AB-ASBR處理高濃度有機廢水的吸附性能影響分析

郭興宇 李忠民 李培

(1.中國市政工程西北設計研究院有限公司山東分公司，山東 青島 266041;2.青島市市政工程設計研究院有限責任公司，山東 青島 266061;3.太原理工大學建筑設計研究院，山西 太原 030024)

AB-ASBR處理高濃度有機廢水的吸附性能影響分析

郭興宇1李忠民2李培3

(1.中國市政工程西北設計研究院有限公司山東分公司，山東 青島 266041;2.青島市市政工程設計研究院有限責任公司，山東 青島 266061;3.太原理工大學建筑設計研究院，山西 太原 030024)

采用模擬高濃度有機廢水，通過試驗研究了AB-ASBR工藝處理高濃度有機廢水A段的吸附效果，并探討了攪拌條件、有機負荷、再生期等因素對其吸附性能的影響，為廢水中有機污染物的有效去除提供了參考。

AB-ASBR，吸附性能，廢水，污泥

0 引言

厭氧序批式反應器(ASBR)是Dague教授于20世紀90年代初將常規好氧序批式反應器運用于厭氧生物處理所開發的一種高速厭氧反應器。ASBR法具有去除率高、運行穩定、投資節省、操作靈活，能夠形成厭氧顆粒污泥等優點，從而引起人們的逐漸重視[1]。ASBR所形成的厭氧顆粒污泥主要分為A，B兩種類型，A型顆粒污泥是以甲烷八疊球菌為主體的球狀顆粒污泥，具有底物利用率高、生物吸附力強的特點；B型顆粒污泥是以絲狀產甲烷桿菌為主體的顆粒污泥，其半飽和常數低，能在低有機負荷下較為徹底地去除殘余有機物。

由于ASBR的微生物組成及優勢菌群隨工藝運行不斷更替，形成一個不穩定的生態系統，限制了ASBR有機負荷及出水水質的進一步提高。針對這一缺陷，借鑒兩級兩相厭氧工藝，岳秀萍[2]提出了甲烷菌群優化吸附—生物降解厭氧序批式反應器工藝(AB-ASBR)。該工藝分為A，B兩段獨立的生物相體系，在各自的運行條件下分別培養出以甲烷八疊球菌、甲烷絲狀菌為優勢菌的顆粒污泥，從而實現快速吸附與生物降解作用的分段進行。

本文針對AB-ASBR工藝的吸附階段進行重點研究，采用模擬高濃度有機廢水考察A段的吸附效果，以及各種因素對其吸附性能的影響。

1 材料與方法

1.1 模擬廢水與接種污泥

本試驗采用人工模擬廢水，使用含有大量膠體成分的全脂奶粉配制，并補充必要的N，P，S，K等物質。奶粉投加量716 mg/d(1 g奶粉=1.395 gCOD)，其他成分組成：NH4Cl 89.2 mg/gCOD，K2HPO4·3H2O 13.1 mg/gCOD，KH2PO46.7 mg/gCOD，Na2S·9H2O 30 mg/gCOD，NaHCO3適量。模擬廢水中COD∶N∶P∶S=300∶7∶1∶1.2。

本試驗采用城市污水處理廠二沉池的回流污泥作為接種污泥。

1.2 試驗裝置及運行

ASBR反應器分為A，B兩個，均采用圓柱形的雙層有機玻璃容器。內層工作容積為2.8 L，高徑比為6，且在上部留有1 L的儲氣室，并在不同高度設有進、出水口及取樣口；反應器外層為水浴加熱，通過溫控儀控制水浴的溫度，溫度控制在(35±1)℃。

ASBR反應器構型如圖1所示。

1.3 分析方法

分析方法均參照文獻[3]。COD采用CTL-12型快速測定儀；VFA采用SP2100型色譜儀；堿度采用酸堿指示劑滴定法；pH采用PHS-3型pH計；MLSS采用濾紙烘干稱重法；MLVSS采用濾紙烘干灼燒稱重法。

2 結果與討論

2.1 攪拌條件對A段吸附性能的影響

ASBR屬于完全混合式反應器，攪拌的作用在于使原水和活性污泥充分接觸，加速相間傳質、提高反應速率、縮短反應周期，以獲得較高處理效率。隨著攪拌強度的加強，總有機物去除率隨之提高，產氣量也相應增加；但是，當攪拌強度增大到一定程度后，將影響到反應器中顆粒污泥的形成，甚至會由于過強的水力剪切作用導致顆粒污泥解體，增大出水SS濃度。

本試驗設定有三種攪拌工況，分別為：1)不采用氣體攪拌，僅利用進水上升流速進行攪拌；2)每隔5 min連續攪拌1 min；3)自進水起連續攪拌。氣體循環泵功率為20 W，氣量為100 mL/min。進水COD濃度和有機負荷分別為6 500 mg/L，10 gCOD/(L·d)。A段反應器內VFA，COD濃度變化如圖2，圖3所示。

從圖2可以看出，三種攪拌工況下，在5 min～30 min觀察期內VFA濃度均呈波浪式起伏狀態，并維持較高的酸性水平，這表明原水中的有機物質在厭氧產酸菌的作用下發生了水解和發酵產酸，這為甲烷八疊球菌的生長繁殖提供了有利條件，使其成為A段反應器的優勢菌種，從而重點發揮A段厭氧污泥的吸附作用。

在整體發展中未能兼顧人口、資源、環境的協調一致，沒有堅持量水而行、量水發展和以供定需等原則，工業產業全面發展，城市人口急劇增加，建設規模不斷膨脹，同時水利基礎設施建設滯后，輸配水管網不配套，造成現有水資源得不到合理利用及嚴重浪費。用水量的過快增長超過了當地水資源的承載能力和環境容量，造成地下水超采、許多河流長期斷流等一系列的生態環境問題。

從圖3可以看出，三種攪拌工況下的COD濃度變化趨勢較為一致，吸附開始后5 min內COD濃度迅速降低，由6 500 mg/L直降至3 000 mg/L左右，隨后COD濃度趨于穩定，變化幅度逐漸減小，可認為達到吸附平衡。但是，在不同攪拌條件下，COD吸附平衡濃度有所差別，無氣體攪拌時該濃度為2 706 mg/L，去除率達58.72%；氣體間歇攪拌時該濃度為2 527 mg/L，去除率達61.45%；氣體連續攪拌時該濃度為2 028 mg/L，去除率達69.06%。由此可見，在此連續攪拌條件下，能夠更好的保證原水與污泥的充分混合，使污泥對進水中非溶解性物質的吸附更加完全。

2.2 有機負荷對A段吸附性能的影響

通常認為[4]，生物污泥在吸附有機物、重金屬離子等物質時，所吸附物質的濃度較大會有利于提高污泥的比吸附量，因為較高的物質濃度可以克服液相和固相之間的傳質阻力，提高了傳質推動力，促進被吸附物質向顆粒污泥表面遷移。韓亮[5]研究了厭氧污泥吸附能力與進水有機負荷之間的關系，其進水COD濃度在1 500 mg/L～5 000 mg/L，隨著有機負荷的提高，污泥吸附能力明顯增強，吸附率達90%以上，表明有機負荷與污泥比吸附量呈顯著正相關。

本試驗考察了進水COD濃度在6 500 mg/L以上時，有機負荷對A段污泥吸附性能的影響情況，具體結果見表1。

表1 有機負荷對A段污泥吸附性能的影響數據

由表1可知，進水COD濃度在6 500 mg/L～9 000 mg/L時，隨著有機負荷的提高，厭氧顆粒污泥的吸附能力明顯增強，吸附率和比吸附量隨之增大，當濃度達到9 000 mg/L時，吸附率和比吸附量分別為89%，805 mgCOD/gMLSS。但隨著進水COD濃度的進一步提高，污泥吸附能力卻有所減弱，吸附率和比吸附量開始明顯降低。上述表明，A段厭氧污泥在高有機負荷條件下具有理想的吸附去除作用，但并不意味著可以無限提高有機負荷，負荷過高反而會對污泥的吸附性能產生抑制，這是因為污泥吸附容量是一定的，當所吸附物質含量超出該容量限制，污泥吸附量將不再增加，而且隨著反應不斷進行，部分吸附物質會被重新析出進入溶液中，從而致使污泥的吸附率和比吸附量有所降低。

2.3 再生期對A段吸附性能的影響

ASBR反應器的運行階段通常分為四步，即進水、反應、沉淀、排水，而AB-ASBR工藝A段的運行模式采用“進水(吸附)→沉淀→排水→再生”，增加了再生階段。這是由于在實際運行中，A段的沉淀期和排水期不能使污泥吸附功能得到完全恢復，污泥所吸附物質未得到充分消解，進而影響下一周期厭氧顆粒污泥對廢水中有機物的吸附效能。

再生期長短也會對A段功能的正常發揮起到關鍵作用，再生期過短就無法真正實現設置再生階段的目的；再生期過長，污泥會因閑置時間過久發生厭氧分解、腐敗變質，進而使上清液水質變差，影響污泥吸附功能。活性污泥的初期吸附能力與污泥性質密切相關，一般處于內源呼吸期時其吸附能力較強[6]。因此，將再生期終點恰好調整至微生物的內源呼吸階段，會有利于A段吸附功能的有效實現。

本試驗為考察再生期最佳時長，共設定了三組時長條件(即2 h，3 h，4 h)，在三組條件下分別測定吸附期COD去除率隨時間的變化情況，進水濃度均為6 500 mg/L，試驗結果見圖4。

由圖4可知，再生期2 h，3 h，4 h所對應的吸附穩定時COD去除率分別約50%，59%，45%，即在本試驗條件下再生期設定成3 h為最佳再生時長。

3 結語

1)本試驗設定了三種攪拌工況，包括無氣體攪拌、間歇氣體攪拌和連續氣體攪拌。三種工況下的COD吸附平衡濃度有所差別，無氣體攪拌時該濃度為2 706 mg/L，去除率達58.72%；間歇氣體攪拌時該濃度為2 527 mg/L，去除率達61.45%；連續氣體攪拌時該濃度為2 028 mg/L，去除率達69.06%。因此，連續攪拌更有利于厭氧顆粒污泥對非溶解性有機物的吸附去除。

2)進水COD濃度在6 500 mg/L～9 000 mg/L時，隨著有機負荷的提高，厭氧顆粒污泥的吸附率和比吸附量隨之增大；但隨著進水COD濃度的進一步提高，污泥吸附率和比吸附量開始明顯降低。因此，可將COD=9 000 mg/L視為有機負荷影響A段吸附性能的拐點。

3)本試驗設定了三組再生期時長條件，分別為2 h，3 h，4 h，吸附穩定時所對應的COD去除率分別約50%，69%，45%。因此，本試驗中可將3 h視為最佳再生期時長。

[1] 李亞新,岳秀萍.厭氧序批式反應器(ASBR)的六大優點[J].中國給水排水,2008,24(4):72-75.

[2] 岳秀萍,付梅紅,李亞新，等.進水堿度對厭氧序批式活性污泥法工藝的影響[J].化工學報,2008,59(5):1257-1263.

[3] 國家環境保護總局.水和廢水監測分析方法[M].第4版.北京:中國環境科學出版社,2002.

[4] Yan G Y,Viraraghavan T.Heavy-metal removal from aqueous solution by fungus Mucor rouxii[J].Water Research,2003(37):4486-4496.

[5] 韓 亮.AB-ASBR工藝A段工藝特性研究[D].太原:太原理工大學,2008.

[6] Liu N,Luo S Z,Yang Y Y,et al.Biosorption of americium-241 by Saccharomyces cerevisiae[J].Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry,2002(252):187-191.

Analysis on the influence of adsorption properties of AB-ASBR processing the high concentration organic wastewater

Guo Xingyu1Li Zhongmin2Li Pei3

(1.ChinaMunicipalEngineeringNorthwestDesignAcademyCorporationShandongBranchCompany,Qingdao266041,China;2.QingdaoMunicipalEngineeringDesignInstituteCo.,Ltd,Qingdao266061,China;3.TaiyuanTechnologyUniversityBuildingDesignAcademy,Taiyuan030024,China)

Through simulating high concentration organic wastewater for test,the paper studies the adsorption effect of AB-ASBR processing high concentration organic wastewater section A,and explores the impaction of mixing conditions,organic load and recycling duration and other factors upon adsorption properties,which has provided some guidance for effectively eliminating organic waste in wastewater.

AB-ASBR,adsorption properties,wastewater,sludge

2015-10-27

郭興宇(1984- )，男，工程師；李忠民(1984- )，男，工程師；李 培(1985- )，男，工程師

1009-6825(2015)36-0198-03

X703 < class="emphasis_bold">文獻標識碼：A

A