AB-ASBR处理高浓度有机废水的吸附性能影响分析

郭兴宇 李忠民 李培

(1.中国市政工程西北设计研究院有限公司山东分公司，山东 青岛 266041;2.青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东 青岛 266061;3.太原理工大学建筑设计研究院，山西 太原 030024)

AB-ASBR处理高浓度有机废水的吸附性能影响分析

郭兴宇1李忠民2李培3

(1.中国市政工程西北设计研究院有限公司山东分公司，山东 青岛 266041;2.青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东 青岛 266061;3.太原理工大学建筑设计研究院，山西 太原 030024)

采用模拟高浓度有机废水，通过试验研究了AB-ASBR工艺处理高浓度有机废水A段的吸附效果，并探讨了搅拌条件、有机负荷、再生期等因素对其吸附性能的影响，为废水中有机污染物的有效去除提供了参考。

AB-ASBR，吸附性能，废水，污泥

0 引言

厌氧序批式反应器(ASBR)是Dague教授于20世纪90年代初将常规好氧序批式反应器运用于厌氧生物处理所开发的一种高速厌氧反应器。ASBR法具有去除率高、运行稳定、投资节省、操作灵活，能够形成厌氧颗粒污泥等优点，从而引起人们的逐渐重视[1]。ASBR所形成的厌氧颗粒污泥主要分为A，B两种类型，A型颗粒污泥是以甲烷八叠球菌为主体的球状颗粒污泥，具有底物利用率高、生物吸附力强的特点；B型颗粒污泥是以丝状产甲烷杆菌为主体的颗粒污泥，其半饱和常数低，能在低有机负荷下较为彻底地去除残余有机物。

由于ASBR的微生物组成及优势菌群随工艺运行不断更替，形成一个不稳定的生态系统，限制了ASBR有机负荷及出水水质的进一步提高。针对这一缺陷，借鉴两级两相厌氧工艺，岳秀萍[2]提出了甲烷菌群优化吸附—生物降解厌氧序批式反应器工艺(AB-ASBR)。该工艺分为A，B两段独立的生物相体系，在各自的运行条件下分别培养出以甲烷八叠球菌、甲烷丝状菌为优势菌的颗粒污泥，从而实现快速吸附与生物降解作用的分段进行。

本文针对AB-ASBR工艺的吸附阶段进行重点研究，采用模拟高浓度有机废水考察A段的吸附效果，以及各种因素对其吸附性能的影响。

1 材料与方法

1.1 模拟废水与接种污泥

本试验采用人工模拟废水，使用含有大量胶体成分的全脂奶粉配制，并补充必要的N，P，S，K等物质。奶粉投加量716 mg/d(1 g奶粉=1.395 gCOD)，其他成分组成：NH4Cl 89.2 mg/gCOD，K2HPO4·3H2O 13.1 mg/gCOD，KH2PO46.7 mg/gCOD，Na2S·9H2O 30 mg/gCOD，NaHCO3适量。模拟废水中COD∶N∶P∶S=300∶7∶1∶1.2。

本试验采用城市污水处理厂二沉池的回流污泥作为接种污泥。

1.2 试验装置及运行

ASBR反应器分为A，B两个，均采用圆柱形的双层有机玻璃容器。内层工作容积为2.8 L，高径比为6，且在上部留有1 L的储气室，并在不同高度设有进、出水口及取样口；反应器外层为水浴加热，通过温控仪控制水浴的温度，温度控制在(35±1)℃。

ASBR反应器构型如图1所示。

1.3 分析方法

分析方法均参照文献[3]。COD采用CTL-12型快速测定仪；VFA采用SP2100型色谱仪；碱度采用酸碱指示剂滴定法；pH采用PHS-3型pH计；MLSS采用滤纸烘干称重法；MLVSS采用滤纸烘干灼烧称重法。

2 结果与讨论

2.1 搅拌条件对A段吸附性能的影响

ASBR属于完全混合式反应器，搅拌的作用在于使原水和活性污泥充分接触，加速相间传质、提高反应速率、缩短反应周期，以获得较高处理效率。随着搅拌强度的加强，总有机物去除率随之提高，产气量也相应增加；但是，当搅拌强度增大到一定程度后，将影响到反应器中颗粒污泥的形成，甚至会由于过强的水力剪切作用导致颗粒污泥解体，增大出水SS浓度。

本试验设定有三种搅拌工况，分别为：1)不采用气体搅拌，仅利用进水上升流速进行搅拌；2)每隔5 min连续搅拌1 min；3)自进水起连续搅拌。气体循环泵功率为20 W，气量为100 mL/min。进水COD浓度和有机负荷分别为6 500 mg/L，10 gCOD/(L·d)。A段反应器内VFA，COD浓度变化如图2，图3所示。

从图2可以看出，三种搅拌工况下，在5 min～30 min观察期内VFA浓度均呈波浪式起伏状态，并维持较高的酸性水平，这表明原水中的有机物质在厌氧产酸菌的作用下发生了水解和发酵产酸，这为甲烷八叠球菌的生长繁殖提供了有利条件，使其成为A段反应器的优势菌种，从而重点发挥A段厌氧污泥的吸附作用。

在整体发展中未能兼顾人口、资源、环境的协调一致，没有坚持量水而行、量水发展和以供定需等原则，工业产业全面发展，城市人口急剧增加，建设规模不断膨胀，同时水利基础设施建设滞后，输配水管网不配套，造成现有水资源得不到合理利用及严重浪费。用水量的过快增长超过了当地水资源的承载能力和环境容量，造成地下水超采、许多河流长期断流等一系列的生态环境问题。

从图3可以看出，三种搅拌工况下的COD浓度变化趋势较为一致，吸附开始后5 min内COD浓度迅速降低，由6 500 mg/L直降至3 000 mg/L左右，随后COD浓度趋于稳定，变化幅度逐渐减小，可认为达到吸附平衡。但是，在不同搅拌条件下，COD吸附平衡浓度有所差别，无气体搅拌时该浓度为2 706 mg/L，去除率达58.72%；气体间歇搅拌时该浓度为2 527 mg/L，去除率达61.45%；气体连续搅拌时该浓度为2 028 mg/L，去除率达69.06%。由此可见，在此连续搅拌条件下，能够更好的保证原水与污泥的充分混合，使污泥对进水中非溶解性物质的吸附更加完全。

2.2 有机负荷对A段吸附性能的影响

通常认为[4]，生物污泥在吸附有机物、重金属离子等物质时，所吸附物质的浓度较大会有利于提高污泥的比吸附量，因为较高的物质浓度可以克服液相和固相之间的传质阻力，提高了传质推动力，促进被吸附物质向颗粒污泥表面迁移。韩亮[5]研究了厌氧污泥吸附能力与进水有机负荷之间的关系，其进水COD浓度在1 500 mg/L～5 000 mg/L，随着有机负荷的提高，污泥吸附能力明显增强，吸附率达90%以上，表明有机负荷与污泥比吸附量呈显著正相关。

本试验考察了进水COD浓度在6 500 mg/L以上时，有机负荷对A段污泥吸附性能的影响情况，具体结果见表1。

表1 有机负荷对A段污泥吸附性能的影响数据

由表1可知，进水COD浓度在6 500 mg/L～9 000 mg/L时，随着有机负荷的提高，厌氧颗粒污泥的吸附能力明显增强，吸附率和比吸附量随之增大，当浓度达到9 000 mg/L时，吸附率和比吸附量分别为89%，805 mgCOD/gMLSS。但随着进水COD浓度的进一步提高，污泥吸附能力却有所减弱，吸附率和比吸附量开始明显降低。上述表明，A段厌氧污泥在高有机负荷条件下具有理想的吸附去除作用，但并不意味着可以无限提高有机负荷，负荷过高反而会对污泥的吸附性能产生抑制，这是因为污泥吸附容量是一定的，当所吸附物质含量超出该容量限制，污泥吸附量将不再增加，而且随着反应不断进行，部分吸附物质会被重新析出进入溶液中，从而致使污泥的吸附率和比吸附量有所降低。

2.3 再生期对A段吸附性能的影响

ASBR反应器的运行阶段通常分为四步，即进水、反应、沉淀、排水，而AB-ASBR工艺A段的运行模式采用“进水(吸附)→沉淀→排水→再生”，增加了再生阶段。这是由于在实际运行中，A段的沉淀期和排水期不能使污泥吸附功能得到完全恢复，污泥所吸附物质未得到充分消解，进而影响下一周期厌氧颗粒污泥对废水中有机物的吸附效能。

再生期长短也会对A段功能的正常发挥起到关键作用，再生期过短就无法真正实现设置再生阶段的目的；再生期过长，污泥会因闲置时间过久发生厌氧分解、腐败变质，进而使上清液水质变差，影响污泥吸附功能。活性污泥的初期吸附能力与污泥性质密切相关，一般处于内源呼吸期时其吸附能力较强[6]。因此，将再生期终点恰好调整至微生物的内源呼吸阶段，会有利于A段吸附功能的有效实现。

本试验为考察再生期最佳时长，共设定了三组时长条件(即2 h，3 h，4 h)，在三组条件下分别测定吸附期COD去除率随时间的变化情况，进水浓度均为6 500 mg/L，试验结果见图4。

由图4可知，再生期2 h，3 h，4 h所对应的吸附稳定时COD去除率分别约50%，59%，45%，即在本试验条件下再生期设定成3 h为最佳再生时长。

3 结语

1)本试验设定了三种搅拌工况，包括无气体搅拌、间歇气体搅拌和连续气体搅拌。三种工况下的COD吸附平衡浓度有所差别，无气体搅拌时该浓度为2 706 mg/L，去除率达58.72%；间歇气体搅拌时该浓度为2 527 mg/L，去除率达61.45%；连续气体搅拌时该浓度为2 028 mg/L，去除率达69.06%。因此，连续搅拌更有利于厌氧颗粒污泥对非溶解性有机物的吸附去除。

2)进水COD浓度在6 500 mg/L～9 000 mg/L时，随着有机负荷的提高，厌氧颗粒污泥的吸附率和比吸附量随之增大；但随着进水COD浓度的进一步提高，污泥吸附率和比吸附量开始明显降低。因此，可将COD=9 000 mg/L视为有机负荷影响A段吸附性能的拐点。

3)本试验设定了三组再生期时长条件，分别为2 h，3 h，4 h，吸附稳定时所对应的COD去除率分别约50%，69%，45%。因此，本试验中可将3 h视为最佳再生期时长。

[1] 李亚新,岳秀萍.厌氧序批式反应器(ASBR)的六大优点[J].中国给水排水,2008,24(4):72-75.

[2] 岳秀萍,付梅红,李亚新，等.进水碱度对厌氧序批式活性污泥法工艺的影响[J].化工学报,2008,59(5):1257-1263.

[3] 国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].第4版.北京:中国环境科学出版社,2002.

[4] Yan G Y,Viraraghavan T.Heavy-metal removal from aqueous solution by fungus Mucor rouxii[J].Water Research,2003(37):4486-4496.

[5] 韩 亮.AB-ASBR工艺A段工艺特性研究[D].太原:太原理工大学,2008.

[6] Liu N,Luo S Z,Yang Y Y,et al.Biosorption of americium-241 by Saccharomyces cerevisiae[J].Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry,2002(252):187-191.

Analysis on the influence of adsorption properties of AB-ASBR processing the high concentration organic wastewater

Guo Xingyu1Li Zhongmin2Li Pei3

(1.ChinaMunicipalEngineeringNorthwestDesignAcademyCorporationShandongBranchCompany,Qingdao266041,China;2.QingdaoMunicipalEngineeringDesignInstituteCo.,Ltd,Qingdao266061,China;3.TaiyuanTechnologyUniversityBuildingDesignAcademy,Taiyuan030024,China)

Through simulating high concentration organic wastewater for test,the paper studies the adsorption effect of AB-ASBR processing high concentration organic wastewater section A,and explores the impaction of mixing conditions,organic load and recycling duration and other factors upon adsorption properties,which has provided some guidance for effectively eliminating organic waste in wastewater.

AB-ASBR,adsorption properties,wastewater,sludge

2015-10-27

郭兴宇(1984- )，男，工程师；李忠民(1984- )，男，工程师；李 培(1985- )，男，工程师

1009-6825(2015)36-0198-03

X703 < class="emphasis_bold">文献标识码：A

A