不同溫度下EGSB反應(yīng)器運(yùn)行機(jī)制研究.pdf

1、膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器(ExpendedGranularSludgeBlanketReactor,簡(jiǎn)稱(chēng)EGSB反應(yīng)器)是最近10年發(fā)展起來(lái)的新型高效厭氧反應(yīng)器,它具有運(yùn)行成本低,處理效率高等技術(shù)優(yōu)勢(shì),是一種發(fā)展前景廣闊的廢水處理技術(shù)。EGSB反應(yīng)器也像其他厭氧生物處理工藝一樣,強(qiáng)烈地依賴(lài)于溫度。實(shí)踐證明,在適當(dāng)?shù)臏囟认?保持足夠的生物量及廢水與厭氧顆粒污泥充分混合是EGSB反應(yīng)器高效穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。但不同溫度下EGSB反應(yīng)器的運(yùn)行特征和生

2、化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬,尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。本文設(shè)計(jì)了高徑比為19:1的EGSB反應(yīng)器,通過(guò)調(diào)節(jié)不同反應(yīng)溫度(高溫,55℃;中溫,35℃;低溫,15℃)下的三種運(yùn)行工況,來(lái)考察EGSB反應(yīng)器在不同溫度下的機(jī)制,以及反應(yīng)器掛壁生物膜微生物特性,進(jìn)而對(duì)EGSB反應(yīng)器的生化反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行灰色系統(tǒng)建模與分析。研究結(jié)果表明,在中溫條件下通過(guò)改變運(yùn)行方式,即高進(jìn)水流量低濃度運(yùn)行、低進(jìn)水流量低上升流速運(yùn)行和高進(jìn)水流量高上升流速運(yùn)行三階段方式,可以使EGSB反

3、應(yīng)器在46d內(nèi)快速啟動(dòng),顆粒污泥性能良好。啟動(dòng)成功后的EGSB反應(yīng)器可以快速提高有機(jī)負(fù)荷,耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng),并能在42kg/(m3·d)的高有機(jī)負(fù)荷下運(yùn)行,COD去除率可以穩(wěn)定在85％以上。在相同條件下,對(duì)有顆粒污泥泄漏的EGSB反應(yīng)器的二次啟動(dòng)研究結(jié)果表明,當(dāng)?shù)啄酀舛葹?.5gSS/L時(shí),由于底泥過(guò)低,限制了采用初次啟動(dòng)三階段的操作方式,造成二次啟動(dòng)需要61d的培養(yǎng)才能完成,因此,EGSB反應(yīng)器的快速啟動(dòng)需要較高的種泥濃度。當(dāng)把中溫條

4、件下穩(wěn)定運(yùn)行的EGSB反應(yīng)器升至高溫條件后,運(yùn)行22d即可達(dá)到COD去除率穩(wěn)定在85%以上,盡管COD負(fù)荷有所降低(36.57kg/(m3·d)),但水力停留時(shí)間(HRT)為3.3h及運(yùn)行時(shí)間短的特征表明,高溫EGSB反應(yīng)器處理效率高。而在低溫條件下EGSB反應(yīng)器也表現(xiàn)出較好的抗沖擊負(fù)荷能力,在HRT為3.3h、有機(jī)負(fù)荷在17.5kg/(m3·d)左右時(shí),COD去除率基本能保持在85%左右。同時(shí),當(dāng)進(jìn)水pH值為5.4～7.3時(shí),EGSB

5、反應(yīng)器在中溫、高溫、低溫條件下,具有良好的耐pH沖擊和降解揮發(fā)性有機(jī)酸(VFA)的能力。本文還首次研究了EGSB反應(yīng)器掛壁生物膜的微生物特性。當(dāng)掛壁生物膜厚度在5mm左右時(shí),對(duì)EGSB反應(yīng)器的顆粒污泥的形成和COD的去除輔助作用明顯,能使反應(yīng)器抗沖擊負(fù)荷能力加強(qiáng)。在中溫條件下,可以使COD去除率提高10%～26.58%;高溫條件下,可以使COD去除率提高27.78%～30.54%;低溫條件下,掛壁生物膜對(duì)EGSB反應(yīng)器COD去除率的貢獻(xiàn)

6、最低,基本為5%～10%。由此說(shuō)明,反應(yīng)器中的掛壁生物膜作用是不容忽視的。通過(guò)對(duì)Monod方程的研究,建立了有機(jī)物去除動(dòng)力學(xué)模型。在求解KS和vmax過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)最大比降解速率νmax與某一特定菌群及溫度有關(guān),溫度的升高可以使νmax數(shù)值增大,污泥的量和基質(zhì)濃度對(duì)其影響不是很大;處于培養(yǎng)階段顆粒污泥的基質(zhì)代謝能力(綜合活性)要比成熟階段的顆粒污泥代謝能力要弱。在中溫、高溫及低溫運(yùn)行數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,首次采用灰色理論中已知目標(biāo)函數(shù)約束方程的求