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

1、厭氧移動床生物膜反應器(AnaerobicMovingBedBiofilmReactor，AMBBR)是傳統(tǒng)移動床生物膜反應器在厭氧條件下的擴展應用。該反應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用中皆取得較好的效果，但在處理奶制品工業(yè)廢水的應用中仍是空白。在現代化的奶酪生產過程中，原奶經超濾工藝后蛋白質被截留，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，在生物反應器處理中鮮見報道。本研究設計了一系列實驗考查運行參數對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進行數值模擬。論文的主要研究結論如下： 1)運行參數對厭氧移動床生物膜反應器的運行效果有明顯影響。本部分實驗考察了AMBBR反應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，反應器中基質對生物量比率)pH及揮發(fā)性脂肪酸發(fā)生動態(tài)的影響。結果表明在低負荷條件下，出水水質主要受反應器中污泥濃度的影響，AMBBR更適于應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F/M比率)可避免大量VFA在短時間內累積從而保證

4、反應器中pH維持在適宜產甲烷菌活動的范圍，AMBBR也可穩(wěn)定運行。 2)AMBBR可有效應用于無蛋白奶清廢水處理中。根據對AMBBR運行條件的優(yōu)化結果，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反應器均出現系統(tǒng)過載現象，反應器可穩(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，與其他反應器工藝具有可比性。即便高濃度的MP及MPW未經稀釋直接進入反應器，反應器中也未出現酸化現象，這表明在AMBBR中填料的應用可保持足夠的生物量來應對外來沖擊，使得AMBBR

6、明顯優(yōu)于其他生物膜反應器。 3)動力學分析是研究AMBBR性能的一個有效手段。本研究結合現有的厭氧消化動力學分析方法，在實驗結果的基礎上初步確定AMBBR的產甲烷參數、生物量維持系數、最大基質利用率及污泥產率，并證實基于可生物降解總COD及甲烷產量的Michaelis-Menten公式可應用于AMBBR反應器甲烷產量的預測。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數學模型并證實其真實有效性。本研究基于現有的ADM1(厭氧消化一號模型)及相關的生物膜反應器模型研究，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據為基礎的靈敏度分析，確定了八個靈敏度較大的參數并進行模型校正。利用反應器批量實驗的數據對模型進行驗證的結果表明，模擬結果與實驗結果有較好的擬合性，模型可用于AMBBR反應器的模擬預測。對反應器處理無蛋白