俞漢青 鄭先君 宋國平
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)學(xué)院環(huán)境工程實驗室

前　言

　　出水回流是有機廢水厭氧生物處理中經(jīng)常采用的一種運行方式。已有較多有關(guān)出水回流對上流式厭氧濾器影響的試驗研究，一些試驗證明回流能夠提高有機物去除率，而另一些試驗則得出了相反的結(jié)論。事實上，回流對厭氧濾器的影響相當(dāng)復(fù)雜：（1）減少了廢水在反應(yīng)器中的實際停留時間；（2）稀釋了廢水濃度；（3）改善了有機物在反應(yīng)器分布的均勻性；（4）增強了有機物與生物膜之間的傳質(zhì)。顯然，前兩個因素對出水水質(zhì)的影響是負(fù)面的，而后兩個因素則有利于改善出水質(zhì)。本文報道一種通過數(shù)學(xué)模型預(yù)測出水回流對上流式厭氧濾器有機物去除效率的影響的方法。

研究方法

　　一個有效容積為11.3升、填充軟性纖維填料的上流式厭氧濾器被用于處理豆制品廢水。該廢水的COD平均濃度為9.8克/升，總氮為0.4克/升，pH介于5.4和6.6之間。厭氧濾器在35℃條件下運行。啟動時的水力停留時間（HRT）為35小時，廢水COD濃度約為3克/升，有機負(fù)荷率（OLR）為2.06克COD/升.天。在此之后開始了一系列改變進水COD濃度或HRT的連續(xù)穩(wěn)態(tài)試驗。至于回流試驗，則是分別選擇了兩個OLR：11.3和13.5克COD/升.天，分別從最小的回流比1.0開始進行回流試驗，每當(dāng)達到穩(wěn)態(tài)之后再提高回流比，直到完成最后一個回流比6.0的試驗為止?；亓鞅萺定義為回流量Q_r與原廢水流量Q_o之比。試驗中的有關(guān)分析均按水和廢水標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法進行。

結(jié)果與討論

　　對無回流狀態(tài)下的穩(wěn)態(tài)試驗結(jié)果進行回歸分析，得到如下的關(guān)系式：
　　S_e = 0.042×S_o^1.40×HLR_o^0.98 (1)
　　式中S_e和S_o分別為濾器出水和進水的COD濃度（單位：克/升），而HLR_o則為濾器的水力負(fù)荷率（單位：天-1）,它等于原廢水流量Q_o除以反應(yīng)器V。
　　為了預(yù)測回流對出水水質(zhì)的影響，我們通過流量和物料平衡可以得到如下在回流條件下的出水水質(zhì)關(guān)系式：
　　S_e = 0.042× [(Q_o*S_o+Q_r*S_e)/(Q_o+Q_r)]^1.40*[(Q_o+Q_r)/V]^0.98 (2)
　　由于r = Q_r/Q_o,（2）式可寫為：
　　S_e = 0.042×(S_o+ r* S_e)^1.40×(1+ r)-0.42*(HLR_o)^0.98 (3)　
　　由于（3）式中（1＋r）的指數(shù)為負(fù)，且關(guān)系式兩邊均有S_e，我們需編寫程序進行迭代計算，得到回流條件下的出水COD濃度S_e。
　　設(shè)E為濾器COD去除率，那么（3）式可改寫為：
　　E = [1-0.042(S_o+ r*S_e)1.4×(1+r)-0.42×(HLR_o)^0.98/S_o]×100% (4)
　　根據(jù)計算結(jié)果，圖2表示了當(dāng)固定HLR_o為1.0天-1時，濾器COD去除率在不同進水濃度條件下與回流比之間的關(guān)系。
　　圖2表明，對于給定的S_o和HLR_o存在一個最佳回流比rmax,它對應(yīng)于回流條件下的最大COD去除率；當(dāng)回流比大于rmax,而小于rt(閾值回流比)時，COD去除率隨著r的增加而減小，但仍大于無回流時的COD去除率Eo；當(dāng)回流比等于rt時，此時的COD去除率等于Eo；而當(dāng)rt進一步增大時，回流將導(dǎo)致COD去除率下降至Eo之下。圖2還表明，最佳回流比rmax和閾值rt都隨著原廢水COD濃度的增加而減小，且在高濃度條件下一旦回流比超過rt后，濾器COD去除率急劇下降。
　　圖3則表明了當(dāng)固定原廢水COD濃度為6.0克/升時，濾器COD去除率在不同水力負(fù)荷條件下與回流比之間的關(guān)系。圖2清楚表明對于給定的S_o和HLR_o，也存在一個最佳回流比rmax和一個閾值回流比rt，且它們的數(shù)值隨著HLR_o的增加而減小。
　　圖4顯示了當(dāng)OLR為11.3克-COD/升.天時，實際COD去除率與回流比r變化的情況，為了對比，也將根據(jù)關(guān)系式（4）計算得到的結(jié)果一并畫于圖中。無回流時的實驗COD去除率為86.7%，有回流時的實驗COD去除率介于87.8%和91.3%之間，而模型預(yù)測的無回流時COD去除率為86.9%，有回流時的COD去除率介于87.2%和89.2%之間；實驗rmax值為2.0，而預(yù)測rmax則為2.5。上述試驗和預(yù)測結(jié)果很接近。

　　當(dāng)OLR為13.5克-COD/升.天時，實驗和預(yù)測的COD去除率與回流比r之間的關(guān)系均顯示在圖5中。試驗表明，當(dāng)r小于4 .2時，回流能增加COD 去除率；而當(dāng)r大于4.2時，COD去除率均低于無回流時的值（85.0%）；試驗的最大COD去除率和與之相對應(yīng)的rmax分別為88.1%和2.0；當(dāng)濾器以回流比為6運行時，COD去除率下降為80.1%，低于無回流時的COD 去除率。如圖5所示，模型預(yù)測的最大COD去除率和rmax分別為87.0%和2.0。這些試驗和預(yù)測結(jié)果非常接近。兩組試驗得到的rmax變化情況也與模型預(yù)測的一樣，即rmax隨HLR_o和S_o的增加而減小。

結(jié)　論

　　依據(jù)無回流條件下出水水質(zhì)與進水水質(zhì)和水力負(fù)荷率之間的關(guān)系式，通過物料衡算，可以推導(dǎo)出回流對厭氧濾器出水水質(zhì)的影響的模型，這一模型的預(yù)測值與試驗結(jié)果一致。