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    UASB-ASP系統(tǒng)處理含大蒜素廢水性能及動力學(xué)研究

    2021-07-01 13:36:54李海波趙詩琪張佳莉徐能耀宋圓圓郭建博
    天津城建大學(xué)學(xué)報 2021年3期
    關(guān)鍵詞:模型

    彭 航,李海波,趙詩琪,張佳莉,徐能耀,宋圓圓,郭建博

    (天津城建大學(xué)a.環(huán)境與市政工程學(xué)院;b.天津市水質(zhì)科學(xué)與技術(shù)重點實驗室,天津300384)

    山東省是大蒜種植大省,每年會有大量的大蒜進(jìn)行浸泡、切片、沖洗、脫水、烘干和包裝等深加工過程而產(chǎn)生大量含大蒜素廢水[1-2].大蒜素具有抑菌性,其中硫醚抑制細(xì)胞分裂,破壞微生物正常代謝,使得含大蒜素廢水成為一種高濃度難處理廢水[3-4].因此,研究一種高效、運行費用低的工藝處理含大蒜素廢水,并使出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),具有極大的實際需求和現(xiàn)實意義.

    目前,針對有機物含量高、具有抑菌性的含大蒜素廢水的處理方法有物理法、化學(xué)法、物化法、生物法等[5-12].其中,生物處理法以其成本低、處理效率高、環(huán)境友好等特點被廣泛應(yīng)用在污水處理中[5-6].厭氧生物處理通常被用于降解高濃度有機廢水,尤其以上流式厭氧污泥床(UASB)為主體的厭氧生物處理工藝應(yīng)用最為廣泛,但厭氧出水仍含有一定濃度的有機物[13].為了使其出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)必須采取有效的后處理工藝,而好氧后處理工藝中活性污泥法(ASP)操作控制方便,發(fā)展較為成熟[14].因此,本文構(gòu)建UASB-ASP系統(tǒng)處理含大蒜素廢水.

    為了考察UASB-ASP系統(tǒng)對含大蒜素廢水處理性能,本文對廢水中污染物降解、pH值變化特性進(jìn)行了評估;分析系統(tǒng)內(nèi)厭氧和好氧污泥量和生物量的變化以及污泥中多糖(PN)和蛋白(PS)含量與降解性能間的內(nèi)在關(guān)聯(lián);利用一階基質(zhì)降解模型、Grau二階模型、Stover-Kincannon修正模型,闡述厭氧和好氧條件下COD的去除規(guī)律.研究結(jié)果可為含大蒜素廢水處理提供一定理論和技術(shù)參考.

    2002—2015年,京津冀、長三角、珠三角三大城市群城鎮(zhèn)人口逐漸增加,其中,長三角城市群城鎮(zhèn)人口數(shù)量在三大城市群中最大。2015年,長三角城市群城鎮(zhèn)人口總數(shù)達(dá)11 117萬人,遠(yuǎn)多于京津冀城市群(6966 萬人)和珠三角城市群(7454 萬人)。[12]三大城市群城鎮(zhèn)居民人均生活用電量見圖3,與圖1比較可看出,引入人口因素的指標(biāo)之間差距明顯縮小,城鎮(zhèn)居民生活用電量與城鎮(zhèn)人口數(shù)量之間存在密切關(guān)系。

    超聲引導(dǎo)下對細(xì)菌性肝膿腫的治療相比于常規(guī)治療措施具有對患者創(chuàng)傷小、安全性更高等優(yōu)點,其逐漸替代了傳統(tǒng)治療方式[1]。為分析該研究方法在細(xì)菌性肝膿腫的有效性。本研究比較超聲引導(dǎo)下經(jīng)皮肝穿刺細(xì)針抽吸術(shù)與置管引流術(shù)在治療細(xì)菌性肝膿腫中的療效。結(jié)果如下。

    1 材料與方法

    1.1 實驗裝置及運行

    實驗裝置由UASB、ASP、沉淀池、污泥回流裝置等構(gòu)成(見圖1).反應(yīng)器由有機玻璃制成,UASB內(nèi)徑6.8 cm,有效體積為3.5 L;ASP寬為10 cm,有效高度為15 cm,有效體積為1.5 L.進(jìn)水、UASB出水回流及污泥回流均通過蠕動泵完成,運行溫度維持在(30℃±2℃),ASP的溶解氧質(zhì)量濃度控制在2 mg/L左右.通過降低HRT及添加UASB出水回流將運行過程分為5個階段.階段I至III,通過降低HRT,提升容積負(fù)荷;階段IV至V,通過添加UASB出水回流,改善其處理性能,具體運行參數(shù)見表1.通過檢測進(jìn)出水COD、pH,污泥的SS、VSS、PN和PS等指標(biāo),分析系統(tǒng)對含大蒜素廢水處理性能.

    表1 運行參數(shù)

    1.2 實驗用水與接種污泥

    實驗所用接種污泥來自天津某市政污水處理廠二沉池,UASB加入1.75 L經(jīng)24 h沉淀污泥,ASP則加入0.75 L該污泥,接種后UASB和ASP中SS、VSS均為28.6 g/L和10.4 g/L.實驗所用含大蒜素廢水是將大蒜榨汁與乙酸鈉混合制成,其中75%COD由乙酸鈉提供,25%COD由大蒜汁提供.同時添加微量元素,其在廢水中的質(zhì)量濃度分別為:ZnSO4,2.2 mg/L;CaCl2,5.5 mg/L;MnSO4,4.3 mg/L;FeSO4·7H2O,5 mg/L;Na2MoO4/2H2O,2.1 mg/L;CuSO4/5H2O,1.6 mg/L;CoCl2/6H2O,1.6 mg/L;EDTA,63.7 mg/L.

    《秀才胡同》作為典型的“中國風(fēng)”歌曲,對修辭格的運用尤其注重。本文將其所用修辭格,舉例列出如表1.1所示。

    1.3 分析方法

    PN和PS是微生物分泌的大分子物質(zhì),主要源于生物合成、有機底物的利用和細(xì)胞的溶解及大分子水解等過程,并且PN和PS間相對含量的變化影響著污泥顆粒化及污染物降解性能[25-27].因而,為了考察系統(tǒng)內(nèi)微生物的聚集特征和降解能力,測定系統(tǒng)不同階段PN和PS含量變化,其含量變化及PN/PS值如表2所示.階段I至V,UASB中PN/PS由0.50增至1.88;PN具有疏水性,而PS具有親水性,PN/PS變大后,微生物表面疏水性增加導(dǎo)致吉布斯自由能降低,這有利于污泥聚集形成沉降性和機械性良好的顆粒污泥,從而高效降解含大蒜素廢水中的污染物[28-29].階段IV,觀察到UASB中出現(xiàn)顆粒污泥.在ASP中,階段I至III,PN由30.01 mg/(g·vss)增至40.12 mg/(g·vss),PS由3.95 mg/(g·vss)增至29.78 mg/(g·vss).這是因為HRT降低后,ASP中微生物為了適應(yīng)負(fù)荷提升和水力沖刷增加的變化,分泌更多的PN和PS來抵抗沖擊[30-31].PN的增加可改善負(fù)荷提高后微生物的降解能力,而其中PS的增加可促使污泥絮凝形成沉降性良好的菌膠團[30-32].階段IV至V,PN和PS分別降低且穩(wěn)定在34.55 mg/(g·vss)和17.96 mg/(g·vss)左右,是因為ASP的進(jìn)水COD減小且相對穩(wěn)定,使得PN和PS含量保持平穩(wěn).

    1.4 動力學(xué)模型分析

    采用一階基質(zhì)降解模型、Grau二階模型和Stover-Kincannon修正模型對UASB和ASP中COD去除過程進(jìn)行評估.

    最大扭矩(Nm/rpm) .........................................72/6750

    1.4.1 一階基質(zhì)降解模型

    若基質(zhì)降解過程符合一階動力學(xué),則完全混合體系中基質(zhì)濃度的變化率可以表示為[17]

    鋼絲繩走線分析:基本單元四邊形N1N2F2F1、M1M2E2E1兩組角線變化基本相同,且單調(diào)遞增,可以依據(jù)曲線變化設(shè)計鋼絲繩走向。

    Grau二階模型的表達(dá)式為[18]

    在小學(xué)語文的課堂上,大多老師希望學(xué)生盡可能地以競爭或者合作的方法,對所學(xué)知識的吸收保存疑慮并不斷探究。在小學(xué)語文的文章中,經(jīng)常會接觸到描述歷史的小故事,就如《十里長街送總理》。老師可以通知學(xué)生們,在學(xué)習(xí)之前通過其他方式了解周總理的一生,這樣做不僅可以加深學(xué)生對我國歷史的了解程度,更能使學(xué)生產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣和對歷史的熱愛。與此同時,學(xué)生應(yīng)主動通過字典或其他方式,了解課文里出現(xiàn)的陌生成語典故,并能熟練地掌握這些成語。用了這些方法,學(xué)生的閱讀興趣會得到提高。

    式(1)-(2)中:Si和Se分別代表進(jìn)水和出水基質(zhì)質(zhì)量濃度,mg/L;K1是一階基質(zhì)去除速率常數(shù),d-1;HRT是水力停留時間,d;Q是廢水的處理量,m3;V是反應(yīng)器的體積,m3.

    根據(jù)基質(zhì)去除速率常數(shù)K1,一階基質(zhì)降解模型可以評估不同HRT情況下的出水基質(zhì)濃度Se.

    1.4.2 Grau二階模型

    隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展,新媒體行業(yè)隨之興起并繁榮,媒介融合的趨勢不斷加強。而各類傳統(tǒng)報紙(黨報、專業(yè)報、綜合商業(yè)報)繼續(xù)探索轉(zhuǎn)型之路,在“互聯(lián)網(wǎng)+”的影響下,基本形成了“兩微一網(wǎng)一端”的數(shù)字化布局,并不斷與新媒體融合。

    穩(wěn)定運行情況下公式(1)簡化為

    1.4.3 Stover-Kincannon修正模型

    以Si/K2X為常數(shù),將(Si-Se)/Si表示基質(zhì)的去除率,可將該公式簡化為

    棗棉間作條件下,棉花產(chǎn)量株高、莖粗、葉片數(shù)的通徑分析結(jié)果表明,籽棉產(chǎn)量與株高和莖粗均呈正相關(guān),與葉片數(shù)呈負(fù)相關(guān)(表1),株高直接作用于產(chǎn)量(0. 753),莖粗通過株高對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)最大(0. 508 3),但莖粗通過葉片數(shù)對產(chǎn)量產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)(-0. 357 7),通過正負(fù)抵消,間接作用對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)較小(0. 150),葉片數(shù)主要通過直接作用對產(chǎn)量產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)(-0. 684)。

    式(4)-(5)中:E是基質(zhì)去除率,%;K2是二階基質(zhì)去除速率常數(shù),d-1;X為生物量質(zhì)量濃度,g/L.a和b是常數(shù),常數(shù)b反映了基質(zhì)去除率,當(dāng)b接近1時,去除率E≈100%;常數(shù)a(a=Si(/K2X))與生物量濃度X成反比,在連續(xù)工藝中可以提高污泥齡使微生物量濃度X增加,從而實現(xiàn)去除率E的提高[19].

    積分后表達(dá)式變?yōu)?/p>

    Stover-Kincannon修正模型[18-20]用于描述反應(yīng)器表面積與基質(zhì)降解的關(guān)系,表達(dá)式為

    式中:ds/dt為基質(zhì)去除率,g/(m3·d);Umax為最大容積負(fù)荷,kg/(m3·d);KB為飽和常數(shù),kg/(m3·d);A為反應(yīng)器表面積,m2,在該模型中可用反應(yīng)器體積V(m3)代替,得到如下公式

    此外,基質(zhì)的去除率ds/dt還可以表示為

    由公式(7)和公式(8)可得

    通過Q(Si-Se)/V和QSi/V作圖可以確定Stover-Kincannon修正模型.通過模型得到基質(zhì)去除所需的體積V或出水基質(zhì)濃度Se.模型中最大容積負(fù)荷(Umax)代表理論最大基質(zhì)去除能力,飽和常數(shù)KB是指在這一基質(zhì)濃度下,微生物最大反應(yīng)速率.

    階段I(1~72 d),控制UASB的HRT為24 h,容積負(fù)荷為4 kgCOD/(m3·d),系統(tǒng)平均進(jìn)水COD為4 269 mg/L.經(jīng)過72 d運行,UASB出水COD由2 459 mg/L降至183 mg/L;ASP出水COD由1 166 mg/L降至88 mg/L.結(jié)果表明:隨著馴化進(jìn)行,系統(tǒng)對COD的去除性能逐漸提高.UASB的COD去除率由40.5%提升至95.8%,系統(tǒng)的COD去除率由71.8%提升至98.1%.這表明,UASB和ASP中污泥馴化基本完成,系統(tǒng)對含大蒜素廢水處理性能良好.

    2 結(jié)果與討論

    2.1 COD處理效果及pH變化規(guī)律

    根據(jù)HRT變化及UASB增設(shè)出水回流等情況,將整個實驗過程分為5個階段,系統(tǒng)中COD去除效果和pH變化規(guī)律如圖2所示.

    圖2 系統(tǒng)運行過程中COD、COD去除率、pH的變化

    西北地區(qū)白榆發(fā)芽后,也就是4月中旬就可開始嫁接。把粗度達(dá)到0.5 cm以上的白榆砧木,在離地面15 cm處平剪,把剪斷的砧木用嫁接刀在剪口處從下向上削3 cm長的馬耳形削口,在砧木馬耳形削口1.2 cm處斜向下橫切0.3 cm的切口。再將選取的粗度相近的接穗在下方從上向下削3 cm長的馬耳形削口,在削口1.2 cm處斜向上橫切深度0.3 cm的橫切口,所有的切口都一刀削成,且平整光滑。然后把接穗插入砧木橫切口,將接穗和砧木的皮層對齊嫁接在一起,并用嫁接專用塑料帶包扎。砧木和接穗粗細(xì)不一致時只需對齊一個邊的皮層即可。

    階段II(73~97 d),UASB的HRT降至12 h,容積負(fù)荷升至8 kgCOD/(m3·d),系統(tǒng)穩(wěn)定后,COD去除率為98.7%,表明此時含大蒜素廢水可被有效處理.階段III(98~118 d),UASB的HRT降至6 h,容積負(fù)荷升至16 kgCOD/(m3·d),UASB和ASP出水COD分別穩(wěn)定在1 125 mg/L和230 mg/L左右,最終UASB和系統(tǒng)的COD去除率分別僅為74.3%和94.8%.在該階段,UASB的COD去除率降低,并且系統(tǒng)出水水質(zhì)未能達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996)一級標(biāo)準(zhǔn).原因是UASB負(fù)荷過大,微生物無法有效降解含大蒜素廢水中污染物.

    階段IV(119~135 d),UASB增設(shè)150%的出水回流以改善其性能.UASB出水COD由1 125 mg/L(階段III)迅速降至402 mg/L,運行16 d后,出水COD穩(wěn)定在363 mg/L左右.ASP出水COD則由264 mg/L(階段III)降低并穩(wěn)定在163 mg/L左右.UASB和系統(tǒng)的COD去除率分別提高至91.5%和96.3%.階段V(136~150 d),UASB出水回流調(diào)至300%以進(jìn)一步提高其處理性能.在該階段,UASB和ASP出水COD分別穩(wěn)定在287 mg/L和89 mg/L左右,去除率分別提升至93.2%和98.1%.結(jié)果表明,階段V的UASB及系統(tǒng)出水水質(zhì)優(yōu)于階段IV,且300%的回流提升了UASB對于含大蒜素廢水的耐受性.系統(tǒng)出水COD在89 mg/L(<100 mg/L)左右,符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996)一級標(biāo)準(zhǔn).

    pH是影響厭氧生物處理的重要環(huán)境因素,UASB的正常運行需要相對穩(wěn)定且適宜的pH,但當(dāng)pH過高或過低時,產(chǎn)甲烷菌生長代謝和繁殖會受到抑制,導(dǎo)致脂肪酸積累,最終反應(yīng)器出現(xiàn)酸敗[21].含大蒜素廢水偏酸性,其pH值在5.8~6.3之間.UASB和ASP出水pH變化規(guī)律如圖2,未調(diào)節(jié)進(jìn)水pH情況下,UASB和ASP出水pH分別穩(wěn)定在7.5~8.0和8.2~8.8之間.UASB中的pH相對穩(wěn)定且適宜,說明產(chǎn)甲烷菌生長代謝正常,沒有出現(xiàn)揮發(fā)性脂肪酸的積累.UASB出水pH升高的原因是:產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸被產(chǎn)甲烷菌充分利用,且微生物的氨化作用使廢水中的蛋白質(zhì)和氨基酸產(chǎn)生致堿作用的氨[22].UASB出水進(jìn)入ASP后,剩余的揮發(fā)性脂肪酸被好氧菌氧化成CO2和H2O等無機物質(zhì),導(dǎo)致ASP出水pH升高[23].UASB-ASP系統(tǒng)中pH穩(wěn)定且適宜,表明系統(tǒng)處理酸性含大蒜素廢水時具有優(yōu)良的緩沖能力.

    系統(tǒng)5個階段運行結(jié)果表明:在UASB的HRT為6 h,回流為300%,容積負(fù)荷為16 kgCOD/(m3·d),ASP的HRT為2.6 h情況下,UASB-ASP系統(tǒng)處理酸性含大蒜素廢水,出水水質(zhì)良好達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996)一級標(biāo)準(zhǔn),并且系統(tǒng)pH維持穩(wěn)定和適宜.

    2.2 污泥量、生物量及PN與PS變化規(guī)律分析

    UASB和ASP中污泥量及微生物量(以SS和VSS表示)隨運行時間變化,如圖3-4所示.階段I,UASB中SS與VSS由接種時28.6 g/L與10.4 g/L降至13.8 g/L與9.0 g/L,VSS/SS由0.36增至0.65.這主要由于馴化階段絮狀、適應(yīng)性差的污泥與微生物被淘汰,并且污泥中無機物沖出量較多.在階段II,UASB中SS與VSS分別增至27.6 g/L與20.3 g/L,且VSS/SS增至0.74,這是因為微生物充分利用有機物等營養(yǎng)物質(zhì)生長,增長量超過了衰亡和流出量.運行至階段V,UASB中SS與VSS分別降至12.5 g/L與7.7 g/L,VSS/SS降至0.62,這是由于HRT降低和出水回流加入后,水力沖刷作用增強,導(dǎo)致細(xì)小、沉降差的污泥沖出.階段I至V,ASP中SS與VSS由接種時28.6 g/L與10.4 g/L持續(xù)減少至5.8 g/L與1.4 g/L,且VSS/SS值由0.36持續(xù)減少至0.24.這是由于水力剪切力增加以及ASP進(jìn)水COD較低,使得沉降性較差的污泥被洗出且微生物不易被富集[24].

    圖3 UASB反應(yīng)器內(nèi)SS、VSS、VSS/SS的變化

    圖4 ASP反應(yīng)器內(nèi)SS、VSS、VSS/SS的變化

    COD采用消解儀(Hach,DRB200,USA)和哈希COD分析儀(Hach,DR3900,USA)測定.pH值采用S225C型數(shù)字酸度計(梅特勒-托利多儀器有限公司,上海)測量.污泥量(SS)采用烘箱烘至恒重,污泥中微生物量(VSS)采用馬弗爐灼燒質(zhì)量法測定[15].PN和PS采用加熱法從污泥中提取,分別用考馬斯亮藍(lán)法和蒽酮-硫酸法測定PN和PS的含量[16].

    局部水頭損失采用沿程水頭損失的10%計算。根據(jù)以上公式計算管道水頭損失灘地片區(qū)為9.5 m,賢莊村片區(qū)為13.28 m。

    表2 反應(yīng)器內(nèi)PN、PS及PN/PS的變化

    反應(yīng)器中微生物通過調(diào)節(jié)PN、PS含量變化來影響微生物降解污染物[33-34],因而本實驗分析了UASB和ASP中微生物分泌的PN、PS含量與COD去除量之間的相互關(guān)系(見圖5).UASB中COD去除量與PN的線性關(guān)系為Y=1.154 6X-2.243 9(R2=0.916 4),與PS的相關(guān)性R2為0.081 5.結(jié)果表明:在一定范圍內(nèi),PN含量與COD去除量呈正相關(guān).這是因為容積負(fù)荷的提高可刺激微生物產(chǎn)生更多的PN,PN被認(rèn)為是細(xì)胞壁中的一層凝膠,可通過擴散保護(hù)微生物免受抑制性污染物的傷害,從而改善微生物在較高容積負(fù)荷下降解污染物的能力[35].ASP中微生物分泌的PN、PS與COD去除量相關(guān)性較弱,相關(guān)系數(shù)R2分別僅為0.767 9和0.503 6.這是因為ASP的進(jìn)水COD較小且相對穩(wěn)定,對微生物生長影響不大,使得其分泌的PN、PS含量變化不大.

    圖5 PN、PS與COD去除量的相關(guān)性

    2.3 動力學(xué)比較及特征分析

    為了描述和評估UASB-ASP系統(tǒng)對含大蒜素廢水的處理性能,選用一階基質(zhì)降解模型、Grau二階模型及Stover-Kincannon修正模型對COD去除過程進(jìn)行評估,根據(jù)模型得到的動力學(xué)參數(shù)如表3所示.

    該裝置以高純度氮氣模擬現(xiàn)場天然氣,以高純度硫化氫和二氧化碳模擬天然氣中的酸性組分,硫化氫與二氧化碳按1∶120的體積比混合均勻后,以鼓泡方式將其緩慢通入新鮮MDEA溶液以及含有不同天然氣中重組分的脫硫溶液,通過取樣口實時在線采集、分析吸收前后氣體中的酸性組分含量,待吸收時間大于20 min后,當(dāng)吸收前后的酸氣含量基本不變時,即可停止實驗。每個實驗平行做3次,根據(jù)差量法得到脫硫溶液的吸收性能。

    表3 動力學(xué)模型參數(shù)

    系統(tǒng)穩(wěn)定運行后,繪制(Si-Se)/HRT對Se的曲線來擬合一階基質(zhì)降解模型,得到擬合線性圖(見圖6a、6b).根據(jù)擬合結(jié)果得出UASB中動力學(xué)參數(shù)值:K1=17.281 3,R2=0.654 1;ASP中動力學(xué)參數(shù)值:K1=23.563 4,R2=0.842 8.擬合結(jié)果表明,一階基質(zhì)降解模型與UASB、ASP中COD去除過程擬合程度不佳.

    利用Grau二階模型對UASB和ASP中COD去除過程擬合,以Si/(K2X)為因變量,(Si-Se)/Si為自變量,擬合繪制出圖6c、6d.根據(jù)擬合結(jié)果得出UASB中動力學(xué)參數(shù)值:a=0.039 7,b=0.952 3,R2=0.993 1;ASP中動力學(xué)參數(shù)值:a=-0.254 1,b=3.443 0,R2=0.946 5.擬合結(jié)果表明:Grau二階模型與UASB、ASP中COD去除過程擬合程度較高,Grau二階模型可用來評估和預(yù)測COD去除,其出水COD預(yù)測公式如表3中(11)和(14).

    Stover-Kincannon修正模型被廣泛用于描述和預(yù)測各類上流式反應(yīng)器的處理性能[19].在該模型中,以V/(Q(Si-Se))為縱坐標(biāo),以V/(Q·Si)為橫坐標(biāo),進(jìn)行Stover-Kincannon修正模型動力學(xué)擬合,得到圖6e、6f.根據(jù)擬合結(jié)果得出UASB中動力學(xué)參數(shù)值:KB=109.02,Umax=108.45 kgCOD/(m3·d),R2=0.991 6;ASP中動力學(xué)參數(shù)值:KB=0.701 9,Umax=0.614 8 kgCOD/(m3·d),R2=0.400 8.擬合結(jié)果表明:Stover-Kincannon修正模型與UASB中COD去除過程擬合程度較高,且由Umax可知UASB具有良好的污染物降解性能,但該模型與ASP中COD去除過程擬合程度較差.

    圖6 COD去除動力學(xué)模型

    運用3種動力學(xué)模型對UASB和ASP中含大蒜素廢水降解過程的擬合可以得出結(jié)論:Grau二階模型可評估不同HRT情況下UASB對COD的去除效果.UASB的Grau二階模型中,b=0.952 3接近1,由公式(5)得出COD的理論去除率E接近100%,與實際平均93.2%(階段V)的去除率相接近,表明UASB具有較高的COD去除性能且微生物活性較高[18-19].根據(jù)Stover-Kincannon修正模型分析,UASB中最大容積負(fù)荷Umax=108.45 kgCOD/(m3·d),遠(yuǎn)大于實際容積負(fù)荷16 kgCOD/(m3·d),這表明UASB處理含大蒜素廢水具有良好的潛能.Grau二階模型和Stover-Kincannon修正模型描述了HRT、容積負(fù)荷等條件變化與基質(zhì)降解的關(guān)系,容積負(fù)荷的增加有效提升了反應(yīng)速率,微生物可通過調(diào)節(jié)PN和PS含量來提高其耐受性與降解能力,從而整體改善UASB對污染物的降解能力.另一方面,在ASP中COD去除過程與Grau二階模型擬合程度較高,該模型可對ASP不同HRT條件下含大蒜素廢水的降解過程進(jìn)行評估與預(yù)測.ASP的Grau二階模型中,b=3.443 0,由公式(5)得出此時COD的理論去除率E遠(yuǎn)小于100%,而實際ASP對COD的去除率僅為68.7%(階段V),但其出水水質(zhì)滿足GB8978—1996一級標(biāo)準(zhǔn).

    3 結(jié)論

    (1)UASB-APS系統(tǒng)可高效降解COD為4 000 mg/L的含大蒜素廢水,出水COD穩(wěn)定在89 mg/L左右,去除率達(dá)98.1%,符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn);UASB和ASP出水pH分別穩(wěn)定在7.5~8.0和8.2~8.8,表明系統(tǒng)處理酸性含大蒜素廢水時具有較強的緩沖能力.

    (2)在UASB中,PN/PS變大后,污泥表面疏水性的增加導(dǎo)致吉布斯自由能降低,從而促使厭氧污泥形成高生物量、結(jié)構(gòu)致密的顆粒污泥.在ASP中,HRT減小后,微生物分泌更多的PN和PS以增強自身的抵抗能力,同時形成穩(wěn)定的菌膠團結(jié)構(gòu).

    (3)UASB中COD去除過程與Stover–Kincannon修正模型、Grau二階模型擬合程度較高,而ASP中COD去除過程與Grau二階模型擬合程度較高.因而,可以利用Stover-Kincannon修正模型和Grau二階模型對UASB中COD去除效果以及用Grau二階模型對ASP中COD去除效果作評估預(yù)測,從而為UASB-ASP處理含大蒜素廢水運行優(yōu)化提供依據(jù).

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