（市政工程专业论文）污水土地处理工艺处理有机废水的研究.pdf

c l a s s i f i e dln d e x ：翟：z ! 硷 u d c ： 6 2 8 3 d i s s e 僦i o nf o rt h em a s t e rd e 伊e ei i le n g i i l e e 血g s t u d yo no r g a n i cw a s t e w a t e r t r 皿a t m e n tw i t hw a s t e w a t e r l a n dt r e a t m e n tt e c h n o l o g y c a n d i d a t e ： s u p e r v i s o r ： y a n gl e i p r o f g u o l i n g a c a d e m i cd e g r e ea p p l i e df o r ：m a s t e ro fe n g i n e e r i n g s p e c i a l 够： d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ： u n i v e r s i 够： m u n i c i p a le n g i n e e r i n g j u n e2 0 1 0 q i n g d a ot e c h n o l o g i c a lu n i v e r s i t y 硕士学位论文 污水土地处理工艺处理有机废水的研究 学位论文答辩日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 盘二堕 一 青岛理工大学工学硕士学位论文 目录 摘 要i a b s l r a c t i i i 第1 章绪论 1 1 有机废水处理的方法分类1 1 2 国内外有机废水处理技术发展水平及存在的问题2 1 3 污水土地处理系统。8 1 3 1 污水土地处理系统的发展历史9 1 3 2 污水土地处理系统的工艺类型9 1 3 3 污水土地处理系统的国内外发展状况1 2 1 4 生物填料及选择原则13 1 4 1 常用生物填料13 1 4 2 污水土地处理系统中生物填料的选择原则1 4 1 5 研究意义和目标1 6 1 5 1 研究意义16 1 5 2 研究目标16 1 6 研究内容16 第2 章污水土地处理小试试验装置与方法1 8 2 1 试验装置及填料l8 2 1 1 试验装置及工艺流程1 8 2 1 2 试验填料1 9 2 2 试验用水1 9 2 2 1 人工污水配制原则1 9 2 2 2 人工污水配方及对应水质指标2 0 2 3 试验方法2 0 2 4 水质指标分析方法2 4 第3 章污水土地处理小试试验结果分析 2 5 3 1 污水土地处理系统小试试验的启动2 5 口气l 青岛理工大学工学硕士学位论文 3 1 1 启动试验2 5 3 1 2 启动试验结果分析2 6 3 2 土地处理系统处理效果的影响因素及规律的试验研究2 9 3 2 1 水力停留时间对不同生物填料处理效果的影响3 1 3 2 2 碱度的投加对不同生物填料处理效果的影响3 5 3 2 3 温度对不同生物填料处理效果的影响4 2 3 3 不同生物填料运行效果的对比5 1 3 3 1 不同填料对c o d 的处理效果5l 3 3 2 不同填料对b o d 5 的处理效果5 2 3 3 3 结果分析5 3 3 3 4 小结5 5 第4 章不同进水水质对系统运行效果的影响5 6 4 1 不同进水水质对c o d 去除效果的影响5 8 4 2 不同进水水质对b o d 5 去除效果的影响6 l 4 3 小结6 3 第5 章结论和建议。 6 4 5 1 结论：6 4 5 2 建议6 6 参考文献6 7 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作7 2 鹭 谢 i i 青岛理二【大学工学硕：i ：学位论文 摘要 污水高效二匕地自然净化系统属于污水自然生态净化技术，它是利用土壤一微 生物一植物组成的联合生态系统，对流经系统的污水进行处理，使污水的水质得 到净化和改善，其净化机理包括内置填料的吸附过滤，植物的同化吸收以及微生 物的降解转化作用。污水土地处理系统具有净化效果好、工艺设备简单、运营维 护管理方便、能耗低、对负荷变化适应性强、工程基建和运行费用低、出水水质 安全稳定、环境与社会效益显著、可实现废水的回收利用等特点。 本试验模拟污水高效土地自然净化系统处理有机废水，以人工配制污水为原 水，利用陶粒和碎石构建两个反应器单元进行平行试验，研究能将出水处理至达 标排放的运行参数以及水力停留时间、c o d 容积负荷、碱度投加、温度等因素 对系统处理效果的影响，同时对比不同填料单元对有机废水的净化效果，得出如 下结论： 1 试验初期采用的是“低浓度定负荷再连续流培养”的挂膜启动方式。在 温度为1 4 2 1 9 5 、设计进水流量为2 0 l d 、水力停留时间为j 4 4 h 的情况一f ， 第1 5 天时出水c o d 去除率便可趋于稳定，第2 5 天时挂膜成功。陶粒单元和碎 石单元的出水c o d 平均去除率分别为7 8 4 和8 7 9 ，最大去除率分别为8 0 0 2 和9 0 6 6 。该系统对氨氮和总磷没有去除效果。 2 在相同的温度和迸水浓度下，水力停留时间越长，c o d 容积负荷越小， 微生物对有机物的降解越充分，系统出水效果越好。当水力停留时间为2 8 8 h 、 c o d 容积负荷为0 1 2 5 k g c o d m 3 d 时，系统运行效果最好，陶粒和碎石单元出水 c o d 去除率分别为8 3 0 3 和8 2 1 7 ，b o d 5 去除率分别为8 2 4 6 和8 1 7 6 。 3 进水中碱度能够对系统的处理效果产生影响。水温为1 9 2 3 时，当进水 中未投加碱度，系统山水c o d 、b o d 5 均未满足排入下水道标准，陶粒和碎石填 料的c o d 平均去除率仅为2 7 5 7 和3 2 5 3 ，b o d 5 平均去除率仅为2 8 9 9 和 3 3 5 3 ；当向进水中投加碱度( n a 2 c 0 3 ) 2 0 0 m g l 时，系统出水c o d 、b o d 5 均可以满足排入下水道标准，陶粒和碎石填料的c o d 平均去除率上升至7 6 2 4 和7 2 2 1 ，b o d 5 平均去除率上升至7 6 7 9 和7 5 3 8 。 4 温度也是影响各单元系统运行的重要因素。水温为1 9 2 3 时，系统运行 青岛理工大学工学硕上学位论文 效果最好，出水c o d 、b o d 5 均可以达标，陶粒和碎石单元对c o d 的平均去除 率分别为7 8 5 和7 5 5 3 ，对b o d 5 的平均去除率分别为7 7 6 8 和7 7 5 。当 水温降至4 7 时，系统出水c o d 、b o d 5 均不能达标，陶粒和碎石单元对c o d 的平均去除率分别降至6 4 和51 31 ，对b o d 5 的平均去除率分别降至6 2 9 9 和5 1 5 6 。 5 陶粒填料单元对c 0 d 、b o d 5 的处理效果优于碎石填料单元。陶粒和碎 石单元对c o d 的平均去除率分别为7 1 0 9 和6 4 1 8 ，对b o d 5 的平均去除率 分别为7 0 8 l 和6 5 0 6 。 6 能够满足系统出水c o d 、b o d 5 达到污水排入城市下水道水质标准 要求的最佳运行条件是：水温介于1 9 2 3 之问，水力停留日j 问为7 2 h ，进水投 加碱度( n a 2 c 0 3 ) 2 0 0 m g l 。 7 污水的可生化性以及水质稳定性是同系统除污能力相关的重要因素。对 于易生物降解污水，陶粒和碎石单元出水c o d 平均去除率分别为8 9 7 7 和 8 2 1 4 ，b o d 5 平均去除率分别为8 9 7 1 和8 2 1 2 ；对于难牛物降解污水，陶 粒和碎石单元出水c o d 平均去除率分别为5 5 5 2 和4 4 5 2 ，b o d 5 平均去除率 分别为8 1 1 8 和6 7 8 9 。 关键词：污水土地处理系统；有机废水；陶粒；碎石 青岛理r 大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t t h es e w a g eh i g he f 葡c i e n c yn a t u r a l l yp u r i f y i n gt e c h n o l o g yu n d e rp l o wl a y e r e a r t hi san a t u r a l e c o l o g i c a lp u r i f i c a t i o nt e c h n o l o g yw h i c hu s e s a ne c o s y s t e m c o m p o s e db ys o i l m i c r o o 唱a n i s m p l a n tt od i s p o s eo f 罨e w a g eo nt h en o wt h r o u g ht h e s y s t e m ，p u r i 母i n gp o l l u t a n t sa n di m p r o v i n ge f j n u e n tq u a l i t y t h ep o l l u t a n tr e m o v a l m e c h a n i s mo fw a s t e w a t e rl a n dt r e a t m e n ti n c l u d e sa d s o 叩t i o na n df i l t r a t i o no ft h e b i 0 6 l t e r m a t e “a l ，i n s i d e ，a b s o r p t i o n o f v e g e t a t i o n a n d d e c o m p o s i t i o n o f m i c r o o r g a n i s m t t l ew a s t e w a t e rl a n dt r e a t m e n th a s t h ef o l l o w i n ga d v a n t a g e s ：l o w c o n s t f u c t i o ni n v e s t m e n ta n do p e r a t i n gc o s t s ，s i m p l em a n a g e m e n t ，s t a b i eo p e r a t i n g ， b e t t e rr e m o v a le m c i e n c y ，g r e a tc o m p a t i b i l i t yt ol o a d i n gc h a n g i n g ，s a l i e n tp r o f i to f e c o l o g i c a ls u r r o u n d i n g sa n ds o c i e t ya n de m u e n tr e u s i n g ，e t c - t h et e s ts t u d i e sc h et r e a t m e n to fo r g a n i cw a s t e w a t e rb yt h es i m u l a t e ds e w a g e h i g he f | f l c i e n c yn a t u r a l l yp u r i f y i n gt e c l m o l o g y t h ee x p e r i m e n td e v i c ec o n s i s t so f t w o p a r a l l e l r e a c t o ru n i t sw h i c ha r ef i l l e dw i t hc e r a m s i t ea n dd e t r i t u s r e s p e c t i v e l y a d o p t i n gt h es y n t h e l i cs e w 白g ea si n n u e n t ，t h eo p e r a t i n gp a r a m e t e r sa r es t u d i e dw h i c h c a nm a k et h ee f n u e n tt om e e tt h es t a n d a r d ，s u c ha sh i i j c o dv o l u m el o a d i n g ，a d d i n g a l k a l i n i t ya n dt e n l p e r a t u r e m e a n w h i l e ，t h ec l e a n u pe f f e c to fd i f ! f e r e n tr e a c t o ru n i t st o o r g a n i cw a s t e w a t e ri sc o m p a r e d t h ec o n c l u s i o ni ss u m m a r i z e d a sf o l l o w ： 1 t h es t a r t u pm e t h o do f “c o n t i n u o u sf l o wf b u o w i n gl o wc o n c e n t r a t ea n d s t a t i o n a r yl o a d i n 分i sa d o p t e di nt h ee a r l ye x p e r i m e n t t h ec o d r e m o v a lr a t ei st e n dt o b es t a b l eo nt h e1 5 md a yu n d e rt h et e m p e r a t u r eo f1 4 2 1 9 5 ，t h ed e s i g nn o wr a t e o f2 0 l da n dt h eh i to f14 4 h i tt a k e sa b o u t2 5d a y st os u c c e e di nc u l t i v a t i n gb i o n h n t h ea v e l a g eo fc e r a m s i t eu n i ta n dd e t r i t u su n i ta r e7 8 4 a n d8 7 9 ，t h em a xc o d r e m o v a lr a t ea r e8 0 0 2 a n d9 0 6 6 r e s p e c t i v e l y r h es y s t e md o e s n th a v ea b i l i t yt o r e m o v en h 4 十一na n dt p 2 u n d e rt h es a m e t e m p e r a t u r e a n di n n u e n tc o n c e n t r a t i o n ，m o r em i c r o b i 矗l d e g r a d a t i o nt oo r g a l l i cw a s t e w a t e rw o r k sw i t ht h eh r ti n c r e a s i n ga n dc o d v o l u m e l o a d i n gd e c r e a s i n g ，n l a k i n gt h eb e t t e re f n u e n te f f e c to fs y s t e m w h e nii r t i s2 8 8 ha n d l l i 青岛理工大学工学硕士学位论文 c o dv o l u m el o a d i n gi s0 12 5 k g c o d ( m 3 d ) ，s y s t e mh a st h eb e s to p e r a t i o n a le f f e c t w h i c ht h ec o dr e m o v a lr a t eo fc e r a m s i t ea n dd e t r i t u sa r e8 3 0 3 a n d8 2 17 r e s p e c t i v e l y ，t h eb o d 5r e m o v a lr a t ea f e8 2 4 6 a n d8 1 7 6 3 t h ea l k a l i n i t yf a c t o rc a na f r e c tt h es y s t e mt r e a t m e n t u n d e rt h et e m p e r a t u f eo f l9 2 3 ，t h ec o da n db o d 5o fs y s t e me 册u e n td i d n 、tr e a c ht h es t a n d a r do f d i s c h a r g i n gi n t o 1 ec i t ys e w e r sw h e nt h ea l k a l i n i t yi sn o ta d d e di nt h ei n n u e n t ，t h e c o d a v e r a g er e m o v a lr a f eo fc e r a m s i t ea n dd e t r i t u sa r e2 7 5 7 a n d3 2 5 3 o n l y ，t h e b o d 5a v e r a g e1 e m o v a l r a t ea r e2 8 9 9 a n d3 3 5 3 o n l y ；o nt 1 1 eo t h e rh a n d ，w h e n a l k a l i n i t y ( n a 2 c 0 3 ) i sa d d e di nt h ei n f l u e n tw h o s ec o n c e n t r a t i o ni s2 0 0m l ，t h e c o da n db o d 5o fs y s t e me m u e n tc a l lm e e tt h es t a n d a r d ，t h ec o d a v e r a g er e m o v a l r a t eo fc e r a m s i t ea 1 1 dd e t r i t u sa r eu pt o7 6 2 4 a n d7 2 2l ，m eb o d 5a v e r a g e r e m o v a jf a t ea r eu pt o7 6 7 9 a n d7 5 3 8 4 t h et e m p e r a t u f ei sa l s oa ni m p o r t a n tf a c t o rw h i c hc a ne f r e c tt h eu n i to p e r a t i o n u n d e rt h et e m p e r a t u r eo fl9 2 3 ，t h es y s t e mw o r k st h eb e s ta n dt h ec o da n db o d 5 o fe m u e n tc a nf e a c ht h es t a n d a r d t h ec o da v e r a g ef e m o v a lr a t eo fc e r a m s i t ea n d d e t r i t u su n i t sa r e7 8 5 a n d7 5 5 3 r e s p e c t i v e l y ，t h eb o d 5a v e r a g er e m o v a l r a t ea t e 7 7 6 8a 1 1 d7 7 5 w h e nt h et e m p e r a t u r ed r o p p e dt o4 7 ，n e “h e rt h ec o dn o f b o d 5o fe f n u e n tc a nr e a c ht h es t a n d a r d ，t h ec o da v e r a g er e m o v a lr a t eo fc e r a m s i t e a n dd e t r i t u s u n i t s d r o p p e dt o6 4 a n d51 3l r e s p e c t i v e l y ，t h eb o d 5a v e r a g e r e m o v a lr a t ed r o p p e dt o6 2 9 9 a n d5 1 5 6 f e s p e c t i v e ly 5 t h et r e a t m e n te f r e c to fc e r a m s i t eu n i tt oc o da n db o d ei sb e t t e rt h a nd e 【r i t u s u n i t t h ec o d a v e r a g er e m o v a l r a t eo fc e f a m s i t ea n du n i t sa r e71 0 9 a n d6 4 18 f e s p e c t i v e ly ，t h eb o d 5a v e r a g er e m o v a l r a t ea r e7 0 81 a j l d6 5 ：0 6 r e s p e c t i v e ly 6 t h eb e s to p e r a t i n gc o n d i t i o np a r a m e t e r sw h i c hc a nm a k et h ec o da n db o d 5 o fe 肌u e n tt or e a c ht h e r e q u i r e m e n t o f i sp r e s e n ta sf o l l o w ：t h et e m p e r a t u r e a n g ei sl9 2 3 ，t h eh r ti s7 2 h ， t h ea l k a l i n i t y ( n a 2 c 0 3 ) i sa d d e di nt h ei n f l u e n tw h o s ec o n c e n t r a t i o ni s2 0 0m g l 7 t h eb i o d e g r a d a b j l i t ya n dw a t e rq u a l i t y 、ss t a b i l i t ya r ev e r yi m p o r t a n tf a c t o r s w h i c ha r ea s s o c i a t e dw i t ht h es y s t e n l sd e c o n t a t n i n a i i o n c a p a b i l i t y f o rt h er e a d i l y b i o d e g r a d a b i ew a s l e w a t e l ，t 1 1 ec o da v e l a g er e m o v a ll a c eo fc e f a n l s i t ea 1 1 dt l n i t sa r e i v 8 9 7 7 a n d8 2 14 r e s p e c t i v e l y ，t h eb o d 5a v e r a g er e m o v a lr a t ea f e8 9 7l a n d 8 2 12 ；f o rm eh a r d l yb i o d e g r a d a b i ew a s t e w a t e r ，t h ec o da v e r a g er e m o v a lr a t eo f c e r a m s i t ea n du n i t sa r e5 5 5 2 a n d4 4 5 2 r e s p e c t i v e l y ，t h eb o d 5a v e r a g er e m o v a l 姐t ea r e8 1 1 8 a n d6 7 8 9 k e y w o r d s ：w a s t e w a t e rl a n dt r e a t i n e n ts y s t e m ；o r g a n i cw a s t e w a t e r ；c e r a m s i t e ； d e t r i t u s v 青岛理工大学工学硕士学位论文 第1 章绪论 有机废水，顾名思义，就是以有机污染物为主要成分的废水【1 1 。根据有机废 水的性质与来源可将其划分为以下三类【2 3 】：第1 类，不含有毒物质且易于生物 降解的有机废水，这类废水主要是生活污水和来自以农牧产品为原料的工业废水 等；第2 类，易于生物降解但含有较多有毒物质的有机废水，这类废水主要来自 印染、制革业等；第3 类，有机物难以降解的有机废水，主要指造纸废水、制药 废水等。 近年来随着经济的发展，有机废水的排放量不断升高 】。根据2 0 0 8 年中 国环境状况公报显示：2 0 0 8 年全国废水排放总量5 7 1 7 亿吨，比上年增加2 7 。 其中工业废水排放量为2 4 1 7 亿吨，生活污水排放量3 3 0 o 亿吨；废水中c o d 排 放量为1 3 2 0 7 万吨，其中工业废水中c o d 排放总量为4 5 7 6 万吨，生活污水中 c o d 排放量为8 6 3 1 万吨【6 】。这些有机废水如不经处理直接排放，便会对河流、 湖泊、海域以及地下水造成污染，使水质变坏、发黑、发臭，恶化环境，进而危 害到人类的健康【7 】。 由此看来，有机废水的治理是迫切需要解决的重要问题，有效、经济地解 决有机废水处理问题，是当今环境工程领域最迫切、最需要研究的课题瞵j 。 1 1 有机废水处理的方法分类 根据微生物是否参与水质净化过程，有机废水的处理方法可归纳为物理化学 法和生物处理法两大类。 ( 1 ) 物理化学法 物化法常作为一种预处理的手段应用于有机废水处理中，预处理的目的是 通过回收废水中的有用成分，或对某些难生物降解有机物进行处理，从而达到去 除有机物，提高可生化性，降低生物处理负荷，提高处理效率的目的【9 1 。一般常 用的物化法有萃取法、浓缩法、吸附法、超声波降解法掣1 0 也】。 ( 2 ) 生物处理法 废水生物处理是利用微生物的生命活动过程对废水中污染物的吸收和转化 青岛理工大学工学硕士学位论文 作用，从而使废水得到净化的处理技术，作为物化法的后续及主要处理过程被广 泛应用于各行业的废水处理中 ”】。生化处理工艺一般分为好氧生物处理技术和厌 氧生物处理技术。 好氧生物处理技术 活性污泥法的基本运行原理是：以含于废水中的有机物为培养基，在有溶解 氧的条件下连续的培养活性污泥，使其良好的分散悬浮于曝气池中，进入曝气池 污水中的有机物质同活性污泥充分接触，溶解性的有机物被吸附和吸收，透过细 菌细胞膜，在细菌内酶的作用下，进行氧化分解，使有机物得到去耐1 4 1 。 生物膜法是与活性污泥法并列的一种污水好氧生物处理技术。这种处理法的 实质使细菌和菌类等微生物和原生动物、后生动物一类的微型动物附着在滤料或 某些载体上生长繁殖，并在其上形成膜状生物污泥一生物膜【1 5 1 。污水与生物膜接 触，污水中的有机污染物作为营养物质被生物膜上的微生物摄取，污水得到净化， 微生物自身也得到增衍繁殖。具有运行稳定、抗负荷冲击能力强、无污泥膨胀问 题等特点。 厌氧生物处理技术 废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物( 包括兼氧微生 物) 的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过 程，也称厌氧消化。与好氧过程的根本区别在于不以分子态的氧作为受氢体，而 以化合态的氧、碳、硫、氢等为受氢体 16 1 。 1 2 国内外有机废水处理技术发展水平及存在的问题 利用生物处理技术对有机废水进行处理大致始于2 0 世纪初，距今已有将近 1 0 0 年的历史，其发展过程按年代大致可以分为三个阶段。 ( 一) 第一阶段 这一阶段始于2 0 世纪初，对有机废水进行处理的代表性工艺为好氧活性污 泥法处理系统。 活性污泥法处理系统于1 9 1 4 年在英国由m e n l 和l 0 c k e t t 创立，该系统的 核心设施是曝气池【1 8 】。曝气池是对废水进行生物处理的构筑物，废水自外部流入 曝气池，与池中的活性污泥进行接触，生长于活性污泥上的微生物对废水中的有 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 机物进行转化吸收：同时空气供给系统通过设于池底的曝气装置对水体进行充氧 曝气，作用是向好氧微生物提供其生长繁殖所需的溶解氧，同时增加水体的紊流 程度，使废水和活性污泥能够充分接触。废水便是在这种气、液、固三相的联合 作用下得到净化【1 9 】。 该系统同时还包含格栅、沉砂池、初沉池、二沉池等配套设施。格栅和沉砂 池作为活性污泥系统的预处理设施，主要作用是通过物理作用分别去除原水中尺 寸较大的垃圾和比重较大的无机颗粒( 如煤渣、泥砂等) ；初沉池设于曝气池前， 作用是处理s s ，同时可去除2 0 3 0 的b o d 5 ，改善水质条件，减轻后续生物 处理构筑物的运行负担；二沉池设于曝气池后，作用是沉淀去除活性污泥，同时 向曝气池回流部分污泥，用于曝气池内污泥接种并保持活性，处理后废水由二沉 池排出【1 3 】。 活性污泥法污水处理系统对污水处理效果非常好，对b o d 5 的去除率最高可 达9 0 以上，再加上该系统工艺流程简单，操作管理方便，在当时得到了广泛的 应用，活性污泥法也几乎成为生物处理的代名词【2 0 1 。 但是随着时间的推进，活性污泥法污水处理系统也逐渐暴露出它的不足之 处：第一，对迸水水质、水量变化适应性较低，运行效果易受水质、水量变化的 影响：第二，不宜承受过高的进水有机负荷，进而导致曝气池容积大，占用土地 较多，基建成本高；第三，对含有难生物降解物质的有机废水处理能力有限；第 四，也是最主要一点，由于存在着好氧环节，系统能源消耗大，运转费用高。 活性污泥法污水处理系统存在的上述问题，在工业经济快速发展、能源问题 逐渐显现的大环境下，束缚了该工艺在有机废水领域的进一步使用和发展，因而 亟需出现新的处理方法来弥补这些缺陷。 ( 二) 第二阶段 这一阶段始于2 0 世纪5 0 年代，厌氧生物处理工艺逐渐取代活性污泥法处理 系统应用于有机废水处理中 2 1 】。厌氧生物处理工艺对水质水量变化适应性好，能 够承受较高的进水有机负荷，特有的厌氧微生物消化机理可对难降解有机进行水 解处理以提高废水的可生化性，最重要的是不采用曝气设施，能耗少，运行成本 较活性污泥法低。 厌氧生物处理工艺做为环境保护的一种手段，最早始于1 9 世纪8 0 年代。 3 青岛理工大学工学硕士学位论文 法国人m o u r 弱把沉淀池改进做为污水污泥处理构筑物使用，标志着人工厌氧处 理污水的开始。随后厌氧工艺进一步发展，d o n a l d 于1 8 9 5 年设计了第一个厌氧 化粪池；1 9 0 6 年德国人h n h o f r 设计了隐化池，将污泥沉淀与污泥消化分开，彼 此不发生干扰；随后英美等国又发展出了传统消化池，对池体添加了保温和搅拌 措施，改善了处理效果 2 2 。2 4 1 。以上这些装置有一个共同特点是未采用污泥回流环 节、反应器内的厌氧污泥停留时间s r t 等于水力停留时间h i 玎，反应器内污泥 浓度不高【2 5 】；同时由于厌氧微生物生长缓慢，世代时间长，为使污泥中的有机物 达到厌氧消化稳定，必须延长s r t ，使得反应器的容积很大，处理效能较低。所 以早期的厌氧生物工艺一般用于污水厂后续活性污泥的厌氧消化以及粪便等家 庭生活污水的小规模处理。 1 9 5 6 年s c h r o e 衍等人成功开发了厌氧接触法 2 6 】，此法可以看成是活性 污泥法的厌氧模式，通过增设污泥回流装置，增大了反应器中厌氧污泥浓度，一 般可达1 0 1 5 班，保持了足够数量的厌氧菌，使得s r t 第一次大于h i h ，在较 高的有机负荷下( 2 1 0 k g c o d ( m 3 d ) ) ，b o d 5 去除率仍可达到9 0 以上。厌氧 接触法的出现使有机废水的高效处理成为可能，标志着现代废水厌氧生物工艺的 诞生【2 7 1 。 1 9 6 7 年j c y o l l n g 和p l m c c 狮开发成了厌氧滤池( 简称a f ) ，可以认为 是厌氧的生物膜处理工艺。反应器内部充填块石作为填料，依靠附着于其上的生 物膜对污水进行净化【2 8 】。有机负荷为2 1 6 k g c o d ( m 3 d ) ，b o d 5 去除率可达到 9 0 以上。厌氧滤池的特点是污泥产量少且无需回流，能耗较小，相对厌氧接触 法来说是一个改进。但是存在着当进水中悬浮固体浓度和颗粒较大时，进水部位 易发生堵塞的现象；同时可承受的进水有机负荷也有待进一步提高。 2 0 世纪7 0 年代以来，随着能源问题的突出，各国迫切需要开发更加高效 节能的废水处理新工艺，进行了大量研究和开发工作，大大推动了厌氧处理技术 的迅速发展，各种新的厌氧处理工艺层出不穷【2 9 1 。 19 7 4 年荷兰w 她e 1 1 i n g e n 农业大学的g l c 仕i n g a 等人开发成功了升流式厌氧 污泥层反应器，简称u a s b 反应器【3 0 1 。该反应器属于厌氧活性污泥悬浮生长型 消化器，从下向上可大致划分为三个功能区，即底部的布水区、中部的反应区、 和顶部的分离出流区。废水从器底进入，向上流动并与厌氧活性污泥在反应区充 4 青岛理工大学工学硕士学位论文 分接触，对可生化有机污染物的进行有效吸附和降解，然后经分离出流区排出。 其中气、液、固三相分离器是u a s b 的重要结构特性，它可以使沼气、废 水和厌氧污泥进行有效的分离，在收集沼气、排出废水的同时将污泥保留在反应 器中，使反应器内能够维持足够的微生物浓度，无需回流措施；同时不会出现厌 氧滤池反应器中的堵塞问题。u a s b 反应器运行温度一般为3 0 3 5 ，平均污泥 浓度为3 0 4 0 9 l ，有机负荷升至1 7 2 0 k g c o d ( m 3d ) ，c o d 去除率可达8 0 9 0 。 u a s b 因其具有高的处理效能而获得广泛应用，对废水生物处理具有划时代的意 义【3 1 1 。 荷兰、德国、瑞典、比利时和美国先后用u a s b 反应器进行了土豆加工废 水、蚕豆加工废水、屠宰废水、罐头制品加工废水、甲醇废水、乙酸废水及纤维 板废水等各种处理试验，投入运行的各种工程规模的生产装置已达数百座，均取 得了良好的效果( 3 2 】。我国于8 0 年代开始u a s b 反应器的引进和研究工作，在处 理有机废水方面已进行了实际的推广应用。 u a s b 反应器存在的缺点是运行初期启动时间长；反应器内易产生短流，影 响处理效果，对有毒物质和水质突然变化比较敏感 3 3 】。 1 9 7 9 年r p b o w k e r 开发出了厌氧流化床 3 4 1 ，做为与u a s b 同时代的厌 氧生物处理工艺，运行原理基本相同，不同的是反应器内采用粒径小( o 2 l m m ) 质量轻的填料替代污泥做为微生物的载体。当废水以一定流速从底部进入，在向 上流的过程中使填料层处于流化状态，废水与附着于载体上的厌氧微生物膜不断 接触反应，达到生物降解的目的。 由于填料的颗粒细，比表面积大( 可高达2 0 0 0 3 0 0 0 m 2 m 3 左右) ，使床内 具有很高的微生物浓度，因此可承受有机容积负荷较u a s b 更大，一般为1 0 4 0 k g c o d ( m 3 d ) ，c o d 去除率最高可达9 0 以上。填料处于流化状态，无床层堵 塞现象。为了取得高的上流速度以保证流态化，一般使用循环泵将部分出水回流， 这样可增加反应器内水流的紊动程度，减少短流现象的产生；同时回流水可对原 水进行稀释，减轻原水中因有毒物质或水质突变而对微生物造成的破坏，增强了 系统的耐冲击能力i j 5 1 。 美国、荷兰、法国等普遍将厌氧流化床工艺应用于处理酿造废水、食品废水、 造纸废水等领域，在不同的温度、有机负荷等工况下，c o d 去除率均在8 0 以 青岛理工大学工学硕士学位论文 上，最高可达9 0 。我国上海市政院曾用该工艺进行处理汽水厂葡萄糖废水的研 究，在温度为2 7 0 3 4 9 、进水c o d 为2 2 1 1 m l 、有机负荷为7 5k g c o d ( m 3d ) 的情况下，c o d 去除率达8 0 3 6 1 。 厌氧流化床工艺的部分出水回流环节使得系统的能耗加大，成本上升。针对 这个问题，又在该工艺的基础上开始研究间歇性流化床 3 7 1 ，即填料以固定态和流 化态间歇性交替操作的工艺。这样在填料处于固定态时，不需回流，节省电耗， 在一定时间间隔后，又启动回流泵，使填料形成流化态，这样又可避免堵塞问题。 随着经济的发展，对厌氧生物处理工艺在耐受负荷和节能方面的要求不断提 高，现有的u a s b 和厌氧流化床工艺已不能满足这些要求，需要对厌氧生物处 理工艺进行进一步的开发。 ( 三) 第三阶段 这一阶段始于2 0 世纪8 0 年代，主要从提高处理效率和降低系统能耗方面对 厌氧生物处理工艺进行改进【8 】。高速率厌氧处理系统必须满足的原则是：第一、 能够保持大量的厌氧活性污泥和足够长的污泥龄；第二、保持废水和污泥之间的 充分接触。第一个原则在之前的反应器中已经可以实现，主要是针对第二个原则 进行研究，为了满足这一条件，应该确保反应器内布水的均匀性以及水流的紊动 程度，防止短流现象的发生，这就要求使水流在反应器中获得高的上升速度，所 以必须采用高的反应器或采用出水回流。 1 9 8 5 年荷兰p a q u e sb v 公司开发了一种被称为内循环( h t e m a l c i r c u l 撕o n ) 的反应器，简称i c 反应器【2 8 】。如图1 1 所示： 6 青岛理工大学工学硕士学位论文 1 进水；2 第一反应室集气罩；3 沼气提升管；4 气液分离器；5 沼气排出管： 6 回流管；7 第二反应室集气罩；8 集气管：9 沉淀区；1 0 出水管；1 1 气封 图1 1i c 反应器构造原理图 f 蟾1 - 1i cm a c t o r i c 反应器可以看成是由两个u a s b 反应器上下重叠串联而成，原水由反应 器底部进入第一厌氧反应室，与室内厌氧污泥颗粒均匀混合，产生的大量沼气携 带第一厌氧反应室的泥水混合液沿提升管上升至反应器顶的气液分离器，被分离 出的沼气从分离器顶部导管排走，分离出的泥水混合液沿着回流管返回到第一厌 氧反应室的底部，实现混合液的内部循环，i c 厌氧工艺的称号由此得来。经过 处理的废水自动进入第二厌氧反应室。第二厌氧反应室产生的沼气由集气罩收 集，通过集气管进入气液分离