . L a b o r a t o r y s t u d i e s o n t h e a n a e r o b i c s e q u e n c - i n gb a t hr e a c t o r J .Wa t e r E n v i r o n m e n t R e s e a r c h ， 1 9 9 5 ， 6 7 ( 3 ) : 王亮等， A S B R反应器处理豆制品废水5 9 2 9 4 - 3 0 1 . 2 张文艺，采用厌氧序批间歇式反应器处理屠宰废水试验研究 J . 农业工程学报， 2 0 0 2 ， 1 8 ( 6 ) : 1 2 7 - 1 3 0 . 3 缪应祺，倪国，岳强， A S B R法处理酸性钛白废水的技术研究 J . 江苏大学学报， 2 0 0 3 ， 2 4 ( 1 ) : 8 7 - 9 0 . 4 贺延龄.废水的厌氧生物处理 M .北京： 中国轻工业出版 社， 1 9 9 8 ： 4 7 - 4 8. T R E A T ME N TO F B E A N - P R O C E S S I N GWA S T E WA T E RWI T HA S B R Wa n g L i a n g 1 ， L i F e n g - t i n g 1 ， L i u H u a 2 ， L i u Y a n 3 ( 1 . C o l l e g e o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e 2 . S h a n g h a i E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g d e s i g ni n s t i t u t e , S h a n g h a i 2 0 0 0 7 1 , C h i n a ; 3 . S i f a n g D i s t r i c t B r a n c ho f Q i n g d a o E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o nB u r e a u , Q i n g d a o 2 6 6 0 3 3 , C h i n a ) A b s t r a c t ： F o o d - p r o c e s s i n g w a s t e w a t e r i s a c o m m o n i n d u s t i a l w a s t e w a t e r , w h i c h i s h i g h l y c o n c e n t r a t e d b u t w i t h a c o m p a r a t i v e l y l o wv o l u m e . I n t h i s p a - p e r , t h e b e a n - p r o c e s s i n g w a s t e w a t e r t r e a t m e n t u s i n g t h e a n a e r o b i c s e q u e n c i n g b a t c h r e a c t o r ( A S B R ) i s s t u d i e d . T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t : t h e A S B Rs y s - t e mw a s s t a r t e d r a p i d l y a n d s t e a d i l y b y m e a n s o f p u t t i n g G A Ci n t o t h e r e a c t o r a n d i n c r e a s i n g t h e O L R 、 d e c r e a s i n g t h e H R Ta s s o o na s p o s s i b l e i nt h e s t a g e o f s t a r t - u p . T h e t i m e o f t h e s t a r t - u p o f t h i s e x p e r i m e n t i s 1 1 8 d a y s ; A f t e r t h e s u c c e s s o f t h e s t a r t - u p , t h e O L Ra c h i e v e d 8 k g / m 3 d , t h e v o l u m e t r i c f i r e d a m p p r o d u c t i o n r a t e w a s 3 . 9 m 3 / m 3 d , t h e c o n t e n t o f t h e m e t h a n e w a s 7 0 %, t h e c o n c e n t r a t i o n o f ML V S Sw a s 1 6 3 5 9 m g / Li n t h e r e a c t o r , t h e a g e o f s l u d g e a c h i e v e d 1 8 d a y s , t h e s l u d g e i n t h e r e a c t o r g r a n u l a t e d c o m p l e t e l y , t h e d i a m e t e r o f t h e g r a n u l a t e d s l u d g e w a s 1 3 m m . T h i s s h o w e d t h a t t h e A S - B Rw a s h i g h - p e r f o r m a n c e a n a e r o b i c s y s t e m . K e y w o r d s ： A S B Rs y s t e m ; b e a n - p r o c e s s i n g w a s t e w a t e r ; s t a r t i n g - u p P R E O Z O N A T I O NO F Y E L L O WR I V E RWA T E RI NWI N T E R Wa n g L i - h u a , Wa n g X i a o - c h a n g , J i n P e n g - k a n g ( S c h o o l o f E n v i r . t h e o z o n e o x i d a t i o n c o u l d r e m o v e p a r t i a l o r g a n i c s a n d n i t r o g e n n i t r i t e a n d i m p r o v e d t h e b i o d e g r a d - a b i l i t y o f o r g a n i c s i n w a t e r a n d i n c r e a s e d t h e r e m o v a l r a t e o f t h e p o l l u l a n t s i n f o l l o w i n g p r o c e s s e s . K e