1、前言

肉類(lèi)加工屠宰廢水具有顏色深、懸浮物及有機物含量高的特點(diǎn)。由于該類(lèi)廢水主要來(lái)自生豬的屠宰和加工環(huán)節，存在大量的豬血、油脂、碎肉等污染物，且這類(lèi)有機質(zhì)不易降解，導致其處理困難。目前，處理難降解有機物的厭氧工藝比較多，包括IC反應器、厭氧折流板反應器和UASB反應器等。厭氧處理污水的過(guò)程比較復雜，被廣泛認可的“三階段理論”，即污水先后經(jīng)過(guò)水解酸化菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌作用才能被處理，產(chǎn)甲烷菌作用是厭氧過(guò)程的關(guān)鍵階段，也是受外在條件影響大的階段，主要體現在只有較大分子物質(zhì)經(jīng)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌轉換成乙酸、H2和CO2之后才能被產(chǎn)甲烷菌群代謝利用。水解酸化菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌都有各自對應的生存條件，Ghosh和Pohland提出兩相厭氧發(fā)酵原理，即在一個(gè)反應器內將產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷兩階段串聯(lián)，并形成兩相厭氧發(fā)酵系統，這類(lèi)兩相分離的反應器提高了廢水處理能力，已經(jīng)被廣泛應用。

基于兩相厭氧發(fā)酵的研究基礎，提出研制一種新型的高效厭氧反應器——多段內循環(huán)厭氧反應器(multi-internal-circleanaerobic reactor)，其基本原理是在反應器垂直方向上設三個(gè)反應室，每個(gè)反應室分別進(jìn)行產(chǎn)酸、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸、產(chǎn)甲烷反應，且通過(guò)設計折板使反應室內自動(dòng)形成液體內循環(huán)，保證顆粒污泥處于膨脹流化狀態(tài)，提高泥水間的傳質(zhì)作用。我課題組已根據氣液流場(chǎng)模擬的實(shí)驗得到結構設計參數并已加工生產(chǎn)。本文作者以屠宰廢水為處理對象，研究本反應器處理中高濃度有機廢水的可行性。

2、材料與方法

2.1 實(shí)驗裝置

多段內循環(huán)厭氧反應器由有機玻璃制成，垂向圓柱形，總規格為800mm×4000mm(φ×H)，其有效容積為1.75m3，內部設置3個(gè)反應室，由上至下分別為產(chǎn)酸反應室(反應室)、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸反應室(第二反應室)和產(chǎn)甲烷反應室(第三反應室)，有效容積比為1∶1∶1.5，且各段反應室的上部設置廢水取樣口，底部設置污泥取樣口。各段反應室的頂部都帶有微孔曝氣盤(pán)，裝置頂部有排氣口。本裝置的結構已根據氣液流場(chǎng)模擬的結果進(jìn)行了優(yōu)化。實(shí)驗裝置示意圖見(jiàn)圖1。

2.2 廢水水質(zhì)

試驗原水取自深圳市某屠宰場(chǎng)，進(jìn)水COD濃度分布在800~3500mg/L之間，波動(dòng)性較大。由于對COD去除效果的評價(jià)是本試驗的重要參數，在試驗的特定階段內利用稀釋法保持COD濃度接近。

2.3 接種污泥

接種污泥取自該屠宰場(chǎng)的污泥濃縮池。接種污泥體積按照反應器有效體積的50%來(lái)計算，、二、三反應室接種的污泥體積分別為0.25、0.25和0.38m3。

2.4 水質(zhì)分析

測定各反應室的COD、pH、溫度、VFA和收集產(chǎn)氣量。COD：zhonggesuanjia法；pH：便攜式pH計；溫度：溫度計；VFA：蒸餾法；氣體：濕式氣流計。

2.5 試驗方法

厭氧反應器的試驗分三階段。階段采用低負荷啟動(dòng)，控制COD容積負荷為0.5kgCOD/(m3?d)；啟動(dòng)成功后，進(jìn)入第二階段，通過(guò)降低水力停留時(shí)間提高COD容積負荷，從而確定佳水力停留時(shí)間；第三階段，在一定水力停留時(shí)間下計劃性地提高進(jìn)水COD濃度，測定各反應室的COD去除率、VFA及產(chǎn)氣量。

3、結果與分析

3.1 啟動(dòng)階段

啟動(dòng)階段溫度分布在36~38℃，控制總進(jìn)水COD濃度為1000mg/L，HRT為48h，COD容積負荷為0.5kgCOD/(m3?d)，連續運行16d。圖1是啟動(dòng)期間COD每天的總去除率情況。在前3天，COD總去除率低于40%，考慮到水力停留時(shí)間長(cháng)，污水有機物可能被污泥物理吸附、截留，可以推斷反應器厭氧效果幾乎為零。隨著(zhù)啟動(dòng)時(shí)間的延長(cháng)，COD總去除率逐漸增加，到了啟動(dòng)期的第9天，COD總去除率達到了60%，隨后幾天COD總去除率提高的幅度增加，第14天去除率達到75%，并且增長(cháng)呈緩慢趨勢，到第16天去除率達到83%?？紤]到，在低負荷的環(huán)境下，厭氧微生物可以利用的有機物有限，且由于長(cháng)時(shí)間的水力停留時(shí)間可能無(wú)法提供有效的水力攪動(dòng)的作用，容易導致污泥堆積沉降。在16天后停止低負荷環(huán)境運行反應器，即進(jìn)入第二階段。

3.2 不同水力停留時(shí)間對COD去除率的影響

控制總進(jìn)水COD濃度為1000mg/L，逐步減少HRT，HRT分別為35，30，25，20，15和12h，對應的COD容積負荷分別為0.69，0.80，0.96，1.21，1.58和2.0kgCOD/(m3?d)。本研究階段溫度分布在36~38℃內，每2天測定一次COD。經(jīng)統計，HRT為35h，COD容積負荷0.69kgCOD/(m3?d)時(shí)，共運行24天，COD總去除率由33%提高到81%，且仍然有上升的趨勢，從25天開(kāi)始將HRT減少至30h，由于進(jìn)水量的突然增大，厭氧微生物適應性較弱，使得在前幾天COD去除能力降低到60%以下，隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)，厭氧微生物又恢復較強的活性，經(jīng)過(guò)22天的運行時(shí)間，COD總去除率達到了88%。隨后，將HRT降低至25h，本階段反應器共運行22d，在第22d時(shí)COD總去除率達到了91%，相比HRT=30h，該階段對應的COD去除率的增長(cháng)速率明顯較快，這可能是由于較高的水力負荷，創(chuàng )造了較好的流態(tài)，為厭氧污泥與污水的充分接觸提供了基礎。當HRT突然縮短至20d，容積負荷為1.2kgCOD/(m3?d)時(shí)，COD去除率也驟減至76%，相比前幾個(gè)階段，此時(shí)的厭氧污泥抗沖擊能力明顯加強，且COD去除率能夠穩定達到93%。為了驗證較高的水力負荷有利于反應器的運行，將HRT減少至15h，此時(shí)出現了的實(shí)驗現象，COD去除率降低到75%，且去除率不穩定。當HRT降低到12h時(shí)，COD去除率降低且逐漸下降，這說(shuō)明該水力負荷下已不適合反應器的運行，結合現場(chǎng)實(shí)際情況，當HRT=12h時(shí)，反應器的出水攜帶了部分污泥，說(shuō)明反應器存在污泥流失的現象。