（市政工程专业论文）高温条件下UASB反应器对苯酚的降解研究.pdf

硕十学位论文 摘要 苯酚是一种重要的化工原料，也是工业废水中的主要有害成分，造成严重的 环境污染。对含酚废水的处理研究是保护环境的重要任务。 废水的厌氧生物处理技术是一种把废水的处理和能源的回收利用相结合的 低成本的废水处理技术，其前景是十分广阔的。 上流式厌氧污泥床( u p f l o w a n a e r o b i cs l u d g eb e d ，简称u a s b ) 反应器是 目前最为成功的厌氧生物处理工艺，已广泛地应用于各种有机废水的处理，是值 得推广应用的一种新型生化厌氧处理反应器。 本课题中，将中温( 3 7 。c ) 条件下运行的u a s b 反应器的反应温度提高至 高温( 5 5 ) 条件，研究利用中温颗粒污泥启动高温u a s b 反应器的可行性， 并利用高温u a s b 反应器处理苯酚废水。以葡萄糖为共生基质，采用逐步提高 苯酚浓度同时减少葡萄糖浓度的方式，培养和驯化颗粒污泥。研究u a s b 反应 器降解苯酚的极限浓度以及颗粒污泥的活性。通过考察u a s b 反应器在不同容 积负荷下的运行情况，得出反应器降解苯酚的最佳负荷。试验结果证明，当h r t 为3 0 小时时，u a s b 反应器可以降解的苯酚浓度高达2 3 1 0 m g l ( 即 5 5 0 0 m g c o d l ) ，相应的容积负荷为6 6 9 c o d ( l d ) 。超过该浓度时，反应器中 颗粒污泥受到严重的抑制，反应器恢复相当困难。 高温u a s b 反应器内可以培养出颗粒污泥。从s m a 测定试验的结果可知， 颗粒污泥降解葡萄糖的s m a 值较高，说明在厌氧污泥降解苯酚的驯化阶段采用 葡萄糖作为共生基质有利于污泥的颗粒化。颗粒污泥降解苯甲酸不存在适应期， 但整个反应过程活性一直较小，说明苯甲酸是苯酚厌氧降解过程中的一个中间产 物，并且苯甲酸的降解是反应的限速阶段。由于底物传递速率的影响，高浓度苯 酚的s m a 值比低浓度的大。 关键词：厌氧：u a s b 反应器；高温；苯酚 童堡重竺三竺垒! ! 星竺芝翌薹墼堕墼彗竺垒 a b s t r a c t p h e n o li sas o r to fm a j o rr a wm a t e r i a lo fc h e m i c a li n d u s t r ya n da l s ot h em a i n p e r n i c i o u sc o m p o s i t i o n i ni n d u s t r i a lw a s t e w a t e r s ，w h i c hl e a d st os e r i o u s e n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o n i n v e s t i g a t i o n s o f p h e n o l w a s t e w a t e rt r e a t m e n ta r e s i g n i f i c a n tt a s ko fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n a n a e r o b i cw a s t e w a t e rb i o l o g i c a lt r e a t m e n tt e c h n o l o g yi sak i n do fl o wc o s t w a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g yw h i c hc o m b i n e sw a s t e w a t e rt r e a t m e n t w i t he n e r g y r e c o v e r y p r o s p e c t s f o r t h ea n a e r o b i cw a s t e w a t e rt r e a t m e n ta r e e x t r e m e l y p r o m i s i n g u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb e d ( u a s b ) r e a c t o ri st h em o s tp r o s p e r o u sa n a e r o b i c b i o l o g i c a lt r e a t m e n tp r o c e s sw h i c hi sb e i n ga p p l i e de x t e n s i v e l yt ot h et r e a t m e n to f v a r i o u so r g a n i cw a s t e w a t e r sa tp r e s e n t u a s br e a c t o ri san e wt y p eo fb i o c h e m i c a l a n a e r o b i ct r e a t m e n tr e a c t o rw h i c hm e r i t sd e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o n s i nt h i s s t u d y ，t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r eo fu a s br e a c t o rw a si n c r e a s e df r o m m e s o p h i l i et e m p e r a t u r e ( 3 7 ) t ot h e r m o p h i l i ct e m p e r a t u r e ( 5 5 ) t h ef e a s i b i l i t y s t u d yf o rs t a r t u po fu a s br e a c t o ra tt h e r m o p h i l i ct e m p e r a t u r eb yu s i n gg r a n u l a r s l u d g ea tm e s o p h i l i ct e m p e r a t u r ei si n v e s t i g a t e d u a s br e a c t o rw a su s e dt od e g r a d e t h ew a s t e w a t e rc o n t a i n i n gp h e n o la tt h e r m o p h i l i ct e m p e r a t u r e w i t hg l u c o s ea st h e s y m b i o t i cs u b s t r a t e ，t h eg r a n u l a rs l u d g e w a sc u l t i v a t e da n dd o m e s t i c a t e d b y g r a d u a l l yi n c r e a s i n gt h ec o n c e n t r a t i o no fp h e n o la n dd e c r e a s et h a to fg l u c o s e t h i s s t u d yi n v e s t i g a t e st h el i m i t i n gc o n c e n t r a t i o no fp h e n o lw h i c hu a s br e a c t o rc o u l d d e g r a d ea n dt h ea c t i v i t yo ft h eg r a n u l a rs l u d g e ，d i s c u s s e st h eo p e r a t i n gp e r f o r m a n c e o ft h eu a s br e a c t o ra tv a r i o u sv o l u m el o a d i n g s ，a n ds u m m a r i z e st h eo p t i m u m v o l u m el o a d i n go fd e g r a d i n gp h e n 0 1 t h er e s u l ts h o w e st h a t ，w h e nt h eh r ti s3 0 h ， u a s br e a c t o rc a nd e g r a d ep h e n o la tt h ec o n c e n t r a t i o no f2 310 m g l ( n a m e l y 5 5 0 0 m g c o d l ) ，t h ec o r r e s p o n d i n gv o l u m el o a d i n g i s 6 6 9 c o d ( l 。d ) i f t h e c o n c e n t r a t i o ne x c e e d st h i sl i m i t i n gv a l u e ，t h ea c t i v i t yo fg r a n u l a rs l u d g ei nt h e u a s br e a c t o ri ss e r i o u s l ys u p p r e s s e d ，a n dt h eu a s br e a c t o ri sq u i t ed i f f i c u l tt o r e c o v e r g r a n u l a rs l u d g ec a nb ec u l t i v a t e di nu a s br e a c t o ra tt h e r m o p h i l i ct e m p e r a t u r e t h es m ad e t e r m i n a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h es m av a l u eo fg l u c o s ed e g r a d a t i o ni s i i 硕七学位论文 h i g h ，a n di t i sb e n e f i c i a lt os l u d g eg r a n u l a t i n gt h a tg l u c o s ei su s e da ss y m b i o t i c s u b s t r a t ei nt h ep h a s ei nw h i c ha n a e r o b i cs l u d g ei sd o m e s t i c a t e dt od e g r a d a t e p h e n 0 1 g r a n u l a rs l u d g ec a nd e g r a d eb e n z o a t ew i t h o u ta d a p t i n gp e r i o d ，b u tt h es m a v a l u ei sl o wd u r i n gt h ew h o l er e a c t i o np r o c e s s e s t h i sr e s u l ti n d i c a t e st h a tb e n z o a t e i st h em i d - p r o d u c to fa n a e r o b i cp h e n o ld e g r a d a t i o n ，a n db e n z o a t ed e g r a d a t i o ni st h e r e s t r i c t i n gs t a g e t h es m av a l u eo fp h e n o li nh i g h e rc o n c e n t r a t i o ni sh i g h e rt h a n t h a ti nl o w e re o n c e n t r a t i o nb e c a u s eo ft h ee f f e c to fs u b s t r a t et r a n , ；f e rr a t e k e yw o r d s ：a n a e r o b i c ；u a s br e a c t o r ；t h e r m o p h i l i ct e m p e r a t u r e ；p h e n o l 1 1 1 高温条件下u a s b 反应器对苯酚的降解研究 图1 1 图1 2 图1 3 图2 1 图2 2 图3 1 图3 - 2 图3 _ 3 图3 ，4 图3 5 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图5 1 图5 2 图5 3 图5 4 插图索引 典型的厌氧反应器示意图8 有机物厌氧降解过程示意图9 k n o l l 关于苯酚厌氧降解的假设路径1 7 u a s b 反应器示意图“1 9 u a s b 反应器中颗粒污泥的结构模型2 5 u a s b 试验装置及工艺流程图3 5 u a s b 反应器的升温变化3 8 升温过程进、出水c o d 浓度与去除率图3 9 升温过程沼气产率图3 9 c o d 去除率、沼气产率图4 0 进水葡萄糖、苯酚及总c o d 浓度变化图“一4 6 葡萄糖、苯酚及总去除率变化图4 6 进、出水苯酚浓度及去除率图4 7 容积负荷和沼气产率图4 7 不同负荷下苯酚去除率的变化情况5 0 不同负荷下沼气产率的变化情况5 0 不同容积负荷下苯酚去除及沼气产率情况5 l 颗粒污泥的活性测定装置图o 5 4 液体置换系统示意图5 4 s m a 测定试验中累积甲烷产量变化曲线5 8 颗粒污泥的形态6 0 i v 硕士学位论文 表1 1 表1 2 表1 3 表1 4 表2 1 表3 1 表3 2 表4 1 表4 2 表5 1 表+ 5 - 2 附表索引 厌氧处理技术的发展概况1 0 产氢产乙酸反应1 2 u a s b 反应器在处理不同废水中的应用1 4 u a s b 反应器与其他工艺联合应用情况”1 5 各种高速厌氧反应器的特征2 1 缓冲剂、营养物质和微量元素的投加量3 5 反应器取样口分布表3 6 苯酚去除率随h r t 和容积负荷的变化情况4 9 高温和中温u a s b 反应器降解苯酚情况比较5 1 试验水样5 3 颗粒污泥对不同底物的s m a 值“6 0 v 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行砚究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名： 零貉 日期：姗 年乡月疗目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名： 导师签名： 黟岩 竹r 日期：j 瞄年岁月活日 日期：“r 年r 月 妇 第1 章绪论 随着工业的飞速发展，日益严重的环境问题威胁着人类的生存和发展。为了 实现经济的持续稳定发展，就必须解决好发展与环境保护的矛盾。 水是人类生存所必须的物质。水污染的问题以及由此产生的种种社会问题将 会对人类社会的持续发展带来深刻的影响。因此水污染的防治是环境污染治理的 最重要方面。我国的水污染问题十分严重。七大江河中近一半的河段遭受严重的 污染，尤其是海河、辽河、松花江和淮河流域。由于污染严重，人们的健康和工 农业生产受到影响，工厂停产、农作物绝收的情况时常发生。 中国环境科学研究院等在中国2 0 0 0 年水环境预测与对策研究中指出， 我国长江、黄河等七大江河2 0 0 0 年水质污染预测结果为c o d 的污染质量负荷 比为9 9 5 ，这表明我国水污染的主要污染物是有机污染。因此，解决我国水污 染的主要目标是控制有机污染。生物法是去除废水中有机污染的最佳方法，它比 化学法和物化法效果好且处理费用低。生物处理是指利用微生物生命过程中的代 谢活动，将有机物分解为简单的无机物从而去除有机污染的过程。 1 1 含酚废水及其危害 苯酚是一种常见的毒性高且有很强难闻气味的有机物，它是一种重要的化工 原料，在焦化、煤气、染料、化肥、石油化工、橡胶、树脂、纺织、皮革、造纸、 农药、医药等领域有广泛的应用，由于工艺的原因在生产中不可避免地产生大量 高浓度含酚废水，含酚量甚至高达数万m g l 。因所生产的产品种类不同，废水 的组成及含酚浓度也各不相同。可以说，含酚废水是一种来源广、水量大、危害 十分严重的工业废水之一。 酚类化合物是一种原型质毒物属高毒物质，对一切生物个体都有毒害作用。 它可以通过皮肤及黏膜的接触，呼吸道吸入或经口腔进入生物体内，与细胞原浆 中的蛋白质接触后形成不溶性蛋白质而使细胞失去活性。一般低浓度酚可使蛋白 质变性，高浓度酚则使蛋白质凝固，并继续向体内渗透，引起组织损伤、坏死乃 至使生物体中毒，尤其对神经系统有较大的亲和力。人体摄入一定量时，可出现 急性中毒症状，长期饮用被酚污染的水，可引起头昏、疲劳、失眠、耳鸣、出疹、 瘙痒、白血球下降、贫血及记忆力衰退等各种神经系统症状。 含酚废水对给水水源、水生生物也产生严重影响。水中含酚类物质为 0 0 0 2 m g l 时，在水体加氯处理过程中会产生酚臭；浓度大于0 0 0 5 m g l 时的水 就不能饮用；浓度大于0 】m g l 时水中的鱼肉有酚昧不能食用；浓度大于1 m g l 高温条件下u a s b 反应器对苯盼的降解研究 时，对鱼的生殖等各项活动造成严重影响；而当水中酚类含量大于1 0 m g l 时， 鱼类等水生生物不能生存。另外，酚的毒性能大大抑制水中微生物的生长速度， 影响水的生态平衡。 另外，含酚废水对农作物也会产生影响。低浓度含酚废水灌溉农田会使一些 农作物中含有酚类物质，不能食用；高浓度含酚废水灌溉农田会引起农作物的死 亡。此外，含酚废水的任意排放可经水流冲刷及水体渗透进入农田，影响农作物 的正常生长。 综上所述，含酚废水对人们的正常生活造成严重影响，并危害人体健康安全， 而且严重破坏自然生态平衡，造成严重的环境污染。含酚废水的防治引起世界各， 国的普遍重视，美国国家环保局已将酚类化合物列入1 2 9 种优先控制的污染物之 一，我国也将含酚废水污染控制列为重点解决的有毒有害废水之一【1 1 。因此，大 力开展含酚废水的治理研究，不断改进含酚废水的处理技术，是保护环境和造福 人类的重要任务。 1 2 含酚废水的处理方法 对含酚废水中酚类物质的脱除一直是国内外研究工作者研究的热点。含酚废 水的处理方法是随着对含酚废水危害性的认识和水处理技术的不断发展而逐渐 发展起来的，目前已有很多关于含酚废水的处理方法，而且随着技术的不断发展， 各种处理方法问还进行着相互的渗透组合，以达到更好的治理目的。 我国对含酚废水的处理起步较早。最近几年，对含酚废水处理的研究更为活 跃，处理技术正不断发展更新，方法间相互渗透组合，形成新的独特处理方式。 含酚废水处理方法综合起来有三大类，即物化法、化学法和生化法。 1 2 1物化法 1 2 1 1吸附法 此种方法属最原始的方法，是利用一些多孔吸附剂的较高的比表面积表现出 的较强的吸附性能将废水中的酚类物质吸附从而使废水净化的一种方法。吸附剂 本身可以用碱液或有机溶剂进行解吸并再生使用，酚也可以回收。吸附剂常为活 性炭、大孔吸附树脂、磺化煤、硅藻土、氢氧化铝等。此种方法最大优点是设备 简单、占地面积小、操作方便、净化效率高、吸附量大、吸附选择性高等，但只 适用于低浓度废水，需预处理或三级处理配合。活性炭吸附容量大，但因存在解 吸困难、解吸物难利用等缺点而不为人们所继续采用。磺化煤虽再生容易，但吸 附容量小，在处理工业含酚废水时受到了一定的限制。而大孔吸附树脂是通过致 孔剂特殊聚合成的，具有多孔网状结构，有较大的孔径和比表面积，因此它具有 吸附容量大、解吸容易、实用性好、选择性高等特点，但因其价格较为昂贵，难 硕士学位论文 以广泛使用。 1 2 1 2 萃取法 此方法是利用酚在萃取剂及水中的不同溶解度，采用与水不相溶的有机萃取 剂，从废水中将酚萃取出来，常用萃取剂有苯类、酯类等。这种方法适于高浓度 含酚废水的预处理及酚的回收，具有操作时间短、萃取剂可重复使用、脱酚工艺 种类多等特点，但萃取后的废水中含酚量尚不符合排放标准，在废水中含有微量 萃取剂，可能造成二次污染，且设备较大。 8 0 年代k i n g 提出了络合萃取法，此法对酚类物质的分离具有高效性和高选 择性。含络合剂的萃取溶剂与酚类物质相接触，络合剂与酚类物质反应形成络合 物，并使其转移至萃取相内，再进行逆向反应使酚类物质得以回收，萃取剂循环 使用。 萃取法只能使废水中含酚量接近排放标准，而无法全面达标，因此在处理工 业含酚废水时只作为一级处理而加以采用，并结合其他方法进行再处理。考虑到 萃取剂的水溶性、分配系数、化学稳定性、回收能力、毒性及价格等因素，此法 在工业上的应用的推广受到了限制。 1 2 1 3 液膜法 此法是通过液膜的快速传递，同时进行萃取与反萃取，从而达到分离与浓缩 的目的。与溶剂萃取相比，液膜分离简化了工艺流程，并强化了传质过程2 1 。此 方法除酚率较高，处理效果较好，乳液破乳后可重复使用。但工艺复杂，操作技 能要求较高，因此很少采用。 1 2 1 4 气提法 此法是根据挥发酚与水蒸气形成共沸混合物，利用酚在两相中的平衡浓度差 异，在强烈对流中挥发酚由水相转为气相，从而使废水得以净化，再用碱液洗涤 含酚蒸汽、回收粗酚。此种方法不仅不会在废水处理过程中带入新的污染物，而 且回收酚质量高，操作简单，但脱酚效率一般仅为7 0 8 0 ，且不挥发酚不能 再使用，设各庞大，目前基本不为厂家所采用 3 1 o 此外，物化法还包括盐析法、离子交换法等 4 1 。 1 2 2化学法 1 2 2 1 酚醛缩聚法 反应原理是在一定的温度、压力条件下，废水中的苯酚和甲醛经酸性或碱性 催化剂的作用，按一定的摩尔比缩聚成低分子热塑性或热固性酚醛树脂。此法特 别适于树脂厂、塑料厂等高浓度含酚废水的处理，一般处理浓度可达3 00 0 0 m g l 童堡垒丝三坚垒塑星堡兰型董墼竺堕些塑窒 以上，作为初级处理，可回收大量的酚类物质。此法具有占地面积小、流程简单、 处理效果稳定等特点。此法目前在酚醛树脂厂、塑料厂、石化炼油厂应用较多。 1 2 2 2 化学氧化法 此法适用于低浓度含酚废水的处理。在废水中添加化学氧化剂，使酚氧化分 解，同时也氧化水中的还原性物质。常用的氧化法有空气氧化法、臭氧氧化法、 氯气氧化法、电解法、温法氧化法、光催化氧化法、酶催化氧化法等。此法没有 二次污染、工艺简单、反应速度快、净化率高，但处理费用高，条件控制较严， 不能回收酚，氧化剂无法重复使用。 1 2 3 生化法 生化法是目前应用比较普遍的含酚废水处理技术。含酚废水中的绝大部分有 机污染物( 包括酚在内) 都是可是生物降解的。利用微生物的新陈代谢，将含酚 废水中的有机物质转化为二氧化碳、水、硝酸盐、硫酸盐等简单的无机物，从而 使废水得到净化。这是一种非常高效、经济的方法。由于微生物所具有的种类多、 繁殖快、单位微生物量降解的有机物量大、对营养要求低、能较快适应环境等特 点，使得生物法处理含酚废水比传统的化学处理法更加优越。此外，为了提高生 化处理效率，选用高效优良菌种，应用投菌法或固定化微生物细胞，以提高反应 器内生物浓度，提高处理效率，缩小反应器体积及节省能源是当前国内外对废水 生化处理研究的一个方向。针对某些特定的难生物降解的有毒废水，可人工选育 出降解力强的菌种，以提高生物处理的效果。生物处理法应用范围广、处理成本 低、处理能力大、效率高，设备简单，管理方便，节省能源，是一种应大力推广 的好方法。通过现代遗传工程的手段分离高效降解酚类物质的菌株或开发新型的 生物反应器是高效率低能耗地处理含酚废水的新途径。常用的生物处理法有活性 污泥法、生物膜法、厌氧法等。 1 2 3 1活性污泥法 活性污泥法也称为生化曝气法，是在废水中加入絮凝状的生物污泥，经过均 匀混合并曝气，使酚类等有机物质被活性污泥吸附和氧化的处理方法。驯化培养 活性污泥是该法的技术关键。驯化是一种定向选育微生物的方法和过程，在培养 时逐步提高环境中酚的浓度，使微生物经历定向变异和自然选择的过程，从而得 到对酚类具有较高降解性能的菌株。活性污泥法具有受气候条件影响较小、设备 简单、工艺比较成熟等优点，目前已成功地应用于各种含酚废水的净化处理之中， 适用于低浓度含酚废水( 3 0 0 m g l ) 的处理。它的主要缺点是占地面积大，设 备运行管理要求高，废水中污泥的去除效率较低。 高温条件下u a s b 反应器对苯j 畸的降解研究 以上，作为初级处理，可心收大量的酚类物质。此法具有占地面积小、流程简单、 处理效果稳定等特点。此法目前在酚醛树脂厂、塑料厂、石化炼油厂应用较多。 1 2 2 2 化学氧化法 此法适用于低浓度含酚废水的处理。在废水中添加化学氧化齐j ，使酚氧化分 解，同时也氧化水中的还原性物质。常用的氧化法有空气氧化法、臭氧氧化法、 氯气氧化法、电解法、温法氧化法、光催化氧化法、酶催化氧化法等。此法没有 二次污染、工艺简单、反应速度快、净化率高，但处理费片j 高，条件控制较严， 不能回收酚，氧化荆无法重复使用。 1 2 3 生化法 生化法是日前应用比较普遍的含酚废水处理技术。含酚废水中的绝大部分有 机污染物( 包括酚在内) 都是可是生物降解的。利用微生物的新陈代谢，将含酚 废水中的有机物质转化为二氧化碳、水、硝酸盐、硫酸盐等简单的无机物，从而 使废水得到净化。这是一种非常高效、经济的方法。由于微生物所具有的种类多、 繁殖快、单位微生物量降解的有机物量大、对营养要求低、能较快适应环境等特 点，使得生物法处理含酚废水比传统的化学处坪法更加优越。此外，为了提高生 化处理效率，选用高效优良菌种，应用投菌法或同定化微牛物细胞，以提高反应 器内生物浓度，提高处理效率，缩小反应器体积及节省能源是当前国内外对废水 生化处理研究的一个方向。针对某些特定的难生物降解的有毒废水，可人工选育 出降解力强的菌种，以提高生物处理的效果。生物处理法应用范围广、处理成本 低、处理能力大、效率高，设备简单，管理方便，节省能源，是一种应大力推广 的好方法。通过现代遗传工程的手段分离高效降解酚类物质的菌株或开发新型的 生物反应器是高效率低能耗地处理含酚废水的新途径。常用的生物处理法有活性 污泥法、生物膜弦、厌氧法等。 1 2 3 1 活性污泥法 活性污泥法也称为生化曝气法，是在废水中加入絮凝状的生物污泥，经过均 匀混合并曝气，使酚娄等有机物质被活性污泥吸附和氧化的处理方法。驯化培养 活件污泥是该法的技术关键。驯化是一种定向选育微生物的方法和过程，在培养 时逐步提高环境中酚的浓度，使微生物经历定向变异和自然选择的过程，从而得 到对酚类具有较高降解性能的菌株。活性污泥法具有受气候条件影响较小、设备 简单、上艺比较成熟等优点，目前已成功地应用于各种含酚废水的净化处理之中， 适用于低浓度含酚废水( 3 0 0 m g l ) 的处理。它的主要歃点是占地面积大，设 备运行管理要求高，废水中污泥的去除效率较低。 各运行管理要求高，废水中污泥的去除效率较低。 硕士学位论文 1 2 3 2 生物膜法 生物膜法是利用生物滤池中附着在过滤介质表面上的微生物粘膜来处理废 水的方法。当含酚废水通过生物滤池时，过滤介质吸附废水中的酚等有机物，使 微生物在过滤介质表面很快繁殖起来，这些微生物又进一步吸附悬浮状胶体或溶 解性物质，逐渐形成了生物膜。生物膜能吸附废水中的酚等有机物，并通过生物 氧化作用使其分解。此方法的优点是它对水量、水质负荷变动以及对有害物质的 适应性较强，污泥量少，但对预处理要求高，不能回收酚。生产实践中常用的设 备主要有普通生物滤池、塔式生物滤池和生物转盘等。 1 2 3 3 厌氧法 含酚废水的成分较复杂，除了有酚、氰等物质外还有不饱和烃类急多环、杂 环化合物，其中含有多种具有三致( 致癌、致畸、致突变) 作用的有机优先污染 物，毒性很强，危害很大。目前国内常用的好氧生物处理方法，只能去除酚、氰 等物质，而对难以生物降解的有机物如萘、喹啉等则无能为力，致使部分水体 s o s 呈现阳性( 国际上用s o s 综合毒理学实验来表示有机优先污染物的相对数 量) 。 目前，人们对厌氧生物法处理有机污水已不再局限于传统的理论，厌氧法已 被用来处理c o d 6 2 h 时，c o d 去除率大于8 5 2 ，出水达到排 放标准【1 1 】。北京环保研究所根据城市污水的特点，开发的水解( 酸化) 好氧生 表1 4u a s b 反应器与其他工艺联合应用情况 c o d 废水温度容积负荷率进水c o d 去除率 h r t处理方法 类型 m 3 k g ( m 3 d 、m g l 厌氧u a s b 染料废水2 04 53 1 6 4 7 811 5 0 l3 0 0 6 06 1 0 h 好氧工艺 厌氧好氧 含酚废水1 0 2 01 5 1 0 6 ( 酚1 l0 0 09 8 32 4 h 反应系统 青霉素 水解酸化 生产j 一4 l 4 58 02 l5 7 59 94 d 厌氧好氧- 馄 有机废水 凝吸附工艺 维生素c 61 0 1 270 0 0 1 30 0 08 0 u a s b + a f 废水 加压上流i 式 制药废水 8 2 2 0 5 ( b o d ) 5 0 0 6 0 07 11 5 4 m i n 扶氧污泥床 p u a s b 厌氧污泥床 涤纶废水3 41 0 48 21 69 0 0 8 02 2 2 4 h 过滤器 常温两相 啤酒废水2 51 8 20 0 08 62 7 h u a s b 涤纶聚酯 ， 水解好氧 0 7 7l2 0 08 66 h 废水 混凝沉淀t 艺 物处理工艺，将u a s b 反应器改进为水解池( 去掉其上部的三相分离器) 一代 替传统二级处理工艺的初沉池，其对c o d 的去除率为4 3 5 ，而传统初沉池对 c o d 的去除率只有2 8 9 ，更重要的是水解池可将不溶性大分子物质分解为可 溶性的小分子物质，大大改善了后续好氧处理的条件，提高了整个系统的处理效 率，保证出水达标排放( c o d 3 4 周 3 4 周 约3 4 周 二次启动 0 2 d0 2 d 儿天不肯定 满意( 在中等相当好( 仅在 悬浮物去除或 或较低的t s s 浓低t s s 浓度f 非常差非常差 稳定效率 度下)并当不堵塞时) 出水循环的需要一般不需要 可要可不要少量需要大量需要 对低浓度废水 复杂布水系统有了更好 不需要 必须有 需要 三相分离器必须有有了可能有益不需要有了可能有益 填料的需要不是必须的必须有必须有必须有 高度与截面比 相当高略小略小很高 ( 4 ) 反应器内无需投加填料和载体。 无填料的反应器有更大的空间容纳污泥，提高了容积利用率，从而使反应器 具有较高的负荷率。 2 3u a s b 反应器内颗粒污泥的性质与形成 u a s b 反应器内的厌氧污泥有絮状污泥和颗粒污泥两种存在形式。如果反应 器内污泥以絮状污泥形式存在，容易形成污泥的流失，使反应器无法在高的容积 负荷率下稳定运行。只有形成了颗粒污泥，u a s b 反应器才能有更高的负荷，才 真正称得上高速厌氧反应器。 颗粒污泥可定义为具有自我平衡的微生态系统的，其特性特别适宜于上流式 废水处理系统的微生物聚集体。颗粒污泥具有稳定的物理性状，更具有较好的沉 降性能和较高的比产甲烷活性。 颗粒污泥的形成是微生物固定化的一种形式。与其它类型的固定化不同，它 的形成不依赖于任何惰性物质载体，惰性载体对颗粒污泥的形成和它的稳定性都 不是必须的。 u a s b 反应器中污泥颗粒化的重要性可归纳为如下几个方面： ( 1 ) 污泥的颗粒化可提高其沉降性能，防止污泥流失，有利于反应器内保持 较高的污泥浓度。 ( 2 ) 颗粒污泥可长时问滞留于反应器中，具有很长的固体停留时间( s r t ) ， 可缩短水力停留时问( h r t ) ，使反应器有很高的处理效能。 高温条件下u a s b 反应器对苯酚的降解研究 ( 3 ) 颗粒污泥中，产甲烷菌主要集中在颗粒的内部，而水解发酵菌和产酸菌 主要在颗粒的表层，这种结构为产甲烷菌提供了一个保护层或缓冲层，有利于产 甲烷菌的生长，并可提高污泥抗p h 值变化、温度变化和有害物质( 如h 2 s ) 的 能力，也可提高抗冲击负荷的能力。 ( 4 ) 颗粒污泥是由各种厌氧细菌聚集在一起的微生物团粒，是个微小的生态 群落。在颗粒污泥中，各类细菌之问距离相对较近，可提高种问氢转移的速率。 颗粒污泥中的种间氢转移速率比絮状污泥中快1 0 0 倍，能有效快速地完成厌氧过 程，因此颗粒污泥具有高的产甲烷活性。 ( 5 ) 颗粒污泥的形成，使膨胀颗粒污泥床( e g s b ) 和内循环( i c ) 反应器的 开发成为可能。 2 3 1 颗粒污泥的性质 2 3 1 1 颗粒污泥的物理性能 u a s b 反应器中厌氧颗粒污泥的形状多种多样，一般为球形或椭球形，也有 棒形、丝状形及板状形。颗粒污泥质软，有韧性和粘性。它们的直径一般在0 1 4 2 m m ，大的可达3 5 r a m ，也有大于5 m m 的颗粒污泥，但大于7 m m 的较少见。 粒径的大小取决于废水的性质、有机物浓度、反应器负荷高低、运行条件和分析 测定的方法。酸化了的基质培养的颗粒污泥的粒径一般小于葡萄糖为基质培养的 颗粒污泥。 颗粒污泥的颜色大多数为黑色或深浅不同的黑灰色，也有人曾发现白色的颗 粒污泥【“j 。 颗粒污泥的湿密度为1 0 3 1 0 8 9 c m 3 ，一般约为1 0 5 9 c m 3 左右。它的抗压 机械强度为o 2 6 1 5 1 x 1 0 n m 2 。 颗粒污泥表面有一些孔隙，这些孑l 隙被认为是底物与营养物质传递的通道， 颗粒内部产生的气体也由这些孑l 隙逸出。颗粒污泥的剖面显示出污泥靠近表面部 分的密度比内部的密度大，有的直径较大的颗粒内部存在一个空腔，这被认为是 由于底物和营养不足引起的细胞自溶，这种大而空的颗粒容易破碎，其碎片可成 为新生颗粒污泥的内核。 颗粒污泥的沉降性能很好，其沉降速度为1 8 1 0 0 m h ，典型值在l8 5 0 m h 之间。根据沉降速率可将颗粒污泥分为三类：第一种，沉降性能不好，1 8 2 0 m h 第二种，沉降性能满意，2 0 5 0 m h ；第三种，沉降性能很好，5 0 1 0 0 m h 。后 两中属于较好的颗粒污泥f 1 9 】。杨秀山在处理豆制品废水时得到了7 9 1 8 0 m h 沉 降速度的颗粒污泥 2 0 l 。 硕士学位论文 2 3 1 2 颗粒污泥的化学组成 1 有机组分 颗粒污泥中的有机组分一般以v s s 表示，其相对含量以v s s s s 计。v s s s s 的变化较大，一般为7 0 9 0 ，其值因废水水质和试验规模的不同而不同。试 验规模越大，被处理的给水含无机杂质越多，污泥v s s s s 就越小。 v s s 主要由细胞构成，g r o t e n h u i s 等人研究了不同颗粒污泥中的有机组分。 其中蛋白质的比重较大，占3 1 3 6 ，多糖占6 3 1 3 ，d n a 占j 3 3 1 。 2 无机组分 颗粒污泥中的无机组分即灰分是无机矿物质，含量在1 0 6 0 之间，因污 泥来源的不同而有较大差异。无机物主要成分是c a 、k 和f e 等的化合物。细胞 具有的辅酶组分中含有n i 、c o 等元素。 闵航等人对颗粒污泥中金属元素的测定表明，f e 和s 的含量较大，可以推 测污泥中f e s 的含量较高。f e s 可以被吸附在微亲脂性的细菌表面，据认为f e s 较高的表面张力和细菌表面的亲脂性可起到稳定细菌团粒的作用。 颗粒污泥中有少量c a ：+ 存在有利于形成颗粒污泥并提高其沉降性能和增加 机械强度，但过高的c a 2 + 导致颗粒污泥中灰分过高，使污泥的产甲烷活性降低。 适宜的c a 2 + 浓度为8 0 1 5 0 m g l i 2 1 2 2 1 。 3 胞外多聚物( e x t r ac e l l u l a rp o l y m e r s ) 胞外多聚物( e c p ) 即分泌在细菌细胞外的聚合物，是细菌表面的一层薄薄 的粘液层，主要成分为蛋白质和胞外多聚糖( e x t r ac e l l u l a rp o l y s a c c h a r i d e s ，简 称e p s ) ，同时也发现有少量脂类、核酸等物质。 颗粒污泥中的e c p 含量在o 5 2 0 之间。蛋白质和多聚糖的比值为2 ：l 6 ：l 2 引，多聚糖的主要单糖成分有：鼠梨糖、岩藻糖、甘露糖、半乳糖、葡萄 糖、氨基葡糖、半乳糖胺、甘露糖胺，有时也能发现核糖成分。 e c p 的存在在保持颗粒污泥的结构稳定性方面有积极的作用。e c p 组分可 以改变细菌絮体的表面特性和颗粒污泥的物理特性，废水中的细菌一般带负电 荷，相互会产生静电排斥力，e c p 的产生可以改变细菌的表面电荷和能量，从 而导致细菌凝聚：但过多的e c p 反而会引起凝聚恶化【2 。e c p 可在共生细菌间 提供各种化学键，如多糖一蛋白质特殊连接键、氢键、极性键等i 2 “。 e c p 的产生量取决于颗粒污泥的生长条件。高温下培养的颗粒e c p 的含量 低于中温下培养的；处理含糖废水的颗粒所含的e c p 量比处理台乙酸、丙酸和 丁酸合成废水的颗粒多1 2 6 。增加c n 值也可促进e p s 的产生1 2 7 1 。 2 3 1 3 颗粒污泥的微生物组成 颗粒污泥是各类厌氧微生物的聚集体，包括水解发酵细菌产氢产乙酸细菌和 产甲烷细菌，有时还存在硫酸盐还原菌等。颗粒污泥中的共生菌群是颗粒形成过 高温条件下u a s b 反应器对苯酚的降解研究 程中自然选择的结果，这些菌群间存在生理上的互营共生作用。水解发酵菌、产 氢产乙酸菌以及产甲烷菌在颗粒内生长、繁殖，形成相互交错的菌丛。在反应器 中它们以自然选择进行重新分布，以达到菌群种间氢转移的协调进行。颗粒内部 各种厌氧细菌互营互生，菌丝交错相互结合形成复杂的菌群结构( 2 扎2 9 1 。 复杂的菌群结构导致微生物组成和鉴定研究上的复杂性。至今，借助于荧光 显微镜能直观地对产甲烷细菌进行特异性观察。此外，目前在颗粒微生物生理菌 群研究中还使用了限制性培养基培养菌落稀释计数法、有最大可能数( m o s t p r o b a b l en u m b e r ，+ 简称m p n ) 法和免疫针探法。国内一般采用m p n i 法，该法 有其局限性，因为在实验时必须把颗粒粉碎，从而破坏了颗粒内种群的相对组成 结构，因此破坏或削弱了种群之间的互相反应。国外多采用免疫法确定颗粒污泥 中微生物的组成及分布。免疫法可鉴别不同条件下培养的颗粒污泥中占优势的产 甲烷菌。 已被鉴定出的颗粒污泥中的微生物有：典型的产甲烷菌是甲烷杆菌属 ( m e t h a n o b r e v i b a c t e rs p p ) 、产甲烷螺菌属( m e t h a n o s p i r i l l u ms p p ) 、甲烷毛状 菌属 m e t h a n o s a e t as p p ( 以前称为产甲烷丝菌属m e t h a n o t h r i xs p p ) 和甲烷八 叠球菌属( m e t h a n o s a r c i n as p p ) 。互营菌是：互营杆菌属( s y n t r o p h o b a c t e rs p p ) 、 互营单胞菌属( s y n t r o p h o m o n a ss p p ) 和( p e l o b a c t e rs p p ) 。硫酸盐还原菌是脱 硫弧菌属( d e s u l f o v i b r i os p ，) 和脱硫洋葱状菌属( d e s u l f o b u l