（环境科学专业论文）厌氧膨胀颗粒污泥床egsb异位处理黑臭河水试验研究.pdf

d e g r e ep a p e ro fm a s t e rc a n d i d a t ei n2 0 1 1 u n i v e r s i t yc o d e ：1 0 2 6 9 e n r o l l m e n n tn u m b e r ：y s 5 1 0 8 0 8 0 2 0 5 1 e x p e r i m e n t a ls t u d yo nt h e e x - s i t e t r e a t m e n to fm a l o d o r o u sr i v e rw a t e r b y e x p a n d e d g r a n u l a rs l u d g eb e d ( e g s b ) de p artment ： spe cia1ity ： r e a c t o r e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e direction ：t r e a t m e n to fw a s t e w a t e r supervisor ： 里! q 鱼曼墨q ! 丛i 坠墨h 皇坠gh 坠垒坠g v i c e - - s u p e r v i s o r ： l e c t u r e ry a nh e candidate ： g e n gl i a n g _ _ _ _ - _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - - _ - - _ - _ l i l i _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ o _ _ _ _ _ _ 一 m a y , 2 0 1 1 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈交的学位论文厌氧膨胀颗粒污泥床( e g s b ) 异位处理黑臭 河水试验研究，是在华东师范大学攻读甄胜博士( 请勾选) 学位期间，在导师 的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均己在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 互鉴! 整 日期：n i1 年9 月；1 日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 厌氧膨胀颗粒污泥床( e g s b ) 异位处理黑臭河水试验研究系本人在华 东师范大学攻读学位期间在导师指导下完成的矾左博士( 请勾选) 学位论文， 本论文的研究成果归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保 留和使用此学位论文，并向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网” 送交学位论文的印刷版和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据 库被查阅、借阅；同意学校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数 据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方 式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) () 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密”学位论文 l i e ，于年月日解密，解密后适用上述授权。 l ( 2 不保密，适用上述授权。 导师签名 “涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的学 位论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方为有效) ，未 经上述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文， 均适用上述授权) 。 名 “ 签 2 人本 蛆硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 泵宝、高筏彳酸f 募旦长嗤 主席 壁径碟 散摄 等忡弥哮 j 长远磊 素蚶酸 b j b 观l 迸 与像| 刃| 7 厕钇受删耕鲰(移它 - 卢采弦砖赦专琵 字皋v 于黼 i 聋囊讳箢太学2 0 1 1 届硕士毕业论文摘要 摘要 本论文以严重污染的城市黑臭河水为处理对象，开展了e g s b 种泥优化培育 及脱氮效能恒温摇瓶实验研究和现场试验的e g s b 装置启动及运行特性研究，主 要研究结论如下： ( 1 ) 在恒温摇瓶优化培育种泥的实验研究中，经过8 0 8 3d 的培育，种泥 均具有一定的厌氧氨氧化性能并对黑臭河水具有较好的脱氮效果，其中投加了蜂 巢石作为载体的r 1 和r 2 两个反应器的n 啦+ - n 平均去除率分别达到了3 5 5 2 和3 0 1 0 ，出水n h 4 + - n 浓度最低可达到9 1 2m g l 和8 9 1m g l ，较未投加蜂 巢石的其他三个反应器( r 3 、r 4 、r 5 ) 的n h 4 + n 平均去除率约提高2 9 和2 0 。 但蜂巢石投加量为2 0g 1 6 0m l 的n h 4 + - n 去除率与蜂巢石投加量为4 0g 1 6 0m l 的差异不明显。 ( 2 ) 在现场试验中，应用自行培育的种泥成功启动并运行了e g s b 装置， 启动时间约为4 5 5 0d ，并在启动后期具有明显的厌氧氨氧化现象。启动期间， 该装置对黑臭河水中c o d c ，、n h 4 + - n 和t i n 的最高去除率分别达2 2 8 9 、6 2 4 9 和4 1 2 8 ，出水n h 4 + n 浓度最低值为5 0 7m g l ，t i n 的平均去除速率可达o 1 9 k g m 3 - d 。 ( 3 ) e g s b 装置稳定运行阶段n h 4 + - n 的最高去除率为7 5 5 4 ，最低n h 4 + n 出水浓度为3 0 1r a g l ：n 0 2 。n 的最高去除率为9 9 5 1 ，最低n 0 2 。一n 出水浓度 为0 0 3 1m g l ：n 0 3 n 的最高去除率为6 0 4 1 ，最低n 0 3 。- n 出水浓度为0 9 6 m g l 。总体而言，反应器除氮有效且出水的氮污染含量接近地表水v 类水质标 准。c o d c ，去除率最高达到6 8 9 8 ，最低出水c o d c ，浓度达到3 0 1 6m g l ，达 到地表水v 类水质标准。 ( 4 ) 在现场试验中，考察了温度、h r t 、回流比对e g s b 装置处理黑臭河 水效能的影响，认为温度1 0 、h r t 为2h 、回流3 0 0 、p h 值7 0 8 2 是 e g s b 装置高效处理黑臭河水的适宜条件。 ( 5 ) 通过扫描电镜观察发现，本现场试验的e g s b 反应器污泥中可能存在 与相关文献报道的厌氧氨氧化菌、产甲烷菌形态相似的菌群。 关键词：厌氧膨胀颗粒污泥床；接种污泥；载体；厌氧氨氧化 辱囊掌币笼走学2 0 1 1 届硕士毕业论文 a b s t r a c t a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , o p t i m a lc u l t u r eo fs e e ds l u d g e so fe x p a n d e dg r a n u l a rs l u d g eb e d ( e g s b ) ，d e n i t r i f i c a t i o ne f f e c to ft h e s es e e ds l u d g e sa n dt h es t a r t u pa n do p e r a t i o n p e r f o r m a n c e so fe g s br e a c t o rw e r es t u d i e df o rt r e a t i n gs e r i o u s l y p o l l u t e du r b a n m a l o d o r o u sr i v e r t h em a i ne x p e r i m e n t a lr e s u l t sa r e ： ( 1 ) i nt h es h a k i n gc o n i c a lf l a s ke x p e r i m e n t sf o rs e e ds l u d g e so p t i m a lc u l t u r e ， a f t e r8 0 8 3d a y sc u l t i v a t i o n ，a l ls e e ds l u d g e so c c u r r e da n a e r o b i ca m m o n i ao x i d a t i o n ( a n a m m o x ) a n ds h o w e dg o o dd e n i t r i f i c a t i o ne f f e c to nm a l o d o r o u sr i v e rw a t e r t h e a v e r a g en i - h + - nr e m o v a le f f i c i e n c i e so fr e a c t o r1a n dr e a c t o r2 ，b o t hu s i n gp u m i c e a sc a r r i e r s ，w e r e3 5 3 2 a n d3 0 1o ，r e s p e c t i v e l y t h em i n i m u mc o n c e n t r a t i o no f n h 4 + - ni nt h ee f f l u e n t so fr 1a n dr 2r e a c h e d9 12m e r l ea n d8 9 1m g l ，r e s p e c t i v e l y 1 1 1 ea v e r a g en h 4 + - nr e m o v a le f f i c i e n c i e so fr1a n dr 2i n c r e a s e db y2 9 a n d2 0 c o m p a r e dw i t ht h eo t h e rt h r e er e a c t o r s ( r 3 r 4a n dr s ) p u m i c ed o s a g eo f2 0g 16 0 m la n d4 0g 16 0m lw e r en o to b v i o u s l yd i f f e r e n ti nt h er e m o v a lo fn i - i 4 + - n ( 2 ) i nt h ef i e l de x p e r i m e n t ，e g s br e a c t o ri n o c u l a t e dw i t ht h er e l a t i v e l yo p t i m a l c u l t i v a t e ds e e ds l u d g e ss t a r t e d - - u ps u c c e s s f u l l y t h es t a r t - - u pp e r i o dl a s t e da b o u t4 5 - 5 0 d ，a n do b v i o u s l ya n a m m o xo c c u r r e di nt h el a t t e ro p e r a t i o n d u r i n gt h es t a r t - u p p e r i o d ，t h em a x i m u mr e m o v a le f f i c i e n c i e so fc o d e r ，n 1 - 1 4 + - na n dt i nr e a c h e d 2 2 8 9 ，6 2 4 9 a n d4 1 2 8 ，r e s p e c t i v e l y t h em i n i m u mc o n c e n t r a t i o no fn h 4 十一ni n t h ee f f l u e n tw a s5 0 7m l ，a n dt h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo ft i nc o u l dr e a c ho 19 k g m 3 - d ( 3 ) i nt h es t e a d yr u n n i n gp e r i o do fe g s br e a c t o r , t h em a x i m u mn h 4 + - nr e m o v a l e f f i c i e n c ya n dt h em i n i m u mn h 4 + nc o n c e n t r a t i o ni nt h ee f f l u e n tr e a c h e d7 5 5 4 a n d3 0 1m g l ；s i m i l a r l y , n 0 2 - nb e i n g9 9 5 1 a n do 0 31 m g l ；n 0 3 - nb e i n g 6 0 41 a n d0 9 6m g l i ng e n e r a l e g s br e a c t o rw a se f f e c t i v ef o rn i t r o g e nr e m o v a l a n di t sc o n t e n t so fn i t r o g e np o l l u t a n t si nt h ee f f l u e n tc o u l da p p r o a c hg r a d evo ft h e s u r f a c ew a t e rq u a l i ws t a n d a r d t h em a x i m u mr e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d c rw a s 6 8 9 8 a n dt h em i n i m u mc o d c rc o n c e n t r a t i o ni nt h ee f f l u e n tr e a c h e d3 0 16 m g l ， i i a n a e r o b i ca m m o n i ao x i d a t i o n ( a n a m m o x ) i i i 军囊师箢大学2 0 1 1 届硕士毕业论文 目录 摘 要一i a b s t r a c t i i 目录 第1 章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 国内外研究现状一2 1 2 1 黑臭河道治理技术的研究进展2 1 2 2 用于污水处理的厌氧生物反应器5 1 2 3 废水生物脱氮新技术：8 1 3 研究目的与意义11 1 4 课题来源与研究内容1 1 1 4 1 课题来源一11 1 4 2 研究内容12 1 5 研究技术路线12 第2 章研究条件与实验方法13 2 1 实验用水和黑臭河道13 2 2e g s b 接种污泥复配、颗粒污泥培育及脱氮效能实验14 2 2 1 种泥和载体14 2 2 2 实验装置16 2 2 3 实验方法17 2 2 4 指标分析17 2 3e g s b 反应器异位处理黑臭河水现场试验17 2 3 1 实验装置17 2 3 2 实验条件18 2 3 3 指标分析19 2 4 分析项目和测试方法19 2 4 1 水质理化指标的监测与分析19 2 4 2 污泥的扫描电镜观察2 0 拳囊筛 第3 章e g s b 颗粒污泥培育及脱氮效能预研究2 1 3 1 实验材料与实验用水2 1 3 2 结果与讨论2 1 3 2 1 污泥的颗粒化性能表观观察及微观结构电镜分析2 1 3 2 2 污泥的脱氮效能研究2 9 3 2 3 不同载体投加量对脱氮效能的影响研究3 6 3 2 4 分析讨论3 8 3 3 本章小结4 0 第4 章不同工况条件下e g s b 异位处理黑臭河水的现场试验研究4 1 4 1 材料与方法4 1 4 2 实验方案4 1 4 3 分析测试项目与测试方法4 2 4 4 结果与讨论4 2 4 4 1e g s b 启动特性研究4 2 4 4 2e g s b 反应器运行特性研究4 8 4 4 3 温度、h r t 、回流比对运行阶段e g s b 反应器的影响研究5 3 4 5 本章小结5 9 第5 章结论与展望6 l 5 1 论文结论6 l 5 2 论文创新6 2 5 3 展望6 2 参考文献6 3 攻读硕士学位期间学术成果6 9 v 幸囊奸箢走学2 0 1 1 届硕士毕业论文绪论 第1 章绪论 1 1 研究背景 城市河流是城市生态系统的重要组成部分，是城市发展中不可缺少的资源。 它具有提供水生生物生境和水源、美化城市、景观娱乐等多种生态服务功能，承 担着排水防洪、城市气候环境缓冲、城市污染物的消纳等重要功能。然而随着城 市化进程的加快和城市经济的突飞猛进，随之带来的城市水污染问题也越来越严 重。据统计，我国超过8 0 的城市河流受到了不同程度的污染【，耗氧性污染物 和氮磷等营养盐的含量居高不下，其中许多城市河流出现了常年性或季节性的黑 臭现象。目前，全国范围内的城市集中点源污水治理工作处于快速发展时期且取 得了初步成效，但部分地区和重点流域的地表水环境质量改善进程缓慢，上海市 众多中小河道的现状水质仍然为v 类一劣v 类。造成这种问题的原因是多方面 的。其中，河道沿岸的分散漏排( 包括管道溢流、雨污混接和渗漏等) 生活污水 及地表径流面源污染是重要因素之一；另外，河道中黑臭底泥向上覆水释放污染 物及水体自净作用退化是重要因素之二。 近年来随着人们对城市水环境治理的日益重视，各种各样的城市黑臭河道治 理方法应运而生。其中，人工湿地和生态浮床等作为近自然生物生态技术的代 表，对低浓度污水、地表污染径流或污染河湖水有较好的处理与修复效果，且具 有低成本的优势2 1 。但是，这些技术在大规模推广应用方面仍然存在着一些问题， 如：负荷率( 水力或污染物) 低、占地面积( 湿地的占地面积或浮床占水面面积) 大、总氮去除率偏低、湿地基质层堵塞等。另外，氨氮含量居高不下是目前黑臭 水体的主要特征之，氨氮是典型的耗氧污染物，易导致水体缺氧，是黑臭河水 致臭的主要污染物之一，氨氮浓度高的水质具有一定的生物毒性，威胁水体生物 的生存和生态系统的安全。开发适宜的氨氮去除新技术是我国城市黑臭河道治理 的急迫需求。 国内外的经验表明，城市河道整治是一项长期且艰巨的任务。随着上海中心 城区河道截污治污、疏浚和调水工作的逐渐完善，水质改善成为重现河道“水清 草茂”自然本色的必由之路 4 9 】。本论文针对我国城市黑臭河道治理的急迫需求 年囊郇苑大学2 0 1 l 届硕士毕业论文绪论 和城市黑臭河道治理中的现存问题，结合课题组其他成员在厌氧膨胀颗粒污泥床 ( e g s b ) 反应器研究方面取得的工作基础，尝试应用e g s b 技术处理城市河道 的黑臭河水，通过实验研究探索该技术处理黑臭河水的特点和适宜的工艺参数， 从而为该技术的实用化提供一定的参考和借鉴。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 黑臭河道治理技术的研究进展 在社会经济快速发展和污染控制相对滞后的双重背景下，我国河湖水系遭受 到了普遍和严重的污染。作为城市污染物直接和快捷的集聚地，我国众多的城市 河道长期处于高强度纳污状态，造成水体的耗氧复氧严重失衡和生态链崩溃， 带来了水体黑臭问题。黑臭河道治理不仅与城市的人居健康和整体形象关系很 大，而且影响着流域生态安全。 我国河道黑臭问题在平原地貌的高度城市化地区尤为突出。根据本文作者所 在课题组的研究结果，一些城市黑臭河道的河水中氨氮含量高达2 0m g l 乃至3 0 m g l 4 1 。在高强度纳污和生态阻滞的双重胁迫下，我国严重黑臭的城市河道其河 水氨氮含量已经接近或超过了生活污水。 国内外的研究成果和工作经验均表明：城市黑臭河道治理不仅是一项长期的 任务，而且是一个系统性工程。一般认为，“控源一减负一修复 是国内外城市 黑臭河道治理普遍遵循的原则和工作程序。在外源污染得到有效控制的前提下， 水体污染负荷削减和生态修复是黑臭河道治理的必须步骤，其中，污染减负和生 境改善又是生态修复的基础。而将水生态系统从“恶性循环”改变到“良性循环” 并实现“水质净化的生态自维持”是一切污染水体治理的终极目标。目前，用于 黑臭河道水质净化和生态修复的技术方法一般分为物理、化学和生物生态法三 类。其中，生物生态法具有较显著的“环境友好特点，在污染水体治理与修 复中广为应用，主要包括生物膜技术、微生物强化技术、生物生态净化技术和 植物净化技术等。 1 2 1 1 生物膜技术 生物膜技术是指使一定量的微生物群体附着于某些载体的表面上形成膜状， 2 幸囊郾拿毛太擘2 0 1 1 届硕士毕业论文绪论 并通过与污水接触，生物膜上的微生物在水中得以有效截留、吸附、并摄取水中 的有机物作为营养并且加以同化，使污水得到净化【5 】。它是一种“附着生长型” 的污水处理方法，利用生物膜技术处理黑臭河水的实质是对天然河道中所发生的 生物过程的一种强化。主要包括排水沟的接触氧化法和砾石接触氧化法及水体原 位生物栅法等。综合国内外的工程应用实例来看，生物膜技术应用在中小河流净 化方面具有着便于管理、净化效果较好等特点。 1 2 1 2 微生物强化技术 微生物强化技术是指在原有的生物体系中人为创造条件来强化微生物对污 染物的降解。在河流污染严重而又缺乏有效的微生物作用时，通过投加具有特定 功能的微生物来改善原有生物体系的处理效果。目前主要途径有两种：一是直接 投加微生物促牛剂来促进微生物的生长 6 1 。二是直接向黑臭河水中投加酶制剂【7 】 或微生物菌剂雹。 目前应用于黑臭河道治理的微生物菌剂主要包括光合细菌( p s b ) 、硝化细菌、 l l m o 生物活性液等。汪红军等【1 1 】利用生物复合酶污水净化剂对黑臭河水进行 修复实验，发现其对水体致黑臭污染物等有较高的去除率，可有效地消除水体黑 臭现象。上海市徐汇区环保局与华东师范大学环境科学系应用美国p r o b i o t i c s o l u t i o n 公司的生物促生剂在上澳塘的一段河道内进行试验。研究表明，投放微 生物促生剂对水体消除黑臭、增加水体溶解氧有着显著和快速的效果，水体的 c o d c ，、b o d 5 均得到了明显的下降。因此随着现代生物技术的进步，越来越多 的更为高效经济的酶制剂和生物菌剂将被开发和应用于河流污染的治理中。 1 2 1 3 生物生态净化技术 随着人们对黑臭河道治理的研究实践不断深入，根据治理要求对各种单项技 术优化筛选并开展系统集成己成为国内外水体治理的主流思想。生物生态净化 技术在诸多工程实践中得到了成功的应用。 刘福兴等 1 2 】采用生态浮床为核心，辅以纳污减污栅、微曝气复氧和人工介 质等多项技术，对上海市汇丰河黑臭河水进行治理，水体的透明度由原来的平均 小于2 0 锄增加到平均5 0c l l l 以上，主要水质指标c o d 、n h 4 + - n 的最大去除率均 奉囊讳篦太謦2 0 1 1 届硕士毕业论文绪论 别达到t 6 3 5 、6 9 9 ，河道的生物多样性显著提高。金承翔等【1 3 】利用组合植 物净化技术、微生物技术、曝气充氧技术及生物促生技术进行黑臭河道的治理，。 取得了良好的治理效果，实现了黑臭水体生态系统的快速恢复。 1 2 1 4 植物净化技术 水生植物是河流水体自净系统的重要组成部分，主要作用表现在以下几个方 面：植物能直接吸收吸附水体可利用态的营养物质，富集重金属及一些毒害物 质；植物庞大的根系为微生物和其它生物提供了栖息场所；光合作用为植物 净化作用提供能量来源；根际效应，包括泌氧功能、根际分泌物的化感作用等 【1 4 】。然而，水生植物有着各自不同的耐污极限，水质的过度恶化会导致水生植 物的无法生存。因此，在黑臭河水的治理中，往往选择具有抗污能力强、繁殖能 力强、易栽培管理、根系发达及可资源化利用的先锋植物。一般大型水生植物分 为沉水植物、漂浮植物、挺水植物和浮叶植物，而与此对应的植物净化技术主要 包括人工湿地、生态浮床、人工浮岛等。其中最主要的是人工湿地。 人工湿地对污水净化处理是化学、物理和生物共同作用的结果，是人为地将 沙、石、土壤等材料按照一定比例组成基质，并栽种经过筛选的水生植物，组成 类似于自然湿地状态的工程化的湿地状系统。而在人工湿地中发挥主要作用的还 是水生植物，水生植物是否能发挥其最大的应用潜力和净化能力，关键在于植物 种类的选择和物种之间的搭配，特别是通过预实验选择净化效果好、耐污性强、 适宜其生存环境的植物种类。目前人工湿地已经被广泛应用于黑臭河道的治理工 程实践中了。 余志敏等1 5 1 采用两种复合人工湿地系统处理昆明市城市污染黑臭河水，经 过为期1 年的运行结果表明，两种复合人工湿地系统对城市河流污水均具有良好 的污染物去除性能，其中垂直上行流复合人工湿地系统性能更优于垂直上行流与 水平流复合人工湿地系统。人工湿地对有机物具有较高的去除率，但对于营养物 质，尤其是氮的去除率较低。对欧洲2 6 8 座人工湿地进行调查发现，n 出+ n 的平 均去除率仅为3 0 ，t n 的平均去除率为3 9 6 【l6 i 。 作为黑臭河道强化净化的有效手段，曝气增氧已经成为我国黑臭河道治理的 4 幸囊讳箢大学2 0 1 1 届硕士毕业论文 绪论 一项重要技术。但该技术还存在一些问题和不足，首先，曝气设备运行过程中需 要消耗大量的能源，并且长距离电缆输电费用昂贵且安全性较差( 特别是在野外， 防触电、防盗窃的难度很大) ；第二，城市黑臭河道往往受纳了许多含有表面活 性剂的生活污水，当进行河道曝气时，水面会产生大量泡沫，这些泡沫或聚集并 覆盖在水面，或随风飘扬，不仅恶化了环境卫生，而且影响了水体景观；第三， 在曝气增氧的初期，黑臭河道中的恶臭气体，如h 2 s 和n h 3 ，会加速挥发；第 四，曝气设备在运行过程中可能会产生较大的噪声，干扰影响沿河居民的正常生 活；第五，河道中曝气设备设置过密会影响景观，同时给河道行船造成安全隐患。 另外，曝气增氧往往只是将水体中氨氮转化为硝态氮，并未将氮污染物从水体中 根除。因此，曝气增氧技术在使用中有许多限制和不足【1 7 】。利用厌氧生物技术 降低黑臭河水中有机物和氨氮浓度，可以大幅度降低曝气增氧设备的投资和运行 能耗，并避免二次污染，是可以探索并具有潜在应用价值的河道污染治理技术。 1 2 2 用于污水处理的厌氧生物反应器 1 2 2 1 上流式厌氧污泥床( u a s b ) u a s b 反应器是第二代厌氧反应器，是由加拿大学者g u i o t 等人 1 8 】提出的。 为了进一步提高厌氧反应器的处理效果，他们还提出了上流式厌氧污泥床和上流 式厌氧滤池结合型的新工艺，即u a s b ，a f 工艺。u a s b 作为第二代高效厌氧反应 器的标志，已被广泛应用于各类废水处理。本身也具有着无可替代的优越性，如 有机负荷高、低成本和低运行费用等；但同时也有着很多缺点，如反应器内可能 出现短流现象，当进水中的悬浮物浓度很高时也会引起反应器的堵塞。 1 2 2 2a s b r 反应器 a s b r 反应器具有很多优点：在基质限制条件下能够稳定运行；具有有 效的生物截留能力；结构简单并不易发生污泥堵塞。a s b r 反应器作为厌氧生 物处理反应器的尝试是由欧洲学者最先开始的，并且通过实验验证了它的效果。 d a p c n a m o r a 1 9 】在机械搅拌速度为7 0r m i n 拘条件下，用1l 的a s b r 反应器实现了 氨氮去除负荷率0 7 5g l d ，运行时间历时2 0 0d 。 1 2 2 3i c 反应器 晕囊师箢走学2 0 1 1 届硕士毕业论文绪论 i c 反应器是基于对污泥颗粒化、三相分离器和u a s b 反应器改进后的新型反 应器，其原理上相当于将2 个u a s b 单元串联起来。让两个反应器处于不同负荷 运行，反应器占地面积较小。 荷兰于1 9 8 5 年建成了世界上第一个中试i c 反应器 2 0 】。运行结果十分可观， 在水力停留时间为4 6h ，容积负荷为3 5 - 5 0k g c o d ( m 3 d ) 时，c o d 去除率可达 7 5 9 0 。现在在欧洲，很多生产性规模的i c 系统已经运行。而在国内，i c 系统 于1 9 9 6 年被我国首次引进，第一套i c 设备被用来处理啤酒废水，并取得了很不错 的处理效果，在进水日均负荷高达2 3 - 3 0k g c o d ( m 3 d ) ，c o d 浓度为4 6 0 0m g l 的情况下，c o d 去除率稳定在8 0 。而目前，i c 厌氧反应器仍然被国内许多啤酒 厂、柠檬酸厂等采用来处理其生产废水。 1 2 2 4u f b 反应器 u f b 反应器也是第三代厌氧反应器，该工艺是由美荷b i o t h a n e 系统国际公司 所开发，是介于u a s b 反应器和流化床之间的一种反应器。其有着第三代厌氧反 应器的共同特点：微生物均是以颗粒污泥的方式存在于反应器之中的。此外，反 应器可承受很高的水力负荷( 4 0k g ( m 3 d ) ) ，在高负荷的条件下i 拘c o d 去除率可 达到6 0 9 5 。反应器中的污泥床也是处于悬浮或膨胀状态、污泥龄长【2 1 2 8 1 。 1 2 2 5 厌氧膨胀颗粒污泥床( e g s b ) 反应器 e g s b 是在u a s b 的基础上发展起来的，e g s b 反应器作为第三代厌氧污水处 理设备，由于它与u a s b 相比增加了出水回流，使得反应器中的水流上升速度得 到明显提高，其速度一般可达到2 5 1 0m h ，远高于u a s b 的0 6 0 9m h ，并且 它的c o d 去除率高，颗粒污泥沉降性能好，有机负荷高，在处理低浓度有机废 水和含难降解有机物的工业废水等方面有着独特的优势，从而具有广阔的应用前 景。 左剑恶等人 2 9 】在中温条件下将絮状污泥和颗粒污泥分别接种到容积为1 2 8l 和8 0 8l 的e g s b 反应器内，对其进行启动研究。结果表明：接种絮状污泥的反 应器在启动前期由于污泥沉降性差，不能进行出水回流；启动耗时较长，经7 8d 的运行，才形成颗粒污泥，进水容积负荷为4 3k g c o d m 3 d ，c o d 去除率仅在6 6 6 幸囊帏箢太学2 0 1 l 届硕上毕业论文 绍论 左右。而接种颗粒污泥经短暂无回流驯化后，即可按e g s b 反应器的方式启动， 且运行3 2d 后，进水容积负荷为4k gc o d m 3 - d ，c o d 去除率达到9 0 以上。说明： 接种颗粒污泥的反应器要比接种絮状污泥反应器启动速度快很多。 m a p e r e i r a 等人在中温3 7 士1 条件下，分别将颗粒污泥和絮状污泥接种到 e g s b 和a f 厌氧滤池反应器中，处理人工合成油酸废水。颗粒污泥产甲烷活性较 高，且抵制油酸毒性的能力比絮状污泥高1 0 倍，故e g s b 启动初期即在进水中加 入油酸，油酸浓度占废水总浓度的5 0 ，使反应器中进水仅以油酸为碳源，其容 积负荷为8k gc o d m 3 d 时，c o d 的去除率为7 0 。 k a t o 等人f 3 1 1 采用两个2 2 5 5l 的e g s b 反应器在3 0 时处理以乙醇为基质的 模拟低浓度污水。其中r l 反应器是在无氧的环境下运行，r 2 反应器则是在氧 浓度相对较高( 最高达3 8m 9 0 2 l ) 的环境下运行。r 1 和i 也在不同的h r t ( 0 5 2 1h ) 、有机负荷率( o l r ) ( 3 9 3 2 4g c o d l d ) 的情况下，处理进水浓度 为1 2 7 6 7 5m g c o d l 以的污水，实验结果表明，在相近的运行条件下所获得的处 理效果相差无几，由此证明，溶解氧的存在对e g s b 反应器的运行并没有很明显 的影响。 l a s t 和l e t t i n g a 3 2 1 采用1 2 0l 的e g s b 反应器研究在常温下处理生活污水，反 应器有效容积为1 1 6l ，反应区直径为o 1 9m ，高度为4 0m ，接种颗粒污泥取自 处理造纸废水的生产性u a s b 反应器。实验结果表明，e g s b 反应器不适合处理 含悬浮物的废水，因此试验采用预沉淀后的生活污水。在干燥气候且温度大于 1 3 c 的条件下，当h r t 大于3 5h ，容积负荷大于2 7k g m 3 d 酊j - ，可溶性c o d 去 除率及总c o d 去除率分别为5 1 和3 4 ，而在h r t 为2h 和1 5h 时，可溶性c o d 的去除率分别为4 5 和3 2 。 j e i s o n 等人【3 3 1 对e g s b 反应器和u a s b 反应器处理高浓度有机废水进行了对 比实验。其进水是以乙醇为碳源的人工配水，c o d 浓度为1 0 0 0 0m e d l ，e g s b 反 应器与u a s b 反应器的去除率均大于9 8 ；当处理速溶咖啡废水时，c o d 浓度为 6 0 0 0 1 0 0 0 0m e v l ，e g s b 反应器的c o d 去除率为6 0 ，而u a s b 反应器则为5 5 ， e g s b 反应器的处理效果好于u a s b 反应器。 幸囊师箢天学2 0 1 l 届硕士毕业论文 绪论 赵秀梅【3 4 】介绍了中温条件下，采用e g s b - i - 艺处理链霉素有机废水的工业实 验研究，反应器有效容积为1 6 7m 3 ，进水c o d 浓度为5 0 0 0 1 3 0 0 0m g l ，o l r 最 高可达1 5 8k g c o d m 3 d ，c o d - 去除率在7 0 以上；进水硫酸盐浓度y 口5 0 0 1 8 0 0 m g s 0 4 2 - s l ，去除率在6 0 以上。 1 2 2 6e g s b 反应器与其他工艺的组合应用 任洪强等【3 5 】应用“e g s b c a s s 工艺处理茶多酚废水的工业化研究实验时 发现，当系统进水c o d 为3 6 9 6 0 - 4 3 1 2 8m g l 、s s 为6 5 6 2 1 0 9 0 4m g l 时，经混凝 气浮预处理后，采用“e g s b c a s s ”工艺进行处理，系统c o d 和s s 去除率均能 达至1 j 9 9 以上。 颜智勇等3 6 】利用e g s b 稳定塘工艺处理高浓度木薯淀粉废水，当进水c o d 在 8 0 0 0 1 2 0 0 0m e d l 时，厌氧段可去除9 3 以上的c o d ，大大减少了后续好氧工艺 的压力，使系统出水c o d d x 于3 0 0m g l 。 龚敏等【3 7 】介绍了a b r e g s b s b r 组合工艺在常温下处理制药废水的工程应 用，实验运行结果表明：在1 0 2 8 。c 温度范围内，进水c o d 浓度为1 9 4 0 - 2 8 8 0 0 m g l 时，c o d 去除率约为9 0 9 8 ，e g s b 容积负荷可达1 5k gc o d m 3 d ，出水 达到污水综合排放二级标准。 1 2 3 废水生物脱氮新技术 1 2 3 1 厌氧氨氧化 厌氧氨氧化是一种新型脱氮技术，它最先是在上世纪9 0 年代生物脱氮流化 床处理产甲烷反应器出水时被发现的【3 8 1 。厌氧氨氧化的发现使人类对微生物氮 循环有了更深入的了解，它是氨( n h 3 ) 和亚硝酸盐( n 0 2 ) 转化成氮气( n 2 ) 的生物处理技术 3 9 1 。与传统的硝化反硝化脱氮技术相比，厌氧氨氧化技术具有 减少耗氧量，无需外加碳源，容积效率高，无二次污染，占地面积小等优点【删， 应用前景十分广阔。 1 9 7 7 年，b r o d a 【4 13 预言自然界存在以亚硝酸盐为电子受体的厌氧氨氧化反应。 1 9 9 5 年，荷兰d e l r 技术大学u y v e r 生物技术实验室m u l d e r 等【4 2 】在厌氧流化床反 应器中发现了以硝酸盐为电子受体的厌氧氨氧化反应。 年囊吊笔天学2 0 1 1 届硕士毕业论文 绪论 厌氧氨氧化菌除硝酸盐外，也能以亚硝酸盐与n 2 0 作为电子受体，直接氧化 氨氮，羟氨和联氨是其中间产物。研究发现亚硝酸盐是一个关键的电子受体，以 其为电子受体时的厌氧氨氧化反应速率较高。由于该类菌是自养菌，不需要添加 有机物来维持反硝化。与传统的硝化反硝化脱氮工艺相比具有传质效率高、运行 费用低和不需外加碳源等优点。 通过密度梯度离心技术可以纯化得到厌氧氨氧化菌的富集物。纯化细胞的 1 6 sr r n a 系统发育显示厌氧氨氧化存在于p l a n c t o m y c e t e ( 浮霉状菌目) 的谱系 中，且分支很深。根据1 6 sr r n a 谱系分析，目前确定了3 种厌氧氨氧化菌，即 b r o c a d i a 包括b a n a m m o x i d a n s 和b r o c a d i a f u l g i d a ，k u e n e n i a 包括ks t u t t g a r t i e n s i s ， s c a l i n d u a 包括sw a g n e r i ，sb r o d a e 矛d s s o r o k i n i i 。厌氧氨氧化菌一般情况下呈球 状或杆状，直径不足1 岬，世代时间约为1 0 3 0d ，由于其增长速度非常慢，厌 氧氨氧化菌的培养需要非常有效且非常长的生物停留时间【4 3 铂】。 在国外，荷兰与日本在相关领域的研究处于领先地位。国内开展相关研究较 早的有清华大学，北京工业大学、浙江大学、重庆大学和华南理工大学等。这些 研究报道共同的特点是：多以垃圾渗滤液或不含有机物的人工合成废水为处理对 象，氨氮、亚硝酸盐氮等基质浓度或负荷较高；多利用升流式厌氧污泥床反应器 ( u p f l o w a n a e r o b i cs l u d g eb l a n k e t ，u a s b ) 作为厌氧氨氧化反应器；厌氧氨氧 化的启动时间和反应器的h r t 都比较长。 d o n g 掣4 5 1 在厌氧氨氧化反应器中添加亚硝酸盐，接种污水厂回流活性污泥， 处理人工配制家禽废物废水。厌氧消化过程中铵盐的浓度有显著降低。产气中检 测到高浓度的氮气。然而，亚硝酸盐消耗要大大多于厌氧氨氧化反应的需要，根 据试验结果，厌氧氨氧化菌群增殖很慢，无法和反硝化茵群竞争亚硝酸盐。亚硝 酸盐和硝酸盐的加入不会阻碍产气和c o d 的去除。 郑平等【4 6 】研究了厌氧氨氧化菌混培物的动力学特性，得出以下结论：测得 细胞产率系数1 5