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厌氧折流板反应器(Anaerobic Baffled Reactor,简称ABR)具有颗粒截留能力强、污泥龄长等优点,在处理难降解有机物废水方面具有较好的应用前景,对其进行理论和应用研究具有十分重要的现实意义。
精对苯二甲酸(Pure Terephthalic Acid,简称PTA)是一种重要的石油化工产品,在其生产过程中会产生大量的含有高达数千化学需氧量(COD)的废水,这种含高浓度PTA的废水若排入自然水体中,会对水中鱼类及微生物的生长、代谢带来严重的危害,必须予以处理。本文在分析了厌氧折流板反应器的研究与应用现状、厌氧颗粒污泥的性质和研究现状以及PTA生产废水的特点及处理现状的基础上,较系统地对ABR反应器的运行特性及处理PTA生产废水的性能进行了研究。
利用实验室自制的ABR反应器,采用人工葡萄糖配水进行实验,分析了ABR反应器启动过程的运行特性,研究了颗粒污泥的特性变化,结果表明:35℃恒温条件下,在ABR反应器中直接接种厌氧颗粒污泥,40天可完成启动,最高容积负荷可达18.75kgCOD/m3.d,COD去除率稳定在96%以上;启动完成后,反应器中各格室颗粒污泥的VSS/TSS值比接种污泥的值(0.67)大,颗粒污泥具有较高的生物活性和良好的沉淀性。
随后,直接利用PTA生产废水对反应器的颗粒污泥进行驯化,研究了ABR反应器处理PTA生产废水的运行特性,分析了颗粒污泥的性能,结果表明:经过74d的驯化,污泥对PTA废水有一定的适应性,主要污染物TA的去除率由25%上升到90%。驯化完成后,反应器在负荷为5.88kgCOD/(m3.d),HRT为20h的条件下运行,COD去除率达到93%,产气率为18 L/d,出水pH值在7.0左右,整个系统运行稳定,处理效果良好;连续运行阶段,系统在HRT=20h,进水COD为1600mg/L左右,TA为150mg/L左右条件下运行64d,COD去除率平均达到85%以上,主要污染物TA去除率达到89%。
通过对ABR处理PTA生产废水的颗粒污泥进行扫描电镜观察发现:反应器中各个格室颗粒污泥表面都分布丝状菌,颗粒污泥表面的丝状菌相互缠绕交织成网状结构将其包裹起来,单个颗粒污泥表面的丝状菌又与其他颗粒污泥表面的丝状菌相互缠绕,使小粒径的颗粒污泥聚集成大粒径的颗粒污泥。第1格室污泥菌种很丰富,主要以梭状芽孢杆菌、甲烷丝状菌、甲烷短杆菌为主;第2格室中颗粒污泥表面主要粘附着有很多分泌物的杆状菌、丝状菌和球菌;第3格室污泥表面有大量的丝状菌,菌丝体为短节状的圆杆连接而成,从结构上推测该菌为竹节状索氏产甲烷丝状菌。
最后,基于Monod方程,对ABR厌氧反应器中基质降解动力学模型进行了探讨并对试验数据进行线性回归,确定了三种不同污泥负荷(0.52、1.25、3.36kgCOD/(kgVSS-d)下ABR处理PTA生产废水动力学方程的参数分别为:Vmax=0.1153d-1,Ks=7.5328mg/L: Vinax=0.2152d-1,Ks=7.3259mg/L; Vmax=0.1163d-1,Ks=2.2695mg/L。