厭氧移動床生物膜反應(yīng)器在處理高濃度無蛋白奶清廢水中的應(yīng)用及其數(shù)值模擬.pdf

1、厭氧移動床生物膜反應(yīng)器(AnaerobicMovingBedBiofilmReactor，AMBBR)是傳統(tǒng)移動床生物膜反應(yīng)器在厭氧條件下的擴展應(yīng)用。該反應(yīng)器具有高效高負荷的特性，在處理紙漿廢水、釀酒廢水及垃圾滲濾液的應(yīng)用中皆取得較好的效果，但在處理奶制品工業(yè)廢水的應(yīng)用中仍是空白。在現(xiàn)代化的奶酪生產(chǎn)過程中，原奶經(jīng)超濾工藝后蛋白質(zhì)被截留，滲濾出的液相(milkpermeate)即為無蛋白奶清。無蛋白奶清的主要成分為乳糖(CoD高達70g·

2、l-1)，氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)含量低且極易酸化，因而被視為高污染、難處理的有機廢水，在生物反應(yīng)器處理中鮮見報道。本研究設(shè)計了一系列實驗考查運行參數(shù)對AMBBR處理效果的影響，研究AMBBR在處理無蛋白奶清過程中的運行特性并建模對AMBBR進行數(shù)值模擬。論文的主要研究結(jié)論如下： 1)運行參數(shù)對厭氧移動床生物膜反應(yīng)器的運行效果有明顯影響。本部分實驗考察了AMBBR反應(yīng)器接種污泥量對出水效果的影響，不同填料對污泥的保持能力及其對反應(yīng)器抗沖

3、擊性能的影響，進料時長在不同有機負荷下對反應(yīng)器運行的穩(wěn)定性及處理效果的影響，以及不同污泥負荷對(F/M，反應(yīng)器中基質(zhì)對生物量比率)pH及揮發(fā)性脂肪酸發(fā)生動態(tài)的影響。結(jié)果表明在低負荷條件下，出水水質(zhì)主要受反應(yīng)器中污泥濃度的影響，AMBBR更適于應(yīng)用在高負荷處理條件下。體積小比表面積大的填料能更有效保持AMBBR中的污泥量，從而保證反應(yīng)器能更平穩(wěn)地運行。適當增大進料時長(等同于降低單位時間內(nèi)F/M比率)可避免大量VFA在短時間內(nèi)累積從而保證

4、反應(yīng)器中pH維持在適宜產(chǎn)甲烷菌活動的范圍，AMBBR也可穩(wěn)定運行。 2)AMBBR可有效應(yīng)用于無蛋白奶清廢水處理中。根據(jù)對AMBBR運行條件的優(yōu)化結(jié)果，對兩種無蛋白奶清廢水MP(100％無蛋白奶清)及MPW(無蛋白奶清與洗滌水混合液)在常溫(23±2℃)及中溫(37±2℃)條件下分別進行AMBBR處理。常溫條件下，在有機負荷不斷提高的過程中MP及MPW反應(yīng)器均出現(xiàn)系統(tǒng)過載現(xiàn)象，反應(yīng)器可穩(wěn)定運行的最大有機負荷分別為5.5及8.0

5、gTCOD·l-1·d-1。而在中溫條件下MP及MPW沒有出現(xiàn)明顯的系統(tǒng)過載，在9.5及20gCOD·l-1·d-1有機負荷條件下仍可穩(wěn)定運行，溶解性COD去除率仍可保持在90％以上。以上實驗結(jié)果表明，AMBBR處理高濃度無蛋白奶清廢水在中溫條件下的效果較好，與其他反應(yīng)器工藝具有可比性。即便高濃度的MP及MPW未經(jīng)稀釋直接進入反應(yīng)器，反應(yīng)器中也未出現(xiàn)酸化現(xiàn)象，這表明在AMBBR中填料的應(yīng)用可保持足夠的生物量來應(yīng)對外來沖擊，使得AMBBR

6、明顯優(yōu)于其他生物膜反應(yīng)器。 3)動力學分析是研究AMBBR性能的一個有效手段。本研究結(jié)合現(xiàn)有的厭氧消化動力學分析方法，在實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上初步確定AMBBR的產(chǎn)甲烷參數(shù)、生物量維持系數(shù)、最大基質(zhì)利用率及污泥產(chǎn)率，并證實基于可生物降解總COD及甲烷產(chǎn)量的Michaelis-Menten公式可應(yīng)用于AMBBR反應(yīng)器甲烷產(chǎn)量的預測。因此，動力學分析可作為一個簡單有效的手段，在無需模型模擬的情況下對AMBBR的性能進行評價并對其運行情況

7、進行初步預測。 4)首次提出AMBBR數(shù)學模型并證實其真實有效性。本研究基于現(xiàn)有的ADM1(厭氧消化一號模型)及相關(guān)的生物膜反應(yīng)器模型研究，對ADM1的模型框架進行擴展，加入生物膜模塊，建立了AMBBR模型。通過實驗及以實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的靈敏度分析，確定了八個靈敏度較大的參數(shù)并進行模型校正。利用反應(yīng)器批量實驗的數(shù)據(jù)對模型進行驗證的結(jié)果表明，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果有較好的擬合性，模型可用于AMBBR反應(yīng)器的模擬預測。對反應(yīng)器處理無蛋白