1 試驗材料與方法

        1.1 ASBR反應器實驗運行系統
小試規模ASBR反應器置于35℃恒溫室中。實驗用水取自太原市煤氣公司焦化廠經過除油、蒸氨工序之后的焦化廢水。實驗裝置如圖1所示。

 

 

        1.2 生物化學甲烷勢（BMP）測定方法

        容積為500mL的葡萄糖瓶作為生物化學甲烷勢（BMP）測定用反應器。BMP的測定步驟：取100mL顆粒污泥置于500mL的葡萄糖瓶中，加適量的背景無機營養液和350mL的焦化廢水中（ρ(CODcr)=800mg/L），用氮氣吹走葡萄糖瓶中的空氣以保證厭氧狀態并用醫用橡皮塞密封瓶口。將葡萄糖瓶置于35℃的環境中進行培養。

        同時進行空白測定：即在另一葡萄糖瓶中只加入100mL的顆粒污泥，而不加入焦化廢水，其它步驟同上。每日分別記錄水樣和空白的甲烷產氣量，直至產氣停止。由于葡萄糖瓶中排出的氣體包含有甲烷和CO2，而CO2不能代表厭氧條件下CODcr的相應減少量，故應將產生的CO2用0.1mol/L的NaOH吸收。當水樣和空白都不再產氣時，BMP測定結束。此時，水樣總產氣量減去空白總產氣量就是BMP的測定結果。

1.3 實驗內容

        ①用焦化廢水對ASBR反應器中的以蔗糖為基質培養的厭氧顆粒污泥進行馴化；

        ②測定焦化廢水的BMP；

        ③研究ASBR工藝厭氧預處理焦化廢水的工藝條件和工藝特性。

2 結果與討論

        2.1 馴化過程

        實驗中采用逐步增加以蔗糖為基質的進水中焦化廢水所占CODcr的比例，同時逐步降低有機負荷的方法對以蔗糖為基質培養出來的接種厭氧顆粒污泥進行馴化，使微生物逐步適應低濃度有毒難降解的焦化廢水的特性。馴化歷時共225d。馴化后顆粒污泥穩定。 

2.2 BMP的測定

        對顆粒污泥經175d處理焦化廢水的馴化后，取少量的顆粒污泥對焦化廢水進行BMP測定。用BMP來評價厭氧工藝對焦化廢水可能達到的最大處理效率。應該指出，BMP和BOD5一樣，是廢水中有機污染物生物轉化的評價指標，BMP不等于厭氧工藝中所能去除的有機物數量，只有在動態工藝試驗中，才能最終確定有多少有機污染物可以轉化為甲烷[2]。

        BMP測定表明，厭氧處理焦化廢水時，CODcr的最大甲烷化率為41.9％。 

2.3 ASBR最佳工藝參數的正交試驗

        根據馴化過程的經驗，可以確定影響CODcr去除率的3個重要因素分別為：進水時間與反應時間的比值（tf/tr）、沼氣攪拌強度和間歇攪拌方式。為了選擇出最佳的ASBR運行條件，完成馴化后，對進水時間與反應時間的比值、攪拌強度、間歇攪拌方式這3個對處理效率影響明顯的運行條件通過正交試驗做出選擇。實驗中運行周期為24h，進水pH控制在7.0～8.0，沉淀時間為1h。

        選擇的進水時間與反應時間比值為3個水平0.3，0.5和1.0。考慮到攪拌對實驗的影響程度，攪拌太弱時，攪拌不均勻；但攪拌太強時，對顆粒污泥剪切力太大，造成顆粒污泥解體，選取沼氣攪拌強度的3個水平為200，300，400mL/min；間歇攪拌方式為30s/30min、30s/20min，100s/45min。最后根據要做的實驗中的因子數（3個）及水平數（3個）選擇正交表為L9（34）正交試驗分配及分析見表1。

 

表1 ASBR正交試驗結果及分析

 

 

                采用表L9（34）所做的9次實驗的結果來分析各因子水平改變對實驗的影響，結果見表1。

        由表1，因子A（tf/tr比值）的平均值mij分別為：m11=64.21，m21=116.91，m31=86.20。這3個均值差別較大，這種差別反應了因子A（tf/tr比值）的3個不同水平的改變對實
驗CODcr去除率的影響。可以看出，m21=116.91最大，說明因子A取A2水平最好，即tf/tr取0.5時試驗結果最好。同理m22值大于m12和m32，說明攪拌強度在取300mL/min時試驗結果最佳；m33值大于m13和m23，說明間歇攪拌方式取100s/45min時實驗結果最好。

        由上述分析可以得出實驗的最佳工藝條件為A2B2C3，即為第5號實驗。ASBR厭氧預處理焦化廢水的最佳運行條件為：tf/tr值為0.5；攪拌強度為300mL/min；間歇攪拌方式為100s/45min。

        在上述正交試驗所選定的最佳工藝參數下穩定運行了53d。ASBR反應器進水焦化廢水CODcr的質量濃度為416～1304mg/L，進水氨氮的質量濃度為230～668mg/L，進水堿度為500～840mg/L，進水pH值為7.0～8.0。每次新取的水樣穩定運行2～3d后，CODcr去除率可穩定在30％～40％，與BMP測定結果吻合。

2.4 顆粒污泥狀態

        接種顆粒污泥粒徑一般為2～3mm。在用焦化廢水對顆粒污泥進行馴化時，隨著有機負荷的不斷降低及進水中焦化廢水比例的不斷增加，顆粒污泥形狀變為近似橢球形，粒徑減小，其中粒徑多為1.7×1.5mm的個體。ASBR反應器中接種的顆粒污泥以甲烷八疊球菌為主體。在ASBR厭氧預處理焦化廢水實驗結束時，采用電鏡掃描技術（SEM）對ASBR反應器中顆粒污泥的微生物相進行了觀察，觀察結果表明反應器中的顆粒污泥以甲烷絲狀菌為主體，也發現有少量的甲烷八疊球菌，結果見圖2至圖4。實驗接種顆粒污泥是用蔗糖培養而成，蔗糖為易生物降解物質，進水CODcr的質量濃度達7200mg/L，反應器中乙酸濃度高，顆粒污泥以甲烷八疊球菌為主。焦化廢水中CODcr的質量濃度較低，大多數情況下低于1000mg/L，焦化廢水為難生物降解有機物，ASBR反應器中乙酸濃度低，在低乙酸濃度環境下，甲烷絲狀菌成為優勢菌而大量繁殖[3]。
 

 

        
         通過以上的實驗工作和分析討論，可得出如下結論：

        ①BMP測定表明，厭氧處理時焦化廢水中CODcr甲烷化率的極限比例為41.9％；

        ②對生物有抑制和毒害作用的低濃度焦化廢水不會使ASBH中顆粒污泥解體；

        ③ASBR厭氧預處理焦化廢水的重要工藝條件為：進水時間與反應時間之比值（tf/tr）、攪拌強度、間歇攪拌方式。進水時間與反應時間之比值取0.5，沼氣攪拌強度取300mL/min，間歇攪拌方式取100s/45min；

        ④用ASBR厭氧預處理焦化廢水時，在中溫35℃下運行，反應器中ρ(MLSS)值為22.9g/L，運行周期取24h（其中進水7.2h，反應14.3h，沉淀2.0h，排水0.5h）。當進水CODcr的質量濃度為416～1304mg/L，有機負荷（CODcr）為0.17～0.54g/(L·d)時，CODcr去除率為30％～40％，出水SS的質量濃度小于150mg/L。