（制糖工程专业论文）内循环（ic）厌氧反应器处理糖蜜酒精废水的初步研究.pdf

摘要 摘要 糖蜜酒精废水的治理一直是环境保护工作者的重点难题之一。目前国内外普 遍采用浓缩干燥法、厌氧法、好氧法和焚烧法。论文对内循环( i c ) 厌氧反应器 处理糖蜜酒精废水的可行性和反应器内污泥的颗粒化过程进行了系统研究。实验 证明利用i c 内循环厌氧反应器处理高浓度糖蜜酒精废水是可行的且高效的。 论文根据i c 厌氧反应器的设计原则、基本结构和工作原理、糖蜜酒精废水 的特性及其所要达到的治理目标设计i c 内循环厌氧反应器。通过内循环模拟实 验观察发现，i c 反应器内连续循环的出现与气体量密切相关，而气量变化实际反 映的是提升管内液体密度的变化。实验表明i c 厌氧反应器内循环装置中提升管 的管径、提升高度、浸没深度和气咀，回流管的管径都对连续循环的形成产生影 响。模拟实验结果为反应器的优化设计和操作参数的精确控制提供了参考依据。 反应器室温条件下经长时间运行后，在容积负荷为2 0 5k g c o d ( m 3 d ) ，水 力停留时间8 2 h 时，出水c o d 浓度为8 2 0 m g l ，c o d 去除率为8 3 7 ，b o d 5 去除率为8 5 1 ，b o d 5 c o d 为0 4 9 0 ，出水中s s 在3 1 7 3 8 1 m g l 间波动；出水 v f a 浓度为o 7 5 0 9 3 m m o l l 。通过气相色谱分析表明反应器出水中乙酸含量为 整个挥发性脂肪酸v f a 总量的8 0 以上，v f a 浓度和组分含量受温度影响较大。 反应器每去除1k g c o d 糖蜜酒精废液产生0 3 7 6m 3 的沼气，沼气中甲烷含量波 动在6 8 9 7 0 6 之间，产气均匀。 本文探讨了容积负荷、水力停留时间的改变、p h 值的波动以及温度的突变 对i c 内循环厌氧反应器的冲击影响，说明i c 反应器具有较强的缓冲能力，短时 间的浓度冲击、p h 降低以及温度突变均不会对反应器产生危害。气相色谱分析 不同温度条件下不同水力停留时问h r t 对出水挥发性脂肪酸组分的影响，实验 表明随着h r t 的缩小，出水中挥发性脂肪酸含量逐渐升高：且不同温度条件下 v f a 组分有较大不同，温度越低，v f a 含量越高，且乙酸在整个挥发性脂肪酸总 量的比例降低。 经过8 0 天运行，反应器内形成一定数量较为成熟的颗粒污泥，污泥为球形 不规则颗粒，亮黑色且带有光泽。由于反应器出水乙酸浓度较高，电镜观察发现 污泥表面以八叠球菌为主，并有少量传递营养和气体的空洞。反应器内平均污泥 浓度在1 4 7 1 7 3 9 l ，污泥体积指数s v i 在1 5 l8 m l g 洲波动。通过反应器内污 泥浓度的垂直分布发现，污泥浓度沿反应器高度呈递减分布，污泥床和悬浮床分 界明显，污泥床浓度在3 8 2 4 5 1 9 l 。 关键词：i c ；糖蜜酒精废水；内循环；污泥颗粒化 v a b s t r a c t a b s t r a c t m o l a s s e sa l c o h o lw a s t e w a t e rt r e a t m e n ti sa l w a y so n eo ft h ek e yp r o b l e m sf o r e n v i r o n m e n t a l i s t m a n yp r o c e s s e ss u c ha sc o n c e n t r a t i o n d r y n e s s ，a n a e r o b i cd i g e s t i o n ， a e r o b i ca e r a t i o na n di n c i n e r a t i o no fl i q u o ra r ew i d e l yu s e di nt h i sk i n do fw a s t e w a t e r t r e a t m e n t t h i st h e s i s m a i n l y f o c u s e do nt h ef e a s i b i l i t yo fm o l a s s e sa l c o h o l w a s t e w a t e rt r e a t m e n tb yi n t e r n a lc i r c u l a t i o nr e a c t o r ( t c ) ，a sw e l la st h er e s e a r c ho n t h ep r o c e s so fa n a e r o b i cs l u d g eg r a n u l a t i o n t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h e p r o c e s si sa v a i l a b l ea n dh i g he f f i c i e n t b a s e do nt h ep r i n c i p l e so fd e s i g na n do p e r a t i o n ，t h ee l e m e n t a r ys t r u c t u r e so fi c r e a c t o r , t h ec h a r a c t e r i s t i c so fm o l a s s e sa l c o h o lw a s t e w a t e ra n dt h eo b je c t i v eo ft h e t r e a t m e n tp r o c e s s ，ap i n t s i z e de x p e r i m e n t a ls e t u pw a sd e s i g n e d t h es i m u l a t i o n e x p e r i m e n to fi n t e r n a lc i r c u l a t i o ns h o w e dt h a tt h ea p p e a r a n c eo fl i q u i dc i r c u l a t i o n w a sd e t e r m i n e db yt h eg a sv o l u m e t h ev a r i a t i o no fg a sv o l u m ea c t u a l l yr e f l e c t st h e v a r i a t i o no fd e n s i t yo fl i q u i di nh o i s t i n gt u b e b a s e do nt h i sd i s c o v e r y , t h ei n f l u e n c e o fd i a m e t e ro fh o i s t i n gt u b ea n dc i r c u m f l u e n c et u b e ，s u b m e r s e dd e p t h ，h o i s t i n gh e i g h t a n da i rn o z z l eo f h o i s t i n g t u b ew e r ed i s c u s s e d r e s p e c t i v e l y , w h i c hp r o v i d e d r e f e r e n c e sf o ro p t i m i z a t i o nd e s i g na n dc o n t r o lo fo p e r a t i o nf a c t o r s a f t e rl o n g t i m eo p e r a t i o ni nn o r m a lt e m p e r a t u r e ，t h ee f f l u e n tc o do f8 2 0 m g l ， c o dr e m o v a le f f i c i e n c yo f8 3 7 b o d sr e m o v a le f f i c i e n c yo f8 5 1 a n dt h er a t i o o fb o d s c o do f0 4 9 0w e r eo b t a i n e da tt h ei n s t a n c eo fv o l u m el o a d i n gr a t e ( v l r ) o f2 0 5k g c o d ( 1 - f 1 3 d ) a n dh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m er h r t ) o f8 2 hi nt h ei cr e a c t o r t h ev a r i a t i o nr a n g eo f c o n c e n t r a t i o no f t h ee f f l u e n ts sa n dv f ai s3 1 7 - 3 8 l m g la n d o 7 5 - 0 9 3 m m o l lr e s p e c t i v e l y b a s e do ni m p r o v e dg a sc h r o m a t o g r a p h i ca n a l y s i s ，t h e e f f l u e n ta n a l y s i ss h o w e dt h a ta b o u t8 0p e r c e n to fe f f l u e n tv f aw a sa c e t i ca c i d ，a n d t e m p e r a t u r eh a sg r e a ti n f l u e n c eu p o nt h eq u a n t i t ya n dc o m p o s i t i o no fv f a m e t h a n e p r o d u c t i o no f0 3 7 6m 3w a sp r o d u c e dw h e n1k g c o d o f m o l a s s e sa l c o h o lw a s t e w a t e r w a sr e m o v e d a n dt h ec o n t e n to fm e t h a n ev a r i e df r o m6 8 9 t o7 0 6 i cr e a c t o rh a se x c e l l e n tb u f f e r i n gc a p a b i l i t yf o rv a r i a t i o no fv l r ，h r t ，p ha n d t e m p e r a t u r e s h o r t t i m el o wp h ，m u t a t i o no fl o a d i n gs h o c ka n dt e m p e r a t u r ed i d n t d a m a g er e a c t o r b a s e do nt h er e s e a r c ho nt h ei n f l u e n c e o fd i f f e r e n th r to nt h e c o m p o s i t i o no fe f f l u e n tv f a i nd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s ，i tc o u l db ec o n c l u d e dt h a tt h e q u a n t i t yo fe f f l u e n tv f a w o u l di n c r e a s eb u tt h ec o n t e n to fa c e t i ca c i do fe f f l u e n tv f a w o u l dd e c r e a s ea l o n gw i t ht h ef a l lo ft e m p e r a t u r eo rs h o r t e n i n go fh r t a f t e r8 0d a y s o p e r a t i o n ，d e v e l o p e dg r a n u l es l u d g ew a so b t a i n e di nt h eb o t t o m v i i 华南理工大学工学硕士学位论文 o fi cr e a c t o r ，m o s to fw h i c hw e r eb l a c k ，l u s t r o u s ，a n o m a l o u sa n do r b i c u l a r o w i n gt o t h eh i g hq u a n t i t yo fa c e t i ca c i do fe f f l u e n tv f a m e t h a n o s a r c i n a - l i k ec e l l sw e r e o b s e r v e da s p r e d o m i n a n ts p e c i e s o nt h es u r f a c eo ft h eg r a n u l es l u d g e b ys e m a p p a r a t u s i na d d i t i o n ，s o m eh o l e sf o rt r a n s i t i n gn u t r i t i o na n da i rw e r ea l s oo b s e r v e d s l u d g ev o l u m ei n d e x ( s v i ) a n da v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fs l u d g ea r e15 18 m l ga n d 1 4 7 1 7 3 9 lr e s p e c t i v e l y b a s e d o nt h ev e r t i c a l d i s t r i b u t i n go fc o n c e n t r a t i o no f s l u d g e ，i tc o u l db ec o n c l u d e dt h a tc o n c e n t r a t i o no fs l u d g ew i l ld e c r e a s ea l o n gw i t h i n c r e a s eo fh e i g h to fr e a c t o r t h ei n t e r f a c eo ft h es l u d g eb e da n dt h es l u d g eb l a n k e ti s v i s i b l e ，a n dt h ec o n c e n t r a t i o no fs l u d g ei nt h es l u d g eb e di s3 8 2 - 4 5 1 9 l k e y w o r d s ：i c ；m o l a s s e sa l c o h o lw a s t e w a t e r ；i n t e r n a lc i r c u l a t i o n ；s l u d g eg r a n u l a t i o n v i 簿号表 a a f a b a s b r 转0 d 5 c o d d n p e c p e g s b g s s g a s 魏l h 2 h h r t h y a n i c k b 麓t q s s s l h s v i s m a t s s t o e u h u a s b u a s b ，l 量s u b f v y 符号表 反应器的横截面积，m 2 ； 淡氧滤器； 淡氧滚她康； 厌氧序批间歇式反应器； 五强象纯霉绒w 鬟，m g l ； 化学耗氧量，m g l ； 邻苯二甲酸二芏醑； 胞终雾聚物 膨胀颗粒污滗霖 三穗分离器； 颗粒污泥； 提舞餐熬提秀惹璇，m ； 提升篱购浸没深发，m ； 水封高度，m ； 水力等留时潮，h ； 跃氧浮动生物膜葳应器； 浅德繇茨戴蔽馥秣； 反应器底部阻力损失系数； 爱瘫器矮嫠隧力攒失系数； 废滚遴液滤爨，0 ，h 或m 3 ，d ； 水中悬浮物浓度，m g l 污淀停留时焖，h ； 污泥体积系数，m l i g ； 院产学烷活髓，k g c o d ( k g v s s d ) ； 总固体悬浮物，m g l ； 惑裔辊碳； 撬秀管滚镕裘嚣滚速，m s ： 上流斌厌氧污泥床； 瓣蔽上滚式获氧污淀褒； 升漉式厌氧浮泥涞一一滤屡反应器； 反应器的有效容积，m 3 ； 细胞产率； 肇寨溪大学王学 臻士学镑论文 v f a v s s o w p m 挥发程耱耱酸； 挥发健瓣体添浮凌，m g l ； 鹜流管内永( 菠滚) 懿爨凌，k g m 3 ； 摁爵管内气、水( 滔气、废滚) 混合波的密度，蛾m 3 x 学诬论文藤镬瞧声明 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：掰呈交的谂文是本人在导雾器的指导下独立进 行研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住个人裁集体己经发表或撰写酶成聚 乍麓。 对本文的磷究徽出重要贡献的个人帮集体，稳已在文中以溺确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 僚者签名： 音蟛 基期：沁 年静旁 酲 学位论文版权使用授权书 本学位论文 乍者完全了解学校有关保留、使明学位论文的规 定，同意学校保鼷并向国家有关部f 1 域机构送交论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将 本学位论文麓全部或部分连容绽入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缀印或扫撼等复制手段保存翻汇编本学位论文。 保密醐，在解密后适用本授权书。 本学位论文属予 不嫖密口。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：节喝 导烬签名： 狲丸 鑫麓：妒专年参胃l 疆 尽期：吗年月谚日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 废水厌氧处理技术 1 1 1 废水厌氧处理技术的发展历程 废水中的有机物是最重要的污染物，常以悬浮物、胶体物或溶解性有机物的 形式存在，在水污染控制中以悬浮物( t s s ) 、化学需氧量( c o d ) 和生化需氧量 ( b o d 5 ) 作为主要的监测手段。利用微生物生命过程中的代谢活动，将有机物 分解转化为简单无机物的生物方法是去除废水中有机物最经济有效的方式。根据 微生物代谢过程中对氧需求的不同，可将生物处理方法分为好氧处理、厌氧处理 和介于两者之间的处理工艺。 相对好氧生物法，厌氧处理工艺技术发展较晚。i8 9 6 年英国出现第一座用于 处理生活污水的厌氧消化池，至1 9 4 0 年澳大利亚提出连续搅拌消化池的厌氧工 艺被称为第一代厌氧消化工艺。其最大缺陷是进水和反应器中生物种群缺乏充 分接触，且系统内没有足够的甲烷微生物，只局限于城市污水污泥和粪便的消化。 由于厌氧微生物生长缓慢，世代时问长，使微生物在消化系统中保持足够长 的停留时间是厌氧消化工艺的关键。1 9 5 5 年美国首次提出生产性厌氧接触反应器 成功用于食品加工一废水处理，实现厌氧技术的全新突破。随着生物发酵工程 中固定化技术的发展和工程实践经验的积累，基于微生物固定化原理的高速厌氧 反应器得以迅猛发展。以y o u n g 和m c c a r t y 【2 】发明的厌氧滤器( a n a e r o b i cf i l t e r ， 简称a f ) 和荷兰农业大学环境系l e t t i n g a 等f 3 】提出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 ) 为代表的反应器被称为第二代厌氧反应器。 其共同特点是将固体停留时间和水力停留时间相分离，从而使固体停留时间延 长，水力停留时间缩短。就目前的应用水平，以u a s b 反应器为代表的高速厌氧 反应器可在不经预处理条件下直接处理任何类型的溶解性有机废水，只要毒性物 质浓度不足以严重抑制细菌生长。处理废水的浓度范围在0 5 6 0 9 c o d l 之间， 温度范围在2 8 3 8 ，容积负荷多在1 2 2 5 k g c o d ( m 3 - d ) j 。 高效厌氧生物处理系统必须满足两个基本条件：一是保持大量的颗粒状厌氧 活性污泥，改善污泥的沉降性能，提高厌氧微生物的浓度；二是利用沼气的扰动 和上流的水流方式，使污水和污泥充分接触1 5 1 。a f 和u a s b 反应器的成功应用， 推动了以微生物固定化和提高污泥废水混合效率为基础的第三代厌氧处理反应 器的研制和发展。代表性的有厌氧流化床( a n a e r o b i cf l u i d i z e db e d ，简称a f b ) 、 膨胀颗粒污泥床( e x p a n d e dg r a n u l a rs l u d g eb e d ，简称e g s b ) 和内循环厌氧反 应器( i n t e r n a lc i r c u l a t i o na n a e r o b i cr e a c t o r ，简称i c ) 。其特点是适用于低温和 华南理工大学工学硕士学位论文 浓度相对较低的污水，运行中维持较高的上升流速( 6 1 2 m h ) ，颗粒污泥处于悬 浮状态，具有良好的凝聚性和沉降性能；较高的污泥床膨胀高度和出水回流获得 的高搅拌强度使进水和污泥充分接触，水力停留时间很短，处理效率提高。 1 1 2 废水厌氧处理技术的优势和不足 厌氧废水处理可作为把环境保护、能源回收与生态良性循环结合起来的核心 技术，具有很高的环境与经济效应，具有如下优点： 1 ) 环境保护方面，厌氧生物法可处理高浓度有机废水且不需稀释。好氧方法 中氮和磷需求量的比值为c o d ：n ：p = 1 0 0 ：5 ：1 ；而厌氧法为( 3 5 0 5 0 0 ) ：5 ：1 。 有机废水中含有一定量的氮、磷和多种微量元素，因此对营养物质的需求量很少。 2 ) 节能方面，厌氧法成本的降低主要由于动力的大量节省、营养物添加费用 和污泥脱水费用的减少。与此同时产生的大量沼气可获得生物能，据报道【“，每 处理l t c o d 废水，厌氧法需耗电2 7 x1 0 s j ( 7 5 k w h ) ，而好氧法需耗电3 6 1 0 8 j ( 1 0 0 0 k w h ) 。理论上厌氧法每除去1 k g c o d 可产生o 3 5m 3 纯甲烷( 0 、 o 1 m p a ) ，甲烷的燃烧值高于天然气，是很好的能源。含甲烷约6 0 8 0 的沼气 可用于锅炉燃料，家用燃气和火力发电等。 3 ) 运行管理方面，厌氧废水处理所产生的剩余污泥量少( 厌氧系统的污泥产 率低于0 1 9 v s s g c o d ，而好氧系统为o 3 o 7g v s s g c o d ) ，并已高度矿化，脱 水性能好，浓缩时可不使用脱水剂，污泥处理费用低并可作为农田肥料或是种泥 出售。厌氧方法的菌种可在终止供给废水和营养情况下保留其生物活性和良好的 沉淀性能一年以上处理设备简单但负荷高，占地少，系统规模灵活，易于操作。 4 ) 卫生方面，厌氧处理可以杀菌灭卵，防蝇除臭，有效防止传染病发生。 厌氧处理的优势相当适合我国当前资金短缺、能源不足和污染严重的现状， 是适合我国国情的简单有效且费用低廉的处理技术。但是利用厌氧大规模处理工 业废水的时间很短，经验和技术存在不足，具体表现如下： 厌氧方法虽然负荷很高、去除有机物的绝对量与进液浓度高，但其出水 c o d 浓度高于好氧处理，原则上需要进一步处理达到较高排水标准。 厌氧微生物，特别是产甲烷菌，对许多有毒有机化合物敏感。缺乏对有毒 物质的种类、毒性物质的允许浓度和可驯化性的了解极其工艺上的误操作，可能 导致反应器运行条件的恶化。 没有高活性的污泥接种时，厌氧细菌增殖很慢，反应器启动时间较长，常 需8 1 2 周。 1 1 3 废水厌氧处理技术的发展趋势 随着生产发展与资金、能耗和占地等因素间矛盾的进一步突出，寻求技术经 第一章绪论 济更优化的厌氧工艺突破传统的应用模式成为必要。 1 ) 高温厌氧处理 从原理上讲，高温厌氧比中温过程有如下优势：细菌生长率高，即单位质量 的污泥有更高活性，同时反应器内剩余污泥量很少；废水中的病原微生物更易死 亡除去；溶液粘度降低，与污泥混合均匀，形成的颗粒污泥沉淀性更好。但其仅 适合于废水排放温度较高或有废热可利用的场合( 如酒精、制浆造纸废液等) ， 否则维持高温需消耗大量能量；且高温下产生的n h 3 和某些化合物毒性增加，因 此高温厌氧系统反应器目前只局限中试研究，缺少生产运行的足够经验【7 1 。 2 ) 处理含有高浓度毒性物质的废水 高速厌氧反应器具有很长的污泥停留时间s r t ，可使对毒物有抗性的和能降 解有毒物质的细菌得以生长，从而使有毒物质的允许浓度得以提高。近年来对于 培养能降解有毒氯化合物和芳香族化合物的颗粒污泥的研究，以及对含有毒物质 废水性质和脱毒预处理工艺的研究均得到迅速发展。 3 ) 低浓度废水的厌氧处理 当处理低浓度废水时，由于反应器内污泥活性和污泥生长速率都很低，污泥 与有机物之间的传质作用差，反应器的容积负荷将受到限制。此外由于甲烷菌的 严格厌氧性，浓度较低的废水含有相对多的溶解氧也会形成潜在危险。处理低浓 度有机废水近年来进展最快的是膨胀颗粒污泥床反应器( e g s b ) 。k a t o 8 1 以e g s b 反应器处理浓度为1 0 0 7 0 0 m g c o d l 的含乙醇废水，在负荷高达1 2 k g c o d ( m 3 d ) 的情况下，c o d 去除率达到8 0 9 7 ，水力停留时间可降为o 5 1 o h ，废水的 上升流速为2 5 5 5 m h 之间。 4 ) 低温厌氧处理 在1 2 1 4 c 处理严重妨碍甲烷菌生长的高浓度含氨氮废水( 浓度高达1 2 9 l ) ， 出于低温条件下细胞死亡率很低，可以长时间维持已有细胞活性，一段时间后新 的适应性细胞逐渐增加形成新的颗粒污泥，使这种难以处理的废水得以治理。 5 ) 不积累或不产生新的颗粒污泥的厌氧处理工艺 某种特殊废水不含有或基本不含有碳水化合物，或由于其它原因不能积累新 的颗粒污泥，可经u a s b 反应器有效处理。据报道某屠宰场废水悬浮物浓度高达 总c o d 浓度的5 0 ，经以颗粒污泥接种的u a s b 反应器成功处理，负荷高达 l l k g c o d ( m 3 d ) ，由于反应器内的污泥难以长期维持原有浓度，需定时添加新的 颗粒污泥【9 j 。 1 1 4 新型厌氧反应器的研究进展 厌氧反应器的处理效率主要取决于反应器所能保留的微生物浓度及其生化 反应速率。新型反应器具有如下共性：a ) 微生物均以颗粒污泥固定化的形式存在， 华南理工大学工学硕士学位论文 单位容积微生物持有量高；b ) 较大高径比，占地面积和动力消耗小；c ) 颗粒污泥 与有机物间的传质增强，处理效率提高；d ) 高的水力负荷和有机污染物净化效能。 1 1 4 1 高速悬浮颗粒污泥厌氧反应器 上流式厌氧污泥床( u a s b ) u a s b ( 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 ) 是由荷兰农业大学环境系l e t t i n g a 教授的研究小组发明完善的，结构可分为污泥床( t h es l u d g eb e d ) 、污泥悬浮床( t h e s l u d g eb l a n k e t ) 、三相分离器( t h eg a s l i q u i ds e p a r a t o r ) 和沉淀区( t h es e t t l i n g c o m p a r t m e n t ) 。其特点是：a ) 有机负荷高，水力停留时间短，中温下一般为 1 0 k g c o d ( m 3 d ) ；b ) 无需载体，节省造价，避免填料引起的阻塞问题；c ) 污泥呈 颗粒状，生物固体浓度高，平均污泥浓度为2 0 4 0 9 v s s l i ”j 。u a s b 是目前世界 上应用最为广泛的高速厌氧反应器。 厌氧膨胀颗粒污泥床( e g s b ) e g s b ( e x p a n d e dg r a n u l a rs l u d g eb e d ) 实际是改进的u a s b ，是固体流态化 技术在有机废水生物处理领域应用的典范【l “。2 0 世纪9 0 年代，l e t t i n g a 等在利 用u a s b 处理生活污水时改变反应器结构设计和操作参数，使颗粒污泥床在高的 液体表面上升流速下充分膨胀，产生了早期的e g s b 反应器【l2 1 ，目前国外已有处 理制药和食品废水的生产性装置。e g s b 类似厌氧流化床，只是没有填料。 表1 - 1e g s b 反应器的典型应用 1 3 1 9 】 t a b l e l - 1t y p i c a la p p l i c a t i o no fe g s br e a c t o r 一般情况下低温采用低负荷时，沼气产率低，气体产生的混合强度低，u a s b 的应用受限制，e g s b 特别适合低温和浓度相对较低的污水，并在有毒或难降解 废水以及硫酸盐废水方面有极大的应用潜力。通常采用较大高径比和回流比，运 行中维持高的上升流速( 2 5 6 o m h ) ，远远大于u a s b 所采用的0 5 2 5 m h t 6 1 ， 第一章绪论 从而使颗粒污泥处于膨胀悬浮状态，从而保证了进水和污泥颗粒的充分接触，运 行效果较u a s b 好。 内循环厌氧反应器( i c ) 荷兰p a q u e s 公司【2 0 1 在1 9 8 5 年初将两个u a s b 反应器单元相互重叠，建造 了第一个中试厌氧内循环i c ( i n t e r n a lc i r c u l a t i o nr e a c t o r ) 反应器，反应器高达 2 0 m ，上升流速1 0 m h ，用于处理高浓度土豆加工废水 2 。1 9 8 8 年建成了第一个 生产性规模的i c 反应器 2 2 1 。i c 反应器内循环的结果使膨胀床部分不仅有很高的 生物量，很长的污泥停留时间，并具有很高的液体上升流速，使该部分内的颗粒 污泥完全达到流化状态，大大增加了反应器内的传质效率和反应器去除有机物的 能力。目前i c 反应器已被用于厌氧处理各种工业废水和低、中、高浓度农产品 加工废水的实践中。 表1 - 2i c 反应器的应用研究1 2 3 2 5 t a b l c l 一2a p p l i c a t i o no fi cr e a c t o r 斜板上流式厌氧污泥床( u a s b i t s ) 斜板上流式厌氧污泥床( 简称u a s b i t s ) ，由塑料、玻璃钢或其它材料构成 的成组浅层斜板( 斜管) 代替复杂的三相分离器，具有良好的污泥截留能力和稳 定效果。其特点是采用浅层沉淀原理，改善污泥沉降性能，从而提高固液分离效 果，降低反应器高度。胡启春等【2 6 j 利用该装置处理c o d 浓度6 6 0 9 8 2 m g l 废水， h r t 为1 2 h ，温度1 2 以上，去除率稳定在7 0 以上。 1 1 4 2 固定膜反应器固定膜反应器的特点是：采用固定化技术，将微生物细 胞固定于反应器内的载体上，实现固体停留时间与水力停留时间的分离。载体填 料的存在，对水的流动状态起到强制紊动作用，同时可促进污染物质与微生物细 胞的充分接触，从实质上强化了传质过程。采用的固定化技术有表面附着法、多 孔基质包埋法、交联法、共价结合法、超过滤法等。其中表面附着法( 也称生物 膜法) 是水处理中的重要方法，依靠微生物吸附于多孔载体表面及微孔中，形成 华南理t 大学工学硕士学位论文 固定生物膜，提高污泥浓度，延长污泥停留时间。 厌氧滤器( a f ) 厌氧滤器a f ( a n a e r o b i cf i l t e r ) 是6 0 年代末由美国m c c a r t y 等在c o u l t e r 等人研究基础上发展并确立的第一个高速固定膜厌氧反应器，特别适用于处理含 悬浮物较低的中低浓度有机废水。其特点是a ) 滤料表面及内部附着生物膜，填料 间隙也悬浮大量厌氧微生物，污泥的停留时间显著延长，超过5 0 1 0 0 d 【2 ”，反应 器污泥浓度提高b ) 载体填料扩大了污水和生物膜的接触面积，强化了传质过程； c ) 适宜处理间歇排放的废水，进水暂停1 3 d ，系统性能不受影响，厌氧条件下停 运半年，仍可迅速恢复生物活性【2 引。d ) 抗冲击负荷能力强，在6 倍于进水流量 的水力冲击下，a f 出水水质变化不大【2 9 】；e ) 污泥产量低，不易随水流失，资料 报道生产性a f 在6 0 0 d 的运行中无废弃污泥【28 1 。a f 的问题是有时存在死区和沟 流，以及由此造成的堵塞现象。近年来逐步发展了厌氧生物滤池两极串联、循环 工艺，变速厌氧缺氧生物滤池等。 厌氧流化床( a f b ) a f b ( a n a e r o b i cf l u i d i z e db e d ) 是效率最高的厌氧反应器1 3 。流化态使厌氧 污泥与废水最大程度的接触，液体流速1 0 - 3 0 m h ，传质速率快，避免了固定床底 部负荷过重的现象，克服了a f 的堵塞和沟流；粒径为o 2 0 8 m m ，比表面积为 3 3 0 0 1 0 0 0 0 m 3 的小颗粒载体为生物的固定化提供巨大的生物附着面，反应器内生 物量可达1 0 1 4 9 l ，去除率高，且抗冲击力强【3 1 】。a f b 存在着a ) 需要大量回流 水取得高的上升流速以保证流化态，从而导致能耗大，成本上升；b ) 流化程度不 易控制，实践中很难使生物膜颗粒形状、大小、密度均匀，使污泥颗粒的流失无 法避免。近年来常用多孔高分子材料( 聚丙烯酰胺) 作为载体，用包埋法或是包 洛法进行固定【32 1 。j e w e l l 等人在1 9 7 4 年研究开发了厌氧附着膜膨胀床工艺a f f e b ( a n a e r o b i ca t t a c h e df i l me x p a n d e db e dp r o c e s s ) ，其与流化床的区别在于载体的 膨胀程度，膨胀床的床层具有一定的膨胀松动，但未达到流态化，以填料层高度 计，膨胀床的膨胀率为1 0 2 0 ；流化床则为2 0 7 0 3 1 】。刘双江等 3 3 1 利用a f f e b 在温度3 0 3 5 ，h r t 为6 h 条件下处理3 0 0 m g l 废水，出水c o d 浓度约为 3 0 m g l ，表明其能高效处理低浓度有机废水。 1 1 4 3 复合式厌氧反应器的开发应用 升流厌氧污泥床一一滤层反应器( u b f ) g u i o t 3 4 】1 9 8 4 年在u a s b 和a f 基础上开发了新型升流厌氧污泥床一滤层反 应器( u p f l o wb l a n k e tf i l t e r ，简称u b f ) 。它由填料及其附着的生物膜组成的上 部滤层和下部高浓度颗粒污泥床两部分组成。位于反应器上部1 3 体积处的填料 层既增加了无效容积的生物总量，又可防止污泥突然洗出，对c o d 有2 0 左右 第一章绪论 的去除率【”l 。所用填料可根据废水生物反应特性和水力学特性进行选择，常用聚 氨酯泡沫填料f 36 。研究表明u b f 的容积负荷直接正比于系统的生物量浓度，并 可通过改变水力停留时间加以控制。孙慧修等【3 ”利用u b f 在常温下处理低浓度 ( c o d = 5 0 0 士5 0 m g l ) 啤酒废水，得到以下结果：h r t 为l 5 h ，夏季处理效率 9 3 3 8 2 5 ，秋季为9 1 8 6 3 ，冬季为7 8 3 3 3 。研究表明利用u b f 对 高浓度有机废水和城市废弃物的处理中，c o d 去除率受生物量的增殖、容积负荷 和h r t 影响最大1 3 4 1 。 表1 - 3u b f 反应器的部分应用实例【3 4 4 0 l t a b l e l 一3p a r t so fa p p l i c a t i o ne x a m p l e so fu b fr e a c t o r 厌氧浮动生物膜反应器( h y a n ) h y a n 与u b f 相似，采用比重小于水的填料，将上部滤层改为浮动床。李清 雪等1 4 1 】利用该反应器进行高浓度有机废水的处理，采用聚丙烯材料制成悬浮生物 膜填料，温度2 5 2 8 ，容积负荷为5 1 3 8 2 0 1 6 1 k g c o d ( m 3 d ) ，h r t 为2 3 1 4 h ， c o d 去除率在9 0 以上。 厌氧序批间歇式反应器( a s b r ) a s b r ( 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 ) 是r i c h a r drd a g u e 教授提出的， 其特征是以序批间歇方式进行，通常由一个或是几个a s b r 反应器组成件“。a s b r 法完整的运行周期按次序可分为进水期、反应期、沉降期和排水期四个阶段。 a s b r 在5 2 5 处理低质量浓度( c o d u 。时，污泥与废水才能有效分离；当uo u 。 u 。时，污泥将在沉降 区缓慢积累上升直至从出水口流失；如果u 。 uo ，污泥将直接随处理水流失7 。 由于u 。= v ( t a 。i 。) u 。，故a 。n = v ( t u 。) 。己知v 和t ，只需求得污泥 沉降速度u 。即可确定三相分离器最小断面。但是由于在污泥床流化状态下，很 难确定污泥沉降速度，因此在实验设计中采用如下方式进行计算。 u l 为混合液经过阻气板间a f 所在截面的流速，u 2 为混合液通过集气罩和阻 气板间缝隙c d 的流速；u 。为气泡在气液界面的上流速度，u ，为气泡沿c f 上升 的速度。为保证良好的污泥沉淀效果和气液分离效果，要求u 2 t 清水；可取y 废木= 2 o x l 0 - 2 9 ( e m - s ) ；则沼气气泡( 可分离的最小气泡) 上升速度：u g = g ( p l p a ) d 0 2 ( 18 肛) = 1 3 9 ( p l p g ) d g 2 ( 1 s y 庄女) = o 9 5 x 9 8 1 ( 1 0 1 1 2 0 x l o 一3 ) “( 8 o x l 0 3 ) 2 ( 1 8 x 2 o x l o 一2 ) = 0 1 6 7 c m s = 6 0 1 m h 。 e f 的计算 e f 投影即集气室斜面和阻气板间的重叠部分，生产设计推荐值1 0 0 2 0 0 m m 之间，实验根据反应器底面积取1 0 r a m ，则e f = 1 0 c o s 5 0 。= 1 5 5 m m ： a f 截面的计算 a f 截面面积s l 按标准推荐应为整个横截面面积的1 5 2 0 ，取l5 。整个 横截面面积f = 3 1 4 ( o 0 7 ) 2 = 0 0 1 5 m 3 ，则所在截面的真径a f = ( 4 x o 1 5 x f n ) 1 陀= 5 3 5 m m c d 夹缝宽度的计算 c d 夹缝所在面积s = a ( a s i n0 + b d ) ，u 2 = q 2 4 s ，代入相关数据可得： u 2 2 0 0 5 2 4 x 3 1 4 x a x ( a s i n 5 0 。+ o 1 ) 】_ 6 6 x 1 0 一( o 1 a + a 2s i n 5 0 。)( 2 - 4 ) 工程设计中要求u 2 ul d e e f 显然成立。 实验中，为防止细小污泥或悬浮物被洗出，设计“v ”型出水堰位于反应器