溴離子對厭氧反應的影響及對策

陳華存

摘要：本裝置共有兩套PTA裝置生產能力為300萬t，每小時生成約1000?t污水，共有7臺厭氧反應器，污水中含有機物、金屬離子、高濃度鈉離子和溴離子。厭氧反應器存在的問題是出口COD含量高，出口污泥含量高，水力負荷達不到設計值等問題。嚴重時影響污水裝置排水質量及PTA主裝置運行。通過優化厭氧反應器的溫度、進料濃度、進口營養組成，未見效果。查閱有關資料，排除了鐵、硫、鎂、鉀、鎳、鈷、錳等影響因素。在相關文獻中未查到溴對厭氧反應的影響。進行溴離子對厭氧反應影響工業試驗，采用生化數學模型，應用MATLAB?2012B軟件尋找厭氧反應器合適的參數，取得良好的試驗效果，通過改變污水流程和進料溴含量及反應時間，厭氧反應器出水COD符合要求，污泥含量正常，厭氧反應器效率提高。

關鍵詞?：溴離子??厭氧反應器??反應速度常數??效果

中圖分類號：X703

Impact?of?Bromine?Ions?on?Anaerobic?Reactions?and?Countermeasures

CHEN?Huacun

（Hanbon?（Jiangyin）?Petrochemical?Co.，?Ltd.，?Wuxi，?Jiangsu?Province，?214446?China）

Abstract：?This?device?has?two?PTA?units?with?a?production?capacity?of?3?million?tons，?which?generate?about?1000?tons?of?wastewater?per?hour，?and?a?total?of?seven?anaerobic?reactors，?and?wastewater?contains?organics，?metal?ions，?high-concentration?sodium?ions?and?bromine?ions.?The?problems?existing?in?anaerobic?reactors?are?high?COD?content?at?the?outlet，?high?sludge?content?at?the?outlet?and?the?inability?to?reach?the?design?value?of?hydraulic?load，?which?can?affect?the?drainage?quality?of?the?sewage?plant?and?the?operation?of?the?PTA?main?unit?in?severe?cases.?The?temperature，?feed?concentration?and?inlet?nutrient?composition?of?anaerobic?reactors?were?optimized，?but?no?effect?was?observed.?After?consulting?relevant?information，?influence?factors?such?as?iron，?sulfur，?magnesium，?potassium，?nickel，?cobalt?and?manganese?were?excluded，?and?the?effect?of?bromine?on?anaerobic?reactions?was?not?found?in?relevant?literature.?This?paper?conducts?the?industrial?experiments?of?the?impact?of?bromine?ions?on?anaerobic?reactions.?It?adopts?a?biochemical?mathematical?model?and?MATLAB?software?to?search?for?suitable?parameters?for?anaerobic?reactors?and?achieves?good?experimental?results.?By?changing?the?sewage?process，?feed?bromine?content?and?reaction?time，?the?effluent?COD?of?anaerobic?reactors?meets?the?requirements，?sludge?content?is?normal，?and?the?efficiency?of?anaerobic?reactors?is?improved.

Key?Words：?Bromine?ion;?Anaerobic?reactor;?Reaction?rate?constant;?Effect

USAB厭氧反應器廣泛應用在污水處理裝置，效果良好，取得不少經驗，但因為不同裝置污水成分不一樣，還有不少問題需要探索。文章分別認為鈣、硫、氨、鎂、鉀等對厭氧反應器有影響。徐國慶[1]等人認為鈣可中和細菌表面的負電荷，從而使細菌凝聚，顆粒污泥中鈣與二氧化碳生成碳酸鈣晶體，增加污泥的比重，改善顆粒污泥的沉降性能。適宜的鈣濃度80～150mg/L；過高的鈣離子會使污泥的活性下降。許智[2]認為二氧化硫進入厭氧系統，在硫細菌作用下，被還原為硫單質和硫化氫，導致醋酸菌活性降低，甲烷菌處于中毒狀態，此時產生氣體以硫化氫為主，而不是甲烷，硫離子濃度小于30?mg/L。石永輝[3]認為氨主要是由蛋白質和尿素生物分解產生。其中氨離子具有良好的膜滲透性，是抑制作用的主要原因，普遍認為氨的濃度是200?mg/L左右，有利于厭氧降解。高嗣俊[4]等人認為鎂離子能夠增強厭氧污泥的沉降性能，但是鎂離子過高對厭氧產甲烷活性的促進作用不明顯，即鎂離子會影響污泥中各種微生物的相對數量，小于50?mg/L。?張皖秋[5]等人認為鉀離子的毒性目前研究的不多，低濃度（400?mg/L?）在厭氧反應器中有促進作用，而高濃度出現抑制作用。貝皓鋒[6]認為鈉離子，當鈉離子濃度在100～200?mg/L?，對厭氧菌生長是有利的，因為鈉離子對三磷酸腺苷的形成有促進作用，鈉離子濃度過高容易干擾微生物代謝，影響活性。溴離子未見報道。本裝置鈣、鉀、硫、氨含量范圍在報道范圍。本文希望通過工業試驗，找到溴離子對厭氧反應器的影響，提高厭氧的效率。

1??背景介紹

1.1??厭氧反應器

上流式厭氧污泥床反應器，簡稱UASB反應器。UASB主體分為兩個區域，即反應區和氣、液、固三相分離區。在反應區下部，是沉淀性能良好的污泥形成的厭氧污泥床。當廢水由反應器底部進入反應器后，由于水的向上流動和產生的大量氣體上升形成了良好的自然攪拌作用，并使一部分污泥在反應區的污泥床上方形成相對稀薄的污泥懸浮層。懸浮液進入分離區后、氣體首先進入集氣室被分離，含有懸浮液的廢水進入分離區的沉降室；由于氣體已被分離，在沉降室搖動很小，污泥在此沉降；由斜面返回到反應區。

厭氧反應器的作用是分解污水中有機物，效率以出水中COD含量表示。COD表示化學耗氧量。

1.2??厭氧反應器流程圖

從圖1中可以看出污水來源主要是氧化尾氣廢水（堿性）、精制廢水（酸性）、脫水塔廢水（酸性）、氧化殘渣廢水（堿性且不連續）、間隙污水（正常時酸性，異常為堿性）等。

污水裝置厭氧反應器出口COD高，水力負荷低，耗氧耗電多，產生的污泥多。

2.1?厭氧反應器出口COD高

從上表1可以看出，厭氧反應器進料鈉和溴離子波動較大，主要是催化劑回收系統是間隙操作，同時裝置系統需要定期地進行堿洗作業，造成進料波動[7，8]。

2.2??厭氧反應器水力負荷低

我們對國內幾家厭氧反應器進行比較，發現我們厭氧反應器的實際量比設計量小，停留時間比較小。具體見表2

2.3?厭氧反應器出口污泥夾帶多

裝置厭氧反應器出水污泥較多主要是絲狀污泥，因為其密度相對于顆粒污泥較小，原因可能是流速過快。下面分別厭氧反應器內顆粒污泥和絲狀污泥特性進行分析.

2.3.1??厭氧污泥形狀

厭氧污泥分為顆粒和絲狀污泥。

（1）顆粒污泥物理特性。

厭氧顆粒污泥的形狀多數具有相對規則的球形或橢球型。直徑變化范圍0.14～5mm。顆粒污泥的密度約在1030～1080?kg/m3之間。?顆粒污泥的化學特性，顆粒污泥的干重是揮發性懸浮物（VSS）與灰分之和。有機物蛋白占11～12.5%，碳水化合物占10～20%，顆粒污泥中一般含碳40.5%，氫7%，氮約10%。

（2）?絲狀污泥的特性。

絮狀污泥直徑0.005～0.13mm[9，10，11]?絮狀污泥顆粒沉降速度1～1.5m/h[12]，絮狀污泥的密度900～990?kg/m3.

• 原因分析

根據厭氧反應器出現的問題，我們認為COD高，出水中污泥含量高，可能是反應器內存在溴離子濃度高，影響厭氧反應。我們選擇一臺厭氧反應器進行工業試驗，求取厭氧反應器的反應速度常數。

3.1生化反應動力學方程（無抑制劑）

我們知道厭氧反應屬于生化反應，有通用方程，但不同物質和不同條件下，動力學常數不一樣，下面根據本裝置的運行數據求得本裝置的動力學常數。

對底物和生物量分別列出質量平衡方程[13]

中，F為進料流量；F0為出口流量;S0和X0分別為進料中底物濃度和干細胞密度；X和S?分別為厭氧反應器出口處底物濃度和干細胞密度。、????表示動力學常數和產率系數。

我們把求得的厭氧反應速度常數代入生化動力學（有抑制劑）以便求得抑制劑的最大濃度。

3.2生化動力學（有抑制劑）的數學模型

3.2.1質量平衡方程[13]

根據公式6～8和表4數據得到容許抑制劑濃度，見厭氧反應器動態濃度變化圖3。

從圖3可以看出抑制劑（溴離子）濃度為310mg/L。

4、采取措施

溴離子波動在100～2000mg/L調整為100～200mg/L。反應停留時間由30h調整為40h。污水厭氧反應器流程修改如圖4。

原來有一股流速大約為40?t/h的污水，其中含有溴離子和鈉離子，溴離子濃度大約為3000～5000?mg/L?鈉離子濃度為2000～3000?mg/L，溫度為30～40?℃，壓力為300～500?kPa。原來混在一起的，?現在分開，單獨處理。分別進行超濾，得到部分純濾水可以作為循環水補水和30%濃水，濃水再進行多效蒸發，得到大約含水50%～60%的溴化鈉，然后再進行進入離心機進行分離得到含水10%～15%的溴化鈉。對含10%～15%水的溴化鈉進行干燥得到含水0.1%的溴化鈉，該溴化鈉可以對外銷售。這樣做主要是降低污水中溴和鈉含量。

5、效果驗證

經過反應器流程改造，溴離子進口濃度調整，反應器出口COD指標正常，產生沼氣流量正常，具體見表5.

6?結論

文章敘述了厭氧反應器的原理和厭氧反應器的存在問題，即污水出水的COD高，污水出水的污泥含量高。經過生化方程模擬和工業試驗得到溴離子和反應器停留時間。采用新的參數和流程以后，反應器的效率得到較大的提高，結論如下：

溴離子濃度由2000?mg/L調整為300?mg/L;停留時間由30?h調整為40?h;?污水厭氧反應器流程修改有效。

參考文獻

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