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IC反应器处理猪粪废水条件下污泥颗粒化研究

张杰  
【摘要】:现代化的养殖技术促进了我国畜禽养殖业向优质、高效发展,并使畜 禽养殖业成为高度专业化产业,但另一方面养殖场排放的大量废水大多未 经处理而直接排到环境中去,造成了严重的污染,因此,目前的当务之急 是解决好对这些废水的处理问题。畜禽粪便废水的处理是个非常复杂的工 艺过程,其中选用厌氧生物处理工艺作为整个工艺的前处理单元具有可以 回收能源、能预先去除大部分有机污染物等优点,是养殖厂普遍采用的方 法。 厌氧废水处理技术具有悠久的历史,但只是在近年来一些高效厌氧反 应器如 UASB、IC 反应器等开发成功以后才开始快速发展起来。这些反应 器有一个共同的优点就是能在反应器内形成沉降性能好的颗粒污泥,从而 提高了反应器中的微生物量及其在反应器中的停留时间,使反应器的有机 负荷率大大提高。与 UASB 反应器相比,IC 反应器具有更高的有机负荷率, 但由于该反应器的开发者 PAQUES 公司对这项技术进行了严格的技术保 密,使 IC 反应器的应用范围仅限于少数几种工业废水,更没有用于处理畜 禽粪便废水的例子。 本文以猪粪废水为基质,重点对 IC 反应器高效运行的原因,尤其是颗 粒污泥在其中的形成过程和作用进行研究,并取得了阶段性成果,主要有 以下几个方面: (1) 对 IC 反应器处理猪粪废水启动初期的工艺条件进行了研究。通 过气体置换装置的研究,在 IC 反应器中进行验证,结果表明:当进水 COD 浓度在 2000mg/L、碱度在 1200mg/L 以及污泥的容积接种量为 15mgVSS/L 左右时,污泥驯化速度快,且沼气中甲烷成分高,有利于反应器的启动。 i WP=8 河南农业大学博士学位论文 (2) 采用间歇进料和连续进料两种方式对 IC 反应器进行启动实验,并 以 UASB 反应器做对比实验。研究表明:间歇进料的方式难以培养出颗粒 污泥,而在连续进料实验中,两反应器都能使污泥颗粒化,且 IC 反应器颗 粒化程度比 UASB 反应器强。 (3) 实验表明,颗粒污泥形成可以分为三个时期:污泥驯化期、颗粒 污泥增长期和颗粒污泥成熟期。 (4) 运行条件下的实验表明,IC 反应器可以在低浓度和高浓度下高速 运行;在低浓度下可以适当提高进水流速,而在高浓度下运行时,需要降 低流速;碱度在 1200~2500mg/L 之间时反应器能够正常运行,但碱度的提 高会降低污泥的产甲烷活性,因此应将碱度控制在 2000mg/L 以下;悬浮 物的浓度在 700mg/L 以下时不影响反应器的运行。 (5) 通过对形成颗粒污泥的扫描电镜和透视电镜的观察发现,在颗粒 污泥的表面以产甲烷杆菌和产甲烷球菌为优势菌属,且不同的菌属分别生 长在不同的区域里,具有生长“区域化”的特征;在表面也发现丝状菌, 这表明颗粒污泥的形成与丝状菌的网络作用是有关系的;在颗粒污泥内部 没有发现丝状菌的存在,产甲烷杆状菌和球菌为优势菌,有共生也有区域 化生长。 (6) 本文应用颗粒污泥体积比基质去除率的概念建立了与 Monod 模式 相似的颗粒污泥基质降解的动力学模型,其基本形式为 U =UmaxS ,该模 K + S 型概念直观,计算方便,经统计分析表明,在置信度为 95%时,该模型与 实验数据之间的相关性高度显著。


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