EGSB反应器处理酒精废水启动方法
2015-06-09徐艳红李红艳李一明
潘 玲，徐艳红，李红艳，李一明，赵 佳，闫 蕊
(中国石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021)
EGSB厌氧反应器启动的过程实质是对菌种驯化、选择、增值的过程。此阶段的目标是使反应器进入“工作”状态，实质上是使菌种由休眠状态恢复即活化的过程。当菌种从休眠状态恢复到营养细胞状态后，还要经历对废水性质的适应过程，且由于原种泥中甲烷菌的浓度较低，增长速度相对于产酸菌要慢得多，因此这一阶段必然经历较长时间。
厌氧启动阶段包括污泥接种、反应器升温、污泥培养驯化等过程。此阶段的关键是防止厌氧反应器“酸化”，若出现酸化就意味着启动失败，甲烷菌不能再恢复活性，需全部废弃原接种污泥而重新接种。判断厌氧反应器“酸化”的标准是：厌氧反应器出水pH值持续低于6.5；沼气产量减少最终不产沼气；出水挥发酸异常升高；COD去除率明显降低，最终只能达5%～10%。
1 EGSB厌氧反应器简介
EGSB反应器主要包括3部分，即布水系统、反应器罐体及三相分离器。三相分离器安装在反应器的顶部，并将反应器分为下部的反应区、上部的沉淀区及集气室。
污水由反应器底部通过布水系统进入反应器，并由下到上通过污泥层，废水中的有机污染物与污泥充分接触，并在厌氧细菌作用下，最终被分解为甲烷和二氧化碳，同时产生一定量的新细胞。形成的沼气同废水及少量污泥一起向EGSB顶部上升，并通过三相分离器使气体、污泥、废水分离。沼气进入集气室并引出反应器，废水进入沉淀区并从集水槽流出反应器，污泥靠重力与水分离，并沉降回到反应区。EGSB反应器示意图见图1。
图1 EGSB厌氧反应器示意图
2 污泥接种
2.1 接种污泥的选择
对于厌氧生物处理系统来讲，最理想的菌种应该是与待处理废水水质相同或相近的污水处理厂排放的厌氧污泥，尤以颗粒污泥为佳，这样可大大缩短培养、驯化时间。作者采用的接种污泥为城市污水处理厂厌氧消化污泥。在城市污水处理过程中产生大量的好氧剩余污泥，为了将这些污泥中含有挥发性新增的固体变为稳定的腐殖质、减少污泥体积、改善污泥性状、控制致病菌，对之进行厌氧消化处理。一般采用中温消化，温度在33～35 ℃。在污泥消化过程中，产生了中温厌氧消化菌，将此菌种接种到厌氧系统，通过培养、驯化使之逐渐适应水质，并不断增殖，这也是厌氧系统需经历培养驯化阶段的原因。
2.2 接种方法
将种泥用水稀释使之呈流动态，用长轴液下泵，通过临时敷设管线打入反应器。
2.3 污泥接种量
按反应器总体积计算，接种污泥浓度为30 g/L。
3 EGSB启动过程及运行结果
3.1 污泥培养驯化过程操作原则
为防止厌氧反应器“酸化”，应遵循以下操作原则。始终控制厌氧出水pH=7.1～7.3；控制厌氧ρ(出水挥发酸)<100 mg/L；每日温度波动小于2 ℃；控制COD去除率>80%，一般在85%以上；控制厌氧反应器内污泥合理分布。
3.2 EGSB反应器升温
3.2.1 升温原则
反应器升温即为污泥培养驯化过程的开始。设计运行温度为30～40 ℃，最适温度35～38 ℃。采用稳步升温的方法，每天升高约1 ℃，使厌氧反应器温度最终升至35～38 ℃。
3.2.2 升温方式
升温方式有2种，一是通过调整进水温度；二是通过调整进水量。启动前，厌氧反应器内温度17 ℃。具体升温过程、操作条件见表1。
表1 厌氧反应器升温过程
3.2.3 升温过程中，进水水质控制
升温过程控制进水COD=1 000～1 500mg/L，pH=7.6～7.8。
在升温过程中，逐渐有沼气产生。
3.3 启动过程及运行结果
厌氧反应器温度升至35 ℃后，开始进入污泥培养驯化阶段，约120 d后，进入正常处理状态。在此过程中，反映厌氧系统运行状态的各项指标[如：COD去除率、产气率、ρ(出水挥发酸)、出水碱度、出水pH值、污泥分布等]逐渐好转并过渡到提升负荷阶段。
3.3.1 厌氧进水COD及处理水量控制
启动初期，污泥絮凝性和沉降性均较差，应采取低进水量、相对高进水COD浓度的进水方式。同时在一定的负荷条件下，可适当调整进水COD浓度和进水量。具体操作见表2。
表2 厌氧启动阶段进水COD及处理水量
3.3.2 COD去除率
从升温到完成启动过程COD去除率见表3。
表3 不同阶段COD去除率
可以看出，除启动后第7 d，COD去除率均保持在92%以上，90 d后达到96%，去除效果较好。
3.3.3 出水VFA、pH值、碱度
在运行过程中，厌氧反应器的VFA始终在50 mg/L以下，碱度在800～900 mg/L，出水pH=7.2～7.3，3项指标均较好。
3.3.4 反应器内污泥分布
反应器内污泥分布见图2。
取样高度/m图2 启动初期与后期SV变化
合理的污泥分布是进一步提升负荷的前提保证。随着培养驯化的进行，在污泥总量相近的条件下，污泥逐渐集中在底部，中上部污泥逐渐减少。而体现污泥分布的指标是反应器内不同高度SV值。在启动初期，由于污泥沉降性和絮凝性较差，污泥绝大部分悬浮在反应器内。运行30 d后，随着污泥沉降性和絮凝性的好转，污泥主要集中在反应器中下部，污泥分布逐渐趋于正常。这可从SV值直接体现出来。
3.3.5 产气率
产气率反映了污泥的活性(特别是产甲烷菌的活性)。产气率表示每去除1 kg COD所产生的沼气量。随着培养驯化的进行，甲烷菌数量和活性均增加。不同的废水及处理工艺产气率不同，通常情况下，产气率为0.35～0.5 m3沼气/kg COD(去除)。不同阶段产气率的变化见图3。
t/d图3 不同时间阶段产气率
从实际运行可知：历时5个月，产气率由培养驯化初期的0.06～0.35 m3沼气/kgCOD(去除)，前3个月产气率没有明显升高，到第5个月产气率有了质的飞跃达到了0.35 m3沼气/kgCOD(去除)，标志此时甲烷菌活性已满足进一步提升负荷的条件。
3.3.6 促进污泥培养驯化措施[1]
在运行初期，为了加快培养进程，投加了一些营养物质如尿素、7水合硫酸亚铁、7水合硫酸镍、氢氧化钙等。
营养物质投加质量浓度按下式计算：
ρ=CODBD×Y×wcell×2.28
式中：ρ为所需最低的营养元素浓度；CODBD为厌氧进水中可生物降解的COD浓度；Y为细胞产量(Y取0.15)；wcell为该元素在细胞中的质量分数。
各种药剂投加目的和投加过程如下。
氢氧化钙：主要目的改善污泥沉降性，少量钙可提高污泥的沉降性和增强其机械强度。
硫酸镍：有研究表明，在甲烷形成的生物化学过程中，主要的中间产物是甲基辅酶，在甲基辅酶转化为甲烷的过程中，起关键作用的是辅助因子F430和F420，而F430的中央离子是镍，因此一般认为镍是保证反应器良好运转不可缺少的痕量元素，因此在启动初期投加了硫酸镍。
硫酸亚铁：主要为了提供细胞增长过程中对铁的需求及提高沉降性。实际运行中，只在启动初期投加。由于投加过程中，废水中有硫化亚铁生成，硫化亚铁可使厌氧菌中毒，因此不宜长时间投加硫化亚铁。
可以说，以上各种药剂对厌氧启动是有一定促进作用的。
4 结 论
(1) 经过近5个月的培养驯化，成功避免了厌氧反应器“酸败”，顺利地完成了启动，各项指标良好。
(2) 采用EGSB处理酒精废水效果良好，COD去除率可达96%以上。
(3) 采用城市污水处理厂厌氧消化污泥接种，培养时间较长。为了减少培养时间，建议尽量采用颗粒污泥接种。
(4) 为了保证EGSB处理效率和提高抗冲击能力，应着力培养颗粒污泥，采取必要措施促进污泥颗粒化。
(5) 投加合适药剂，可提高污泥沉降性，对提升负荷、促进污泥颗粒化有一定的促进作用。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 贺延龄.废水的厌氧生物处理[M].北京：中国轻工业出版社，1998：53-54.
