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IC 反应器处理酒精废水的生产性启动研究 许英杰 上海农林职业技术学院, 上海 201600 摘要 对生产性 IC 反应器处理酒精废水的启动过程及其处理效率进行研究。 当进水 COD 浓度为15 000 mg L条件下, 出水COD 仅有500 mg L左右, COD 去除率在 95以上。在反应器启动初期曾因操作失误出现酸化现象, 后来经过投加 NH4HCO3和厌氧出水中和调节 pH, 反应器内部环境得到一定的改善, 到启动结束时, 两个反应器内 pH 均稳定在 6. 8 左右, VFA 也下降到400 mg L左右。 关键词 IC反应器; 酒精废水; 生产性; 启动 RESEARCH ON START-UP OF FULL-SCALE IC REACTOR TREATING ETHANOL WASTEWATER Xu Yingjie Shanghai Vocational and Technical College of Agriculture and Forestry, Shanghai 201600, China Abstract The start-up and efficiency of IC reactor treating ethanol wastewater were studied.During the operation if COD of the influent was controlled at about 15 000 mg L, that of the effluent would be only 500 mg L or so.The COD removal rate was above 95. In the initial stage of start -up, the operating error caused the acidification. After adding NH4HCO3and regulating pH of the reactors, the internal environment of the reactorswas improved. To the end of the start-up, pH in the reactors rose to 6. 8, and VFA dropped to 400 mg L. KeywordsIC reactor;ethanol wastewater; full -scale; start-up 内循环 internal circulation, 简称 IC 厌氧反应器 是荷兰 PAQUES 公司于 20 世纪 80 年代中期开发的 第3 代新型高效的厌氧反应器 [ 1] 。PAQUES 公司在 1985年初建成了第 1 个 IC 中试反应器, 处理高浓度 的土豆加工废水 [ 2] 。1986 年以后该公司迅速把该技 术应用于生产中 。IC 反应器在我国厌氧处理多种废 水的实践中相继得到了应用 [ 3- 8] ,但大多是直接进口 荷兰 PAQUES 公司的设备, 价格较为昂贵 。因此, 开 发国产的 IC 反应器 ,对于 IC 技术的普及和推广具有 重要意义 。 1 材料和方法 1. 1 试验材料 本试验废水采用河南某酒精厂经过板框压滤后 的玉米酒糟废水 。废水水质见表 1。 厌氧进水采用经沉淀处理后的酒糟废水。由于 酒糟废水的 COD很高,即使经过压滤和沉淀处理后, COD仍在30 000 mg L左右 ,在反应器启动初期直接采 用高浓度进水不利于反应器的快速启动 ,因此在进入 IC 反应器之前需混入低浓度废水 采用 IC 反应器的 厌氧出水 进行稀释 ,稀释比例为 1∶ 1,将进水 COD 浓 度控制在15 000 mg L左右 。此外, 由于酒糟废水 pH 较低,对反应器的启动不利, 因此在启动初期加入 NH4HCO3进行中和, 调节 pH 到 5. 0 ～ 6. 0,NH4HCO3 加入量大约为 200 g m 3 。 表 1 废水水质 分析项目温度 ℃ ρ COD 104mgL- 1 ρ SS 104mgL - 1 pH 板框压滤前85～ 909～ 115～ 83. 6～ 4 . 0 板框压滤后68～ 703～ 4. 50. 5～ 13. 6～ 4 . 0 沉淀处理后48～ 602. 5～ 30 . 3～ 0. 83. 6～ 4 . 0 本试验采用的接种污泥有两个来源 ,分别为 1 酒精厂厌氧消化池自行培养的厌氧絮状污泥 ; 2 城市污水处理厂厌氧脱水污泥 。 1. 2 试验装置 本试验采用的装置是我国自行设计安装的 IC 反 应器, 装置示意图见图 1。该反应器为圆柱形钢结 33 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 构,共两座 ,分别称为 1 反应器和 2反应器。反应 器高22 m, 有效高度18 m , 直径7 m , 单体反应器容积 为692 m 3 。反应器由上下两个反应室叠加而成 ,其中 1～ 9 m为第一反应室 ,9 ～ 18 m为第二反应室。在主 体上部建有一个4 m高的气液分离器。沿柱高设置 6 个取样口 ,分别为 1,2,3,9,10,11 m。 图 1 IC 反应器结构示意图 2 结果与讨论 2. 1 IC 反应器的启动运行概况 IC 反应器接种污泥采用该酒精厂自行培养的厌 氧污泥和城市污水处理厂厌氧脱水污泥 含水率为 75左右 ,接种浓度分别为 1 反应器13. 40 g L ,2 反应器10. 85 g L。接种后在一周内每天加入2 m 3 酒 糟废水对污泥进行活化, 使之尽快适应废水水质。一 周后污泥活化结束, 开始按调试方案进行反应器的初 次启动。 反应器初次启动历时 55 d。启动过程进水采用 压滤和沉淀后出水以 1∶ 1 的比例稀释至 COD 为 15 000 mg L左右的酒精废水 , 加入石灰调节 pH 至 5. 0～ 6. 0。由于石灰中沉淀物较多 ,调节池需要经常 清底 , 因此自第 20 天起改加 NH4HCO3调节 pH, NH4HCO3投加量为200 g m 3 。待负荷提高 ,内循环形 成后,借助 IC 反应器的内循环流量对 pH 的缓冲作 用,不再加碱调节 pH 。反应器初始进水有机负荷为 350 kg d ,出水 COD 为3 000 mg L左右。在出水 COD 稳定在 80的条件下 , 每周将进水有机负荷提高 23 左右。在反应器启动过程中定期测定反应器不 同高度及出水的 pH 值 、 挥发酸、 COD和污泥浓度 。 2. 2 COD去除情况 启动过程中, IC 反应器有机负荷的增加及出水 COD情况见图 2。 由图 2可知,1 、 2 反应器出水COD变化趋势基 本相似。启动过程中随着有机负荷的增加,出水COD a 1反应器 b 2反应器 图 2 IC 反应器出水 COD 和有机负荷 逐渐下降。前 3 周出水 COD 浓度维持在1 500 mg L 以上 ,第 4～ 5 周在1 000 ～ 1 500 mg L ,而第 5 周以后 出水 COD 基本不超过1 000 mg L。至第 55 天时 , 出 水COD仅有500 mg L左右, COD 去除率高达 95以 上。后因该酒精厂暂时停产启动被迫中断,虽然未能 达到设计负荷, 但却取得了极高的 COD 去除率。 另外, 随着进水量的增大 ,有机负荷的提高,水力 停留时间HRT 也随之减少 ,但COD 去除率基本不变。 HRT 和 COD 去除率的变化趋势见图 3。 a 1反应器 b 2反应器 图 3 反应器水力停留时间和 COD 去除率的关系 2. 3 IC 反应器内 pH 与VFA 的变化 在反应器启动过程中,由于玉米酒糟废水的pH 值 很低,pH 为 3. 6～ 4. 0, 如果不加调节直接进入 IC 反应 器,会抑制甲烷菌的生长代谢, 从而引起有机酸的积 累,导致反应器启动失败。因此在玉米酒糟废水进入 34 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 反应器之前采取了两种途径进行 pH 的调节 ,一种是投 加NH4HCO3调节 pH 至 5. 0 以上,NH4HCO3投加量为 200g m 3 ; 另一种是利用厌氧出水中和部分进水酸度 , 即通过用厌氧出水稀释进水达到降低进水酸度的目 的。另外,由于 IC 反应器存在内循环, 其内循环流量 也相当于厌氧出水,可以对进水 pH 起到缓冲作用。 IC 反应器在启动之前曾因操作失误出现酸化现 象,因此, 启动初期反应器内酸度很高, 两个反应器中 pH 最低达到 5. 5 左右, 2 反应器 VFA 最高达到 1 731 mg L ,1 反应器 VFA 也高达1 500 mg L左右。 随着调试的进行 , 反应器内部环境得到一定的改善, pH 逐渐上升,VFA 也逐渐下降 。到初次启动结束时, 两个反应器内 pH 均稳定在 6. 8 左右,VFA 也下降到 400 mg L左右 图 4 。 a 1反应器 b 2反应器 图4 反应器出水 pH 值和VFA 3 结论 1 反应器经过 55 d 的启动后 , 虽然因酒精厂停 产未能达到设计负荷 ,但却取得了极高的 COD 去除 率。在进水 COD 浓度为15 000 mg L 情况下, 出水 COD仅有500 mg L左右 ,COD 去除率在 95 以上。 2 在反应器启动过程中虽曾因操作失误出现酸 化现象, 但是后来经过投加 NH4HCO3和厌氧出水中 和调节 pH ,反应器内部环境得到一定的改善, 到初次 启动结束时 , 两个反应器内 pH 均稳定在 6. 8 左右, VFA 也下降到400 mg L左右。 参考文献 [ 1] 吴静, 陆正禹, 胡纪萃, 等. 新型高效内循环 IC 厌氧反应器 [ J] . 中国给水排水, 2001, 17 1 26 -29. 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IC反应器处理猪粪废水的启动特性 研究[ J] . 农业环境科学学报, 2004, 23 4 777 -781. 作者通信处 许英杰 201600 上海松江 上海农林职业技术学院 E -mail xuyingjie1108 163 . com 2008- 12-12 收稿 上接第 13页 2 通过调试 ,确定该类废水的最佳反应条件为 pH 值为 3～ 4,30 H2O2为 15 mL L ,FeSO47H2O 为 2 g L, 搅拌时间 30 min,反应时间 2 h。 3 水解酸化池和 BIOFOR调试期间气温较高 ,整 个生化反应工段在一个月内基本启动, 出水水质达到 GB8978 -1996 一级标准。 4 气温对生化反应有较大影响 ,在水温低至 5～ 8 ℃ 时微生物活性减弱 , 出水水质变差 ,需要对废水 处理设施采取保温等措施以提高构筑物的处理效率。 参考文献 [ 1] 孙京敏, 王路光, 王靖飞. 农药废水预处理技术研究及工程实践 [ J] . 环境工程, 2003, 21 6 77 -79. [ 2] 朱乐辉, 王榕, 吕国庆, 等. Fenton试剂预处理农药废水实验[ J] . 农药, 2008, 47 2 109 -113. [ 3] 朱乐辉, 戚伟峰, 徐星, 等. Fenton 氧化-生化组合工艺处理仲 丁灵废水[ J] . 水处理技术,2008, 34 7 51 -54. [ 4] 程寒飞, 郑俊, 陈祥宏. 臭氧氧化-水解酸化-氧化沟工艺处理 综合农药废水[ J] . 给水排水,2002, 28 5 50 -53. [ 5] 张选军, 张亚雷, 周雪飞, 等. 高盐高COD 农药废水的处理工程 与调试研究[ J] . 工业水处理,2007, 27 6 22 -24. 作者通信处 邱俊 330031 江西南昌大学前湖校区 30328 室 E -mail lmqiujun163. com 2008- 11-24 收稿 35 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期