（化学工程专业论文）高浓度有机废水处理工艺的研究.pdf

摘要 摘要 根据国内食品、饲料和添加剂等生产企业在生产过程中排出大量的有机废水，其不 仅色度深，有机物浓度高，而且含有钾盐、钠盐及单宁等，若不及时有效处理，将对环 境造成极大的污染。 有机废水预处理中，水解酸化预处理工艺由于具有成本低、适应性强、管理方便等 特点，现在已越来越广泛地被应用，但对于此工艺的一些理论和参数还不是很成熟。在 国内外已有研究成果地基础上，对水解酸化工艺进行进一步的研究，旨在为此工艺的应 用提供更有效的理论依据和设计参考。 本试验通过对污泥的培养与驯化，得到了合格的污泥，并对有关性能进行了测定。 然后分别以葡萄糖溶液、酱油废水和吡啶废水为研究对象，对水解酸化预处理工艺进行 了理论的研究。 首先以葡萄糖作为唯一的碳源，对水解酸化的影响因数进行了考察。得出水解酸化 的较适宜的工艺条件为p h = 6 1 0 8 0 2 ，最佳p h 条件为7 0 左右，c o d c r ( 化学耗氧 量) 浓度最好控制在5 0 0 0 m g l 以下。在p h = 7 0 1 、c o d c r = 3 8 1 5 3 m g l 条件下，其最 大酸化率可达到4 4 6 ，最大酸化度可达到6 4 6 。 其次水解酸化预处理可明显提高酱油废水的可生化性。当p h = 7 o 、h r t ( 水力停 留时间) = 4 h 时，酱油废水的b o d 5 ( 生物需氧量) c o d c r 值从0 3 4 提高到0 5 2 ，c o d c r 去除率可达1 5 3 5 。 进而对于不易好氧和厌氧生物降解的吡啶废水，水解酸化工艺对其也有明显的降解 作用。在p h = 6 0 、h i 玎= 6 0 h 时，对于较低浓度的吡啶废水，废水中的吡啶基本上可 以全部水解；当浓度为1 0 2 7 m g l 时，吡啶可降解7 5 2 7 ；对于没有经高浓度驯化的 污泥，当吡啶浓度为1 9 8 4 m g l 时，其水解酸化降解率仍可达5 5 8 6 。 针对某公司委托的废水处理工程，根据水解酸化预处理得出的优化工艺条件，结合 污水排放的国家标准和环境保护的各项政策，进行了相关的工艺设计，经试运行表明， 满足用户要求。 关键词：水解酸化；葡萄糖；酱油废水；吡啶废水；影响因数；工艺设计 a b s t r a c t a b s t r a c t a 铲e a td e 出o fo r g 砌cw a s t e w a t e rw a sr e l e a s e di nm ep r o d u c t i o np r o c e s so ff o o d ，f e e d a n df e e da d d i t i v e s t h e 、v a s t e w a t e ri sn o to i l l yt h e1 1 i g h c o l o r ，l l i 曲c o n c e n t r a t i o n so fo 玛- a n t i c m a t t e r b u ta l s oc o n t a i np o t a s s i 眦，s o d i u ma n d 枷n i fw ed o n ts o l v em ep r o b l e ma ss o o n 舔p o s s i b l e ，t h es u r r o u n d i n ge n v i r o n r n e n t 、) ，i ub es e r i o u s l yp o l l u t e d b a s e do ng e n e r a l ls u n ，e yo fm eh o m ea n df o r e i g ns t l l d y ，am r t h e r r e s e a r c ho n 觚t e 。 r o b i ch y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o np r o c e s sf o ro r g a n i cw 2 u s t e w a t e rw a sc a r r i e do u ti l lo r d e rt 0 p r o v i d em o r ee 舵c t i v e 也e o r e t i cb a s i sa n dd e s i n ga d v i c e t oi t si n d u s t r i y t l l ep i l o to ft h es l u d g et h r o u g ht h ec u l t i v a t i o na n dd o m e s t i c a t i o i l ，k eb e e nq u a l i f i e d s l u d g e ，a i l dt 1 1 ed e t i e 肌i i l a t i o no ft l l ep r o p e r t i e s a n dt h e n 缸墩eg l u c o s es o l u t i o n ，s o ys a u c ea n d p y r i d i n ew a s t e w a t e re m u e n tf o r r e s e a r c ho na u c i dh y d r o l y s i sp r e 慨a t m e n to ft h et h e o r e t i c a l 咖d y f i r s t l y ，晰t ht h eg l u c o s eu s e da st l l eo m yc 曲o ns o u r c e ，t h ee 能c t so f h r t ，p h a i l do l o na 1 1 a e r o b i ch y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o np r o c e s sw e r es t u d i e d t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l ts h o w e d 也a tt h eo p t i m 啪c o n d i t i o na r ep h = 7 oa n dt h ei n n u e n tc o n c e n t r a t i o no fc o d c rb e l o w5 0 0 0 m g l ，a i l dm em a x i m 啪a c i d i f i c a t i o ne m c i e n t ( a e ) a i l da c i d i f i c a t i o nd e g r e e ( a d ) w e r e 4 4 6 a n d6 4 6 t h e n ，t 1 1 ep r o c e s sw a sc a r r i e do u tt op r e 协；a tm es o ys a u c ew a s t e w a t i 玛a i l dt h er e s u l t i i l d i c a t e dt h a ti tc a l lo b v i o u s l y 证l p r o v et h eb i o d e g 础i l i t ) ，o ft h ew a s t e w a t e ra n ds h o r t e nt l l e r e s i d e n c et i m eo ft 1 1 ea e r o b i cp r o c e s su n d e rt h ec o n d i t i o no fp h = 7 0a i l dh r t = 4 h ，t h e b o d 5 c o d c rr a t i oo ft h es o ys a u c ew a s t e w a t e rw a si m p r o v e dm ) m0 3 4t 0o 5 2 c o d c r r e m o v a lr a t eu pt 015 3 5p e r c e n t m o r e o v e r ，f o rt l l ep ) ，r i d i n ew a s t 融r ，、) l ，! i l i c hw 嬲h a r d l yd e g r a d e db yt 1 1 ea e r o b i ca n d t h ea i l a e r o b i c 协：a t m e n t ，t h ep r o c e s sw 舔p r o v e dt ob ea2 0 0 dp r e t r e a t m e n tm e m o di 1 1t h i s e x p e r i m e n tu n d e rt h ec o n d i t i o no fp h = 6 0a n dh i t = 6 0 h t h ep y r i d i n ec a nb ed e g r a d e d c o m p l e t e l ya ti 1 1 f l u e n tc o n c e n t r a t i o nb e l o w5 0m l ，a n dt h ep e r c e mc o n v e r s i o nc a i lr e a c h 7 5 2 7 a n d5 5 8 6 a tt l l ei n f l u e n tc o n c e n t r a t i o no f1 0 2 7m la i l d 1 9 8 4m g l ，r e s p e c t i v e l y f o rac o m p a n yc o m m s s i o n e db yt h ew a s t e w a t e r 仃e 咖e n tw o r k s ，a u c c o r d i n gt oa c i d h y d r o l y s i sp r e t m e n tc o m et om e ，o p t i m y nc o n d i t i o n s ，b a s e do n t l l en a t i o r l a ls t a l l d a r d sf o r s e w a g ed i s c h a r g e 肌dt h ep o l i c e sa i l dm e a s u r e so fe n v i r o n n l e n t a lp r o t e “o n ，ap r o c e s sr e l a t e d t ot l l ed e s i g ni sg i v e n t h et r i a lo p e r a t i o ns h o w e dm a tm e e tu s e r s r e q u i r e m e n t s k q ”w o r d s ：h y d r 0 1 y s i sa c i d i f i c a t i o n ，g l u c o s e ，s o yw a s t e w a t e r ，p y r i d m e 、：v a s t e w a t e r ， i n n u e n c i n gf a c t o r ，d e s i g no fp r o c e s s i l 独钟性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 期：谚。777 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将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、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容扣纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 导师签名：p 飞卅押磊 日 期：钐7 ， 第一章前言 第一章前言帚一旱刖i 2 0 世纪8 0 年代以后，环境污染r 趋严重，生态系统遭到大范围的破坏，人类越来 越重视环境污染的治理工作。 为了有效控制废水对周围环境的污染，为此需要相配套的废水处理设施来满足“三 同时” ( 即环境保护设施必须与主体工程同步设计、同时施工、同时投产使用) 要求， 从而可以有效地保护人类赖以生存的环境。 在高浓度有机废水的处理工艺上，对工艺的研究采用生化和物化处理相结合的联合 处理工艺，同时考虑到废水的b c 比值有时较低，可生化性有时较差，采用水解酸化工 艺来进一步改善废水的可生化性，以提高生化处理效果。废水治理工程出水水质执行中 华人民共和国国家标准污水综合排放标准g b 8 9 7 8 8 6 i 类水域二级标准。 本工艺的特点具有工艺先进，处理效率高，投资省，占地面积小，操作管理方便的 优点。 目前，国内外在治理废水方面，一般采用物理、化学物化、生化或相结合的方法。 根据多年来废水处理的经验，采用生化和物化处理相结合的联合处理是行之有效的。考 虑到废水b c 比值有时较低，可生物性有时较差，采用水解酸化工艺来进一步改善废水 的可生化性，以提高生化处理效果。另外、高分散法去除溶液中氨氮的技术，此项技术 经济适用、效率高，属国内首创，具有推广价值。 国外的研究动态及发展趋势：随着现代合成工业的发展，大量异生化合物 ( x e n o b i o t i c s ) 进入了工业废水和城市污水中，由于其本身具有结构复杂性和生物陌生性， 因此很难在短时间内被常规生物处理系统中的微生物分解氧化。为了解决难降解有机废 水的处理问题，国外学者提出了生物强化技术( b i o a u 舯e m a t i o n ) 的概念。生物强化技术 是指在生物处理系统中，通过投加具有特定功能的微生物、营养物或基质类似物，达到 提高废水处理效果的手段和方法。 通过对参考资料、期刊杂志、网络资源、试验数据和结论等相关内容的查阅、整理， 对废水处理工程的现场观察了解，为本课题的研究作了充分的准备。 在工艺设计研究之前，原有一套废水处理设备，可充分利用并适当增加部分设备， 以节省投资。本课题主要针对该公司的委托进行废水处理工程的工艺设计。在相关数据 资料的收集整理上，主要依据污水排放的国家标准、环境保护的各项政策措施，和委托 方对工程的要求来进行。 由于本人时间和精力有限，在废水处理工艺的设计过程中，只针对本工艺中最重要 的环节一“水解酸化 的部分机理和少数有机废水进行了研究，通过试验对有机废水的 水解酸化预处理工艺进行的一系列试验，我们对水解酸化工艺有了较为深刻的认识，在 水解酸化工艺中反应器的启动、控制水解酸化的各种条件和衡量水解酸化好坏的标准等 各方面都有了一定的研究。当然有些参数对于工业实际可能还有一些困难，但经过本人 的研究，对于大多数有机废水来说，水解酸化是一种有效的预处理方法，值得在工业上 江南火学专业硕十学位论文 大量推广应用。下面就把水解酸化预处理的研究情况和某公司有机废水的工艺处理流程 做个总体的回顾： 1 1 水解酸化简介 近年来发展起来的水解酸化法是一种介于好氧和厌氧之间的废水处理方法，该方法 广泛的应用于有机废水的预处理。水解酸化工艺与单独的厌氧或好氧工艺相比，具有以 下特点： 1 、水解和产酸菌的繁越速度快，代谢强度高，驯化培养时间短 2 、不需要严格的厌氧条件，对温度，p h 值变化不很敏感，便于操作控制 3 、对有毒物质不敏感，具有脱磷除氮作用，适用范广 4 、相对好氧工艺而言，可以适应更高的有机物浓度，能有效地降解好氧法不能去 除的有机物。 5 、水解酸化工艺虽然在些工业废水中进行了实际应用，但还有一些理论问题没有 得到突破，在工程设计中照搬别人模式设计或在花实际运行中临时取得运行参数的现象 普遍存在，没有形成较为系统的理论。 1 1 1 水解酸化的目的、步骤 随着水解酸化工艺在废水处理工程中的大量应用，这些问题急需得到解决，以便为 设计上作者提供较有效的设计依据。本试验的目的是进一步研究水解酸化的理论，为水 解酸化的工艺应用提供更多有用的理论依据和实际数据。通过对不同性质的废水进行对 比，找出不同类型废水处理的共同点和不同点，为实际废水处理提供更好的理论依据和 设计参数。 本试验主要分三个部分： 一、人工合成葡萄糖有机废水试验。通过试验，对水解酸化工艺的主要影响因素作 较深入的研究，得出葡萄糖有机废水水解酸化工艺较好的运行条件。 二、高浓度酱油废水试验。对酱油废水进行模拟处理，通过本阶段的试验，为高浓 度高色度的废水处理提供理论和设计依据。 三、难降解有机废水处理试验。用吡啶模拟废水作为试验用水，对难降解有机废水 进行处理，为难降解有机废水水解酸化处理工艺提供参考。 1 1 2 人工合成葡萄糖有机废水试验 在本试验中，首先进行了水解酸化污泥的培养。培养过程中采用葡萄糖加营养物( 其 营养物质比例为c o d ：n ：p = 2 0 0 ：5 ：1 ) 的废水作为培养废水，培养过程中对水解酸 化污泥进行了一些常规的测定。通过一个多月的培养，得到了成熟的污泥，随后进入试 验部分。 首先进行了进水p h 影响的研究。在反应器中有机负荷和污泥量基本相同的情况下， 改变进水p h 值。在p h 从4 9 范围内共进行了1 0 组平行试验。通过试验发现水解酸 化的p h 范围较宽，在试验选定的范围内部可以进行。从试验数据发现，在h = 6 1 0 8 0 2 阶段的产酸速度较抉，在p h = 6 5 3 和p h = 7 0 l 条件下产气速度较快，总的来说相对较好 2 第一章前言 的阶段为p h = 6 1 0 8 0 2 。在p h = 7 o l ，c o d = 3 8 1 5 3 m g l 条件下，其最大酸化率可达到 4 4 6 ，酸最大酸化度可达到6 4 6 。 1 1 3 酱油废水研究试验 首先对进水p h 值酱油废水酸化的影响进行了平行研究。选用进水p h 值为6 0 、7 o 、 8 0 进行了三组平行试验。试验结果：三组的最大酸化率分别为3 1 9 4 、3 4 2 2 和 3 0 9 5 ，到达最大酸化率的h r t 分别为5h 、4h 和6h 。由此可以行看到p h = 7 0 是最 合适的p h 条件。 然后对酱油废水的可生化性进行了研究。通过对上面酸化效果最好的p h = 7 o 组取 样进行c o d 和b o d 5 的测定，求出b o d 5 c o d c r 值，并画出b o d 5 c o d c r 随h i 变化 的曲线。当p h = 7 o ，h i 汀：4 h 时，酱油废水的b o d 5 c o d c r 值从0 3 4 提高剑0 5 2 ，可生 化性明显提高，同时，c o d c r 去除率可达1 5 3 5 。 1 1 4 吡啶废水的研究试验 进而对于不易好氧和厌氧生物降解的吡啶废水，水解酸化工艺对其也有明显的降解 作用。在p h = 6 0 、h l 玎( 水力停留时间) = 6 0 h 时，对于较低浓度的吡啶废水， 在这 部分试验中，对吡啶废水水解酸化进行了研究。同样，在p h 值分别为5 0 、6 o 、7 0 、 8 0 和吡啶浓度为1 0 0m g l 条件下对其受p h 的影响进行四组平行试验，试验表明在p h = 6 0 时吡啶降解最快。当h i 玎= 6 0 h 时，对不同浓度的吡啶废水进行了三组平行试验， 试验表明：当吡啶浓度为5 1 8 m g l 时，废水中的吡啶基本上可以全部水解，当浓度为 1 0 2 7 m g l 时，吡啶可降解7 5 2 7 ；对于没有经高浓度驯化的污泥，当吡啶浓度为 1 9 8 4 m l 时，其水解酸化降解率仍可达5 5 8 6 。所以对于难于好氧和厌氧生物降解的 吡啶废水，水解酸化是一种有效的预处理方法，低浓度时可全部降解。 1 1 5 废水处理工艺研究 根据近几年来处理废水工艺运行中的经验，采用生化和物化处理相结合的联合处理 方法是行之有效的。同时考虑到废水的b c 比值有时较低，可生化性有时较差，采用水 解酸化工艺进一步改进改善废水的可生化性，提高生化处理的效果。 具体处理方法的研究：针对该废水的特点，设计了气浮装置置顶预处理+ 厌氧反应 器+ 水解酸化反应器+ 高效澄清器的工艺流程。 本工艺的特点： 一、气浮装置一级物化预处理，具有工艺先进、处理效率高、投资省、占地面积小， 操作管理方便的优点。 二、“水解酸化 工艺利用有机物厌氧分解过程中酸性发酵阶段的特点，将某些大 分子的难降解有机物转化为易微生物降解的小分子有机物，从而改善废水的可生化性。 三、好氧生物反应器，可大大提高其有机物的去除能力，且具有性能稳定，耐冲击、 负荷强、污泥量小，不须回流，运行费用低廉等优点。 四、采用高效澄清器工艺，可以大大提高澄清效果。 江南人学专业硕+ 学位论文 1 1 6 废水处理工艺的运行效果 本工艺中主要有机泵均采用优质低噪音设备，并设置隔音装置，进风口配有消音器， 地面噪音符合g b 3 0 9 6 9 3 中的有关标准。 废水站建成投产后，可以减少大量向外排放的有机物，其中：s s ( 悬浮固体) ：1 9 2 吨年，c o d c r ：6 9 5 2 年，b o d 5 ：3 4 9 吨年，从而降低了水质对环境的有机污染，具 有明显的经济效益和环境效益。 1 1 7 前景展望 现在，一些新型反应器大量应用到废水处理和水解酸化工艺中，另外，有人从印染 废水水解酸化池中提取出一些优势菌株进行培育，有针对性的处理印染废水，也取得了 较好的效果。这些都值得我们去作更多的研究，相信不久的将来，水解酸化预处理在废 水处理工程中将得到更广泛的应用。 4 第二章水解酸化j t = 艺研究现状及本试验目的、内容 第二章水解酸化工艺研究现状及本试验目的、内容 2 1 水解酸化工艺概述 2 1 1 水解酸化的机理 水解酸化简单的解释为厌氧的初级阶段，在这个阶段，通过厌氧微生物的作用，通 过胞外酶的作用将水中的高分子有机物分解成为小分子的有机物以利于后续处理工艺 的作用发挥。一般，水解酸化应用在处理一些水中含有高分子难降解有机物的时候通过 酸化的作用提高废水的可生化性提高好氧处理的效果。 在废水的厌氧处理过程中，难以降解的有机物经大量微生物的共同作用，最终被转 化为甲烷、二氧化碳、硫化氢和氨。在此过程中，不同的微生物的代谢过程互相影响， 互相制约，形成复杂的生态系统。对于复杂物料的厌氧降解过程被认为是由不产甲烷的 发酵性细菌和产甲烷的细菌共同进行的两截断过程，但这一理论实际上没有全面地反映 厌氧消化的本质。1 9 7 9 年b u 锄等人提出了厌氧消化的三阶段理论。几乎与b r y a n t 等 人提出了厌氧消化三阶段理论的同时，z e i k u s 等人提出了厌氧消化的四类群理论。目前 在废水处理工程中研究厌氧消化时仍以三阶段理论为主。但是根据这些理论，可以把厌 氧消化分成四个阶段。 水解阶段：高分子有机物相对分子量巨大，不能透过细胞膜，不能为细菌直接利 用，因此他们在第一阶段被细菌胞外酶分解为小分子。例如纤维素被纤维素水解酶水解 为纤维素二糖与葡萄糖，淀粉被水解为淀粉酶分解为麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被蛋白质 酶水解为多肽与氨基酸等。这些小分子的产物能够溶解于水并透过细胞膜为细菌所利 用。 发酵( 或酸化) 阶段：在这一阶段，上述小分子的化合物在发酵细菌( 即酸化菌) 的细胞内转化为更为简单的化合物并分泌到细胞外。这一阶段的主要产物有挥发性脂肪 酸( 简写v f a ) 、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等。与此同时，酸化菌也利 用部分物质合成新的细胞物质，因此未酸化废水厌氧处理时产生更多的剩余污泥。 乙酸阶段：在此阶段，上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新 的细胞物质。 产甲烷阶段：这一阶段里，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被转化为甲烷、一 氧化碳和新的细胞物质。 根据厌氧消化过程的特点，复杂物料的厌氧消化过程可以被分成水解、酸化、产乙 酸、产甲烷四个阶段，其中产乙酸阶段是厌氧过程的限制步骤。在这四个阶段中，水解 和酸化过程不可能完全分开。因为这两个步骤是由同样的微生物种群完成的；产乙酸和 产甲烷过程也不可能分开进行，因为产乙酸过程需要产甲烷菌的活动以便保持较低的氢 分压。所以唯一的可能就是酸化阶段和产乙酸阶段的分离。在此理论基础主有人提出了 两相( 段) 处理，即废水的处理在两个不同的反应器中依次完成，以使厌氧消化过程中不 同的微生物种群的环境条件可以有较大的区别。利用前面的水解酸化阶段可以使废水中 5 江南人学专业硕+ 学位论文 有机大分子物质被细胞外酶分解为小分子，这些小分子的水解产物能够溶解于水并透过 细胞膜为细菌所利用，可改善废水的可生化性。 2 1 2 水解酸化工艺的特点 1 、影响因素 水解酸化的影响因素主要包括温度、p h 值、h i 玎、有机物组成及颗粒大小、水解 产物浓度等。在实际应用中，可根据有机废水的具体性质，取不同的操作条件。 2 、水解酸化工艺的优点 水解酸化作为厌氧降解的一部分，它不仅共有一般厌氧消化所具有的优点，如负荷 高、产泥少、能耗低、营养物需求量小外还具有很多自身的优点。： 水解和产酸菌的繁殖速度快，代谢强度高，驯化培养时间短。 不需要严格的厌氧条件，对温度、p h 值变化不很敏感，便于操作控制： 对有毒物质不敏感，具有脱磷除氮作用，适用范围广。 e l i 嬲等人对反应器是否设有酸化段进行了一次比较试验，用上流式厌氧污泥床反应 器s a b ) 进行试验，结果发现，有酸化段的反应器进入稳定运行时间比无酸化段的反 应器。可以避免污泥上浮，减少出水中的固体体物质，对p h 值变化不很敏感。l i u t u a n c l l i 等人对两段推流式反应器与完全混合反应器进行比较，发现具有酸化水解段的推流复应 器有机负荷高，有机物去除率和生物转化率都高得多。 i n c e 对乳制品废水用有无水解酸化段工艺进行对比试验，通过9 个月的运行，发 现有水解酸化段的工艺在水力停留时间为2 小时、有机负荷为2 3 k g c o d m 3 d 时c o d 、 b o d 去除率分别为9 0 和9 5 ，而无水解酸化段的工艺水力停留时间要3 6 小时，且 有机负荷仅为7 k g c o d m 3 d 。 c h a l ( r a b a n i 等人对制浆废水进行两相处理、单相厌氧过滤和u a s b 法比较，发现两 相法对c o d 、纤维素、木质素的去除率分别可达到8 8 、9 2 和8 2 ，且在相同条件 下，三种处理工艺所需设施的体积之比为1 ：l 、6 ：2 0 6 ，说明两相法可以减少基建投资， 提高负荷率。 3 、水解酸化工艺存在的缺点 水解酸化工艺只是对有机物进行的初级分解，对c o d c r 的去除率不高，一般不超 过4 0 ，后续必须通过厌氧甲烷发酵或者好氧处理才能使有机物彻底分解、矿化稳定。 在工程应用中一般只作为有机废水的预处理。 2 2 有机废水水解酸化预处理研究和应用现状 2 2 1 有机废水水解酸化工艺的研究状况 1 、对水解酸化过程影响因素的研究 l g u e 仃e r 0 等人用水产厂废水进行试验。，在不同的温度下，出水水质不同。虽然在 高温条件( 5 5 ) 下水解酸化效果好，但高温条件下产生的氨等会对产甲烷过程产生抑制 作用，影响系统的稳定运行，所以作者建议对此废水取中温( 3 7 ) 进行处理。 6 第二章水解酸化t 艺研究现状及本试验目的、内容 刘义等人采用水解酸化一气浮一s b r 工艺处理乳品废水，研究了水解酸化时间对 c o d c r 去除率的影确。试验结果表明，当进水c o d c r 为18 6 0 2 7 4 0 m g l 时水解酸化时 间为2 4 hc o d c r 去除率最高。 l m a z e r 等人也对干酪废水进行了不同水力停留时间下水解酸化效果的研究，在 o 5 2 o g c o d l d 的有机负荷率下，最适宜的水力停留时间为2 4 小时，酸化率可达到 5 0 。 霍明晰透过酸化一序批式活性污泥法( s b r ) 在不同温度和碱度条件下处理高浓度啤 酒废糟液试验，结果表明酸化效果受进水碱度和反应温度的影响，最佳温度是2 4 ，最 佳碱度范围是5 0 0 7 5 0 m g l 。 2 、对难降解或有毒有机废水的研究 国外对含有硝基苯、联苯和多环芳烃等有毒物质的废水用水解酸化一好氧工艺进行 研究，水力停留时间为8 小时，水解酸化段对硝基苯、联苯和多环芳烃的去除率分别为 9 8 、9 7 、9 6 ，认为此工艺可作为有毒有机废水预处理的有效方法。 b e c c 撕等对橄榄油加工厂废水进行试验，认为此废水中，饱和性和非饱和性长链 脂肪酸是抑制产甲烷过程的主要物质，对其进行水解酸化处理后，产生可挥发脂肪酸， 可降低对产甲烷段的抑制。 马文林等对土霉素结晶母液进行了酸化水解研究，结果表明，虽然废水中含有多种 生物抑制性物质，但利用水解酸化菌的开环作用，废水的可生物降解性和有机物降解速 率都有明显提高。同时，通过酸化水解，硝化速度从o 1 1 k ( m 3 d ) 增加到o 2 l k g ( m 3 d ) ， 反硝化速度从0 3 1 l k ( m 3 d ) 增加到o 4 5 l k ( m 3 d ) ，并且有助于维持合适的反应p h 。 3 、对水解酸化池结构类型的研究 沈耀良等人采用厌氧折流板反应器r ) 处理城市污水与垃圾填埋场渗滤液混合废 水。结果表明，a b r 可有效地改善混合废水的可生化性，进水b o d 5 c o d c r 为o 2 0 3 时，出水可提高到0 4 0 6 。混合废水经a b r 的预处理后，大大促进了废水进一步好 氧处理的运行稳定性。 贾洪斌等人用挡板式水解酸化池处理印染废水，效果明显。废水酸化池后c o d 去 除率平均b o d 5 c o d c r 值由o 2 8 5 提高到0 4 4 7 ，废水可生化性得到明显的改善，厌氧 折流板式水解酸化池作为印染废水好氧生物处理的前处理在技术上和经济上是可行的。 2 2 2 有机废水水解酸化工艺的工业应用现状 1 、在啤酒工业废水中的应用 陶有胜在对某啤酒厂废水处理工程中采用了水解酸化一生物接触氧化工艺，通过半 年多来的运行，处理效果稳定。得出如下结论：采用水解酸化后进行接触氧化的工艺 较传统的生物氧化法曝气时间显著缩短，h r t 仅6 h ，而传统生物氧化法处理啤酒废水 h 1 订一般大于l o h ，有的甚至大于1 7 h ，可见本工艺具有明显的节能效果；啤酒废水 经水解酸化处理后，b o d 5 c o d c r 值从原来的o 5 l 提高到o 7 2 ，废水的可生化性增加， 这样可充分发挥后续好氧生物处理的作用，缩短整个工艺的总水力停留时间，提高生物 处理啤酒废水的效率。水解酸化工艺对环境条件要求不高，易于操作管理；工程实践 7 江南人学专业硕+ 学位论文 证明，整个工艺具有投资省，运行稳定，抗冲击负荷能力强，处理效率高，出水水质好 等特点，整个系统的污泥量极少。 山东省轻工业设计院对山东寿光卢堡啤洒有限公司的啤酒废水处理中间样采用了 水解酸化一接触氧化法，取得了非常好的效果，并认为采用此工艺可节省2 5 以上的能 耗。 朱月海在对我国啤酒废水处理工艺进行研究后，讨论了具有代表性的5 个以生物处 理为主体的处理工艺方案。得出如下结论：根据啤洒废水b o d 5 c o d c r 大的特点，5 个 处理工艺方案基本上均以先厌氧( 水解酸化为主) ，后好氧处理。啤酒废水采用厌氧( 水解 酸化) 生物处理与好氧生物处理相结合( 为主体) 的处理工艺是成熟、可靠的工艺，是可以 被接受和采用的。 2 、在屠宰废水处理中的应用 广州某肉联厂采用水解酸化一序批式活性污泥法处理肉类加工废水，在此工程中， 水解酸化池同时起着水质水量调节、水解酸化和污泥处理三种作用。并且此工艺在运行 中具有无污泥膨胀，效果稳定，出水水质良好，处理成本低，适应性强，操作管理简便 等优点。 佛山市肉联厂屠宰废水处理采用了水解酸化池预处理技术，得了较好的效果。 3 、在印染废水中应用 浙江某织造有限公司采用水解酸化一好氧一混凝工艺处理大型针织印染废水，出水 达到国家一级标准。实际应用表明，水解酸化工艺不仅可将废水中的一些复杂高分子有 机物变成简单的低分子物质，改善后续生化处理条件；同时，对废水p h 值有较大的调 节作用。 曾丽璇等人采用对已稳定运行3 年以上的印染废水处理工程的水解池进行某种分 离，对分离得到的1 0 株纯菌种进行单株及1 0 株混合的脱色能力和脱色条件试验研究。 结果表明，混合菌群的脱色能力优于单株菌，对温度、p h 值的适应能力更强。东丽公 司采用水解酸化一好氧一生物炭工艺处理印染废水，其水解酸化段水力停留时间为5 6 h ，色度去除率达7 0 9 0 ，容易产生气泡的表面活性剂去除率达8 0 9 0 ，c o d c r 去除率达4 0 5 0 。 4 、在制药废水中的应用 相会强等对哈尔滨制药四厂废水用水解酸化一生物接触氧化艺处理，效果较好，在 冬天气温l o 以上就可以较稳定运行，出水可以达标。深圳某大型民营制药企业采用水 解酸化一序批式活性污泥法( h a s b r ) 处理中成药制药废水，出水可达到二级排放标 准。此工艺中，调节水解酸化池作为废水处理的预处理设施，除平均和水质水量外，还 能利用酸化水解菌将废水中高分子有机物转化为易被微生物降解的可溶性小分子，同时 还可使s b r 反应池的剩余污泥得到消化处理。降低工程投资和运行费用。调节水解酸 化池同时起着调节水质、水量、水解酸化和消化污泥的作用。 8 第二章水解酸化丁艺研究现状及本试验目的、内容 2 2 3 水解酸化工艺目前存在的主要问题 水解酸化工艺虽然在一些工业废水中进行了实际应用，但还有一些理论问题没有得 到突破，在工程设计中照搬别人模式设计或需在实际运行中临时取得运行参数的现象普 遍存在，没有形成较系统理论。随着水解酸化工艺在工程中得到广泛的应用，这些问题 急需得到解决，以便为设计工作者提供理论和实践依据。 2 3 本试验的目的和内容 本试验的目的是进一步研究水解酸化的理论，为水解酸化的工艺应用提供更多有用 的理论依据和实际数据。通过对不同性质的废水避行对比，找出不同类型废水处理的共 同点和不同点，以及水解酸化工艺在不同类型废水处理中的地位和作用，为工业实际废 水处理提供更好的理论依据和设计参数。 本试验主要分三个部分： 一、人工合成葡萄糖有机疲水试验。通过本阶段试验，对水解酸化工艺的主要影响 因素作较深入的研究，得出葡萄糖有机废水水解酸化工艺较好的运行条件，推导出其产 酸的动力学参数，为工业应用提供更好的理论依据。 二、高浓度酱油废水试验。从酱油厂提取实际废水，对酱油废水进行模拟处理。通 过本阶段试验研究，为酱油类废水的处理提供理论和设计依据。 三、难降解有机废水处理试验。用吡啶模拟废水作为试验用水，对难降解有机废水 进行处理，为难降解有机废水水解酸化处理工芝提供参考。 这三个部分的试验第一部分为单独进行，第二、三部分试验过程中有适当交叉。 2 4 废水水质分析方法的选择 选定废水水质的分析方法时，尽量做到使用有国家标准进行分析 方法，如c o d c r 、b o d 5 、p h 值、总氮、s v 、s v i 、t s s 、v s s 以及色度的测定。 对于没有找到国家标准和权威的分析方法，如挥发性脂肪酸f a ) 的测定选用水解酸化 厌氧生物处理 介绍的“碳酸氢盐碱度和v f a 分析的联合滴定法”；甲烷体积的测定，我们选用了 液体置换法。 ( 1 ) c o d c r ，的测定：重铬酸钾漓定法。 ( 2 ) b o d 5 的测定：稀释接种法。 ( 3 ) 总氮的测定：过硫酸钾氧化一紫外分光光度法。 ( 4 ) p h 值的测定：玻璃电极法。所用仪器为：p h s 2 5 型p h 计。 ( 5 ) 污泥沉降比( s v ) 、污泥容积指数( s v i ) ：体积沉降法。 ( 6 ) 总悬浮物( t s s ) 、污泥浓度( m l s s ) 和挥发性悬浮物( v s s ) 的测定：灼烧法。 ( 7 ) 、挥发性脂肪酸( v f a ) 的测定方法：碳酸氢盐碱度和b v f a 分析的联合滴定法。 仪器：p h s 2 5 型p h 计、磁力搅拌器、带2 5 0 m l 磨口锥形瓶的全玻璃回流装置、电 炉、5 0 m l 酸式滴定管、5 0 m l 碱式滴定管、l o o 皿烧杯、移液管等。 试剂：0 0 2 0 0 m o l l 的h c i 标准溶液、o 0 2 0 0 m o l l 的n a o h 标准溶液 9 江南大学专业硕+ 学位论文 步骤：安装并校准p h 电位滴定计，将水样以滤纸过滤，准确取滤液v m l ( 其中含有 的v f a 不超过3 m m o l l ) 加入到l o o m l 的烧杯中。如果此样品的p h 值高于6 5 ，则准确 调节p h 至6 5 。然后边搅拌边滴定至p h = 3 0 ，消耗的h c l 的体积记作a m l ；将此样品 加热回流3 分钟以上( 从沸腾起计时) ，冷却后，将溶液移回1 0 0 m l 烧杯，以n a o h 标准 溶液滴定至p h = 6 5 。消耗的n a o h 体积记作b m l 。计算： 垒兰竺竺1 0 0 0 v f a = y m m o l l 丝垒：垒鱼1 0 0 0 碳酸氢盐碱度= 矿 m m o l l ( 8 ) 甲烷体积的测定。 方法：液体置换法 仪器：史氏发酵管 试剂：用于置换气体的液体是n a o h 溶液，其浓度为3 1 0 0 9 h 2 0 ，并保持其碱度 p h 使始终高于1 2 ，否则进行更换。 原理：当沼气通过强碱溶液时，其中的c 0 2 。被碱液吸收，甲烷通过溶液。同时， 等体积的碱液从史氏发酵管下部排出，从其上部读得的数据即为甲烷体积：当一管不够 时，可在达到刻度底部前将史氏发酵管倾斜排出全部气体后重新计量。 ( 9 ) 色度的测定：稀释倍数法。 ( 1 0 ) 吡啶的测定：紫外分光光度法。 l o 第三章三种有机废水处理的试验研究 第三章三种有机废水处理的试验研究 3 1 葡萄糖废水处理研究 3 1 1 厌氧污泥的培养 污泥的来源：本次试验j 订厌氧污泥均取自运行时问较长且运行稳定、效果好的厌氧 污泥( 广东溢多利生物科技股份有限公司的厌氧池污泥) ，其显微镜照片如图3 1 所示。 罔3 2 污泥培养后期的显微镜照片 f l g l 鹏3 2s l u d g em j c r o s c o p ep l o t o so f m e1 n et r a j n 结果与结论：凼本次试验用厌氧污泥均取白运行良好的厌氧池，所以加入葡萄糖废 水后污泥活性恢复较快，加入营养液不久就司观察到瓶星有较多的气泡产生。培养3 0 天后，观察发现污泥出原来的浆糊状变为絮状，且颜色较原来浅。呈深灰色。污泥颗粒 较大，沉淀性较好，上清液澄清。经测量，其污泥的v s s ，r s s = 5 03 。最后一批营养 液加入后2 4 小时，监测得知其出水情况如表3 】所示 江南人学专业硕+ 学位论文 表3 1 厌氧污泥培养结果 瓶号进水c o d c r ( m l ) p h进水c o d c r ( m l )p hc o d 去除( ) 由表3 1 可以看出，在h i 汀= 2 4 h 时，c o d c r 去除率都达到了4 0 以上。 并且通过计量产气可以看出产气量较大，说明厌氧污泥的活性已恢复，可以进行实 际废水的驯化或下一步的试验。 3 1 2 厌氧污泥培养的试验装置 本装置采用c a s s 间歇式生物反应器，在此反应器中进行交替的曝气一非曝气过程 的不断重复，将生物反应过程和泥水分离过程结合在一个池子中完成。 由于某公司的废水排放是间断的、不定时的，所以水量、水质波动较大，冲击负荷 较高。c a s s 反应器能够很好地解决这一污泥培养问题。 目前全世界已有3 0 0 多家污水处理厂采用c a s s 反应器的废水处理工艺。我国，北 京航天城污水处理厂( 处理能力7 2 0 0 m 3 d ) ，徐州第二人民医院，镇江市征润州污水处 理厂( 设计水量2 0 万们，近期1 0 万们) 。 c a s s 反应器由3 个区域组成：生物选择区、兼氧区和主反应器，每个区的容积比 为l ：5 ：3 0 。污水首先进入选择区，与来自主反应器的混合液( 2 0 3 0 ) 混合，经 过厌氧反应后进入主反应区，如图3 3 所示。 出来 图3 3c a s s 反应器构造图 f i g u r e3 - 3c a s sr e a c t o rs t m c t w 试m a p ( 1 生物选择区；2 缺氧区；3 主反应区) ( 1d i s t r i c to fc h o i c e ；2h y p o x i cz o n e ；3t h em a i nr e a c t i o nz o n e ) 3 2 对水解酸化影响因素的试验研究 由前面水解酸化的基本性质，得知影响水解酸化的因素主要有水力停留时间( 咖、 温度、p h 值、有机负荷、产物的浓度及各种毒素影响。综合大多数文献报道和根据试 验时的气候条件( 试验时间主要为春末夏初，室温常超过2 5 ) ，本次选定的试验溢成为 3 7 l ，试验中主要考查h r t 、p h 值和有机负荷( o l ，) 对水解酸化的影响。 1 2 第三章三种有机废水处理的试验研究 3 2 1p h 值的影响 为研究p h 值对水解酸化的影响，我们选择基本相同的进水c o d c