UASB反应器处理高浓度核苷酸废水的启动特性及污泥颗粒化研究

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核苷类药物的生产是我国生物制药产业未来发展的重要方向。核苷酸类原料药的生产过程中会排出大量高浓度有机废水,随着我国节能减排工作的进一步推进,以及发酵类制药工业水污染物排放标准的实施,核苷类制药废水高效处理工艺的开发成为产业发展的重要任务。核苷酸类制药废水具有组分复杂、含有大量溶解性有机物、SS含量高、含盐量高等特点。厌氧生物法由于具有能耗少、效率高、成本低、无二次污染等显著优点而备受人们的青睐。当前厌氧技术处理核苷酸废水主要存在的问题包括污泥上浮严重、沉降性能差,从而导致出水水质差。针对上述问题,本文旨在采取有效手段维持反应器的高容积负荷和处理效率、提升污泥的沉降性能,避免飘泥现象的发生。本论文以广东省某生物制药公司的肌苷、鸟苷生产基地所产生的高浓度核苷酸废水为研究对象,通过改变进水浓度、负荷提高方式、投加二价阳离子、添加惰性载体等方法,研究了反应器的启动及颗粒污泥的形成特性。探索反应器启动和污泥颗粒化的优化操作条件,进一步改善UASB反应器的运行状况,从而指导实际生产。得到主要结论如下:采用UASB反应器处理高浓度核苷酸类废水是可行的,采用逐步提高进水浓度的方式提高负荷,经过109 d的驯化,当进水COD为1123011280 mg/L、容积负荷为3.22 kgCOD/(m3·d)、HRT为3.5 d时,出水COD为20482180 mg/L,COD去除率在80%以上。随着水力负荷的增加,粒径大于0.3 mm的颗粒污泥逐渐增,比例增加到13.61%,粒径大于0.3 mm污泥的平均沉降速率为22.0426.73 m/h,沉降性能较好,能有效减少飘泥现象的发生。不同提高负荷方式的实验结果表明,采用低浓度进水,减少HRT的方式来提高负荷启动反应器比采用提高进水浓度的方式好。反应器的容积负荷和出水水质更好,污泥的颗粒化程度更高。启动结束时,在稳定运行条件下,低浓度启动反应器容积负荷提高了约20%;粒径大于0.3 mm的颗粒污泥量提高了59%;产气量提高了28%。但是,提高负荷方式不同对废水颗粒污泥的沉降速率影响不显著。为了达到维持反应器中高生物量、提高絮状污泥和颗粒污泥的沉降速率的目标,研究了投加二价阳离子对反应器启动和污泥颗粒化的影响,结果表明,向反应器中投加Ca2+和Mg2+可缩短污泥驯化时间,能使反应器在更高的容积负荷条件下运行。投加了Ca2+和Mg2+的反应器的最大容积负荷提高了17%;反应器启动时间加快了7%左右;VSS分别高出25%和45%,VSS/TSS分别提高了15%和21%;粒径大于0.3 mm和大于0.5 mm的颗粒污泥的比例提高了1.3和1.7倍,污泥颗粒化程度较好,产气量提高了38%和48%;能提高絮状污泥的沉降速率,其中粒径小于0.1 mm的絮状污泥沉降速率分别提高了63%和52%,Zeta电位值分别保持在-4.28 mV和-4.44 mV左右,处于易聚集和沉降的电位范围之内。但是,如果反应器启动过程中投加的阳离子过量,易使污泥絮体气浮,污泥被洗出。为了达到反应器快速启动和加速颗粒污泥形成的目标,研究了在反应器中填充惰性载体对反应器启动及污泥颗粒化的影响,结果表明,在UASB反应器的启动过程中投加粉末活性炭,可以明显地提高反应器的有机负荷,加速污泥的颗粒化。投加粉末活性炭的UASB反应器达到稳定运行的时间比未投加粉末活性炭的UASB反应器减少了约16%,有机负荷提高了20%,VSS和VSS/TSS分别提高了60%和15%,产气量提高了38%。并且,投加惰性载体能有效提高反应器中的污泥颗粒化,粒径区间为0.20.45 mm的污泥粒径百分比高出14%,粒径区间为大于0.45 mm污泥粒径百分比高出82%;区间为0.20.45 mm的污泥沉降速率高出22%,粒径区间为大于0.45 mm污泥沉降速率高出17%。采用添加惰性载体的方法可以有效缩短反应器启动时间、使反应器获得更高的容积负荷并能大大提高反应器颗粒污泥的粒径。
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