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1、上流式厌氧污泥床 UASB 处理冬瓜食品加工废水的动力学研究升流式厌氧污泥床 摘 要：采取常温上流式厌氧污泥床反应器降解冬瓜食品加工废水，基于Monod方程和反应器理论，经过一定的假设和分析，对其动力学特征进行分析和研究，建立了UASB反应器处理冬瓜食品加工废水的基质降解和产甲烷的动力学模型，并计算出了其中的动力学参数，得出可信度较高的动力学方程。关键词：厌氧；UASB反应器；冬瓜食品加工废水；动力学模型厌氧消化过程是一个复杂的生物化学和微生物学过程，厌氧生物处理动力学就是研究怎样把这些复杂的过程用相对较为简单、直观的数学表示式来描述。经过动力学研究能够预计反应器的效能，进行反应器的过程设计和
2、掌握并优化反应器的操作条件1。冬瓜食品加工厂是以冬瓜食品为主的深加工企业，冬瓜加工废水可生化性很好，采取生化法处理含有良好的效果，厌氧处理不但能够去除有机污染物，同时还能回收沼气2。本试验针对常温下UASB反应器处理冬瓜食品加工废水的动力学特征进行分析和研究，以取得有利于处理UASB反应器的设计型和操作型问题的参数。1 试验材料和方法废水水质冬瓜加工生产废水关键包含清洗废水和冬瓜切条粉碎蒸煮脱水及设备地面清洗水。废水中富含碳水化合物、膳食纤维、蛋白质、脂肪及多种维生素和氨基酸，冬瓜切条蒸煮脱水所产生的废水有机物浓度很高,其水质指标见表1。依据当地环境保护部门要求，处理后的废水水质达成国家污水综
3、合排放标准一级排放标准，其出水水质指标见表2。试验装置试验的关键装置为UASB反应器,采取有机玻璃制成，内径为9cm，外径为13cm，反应区高度为50cm。反应器顶部设有三相分离器，其内径为13cm，高度为25cm。反应器总高度为75cm，总容积为，有效容积为。沿反应器高度设置了5个等间距的污泥取样口。试验步骤试验所用UASB反应器接种的污泥为该反应器用于处理含酚废水形成的厌氧颗粒污泥。新鲜冬瓜经压榨、粗滤、沉淀、过滤后配成模拟冬瓜食品加工废水，进水前投加NaHCO3调整pH到合适的范围内。将预调配好的废水置于进水桶内, 由计量水泵提升进入UASB厌氧反应器,恒温水浴箱维持水温在2530之间改
4、变，控制反应器在常温条件下运行。出水经过反应器顶部的出水口流出,厌氧产生的沼气进入气体测量装置。经过调整反应器的停留时间和有机负荷，经过4个多月的连续运行，UASB反应器的运行进入稳定阶段，定时测其出水的COD值和反应器的产气量。注：1进水容器；2蠕动泵；3恒温水浴箱；4循环泵；5恒温水浴夹套；6UASB反应器；7三相分离器； 8污泥取样孔；9气体采样孔；10气体测量装置2 UASB反应器的动力学研究模型的建立厌氧生物处理动力学的内容包含基质降解、微生物增加及产甲烷三部分，经过动力学研究能够预计反应器的效能，进行反应器的过程设计和掌握并优化反应器的操作条件。UASB反应器的实际运行状态是很复杂
5、的，为了考察关键原因对基质降解和产甲烷率的影响，方便于动力学模型的建立，在对UASB反应器进行动力学分析之前，首先作以下假设3：反应器运行稳定；进水污染物均为可溶性有机物且不含微生物；颗粒污泥中微生物的生长一直处于对数生长久，颗粒污泥密度不变；反应器产生的气体全部以甲烷计。因为UASB反应器降解冬瓜食品加工废水是在严格厌氧的状态下进行，因此有机质的去除量能够用其被完全氧化的需氧量COD来计算。甲烷消耗的氧当量可按下式计算：从式中能够看出，氧化1mol的甲烷需消耗2mol的氧，这相当于氧化1mol的甲烷需消耗2mol的COD。在标准状态下，甲烷作为理想气体，1mol甲烷的体积为，所以1gCOD在
6、标准状态下可生成甲烷。令G0为甲烷的产率系数，则G0的理论值为/COD。在非标准状态下的产气率系数G0可按Boyle-Charles定律计算：式中，T为UASB反应器中的热力学绝对温度；P为UASB反应器中的气压。对于一个稳定运行的厌氧反应器来说，废水中的有机物浓度用COD表示，则厌氧系统内的COD物料平衡关系以下：CODinCODout=CODCH4+COD即：式中：Q为进、出水流量；Si、Se分别为进、出水底物质量浓度；GI为废水所产生的甲烷；Y为产率因数，它代表每克营养物所产生的微生物质量；f为氧化单位微生物的氧当量，即1g微生物所代表的COD值。依据Speece和McCarty提出的理论，用分子式C5H9NO3表示微生物细胞，则微生物的氧化分解可用以下的化学计量关系表示：按上式计算，每克微生物细胞完全氧化的氧当量为，即f=。厌氧反应器中的总甲烷产量为废水和污泥本身消化共同产生，即：式中，G为厌氧反应器所产甲烷总量；GR为污泥本身消化所产生的甲烷量。而：式中，b为污泥本身消化系数；Xa为反应器中厌氧颗粒污泥浓度，可用反应器中污泥浓度表示；V为UASB反应器中污泥的容积，取反应区的体积。将式代入式再代入式得：因为f=，式可改写为：G=G0Q+
