膨胀颗粒污泥床反应器的应用研究进展

DRIES等[25,26]通过试验，在以乙酸为基质的情况下采用EGSB反应器对含硫酸盐废水进行处理，通过控制上述两个参数，获得了较高的处理效果。试验在2.3L的玻璃反应器内进行，反应器启动后，将COD/S控制在2.2，pH控制为7.9±0.1。从试验开始起，逐渐改变进水流量、SO42-浓度以及硫酸盐负荷，硫酸盐转化率及COD去除率分别为70%、90%左右;尤其是当进水SO42--S为800mg/L，SO42--S负荷为10.4kg/(m3•d)时，硫酸盐转化率和COD去除率分别高达94%和96%，此时，反应器内进水流量为(29.8±1.8)L/d，循环流量为236L/d，液体上升流速为5m/h，而水力停留时间为(1.9±0.1)h。
链霉素属微生物类药物，对革兰氏阳性菌和结核杆菌都有较强的抗菌作用，由于链霉素生产过程中排放的有机废水，具有大量的硫酸盐浓度，因而在生物处理上具有一定的难度。李建英[27]、任立人[28]、吴根[29]等采用EGSB工艺处理链霉素有机废水，处理效果较好。在进水COD为5000～13000mg/L，SO42-为500～1800mg/L条件下，COD的去除率可达70%以上，SO42-的去除率在60%左右。
由此可见，EGSB反应器在处理含硫酸盐废水方面具有极大的发展潜力。EGSB反应器处理含硫酸盐工业废水的研究将是进一步发展的重点。
2.4处理有毒性、难降解废水
毒性物质的存在及其浓度是影响厌氧处理的重要因素之一，废水中所含的毒性物质往往会对产甲烷菌产生危害或抑制作用，从而导致反应系统运行的失败。
废水中的毒性物质简单可分为无机毒物和有机毒物两大类。无机毒物如氨氮、无机硫化合物(H2S、SO32-)、重金属(如Cd2+、Pd2+)等，有机毒物则包括天然和合成化合物，主要代表有甲醛、长链脂肪酸(LCFA，如月桂酸、癸酸)、氰化物，和卤代化合物(如氯苯、五氯酚)、硝化芳香族、抗生素等等。
SPEECE[30]认为要稳定和有效地处理毒性废水，关键在于合适的驯化和长泥龄的保证，鉴于此，他提出了有助于厌氧去除毒物的3个条件:①毒物浓度远低于其LC50(使厌氧过程污泥产甲烷活性降低50%的有毒物质的质量浓度)值;②在处理条件下，毒物本身可以生物降解或能被螯合分离;③生物体对这种毒物能够驯化。采用EGSB处理毒性废水时，除了本身厌氧微生物对毒物的降解专性外，EGSB的高出水循环率，改善了反应器内混和状况，不仅有效地降低了浓度梯度对微生物生长的影响，更稀释了进水中的毒物浓度，从而具有更强的耐受能力。
当废水中含有对微生物有毒害作用的物质或是难于生物降解的物质时，采用传统的厌氧反应器或UASB反应器都很难获得较好的效果。由于EGSB反应器具有很高的出水循环比率，它可以将原水中毒性物质的浓度稀释到微生物可以承受的程度，从而保证反应器中的微生物能良好生长;同时还由于反应器中液体上升流速大，废水与微生物之间能够充分接触，可以促进微生物降解基质。因此，采用EGSB反应器处理毒性或难降解的废水可以获得较好的效果。
CalidicEuropoort是荷兰的一座化工厂，该厂以甲醇为原材料生产甲醛。由于缺少地皮，厂里最终采用了以Biobed®EGSB作为主要处理单元的废水处理工艺，该反应器采用外置循环水流，循环出水先进调节池，与原水稀释后被泵入反应器。该厂原废水COD为40000mg/L，其中甲醛为10000mg/L，甲醇为20000mg/L，甲醛和甲醇在高浓度下对微生物具有很强的毒性。反应器的进水流量为5m3/h，循环流量为145m3/h，原水被稀释了30倍，这时甲醇和甲醛的浓度不再对甲烷菌具有毒性(甲醛<500mg/L，甲醇<800mg/L)，Bioded®EGSB反应器可以正常运行，且其处理效果极好。反应器在HRT为1.8h，上升流速为9.4m/h、COD容积负荷为17kg/(m3•d)的运行条件下，出水中COD从未超过800mg/L，COD的去除率高于98%，出水中甲醇和甲醛的浓度平均为20mg/L，去除率高达99.8%[31,32]。
脂类是一种难生物降解的物质，一般来说厌氧降解脂类可以分为3个阶段：(1)脂类水解为长链脂肪酸(LCFA)和乙醇；(2)LCFA和乙醇降解为乙酸、H2和CO；(3)乙酸、H2和CO2转化为CH4。其中第二步是限速步骤。RINZEMA[33]采用EGSB反应器处理月桂酸钠(C12∶0)和癸酸钠(C10∶0)废水，均取得了很好的效果。当处理癸酸钠废水时，采用14～96倍的循环率，反应器内液体上升流速可达7.2～7.7m/h，运行35d后，COD容积负荷即可增至31.5kg/(m3•d)，平均COD去除率可达91%；当处理月桂酸钠废水时，采用5～11倍的循环率，液体循环流速达到10m/h，COD容积负荷可达到31.4kg/(m3•d)，平均83%的COD可被去除。
然而在实际LCFA废水中，月桂酸及癸酸的含量很小，油酸(C18∶1)所占的比重很大(80%)，有研究结果表明，EGSB反应器并不适合处理这类废水。HWU等[34]在高温(55℃)和中温(30℃)条件下研究水力学、温度和共存基质对EGSB反应器处理这类废水的影响。当仅以LCFA为基质时，采用较高的温度，COD去除率也较高，同时随着vup的增大，COD去除率减小，特别当vup升至4m/h时，大量颗粒污泥被冲出反应器，因此几乎对COD没有去除。加入乙酸盐、蔗糖等易生物降解的共存基质后，COD去除率(82%～89%)增加了，但是随着vup由1.0m/h变化至7.2m/h，中温情况下，转化为甲烷的比率由70%降为53%;在高温情况下，其比率由70%降为39%。可见，EGSB反应器的高vup特征对处理这类废水并无益处。