摘要
某OCC制浆造纸企业新建了一座容积2 900
IC厌氧反应器是某公司开发的第三代高效厌氧反应器,主要由混合区、污泥膨胀床区、精处理室、沉淀区和气液分离区组
IC厌氧反应器同其他厌氧装置一样,存在启动周期较长、启动期运行不稳定的问题,这主要是由于在启动初期,IC厌氧反应器产汽量和水力上升流速均较小,不能对污泥进行有效的搅动,很难达到强化传质作用的要
影响IC厌氧反应器启动的因素很多,其中较为关键的因素包括接种污泥、温度、处理负荷和外循环等。接种污泥的影响至为关键, 目前IC厌氧反应器采用的接种污泥主要有厌氧颗粒污泥、厌氧絮状污泥、城市污水消化污泥、好氧剩余活性污泥,以及上述污泥的混合物等。采用不同的污泥作为种泥启动IC厌氧反应器所需的时间、能承受的负荷及处理效果均会有所区别。由于厌氧颗粒污泥比表面积大、孔隙度高,内部传质效果好,各种类型的微生物共生,因而对不同废水的适应性更强,作为接种污泥启动厌氧反应器所需的时间也会更
采用同类废水产生的厌氧污泥进行接种启动,是目前工厂比较推荐和流行的一种方式。本研究分析了某OCC制浆造纸企业废水处理厂IC厌氧反应器接种OCC废水厌氧颗粒污泥的运行效率,以期为IC厌氧反应器快速有效启动提供借鉴。
废水主要来源于广东省东莞市某OCC制浆造纸企业的生产车间及厂区其他辅助设施。在采用预处理+厌氧好氧生物处理的基础上,根据纸厂水质特点并结合当地实际情况,增加了Fenton高级氧化工艺作为深度处理,进一步去除难生物降解有机物,确保出水水质达标。具体工艺流程见

图1 废水处理系统工艺流程
Fig. 1 Process of wastewater treatment
本研究采用帕克环保的上流式IC厌氧反应器,反应装置如

图2 IC厌氧反应器装置示意图
Fig. 2 Sketch of IC anaerobic reactor
内径/m | 高度/m | 有效容积/ | 设计进水量/( | 设计进水CODCr浓度/(mg· | 设计进水CODCr总量/(kg· |
---|---|---|---|---|---|
12.5 | 24 | 2 900 | 15 000 | 3 333 | 50 000 |
OCC制浆造纸废水经初沉池后,与二沉池出水回流至预酸化池进行混合,确保进水CODCr浓度维持在3 500 mg/L左右,避免对IC厌氧反应系统造成冲击。IC厌氧反应器进水水质见
CODCr浓度/(mg· | 总氮/(mg· | 总磷/(mg· | 温度/℃ | 酸化度/% | pH值 | |
---|---|---|---|---|---|---|
范围 | 3 212~3 612 | 30~35 | 5~8 | 36~38 | 30~45 | 6.5~7.0 |
平均值 | 3 456 | 33 | 7 | 37 | 34 | 6.8 |
水质分析方法:CODCr、总氮、总磷采用快速消解分光光度法(DR 3900紫外可见光分光光度计,哈希公司)测定;pH值采用玻璃电极法(雷磁PHS-3CPH计,上海仪电科学仪器股份有限公司)测定;温度采用膨胀式测温方法(红水温度计0~50 ℃,常德比克曼生物科技有限公司)测定;挥发性脂肪酸(VFA)按照Q/YZJ10-03-02—2000中的滴定法测定。
在线测量:进水流量采用电磁流量计(PTIFLUX 2000电磁流量计,德国科隆仪表(中国)有限公司)计量。沼气流量采用热式气体流量计(COMBIMASS® eco-bio+SS, 德国BINDER)计量。进出水在线pH值、温度采用在线玻璃电极法(CPM223+CPS11D+CYK10,瑞士恩德斯豪斯)测量。
IC厌氧反应器在污泥接种后启动,共分为5个阶段。
第一阶段,IC厌氧反应器进水CODCr负荷加载至20 000 kg/d(40%设计负荷),并保持稳定运行7天,平均进水量261
第二阶段,提升IC厌氧反应器进水CODCr负荷加载至30 000 kg/d(60%设计负荷),并保持稳定运行7天,平均进水量390
第三阶段,提升IC厌氧反应器进水CODCr负荷加载至40 000 kg/d(80%设计负荷),并保持稳定运行7天,平均进水量474
第四阶段,平稳过渡期逐步提高IC厌氧反应器进水CODCr负荷加载至50 000 kg/d(100%设计负荷),并保持稳定运行14天,平均进水量615
第五阶段,IC厌氧反应器进水CODCr负荷降至40 000 kg /d(80%设计负荷),并保持稳定运行7天。
IC厌氧反应器启动过程进水水质如
阶段 | 天数/d | 进水量/( | CODCr浓度/(mg· | 悬浮物浓度/(mg· | 温度/℃ | pH值 | 总氮/(mg· | 总磷/(mg· |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
第一阶段 | 1 | 221 | 3 556 | 148 | 38 | 6.42 | 30.2 | 7.2 |
2 | 245 | 3 478 | 139 | 38 | 6.39 | 33.5 | 5.5 | |
3 | 265 | 3 545 | 274 | 38 | 6.60 | 26.3 | 5.1 | |
4 | 283 | 3 489 | 183 | 38.5 | 7.03 | 32.0 | 9.1 | |
5 | 265 | 3 397 | 294 | 37 | 6.73 | 24.5 | 6.3 | |
6 | 246 | 3 380 | 168 | 37 | 6.86 | 29.9 | 6.8 | |
7 | 302 | 3 404 | 251 | 38 | 6.50 | 23.0 | 7.1 | |
第二阶段 | 8 | 333 | 3 492 | 302 | 38 | 6.96 | 26.7 | 7.5 |
9 | 382 | 3 481 | 206 | 37 | 6.86 | 31.6 | 7.8 | |
10 | 397 | 3 468 | 65 | 37.5 | 6.68 | 29.9 | 5.5 | |
11 | 399 | 3 516 | 238 | 37 | 6.63 | 34.4 | 5.6 | |
12 | 406 | 3 467 | 196 | 37 | 6.73 | 22.3 | 5.6 | |
13 | 389 | 3 578 | 135 | 38 | 6.85 | 34.9 | 6.1 | |
14 | 422 | 3 488 | 158 | 37 | 7.01 | 27.3 | 5.9 | |
第三阶段 | 15 | 475 | 3 562 | 116 | 37 | 6.92 | 22.1 | 6.1 |
16 | 476 | 3 347 | 115 | 37.5 | 6.85 | 27.8 | 6.6 | |
17 | 451 | 3 426 | 91 | 38 | 6.90 | 21.4 | 5.9 | |
18 | 469 | 3 595 | 159 | 39.5 | 6.66 | 30.4 | 6.3 | |
19 | 485 | 3 337 | 72 | 38 | 7.04 | 36.7 | 5.7 | |
20 | 479 | 3 411 | 125 | 38.5 | 6.97 | 35.5 | 5.7 | |
21 | 481 | 3 441 | 107 | 37 | 6.48 | 27.5 | 6.0 | |
第四阶段 | 22 | 580 | 3 599 | 145 | 38 | 6.75 | 26.7 | 5.7 |
23 | 637 | 3 240 | 92 | 36 | 6.62 | 27.0 | 5.8 | |
24 | 653 | 3 671 | 90 | 37 | 6.88 | 28.6 | 5.7 | |
25 | 683 | 3 434 | 139 | 36.5 | 6.97 | 25.7 | 5.5 | |
26 | 576 | 3 552 | 239 | 37 | 6.97 | 32.0 | 6.3 | |
27 | 576 | 3 637 | 156 | 36 | 6.72 | 29.6 | 5.8 | |
28 | 624 | 3 480 | 86 | 37.5 | 6.86 | 26.8 | 5.3 | |
29 | 622 | 3 456 | 115 | 36 | 6.78 | 28.1 | 5.5 | |
30 | 599 | 3 489 | 97 | 37 | 7.04 | 27.1 | 5.1 | |
31 | 584 | 3 323 | 194 | 38 | 7.06 | 25.9 | 5.5 | |
32 | 622 | 3 246 | 164 | 37 | 6.79 | 24.0 | 5.3 | |
33 | 571 | 3 304 | 134 | 37 | 6.79 | 29.3 | 6.8 | |
34 | 653 | 3 286 | 119 | 38 | 6.90 | 37.4 | 6.1 | |
35 | 628 | 3 245 | 97 | 38 | 6.86 | 34.8 | 6.0 | |
第五阶段 | 36 | 455 | 3 409 | 147 | 39 | 6.96 | 31.2 | 5.8 |
37 | 512 | 3 542 | 162 | 38 | 6.82 | 35.5 | 5.4 | |
38 | 481 | 3 467 | 222 | 39 | 6.96 | 34.9 | 5.1 | |
39 | 451 | 3 578 | 110 | 38 | 6.89 | 35.2 | 6.4 | |
40 | 494 | 3 488 | 86 | 38 | 7.14 | 37.2 | 6.0 | |
41 | 451 | 3 265 | 120 | 38 | 6.94 | 32.3 | 5.8 | |
42 | 455 | 3 359 | 155 | 38 | 6.95 | 27.3 | 5.7 |
阶段 | 天数/d | CODCr浓度/(mg· | 悬浮物浓度/(mg· | 温度/℃ | pH值 | 总氮/(mg· | 总磷/(mg· | VFA/(mg· | 沼气产量/( |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
第一阶段 | 1 | 346 | 138 | 38 | 7.15 | 10.2 | 3.5 | 65 | 5 910 |
2 | 339 | 201 | 36 | 7.28 | 12.8 | 3.4 | 49 | 7 176 | |
3 | 338 | 267 | 36 | 7.43 | 11.0 | 3.7 | 38 | 7 898 | |
4 | 349 | 128 | 36 | 7.40 | 11.9 | 3.2 | 37 | 8 765 | |
5 | 352 | 332 | 38 | 7.31 | 8.2 | 3.4 | 38 | 7 706 | |
6 | 337 | 253 | 38 | 7.44 | 6.8 | 3.7 | 32 | 7 946 | |
7 | 347 | 313 | 37 | 7.42 | 7.9 | 3.7 | 31 | 8 640 | |
第二阶段 | 8 | 390 | 247 | 38 | 7.35 | 4.1 | 3.6 | 67 | 9 987 |
9 | 373 | 182 | 38 | 7.38 | 6.5 | 3.6 | 49 | 10 780 | |
10 | 383 | 155 | 37 | 7.23 | 10.5 | 3.4 | 58 | 11 830 | |
11 | 332 | 121 | 38 | 7.45 | 9.3 | 3.5 | 53 | 11 072 | |
12 | 414 | 119 | 39 | 7.57 | 8.6 | 3.8 | 57 | 12 150 | |
13 | 365 | 122 | 36 | 7.38 | 8.3 | 3.7 | 29 | 12 610 | |
14 | 393 | 125 | 37 | 7.34 | 8.3 | 3.8 | 35 | 12 930 | |
第三阶段 | 15 | 375 | 121 | 38 | 7.35 | 6.7 | 3.7 | 43 | 13 385 |
16 | 394 | 117 | 36 | 7.4 | 11.4 | 3.7 | 56 | 14 693 | |
17 | 418 | 113 | 38 | 7.31 | 9.2 | 4.0 | 57 | 15 857 | |
18 | 439 | 127 | 38 | 7.38 | 10.2 | 3.9 | 55 | 15 231 | |
19 | 404 | 93 | 37 | 7.25 | 11.2 | 3.8 | 43 | 14 328 | |
20 | 391 | 105 | 37 | 7.34 | 12.1 | 3.5 | 51 | 14 997 | |
21 | 358 | 98 | 37.5 | 7.35 | 9.2 | 3.4 | 54 | 14 185 | |
第四阶段 | 22 | 781 | 101 | 37 | 7.35 | 11.1 | 3.4 | 55 | 16 273 |
23 | 882 | 91 | 37 | 7.26 | 12.1 | 2.5 | 74 | 15 839 | |
24 | 864 | 126 | 37 | 7.31 | 8.2 | 3.7 | 98 | 16 294 | |
25 | 869 | 109 | 37 | 7.47 | 9.1 | 3.6 | 68 | 15 672 | |
26 | 843 | 135 | 37 | 7.53 | 10.5 | 3.1 | 74 | 15 643 | |
27 | 861 | 117 | 35.5 | 7.3 | 11.0 | 3.1 | 82 | 16 606 | |
28 | 901 | 90 | 36 | 7.42 | 8.3 | 3.1 | 73 | 16 886 | |
29 | 874 | 91 | 37 | 7.44 | 11.2 | 3.7 | 110 | 15 898 | |
30 | 837 | 112 | 37 | 7.41 | 10.3 | 2.9 | 94 | 16 152 | |
31 | 845 | 116 | 37 | 7.43 | 10.9 | 2.9 | 100 | 16 434 | |
32 | 893 | 206 | 39 | 7.46 | 16.0 | 2.8 | 92 | 16 777 | |
33 | 837 | 228 | 38.5 | 7.41 | 14.1 | 3.2 | 89 | 16 745 | |
34 | 857 | 112 | 37 | 7.25 | 14.9 | 2.9 | 91 | 15 563 | |
35 | 865 | 113 | 38 | 7.42 | 18.0 | 2.9 | 68 | 15 030 | |
第五阶段 | 36 | 483 | 150 | 38 | 7.40 | 11.7 | 2.7 | 48 | 14 268 |
37 | 487 | 186 | 37 | 7.51 | 15.5 | 2.8 | 45 | 15 922 | |
第五阶段 | 38 | 447 | 100 | 37 | 7.53 | 14.0 | 3.1 | 53 | 14 246 |
39 | 413 | 75 | 38 | 7.45 | 16.4 | 3.7 | 42 | 15 360 | |
40 | 390 | 192 | 37 | 7.54 | 18.4 | 2.9 | 47 | 15 314 | |
41 | 373 | 241 | 36 | 7.43 | 17.4 | 2.9 | 37 | 15 022 | |
42 | 352 | 116 | 37 | 7.33 | 16.8 | 3.2 | 48 | 14 758 |
第一阶段,IC厌氧反应器进水CODCr负荷加载至40%设计负荷,运行期间反应器出水CODCr浓度稳定在337~352 mg/L,反应器CODCr去除率稳定在89.64%~90.47%。出水VFA浓度稳定在31~65 mg/L,沼气产量5 910~8 765
第二阶段,IC厌氧反应器进水CODCr负荷加载至60%设计负荷,运行期间反应器出水CODCr浓度稳定在332~414 mg/L,反应器CODCr去除率稳定在88.73%~90.56%。出水VFA浓度稳定在29~67 mg/L,沼气产量9 987~12 930
第三阶段,IC厌氧反应器进水CODCr负荷加载至80%设计负荷,运行期间反应器出水CODCr浓度稳定在358~439 mg/L,反应器CODCr去除率稳定在87.79%~89.60%。出水VFA浓度稳定在43~57 mg/L,沼气产量13 385~15 857
第四阶段,IC厌氧反应器进水CODCr负荷加载至100%设计负荷,运行期间反应器出水CODCr浓度稳定在781~901 mg/L,反应器CODCr去除率稳定在72.49%~78.30%。出水VFA浓度稳定在55~110 mg/L,沼气产量15 030~16 886
第五阶段,IC厌氧反应器进水CODCr负荷降至80%设计负荷,运行期间反应器出水CODCr浓度稳定在352~487 mg/L,反应器CODCr去除率稳定在85.83%~90.07%。出水VFA浓度稳定在37~53 mg/L,沼气产量14 246~15 922
从上述过程可以看出,在IC厌氧反应器达到设计满负荷运转条件下,CODCr去除率稳定在72.49%~78.30%,出水VFA远小于300 mg/L,未造成VFA积累,厌氧反应器进行情况良好,启动顺利完成。
启动21天后,IC厌氧反应器即可达到设计满负荷运行且CODCr去除率在72%以上(

图3 COD去除量与去除率
Fig. 3 COD removal amount and removal rate
采用同类废水产生的厌氧颗粒污泥接种,污泥对应的水质及工艺条件未发生明显变化,污泥适应速度快,因此启动时间明显减少。而外购的厌氧颗粒污泥来源复杂,有可能是其他类别废水的厌氧颗粒污泥,如柠檬酸废水产生的厌氧颗粒污泥等,在处理OCC废水还需要时间来适应与驯化,厌氧颗粒污泥的培养和增殖缓慢,因此启动时间较长。
出水VFA 浓度在IC厌氧反应器控制中被认为是最重要的参数。监测出水VFA浓度可以快速反应反应器的运行状况,并有助于实际运行操作中的及时调节。

图4 IC厌氧反应器出水VFA浓度变化趋势
Fig. 4 VFA concentration of IC anaerobic reactor outlet
IC厌氧反应器启动过程中,在相同的进水COD浓度下,通过改变进水流量可以改变水力停留时间。

图5 水力停留时间对COD去除率的影响
Fig. 5 Effect of HRT on COD removal rate
对IC厌氧反应器沼气成分及发热量检测分析,高位体积发热量26.92 MJ/
在IC厌氧反应器运行的5个阶段内,沼气产率(每消耗1 g CODCr产生的沼气量计)均值分别为0.395、0.398、0.424、0.428和0.439

图6 沼气产量
Fig. 6 Production trend of biogas
4.1 IC厌氧反应器启动研究表明,IC厌氧反应器采用同类废水产生的厌氧颗粒污泥接种,可明显减少启动时间。
4.2 水力停留时间对于CODCr处理效果影响较大。当水力停留时间从4.2 h增加到6 h,CODCr去除率由72%~76%上升到86%以上,但水力停留时间超过6 h后,CODCr去除率基本保持稳定。
4.3 沼气产量随着IC厌氧反应器负荷的提高而提高,在80%负荷的情况下沼气产量达14 984
4.4 OCC制浆造纸废水在IC厌氧反应器80%设计负荷的情况下,出水CODCr浓度稳定维持在420 mg/L左右,可以有效降低后续好氧系统的运行负荷,从而降低后续好氧系统的能源消耗。
参 考 文 献
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