復合厭氧生物反應器處理退漿廢水的啟動試驗研究
0 前言印染退漿廢水含有大量PVA(聚乙烯醇)、CMC(羧甲基纖維素)和表面活性劑，由于PVA是高聚物，可生化性差，BOD5／CODCr值僅0.064，且退漿廢水堿性大（pH能達到14），采用傳統的活性污泥工藝很難達到滿意的效果【1】。上流式污泥床-過濾器(Upflow Blanket Filter,簡稱UBF)是加拿大人Guiot[2]在厭氧濾器(AnaerobicＦilter,簡稱AF)和上流式厭氧污泥床(Upflow Anaerobic Sludge Blanket,簡稱UASB)的基礎上開發的新型復合式厭氧反應器。UBF具有很高的生物固體停留時間（SRT）并能有效降解有毒物質，是處理高濃度有機廢水的一種有效的、經濟的技術。由于退漿廢水的高堿性特性，本試驗擬在高pH值（8.5）條件下進行復合式厭氧反應器的啟動研究。
1 試驗材料與方法
1.1 試驗裝置與工藝流程
UBF反應器由有機玻璃圓管制成，內徑90mm，高1200mm，有效容積為6.3L。反應器上部三分之一處掛組合式填料。反應器采用熱水循環加熱，維持溫度在35℃左右，工藝流程如圖1所示。
1.2 接種污泥
反應器接種的絮狀污泥取自鎖金村污水處理廠污泥池，用孔徑為1mm的濾網過濾去除大的雜質，測得VSS/TSS為0.47,TSS為39.6，VSS為18.6gVSS/L。接種污泥量為2.5L。
1.3 試驗用水
試驗用水取自吳江盛澤鎮某印染廠退漿廢水，其CODCr為4814mg/L，pH值為14，NH3－N為8.2mg/L。維持CODCr:N:P比為200：5：1。N、P元素和微量元素【3，4，5】的投加量見表1。用濃H2SO4和HCl調pH值到8.5左右。
1.4 分析項目及分析方法
COD：重鉻酸鉀法；pH：pH試紙及便攜式pH計；儲備碳酸氫鹽堿度：滴定法；揮發
表1 投加營養元素及微量元素表Table 1. Synthetic wastewater composition
| (NH4)2CO3 | 86 mg/gCOD |
| CaCl2·2H2O | 50 mg/L |
| K2HPO4 | 26 mg/gCOD |
| FeCl2·4H2O | 40 mg/L |
| CoCl2·6H2O | 10 mg/L |
| CuCl2·2H2O | 0.5 mg/L |
| NaMoO4·2H2O | 0.5 mg/L |
| NiCl2·6H2O | 0.5 mg/L |
1.5 試驗啟動過程
第一階段 (1-19d) ,初期進水采用葡萄糖自配水,COD為2000mg/L,COD:N:P為200:5:1,加入微量元素,初始水力停留時間(HRT)為48h,有機負荷率為1.0kgCOD/m3.d,相應污泥負荷為0.1kgCOD/kgVSS.d.第三天
第二階段(20d-47d),保持HRT為8.9h不變,逐步提高CODCr濃度到全部退漿水4814mg/L,逐漸提高有機負荷率到13.3kgCOD/m3.d.CODCr去除率穩定在54%左右，此時,污泥顆粒化明顯,膜肥厚,認為啟動成功。
整個啟動過程中反應器的有機負荷率及水力停留時間。
2 試驗結果
2.1 顆粒污泥的形成及特征
到啟動過程的后期，已經有許多顆粒污泥形成，污泥顆粒粒徑在1.0~2.0mm之間，取顆粒污泥在顯微鏡下觀察，發現甲烷毛狀菌屬（Methanosaeta spp）和嗜堿產甲烷桿菌(Methanbacterium alcaliphilum)占優勢，在顆粒污泥上有大量白色附著物，可能是析出PVA被顆粒污泥吸附的結果，反應器的啟動完成時測得顆粒污泥的TSS為68.3 g/L， VSS為34.5 g/L。
圖3 CODCr去除率及產氣率圖
2.2 CODCr的去除效果
CODCr去除率見圖3, 在初期馴化過程中，有兩天的出水CODcr高于進水。產氣率受溫度的影響很大,20℃時，基本不見產氣，22℃時產氣率為36℃時的30%，到30℃時增加到36℃時的60％左右，34℃~36℃產氣率最大。本試驗采用熱水循環加熱使反應器維持在35℃左右，有利于厭氧菌產甲烷的進行。在馴化的初期，產氣量
3 討論
3.1 SO42-和Cl-的影響
由于退漿廢水堿性大（pH為14），工程中常用的酸中和劑有工業硫酸和鹽酸，而復合厭氧反應器中SRB對MPB的抑制作用是明顯的【6】，SRB既可利用乳酸鹽或乙酸鹽，也可利用H2或NADH ＋ H＋還原SO42-獲取生長所需的能量，這就和MPB發生了明顯的競爭性基質利用（初級抑制），且SRB的最終產物是H2S或其他硫化物，雖有少部分溢出，剩余部分仍然會抑制甲烷菌的生長（次級抑制）。硫酸鹽還原作用對厭氧消化的影響也受多種因素的制約，冀濱弘等【7】認為克服硫酸鹽還原作用的主要因素是CODCr/ SO42-大于2、合適的進水【SO42-】（小于4000mg/L），章非娟等【8】等認為投加鐵鹽和出水回流可克服硫酸鹽還原作用的影響，楊虹等【9】認為全混流恒化器:Cl-< 4.5g/L, SO2-4<1.8g/L；UASB: Cl-< 7.2g/L, SO2-4< 3.0g/L時基本無抑制作用。
本次試驗用酸調pH值至8.5左右再進水,但全用H2SO4調pH時，投加的SO42-為9200mg/L。COD/SO42-為0.52；完全用HCl時， Cl-為6900mg/L；用H2SO4和HCl混合調節時， SO42-為1800mg/L， Cl-為5330mg/L，COD/SO42-為2.67，投加的微量元素中含有MoO42-，MoO42-既作為MRB的營養物又對SRB有抑制作用【10】，從試驗運行情況看，全用H2SO4調pH時對產甲烷有明顯抑制作用，用UASB反應器做平行試驗發現連續十天沒有發現產氣，CODcr去除率在20％以下。全用HCl調pH時，CODCr去除率在40％
3.2 pH值的影響
一般認為產甲烷菌最適宜的pH值范圍為6.8～7.2之間【11】，但也有一些在偏堿環境中生長的產甲烷菌，如嗜堿產甲烷桿菌（Methanbacterium alcaliphilum），其最適pH值為8.1～9.1，織里嗜鹽產甲烷菌（Methanohalophilus zhilinae）的最適pH為9.2，由于退漿廢水堿性大（pH為14）,故需要加酸調節pH值，厭氧反應器在高pH值（8.5左右）下仍有良好的去除效果，啟動后期，產氣率達到了0.38v/v.d，含甲烷率為45.2％，堿性產甲烷菌發揮了決定性的作用。出水pH值一直穩定在7.8左右.由于退漿水堿度大(4000mg/L左右，以CaO計),一般不會出現VFA的積累酸化現象。實測VFA維持在350mg/L左右，儲備碳酸氫鹽堿度在1000mg/L左右，實際運行情況沒有出現酸化現象。
3.3 反應器的重新啟動
第48d起，停車10天后重新啟動，進水負荷維持停車前不變，水力停留時間延長到12小時，沒有生物固體洗出，第一天去除率為31％，比停車前低，但4d以后恢復到了停車以前的水平，且略有提高。
4 結語
4.1 UBF厭氧反應器具有啟動快、運行平穩的特點，對于處理難生物降解的退漿廢水，在中溫（35±3℃）條件下，系統在進水CODCr為4814 mg/L 、HRT8.9h、有機負荷13.3 kgCOD/m3.d情況下，CODCr去除率為54％。
4.2 用H2SO4和HCl混合酸調節pH值，保證CODcr/SO42-大于2， Cl-小于6g/L，有效降低了SO42--和Cl-對厭氧生物反應器的抑制作用，保證了產甲烷菌產甲烷的反應活性。
4.3 UBF厭氧反應器在進水高pH值（8.5左右）下啟
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