硕士论文-IC反应器处理养殖废水的启动与运行研究费.pdf

西安科技大学 硕士学位论文 IC反应器处理养殖废水的启动与运行研究 姓名 周建民 申请学位级别 硕士 专业 环境工程 指导教师 端木合顺 20090519 S u b j e c t S t u d yo nS t a r t u pa n dO p e r a t i o no fA q u a c u l t u r eW a s t e w a t e rb y I n t e r n a lC i r c u l a t i o nR e a c t o r S p e c i a l t y E n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g N a m e Z h o u j i a n m i n I n s t r u c t o r D u a n m uh e s h u n A B S T R A C T S i g n a t u r e S i g n a t u r e T h eI n t e m a lC i r c u l a t i o nR e a c t o r I Cr e a c t 0 0 w h i c hw a st h et h i r d g e n e r a t i o n u l t r a h i g h r a t e a n a e r o b i cr e a c t o r d e v e l o p e ds u c c e s s f u l l y o nt h eU A S Br e a c t o r H a s s o m e f e a t u r e st h a ta r eas m a l lf o o t p r i n t b i gh i g h d i a m e t e rr a t i o h i g ho r g a n i cl o a d D r a i n a g e s t a b i l i t ya n dS t r o n gr e s i s t a n c ei m p a c t e dc a p a c i t yo fo r g a n i cl o a d I nt h i sp a p e r f r a g m e n t e d H y d r o l y t i cA c i d i f i c a t i o n s e d i m e n ta r eu s e da sap r e t r e a t m e n t o f l Cr e a c t o r A n ds t u d yt h eS t a r ta n do p e r a t i o no fP i l o t s c a l eI Cr e a c t o rt r e a t e dA q u a c u l t u r e w a s t e w a t e r T h er e s e a r c hi n d i c a t e st h a tI Cr e a c t o rh a sar e l a t i v e l yg o o db r e e d i n gw a s t e w a t e r t r e a t m e n te f f i c i e n c y I n3 5 1 t h ev o l u m eo fm a n d a t o r yd r i v i n gf o r c ei n t e m a lc i r c l eo f6 m 3 h 1 2 m 3 h a n d O R P 5 2 5 0 m y t h es t a r t u pt h a ti sc o m p l e t e di n13 0d a y s T h ea u t h o ra d o p t e dt os t a b i l i z et h e f i r s tc o n c e n t r a t i o no fC O D 2 0 0 0 m g L a n di n c r e a s et h ev o l u m el o a d O 6 3K g C O D m 3 d 卜 2 0 1K g C O D m 3 d a n di m p r o v ec o n c e n t r a t i o na n de n h a n c et h ev o l u m el o a d I nt h es t a b l e s e c t i o no ft h es t a r t u p t h ec o n c e n t r a t i o no fC O Di sa b o v e8 4 0 0 m g 1 t h ev o l u m el o a di s a b o v e 8 4 K g C O D m 3 d t h er a t eo f r e m o v a lC O Di sa b o v e 8 4 t h eg a sp r o d u c t i o nr a t ei s a b o v e l0 7m 3 d t h eI n t e r n a lc i r c u l a t i o ni sa b o v e2 3 6m 3 d T h eb l a c kG r a n u l a rS l u d g eW a s f o r m a t e dt h a tt h er a n g eo f g r a i nd i a m e t e rW a sf r o m 0 5m i l l i m e t r et o2m i l l i m e t r e w a s s t r o n g e r I n 3 5 1 m ev o l u m eo fm a n d a t o r y d r i v i n g f o r c ei n t e r n a lc i r c l eo f12 m 3 ho r s o O R P O 5 m m 2 h 这对污泥的有效洗出有好处 此外 由于启动初期产甲烷菌的活性不 够 不能及时分解产酸菌产生的挥发酸 易造成反应器的p H 值降低 因此为防止酸化 西安科技大学硕士学位论文 迸水p H 值应高一些 5 7 本研究考虑实际情况 初始进水浓度在2 0 0 0 m g L 左右 初始进水负荷 0 6 3 k g C O D m 3 0 d 左右 第一反应器区初始上流速度约为1 9 m h 第二反应区上流速度 约为1 O m h 3 1 3 负荷提高方式 负荷的提高有2 种方法 进料先采用低浓度的废水 然后增大水量至设计处理水 量 之后再逐渐增加废水的浓度至设计处理负荷 进料先采用低浓度的废水 然后逐 渐增加废水的浓度直到设计的处理负荷 之后再增大水量至设计处理水量 负荷的提高 要等出水稳定后逐渐进行 启动初期出水指标的高低是决定最终启动效果的重要因素 当满 足 王 V F A 6 8 污泥流失 7 5 且产气量 正常 C O D 负荷可提高1 0 也5 随着有机负荷提高 产气和上升流速的增加引起了 污泥床的膨胀 使得污泥的洗出量增大 但其中大多为絮状污泥 而产生的颗粒污泥由 于其良好的沉降性能被有效保留了下来 随着颗粒污泥的不断增加 污泥的洗出量也会逐 渐减少 在本阶段反应器开始形成不连续循环 内循环的形成与产气量有直接关系 到 启动的中 后期 内循环已十分明显 循环之间的问隔越来越短 直至无间隔连续循环 本研究采用负荷提高方式 进水量和进水浓度情况如表3 1 表3 1 反应器进水方案 3I C 反应器处理养殖废水启动研究 3 1 4 运行温度 温度对于厌氧反应器的启动与保持系统的稳定性具有重要的影响 反应器在常温 2 0 2 5 中温3 3 4 1 和高温5 5 6 0 C 下均能顺利启动 并形成颗粒污泥 但绝大多数反应器启动过程的研究都是在中温条件下进行的 也有少数U A S B 反应器低 温启动的报道 另外 不同种群产甲烷菌对生长的温度范围 均有严格要求 因此 需 要对厌氧反应的介质保持恒温 不论何种原因导致反应温度的短期突变 对厌氧发酵过 程均有明显的影响 特别是高温发酵最为敏感 有资料表明 采用高温发酵温度突变 士3 就有可能导致厌氧发酵过程发生变化 如接种污泥量足够 可将所需污泥一次性 装入反应器内 然后逐渐升温 恢复生物活性 升温要渐次进行 升温太快 会造成大 量污泥浮升膨胀 堵塞三相分离器 本研究采用二次加热方式 并采用温控仪控制 由温度计测定I C 反应器内的温度 进而反馈给温控仪一个数字信号 温控仪设定3 4 3 6 C 当时温度低于3 4 C 时 加热电 磁阀开启开始加热 高于3 6 C 时 供热电磁阀关闭停止加热 另外本系统一次加热中一 部分热源来源于堆沤池中干物质发酵 3 1 5 营养平衡状况 与其他厌氧反应装置一样 I C 反应器的营养平衡也很重要 细胞的生长和维持需要 一定数量的养分 但有些养分过量会抑制厌氧系统的启动 一般而言 营养比约为C 2 7 西安科技大学硕士学位论文 N P 7 5 5 1 如以C 为C O D 的化学计量关系推算 那么 有人认为废水中营养物 质比例应为C O D N P 5 0 Y 5 1 其中Y 为细胞产率 对于发酵产酸菌 Y 0 1 5 对于产甲烷菌 Y 0 0 3 典型地 对完全未酸化地废水 取Y 0 1 5 对于一个完全酸 化地废水 取Y 0 0 3 t 5 8 1 氮源不足时 可添加氮肥 含氮量高的粪便 氨基酸渣及剩 余活性污泥等 磷源不足时 可适当投加磷肥 同时还必须注意到 适量的碳源对反应 器细菌的最佳生长和活性是决定性的条件 然而与其它许多养分一样 碳源浓度的增加 应有一个限度 超过限度微生物的生长率就会下降 这一影响通常称为基质抑制 碳水 化合物基质抑制的一般浓度约为1 0 0 1 5 0 9 L 另外无机微量元素 如铁 镍 钻 铝等 对启动时间的长短也有影响 因为这些元素成分是甲烷菌生长所必需的 在实际应用中 当需要加入微量元素时 最好采用逐步提高浓度的投加方式 并以此确定最佳的投加量 总之 在启动过程中 营养负荷应逐渐增加 投配量尽可能随着生物体的增加而增加 直至达到稳态运行 本研究水源来自养殖场 氨氮和T P 含量较高 其他营养基本平衡 因此没有再添 加其他营养物质 3 1 6P H 值 碱度与有害物质含量 I C 反应器进水p H 值应控制在6 5 7 5 之间并尽量减少波动 当由于提高进水负荷 而引起p H 值下降时 应立即停止进料 并采取一些必要的措施 p H 值变化比V F A 浓 度的变化要滞后一些 当甲烷菌活性降低 或因过高负荷导致V F A 开始积累时 由于 废水的缓冲能力 从p H 值监测上尚反映不出潜在的问题 可以看出V F A 较之p H 值能 更快速准确地反映出反应器的实际情况 但是 由于p H 值的检测十分方便 当条件不 具备的情况下 常用p H 值代替V F A 来反映反应器的运行状况p 7 对于以碳水化合物为主的废水 进水碱度与C O D 之比大于l 3 是必要的 但对于 含较高有机氮和硫酸盐的废水 碱度的控制方式有所不同 陆正禹等研究链霉素废水的 启动过程中发现 控制出水的碱度在1 0 0 0 m g LC a C 0 3 以上 能成功地培养出颗粒污泥 颗粒污泥成熟以后 对进水的碱度要求并不高 可以不投或少投纯碱 适量惰性物如 C a 2 M 9 2 和C 0 3 2 等离子的存在 能够促进颗粒污泥初成体的聚集和粘结 废水中是否含有有毒化合物或在厌氧过程中转化为有毒的化合物对反应器启动也 很关键 一般情况下应当了解总氮和氨氮 硫酸盐或亚硫酸盐的浓度 并要了解在废水 产生的工厂里是否使用了杀毒剂 消毒剂等 如果氨氮浓度超过2 0 0 0 m g L 那么反应 器中的污泥必须经过很好的驯化才能处理这种废水 当废水中1 0 4 2 浓度超过5 0 0 m g L 或C O D 与S 0 4 2 的比值很低 则废水的处理也会成问题 S 0 4 玉本身毒性较小 但厌氧过 程中硫酸盐还原菌会将一转化为H 2 S 而H 2 S 是有毒的 当8 0 4 二的浓度不十分高 而 C O D 与S 0 4 2 的比例高于1 0 则产生的会被大量的沼气从水中气提作用带走 当S 0 4 2 3T C 反应器处理养殖废水启动研究 浓度过高或C O D 与S 0 4 2 比值太低 则可能必须使用单独的反应器 5 8 1 本研究采用在线P H 计控制仪在线控制反应器内的P H 值 当P H 值低于6 5 时 系 统将进行报警 采用氧化钙调控碱度和P H 值 试验中废水N H 4 N 小于4 0 0 m g L 3 1 7 废水性质 一般认为 低浓度废水有利于厌氧反应器的启动 浓度以4 0 0 0 5 0 0 0 m g L 为宜 高 浓度废水最好先稀释后再用作进水 浓度为1 0 0 0 4 0 0 0 m g L 的废水可直接用作进水 不 会因浓度低而遇到启动上的困难 另外 启动过程中 悬浮物浓度应控制在2 0 0 0 m g L 以下 贺延龄 5 8 I 认为反应器内悬浮物浓度超过3 0 0 0 m g L 并且它们不能生物降解而且 能滞留在反应器内 就会引起较大麻烦 但如果这些悬浮物能够生物降解 或者他们不 在反应器内滞留 则不会引起任何问题 S o u z a t 5 9 l 等研究认为 须同时满足两个条件 S S 即小于1 0 0 0 m g L 和S S C O D 小于0 5 废水中有机物的性质对启动效果影响较大 对可 生化较差的化工废水 启动时适当加入易生化物质是有益的 本研究是采用经分散调节 水解酸化和沉淀处理后的废水 S S 小于2 0 0 0 m g L C O D 在1 2 0 0 0 m g L 左右 启动的时候首先根据负荷提高方式对废水进行稀释 3 2 取样与分析 3 2 1 取样方法 废水取样按照有关废水取样要求 取混合样进行分析 I C 反应器进水取自沉淀池后 的集水池 每天按照表3 1 中的要求范围 对废水稀释 稀释后并对废水每次进水前取 样 最后把当天的样品等比例混合 送实验室或现场分析 I C 反应器出水取自反应器排 水口 每次出水十分钟后取样 最后把当天样品等比例混合后送实验室分析 3 2 2 测定项目与分析方法 启动过程主要监测项目C O D T N N H 4 N S S P H O R P 温度 沼气产量 强 制循环量 进水量 和内循环量 其中水质指标分析方法一般参照 水和废水检测分析 方法 第四版 具体选用的 C O D 消解分光光度法 采用便携式多参数水质分析仪 N H 4 N 水杨酸分光光度法 采用便携式多参数水质分析仪 T N 碱性过硫酸盐消解紫外分光光度法 采用便携式多参数水质分析仪 S S重量法 P H 玻璃电极法 采用在线P H 监测仪 O R P玻璃电极法 采用在线O R P 监测仪 西安科技大学硕士学位论文 温度 产气量 强制循环量 进水量 内循环量 3 3 结果与分析 在线温度控制仪 沼气流量计 电磁流量计 电磁流量计 电磁流量计 3 3 1 概述 该试验系统于2 0 0 7 年6 月份完成设计 2 0 0 7 年9 月份完成施工搭建 2 0 0 7 年9 月 2 5 号 2 0 0 8 年0 2 月0 1 经历1 3 0 天完成调试研究 反应器接种污泥后 首先用清水浸泡 1 天 而后每天向反应器进适量的稀释原水 对罐内的污泥进行浸泡和活化 1 星期后 按表3 1 的进料方式进行 进水时 依据试验前制定的试验方案 每天对集水池水进行 稀释分析达到进料方案要求后 采用脉冲进料方式 每次进料一个小时 启动过程中采 用强制内循环 进料次数 进料量和强制内循环量见表3 1 通过P H 值 进水C O D C O D 去除率 进水S S 温度 O R P 等条件对I C 反应器启动进行调控 进水 S S 6 5 O R P 7 0 C o D 去除率 7 5 如果各项指标正常 则第二周按照表3 1 的进料方案提高进水量和容积负荷 这样 每提高一次负荷 运行一周至出水各指标稳定 3 3 2 启动结果分析 1 进水量与容积负荷变化 按照3 1 节所述的进料方案进水 控制温度在3 5 4 1 O R P 茎 2 5 0 m v 强制循环量 6 m 3 h 由图3 1 可以看出 启动过程分为三个阶段 适应阶段 提高负荷阶段和稳定运 行阶段 适应阶段进水量由第一周的约1 0m 3 d 依次增加到第六周的约3 0m 3 d 进料负荷由 0 6 3 k g C O D m 3 d 逐渐增加到2 0k g C O D m 3 d 进水采用脉冲进水 每次进料1h 进水量2 8 6 m 3 h 3 7 7 矗 l l 使第二反应区上升流速在0 9 1 m h 1 2 0 m h 之间 这样既保 证了第二反应区的活性又保证了污泥不被非正常洗出 3 0 3I c 反应器处理养殖废水启动研究 负荷提高阶段为从第4 3 天 第1 2 7 天 这一阶段进水量一直维持在3 0 m 3 d 左右 第4 3 天 第6 3 天强制循环量为6 m 3 h 左右 第6 3 天以后强制循环量为1 2 m 3 h 左右 容积负荷2 4 2 k g C O D m 3 d 9 0 2 k g C O D m 3 d 进水仍然采用间歇进水方式 每 次进水l h 进水量在3 7 5 m 3 h 左右 第二反应区上升流速在1 2 0m h 左右 稳定运行阶段从第1 2 7 天 第1 3 0 天 这一阶段进水量为3 0m 3 d 左右 进水频率和 反应条件与负荷提高阶段相同 勺 目 V 删 蜊 0l42 84256708 49 8l12l26140 启动时间 d 蚜 始 狰 斟 胃 嘎 是 一 直 乙 图3 1 进水量和霹积负荷变化规律 2 C O D 的变化趋势 从启动过程的进 出水C O D 和去除率来看 见图3 2 在启动的不同阶段呈现了 不同的规律 在启动的适应阶段 进水浓度在1 7 8 9 9 m g L 2 0 2 1 5m g L 之间波动 进水容积负荷 在0 6 3 k g C O D m 3 d 2 0 1 k g C O D m 3 d 之间 去除率波动比较大 每增加一次负 荷去除率明显降低 启动初期容积负荷约为0 6 3 k g C O D m 3 d 虽然容积负荷比较低 但是去除率仅在3 9 2 1 这是因为接种的污泥为市政污水处理厂的消化污泥 启动初 期还不能适应养殖废水的环境 随着时间增长和稳定的进水量 进水浓度和进水容积负 荷 C O D 去除率稳定提高 在这一阶段 每提高一次容积负荷 去除率显著降低 随 着时间和负荷的不断增加 去除率降低的幅度在不断的减少 这是因为随着污泥的培养 驯化 已逐步适应了该废水的环境 从而不断提高了其抗负荷能力 这一阶段共计4 2 天 在第4 2 天时 进水C O D 浓度为2 0 1 5 3 m g L 出水C O D 浓度为4 4 4 7 m g L 去除 率达到7 7 9 3 在负荷提高阶段 进水浓度2 4 1 6 7 m g 1 产8 9 9 1 2 m g L 之间不断增加 总体趋势是由低 到高增加的 但是每段相当负荷阶段进水浓度有波动 进水容积负荷在2 4 2 k g C O D m 3 d 9 0 2 k g C O D m 3 0 d 之间总体趋势增加 这一阶段容积负荷和进水浓度采取 先 快升后慢提 的方式 因污泥经过适应期的驯化培养 已基本适应反应器的反应条件 3 l 西安科技大学硕士学位论文 并由微小的的颗粒污泥不断形成长大 因此在这个阶段进水浓度可以提高稍微快点 但 是 到浓度和负荷比较高的时候应该适当放缓了增加速度 因为随着浓度的增高 废水 的抑制剂也不断增加 可能会抑制正常生化反应的进行 启动实践证明 这种方式是完 全正确的 在这个阶段的第4 3 天到第1 1 2 天 去除率在5 7 4 8 0 0 7 8 4 1 之间随着负荷 的提高有明显波动 但是去除率降低幅度呈减少的趋势 到1 1 3 天当进水浓度提高到 8 9 9 1 2 m g t 容积负荷为9 0 2k g C O D m 3 d 时 去除率很快由第1 1 2 天的7 5 5 8 降 到5 7 4 8 在今后的三天中急剧降低 到第1 1 5 天去除率降低到4 3 8 0 在第1 1 6 天 起立即降低进水浓度到8 3 0 0 m g L 左右 运行到第1 2 6 天时去除率缓慢提升到8 2 7 7 C O D 去除率在进水浓度8 9 9 1 2 m g L 容积负荷为9 0 2k g C O D m 3 d 时之所以有那么 大波动 原因可能有两个 一是进水浓度太高 进而使得进水中有毒有害物质或抑制剂 浓度也随之增高到达了微生物所能承受的阈值 二是进水容积负荷太高 使某些物质积 累从而对后续降解抑制 进水底物浓度太高 使水的有效浓度降低 从而降低了分子的 传播速度 进而降低了酶反应速度 过量的底物与激活剂结合 降低了激活剂的有效浓 度 也会降低酶反应速度 过量的底物聚集在酶分子周围 生成无活性的中间产物 不 能释放出酶分子也会降低反应速速 稳定阶段 这一阶段进水浓度在8 4 3 6 m g L 8 4 4 6 7 m g L 进水容积负荷在8 4 2 k g C O D m 3 d 8 4 7 k g C O D m 3 d 之间 去除率在8 2 8 7 8 2 9 0 之间波动 可见这 一阶段 C O D 的去除率波动不大 运行比较稳定 警 V 毯 避 盘 o U 丑 捌 0142 84 25 67 08 49 81l212 6l4 0 启动时间 d 卅 幂 橱 兽 图3 2 进出水C O D 的变化趋势 3 N 1 1 4 N 的变化趋势 由图3 1 和3 3 可知 在启动的1 3 0 内 N H 4 N 的进水浓度从7 4 2m g L 3 9 8 1m g L 3 2 O 5 O 5 O 5 O 5 O 5 O 5 0 5 l 9 9 8 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 O 0 0 O O O O O O O O O O O O O 0 O O O O O 0 O O O O O O 0 O O 9 8 7 6 5 4 3 2 1 3I C 反应器处理养殖废水启动研究 之间呈规律性递增趋势 出水浓度随着容积负荷的提高呈现一定程度的波动 每提高一 次容积负荷 N H 4 N 去除率明显降低 在启动的前1 3 天内 出水的N H 4 N 一直高于进 水N H 4 N 的浓度 原因可能有三 一是接种的城市污水处理厂硝化污泥中含有反硝化 细菌 反硝化细菌利用废水中的硝态氮或亚硝态氮发生反硝化作用产生了N H 4 N 二是 因为养殖废水中富含有机氮 在厌氧条件下发生厌氧氨化而产生N H 4 N 这时因培养刚 开始 厌氧氨氧化细菌比增长率比较低 还没有筛选出来 使得厌氧氨化速率高于了消 耗速率 三是接种的污泥中的死菌也释放N H 4 N 从第1 4 天 第4 2 天去除率呈现正值 并稳步增长 到4 2 天N H 4 N 去除率达到最高值2 1 9 0 这一阶段说明了厌氧氨氧化速 率己高于了厌氧氨化的速率 厌氧氨氧化细菌正慢慢增殖 每次提高容积负荷 N H 4 N 的去除率就明显降低 到第4 3 天 容积负荷提高到2 4 3 k g C O D m 3 d 进水氨氮浓度1 0 9 1m g L N H 4 N 去除率下降到 3 2 1 随后由逐渐 回升 原因可能是培养初期 厌氧氨氧化细菌虽有一定的数量 但是与异养菌相比还属 于弱势群体 加之进水氨氮浓度的急剧升高 厌氧氨氧化细菌还不能适应剧烈的负荷波 动 随着负荷的不断提高 N H 4 N 去除率波动幅度有下降趋势 这说明厌氧氨氧化细菌 适应性逐渐增强 在稳定阶段 氨氮去除率达到1 2 8 8 说明I C 反应器对养殖废水的 N H 4 N 有一定的去除能力 一 J 釜 吕 毯 蛏 Z I 甘 Z 丑 翅 0142 84 25 67 08 49 81l212 614 0 启动时间 d 嫩 醪 懊 簧 图3 3 进出水N 心 N 的变化趋势 4 T N 的变化趋势 由图3 1 和3 4 知 启动过程 T N 进水浓度随容积负荷提高呈现适应阶段的微小波 动和负荷提升阶段规律性增加趋势 T N 出水浓度由适应阶段的与进水浓度基本相等 到负荷提升阶段 浓度提高阶段 的波折式提高 在第1 3 天以前 T N 去除率在 0 4 8 0 0 0 8 8 之间波动 因为启动之初细菌等微生物还不能适应反应环境 结合图3 4 可知在这一阶段N H 4 N 去除率是负值 这一阶段的T N 微小降低很可能是接种的城市污 3 3 O 0 0 O O O O O O O 0 O 0 5 O 5 O 5 D 5 O 5 O 5 O 5 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 西安科技大学硕士学位论文 水处理厂硝化污泥中含有反硝化细菌 反硝化细菌利用废水中的硝态氮或亚硝态氮发生 反硝化或者是细菌合成的过程中消耗了T N 在容积负荷提高阶段 在第1 3 天到第4 2 天 进水浓度波动不大 容积负荷增加较 缓慢 T N 去除率增加先是比较慢而后增加比较快 到第4 2 天 进水容积负荷2 0 4 k g C O D m 3 0 d 进水T N 浓度为1 7 9 5m g L T N 去除率为3 9 3 9 达到最高 这基本 符合微生物驯化规律 从第4 3 天 第1 2 7 天因进水T N 的进水浓度随着负荷的提高而规 律性提高 每次提高负荷T N 去除率都明显降低 随后缓慢回升 并且随着负荷的提高 T N 去除率波动越来越小 在稳定阶段 T N 去除率稳定在2 0 9 9 u 2 1 2 0 之间 因为通 过1 2 7 天以上培养 微生物 颗粒污泥已趋向稳定 因此T N 去除率趋向稳定 J b o 吕 蜊 爱 Z 苌 丑 捌 0l42 84 25 67 08 49 8l 12l2 614 0 启动时间 d 卅 幂 榭 水 图3 4 进出水T N 的变化趋势 5 S S 的变化趋势 由图3 5 知 在适应阶段进水S S 浓度在3 2 0 7 m g L 4 5 0 m g L 问波动 负荷提高阶 段进水S S 呈曲折性递增趋势 波动相对比适应期稍大 出水S S 浓度相对比较稳定 总 体呈现递减趋势 从第3 0 天到第4 2 天出水S S 由2 4 1 1 m g L 3 3 0 4 m g L 显著提高 这 主要是因为当初接种的污泥在驯化的过程中不能适应反应环境被淘汰掉而逐渐死亡 最 终被逐渐洗出 这个阶段也初步形成了适应性比较高的微生物群落 从第4 2 天开始S S 浓度逐渐减低并趋向稳定 到第1 1 3 天 第1 1 5 天时负荷提高至8 5 k g C O D m 3 d 以 上 出水悬浮物浓度迅速升高至6 2 1 8 m g L 主要原因是因为进水浓度和负荷的提高使 微生物活性受到了强烈的抑制 从而使微生物吸附性能下降甚至有少量颗粒污泥解体造 成的 随着进水浓度和负荷的下调 出水S S 慢慢回落到原来的状态并趋向稳定 稳定 阶段出水悬浮物浓度大约为2 1 4 m 鲫L 2 1 5 1 m g L 这时颗粒污泥趋向正常 表示启动结 束 O 5 O 5 O 5 O 5 4 3 3 2 2 l l 5 O 一 3I c 反应器处理养殖废水启动研究 一 昌 毯 蠖 钼 斓 0l42 84 25 67 08 49 81l2l2 6l4 0 启动日期 d 卅 幂 懊 永 图3 5 进出水S S 的变化趋势 6 P H 的变化趋势 由图3 6 知 进水在7 1 7 7 3 0 之间波动且比较稳定 这主要是进水经过酸化和沉淀 预处理后的出水 出水P H 值在7 2 1 7 4 3 之间波动 并且出水P H 值明显高于进水 主 要原因是废水富含有机氮 在厌氧脱氨的过程中产生N H 3 同时与水反应产生了O H 骚 咖1 献 爱 丑 斓 0 l4 Z 8 42 5 67O849 8l lZ12 6l40 启动日期 d 图3 6 进出水P H 值变化趋势 7 产气量的变化 由图3 7 知 第11 3 天以前产气量随着启动时间延续和负荷的不断提高 产气量从 2 5 5 m 3 d 8 3 0 9m 3 d 逐渐提高 开始时增加较慢 随着时间的推移产气量增长速度也不 断加快 这主要是因为 开始时细菌还不适应养殖废水的环境 生长受到抑制 而后通 过驯化逐渐适应了反应环境 加之进水负荷的逐渐提高更为产气提供了原料 第1 1 4 天 第1 1 8 天产气量由8 0 8 9m 3 d 下降到5 7 9m 3 d 这主要是进水容积负荷升高 产甲烷 细菌活性受到抑制的结果 随着负荷的降低 产气量又回升的正常状况下 第1 2 7 天 第1 3 0 天产气量趋向稳定 产气量在1 0 6 9 5m 3 d 1 0 8 9 5m 3 d 3 5 O 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 9 8 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 5 O O 0 O O O O O 0 O O O O O O 0 O O O O O O O O O O O O O O O O 0 O 7 6 5 4 3 2 l O 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 1 1 1 l 1 1 l 988888888887777777777 西安科技大学硕士学位论文 研究还发现 去除单位质量的C O D 产生的沼气量也是有变化的 由图3 8 知 适 应阶段初期去除单位质量的C O D 产气量比较低 最低才0 3 4m 3 去除k g C O D 随后逐 渐升高 到第1 9 天以后去除单位质量的C O D 产生的沼气量基本都在0 5 1m 3 左右 之 所以出现这种现象 可能是因为养殖废水中部分固态物质降解滞后 在水质测定时尽管 这部分物质反映在内 但在进水的当天乃至其后几天对产沼气的贡献较少 只有在进水 几周后才表现出来而使产气达到高峰 因此在第2 1 天产气率突然升高 当每天进入的 固态物质产气慢的与产气达到高峰时的固态物质处于平衡后 原料产气率也保持相对稳 定 因此在负荷提高阶段产气率偶有波动 到稳定阶段产气率O 5 1m 3 去除k g C O D o 5 2 m 3 去除k g C O D 容积产气率3 5 7 m 3 m 3 d 3 6 3m 3 m 3 d 计算产气率的平均值 约为0 5 1 5m 3 去除k g C O D 该值与其它文献报道值相近 6 7 0 吕 蚓 扩 也 27 5 25 0 2 25 Ol42 84 Z5 6708 49 8l1 zlZ 6 l4 0 运行日期 d 图3 7 产气量和循环量的变化趋势 8 内循环状况 内循环量与产气量 上升管管径 下降管管径 上升管与下降管的高差 淹没深度 和液体浓度等多种因素有关 研究中采用I C 厌氧反应器是一定的 因此除产气量和液 体浓度其他都是定值 本试验主要研究了产气量与内循环量的关系 在启动的前3 0 天未发现形成内循环 到第3 1 天产气量为1 3 8 2I n 3 d 在上升管套 管中间隔一段时间形成一股股的循环水 内循环很不规则 内循环量为1 6 4 m 3 d 从第 3 1 天到3 5 天内循环逐渐加剧 并且每次循环持续的时间不断加长 到第3 5 天 产气量 1 8 3 1 m 3 d 内循环量为3 0 5 0m 3 d 到第3 6 天 产气量2 0 0 1 m 3 d 内循环量为6 0 1 2m 3 d 形成连续内循环 上升管流速在0 2 1 m s 一 0 6 3 m s 之间波动 流速很不稳定 说明产气 不均匀 从第3 6 开始 内循环量不断加剧 到稳定运行阶段 内循环趋于稳定 第1 3 0 天内循环量2 3 6 1I n 3 d 上升管流速在1 9 1 m s 2 1 2 m s 之间波动 具体内循环量变化情 3 6 FIj赫封脚 mo dv O 5 0 5 O O 7 5 2 O 5 O 5 2 1 l l l 7 5 2 0 O 0 O 0 0 O O 0 O O O 0 O 0 0 0 0 5 4 3 2 1 O 9 8 7 6 5 4 3 2 1 l l 1 l 1 l 1 一 3l c 反应器处理养殖废水启动研究 况见图3 8 8 鲁 I i 旷 忆 8 U 0l 42 8425 67 O8 49 8l1212 6l4 0 启动时间 d 辩 措 1 A 懊 宣 宣 e 一 图3 8 产气率的变化趋势 内循环量与沼气产量的比值称为水气比 研究过程中发现从第3 0 天到第3 6 天气水 比从O 到3 0 0 迅速增加 从第3 6 天以后气水比总体呈下降趋势 到1 3 0 天时系统水气 比降为2 2 1 之所以产生这种现象 主要是因为起初内循环是间断性的很不稳定 随着 产气量增加内循环比较剧烈所以内循环增加比较快 第3 6 天以后连续内循环形成 随 着产气量和内循环量增加 上升管流速增加 从而增加了循环系统的能量损失 损失的 能量需要更多气体对上升管内混合液做膨胀功来提高上升管的机械能进行补充 因此水 气比不断降低 具体内循环量与沼气产量比值变化情况见图3 9 一 骚 删唧 瞅 J J 醇 长 5 O 4 5 4 0 3 5 O 5 O 0 Ol42 84 2567O 启动时间 9 颗粒污泥描述 8 498l l212614 0 d 图3 9 水气比的变化趋势 3 7 6 5 5 4 4 3 3 2 2 l 1 O O O O O 0 O O 0 O O O O 西安科技大学硕士学位论文 接种的消化污泥为黑褐色 内含少量的杂质 大部分絮体结构已被破坏 解体为较 细颗粒 呈浆状 污泥中呈现一定的多孔结构 如图3l O a 示 培养初期的颗粒污泥如 图3 1 0 b 所示 呈黑色 颗粒比较松散 表面比较粗糙 边界比较模糊 硬度和强度均 比较小 扫描电镜观察发现 成熟厌氧颗粒污泥呈相对规则的椭圆形或球形 边界清晰 呈 黑灰色 稍泛棕色 颗粒直径为O5 m m 2 r o J n 颗粒表面有较多孔穴 这些孔穴是底物 与营养物质进入颗粒内部的通道 颗粒内部菌体产生的气体也从该通道逸出 图3l O d 和图31 0 曲 由国3l O f 颗粒污泥内部杆状菌和球菌较多 丝状菌较少 有些区域呈混 栖菌群 污泥颗粒内部区域较为松散 以丝状菌为主 丝状苗在颗粒污泥形成过程中起 包埋 缠绕球菌和杆菌的作用 直径较大的颗粒污泥内部往往有空隙 这是因为废水在 处理过程中 底物转化首先在颗粒污泥较外层进行 向内部扩散有限 颗粒内部底物浓 度要低的多 浓度低到一定程度 颗粒内部由于细胞自溶 而导致微生物量减少 形成 一个大的空腔 大而空的颗粒污泥易于破裂 其碎片可成为新生颗粒污泥的内核 还有 一些大的颗粒由于其内部气体不能释放导致密度减小 浮力增大 常随水飘走 a 接种硝化污泥图片b 启动初期颗粒污泥电镜 2 0 倍 c 成熟颗粒污泥 05 m m 2 m m d 成熟颗粒污泥扫描电镜 1 5 倍 堡垒星耋彗垩垄丝当查呈苎竺至 e 颗粒污泥扫描电镜 1 0 0 倍 f 颗粒污泥扫描电镜 5 0 0 0 倍 幽3 1 0 消化污泥和颗粒照片 3 4 小结 1 采片j l c 反应器处理养殖废水 温度在3 5 1 强制内循环量为6 m 3 1 1 2 秆 h 初始进水C O D 浓度为2 0 0 0 m g L 左右 进水初始容积负荷O6 3 k g C O D 一 d 按 6 3 0 的提高容积负荷的启动方式是适合养殖废水和颗粒污泥培养的 2 启动期每次提高容积负荷 都将伴随着出水污染物指标的波动 波动随着启 动时间的增加呈减少趋势 3 启动期所能承受的虽大容积负荷是84 8 k g C O D m 3 d 此时C O D 去除率 8 27 7 产气量为1 0 74 2m 3 d 内循环量为2 4 0 2 5m 3 d 容积产气率为35 8 一沼气 m 3 有效容积 启动的到稳定阶段 进水C O D 浓度在8 4 3 6 r a g L 8 4 4 67m g L 进水容积负 荷在8 4 2 k g C O D m 3 d 84 7k g C O D m 3 d 之 自J C O D 古除率在8 28 7 8 29 0 之 间波动 容积产气率在35 7 m 3 一 d 36 3 m 3 o d 之间 4 启动的过程中 系统对N 池 N 和T N 去除率不高 稳定阶段去除率最高分别 达到1 28 8 和2 l2 0 5 当产气量低于1 38 2m 3 d 时 系统不会产生内循环 当产气量在1 3 8 2 m 3 d 2 00 1m 3 d 之间时 系统产生不连续内循环 并且随着产气量的增加 不连续内循 环越来越强烈 当产气量大于2 0 0 1 m 3 d 开始形成连续内循环 6 培养初期产生的颗粒污泥 呈黑色 边界模糊 强度小 成熟期污泥呈黑灰 色 颗粒直径在05 r a m 一20 m m 呈球形或椭球形 强度比较大 表面多孔 西安科技大学硕士学位论丈 4I C 反应器处理养殖废水的运行工况研究 4 1 研究目的 主要是通过运行工况研究 找到系统所能承受最大的容积负荷 最大进水浓度 稳 定运行过程中容积负荷与C O D 去除率 稳定运行过程中进水浓度与去除率的关系 容 积负荷与有效容积产气率 产气量与内循环量之间的关系 便于为生产实践和设计提供 科学的依据 4 2 研究方法 运行工况研究主要分为两个阶段 一是负荷提高阶段 采用一定的浓度 在尽可能 小的范围内波动 进水 不断提高进水量的形式进行运行 这一阶段可以找出一个最大 的容积负荷 容积负荷与C O D 去除率的关系 容积负荷和容积产气率的关系的关系 二是提高浓度阶段 这一阶段是以第一阶段得出的最大承受负荷为依据 不断提高浓度 进而找到最大承受C O D 浓度和进水浓度与去除率的关系 4 3 取样与分析 4 3 1 取样与配水 运行工况研究中 水取自沉淀池后的集水池 因为集水池水质并非一定能满足运行 研究所需要的浓度 因此在确定运行浓度的时候 必须提前对集水池的水进行稀释处理 每次进水均取样 出水取自I C 反应器出水口 每次出水均取样 最后分别等比例混合 作为当天分析样 4 3 2 分析方法 监测方法与3 2 2 节中所述同 进行稳定期规律性分析时 取稳定运行三天的测定 值的平均值做为分析依据 4 3 3 结果与分析 启动结束后 就立即进入了运行工况研究阶段 控制温度在3 5 C 1 强制内循 环量控制在1 2 m 3 h 左右 O R P 控制在 2 5 0 m v 以下 运行工况研究阶段共计6 6 天 分 为两个阶段 第一个阶段是使进水浓度稳定在7 5 0 0 m g L 左右 7 4 2 3 9 m g L 7 5 19 1m g L 之间 进水C O D 容积负荷逐渐提高 每次提高5 1 5 运行稳定后进入下一次提高 4I C 反应器处理养殖废水运行研究 负荷阶段 直到负荷提高至1 1 9 k g C O D m 3 d 左右时出现C O D 去除率显著下降为止 历时3 6 天 第二阶段是确定负荷在1 1 5k g C O D m 3 d 左右 1 1 3 2k g C O D m 3 d 1 1 5 8 k g C O D m 3 d 2 f B J 逐渐提高进水浓度 当浓度提高的9 3 0 0 m g 左右时 C O D 去除率显著下降为止 历时3 0 天 进水量和容积负荷变化见图4 1 勺 n 目 V 唧 苌 制 01 02 0 3 0 4 0 5 06 07 0 运行日期 d 嘶 捃 狰 斟 百 n 8 日 乙 图4 1 运行期进水量与容积负荷变化趋势 由图4 2 图4 5 知 在第一阶段即稳定进水浓度而提高容积负荷阶段 C O D 进水浓 度在7 4 2 3 9 m g J L 7 5 1 9 1 m g L 之间波动 进水容积负荷在由8 5 l k g C O D m 3 d 到1 1 9 0 k g C O D m 3 d 规律性提高 停留时间从2 1 0 8 h 到1 5 7 1 h 规律性减少 运行的前三天 C O D 去除率一直稳定在8 4 以上 容积产气率一直稳定在3 6 m 3 m 3 d 以上 去除 l k g C O D 产气量稳定在0 5 1 m 3 但是出水S S 比启动末期的稍高 之所以出现这种现象 主要是因为运行期进水浓度低于启动时期的进水浓度 容积负荷与启动末期基本相同 所以运行期污泥能很快的适应环境条件 但是进水量增加 导致第二反应区上流速度上 升 因此出水的平均S S 浓度增加到了2 3 7 m g L 启动末期出水S S 浓度在2 1 4m g L 左 右 随着容积负荷不断提高 进水量增加 C O D 去除率 N H 4 N 和T N 去除率均呈现 先减少后增加 并在比较短的时间内稳定 稳定期C O D 去除率高于8 2 以上 N H 4 N 去除率高于1 4 T N 去除率稳定高于1 7 充分说明颗粒污泥有良好的抗冲击负荷能 力了 到第3 4 天 进水量提高到4 8 0 1 m 3 d 容积负荷提高到1 1 9 5 k g C O D m 3 d 进 水C O D 浓度为7 4 6 8 m g L 时 C O D 立即由8 4 5 0 降到7 7 7 7 出水S S 浓度由2 8 1 2 m g L 升高到3 5 6 1 m g L N I 1 4 N 和T N 去除率略有减少 为了进一步检验系统是否能承受这 么大的负荷 又连续以相近负荷运行两天 结果C O D 去除率继续急剧下降 出水S S 浓度急剧升高 到第3 6 天C O D 去除率降到6 4 7 5 出水S S 浓度升高到5 3 8 8 m g L 并有少量小颗粒污泥洗出 产生去除率急剧降低现象的原因主要是颗粒污泥不能承受 1 1 9 5 k g C O D m 3 0 d 左右的负荷 负荷过高造成底物浓度比较高 使发酵细菌和产甲 4 l 0 5 0 5 0 5 0 505050505050503221100 1llllll9988 7766554433 鲫驰硒跗弛舳们仰 们仰弛弘弘驼 西安科技大学硕士学位论文 烷细菌活性受抑制 产生出水S S 浓度急剧升高的原因可能有两个 一是微生物活性受 到抑制 吸附性能降低 甚至颗粒物污泥一定程度解体 二是进水量过高 第二反应区 上升流速达到2 m h 从而使密度比较小的污泥洗出 3 e 刨 蛏 凸 8 弭 翅 4 2 0 4 0 0 3 8 0 03 6 0 管3 4 0 魁3 2 0 藿3 0 0 墨叶2 8 0 Z 薹2 6 0 稍2 4 0 2 2 0 2 0 0 O102 0 3 0 4 0 5 06 07 0 运行日期 d 图4 2 运行期C O D 变化趋势 卅 醪 嘲 乎 卅 醪 1 j i 乎 0