低浓度焦化废水启动EGSB反应器试验对比研究

李文英

（山西大学工程学院环境工程系，山西 太原 030013）

一般将COD质量浓度不高于2 000mg／L的废水称为低浓度废水［1］。以往，低浓度废水的处理多数采用好氧生物处理。而近年来，厌氧生物处理作为一种经济节能的技术，用于低浓度废水处理领域已成为热点。因此，EGSB反应器作为一种高效厌氧反应器，也逐步应用于低浓度废水的处理。目前，很多学者多采用中、高浓度的废水启动EGSB反应器［2－3］，而对于在低浓度下接种颗粒污泥启动EGSB反应器的报道并不多见，尤其是毒性较大的低浓度焦化废水。因此，本研究着重介绍EGSB反应处理低浓度焦化废水的启动及处理效果等方面的研究。采用2个EGSB反应器，接种颗粒污泥分别采取厌氧和微氧2种方式进行驯化启动，考察了2种启动方式下对低浓度焦化废水的处理效果，分析了微氧颗粒污泥的性能特征。

1 试验装置与方法

1.1 EGSB反应器

试验装置如图1所示。

图1 EGSB反应器工艺流程图

EGSB反应器总体积为18L，有效容积为12L，反应区内径为100mm，高径比为17∶1；沉淀区体积为6L，内径为140mm。

1.2 接种污泥和试验用水

接种污泥为实验室采用啤酒废水培养成功的厌氧颗粒污泥，该颗粒污泥形状规则，呈黑色，混合液悬浮固体质量浓度约为30g／L。

试验用水取自某焦化厂调节池，其COD值为548mg／L～2 000mg／L，pH值为7～9。

1.3 分析方法

COD，重铬酸钾法［4］；VFA和碳酸氢盐碱度，滴定法［5］；pH 值，pHS－3C 酸度计；颗粒污泥粒径分布，筛分法；MLSS和 MLVSS，重量法；通过扫描电镜观察颗粒污泥表面和剖面形态。

1.4 试验方法

在30℃～35℃条件下，进水量维持1.0L／h，微氧反应器在回流柱内曝气维持微氧环境，厌氧反应器内无曝气，逐步提高回流比，增加反应器内上升流速。分析2个反应器进出水COD、挥发酸、碱度及污泥性能等，用以考察反应器的启动情况。

2 结果与讨论

2.1 EGSB反应器启动过程

该反应器在实验室内采用自配啤酒废水培养颗粒污泥成功之后，对COD的去除效率达到96%，然后直接加入全比例的低浓度焦化废水进行驯化启动试验。该启动试验起始进水量为1.0L／h，回流比为15.5，上升流速2.1m／h，微氧反应器曝气量为600mL／min。启动过程EGSB反应器对有机物的去除效果如图2所示。

由图2可知，前30d的进水COD维持在1 000mg／L～2 000mg／L。驯化启动初期2个反应器对COD去除效率均呈下降趋势，主要是由于焦化废水具有较大毒性所致。运行6d后，厌氧反应器对COD的去除效率下降到13%，而微氧反应器在一开始就表现出相对良好的去除效果，第6d对COD的去除效果达到30%，相对于厌氧反应器提高了57%，其下降趋势相对缓慢。之后，反应器去除效率继续下降，20d时由于突然降温导致2个反应器去除效率均下降至9%。可见，此时反应器运行很不稳定，耐温度冲击性较弱。温度回升，反应器逐步恢复，去除效果提升。20d～31d，焦化废水水质变化，外观观察呈黑色并带有大量油类物质，厌氧反应器的平均去除效果仅为14%，微氧反应器平均达到22%，最高达到33%。

34d～126d，进水COD维持在679mg／L～1 200mg／L。34d时进新焦化废水，COD值维持在700mg／L左右，一开始反应器出水发黑，出现负的去除效果。主要是由于前期变质焦化废水对反应器的冲击所致。36d时，微氧反应器已经开始恢复，达到20%的去除效果，而厌氧反应器仍然效果很差，可见微量氧的加入可缓解有毒有害物质的冲击，使微生物对其适应性增强。直到126d时，反应器运行效果并不是很理想，厌氧反应器的平均去除效果仅有12%，而微氧反应器的平均去除率达到31%（最高可达48%），基本维持稳定，上升趋势不是很明显。分析其原因可能是，由于前期焦化废水水质较差，含有大量的毒性物质以及油类物质，一方面，对颗粒污泥中的微生物产生毒害抑制作用，另一方面，可能由于油类物质裹在颗粒污泥外表，共同导致颗粒内部的产甲烷菌无法正常发挥作用，而厌氧反应的水解酸化阶段进行较顺利，产生大量的酸类物质，进一步抑制产甲烷菌的活性。这一阶段反应器内的VFA含量较高，尤其是厌氧反应器，高达5.5mmol／L，最高达到9.2mmol／L，而微氧反应器VFA含量相对低一些，达到4mmol／L，并且反应器内含有碳酸氢盐碱度整体较厌氧反应器高。

图2 2个反应器启动运行情况

根据此情况，随后采取措施，进水中添加小苏打，中和部分VFA，缓解其对微生物的抑制作用。128d～176d时，2个反应器去除效率均提升，但微氧反应器上升速度较快，在143、169、171、174、176d时，微氧反应器比厌氧反应器去除效率分别增大了50%、27%、22%、30%、45%，并且微氧反应器的COD平均去除效率达80%，最高达89%。微氧整体去除效果较好，并且反应器内伴有大量的气泡（CH4气体）产生，之后基本维持稳定，微氧反应器处理低浓度焦化废水驯化启动成功。

从整个启动过程来看，微氧反应器耐毒性、温度、负荷等冲击，说明微氧EGSB反应器适应性优于厌氧反应器。主要是因为，微量氧的加入，一方面，可以改变颗粒污泥内部微生物的种类，出现了好氧、兼性以及厌氧微生物共存的颗粒污泥；另一方面，微量氧的加入，使泥水接触充分，提高反应器内的传质作用，加快反应速度；再一方面，由于微量氧的加入可以氧化部分中间产物（如VFA），缓解其抑制作用。综合考虑，EGSB反应器在微氧状态下表现出较好的去除效果，降低了出水中的COD浓度。因此，微氧EGSB反应器在微氧条件下处理低浓度焦化废水是可行的，比厌氧反应器表现出更好的除污效果。

2.2 污泥性质

微氧反应器处理低浓度焦化废水之所以比厌氧反应器具有优势，主要原因在于反应器内的颗粒污泥的性能较好。

2.2.1 污泥外观、浓度及粒径分布

EGSB反应器处理低浓度焦化废水驯化启动成功之后，从反应器内取颗粒污泥测定其性能。厌氧条件下颗粒污泥呈黑色，而微氧条件下呈土黄色。微氧反应器内颗粒污泥的平均质量浓度达到27g／L，比厌氧条件下低13%，说明在处理低浓度焦化废水时污泥浓度并不能太高。比较适宜的污泥质量浓度在25g／L左右。

图3为驯化前、后颗粒污泥粒径分布。从图3可以看出：

1）2个反应器内的颗粒污泥粒径均比添加焦化废水前粒径减小，其原因，一方面，焦化废水的毒性抑制颗粒污泥内部微生物的生长，导致部分适应性较差的颗粒污泥解体，粒径减小；另一方面，微量氧的加入，加大反应器内水流的剪切力，也会将颗粒污泥破碎，导致粒径减小，这也是导致污泥浓度降低的原因；

2）微氧颗粒污泥主要集中在粒径0.30mm～0.43mm，其沉速达到34m／h，比厌氧条件下提高了38%，说明该粒径范围内的微氧颗粒比厌氧条件下结构密实。

图3 驯化前、后颗粒污泥粒径分布

2.2.2 颗粒污泥微生物形态（见图4）

图4 颗粒污泥扫描照片

从扫描电镜观察到，微氧颗粒污泥较厌氧内部微生物种类丰富，排列规则，并以球状菌、丝状菌以及短杆菌为主，形成一个共生的微生物生态系统。正是这个共生微生物系统的存在，提高了反应器对焦化废水的处理效果。

3 结论

1）与厌氧相比，微氧条件下，EGSB反应器处理低浓度焦化废水启动较快。在进水量为1.0L／h、上升流速为3.0m／h、有机负荷为1.1kgCOD／（m3·d）～1.6kgCOD／（m3·d）的条件下，厌氧反应器的COD去除效率达到50%，而微氧条件下，则可达到85%以上，提高了41%。

2）微量氧的加入，能够快速驯化EGSB反应器中的颗粒污泥，可以增加低浓度焦化废水中COD的去除率，缩短EGSB反应器的启动时间。

3）EGSB反应器在微氧条件下处理低浓度焦化废水是可行的，能够丰富颗粒污泥内部微生物的种类，增强反应器的适应性，提高其处理效果。在143、169、171、174、176d时，微氧比厌氧去除效率分别增长了50%、27%、22%、30%、45%，并且微氧条件下平均去除效率达80%，最高到89%。

4）在微氧和厌氧运行条件下，微氧反应器出水VFA平均浓度为3.48mmol／L，厌氧为4.55mmol／L。两者相比，前者出水VFA浓度低，波动小。

［1］赵来利，佘宗莲，高孟春，等.常温下ABR处理低浓度废水性能及污泥特性［J］.环境工程学报，2010，4（4）：761－766.

［2］左剑恶，王妍春，陈 浩，等.EGSB反应器的启动运行研究［J］.给水排水，2001，27（3）：26－30.

［3］郭晓燕，张振家.EGSB反应器处理米酒废水的启动方法研究［J］.环境污染与防治，2004，26（2）：107－109.

［4］国家环境保护总局.水和废水监测分析方法［M］.第4版.北京：中国环境科学出版社，2002.

［5］国家环境保护总局.水和废水监测分析方法［M］.北京：中国环境科学出版社，1996.