（环境科学专业论文）厌氧膨胀床处理城镇污水工艺和机理研究.pdf

启动时，通过较大的进水量来满足厌氧细菌对营养的需要。可以在一星期内启动 成功，并且达到出水c o d 低于1 0 0m e l 的良好效果。随着水温上升，颗粒污泥 的平均粒径逐渐增大，但污泥总量有所下降 探讨了接触氧化及士地法进一步去除厌氧膨胀床出水中的剩余污染物。h r t 对接触氧化去除氨氮的效果影响很大，当排放要求为二级标准时，h r t = 3h r 就 可以达到；而当排放要求为一级标准时，h r t 6h r 时才能达到要求。在接触氧 化池中c o d 容积负荷与氨氮去除率存在明显的相关性，其关系式为y 一8 1 7 3 2 ( ) ( ) + 1 2 6 5 2 复合垂直流渗滤土地处理系统去除c o d 的一级反应速率方程为 d c o d c r ：1 0 1 4 c o d 。 ，其反应速率常数k ；1 0 1 4d l 。 讲 对于厌氧膨胀床中的颗粒污泥，当进水水温保持在2 5 3 0 范围内，有利 于污泥的颗粒化，即使进水基质很低( c o d 3 0 0r a g l ) 也不会影响污泥颗粒化 的过程；上升流速对污泥量的保持至关重要，当出现跑泥现象时可以通过减小回 流水量来减缓或消除。在同一反应器内，辅酶f 4 2 0 的含量可以有效的指示甲烷 菌产甲烷菌活性，从污泥接种到稳定运行阶段，污泥中胞外聚合物的量明显增加。 厌氧膨胀床各上升流速的示踪剂浓度历时曲线呈偏正态分布，利用r t d 模 型可以准确地分析出厌氧膨胀床反应器的水力特征。厌氧膨胀床可以看成n 个 c s t r 反应器的叠加，随着上升流速的升高，n 个数在增加。在v 。o - o 7 1m h 时， n 为2 ；当v u 产1 8 9m h 时，n 为3 提高水力上升流速可以减小死水区容积率， 当上升流速为1 8 9m h 时，死水区容积率可降至3 7 左右。综合考虑污泥膨胀 度、反应区死区容积和动力消耗因素，厌氧膨胀床处理城镇污水的最佳上升流速 约为1 9 m h 。 在设定处理规模为1 0 0 0m 3 d 时，厌氧膨胀床+ 接触氧化组合工艺运行的吨 水能耗为o 1 7 7 元，为传统城镇污水处理吨水能耗的7 5 左右；厌氧膨胀床+ 复 合垂直流土地处理系统组合工艺运行的吨水能耗为0 0 8 4 元，约为传统城镇污水 处理吨水能耗的3 6 左右。 关键词：低能耗；厌氧膨胀床；颗粒污泥；矿化垃圾；城镇污水；常温 2 a b s t r a c t a n a e r o b i ct r e a t m e n tp r o c e s sh a st h ea d v a n t a g e so fl o wi n v e s t m e n t , l o we n e r g y c o s ta n dl o ws l u d g ep r o d u c t i o n i t sa l s oas u s t a i n a b l ew a s w w a t e rt r e a t m e n t t e c h n o l o g ya s i tc a nt a k eb a c ke n e r g yb yp r o d u c i n gm e t h a n e i tw i l lb eav e r y a t t r a c t i v et e c h n o l o g yf o rt h ea r e a sw h e r et h ec l i m a t ei ss u i t a b l ei nc h i n a i f a n a e r o b i c t r e a t m e n ti sf o l l o w e dw i t hp r o p e rt r e a t m e n tp r o c e s s i t 啪e v e nc l e a nt h es e w a g et o m e e tt h es t r i c td i s c h a r g es t a n d a r d b a s e do nt h ep r e s e n ts i t u a t i o n , t h ep r o c e s so fa n a e r o b i ce x p a n d e db e dr e a c t o r ( a e b r ) c o o p e r a t e dw i t l lm i n e r a t i cr a b b i s ha n da e b rc o o p e r a t e dw i t hl a n d t r e a t m e n tw a ss t u d i e db e c a u s et h e ya r ce n e r g ys a v i n ga n de a s ym a n a g i n g t b e i n f l u e n c e so fc o d f l u c t u a t i o n , t e m p e r a t u r ea n ds sc h a n g e s0 nt r e a t m e n te f f e c th a v e b e e ns t u d i e db yt w os e tl a bd e v i c e sw h i c hw 粥f i l l e dw i t hg r a n u l a rs l u d g ea n d m i n e r a t i cr u b b i s ha s c a r r i e rr e s p e c t i v e l y a tt h es a n l et i m e , t h ef i e l d - t c s ta n d c o m b i n e dt e c h n o l o g yw g t i ：s t u d i e do nt h e i re f f e c t sa n dm e c h a n i s m , f n r t h e r l n 0 1 屯，t h e h y d r a u l i c sc h a r a c t e r i s t i ca n de n e r g yc o n s u m p t i o nh a v eb e e nr e s e a r c h e d t w os t a r t - u pm e t h o d sw a sc o m p a r e db yt w os e tl a bd e v i e c s o n ew a so p e r a t e d w i t hl o wc o n c e n t r a t i o na n dh i g hu p f l o wv e l o c i t y , t h eo t h e ro n ew a so p e r a t e dw i t h h i g l lc o n c e n t r a t i o na n dl o wu p f l o wv e l o c i t y t h ei n d i c e so fe f f l u e n tc o d ，g r a n u l a r s l u d g ep r o d u c t i o na n dp a r t i c l es i z es h o w e dt h a tt h ep r e v i o u s es t a r t - u pm e t h o dw a s b e t t t e r i tc a ns t a r tu p1 0d a y se a r l i e r t h eg r a n u l a rs l u d g eb e dh a ss t a r t e ds u c c e s s f u l l y a n e f4 5 d a y s ，h o w e v e r , t h em i n e r a t i cr u b b i s hb e dh a ss t a r t e ds u c c e s s f u l l ya f t e r 5 5 d a y s t h ea n a e r o b i cb i o l o g i c a lt r e a t m e n ta s s e s so ns e w a g es h o w e dt h a tt h eh i g h e s t r e m o v a lr a t eo fa n a e r o b i cp r o c e s sw a s8 1 5 s u s p e n d e ds o l i d si ns e w a g ec o u l db e r e m o v e db ya b s o r p t i o na n dd e g r a d e d t h ec o dr e m o v a lr a t ec o u l db e6 0 a n d r e a c h e dh i g h e ri ft h er e a c t i o nt i m ew a sp r o l o n g e d t h er e l a t i o n s h i po fr e s i d e n tt i m e a n do r g a n i cl o a dw e r ey = o 2 6 1 9 l n ( x ) + 2 1 6 6 2a n dy = 0 2 7 1 5 l n ( x ) + 1 9 7 9 9 r e s p e c t i v e l yf o rr u b b i s hb e da n dg r a n u l a rs l u d g eb e dr e a c t o r d u r i n gt h eo p c r a t i o n , a e b rg a sb e a rt h ef l u c t u a t i o no fc o dc o n c e n t r a t i o no f i n i n e n t s u d d e nt e m p e r a t u r ec h a n g eh a st e m p e r a r yi n f l u e n c eo nt h es t a b i l i t yo ft h e r e a c t o r , h o w e v e r , t h ei n f l u e n c ew o u l dd e c r e a s ew h e nr e a c t o ra d a p t e dt ot h ec h a n g e t h ed e g r a d a t i o ne f f e c to fa e b ro ns e w a g ec o u l db ci n c r e a s e dw i t ht h eu p f l o w v o l i c i t y t h ea e b r w i t hg r a n u l a rs l u d g eb e dc a r r i e rw a sm o r ca d a p t e dt ot e r a p e r a m r e ， o r g a n i cl o a da n dh y d r o d y n a m i cl o a dc h a n g et h a nt h eo n ew i t hm i n e r a f i cr u b b i s h c a r r i e r , h o w e v e r , t h ep h o s p h o r u sr e m o v a lm t eo f t h el a t t e ra e b w a sh i g h e rb e c 勰i t h a dm o r ec a t i o no f c a 2 + 、m 矿 t 1 l el o wt e m p e r a t u r es t a r t - u pa n d 把s t a r t - u po f a e b rw e l es t u d i e db ya no n - s i t e p i l o td e v i c e t h ei n f l u e n c eo fu p f l o wv o l i c i t y , r e s i d e n c et i m e , t e m p e r a t u r ea n d a l k a l i n i t yw e r ea l s os t u d i e d n er e m o v a lm t e 啪r e a c h8 0 - 9 0 w i t h6 h rr e s i d e n c e t i m ea tn o r m a lt e m p e r a t u r e s ot h ee f f l u e n tc o dc 觚r e a c ht h eg r a d et w od i s e h a n g e s t a n d a r do fm u n i c i p a lw a s t e w a t e rd i r e c t l yb ya e b r t h er e - s t a r t - u pc a nb ef i n i s h e d i no n ew e e kb yp r o v i d i n ge n o u g hi n f l u e n tt om e e tt h en u t r i t i o nn e e do fa n a e r o b i c b a c t e r i a t h ep a r t i c l es i z eo fg r a n u l a rs l u d g ew o u l di n c r e a s es t e pb ys t e pw h e n t e m p e m t u r e i n c r e a s e d w h i l e t h ea n 卫n o u n t o f s l u d g e w o u l d d e c r e a s e a l i t t l e i nt h i sp a p e r , t h er e m o v a lo fr e s i d u a lp o l l u t a n t sw a sa l s os t u d i e db yf i l t e r e d o x i d i z a t i o na n dl a n dt r e a t m e n ln 抡r e s u l t ss h o w nt h a tr e s i d u et i m eh a v eg r e a t l ye f f e c t o nt i mr e m o v a lo fa m m o n i an i t r o g e n t h en e c e s s a r yr e s i d e n tt i m ew a s3 h ri ft h e d i s c h a r g es t a n d a r dw a sg r a d et w oa n dw a s6 h rw h e nt h ed i s c h a r g es t a n d a r dw a sg r a d e o n e t b er e l a t i o n s h i pb e t w e e nc o dv o l u m el o a da n dr e m o v a lr a t eo fa m m o n i a n i t r o g e nw a so b v i o u sa n dc 缸b ee x p r e s s e da sy = - 8 1 7 3 2 ( x ) + 1 2 6 5 2 t h el a n d t r e a t m e n t s y s t e m o b e y s t h ef i r s to r d e r t h e o r y i nc o dr e m o v a l t h e e q u a t i o n i s 一d c o f d e r ：1 0 1 4 c o d 。 ，b e r ek i s1 0 1 4 ( d i ) “ t h e r ew a sn oo b v i o u sd i f f e r e n c eo nt h ep r o c e s so fs l u d g eg r a n u l a r i z a t i o nw h e n t e m p e r a t u r ek e p tb e t w e e n2 5a n d3 0 ca n dt h ei n f l u a n tc o dw a se c e nl o w e r t h e u p f l o wv o f i c i t yw a sav e r yi m p o r t a n tf a c t o ro ns l u d g ea m o u n t 。i ft h e r ew a sa p p a r e n t s l u d g el o s t , d e c r e a s i n gt h eh y d r a u l i cl o a do i r e f t u r nr a t i ow o u l dh e l pt om i n e r i z et h e i n f l u e n c e i nt h es a m ea e b rr e a c t o r , c o e n z y m ef 4 2 0c o u l de f f e c t i v e l yi n d i c a t et h e m e t h a n ep r o d u c t o na c t i v i t yo f m e t h a n eb a c t e r i u m f r o ms t a r t - u pt os t a b l eo p e r a t i o n s t a g e ，t h ee c po f g r a n u l a rs l u d g ei n c r e a s e do b v i o u s l y t h ec u l v eo f t r a c e rc o n c e n t r a t i o no nt i m ew i t ha l lk i n d so f u p f l o wv o l i c i t y sw a s a b n o r m a ld i t r i b u t i o na n dr e t e n t i o nt i m ed i s t r i b u t i o n ( r t d ) m o d e lc a nr e f l e c tt h e h y d r o d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i co f a n a e r o b i ce x p a n d e db e da c c u r a t e l y t h ea e b rc a nb er e g a r d e da st h eo v e r l a yo fnc s t r ( c o n s t a n ts t i r r e dt a n k 4 r e a c o r ) r e a c t o r sa n dnw i l li n c r e a s ew h i l et h eu p f l o wv o l i c i t yi n c r e a s e s nw a s2w h e n u p f l o wv o l i c i t yw a s0 7 1 m ha n dn w a s3w h e nu p f l o wv o l i c i t yw a s1 8 9 r a h t h e d e a dz o n ev o l u r a nr a t i ow i l ld e c r e a s et o3 7 w h e nu p f l o wv o l i c i t yi n c r e a s e dt o1 8 9 m h n 地o p t i m u mu p f l o wv e l o c i t yo f a e b r f o rs e w a g et r e a t m e n ti sa b o u t1 9m h , a s t h es l u d g ee x p a n s i o n , d e a dz o n eo f r e a c i t o na r e aa n de n e r g yc o s tw f i l 七c o n c e r n e d w 1 l i i vt h et r e a t m e n ts c a l ew a s1 0 0 0m 3 d , t h eu n i te n e r g yc o s to f a e b rf o l l o w e d w i t hf i l t e r e do x i d i z a t i o nt e c h n o l o g yw a s0 1 7 7 r m b m ) i tw a s7 5 o fn o r m a l s e w a g et r e a t m e n tt e c h n o l o g y t h eu n i te n e r g yc o s to fa e b rf o l l o w e dw i t hl a n d t r e a t m e a tt e c h n o l o g yw a so 0 8 4r m b m 3 i tw a s3 6 o f n o r m a lt r e a t m e n tt e c h n o l o g y k e yw o r d s 1 0 we n e r g yc o s t ；a n a e r o b i ce x p a n d e db e d ；g r a n u l a rs l u d g e ；m i n e r a t i c r u b b i s h ；t o w ns e w a g e ；n o r m a lt e m p e r a t u r e 5 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各 项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本：学校有权保存学位论 文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文： 学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权 按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为 目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名薪痴式 劬6 年3 月多日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日 i u 年月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 i v 铽加 、袒 务溯 轹 绰 戳 别 第一章前言 城镇污水( m u n i c i p a lw a s t e w a t e r ) 指城镇居民生活污水，机关、学校、医院、 商业服务机构及各种公共设施排水，以及允许排入城镇污水收集系统的工业废水 和初期雨水等t ”。 城镇的人口规模、自来水普及率和工农业发展的结构水平，决定了城镇污水 的排放量大都在3 0 0 0 - - 3 0 0 0 0m 3 a 的规模范围内嘲，城镇污水中5 0 以上是生 活污水，工业废水以乡镇企业的生产废水为主，包括悬浮杂质、有机物、营养盐、 病菌、人工合成化合物等，水中基本上不含重金属和有毒有害物质，其水质一般 为c o d 5 0 0m g l ，p h = 6 5 7 5 ，b o d s 2 5 0m g l ，s s 5 0 0m g l ，色度 1 0 0 ，含有一定量的氮和磷且水质水量的波动较大，可生化性好【3 l 。城镇污水处 理就是采用各种技术与手段，将污水中所含有的污染物质分离、去除、回收利用， 或将其转化为无害物质，使水得到净化。城镇污水处理所采取的工艺应与城镇所 处的地理位置相联系。根据地理位置的不同，可把城镇分为两类：一类是城镇附 近有坑塘洼地或滩涂另一类是城镇附近无坑塘洼地或滩涂，对第一类城镇的污 水，可充分利用自然生物处理达到无害化排放；对第二类城镇的污水，通过物理、 化学或生物方法的组合，有条件地结合自然处理，使其达标排放【3 1 。由于城镇用 于基础设施建设的资金短缺，且从业人员的技术水平和管理水平较低，决定了城 镇污水处理必须经济、高效、节能和简便易行；同时，选择污水处理工艺时，应 结合城镇水质水量特点，考虑城镇的发展是分阶段实施的，结合城镇附近有可利 用的农田洼地，污泥可用作农肥等便利条件，将污水处理与利用相结合，以实现 城镇区域性的生态环境和水资源良性循环【2 】 1 1 城镇污水处理技术的发展和二级好氧生物处理的特点 污水处理技术是随着处理要求发展的。最初的要求是去除有机物和悬浮物， 相应的处理方法就是物理法和生物法：先通过简单的拦截、沉淀等物理措施去除 大量悬浮物，再通过生物法去除溶解态和胶态的有机物与无机杂质。物理法比较 简单，生化过程则相当复杂。如何用最有效的生化技术以最经济的代价得到合格 的出水成为城镇污水处理技术研究和开发的重点。最早得到推广的生化法是生物 滤池，它造价低廉，不需要暴气，管理方便，处理出水比原污水有极大的改善， 达到了当时的要求。随着人们对治理污水要求的提高，生物滤池出水己不能达到 新的标准，加之生物滤池卫生条件较差，滤池蝇和臭味比较严重，于是逐渐被活 性污泥工艺取代，活性污泥法成为城镇污水处理的主流工艺。美国在1 9 7 5 年有 4 3 0 0 座生物滤池处理厂，当时几乎是活性污泥法处理厂的两倍，以后新建的则 几乎全部都是活性污泥法污水处理厂，现在已远远超过生物滤池污水处理厂的数 量。到了二十世纪八十年代，水体富营养化的危害促进各国将氮磷列入污水处理 厂的排放标准，带动生物脱氮除磷技术的研究和实践迅速发展，各种同时去除有 机物和氮磷的工艺层出不穷。这一时期西方各国的城镇污水处理厂己接近饱和， 但原来的标准只是去除有机物和悬浮物，因此，改造原有污水处理厂，增加脱氮 除磷功能成为主要任务，各种改造工艺相继出现。与此同时，城镇污水处理厂产 生的污泥处置技术发展迅速，污泥浓缩脱水机械多种多样，污泥稳定要求越来越 严。污泥处置由堆肥、填埋向干化、焚烧扩展，有的地方污泥处理处置费用已接 近甚至超过污水处理费用。 我国城镇污水处理工艺的种类繁多。现在全国几百座污水处理厂中，采用的 工艺形式有几十种，基本上都是从国外引进的，是世界污水处理工艺的博览会， 各个国家开发的工艺技术都希望在中国应用，由于很多城市的污水处理厂建设向 国外贷款，国外各种工艺技术也随之进入。这种状况一方面说明我国大量引进国 外污水处理工艺技术，迅速接近和跟上世界先进国家污水处理工艺技术的步伐， 另一方面也反映出我国在自行研究开发新工艺新技术方面力度太小，缺乏创新 f 4 l 我国已应用的城镇污水处理工艺按照原理划分见表l - - 1 1 7 ，其中，生化法的 分类见表l 一2 。在经济较发达地区的城镇，污水处理逐步采用的二级生物处理 工艺如氧化沟、s b r 、水解一好氧生物处理工艺、a b 法、生物接触氧化法、生 物滤池等，其优缺点分析见表1 - - 3 1 2 1 。 2 表1 1 我国城镇污水处理工艺分类 自然处理土地处理、氧化塘刚 物化法t 化学强化( c e m 嗍、膜工艺p 9 1 生化法：详见表2 人工强化处理 物化法+ 生化法；b c 法【l o l ，生化法+ 化学除磷( 预沉淀、同时沉淀、后沉 淀) 表l - 2 城镇污水二级生化处理法分类 生物膜法生物滤池，生物转盘、接触氧化 传统活性污泥工艺；a j 0 脱氮工艺、a ，o 除磷工艺； 传统活性污泥 a 2 1 0 脱氮除磷工艺( 普通a 2 ，o 工艺、u c l 1 1 1 工艺、 法及其变型改良型u c “1 、倒置a 2 ，0 l 工艺，多点进出水倒置 a 2 1 0 工艺) ；a b 法、v i p n - 1 2 1 工艺 卡鲁塞尔氧化沟、二沟式氧化沟、奥贝尔氧化沟、 氧化沟工艺 一体化氧化沟 传统s b r 工艺、i c e a s 、d a t - i a t 、c a s t ( c a s s ) 活性污泥法 s b r 工艺 工艺、u n l t a n k 、m a s b r 传统活性污泥法与o o c l l 、o 【l ”6 1 、a o r 、a o e 、改进型a 2 ，o 氧化沟结合工艺工艺 氧化沟与s b r 三沟式氧化沟 结合工艺 特种形式的 v 一1 研工艺、b i o l a n k 1 7 1 - i - 艺 活性污泥法 生物膜法与活性 传统接触氧化法，b i o f o r 1 7 1 、b i o s t y r l l 7 1 ，投料曝气【”1 9 j 污泥法接合工艺 厌氧好氧 连用生化法 水解酸化一好氧生物处理工艺 3 表1 3 城镇污水常用二级生物处理法的优缺点分析 t a b l e1 - 3t h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so f 工艺种类优点 缺点 工艺简单；操作和维修方便；抗冲击负进水和排水的阀f - j 自动切换频 荷能力强；污泥沉降性能好，出水水质好； 繁，设备要求高；设备的闲置 s b r 可防止污泥膨胀。率高；污水提升的水头损失大； 对操作人员要求高。 水解池取代初沉池，其对s s 、b o d 5 、c o d 的去除率显著高于初沉池，水解池出水水质 水解一好 较稳定；较好的抗有机负荷的能力；水 氧生物处 解池提高原污水可生化性，减少后续处理工 水解池的布水均匀性问题和捧 艺反应时间和处理的能耗；可同时达到对 泥增加了设计和管理的复杂性； 理工艺 厌氧水解去除效率不高。 剩余污泥的稳定，可取消污泥消化池，降低 投资；在低温条件下仍具有较高的去除效 果；具有分期建设的优点 不需设初沉池；具有一定的除磷脱氦的 运行管理较复杂；工艺流程 功能；抗冲击负荷能力强；可分期建设较长，需两套污泥回流系统； a b 工艺 和运行灵活。 产泥量大，且污泥末得到较好的 稳定 单位容积的生物量大，处理能力高；水工艺构筑物在构造上较复杂 接触氧 力停留时间短；不需要污泥回流，节省能增加了设计、施工的工作量和难 耗；不产生污泥膨胀，耐冲击负荷能力强； 度； 布水、布气不易均匀： 化法 设备较少，运行管理及维护简单；产泥填料费用高 量少 节约能耗运行管理方便：对污水水质、处理负荷低，占地厦积较大， 生物虑池 水量有较强的适应性：污泥产量较低。造价较高；滤池容易堵塞；卫 生条件差。 氧化沟 处理流程简单，操作管理方便；出水水设备费用大，投资高；曝气 质良好，运行可靠性和稳定性高；能承受转刷( 或表面曝气器) 等机械部件 工艺 水量、水质的冲击负荷。 需定期维修检修工作量较大。 从以上关于城镇污水处理技术的发展和二级好氧生物处理的工艺特点的总 结可以看出，二级生化处理普遍流程复杂，占地大，基建费和运转能耗费用高， 污泥产率高( 约0 4g 污泥g c o d ) ；污泥处理的投资和处理费用很高，万吨污水厂 4 的总投资都在1 0 0 0 万元以上，运行成本在0 4 6 元，吨污水左右，致使我国许多城 镇难以筹资兴建，或因处理成本高而难以维持运转 2 0 2 “，技术成本和经济能力之 间的差距使得中、小城镇的污水治理成为我国水污染控制的重点和难点网 随着能源危机的爆发，厌氧处理技术由于无需曝气、污泥产量少，又可回收 沼气而成为国内外普遍关注的污水处理节能技术田】。从表l 一3 可以看出，在好 氧活性污泥法前设置部分厌氧水解段，就可减少后续处理工艺的反应时间和处理 能耗；同时能达到对剩余污泥的部分稳定，而且具有分期建设的优点在1 9 9 6 年东南亚地区厌氧处理研讨会上，各国专家将探寻高效厌氧污水处理工艺作为今 后污水处理研究的努力方向【2 4 l 。因此，一个常常被提出的问题就是城镇污水好 氧处理能否被更经济、更有吸引力的直接厌氧处理所取代。 1 2 城镇污水厌氧处理应用研究 1 2 1 城镇污水厌氧处理研究概述 城镇污水中的有机物始终是造成水污染最重要的污染物，是水域变质、发黑 发臭的罪魁祸首瞄，。在环境保护、水污染控制的工作中，废水中有机物的处理 是非常重要的。有机物在废水中可以以悬浮物、胶体物或溶解状态存在。在水污 染控制中以t s s ( 总悬浮物) 、化学需氧量( c o d ) 和五日生化需氧量( b o d s ) 作为其主要的监测指标。生物处理法是去除有机物最经济最有效的方法。在好氧 生物处理中，有机物最终转化为水和二氧化碳等简单的无机化合物，这种转化是 比较彻底的。但是，好氧生物处理成本大、能耗高。在厌氧生物处理中，是在无 须提供氧气的条件下利用厌氧微生物的代谢过程将有机物转化为无机物和少量 的细胞物质，这些无机物主要包括大量的生物气( 即沼气) 和水，沼气的主要成 分是约2 3 的甲烷和1 3 的二氧化碳，是一种可以利用的能源。因此，废水厌氧 处理技术是把废水处理和能源回收利用相结合的一种低成本的技术阱l ，体现了 3 r ( r e d u e e ，r e c y c l e ，r 朗l s c ) 的现代环保思想l 拥。而现代高速厌氧反应器中颗粒 污泥的引入大大提高了厌氧反应的有机负荷，在国外一些热带地区，u a s b ( 升 流试厌氧污泥床反应器) 已经成功地用于城镇污水处理【”田】。 根据中华人民共和国国家标准城镇污水处理厂污染物排放标准 ( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) ) ，对非重点控制流域和非水源保护区的建制镇的污水处理厂， 根据当地经济条件和水污染控制要求，采用一级强化处理工艺时，可执行三级标 准，三级标准的主要污染物控制指标为c o d 茎1 2 0m g 几，b o d _ 6 0m e t , ，s s o m g l ，t p 5m g l 。但须预留二级处理设施的位置，分期达到二级标准一级强 5 化处理主要是采用物理化学方法或生物处理方法强化预处理和一级处理的效果， 使污水达到一定的处理标准，同时节省投资和运行费用。物化法可采用混凝沉淀、 过滤技术；生物法可采用不完全生物处理，如高负荷活性污泥法、厌氧水解酸化 法等 1 1 。这一标准考虑到了我国城镇经济发展的实际状况，分阶段治理污水的指 导思想，将为现阶段单一采用厌氧技术处理城镇污水提供广阔的发展空间。 厌氧处理传统的对象为城镇污水厂污泥和高浓度的工业污水，比较而言，城 镇污水属于低浓度污水( c o d 1 0 0 0r a g l ) ，水温也较低，在常温下用厌氧工艺 处理生活污水是厌氧技术面临的挑战幽】。v e r s t r a e t e 等人在第八届国际厌氧会议 上指出生活污水的厌氧处理为厌氧技术研究的新领域 2 9 1 。在中温甚至低温条件 下( 水温为5 2 0 ) ，追寻高效的生活污水厌氧处理工艺是研究者的一致目标 3 0 1 。 1 2 2 城镇污水厌氧处理应用研究的反应器 在厌氧生物处理工艺发展过程中，反应器是发展最快的领域。低浓度污水厌 氧处理技术的研究，发展了以厌氧膨胀床( a n a e r o b i ce x p a n d e db e dr e a c t o r ， a e b r ) 【3 1 - 3 2 为代表的第三代新型高效厌氧反应器；加上厌氧滤池( a n a e r o b i c f i l t e r ，a f ) 3 3 1 1 3 4 、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 ) 1 3 5 3 6 1 、厌氧序批间歇式反应器( a n a e r o b i cs e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ，简 称a s b r ) 3 7 1 1 3 8 l 、复合式厌氧污泥床反应器( h y b r i d a n a e r o b i cr e a c t o r ，h a p , ) p 研1 4 q 、厌氧流化床反应器( a n a e r o b i cf l u i d i z e db e d 根i c t o r s ，f b ) f 4 2 和折流式 厌氧反应器( a n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r ，简称a b r ) 4 3 - 4 5 i 等都是国内外学者用于 生活污水厌氧处理研究的反应器。几种用于城镇污水处理研究的新型厌氧反应器 的特点比较见表1 4 明。 6 表1 _ 4 三种新型厌氧反应器的特点比表 反应器 特点不足 类型 采用出水循环，更适合处理含悬浮固体和有毒物质的废水；需要培养颗 上升流速和有机负荷率高：粒污泥，启动 具有高活性、沉降性能良好的颗粒污泥。且粒径较大，强度 时间较长； 较好，泥龄( s r t ) 较长，进水溶解氧：对a e b r 处理性能影响为使污泥膨 很小； 胀，采用出水循 a e b r 颗粒污泥床层充分膨胀，污泥与污水充分混合，可用于处理环，需要更高的 低温低浓度废水； 动力 具有三相分离器，使出水，沼气和污泥三相有效分离，使污 泥在反应器中有效持留； 紧凑的空间结构使占地面积大为减少。 具有动力学上的分级特征。郎模拟理想推流特征l 启动受接种 不需布水系统和沉淀池，工艺简单，占地面积少建设费用污泥的种类及 低浓度影响； a s b r 受温度影响小，耐冲击负荷，对各种废水的适应性强l需要搅拌装 对半速度常数低时能生长的甲烷菌有选择性可降低出水置。 v f a 。对颗粒污泥的沉降性能也有很好的选择性。 设置了上下折流板，在水流方向形成依次串联的隔室，实现流态复杂： 了产酸和产甲烷相的分离；如果折流板 a b r 良好的水力条件及抗冲击能力、构造简单；数目、导流扳参 a b r 反应器对温度下降的抵抗力很强；数不合理会形 逗) a b r - - 般不需三相分离器，不易堵塞，可间隙操作，成本低。 成死区。 1 2 3 城镇污水厌氧处理应用研究的主要问题及研究现状 1 2 3 1 反应时间和降解效率 缩短反应时间、提高降解效率是厌氧工艺处理生活污水的首要问题。第二代 和第三代厌氧反应器的共同特点就是将污泥停留时间与水力停留时间分离，微生 物以颗粒污泥、生物膜或污泥絮体等方式固定生长于反应器中，促进了厌氧微生 物种群之间的共代谢关系，单位容积的生物量大大提高，将反应时间从过去的以 7 天计缩短到以小时计。 l e t t i n g a 3 s 鲫1 等人早在1 9 7 9 年就开始了用u a s b 反应器处理生活污水的研究。 随后采用消化污泥和自接种方式，进行了小试、中试和生产应用研究，h r t 在4 - - 6h r ，c o d 和b o d 5 去除率分别达到6 5 9 0 和7 5 9 5 ，h l 玎在为4 一1 6l l r 范围内， 水力负荷的变化并不影响u a s b 的降解效掣5 1 】。在温度为9 一l l 下，e g s b 处 理经过预沉淀的生活污水，水力停留时间( h r t ) 仅为2 ih r 条件下。c o d 去除 率可达4 8 聊1 用复合式厌氧污泥床反应器处理城市生活污，h r t 为2 4h r ， c o d 和s s 的去除率分别达到5 0 和8 0 以上 3 9 1 。新型厌氧反应器完全可以较短 的反应时间高效净化低浓度污水，以替代好氧为主的技术嗍。厌氧处理技术至 今尚未得到应有的推广，人们的观念和管理经验等非技术方面的因素是重要原因 【3 0 】。 1 2 3 2 温度、进水浓度和溶解氧的影响 温度、溶解氧和基质浓度是影响厌氧消化的重要因素。生活污水浓度低，加 上较低的水温和一定浓度溶解氧的存在使得这三个因素是厌氧处理生活污水研 究者们普遍关心的问题。 在u a s b 处理生活污水试验中，温度低于1 2 时，厌氧酸性发酵较甲烷发酵 明显占优，污染物主要靠沉淀作用去除；温度大于1 2 时，产甲烷活性增加， c o d 去除率显著增大，当温度大于1 5 时，v f a 可全部转化为c 1 4 4 1 5 2 1 。而在稳 定运行的a e b r 中，即使进水c o d 为5 0m g l ，水温在5 的恶劣条件下，仍可获 得很好的处理效果 3 2 1 。低温条件下( 2 2 0 ) 运行的反应器并不妨碍污泥中产 甲烷菌和产酸菌的增殖和富集 5 3 1 ，温度变化( 5 - - 2 5 ) 并不影响颗粒污泥的结构 和产甲烷活性【5 4 】。 由于颗粒污泥中存在一定数量的兼性细菌，加上部分甲烷细菌属含有超氧化 歧化酶能将氧自由基还原，消除其毒性，生活污水中的溶解氧对产甲烷菌并无明 显影响，这对厌氧处理有重要的意义【5 卯。 k a t 0 1 5 6 等的研究结果也