ABR反应器在化学合成制药废水处理中的应用徐梓怀

沂蒙科技论坛论文选编ABR反应器在化学合成制药废水处理中的应用徐梓怀(山东新时代药业有限公司)摘要:将ABR反应器用于处理高浓度的化学合成制药废水,经过六个多月的调试,当温度在30一40℃范围内变化,容积负荷为5.625kgCoD/(耐·d)、HRT为”.h3时,ABR反应器时COD的去除率可达75%以上.结果表明:有机负荷、水力负荷和pH值是决定人BR反应器能否成功运行的关健性因素.关键词:B^R反应羲有机负荷;水力负荷;PH值化学合成原料药,其生产工艺复杂,采用的原材料有很多化学物质,在生产过程中由于不完全反应,大量的残余化学物进入废水中,包括甲醇、甲苯、二氯甲烷、乙醇和各类脂、醚、酸、碱、盐等物质,废水的污染物浓度非常高,并且大部分的污染物都具有毒性,对生化处理的微生物菌种有抑制作用.这类物质必须先经过预处理后降低其毒性,再进入生化处理单元,经处理达标后排放。针对该废水高浓度、高含盐、高毒性、低可生化性的特点,经反复试验,确定如下工艺流程:匡困~}巫困一队解酸化叫一睐氧折流板反应器(ABR)}一巨亘画-卜ss反应洲一匾亘困一}生物接触氧化叫一匝亘因一巨困一出水由于BAR反应器能够在其内部积累大量沉降性能良好的活性污泥,故在有机物的去除过程中起了主要作用,当进水有机负荷为5,625k邪OD/(m,·d)、水力负荷为0.5m3/(m,·d)、HRT为53.h3时,COD去除率达7%5以上,从而为整个工艺出水能最终达标排放奠定了基础。1BAR反应器介绍折流式厌氧反应器(如aerobi。BaffledRea。tor)是Bae腼an和Meearty等人川于1952年前后提出的一种新型高效厌氧反应器。1983年他们又将上、下流室等宽的BAR反应器改造成上流室宽、下流室窄的新型BAR反应器,并在折流板末端设导流折角。BAR反应器特点是:内置竖向导流板,将反应器分隔成串联的几个反应室,每个反应室都是一个相对独立的上流式污泥床(USB)系统,其中的污泥可以是以颗粒化形式或以絮状形式存在。水流由导流板引导上下折流前进,逐个通过反应室内的污泥床层,进水中的底物与微生物充分接触而得以降解去除。虽然在构造上ABR可以看作是多个UABS反应器的简单串联,但工艺上与单个UABS有显著不同。UABS可近似地看作是一种完全混合式反应器,而BAR则更接近于推流式工艺.首先,挡板构造在反应器内形成几个独立的反应室,在每个反应室内驯化培养出与该处的环境条件相适应的微生物群落。例如ABR用以处理葡萄糖为基质的废水时,第一格反应室经过一段时间的驯化,将形成以酸化菌为主的高效酸化反应区,葡萄糖在此转化为低级脂肪酸(V队),而其后续反应室将先后完成各类VFA到甲烷的转化。通过热力学分析可知,细菌对丙酸和丁酸降解只有在环境HZ分压较低的情况下才能进行,而有机物酸化阶段是比的主要来源,产甲烷阶段几乎不产生HZ。一与单个USAB中酸化和产甲烷过程融合进行不同,ABR反应器有独立分隔的酸化反应室,酸化过程产生的HZ以产气形式先行排除,因此有利于后续产甲烷阶段中丙酸和丁酸的代谢过程在较低的HZ分压环境下顺利进行,避免了丙酸、丁酸过度积累所产生的抑制作用。由此可以看出,在技术与研究.31.5BAR各个反应室中的微生物相是随流程逐级递变的,递变的规律与底物降解过程协调一致,从而确保相应的微生物相拥有最佳的工作活性。其次,同传统好氧工艺相比,厌氧反应器的一个不足之处是系统出水水质较差,通常需要经过后续处理才能达标排放。而BAR的推流式特性可确保系统拥有更优的出水水质,同时反应器的运行也更加稳定,对冲击负荷以及进水中的有毒物质具有更好的缓冲适应能力。值得指出的是,BAR推流式特点也有其不利的一面,在同等的总负荷条件下与单级的UABS相比,BAR反应器的第一格不得不承受远大于平均负荷的局部负荷。以拥有6格反应室的BAR为例,其第一格的局部负荷为其系统平均负荷的5倍。在合成制药废水处理中,BAR反应器设计为2个池子,每个池子分为6个格,每格上流室宽与下流室宽之比约为3:l,池体尺寸LxBxH=22mx10mxsm,池有效容积为1100m,,HRT为50h,设计有机负荷为5.625kgC0n/(m,·d)。2BAR反应器的调试2.1污泥接种与驯化启动接种污泥来自uABS反应器,总量为ZO0ms,其含水率为9%5,大约占总有效容积的2%0~30%。驯化阶段将进水浓度(COD)保持在ZOOm0gL/左右,BAR总进水量约为SOOmsd/,有机负荷率约0.537kgBOD/(m3·d)。当COD去除率达到70%后,进水量增加20%~30%,依次下去分别为500、600、750、850m3/d,直至达到设计流量Q为1000m,/d,有机负荷率也分别为0.537、0.625、0.796、0.957、直到0.967k邪00/(m,·d)。接种污泥经过7天时间驯化后活性逐渐恢复,COD去除率逐步上升。调试运行到16天以后,COD去除率有一个明显的下降,经过14天左右时间又逐渐恢复,此时进水量没有增长,对厌氧细菌的抑制作用主要来自化学合成废水中的有毒物质。经驯化,厌氧细菌逐渐适应并具备了一定的抵抗性,水量增长的时间间隔分别为20天、9天、7天和6天,呈明显的下降趋势,说明随着反应器内污泥活性的增长,BAR反应器对水力冲击负荷的承受能力逐渐体现出来。大约经过7d9的驯化后,镜检时发现ABR反应器的上流室中有0.5~1.Ounn的颗粒污泥形成,同时出水水质稳定,驯化阶段结束,进入试运行阶段。2.2启动运行阶段该阶段逐渐增加进水有机物浓度,直到有机负荷和水力负荷均达到设计要求,并以此来检测BAR反应器对有机负荷变化的抗冲击能力。启动运行经历了近3个月,测试数据见表l。该阶段前期由于进水浓度改变过大,结果造成反应器有机负荷过大,引起挥发酸大量积累,反应器出水pH值明显下降,严重时达6.5,甲烷发酵被抑制,出水水质恶性化。经减少进水量以增大水力停留时间,同时降低进水有机物浓度,让反应器在低负荷下运行一周左右,出水PH值又恢复到7.0左右,出水水质明显好转,2周后ABR反应器重新恢复到驯化阶段的处理能力。此后逐渐增加水力负荷与有机负荷,经过大约70d运行后,反应器的水力负荷与有机负荷均达到设计要求。在水力负荷为0.sm,/(m,·d),容积负荷为5.625k解OD/m(,·d),COD去除率达76%时,启动阶段结束,BAR反应器进入正式运行。整个接种驯化和启动试验仅用了六个多月时间,说明ABR反应器具有快速启动的优点。表1启动运行阶段测试数据运运行时间间总进水量(矿)))HRT(h)))容积负荷荷进水CODDD出水CODDD去除率率(((d)))))))(kg/扩.d)))(mg/L)))(mg/L)))临)))8880008500053.3331.8755540000021300046.7555888lll7500096661.466640000019000052.55588822250000109.1111.00044000025000043.22288888852000109.1111.011145000035000022.22299944462000109.1111.01114500004300004.4449999995500096660.5222200000170000155511104446500096660.52222000007000065316沂蒙科技论坛论文选编11109997600092.3330.812555300000123000599911115557655590.6660.133341000011000073.11111121116500096661.599961)))(X21500064.88811130007500096661.9533375000022100070.55511139997700080002.55580000019500075.66611145558000080003.00096000023800075.22211158888700060004.00095000023000075.88811166667900053.3334.9222105000024300076.99911174448500053.3335.62555120000028600076.2223结果分析3.1有机负荷有机负荷直接反映了食物与微生物之间的平衡关系。连续式厌氧消化工艺中,只要温度不变,发酵原料组成不变,溶液的pH值将主要取决于有机负荷率。在有机负荷率不变时,PH值趋向于某一固定值。一般来说,当有机负荷率偏低时,pH值较高,去除率也较高;有机负荷率高时,PH值偏低,去除率往往较低。大量试验表明,pH值在7.0~7.2之间时,有机负荷率比较理想,PH值为6.0~6.9时,有机负荷率偏高,易造成PH的下滑和消化液的酸化2[]。调试时,曾因有机负荷率偏高,造成挥发酸严重积累,出水水质恶化,后经过减小有机负荷并在ABR反应器前部调节池加入工业级碳酸氢钠,从而使得反应器的PH值逐渐恢复到7.0左右,COD去除率也恢复到70%以上。试验结果表明:有机负荷是否适中将直接影响反应器对有机物去除率的高低,有机负荷过大是造成反应器酸积累的直接原因。有机负荷是否适中可以从PH值变化间接地表现出来,所以监测反应器出水的pH值是一种推知反应器运行情况良好与否最直接且简单易行的方法。同时,自反应器启动阶段起就应重视维持好食微比(F/M)之间的平衡,维持好酸性发酵阶段与碱性发酵阶段之间的平衡。3.2水力负荷启动初期,因种泥活性和沉降性能不佳,选取适宜的水力负荷尤为重要,它不仅能保证微生物与食物充分接触,还能防止种泥的流失,这对于在超R反应器各流室中积累大量沉降性能良好的活性污泥至关重要,同时又可避免泥水发生分层,防止沟流发生,保持池温均一,尽量减少死角,并适时将老化污泥浮选出上流室。启动初期上流室表面水力负荷应0.m5乍m(3·h),正常运转时保持在0.7~1.lm3/(扩·h)为宜.3.3温度温度是影响ABR反应器正常运行的重要因素之一。当本工艺水温维持在33~44℃范围时,温度变化对去除率影响不大。3.4HRT其他条件不变,在一定范围内延长HRT能有效地提高Coo去除率,但是当HRT60h后,再采用延长HRT的办法己意义不大31[。工程中可将厌氧反应器的HRT控制在48~6h0之间。3.5好氧污泥回流在种泥量不足的情况下,要在厌氧反应器中培养出足够的沉降性能良好的活性污泥需要很长一段时间,但是将活性较强的好氧剩余污泥回流到3IAR反应器,利用其中的兼性细菌,可以缩短BAR反应器的接种时间,促进颗粒污泥的形成。4结论中温发酵的BAR反应器对含有高浓度化学合成制药废水进行接种驯化时,启动容积负荷为0.k5求oo八m3·d),水力负荷为0.26m3/(m3·d),水力停留时间为89.h3,20天后污泥逐渐恢复活性,55天后反应器中颗粒污泥形成。整个启动阶段用了80天时间,这说明了BAR反应器具较快的启动速度。在温度一定时,控制合适的有机负荷是BAR反应器快速启动的关键。启动阶段有机负荷的增长以每次20%~30%的幅度为宜,过大了容易造成挥发酸积累。技术与研究·引.7对于有六个分格的ABR反应器正常运行时,其HRT保持在60h左右,表面水力负荷应保持在0.7~1·lm3/(m3·d)左右为宜。反应器的负荷是否适中可以通过测定出水PH值来间接反映,合适的pH值为7.0~7.4,PH值6.9时,说明有机负荷过大,可以通过减小有机负荷同时向水中投加小苏打的方法来加以调节。PH值7.4,说明有机负荷偏小。参考文献[1]Barber,份illiamPStueky,DavidCetal.[J】.WaterReseareh,1999,(33):7.2]张希衡.度水厌氧生物处理工程【M].北京:中国环境科学出版社.1996,11.83]张建民等.造纸黑液厌氧处理的研究[J].水处理技术,1999,23(6):358一3