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针对含硫酸盐有机废水厌氧生物处理过程中出现的不利因素(各菌种间的竞争性抑制作用和SO2-4还原产生H2S的毒性抑制作用),根据硫酸盐还原菌(SRB)、产酸菌(AB)和产甲烷菌(MPB)的生态位特征,采用两级厌氧与循环气提吹脱工艺,以蔗糖和乙醇为有机底物(COD为6000 mg/L-1),在COD/SO2-4为12、6和4(即SO2-4为500、1000和1500 mg·L-1)的三个阶段进行试验,分别研究了底物中乙醇浓度对硫酸盐还原、有机物去除和甲烷发酵效率的影响,以及系统对硫化物的吹脱效果和回流率与系统运行效果的关系。主要结论如下:
(1)乙醇的添加可以促进硫酸盐还原。当乙醇/S02-4从0提升至2时,系统的硫酸盐还原率由9%~15%提升至83%~89%,一级厌氧的硫酸盐还原率由7%~14%提升至82%~88%,乙醇对改善硫酸盐还原的作用十分明显。
(2)乙醇的添加有利于提高有机物去除和甲烷发酵效率。当乙醇/SO2-4从0提升至2时,系统的COD去除率由70%一85%提升至90%-94%,VFA由400~900mg·L-1降低至200-400 mg·L-1,一级厌氧的COD去除率由56%~72%提升至78%~80%,VFA由700~1100 mg·L-1降低至500~600 mg·L-1,CH4/COD由100~130ml·g-1提升至140~150 ml·g-1。
(3)不添加乙醇时,COD/SO2-4值的降低使硫酸盐还原率小幅提高,有机物去除和甲烷发酵效率有所降低,VFA提高明显;添加一定量乙醇后,不同COD/SO2-4值的硫酸盐还原率、COD去除率、甲烷发酵效率和VFA差距缩小,都维持在较好的状态。这说明SRB、AB和MPB菌群处于良好的协同代谢状态。
(4)系统的有机物去除和硫酸盐还原主要在厌氧膨胀床反应器中进行,硫化物吹脱、厌氧污泥沉淀和二级厌氧进一步处理在组合式沉淀器中完成。二级厌氧对硫酸盐还原量很小,但可以去除30%~70%的有机物,并且COD去除率随一级厌氧降低而升高,保证了整套系统的有机物去除效率在较高水平。
(5)硫酸盐还原率的提高使一级厌氧出水的硫化物浓度由7~18 mg·L-1上升至25~55 mg·L-1,最终出水由8~16 mg·L-1上升至20~40 mg·L-1,但始终低于60mg·L-1。厌氧产气过程去除了S0(一级厌氧出水理论上的最高硫化物浓度)中15%~35%的硫化物,外加气提吹脱去除了S0中15%~20%的硫化物。回流水的稀释作用使S0远低于硫化物产量(([SO2-4]i-[SO2-4]e)/3),厌氧产气和外加气提的吹脱作用使S0降低为Se和Sr,这是系统没有明显受到硫化物毒性影响的关键。
(6)5倍回流率与10倍回流率相比,整套系统COD去除率降低8~12个百分点,最终出水VFA提高约一倍,硫酸盐还原率有很小幅度的上升,一级厌氧出水硫化物浓度提高20%~30%,回流水和最终出水硫化物浓度没有明显变化。20倍回流率与10倍回流率相比,COD去除率仅有很小的上升,VFA略有降低,硫酸盐还原率降低10~15个百分点,一级厌氧出水硫化物浓度降低20%~40%,回流水硫化物浓度降低15%~35%,最终出水硫化物浓度降低15%~40%。回流率偏大(20倍)使稀释后底物浓度梯度过低,SO2-4还原率显著下降;回流率偏小(5倍)使上升流速较小,污泥床无法充分膨胀,COD去除率有所降低。