陳華存

摘要：本裝置共有兩套PTA裝置生產(chǎn)能力為300萬t，每小時生成約1000?t污水，共有7臺厭氧反應(yīng)器，污水中含有機(jī)物、金屬離子、高濃度鈉離子和溴離子。厭氧反應(yīng)器存在的問題是出口COD含量高，出口污泥含量高，水力負(fù)荷達(dá)不到設(shè)計值等問題。嚴(yán)重時影響污水裝置排水質(zhì)量及PTA主裝置運(yùn)行。通過優(yōu)化厭氧反應(yīng)器的溫度、進(jìn)料濃度、進(jìn)口營養(yǎng)組成，未見效果。查閱有關(guān)資料，排除了鐵、硫、鎂、鉀、鎳、鈷、錳等影響因素。在相關(guān)文獻(xiàn)中未查到溴對厭氧反應(yīng)的影響。進(jìn)行溴離子對厭氧反應(yīng)影響工業(yè)試驗，采用生化數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用MATLAB?2012B軟件尋找厭氧反應(yīng)器合適的參數(shù)，取得良好的試驗效果，通過改變污水流程和進(jìn)料溴含量及反應(yīng)時間，厭氧反應(yīng)器出水COD符合要求，污泥含量正常，厭氧反應(yīng)器效率提高。

關(guān)鍵詞?：溴離子??厭氧反應(yīng)器??反應(yīng)速度常數(shù)??效果

中圖分類號：X703

Impact?of?Bromine?Ions?on?Anaerobic?Reactions?and?Countermeasures

CHEN?Huacun

（Hanbon?（Jiangyin）?Petrochemical?Co.，?Ltd.，?Wuxi，?Jiangsu?Province，?214446?China）

Abstract：?This?device?has?two?PTA?units?with?a?production?capacity?of?3?million?tons，?which?generate?about?1000?tons?of?wastewater?per?hour，?and?a?total?of?seven?anaerobic?reactors，?and?wastewater?contains?organics，?metal?ions，?high-concentration?sodium?ions?and?bromine?ions.?The?problems?existing?in?anaerobic?reactors?are?high?COD?content?at?the?outlet，?high?sludge?content?at?the?outlet?and?the?inability?to?reach?the?design?value?of?hydraulic?load，?which?can?affect?the?drainage?quality?of?the?sewage?plant?and?the?operation?of?the?PTA?main?unit?in?severe?cases.?The?temperature，?feed?concentration?and?inlet?nutrient?composition?of?anaerobic?reactors?were?optimized，?but?no?effect?was?observed.?After?consulting?relevant?information，?influence?factors?such?as?iron，?sulfur，?magnesium，?potassium，?nickel，?cobalt?and?manganese?were?excluded，?and?the?effect?of?bromine?on?anaerobic?reactions?was?not?found?in?relevant?literature.?This?paper?conducts?the?industrial?experiments?of?the?impact?of?bromine?ions?on?anaerobic?reactions.?It?adopts?a?biochemical?mathematical?model?and?MATLAB?software?to?search?for?suitable?parameters?for?anaerobic?reactors?and?achieves?good?experimental?results.?By?changing?the?sewage?process，?feed?bromine?content?and?reaction?time，?the?effluent?COD?of?anaerobic?reactors?meets?the?requirements，?sludge?content?is?normal，?and?the?efficiency?of?anaerobic?reactors?is?improved.

Key?Words：?Bromine?ion;?Anaerobic?reactor;?Reaction?rate?constant;?Effect

USAB厭氧反應(yīng)器廣泛應(yīng)用在污水處理裝置，效果良好，取得不少經(jīng)驗，但因為不同裝置污水成分不一樣，還有不少問題需要探索。文章分別認(rèn)為鈣、硫、氨、鎂、鉀等對厭氧反應(yīng)器有影響。徐國慶[1]等人認(rèn)為鈣可中和細(xì)菌表面的負(fù)電荷，從而使細(xì)菌凝聚，顆粒污泥中鈣與二氧化碳生成碳酸鈣晶體，增加污泥的比重，改善顆粒污泥的沉降性能。適宜的鈣濃度80～150mg/L；過高的鈣離子會使污泥的活性下降。許智[2]認(rèn)為二氧化硫進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)，在硫細(xì)菌作用下，被還原為硫單質(zhì)和硫化氫，導(dǎo)致醋酸菌活性降低，甲烷菌處于中毒狀態(tài)，此時產(chǎn)生氣體以硫化氫為主，而不是甲烷，硫離子濃度小于30?mg/L。石永輝[3]認(rèn)為氨主要是由蛋白質(zhì)和尿素生物分解產(chǎn)生。其中氨離子具有良好的膜滲透性，是抑制作用的主要原因，普遍認(rèn)為氨的濃度是200?mg/L左右，有利于厭氧降解。高嗣俊[4]等人認(rèn)為鎂離子能夠增強(qiáng)厭氧污泥的沉降性能，但是鎂離子過高對厭氧產(chǎn)甲烷活性的促進(jìn)作用不明顯，即鎂離子會影響污泥中各種微生物的相對數(shù)量，小于50?mg/L。?張皖秋[5]等人認(rèn)為鉀離子的毒性目前研究的不多，低濃度（400?mg/L?）在厭氧反應(yīng)器中有促進(jìn)作用，而高濃度出現(xiàn)抑制作用。貝皓鋒[6]認(rèn)為鈉離子，當(dāng)鈉離子濃度在100～200?mg/L?，對厭氧菌生長是有利的，因為鈉離子對三磷酸腺苷的形成有促進(jìn)作用，鈉離子濃度過高容易干擾微生物代謝，影響活性。溴離子未見報道。本裝置鈣、鉀、硫、氨含量范圍在報道范圍。本文希望通過工業(yè)試驗，找到溴離子對厭氧反應(yīng)器的影響，提高厭氧的效率。

1??背景介紹

1.1??厭氧反應(yīng)器

上流式厭氧污泥床反應(yīng)器，簡稱UASB反應(yīng)器。UASB主體分為兩個區(qū)域，即反應(yīng)區(qū)和氣、液、固三相分離區(qū)。在反應(yīng)區(qū)下部，是沉淀性能良好的污泥形成的厭氧污泥床。當(dāng)廢水由反應(yīng)器底部進(jìn)入反應(yīng)器后，由于水的向上流動和產(chǎn)生的大量氣體上升形成了良好的自然攪拌作用，并使一部分污泥在反應(yīng)區(qū)的污泥床上方形成相對稀薄的污泥懸浮層。懸浮液進(jìn)入分離區(qū)后、氣體首先進(jìn)入集氣室被分離，含有懸浮液的廢水進(jìn)入分離區(qū)的沉降室；由于氣體已被分離，在沉降室搖動很小，污泥在此沉降；由斜面返回到反應(yīng)區(qū)。

厭氧反應(yīng)器的作用是分解污水中有機(jī)物，效率以出水中COD含量表示。COD表示化學(xué)耗氧量。

1.2??厭氧反應(yīng)器流程圖

從圖1中可以看出污水來源主要是氧化尾氣廢水（堿性）、精制廢水（酸性）、脫水塔廢水（酸性）、氧化殘渣廢水（堿性且不連續(xù)）、間隙污水（正常時酸性，異常為堿性）等。

污水裝置厭氧反應(yīng)器出口COD高，水力負(fù)荷低，耗氧耗電多，產(chǎn)生的污泥多。

2.1?厭氧反應(yīng)器出口COD高

從上表1可以看出，厭氧反應(yīng)器進(jìn)料鈉和溴離子波動較大，主要是催化劑回收系統(tǒng)是間隙操作，同時裝置系統(tǒng)需要定期地進(jìn)行堿洗作業(yè)，造成進(jìn)料波動[7，8]。

2.2??厭氧反應(yīng)器水力負(fù)荷低

我們對國內(nèi)幾家厭氧反應(yīng)器進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)我們厭氧反應(yīng)器的實(shí)際量比設(shè)計量小，停留時間比較小。具體見表2

2.3?厭氧反應(yīng)器出口污泥夾帶多

裝置厭氧反應(yīng)器出水污泥較多主要是絲狀污泥，因為其密度相對于顆粒污泥較小，原因可能是流速過快。下面分別厭氧反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥和絲狀污泥特性進(jìn)行分析.

2.3.1??厭氧污泥形狀

厭氧污泥分為顆粒和絲狀污泥。

（1）顆粒污泥物理特性。

厭氧顆粒污泥的形狀多數(shù)具有相對規(guī)則的球形或橢球型。直徑變化范圍0.14～5mm。顆粒污泥的密度約在1030～1080?kg/m3之間。?顆粒污泥的化學(xué)特性，顆粒污泥的干重是揮發(fā)性懸浮物（VSS）與灰分之和。有機(jī)物蛋白占11～12.5%，碳水化合物占10～20%，顆粒污泥中一般含碳40.5%，氫7%，氮約10%。

（2）?絲狀污泥的特性。

絮狀污泥直徑0.005～0.13mm[9，10，11]?絮狀污泥顆粒沉降速度1～1.5m/h[12]，絮狀污泥的密度900～990?kg/m3.

• 原因分析

根據(jù)厭氧反應(yīng)器出現(xiàn)的問題，我們認(rèn)為COD高，出水中污泥含量高，可能是反應(yīng)器內(nèi)存在溴離子濃度高，影響厭氧反應(yīng)。我們選擇一臺厭氧反應(yīng)器進(jìn)行工業(yè)試驗，求取厭氧反應(yīng)器的反應(yīng)速度常數(shù)。

3.1生化反應(yīng)動力學(xué)方程（無抑制劑）

我們知道厭氧反應(yīng)屬于生化反應(yīng)，有通用方程，但不同物質(zhì)和不同條件下，動力學(xué)常數(shù)不一樣，下面根據(jù)本裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)求得本裝置的動力學(xué)常數(shù)。

對底物和生物量分別列出質(zhì)量平衡方程[13]

中，F(xiàn)為進(jìn)料流量；F0為出口流量;S0和X0分別為進(jìn)料中底物濃度和干細(xì)胞密度；X和S?分別為厭氧反應(yīng)器出口處底物濃度和干細(xì)胞密度。、????表示動力學(xué)常數(shù)和產(chǎn)率系數(shù)。

我們把求得的厭氧反應(yīng)速度常數(shù)代入生化動力學(xué)（有抑制劑）以便求得抑制劑的最大濃度。

3.2生化動力學(xué)（有抑制劑）的數(shù)學(xué)模型

3.2.1質(zhì)量平衡方程[13]

根據(jù)公式6～8和表4數(shù)據(jù)得到容許抑制劑濃度，見厭氧反應(yīng)器動態(tài)濃度變化圖3。

從圖3可以看出抑制劑（溴離子）濃度為310mg/L。

4、采取措施

溴離子波動在100～2000mg/L調(diào)整為100～200mg/L。反應(yīng)停留時間由30h調(diào)整為40h。污水厭氧反應(yīng)器流程修改如圖4。

原來有一股流速大約為40?t/h的污水，其中含有溴離子和鈉離子，溴離子濃度大約為3000～5000?mg/L?鈉離子濃度為2000～3000?mg/L，溫度為30～40?℃，壓力為300～500?kPa。原來混在一起的，?現(xiàn)在分開，單獨(dú)處理。分別進(jìn)行超濾，得到部分純?yōu)V水可以作為循環(huán)水補(bǔ)水和30%濃水，濃水再進(jìn)行多效蒸發(fā)，得到大約含水50%～60%的溴化鈉，然后再進(jìn)行進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)行分離得到含水10%～15%的溴化鈉。對含10%～15%水的溴化鈉進(jìn)行干燥得到含水0.1%的溴化鈉，該溴化鈉可以對外銷售。這樣做主要是降低污水中溴和鈉含量。

5、效果驗證

經(jīng)過反應(yīng)器流程改造，溴離子進(jìn)口濃度調(diào)整，反應(yīng)器出口COD指標(biāo)正常，產(chǎn)生沼氣流量正常，具體見表5.

6?結(jié)論

文章敘述了厭氧反應(yīng)器的原理和厭氧反應(yīng)器的存在問題，即污水出水的COD高，污水出水的污泥含量高。經(jīng)過生化方程模擬和工業(yè)試驗得到溴離子和反應(yīng)器停留時間。采用新的參數(shù)和流程以后，反應(yīng)器的效率得到較大的提高，結(jié)論如下：

溴離子濃度由2000?mg/L調(diào)整為300?mg/L;停留時間由30?h調(diào)整為40?h;?污水厭氧反應(yīng)器流程修改有效。

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