石灰与低碱法草浆废液混合厌氧发酵试验硏究 摘要:本文介绍了用UASB反应器对经过自然酸化的石灰法草浆黄液(70%)和低碱法草浆黑液(30%)进行混 合厌氧发酵的试验过程与结果及对其分析。在温度为36±1℃、容积负荷为5 keCOD/m3d~6 kg COD/m3d 条件下,COD去除率达6899704%,BOD3SS的平均去除率为904%和92.1%,产七率为045m3/ KoCOD。 试验结果表明,采用自然酸化和UASB反应器处理这类混合废液的工艺流程是可行的 关键词:石灰法草浆低碱法草浆UASB反应器厌氧发酵 1前言 造纸工业废水是我国环境的重大污染源之一。其中半化学草浆(石灰法草浆和低碱法草)废液污染浓 度高,既无法回收酸、碱等化学药品,又很难综合利用,治理难度大,成为长期未解决的老大难问题 在国外,很少有生产石灰法草浆的厂家,无相应的治理技术可借鉴:在国内,已开始重视此类废液治 理技术的研究,研究分别对石灰法草浆黄液和低碱法草浆黑液进行了若干厌氧发酵试验,其试验结果表明, 石灰法草浆黄液单独厌氧发酵的效率较高,而低碱法草浆黑液的效率却很低。试验结果还表明,低碱法草 浆黑液与糖醛、酒糟等废液混合发酵的效率提高较大。至于低碱草浆黑液与石灰法草浆废液混合发酵的效 率如何,尚无这方面的试验研究成果 天津板纸厂和我国其他板纸厂除生产石灰法草浆外,还要匹配生产低碱法草浆(约占前者的1/2)。为 解决这类废液的治理问题,有必要在现有成果的基础上,针对石灰法和低碱法草浆混合废液进行厌氧发酵 验研究。为这类废液治理提供基础性技术资料。 2试验方法及过程 21试验水质及其来源 本试验,所用废液均取自天津板纸厂二车间(石灰法草浆黄液)和四车间(低碱法草浆黑液),定期车 运至天津城建学院环境工程实验室。水质特性见表1。 22试验工艺流程与设备 主体设备UASB反应器是采用有机玻璃柱制成,它分为两段,上段内径188mm,高400mm,为分离 区:下段内径92mm,高1200mm,为反应区。沿反应区高度均匀分布5个取样孔,每孔间距200mm。本 反应器为甲烷相反应器,其进水由提升泵将自然酸化后的废液从低位水箱提升到高位水箱,再经时间控制 器控制下的计量泵脉冲式向UASB反应器底部注入。废液在升流过程中与消化污泥接触进行厌氧发酵,发
石灰与低碱法草浆废液混合厌氧发酵试验研究 摘要：本文介绍了用 UASB 反应器对经过自然酸化的石灰法草浆黄液（70%）和低碱法草浆黑液（30%）进行混 合厌氧发酵的试验过程与结果及对其分析。在温度为 36±1℃、容积负荷为 5kgCOD/m3·d～6kgCOD/m3·d 条件下，COD 去除率达 68.9%～70.4%，BOD5、SS 的平均去除率为 90.4%和 92.1%，产七率为 0.45m3 /kgCOD。 试验结果表明，采用自然酸化和 UASB 反应器处理这类混合废液的工艺流程是可行的。 关键词：石灰法草浆 低碱法草浆 UASB 反应器 厌氧发酵 1 前言 造纸工业废水是我国环境的重大污染源之一。其中半化学草浆（石灰法草浆和低碱法草）废液污染浓 度高，既无法回收酸、碱等化学药品，又很难综合利用，治理难度大，成为长期未解决的老大难问题。 在国外，很少有生产石灰法草浆的厂家，无相应的治理技术可借鉴；在国内，已开始重视此类废液治 理技术的研究，研究分别对石灰法草浆黄液和低碱法草浆黑液进行了若干厌氧发酵试验，其试验结果表明， 石灰法草浆黄液单独厌氧发酵的效率较高，而低碱法草浆黑液的效率却很低。试验结果还表明，低碱法草 浆黑液与糖醛、酒糟等废液混合发酵的效率提高较大。至于低碱草浆黑液与石灰法草浆废液混合发酵的效 率如何，尚无这方面的试验研究成果。 天津板纸厂和我国其他板纸厂除生产石灰法草浆外，还要匹配生产低碱法草浆（约占前者的 1/2）。为 解决这类废液的治理问题，有必要在现有成果的基础上，针对石灰法和低碱法草浆混合废液进行厌氧发酵 试验研究。为这类废液治理提供基础性技术资料。 2 试验方法及过程 2.1 试验水质及其来源 本试验，所用废液均取自天津板纸厂二车间（石灰法草浆黄液）和四车间（低碱法草浆黑液），定期车 运至天津城建学院环境工程实验室。水质特性见表 1。 2.2 试验工艺流程与设备 主体设备 UASB 反应器是采用有机玻璃柱制成，它分为两段，上段内径 188mm，高 400mm，为分离 区；下段内径 92mm，高 1200mm，为反应区。沿反应区高度均匀分布 5 个取样孔，每孔间距 200mm。本 反应器为甲烷相反应器，其进水由提升泵将自然酸化后的废液从低位水箱提升到高位水箱，再经时间控制 器控制下的计量泵脉冲式向 UASB 反应器底部注入。废液在升流过程中与消化污泥接触进行厌氧发酵，发
酵后由上部三相分离器溢出。反应器产生的气体从顶排出,经水封瓶进入湿式气体流量计累积计量,由数 字及指针显示。UASB反应器安装在专门保温柜内。柜内用加热灯和温度控制器控制温度36±1℃ 表1试验水质特性 石灰法草浆黄液石灰法草浆黄液和低碱法草浆黑液混合液 项目 外单位测定值自测值 酸化前 酸化后 COD(mg/L) 14000 13800 117849 71214 BODs(mg/L) 4630 5140 凯氏氮(mgL) 挥发脂肪酸(mgL) 21831.9 BODS/COD 0.35 0.374 COD: N: P Cat(mg/) 600~800 由于在取样运输途中及水样保存过程中,已经自然酸化,其COD降低率在15%~42%不等。pH值从 10降至6,挥发脂肪酸升到1000mgL~2000ng/。故此在试验过程中,仅在UASB反应器前的低位水箱 中进行静沉和自然酸化 2.3试验进程与结果 试验所用种污泥来自天津纪庄子污水处理厂的厌氧消化污泥和北京啤酒厂的厌氧消化污泥。试验经历 了近一年时间,稳定运行整5个月,取得了较好效果。 2.3 1 UASB反应器的启动 由于甲烷菌世代时间长,繁殖慢,因此厌氧活性污泥,特别是颗粒污泥的培养驯化较复杂,其启动经 历了以下几个阶段 231.1接种和静态培养驯化期 将从天津纪庄子污水处理厂取来的厌氧消化污泥和从北京啤酒厂取来的厌氧消化污泥以2:1的配比混 合,并定期投配石灰草浆黄液及人工搅拌以恢复其活性并对黄液初步适应。 23.1.2启动UASB反应器,用黄液进行动态陪驯 尽管污泥己在静态陪驯中恢复活性,但还不适应UASB反应器中的动态环境,为此又经过了1个多月 启动的步骤是按反应区有效容积的80%将恢复活性的污泥装入柱子中,然后进黄液,使柱子充满,逐 渐升高温度达36±1℃,使废液在柱中停留2天左右,使悬浮的污泥逐渐下沉,然后开始按 keco/m3d~ 3 kecod/m3·d的低负荷进水,进行动态陪驯。从污泥床流出的污泥不回流,以使特别轻的污泥连续从污
酵后由上部三相分离器溢出。反应器产生的气体从顶排出，经水封瓶进入湿式气体流量计累积计量，由数 字及指针显示。UASB 反应器安装在专门保温柜内。柜内用加热灯和温度控制器控制温度 36±1℃。 表 1 试验水质特性 项目 石灰法草浆黄液 石灰法草浆黄液和低碱法草浆黑液混合液 外单位测定值 自测值 酸化前 酸化后 COD（mg/L） 14000 13800 11784.9 7121.4 BOD5（mg/L） 4850 4630 - 2661 pH 9.5 11 9.0 7.1 SS（mg/L） 5140 5140 4307 - 凯氏氮（mg/L） 21.7 - - - 挥发脂肪酸（mg/L） - - - 21831.9 BOD5/COD 0.35 - - 0.374 COD：N：P 645：3.5：1 - - - Ca2+（mg/L） 1500 - - 600～800 由于在取样运输途中及水样保存过程中，已经自然酸化，其 COD 降低率在 15%～42%不等。pH 值从 10 降至 6，挥发脂肪酸升到 1000mg/L～2000mg/L。故此在试验过程中，仅在 UASB 反应器前的低位水箱 中进行静沉和自然酸化。 2.3 试验进程与结果 试验所用种污泥来自天津纪庄子污水处理厂的厌氧消化污泥和北京啤酒厂的厌氧消化污泥。试验经历 了近一年时间，稳定运行整 5 个月，取得了较好效果。 2.3.1 UASB 反应器的启动 由于甲烷菌世代时间长，繁殖慢，因此厌氧活性污泥，特别是颗粒污泥的培养驯化较复杂，其启动经 历了以下几个阶段： 2.3.1.1 接种和静态培养驯化期 将从天津纪庄子污水处理厂取来的厌氧消化污泥和从北京啤酒厂取来的厌氧消化污泥以 2：1 的配比混 合，并定期投配石灰草浆黄液及人工搅拌以恢复其活性并对黄液初步适应。 2.3.1.2 启动 UASB 反应器，用黄液进行动态陪驯 尽管污泥已在静态陪驯中恢复活性，但还不适应 UASB 反应器中的动态环境，为此又经过了 1 个多月 的动态陪驯。 启动的步骤是按反应区有效容积的 80%将恢复活性的污泥装入柱子中，然后进黄液，使柱子充满，逐 渐升高温度达 36±1℃，使废液在柱中停留 2 天左右，使悬浮的污泥逐渐下沉，然后开始按 1kgCOD/m3·d～ 3kgCOD/m3·d 的低负荷进水，进行动态陪驯。从污泥床流出的污泥不回流，以使特别轻的污泥连续从污
泥床流出,使较重的污泥在床内积累,并促进其增殖进行颗粒化。污泥床内污泥浓度随启动时间的变化经 历了三个阶段。在第一阶段,轻污泥部分被出水带出,结果使床内污泥减少:第二阶段,轻的污泥继续被 带出池外,生物量减少量大于增长量,结果床内污泥浓度继续下降:第三阶段逐渐增加COD负荷,增殖的 生物量大于带出量,结果床内污泥浓度增加,处理指标达到正常,驯化取得成功。 23.1.3石灰法草浆黄液正常运行期 用石灰草浆黄液驯化成功后,为巩固饿污泥驯化的效果,在逐渐提高COD容积负荷和积累活性污泥基 础上,进行了1个多月的正常运行试验,并取得了满意的效果,出现了颗粒污泥 2.3.14 法草浆黑液再驯化期 为了使经石灰法黄液驯化成功的污泥进一步适应混有低碱法黑液的混合液,又用了1个余月的时间进 行再驯化。开始时,用10%低碱法草浆黑液和90%的石灰法草浆黄液配成混合液进行陪驯,直至用了30% 低碱法黑液和70%石灰法草浆黄液投入到反应器并取得了满意效果达到了正常运行的状态为止。 2.32试验正式运行过程及结果 从9月18日开始约五个月时间,试验按低碱法黑液30%和石灰法草浆黄液70%的混合液进行正式运 COD容积负荷从32 kecod/m3·d逐渐升至7 kecod/m3·d以上,试验结果经整理列于表2。此外, SS平均去除率为92.%,BOD平均去除率为904% 在试验正式运行过程中,每周三经常停电,有时供水不及时,有时设备出现小故障,但当条件正常后, 运行即迅速转入正常,因此工艺设备运行是稳定的。 容积负荷kg/con/m3·d 项目 3.34.550 .5607.07.5 COD去除率(%) 73371070.38688689607468 脂肪酸(VFA)mg 154160659 产气率( LeCOD) 04850.420430460470.450.30 产气量(L/d) 92711.01238147515.6815.85793 注:COD去除率未包括自然酸化所去除的 3试验结果分析 3.1容积负荷与有机物(COD)去除率的关系 由表2看出,UASB反应器处理板纸厂混合液,当容积负荷在3.3~60 kg COD/m3·d时,其COD去除 率为68.8~73.3%,并随容积负荷增加而有所减少,但变化不大。主要原因为随容积负荷的提高,反应器内
泥床流出，使较重的污泥在床内积累，并促进其增殖进行颗粒化。污泥床内污泥浓度随启动时间的变化经 历了三个阶段。在第一阶段，轻污泥部分被出水带出，结果使床内污泥减少；第二阶段，轻的污泥继续被 带出池外，生物量减少量大于增长量，结果床内污泥浓度继续下降；第三阶段逐渐增加 COD 负荷，增殖的 生物量大于带出量，结果床内污泥浓度增加，处理指标达到正常，驯化取得成功。 2.3.1.3 石灰法草浆黄液正常运行期 用石灰草浆黄液驯化成功后，为巩固饿污泥驯化的效果，在逐渐提高 COD 容积负荷和积累活性污泥基 础上，进行了 1 个多月的正常运行试验，并取得了满意的效果，出现了颗粒污泥。 2.3.1.4 低碱法草浆黑液再驯化期 为了使经石灰法黄液驯化成功的污泥进一步适应混有低碱法黑液的混合液，又用了 1 个余月的时间进 行再驯化。开始时，用 10%低碱法草浆黑液和 90%的石灰法草浆黄液配成混合液进行陪驯，直至用了 30% 低碱法黑液和 70%石灰法草浆黄液投入到反应器并取得了满意效果达到了正常运行的状态为止。 2.3.2 试验正式运行过程及结果 从 9 月 18 日开始约五个月时间，试验按低碱法黑液 30%和石灰法草浆黄液 70%的混合液进行正式运 行。 COD 容积负荷从 3.2kgCOD/m3·d 逐渐升至 7kgCOD/m3·d 以上，试验结果经整理列于表 2。此外， SS 平均去除率为 92.1%，BOD5平均去除率为 90.4%。 在试验正式运行过程中，每周三经常停电，有时供水不及时，有时设备出现小故障，但当条件正常后， 运行即迅速转入正常，因此工艺设备运行是稳定的。 表 2 3.3 4.5 5.0 5.5 6.0 7.0 7.5 COD 去除率（%） 73.3 71.0 70.38 68.8 68.9 60.7 46.8 脂肪酸（VFA）mg/L 154 160 659 889 3774 产气率（L/gCOD） 0.485 0.42 0.43 0.46 0.47 0.45 0.30 产气量（L/d） 9.27 11.50 12.38 14.75 15.68 15.85 7.93 注：COD 去除率未包括自然酸化所去除的 3 试验结果分析 3.1 容积负荷与有机物（COD）去除率的关系 由表 2 看出，UASB 反应器处理板纸厂混合液，当容积负荷在 3.3～6.0kgCOD/m3·d 时，其 COD 去除 率为 68.8～73.3%，并随容积负荷增加而有所减少，但变化不大。主要原因为随容积负荷的提高，反应器内
活性微生物量也慢慢有所增加,并且进水有机物浓度较高,容积负荷在3.3 kecod/3d~6.0 kg COD/m3·d 间变化时,水力停留时间的变化对处理效果影响不大,从而造成上面实验结果。但当容积负荷继续增加到 7.5 ske COD/m3·d时,有机物(COD)去除率将迅速降低。由于有机物负荷过高,造成有机酸的积累,使甲 烷菌的活性受抑制,从而使有机物去除率降低 对于高浓度废水厌氧生物处理,评价反应器性能的一个重要指标是反应器的容积负荷,它比水力负荷 能更好地控制处理效果。为了提高容积负荷,应尽量增加反应器生物量(污泥浓度),防止有机酸在反应器 内积累。 从表3可以看出,本试验的主要成果,略低于我国其他单位石灰法草浆废液的小试成果,接近其中试 成果,并远高于低碱法草浆黑液的小试成果,其原因是进水中除石灰草浆黄液外,还混有30%低碱法草浆 黑液,使进水中难降解的大质素等物质增多,自然COD去除率就会降低,而黑液中的木质素等还可能对甲 烷菌的代谢速率有抑制作用,因此容积负荷也有所降低。致于本试验远高于低碱法草浆黑液小试成果的原 因,有可能石灰法草浆废液参加混合发酵后对生物降解有一定促进作用和互补性。 表3我国半化学草浆废液厌氧消化科研试验主要成果 石灰浆 低碱浆黑70%+低碱 石灰法草浆废液 单位及特点 合液 指标 中科院成北京轻同济大北京轻无锡轻轻工部环中国市政 小试)(小试)试)(中试)(中试)试)(小试)的x 都生物所工学院学(小工学院工学院保所(中西南院 COD去除率(%)70~7570~8060~707062.88440~42 注:除轻工部环保所为高温消化外,其他均为中温消化 3.2容积负荷与挥发性脂肪酸的关系 由表2可以看出,挥发性脂肪酸(VFA)是发酵过程的重要控制指标。负荷过高会造成有机酸的积累 从而使弱碱性环境破坏,甲烷菌受抑制,从而使反应器的去能力降低,产气量也在大大减少。运行发现用 UASB反应器处理天津板纸厂低碱法黑液和石灰法草浆黄液在厌氧污泥活性不受抑制的负荷下,有机酸控 制在1000mg/L以下,对厌氧处理有利,最高不应超过100mgL。 3.3产气量与容积负荷的关系 由表2可以看出,在容积负荷3.3 kgCod/m3·d-60 goOD/m3·d时,产气量与有机物容积负荷近似 成正比关系。去除单位COD产气量与有机物容积负荷之间关系不明显,平均去除每克COD产气量为045 升。由表4可知,本试验所产气体中,平均甲烷含量为68.76%,则每去除1克COD产甲烷气045×68.7%=0.31
活性微生物量也慢慢有所增加，并且进水有机物浓度较高，容积负荷在 3.3kgCOD/m3·d～6.0kgCOD/m3·d 间变化时，水力停留时间的变化对处理效果影响不大，从而造成上面实验结果。但当容积负荷继续增加到 7.5kgCOD/m3·d 时，有机物（COD）去除率将迅速降低。由于有机物负荷过高，造成有机酸的积累，使甲 烷菌的活性受抑制，从而使有机物去除率降低。 对于高浓度废水厌氧生物处理，评价反应器性能的一个重要指标是反应器的容积负荷，它比水力负荷 能更好地控制处理效果。为了提高容积负荷，应尽量增加反应器生物量（污泥浓度），防止有机酸在反应器 内积累。 从表 3 可以看出，本试验的主要成果，略低于我国其他单位石灰法草浆废液的小试成果，接近其中试 成果，并远高于低碱法草浆黑液的小试成果，其原因是进水中除石灰草浆黄液外，还混有 30%低碱法草浆 黑液，使进水中难降解的大质素等物质增多，自然 COD 去除率就会降低，而黑液中的木质素等还可能对甲 烷菌的代谢速率有抑制作用，因此容积负荷也有所降低。致于本试验远高于低碱法草浆黑液小试成果的原 因，有可能石灰法草浆废液参加混合发酵后对生物降解有一定促进作用和互补性。 表 3 我国半化学草浆废液厌氧消化科研试验主要成果 石灰法草浆废液 低碱浆黑 液 石灰浆 70%＋低碱 浆 30%混 合液 中科院成 都生物所 （小试） 北京轻 工学院 （小试） 同济大 学（小 试） 北京轻 工学院 （中试） 无锡轻 工学院 （中试） 轻工部环 保所（中 试） 中国市政 西南院 （小试） 本试验（小 试） Nv（kgCOD/m3·d） 7 6～7 8～10 5～6 5 6.6～7 2.4～4 6 COD 去除率（%） 70～75 70～80 60～70 70 62.8 84 40～42 68.9 注：除轻工部环保所为高温消化外，其他均为中温消化。 3.2 容积负荷与挥发性脂肪酸的关系 由表 2 可以看出，挥发性脂肪酸（VFA）是发酵过程的重要控制指标。负荷过高会造成有机酸的积累， 从而使弱碱性环境破坏，甲烷菌受抑制，从而使反应器的去能力降低，产气量也在大大减少。运行发现用 UASB 反应器处理天津板纸厂低碱法黑液和石灰法草浆黄液在厌氧污泥活性不受抑制的负荷下，有机酸控 制在 1000mg/L 以下，对厌氧处理有利，最高不应超过 1500mg/L。 3.3 产气量与容积负荷的关系 由表 2 可以看出，在容积负荷 3.3kgCOD/m3·d～6.0kgCOD/m3·d 时，产气量与有机物容积负荷近似 成正比关系。去除单位 COD 产气量与有机物容积负荷之间关系不明显，平均去除每克 COD 产气量为 0.45 升。由表 4 可知，本试验所产气体中，平均甲烷含量为 68.76%，则每去除 1 克COD 产甲烷气 0.45×68.7%=0.31
升。从理论上,每去除1克COD产甲烷气0.35升(CH4),所以本试验的产甲烷气量为理论的0.310.35=886% 表4 日期 95年11月29日 95年12月22日 96年1月24日 检验项CH;CO2O2N H4 CO2 O2 N2 CH CO2 O2 N2 目(%)(%)(%)(%(%(%(%)(%)(%)(%)(%)(%) 实测结 708219531124496826267814140566721269023073 果 本试验所产沼气的甲烷含量高达68.76%,这是因为自然酸化未收集沼气。按天津板纸厂原废水COD 标准浓度35000mgL和去除率60%计,则单位混合液的产气量为: 68.76%×0.45×35000×60% 945m3(沼气)/m3(液) 1000 34UASB反应器内污泥分布情况 厌氧反应器中的污泥浓度和污泥活性决定了厌氧发酵能否保持高负荷运行。由表5、图1、图2可以看 出,污泥在反应器中的分布和变化情况 随着运行时间的延长和容积负荷的提高,污泥浓度和污泥活性均有提高。由于UASB反应器存在三个 反应区,污泥呈阶梯分布,并随负荷变化而变化。由表5、图2还可以看出,污泥活性即 MLVSS/MLS值 随运行时间的延长和容积负荷的提高呈增大趋势(从41%提高到623%),初步形成了颗粒污泥,但颗粒化 程度不够。 表5反应器不同高度污泥浓度的分布及其变化规律 9月20日 10月17日 MLS MLVS FMLVSS/ML MLS MLVS fMLVSSMML MLS MLVS f-MLVSS/ML 取样高度〔m (%) (%) 114.4 116.753.21 115.9 45672.765907 42.5636710845854 612 0 5275469102.559185774 65.37 6246257 59236.57
升。从理论上，每去除 1克 COD 产甲烷气 0.35 升（CH4），所以本试验的产甲烷气量为理论的 0.31/0.35=88.6%。 表 4 日期 95 年 11 月 29 日 95 年 12 月 22 日 96 年 1 月 24 日 检验项 目 CH4 CO2 O2 N2 （%） （%） （%） （%） CH4 CO2 O2 N2 （%） （%） （%） （%） CH4 CO2 O2 N2 （%） （%） （%） （%） 实测结 果 70.82 19.53 1.12 4.49 68.26 26.78 1.414 0.56 67.21 26.90 2.13 0.73 本试验所产沼气的甲烷含量高达 68.76%，这是因为自然酸化未收集沼气。按天津板纸厂原废水 COD 标准浓度 35000mg/L 和去除率 60%计，则单位混合液的产气量为： 68.76%×0.45×35000×60% ——————————————=9.45m3（沼气）/m3（液） 1000 3.4 UASB 反应器内污泥分布情况 厌氧反应器中的污泥浓度和污泥活性决定了厌氧发酵能否保持高负荷运行。由表 5、图 1、图 2 可以看 出，污泥在反应器中的分布和变化情况。 随着运行时间的延长和容积负荷的提高，污泥浓度和污泥活性均有提高。由于 UASB 反应器存在三个 反应区，污泥呈阶梯分布，并随负荷变化而变化。由表 5、图 2 还可以看出，污泥活性即 MLVSS/MLS 值 随运行时间的延长和容积负荷的提高呈增大趋势（从 41%提高到 62.3%），初步形成了颗粒污泥，但颗粒化 程度不够。 表 5 反应器不同高度污泥浓度的分布及其变化规律 日期 9 月 20 日 10 月 17 日 11 月 1 日 MLS S g/L MLVS S g/L f=MLVSS/ML SS （%） MLS S g/L MLVS S g/L f=MLVSS/ML SS （%） MLS S g/L MLVS S g/L f=MLVSS/ML SS （%） 0.20 0.40 0.60 0.80 114.4 115.9 112.3 5 62.46 43.55 42.56 52.75 25.7 38 36.7 46.9 41.1 116.7 108.4 102.5 59.2 53.21 58.54 59.18 36.57 45.6 54 57.74 61.78 123.1 6 111.8 0 105.5 4 57.21 72.76 68.47 68.99 36.08 59.07 61.2 65.37 63.6
、 9月20日 △:10月17日 0.60 O:11月1日06 5060708090100110120 MLYSS(/h0.2 图1UASB反应器不同高度污泥浓度的分布 70 1:0.20m高度 2:0.40m高度 3:0.60m高度 4:0.80m高度 时间 10月 11月 图2f随运行时间的变化 3.5Ca2对UASB的影响 关于污泥颗粒形成的机理目前还处于研究阶段,按照G· Lettinga等提出了晶核假说,进水中含有 量的Ca2对提高污泥的沉降性能和颗粒污泥的形成有促进作用。但Ca离子浓度过高并长期运行会有 CaCO3和有机酸钙析出沉积,降低污泥活性,从而影响厌氧发酵设备有效容积的利用和降低代谢效能。 由于石灰法草浆黄液的Ca2离子浓度在1500mg左右。将会有CaCO3沉积,大量积累在活性污泥中 使MLⅤ SS/MLSS下降,降低其活性,这一现象被无锡轻工院的试验所证实,而本试验将低碱法草浆黑液和 石灰法草浆黄液混合处理,大大降低了进水中Ca2浓度,又加上本试验厌氧处理前采用自然酸化,酸化时 间较长,使Ca2+与酸化产生的有机酸形成有机酸钙析出,进一步使进水中的Ca浓度降到600mgL 800mg/L,从而避免了石灰法草浆黄液Ca浓度过高对UASB反应器的不良影响,这也是本试验中 MLVSS/MLSS值随有机物提高和运行时间延长而増加的重要原因,说明了混合发酵具有互补性。 36反应器耐冲击负荷能力 个反应器在稳定运行条件下,也许能对较高浓度的废液获得较好的处理效果,但当稳定条件被破坏 时,反应器的处理效率将会受到影响。通过本实验发现,由于停电或送水不及时,被迫将负荷降低几日, 而后又恢复较快,这说明:UASB反应器冲击负荷能力较强
3.5 Ca2+对 UASB 的影响 关于污泥颗粒形成的机理目前还处于研究阶段，按照 G·Lettinga 等提出了晶核假说，进水中含有一定 量的 Ca2+对提高污泥的沉降性能和颗粒污泥的形成有促进作用。但 Ca2+离子浓度过高并长期运行会有 CaCO3和有机酸钙析出沉积，降 低污泥活性，从而影响厌氧发酵设备有效容积的利用和降低代谢效能。 由于石灰法草浆黄液的 Ca2+离子浓度在 1500mg/L 左右。将会有 CaCO3沉积，大量积累在活性污泥中 使 MLVSS/MLSS 下降，降低其活性，这一现象被无锡轻工院的试验所证实，而本试验将低碱法草浆黑液和 石灰法草浆黄液混合处理，大大降低了进水中 Ca2+浓度，又加上本试验厌氧处理前采用自然酸化，酸化时 间较长，使 Ca2+与酸化产生的有机酸形成有机酸钙析出，进一步使进水中的 Ca2+浓度降到 600mg/L～ 800mg/L，从而避免了石灰法草浆黄液 Ca2+浓度过高对 UASB 反应器的不良影响，这也是本试验中 MLVSS/MLSS 值随有机物提高和运行时间延长而增加的重要原因，说明了混合发酵具有互补性。 3.6 反应器耐冲击负荷能力 一个反应器在稳定运行条件下，也许能对较高浓度的废液获得较好的处理效果，但当稳定条件被破坏 时，反应器的处理效率将会受到影响。通过本实验发现，由于停电或送水不及时，被迫将负荷降低几日， 而后又恢复较快，这说明：UASB 反应器冲击负荷能力较强
4结论 41本试验结果表明:用UASB反应器对经过自然酸化后的天津板纸厂低碱法草黑液(30%)和石灰 法草黄液(70%)的混合液进行厌氧处理是可行的,处理效果较好,在36±1℃的条件下,容积负荷在 5 kecod/m3·d~7 kecod/m3·d时,COD去除率70.38%~60.7%,BOD平均去除率90.4%,SS平均去除 率92.1%,产气量为045m/ KgCOD或945m3(气)m3(液),通过试验推荐较佳容积负荷为50 kg COD/m3d 42厌氧反应器中MLⅤ SS/MLSS在50%60%左右, MLVSS在50g~609左右,生物量较高,从 而维持了厌氧发酵的高负荷运行。由于混有低碱法草浆黑液,木质素含量较高,生化处理比较困难,负荷 不易过高 43对高浓度有机废水厌氧处理,容积负荷比水力负荷能更好地控制处理效率, 44产气量较大,平均去除每gCOD产气量为045升,其中甲烷气平均含量68.76% 45污泥浓度在反应器内呈阶梯分布,污泥的fMLⅤ SS/MLSS呈增大趋势,形成了粒径0.8mm 46试验证明对低碱法草浆黑液和石灰法草浆黑液混合处理采用自然酸化十UASB厌氧消化的工艺流 程是可行的。 (1)由于废液水温较高(在40℃~70℃左右)有利于产酸菌迅速酸化,经8小时的自然酸化,可使 COD去除率达23%左右,p降到70,挥发酸达884mgL。酸化贮水池还可当沉淀池用,有利于固液分离 降低SS特别能去除无机沉渣,并对废液的水量和水质有调节和均化作用,这对下一步厌氧发酵,特别是 UASB反应器厌氧发酵的运行稳定性大为有利。 (2)低碱法草浆黑液与石灰法草浆黄液混合处理是合理的,石灰法草浆黄液所含木质素较少,而含易 生物降解的糖类和半糖类较多,有利于厌氧发酵:但石灰法草浆黄液含Ca2浓度较多,达1500mg/L左右 长期运行易在厌氧反应器内出现CaCO3和有机酸钙析出沉积,降低厌氧污泥的活性,从而影响厌氧发酵。 而低碱法草浆黑液厌氧发酵难度较大,处理的负荷和效率都很低,其主要原因是木质素含量较高。实验证 明将低碱法草浆黑液与石灰法草浆黄液混合发酵,降低了木质素和钙离子浓度,提高了草浆混合液的处理 负荷和处理效率,具有互补性。 (3)采用自然酸化,构筑物造价低,使加大酸化池体积提高酸化时间成为可能,酸化时间长一些,可增 加COD去除率,并使酸化产生的有机酸和Ca2形成有机酸钙析出,降低了进水中的Ca2浓度,这种UASB 反应器的正常运行是有利的
4 结论 4.1 本试验结果表明：用 UASB 反应器对经过自然酸化后的天津板纸厂低碱法草黑液（30%）和石灰 法草黄液（70%）的混合液进行厌氧处理是可行的，处理效果较好，在 36±1℃的条件下，容积负荷在 5kgCOD/m3·d～7kgCOD/m3·d 时，COD 去除率 70.38%～60.7%，BOD 平均去除率 90.4%，SS 平均去除 率 92.1%，产气量为 0.45m3 /kgCOD 或 9.45m（气） 3 /m（液），通过试验推荐较佳容积负荷为 3 5.0kgCOD/m3·d～ 6.0kgCOD/m3·d。 4.2 厌氧反应器中 MLVSS/MLSS 在 50%～60%左右，MLVSS 在 50g/L～60g/L 左右，生物量较高，从 而维持了厌氧发酵的高负荷运行。由于混有低碱法草浆黑液，木质素含量较高，生化处理比较困难，负荷 不易过高。 4.3 对高浓度有机废水厌氧处理，容积负荷比水力负荷能更好地控制处理效率。 4.4 产气量较大，平均去除每 gCOD 产气量为 0.45 升，其中甲烷气平均含量 68.76%。 4.5 污泥浓度在反应器内呈阶梯分布，污泥的 f=MLVSS/MLSS 呈增大趋势，形成了粒径 0.8mm～1.0mm 颗粒污泥。 4.6 试验证明对低碱法草浆黑液和石灰法草浆黑液混合处理采用自然酸化＋UASB 厌氧消化的工艺流 程是可行的。 （1）由于废液水温较高（在 40℃～70℃左右）有利于产酸菌迅速酸化，经 8 小时的自然酸化，可使 COD 去除率达 23%左右，pH 降到 7.0，挥发酸达 884mg/L。酸化贮水池还可当沉淀池用，有利于固液分离， 降低 SS 特别能去除无机沉渣，并对废液的水量和水质有调节和均化作用，这对下一步厌氧发酵，特别是 UASB 反应器厌氧发酵的运行稳定性大为有利。 （2）低碱法草浆黑液与石灰法草浆黄液混合处理是合理的，石灰法草浆黄液所含木质素较少，而含易 生物降解的糖类和半糖类较多，有利于厌氧发酵；但石灰法草浆黄液含 Ca2+浓度较多，达 1500mg/L 左右， 长期运行易在厌氧反应器内出现 CaCO3 和有机酸钙析出沉积，降低厌氧污泥的活性，从而影响厌氧发酵。 而低碱法草浆黑液厌氧发酵难度较大，处理的负荷和效率都很低，其主要原因是木质素含量较高。实验证 明将低碱法草浆黑液与石灰法草浆黄液混合发酵，降低了木质素和钙离子浓度，提高了草浆混合液的处理 负荷和处理效率，具有互补性。 （3）采用自然酸化，构筑物造价低，使加大酸化池体积提高酸化时间成为可能，酸化时间长一些，可增 加 COD 去除率，并使酸化产生的有机酸和 Ca2+形成有机酸钙析出，降低了进水中的 Ca2+浓度，这种 UASB 反应器的正常运行是有利的
