硫酸新霉素废水厌氧生物处理试验研究

　　第 3 章 硫酸新霉素废水厌氧生物处理试验研究

　　3.1 材料与方法。

　　（1）试验用水。
 

　　硫酸新霉素废滤液水质情况见表 3-1。原水经适当稀释后作为实验用水。

　　（2）试验污泥。

　　厌氧反应器接种污泥是取自某淀粉废水的厌氧反应器中的颗粒污泥，接种体积占反应器有效容积的 40%左右，反应器污泥接种量为 27g·L-1-VSS。

　　（3）试验装置。

　　UASB 厌氧反应器的试验装置如图 3-1 所示。反应器采用有机玻璃制成，有效容积为 3L，反应区内径为 45mm，高度为 1m，沉淀区内径为 150mm。废水由蠕动泵经加热装置预热到 38~40℃后进入到厌氧反应器，反应器置于保温箱内，用电加热，反应器内温度控制在 35±1℃。在反应器中，靠厌氧微生物的作用，废水中的有机物被分解为 CH4和 CO2。厌氧反应器产生的沼气经水封后，再经沼气流量计计量后排放。

　　（4）分析方法。

　　pH、COD 和硫酸新霉素分析方法见 2.1.3，其它分析项目及方法如表 3-2 所示。

　　3.2 试验方法。

　　在运行过程中，采用为连续进水方式，维持反应器污泥含量为 25~30g·L-1-VSS，每日检测反应器进出水 COD 浓度、pH 值及产气量，并不定期监测碱度、氨氮、总氮、SO42-、硫化物及硫酸新霉素。

　　3.3 结果与分析。

　　3.3.1 运行情况。

　　启动阶段的目的是培养驯化接种污泥，使其适应处理水质条件，达到适当的运行负荷和净化效果，使反应器顺利进入提高负荷运行阶段。厌氧反应器的启动负荷为 1.0kg-COD·m-3·d-1，调节后反应器进水水质 pH 值为 7.0~7.5，COD 浓度为 3 000~3200mg·L-1。启动初期采用间歇进水，通过调节进水量控制反应器运行负荷。控制条件为：当 COD 去除率大于 70%时，稳定运行 3~4d 后，提高负荷，负荷提高幅度为0.5kg-COD·m-3·d-1。经过 28d 的运行，反应器运行实现连续进水，运行负荷达到2.76kg-COD·m-3·d-1，COD 去除率达到 76.3%。其间各运行参数变化情况见图 3-2。

　　在启动阶段完成时，反应器中接种污泥已基本适应了硫酸新霉素废水的水质条件，且取得了较为稳定的运行效果，在此后的运行过程中控制反应器进水 COD 浓度5 000~5 500mg·L-1，反应器运行负荷提高通过逐渐增大反应器的进水量来实现，具体控制条件：当 COD 去除率大于 70%时，稳定运行 3~4d，提高负荷，负荷提高幅度为 0.5~1.0kg-COD·m-3·d-1。负荷提高阶段运行结果如图 3-3 所示，当 HRT 缩短到 24h时，运行负荷达到 5.2kg-COD·m-3·d-1，COD 去除率为 73.5%，出水 COD 浓度为 1356mg·L-1，反应器沼气产量 8.2L·d-1，当 HRT 缩短到 20.57h 时，虽然容积负荷达到6.3kg-COD·m-3·d-1，但是 COD 去除率下降明显，稳定在 66%，出水的 COD 浓度为 1833mg·L-1。为保持较高的 COD 去除率，最终选用进水 COD 浓度 5 000~5 500mg·L-1、HRT 24h 的运行条件。

　　稳定运行阶段目的是将反应器控制在相对稳定地运行条件下，考察其运行效能。在 20d 的稳定期间，当反应器进水 COD5 000~5 500mg·L-1、SO42-600~650mg·L-1、总氮 700~750mg·L-1，容积负荷 5.2kg-COD·m-3·d-1，HRT 24h，反应器中废水上升流速 为 0.0416m/h， COD 去除率均值为 73.6% ，出水 COD1 200~1 400mg·L-1、SO42-15~20mg·L-1、氨氮 600~650mg·L-1，沼气产气量为 8.0~8.5L·d-1。出水水质见表3-3。

　　3.3.2 pH 和碱度对厌氧消化的影响。

　　对于硫酸新霉素废水的厌氧生物处理中，pH 的改变主要受三种因素的影响：大量溶解性碳水化合物水解产生大量酸，使 pH 值降低；大量蛋白质和氨基酸厌氧消化作用下转化成氨氮，使 pH 值上升；废水中含有一定量的 SO42-，在硫酸盐还原菌的作用下转变为硫化物，从而使 pH 上升[55]。

　　在 UASB 反应器运行的启动阶段，反应系统内没有形成完善的 pH 缓冲系统，应通过投加适量的碳酸盐，形成碳酸盐缓冲液，以避免过低 pH 抑制产甲烷菌活性，造成挥发性脂肪酸（VFA）大量积累，引起反应系统酸化。启动阶段初期通过投加碳酸钠试验用水 pH 至 7.0~7.8 以保持反应系统 pH 相对稳定，此时反应器内碱度为 1500-1 700mg·L-1。反应器运行两周后反应器内碱度维持在 2 400~3 000mg·L-1。这是因为一部分厌氧消化反应生成的 CO2会溶解于反应器内，形成 HAC-AC 缓冲体系，此时可不必投加碳酸钠。在反应过程中没有出现酸化现象。

　　3.3.3 硫酸根对厌氧消化的影响。

　　本试验中，控制进水 COD 为 5 000~5 500mg·L-1时，SO42-浓度为 600~650mg·L-1，COD/SO42-比约为 9，缩短 HRT 来提高硫酸盐负荷。硫酸盐还原率及 COD 去除率见表 3-4。

　　研究表明 COD/SO42-大于 2 时，厌氧反应器可以稳定运行且效果良好[56]。而本实验中 COD/SO42-约为 9，可使硫酸盐还原菌（SRB）和产甲烷菌（MPB）达到平衡状态，共同发挥去除有机物的作用，使反应器稳定运行。

　　随着反应器内硫酸盐负荷的提高，硫酸盐还原率保持 97%左右，但硫酸盐的还原产物硫化物逐渐增加，出水中硫化物浓度为 160~203mg·L-1。游离的硫化氢对厌氧微生物具有毒性，这是 COD 去除率下降的原因之一，但在 pH 小于 7 时游离硫化氢浓度越高，在 pH7~8 之间时，随 pH 上升游离的硫化氢浓度迅速下降，所以可以通过调节 pH 减小硫化物的毒性。减少硫酸盐还原对厌氧消化的影响。

　　3.3.4 硫酸新霉素对厌氧消化的影响。

　　硫酸新霉素废水中有大量营养物质，可生化性较好。在硫酸新霉素废水对厌氧消化的抑制试验中发现当硫酸新霉素浓度为 300~900mg·L-1时，对厌氧消化分别表现出轻度抑制；当硫酸新霉素浓度为 1 200mg·L-1时，对厌氧消化分别表现出中度抑制。厌氧反应器调节后的进水 COD 浓度为 5 000~5 500mg·L-1，硫酸新霉素残留效价在100~120mg·L-1，适宜进行厌氧消化处理。在 UASB 反应器稳定运行期，采样对硫酸新霉素残留效价进行分析，出水硫酸新霉素残留效价为 0.12~0.2mg·L-1，硫酸新霉素的去除率达到 99.8%。

　　可见，厌氧污泥已经能降解硫酸新霉素。由于反应器内采用的是颗粒污泥，只有外层的细胞直接与硫酸新霉素接触，同时，接种污泥浓度较大，减弱了硫酸新霉素对厌氧消化的抑制作用。特别是负荷提高期的运行结果表明：厌氧微生物已适应了硫酸新霉素。因此，经长期驯化，厌氧微生物就可以承受硫酸新霉素的抑制影响，硫酸新霉素对厌氧消化的抑制影响属于基质抑制影响。

　　3.4 本章小结。

　　本章对 UASB 厌氧反应器处理硫酸新霉素废水进行了研究。经过 54d 达到稳定运行并对 pH、SO42-和硫酸新霉素对厌氧消化的影响进行了分析。UASB 反应器处理硫酸新霉素废水运行结果发现：当进水 COD5 000~5500mg·L-1、 SO42-600~650mg·L-1、 总 氮 700~750mg·L-1， 容 积 负 荷 达 到5.2kg-COD·m-3·d-1，硫酸新霉素残留效价 100~120mg·L-1，HRT 为 24h 时，反应器中废水上升流速为 0.0416m/h，COD 去除率为 73.6%，出水 COD1 200~1 400mg·L-1、SO42-15~20mg·L-1、氨氮 600~650mg·L-1，硫酸新霉素残留效价为 0.12~0.2mg·L-1，沼气产气量为 8.0~8.5L·d-1。