俞漢青 鄭先君 宋國平
中國科學技術大學化學學院環境工程實驗室

前　言

　　出水回流是有機廢水厭氧生物處理中經常采用的一種運行方式。已有較多有關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論。事實上，回流對厭氧濾器的影響相當復雜：（1）減少了廢水在反應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器分布的均勻性；（4）增強了有機物與生物膜之間的傳質。顯然，前兩個因素對出水水質的影響是負面的，而后兩個因素則有利于改善出水質。本文報道一種通過數學模型預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的連續穩態試驗。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，每當達到穩態之后再提高回流比，直到完成最后一個回流比6.0的試驗為止。回流比r定義為回流量Q_r與原廢水流量Q_o之比。試驗中的有關分析均按水和廢水標準檢驗方法進行。

結果與討論

　　對無回流狀態下的穩態試驗結果進行回歸分析，得到如下的關系式：
　　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則為濾器的水力負荷率（單位：天-1）,它等于原廢水流量Q_o除以反應器V。
　　為了預測回流對出水水質的影響，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關系式：
　　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）的指數為負，且關系式兩邊均有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)
　　根據計算結果，圖2表示了當固定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,它對應于回流條件下的最大COD去除率；當回流比大于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；當回流比等于rt時，此時的COD去除率等于Eo；而當rt進一步增大時，回流將導致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荷條件下與回流比之間的關系。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，且它們的數值隨著HLR_o的增加而減小。
　　圖4顯示了當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，也將根據關系式（4）計算得到的結果一并畫于圖中。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，而預測rmax則為2.5。上述試驗和預測結果很接近。

　　當OLR為13.5克-COD/升.天時，實驗和預測的COD去除率與回流比r之間的關系均顯示在圖5中。試驗表明，當r小于4 .2時，回流能增加COD 去除率；而當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的rmax分別為88.1%和2.0；當濾器以回流比為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，模型預測的最大COD去除率和rmax分別為87.0%和2.0。這些試驗和預測結果非常接近。兩組試驗得到的rmax變化情況也與模型預測的一樣，即rmax隨HLR_o和S_o的增加而減小。

結　論

　　依據無回流條件下出水水質與進水水質和水力負荷率之間的關系式，通過物料衡算，可以推導出回流對厭氧濾器出水水質的影響的模型，這一模型的預測值與試驗結果一致。