（环境工程专业论文）abr处理低浓度废水的启动方式与运行效能特性研究.pdf

苏州科技学院硕十学位论文摘要 摘要 本研究采用中温( 3 5 i - 0 5 0 c ) 条件下，厌氧折流板反应器( a b r ) 的启动及对低 浓度废水的处理效能进行研究在低浓度迸水下，a b r l 按h r t 由短变长 ( 3 h - 6 h - 9 h 1 2 h ) ，a b r 2 按h r t 由长变短( 1 2 h 9 h - 6 h - 3 h ) 方式运行，用以研究a b r 反应器的启动，运行效能、影响参数、稳定性及颗粒污泥形成机理等方面内容。 试验运行结果表明，a b r 反应器宜采用低负荷启动。在处理低浓度废水时，宜 用较短的h r t 。a b r 2 采用进水c o d c r 浓度为5 0 0 m g l ，h k t1 2 h ，启动9 天后，反 应器运行稳定，出水c o d c r 浓度为l1 2 m g l ，去除率稳定在8 6 左右。 在运行阶段，a b r 反应器对低浓度废水具有良好的处理效果，系统运行稳定性。 c o d c r 进水浓度为5 0 0 1 0 0 0 m g l 时，a b r 反应器c o d c r 出水浓度达到7 扣1 1 0 m g l ， c o d c r 去除率在8 0 v ) 0 a b r 2 运行更为稳定 h r t 和o l r 是影响a b r 稳定高效运行的两个重要工艺参数。在低浓度进水条 件下，h r t 为6 ，9 ，1 2 h 时，水力负荷小，促进微生物与有机质的良好接触，出水 浓度较低。进水基质浓度或h r t 的变化都可以改变反应器的o l r 。h r t 的改变对反 应器的影响更大。故选择合适范围的o l r 、适宜的h r t 非常重要 活性颗粒污泥的表观特征及其组成是反应污泥特性的重要指标。本文对污泥的 表观特征进行了观察研究，低浓度下形成颗粒污泥粒径较小、且松散，其组分有待于 进一步研究和探讨。 关键词：低浓度废水，a b r 反应器，启动，运行，颗粒污泥 竺! 坐! 坠! 苎苎! 坚堂堕望堕竺堕堕坠! 竺型婴! ! 堕墅堕! 业!垒! 堕丝 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , i ts t u d i e dt h es t a r t - u po fa n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r ( a b r ) a n dt h e o p e r a t i o n a lp e r f o r m a n c et r e a t i n gl o w - s u e n g t h 啊s i w a 船a t3 5 c t h ew a yo f o p e r a t i o ni s t h a th r tb e e o m ol o n g e r ( 3 h - 6 h - 9 h - 1 2 h ) i na b r i ，h r tb e c o m es h o r t e r ( 1 2 h - 9 h - 6 h - 3 h ) i na b r 2 f o rt h el o w s t r e n g t hw a s t e w a t e r , t h es t a r t - u p 、p e r f o r m a n c ea n ds t a b i l i t y 、p r o c e s s p a r a r a e t e r s ( h r t 、o l r ) a n dg r a n u l a rs l u d g ec h a r a c t e r i s t i c sw e r es t u d i e d t h er e s u l to f r e s e a r c hs h o w st h a tt h es t r a n g t l lo f s e t - u ps h o u l db el o w w h e n t r e a t i n g t h el o wc o n c e n t r a t i o nw a s t e w a t e r , h r ts h o u l db es h o r t d u r i n gt h es t a r t - u pp 耐o d , a b 耽 w h i c ho p e r a t e da tt h ec o n d i t i o no fc o d e r5 0 0 m g l ，h r t1 2 hf o r2 2 dp e r f o r m e ds t a b l e t h ec o n c e n t r a t i o no f c o d c ri ne f f l u e n ti s11 2 m u l , t h er e m o v a lo f c o d v i za b o v e8 6 i ta l s os h o w e dt h a ta b rh a sg o o de f f e c t i o ni nr e m o v i n gc o d c r a n dt h ed i l u e n t o p e r a t i o ni ss t a b l e w h e nt h ei n f l u e n tc o d c rw a s5 0 0 - - 1 0 0 0 m g l ，a n dt h ee f f l u e n tc o d e r w a s7 3 - 1l o m g l ，t h er e m o v a le f f i e n c yo f c o d e ri s8 0 - 0 0 a b r 2s h o w e dm o r es t a b l e o p e r a t i o n i tw a ss h o w nt h a to l ra n dh r tw e r et w oi m p o r t a n t 班o c e 嚣p a r a m e t e r sa f f e 比6 n g t h e o p e r a t i n gp e r f o r m a n c e o fa b r h r to ft h el o ws t r e n g t ho fi n f l u e n t i s 6 , 9 ，1 2 h , h y d r a u l i cs u e n g i l li sl o w i ti sg o o df o rm i c r o b i o l o g ya n dw a s t e w a t e rt oc o n t a c t t h ee f f l u e n ti sl o w t h ec h a n g eo fi n f l u e n tc o n c e n 仃a f i o na n dh r t 啪a l t e rt h e o l r h o w e v e rt h ee f f e c to fd e c r e a s i n gh r ti sm o r es e v e r i ti si m p o r t a n tt oc h o o s e s u i t a b l eh r ta n do l t h ea n a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g ec h a r a c t e r i s t i c sa n dc o m p o n e n t si n d i c a t es l u d g eq u a l i t y t h ea n a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g ec h a r a c t e r i s t i c sw e t eo b s e r v e c lf o rl o ws u e n g t l lw a s t e w a t e r , t h ea n a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g ew a sl e s si nr a d i u sa n dl o o s e rc o m p a r e dw i t hh i 曲s t r e n g t h w a s t e w a t e r i ti sn e c e s s a r yf o rd e e pr e s e a r c h k e yw o r d s ：l o w - s t r e n g t hw a s t e w a t e r , a b r , 咄i r t - u p ，p e r f o r m a n c eg r a n u l a t i o n n 苏州科技学院学位论文独创性声明和使用授权书 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名：诬魄孕年月望日 学位论文使用授权书 苏州科技学院、国家图书馆等国家有关部门或机构有权保留木人所送交论文的复 印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人完全了解苏州科技学院关于收集、保 存、使用学位论文的规定，即：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，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用 影印、缩印、数字化或其他复制手段保存汇编学位论文；同意学校在不以赢利为目的 的前提下，用不同方式在小同媒体上公布论文的部分或全部内容。 ( 保密论文在解密后遵守此规定) 论文作者签名： 指导教师签名： 日期：趣翌年月立竺日 日期：雩月掣日 苏州科技学院硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 废水厌氧生物处理技术的研究与发展 水，生命之源。我们生活的地球表面约有7 0 以上面积为水所覆盖，其余约占 地球表面3 0 的陆地也有水存在，但是只有2 5 3 的淡水可供人类利用。二十一世纪， 人类面临了人口、资源与环境三大问题，其中水资源是一种不可替代的重要资源，水 资源问题已成为举世瞩目的重要问题之一。据联合国预计，到2 0 2 5 年，世界将近一 半的人口会生活在缺水的地区水危机已经严重制约了人类的可持续发展。人口和工 农业生产的飞速发展，一方面造成了用水量的剧增，另一方面也加剧了水体的污染。 大量污水未经处理而直接排放到环境中，在造成严重经济损失的同时，也给人类环境 造成了极为恶劣的破坏。为了水资源的可持续发展，合理利用水资源，加强废水处理， 势在必行 废水生物处理技术l l 】是微生物在人- r 仓, l 造的条件，大量繁殖，氧化分解废水中的 有机物以减少水体污染，改善水体质量的处理技术废水生物处理技术分好氧和厌氧 两种生物处理技术。好氧生物处理技术利用好氧( 包括兼性) 微生物的代谢过程对废水 中有机污染物进行处理。因其处理效率高、速度快、运行经验丰富等而受到最广泛的 应用但其实质是利用电能的消耗来达到改善废水品质，使其符合水质要求。近3 0 年来，能源的短缺变得尤为突出，厌氧处理技术以其具有投资省，运行费用低以及能 产生厌氧生物能而受到了广泛的关注，并在实际工程中得到逐步应用 a b r ( a n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r ) 厌氧折流板反应器作为具有多级、分相、 复合流态( s m p a ) 特征的新型第三代厌氧反应器，它运用了厌氧处理过程中各种群微 生物对基质利用上生理原理和生态原理的不同，实现了在反应器里将产酸菌和产甲烷 菌沿纵向上的两相分离，使反应器运行更为稳定。这对于工程上的运行控制和成本来 讲是很有益的。自2 0 世纪8 0 年代中期开始，a b r 反应器在其结构、水力学、处理 高浓度有机废水、有毒废水等方面已经进行了大量的研究。为得到更广泛的应甩， a b r 在处理低浓度生活污水的研究也越来越引起人们的重视。国外专家学者在对 a b r 处理低浓度污水方面已经进行了深入的研究，包括运行效能，颗粒污泥的形成 机理，微生物种群分布，产气组分、含量和出水组成等。我国专家也相继在a b r 处 理低浓度废水运行特性和颗粒污泥的培养方面进行了研究。 1 1 1 水资源的现状和废水治理 苏州科技学院硕士学f ：) = 论文第一章绪论 随着人类的不断发展与进步，水资源作为维持人类生存、发展与生态平衡的基 础资源，正日益受到过度消耗和肆意污染，严重威胁着人类自身的生存和社会的可持 续发展。水资源短缺使得人类得不到安全的饮水；水体污染使得人类患上严重的生理 疾病；水资源不足限止了经济发展，并必将使经济陷入困境。水资源短缺与生态环境 恶化是当今世界范围内普遍面临的严重问题。 我国水资源总量2 8 x 1 0 1 2 l 一，居世界第4 位，占世晃水资源总量的7 但我国 人均水资源量仅2 3 0 0 m 3 ，只有世界平均水平的l ，4 。同时，水资源分布极不均匀，北 方人均水资源量仅9 9 5 m 3 ，属于严重缺水地区；而西南和南方各省虽然人均水资源量 超过3 0 0 0 m 3 ，但地区水污染严重，产生了水质性缺水。2 0 0 5 年国家环境质量公报中 指出，我国的环境状况是：全国废水捧放总量从2 0 0 2 年的4 3 9 5 1 0 控吨增加到2 0 0 5 年的4 8 2 4 x 1 0 1 2 吨，而其中的工业废水捧放量也由2 0 0 2 年的2 0 7 2 x 1 0 2 吨增加到2 0 0 5 年的2 2 1 1 1 0 1 2 吨。为此，治理水污染显得尤为重要。 废水治理在经济日益发展的今天显得越来越重要，水的清洁与否直接关系到人 们是否拥有一个健康的体魄和良好的生存环境。人们因饮用受污染水而感染上胃癌、 肝癌、肝炎等疾病，甚至失去生命的例子屡见不鲜。污水的任意排放，严重影响农业 和渔业生产。农民用受污染的水灌溉农田，造成农作物枯萎死亡，或存活作物中含有 的痕量有机物和农药危及人们健康。鱼类在受污染的水体中生存，发生大量死亡或者 变异。工业中恶化的水质对生产运行影响也极为巨大。如水质恶化造成冷却水循环系 统堵塞，腐蚀和结垢，影响锅炉的寿命和安全。水污染对人体健康、农业生产、工业 生产及生态环境等产生了大量的经济损失。废水治理刻不容缓，势在必行 1 1 2 废水厌氧生物处理技术的研究和发展方向 废水的厌氧生物处理是指在无氧的条件下，利用厌氧微生物的代谢作用，把废 水中的有机物转化为小分子的有机物和无机物( 主要是c h 4 、c 0 2 、h 2 0 、h 2 s 、n h 3 ) 以及细胞物质。目前，三阶段理论和四菌群学说被认为是对厌氧生物处理过程较全面 和较准确的描述 2 1 。1 9 7 9 年，b r y a n t 等提出三阶段理论将厌氧发酵分为发酵、产氢产 乙酸和产甲烷三个阶段。几乎与三阶段理论同时提出的z e i k u s “四菌群学说”指出， 厌氧消化过程可以分为四阶段，即水解阶段，固态有机物被细菌的胞外酶所水解；产 酸阶段，发酵菌将前阶段的水解产物转化为更简单的化合物并分泌到胞外；产氢产乙 酸阶段，代谢中间液态产物被乙酸化；产甲烷阶段，最终转化为沼气和新细胞物质。 有机物首先通过发酸细菌的作用生成乙醇、丙酸、丁酸和乳酸等，接着通过产氢产乙 酸菌的降解作用而被转化为乙酸和h 2 c 0 2 ，然后再被产甲烷菌利用，最终被转化为 c h 4 和c 0 2 。产氢产乙酸菌和产甲烷菌之间存在着互营共生的关系 4 1 。与三阶段理论 2 苏州科技学院硕+ 学位论文第一章绪论 相比，该理论增加了同型( 耗氢) 产乙酸菌群。该菌群的代谢特点是能将h 2 c 0 2 合 成为乙酸，但是研究结果表明，这一部分乙酸的量较少，一般可忽略不计所以厌氧 处理实际上是借助于不同微生物种群间的协同作用并通过水解、酸化( 产酸及产乙 酸) 、产甲烷等一系列生物反应将有机底物转化为无机物的过程 5 1 。其过程如图1 1 如示。 进水 r 【y r | i i 甲烷和二氧化碳、水等 产甲烷吲段、l l -i 一广f 订一厂i _ j 宝嘉黟刊一f l j较高分子量有机酸( c 2 ) ( 如丁酸，乳酸等) 发酵jc 酸阶段 t 氨基酸、糖等 陕分子羧酸、醇等 水解 阶段tt t 圈匦堕翻田 f “、陌丽i 丽调 yl j 出水 图1 1 厌氧处理过程中有机物的降解途径 厌氧废水生物处理中的微生物除了需要营养外，还需要合适的环境生存因子， 如温度、p h 、氧气、氧化还原电位掣6 】。如果环境条件不正常，会影响微生物的生命， 甚至发生变异或死亡，最终影响废水处理。不同厌氧分解阶段依靠不同的微生物。水 解酸化阶段主要依靠产酸菌( 包括酸化和产乙酸菌) 其种类较多，代谢能力强，繁 殖速度快，世代期最短仅需十几分钟，它们对环境条件的适应性亦较强( 如可在p h 为5 8 的环境中发挥作用) ，可利用的底物种类较多。而在产甲烷阶段，产甲烷菌 的种类较少，可利用的底物较有限，繁殖速度慢，世代期最长可达4 6 天，而且对 环境条件如温度、p h ( 最适p h 为6 8 7 2 ) 及有毒物质的影响十分敏感。由于这两 大类微生物对环境条件的要求存在很大的差异川，见表l 1 。因而在一个具有单一空 间的反应器中要维持它们在数量、对基质的利用速度等方面的协调平衡，即保证微生 苏州科技学院硕士学位论文第一章绪论 态系统的长期j 下常有效运行显得尤为重要，才能提高反应器的处理效能和运行稳定 性。 表1 1 产酸菌和产甲烷茵的特性 p o h l a n d 于1 9 7 1 年首次提出了两相厌氧消化的概念，即把厌氧的两个阶段分别 在两个独立的反应器内进行，分别创造各自最佳的环境条件，培养两类不同的微生物， 并将这两个反应器串联起来，形成两相厌氧工艺系统。在上世纪9 0 年代，l e t t i n g a 教授进一步提出了分阶段多相厌氧反应器技术( s m p a ，s t a g e dm u l t i p h a s ea n a e r o b i c r c 的概念哪。就是把水解和发酵的产酸相与产乙酸和产甲烷的产气相分别置于 不同的反应器中，即发酵产酸和产乙酸阶段的分离。通过相的分离，不仅可大大削弱 传统工艺中因酸的积累而导致反应器“酸化”的问题，也使各相能在各自适宜的条件 下运行，处理系统中污泥的比酸化活性和比产甲烷性均高于单相工艺在相分离的基 础上，使产酸相和产甲烷相具有复合流态是两相工艺的未来发展方向。 s m p a 并非特指某个反应器，而是新型高效废水厌氧处理工艺研究和开发应用 的新思路，是一种极具前途的新工艺该工艺将适用于各种温度条件( 从 5 5 0 c = 和不同进水基质类型( 如含抑制性化合物的废水) 的处理。s m p a 的基本点： ( 1 ) 在各级分隔的空间中培养适宜的厌氧微生物种群，以适应相应的底物组分及环境 因子( 如p h 、h 2 分压等) ；( 2 ) 防止在各个单独空间中独立发展形成的污泥相互混合； ( 3 ) 各个单独空间所产生的气体相互隔开；( 4 ) 各个单独空间的流态趋于完全混合而 工艺流程更接近于推流( 即具有复合流态) ，使系统具有更高的处理效果，提高出水水 质 复合厌氧反应器( c o m p o u n da n a e r o b i cr e a c t o r ) 在第二代厌氧反应器的基础上， 融合各种反应器的优点，它在实际工程得到广泛采用，其中u a s b 卅妤，u a s b + s b r ， u s b + a f 等在处理城市生活污水方面都取得满意的效果，应该说在实际工程应用中， 特别是对于一些特种废水如垃圾渗滤液处理，复合厌氧反应器能够取得满意的c o d c r 去除率嗍。 4 苏州科技学院顾十学位论文 第一章绪论 由上分析可知，厌氧生物处理技术作为一种经济合理的废水处理技术，不仅得 到世界各国的普遍重视，而且得到了长足的发展，出现了一系列新型处理工艺技术。 目前，根据厌氧处理过程中参与有机物降解的不同微生物种群生理及其组成的微生物 生态系统对环境条件要求，进行两相及多相工艺研究以及根据反应器的混合要求进行 复合流态工艺的研究，已成为开发和研制第三代新型厌氧处理工艺技术的关键。 1 1 3 厌氧反应器处理低浓度废水的研究和应用 早在1 9 世纪，人们就利用厌氧工艺处理废水废物但是人们习惯还是用好氧处 理技术来处理低浓度易降解的有机废水。低浓度废水意味着反应器中的颗粒污泥处于 低基质状态，生物活性低。根据m o n o d 方程，污泥活性主要和基质浓度相关。高的 生物持有量和好的泥水混合效果可以提高反应的处理效率l e t t i n g a p o 等最早将厌氧 反应器u a s b 运用到处理低浓度废水中。研究表明，温度在8 2 0 ，h r t l 2 h ，平 均进水c o d e r5 0 0 m g l 下，c o d e r 去除率为6 6 5 ；m a r i ot k a t o 【l ”等人在温度3 0 时用e g s b 处理进水c o d e r 为1 0 0 2 0 0 m g l 的污水，容积负荷达1 2 9 c o d c r ( l d ) ， 去除率为8 0 0 6 ；s a l i h t l 2 】等人在c o d e r 为5 0 0 s 0 0 m g l 的污水，在1 0 1 2 c 的温度 下用e g s b 进行处理，h r t1 6 h ，c o d 去除率可达到9 0 a b r 反应器在对不同废水的应用研究方面，同样取得了大量惊人的成果 h a s s o u i l a 和s t u e k e y l l 3 】研究表明：处理低浓度牛奶废水的a b r 反应器中，在整个反 应器池长方向上均已产酸菌为优势菌群；可见，在处理低浓度废水时，没有明显的生 物菌群选择性分布性。沈耀刚1 4 】研究表明，在低浓度废水f i r t 较短时，利用水力紊 动改进泥水混和有利于隔室内微生物处于同一的环境条件下对基质进行降解。胡细全 0 5 1 等研究表明，a b r 在处理生活污水中，在h r t 为4 1 0 h ，容积负荷为 1 1 7 砣9 k g c o d c r c m 3 d ) ，反应器去除率基本稳定在7 0 4 9 8 0 2 ，平均出水低于 1 0 0 m g l 。胡细全【1 6 】并在a b r 反应器处理低温低浓度废水表明，在c o d e r5 5 0 m g l ， 温度在3 5 ( 3 下降至2 0 1 2 时，a b r 反应器的去除率没有明显影响。温度从2 0 下降至 1 5 时，产氢产乙酸菌和产甲烷菌等受到较大影响。 1 1 4 厌氧颗粒污泥的研究进展 颗粒剐e ( g r a n u l a rs l u d g e ) 是在废水处理中发现的微生物自凝聚现象的特种生物 膜。按微生物的生长需氧与否，可将其分为厌氧颗粒污泥和好氧颗粒污泥。厌氧颗粒 污泥于二十世纪八十年代发现，它具有良好的沉淀性能和规则的外形结构，物理性状 稳定，内部存在很大的基质浓度梯度，为微生物提供了良好的微环境，使其发挥更好 的种群协同代谢作用，强化对难降解物质的降解能力。在厌氧颗粒污泥研究方面， 苏州科技学院硕士学位论文第一章绪论 b r i t oa g 等人在研究u a s b 反应器中处理低浓度葡萄糖配水中，没有培养完整的颗 粒污泥，只得到一些绒毛状的球型污泥。s o t om 等人在中温3 0 和低温2 0 下用低 浓度蔗糖废水( c o d e r5 0 0 m g l ) 启动u a s b 反应器，l 2 个月内培养出颗粒污泥。 w i r t z 和d a g u c i l a l 研究表明，颗粒污泥具有如下的优点，1 在连续式反应器中，颗粒 污泥可以增加微生物的浓度；2 以聚合体形式存在的颗粒污泥，可以增强颗粒内部的 物化梯度。3 反应器能在正常的冲洗速度下连续稳定运行。4 可以将微生物作为单项 操作处理。5 影响了总化学计量法和生长代谢速率。6 使得生长操作速率独立于稀释 速率。7 出水的s s 较低。 1 2 厌氧折流板反应器( a b r ) 处理废水的研究进展 1 2 1 a b r 反应器的工艺结构及其特点 a b r 反应器是由美国m e c a r t y 和b a e h m a n n 在对第二代厌氧反应器工艺特性基 础上，于上世纪8 0 年代开发和研制的、由多隔室组成的高效新型厌氧污水生物处理 反应器。它由若干组垂直折流板把反应器分隔成若干个串连的反应隔室。该结构迫使 废水在反应器内沿折流板上下流动，与反应器内的大量活性生物量发生接触，而整个 反应器内的水流则又以较慢的速度在整体上作水平流动。在接触反应过程中，反应器 内产生的气体使反应器内的微生物固体在各个隔室内作上下膨胀和沉淀运动。水流绕 折流板流动使水流在反应器内的流经总长度增加，加之折流板的阻挡及污泥的沉降作 用，生物固体被有效地截留在反应器内【2 】 a b r 最突出的工艺性能在于它是一种多阶段多相厌氧技术。每个隔室都有一个 厌氧污泥床，其功能与u a s b 相似，但整个工艺流态又近于推流式。该工艺的运行 性能有如下特点：工艺构造简单，不需要特殊考虑气固液的三相分离器；没有填料， 不设搅拌设备；反应器内挡板作用，使水流多次上下折流，提高了污泥的形成和生 长；反应器内微生物相有明显的种群配合和良好的沿程分布；可长期运行而不需 要排泥；在高负荷条件下有效地截留活性微生物。a b r 的主要工艺性能表现在以 下几个方面回。 一、良好的水力条件。反应器的水力条件是影响处理效果的重要因素大量研 究表明，a b r 整个反应器内的整体水流型态趋于推流式，但每个隔室内的上升水流 和产气搅拌作用而呈现为趋于完全混合型。因而属于整体推流( p f ) ，而局部完全混 合式( c s t r ) 的多隔室串联工艺。a b r 的上升水流和产气搅拌使废水和厌氧污泥充 分混合，一方面强化了泥水接触，加速废水中基质同微生物间的传递，利于提高反应 6 苏州科技学院硕士学位论文第一章绪论 利用率及容积利用率，同时使反应器内的污泥在各个不同的反应隔室内组成不同的微 生物种群，从而使抗冲击负荷能力和运行稳定得到了很好的提高。 g - r o b i c k i 和s 删k e y 以锂( l i ) 为示踪剂，对清水a b r 和投加污泥的a b r 作了 不同h r t 的水动力学研究，结果表明，与其它厌氧反应器相比。a b r 的死区容积率 v d v 要小得多( 一般为5 一2 0 ，平均为8 左右) ，同时也表明反应器具有明显的 推流特征但是，目前并没有得出乃形和h r t 之间的直接联系。在短的h r t 时， 污泥的存在对水力流态无明显的影响，而死区容积率则与流速及折板数有较大的关 系，缈与污泥浓度、产气量和流速有关，并且随流速的增加而增加。a b r 在短h r t 的高负荷条件下，产气和流速的提高使污泥层呈一定程度的紊动状态，并因此而抵消 了因短h r t 所造成的反应器内的死区。沈耀良的研究也表明，在高的产气量情况下， 污泥床亦处于流化状态，从而促进了返混作用，呈现出c s t r 的流态，但同时由于折 流板的阻挡作用，阻止了各隔室间的返混，因而就整个反应器而言，则具有水平推流 ( p f ) 的流态。这点也证明了a b r 在流态上每个单隔室是一个c s t r ，从整体上则 接近于推流式。 此外，当在较短的h r t 条件下运行时，a b r 各隔室内的返混程度将提高，而反 应器内的死区容积百分率( 蹦力值的变化幅度则并不大。可见，随处理水量的增加， 反应器内水流速度和产气量也同时增加而促进每个隔室内的混合程度反应器的水力 特性和混合程度将对微生物和基质间的接触产生极大的影响，进而影响到传质过程和 反应器的运行性能。 二、稳定生物固定截留能力。a b r 对污泥具有良好的截留能力。主要表现在它 对进水中高浓度的悬浮固体( s s ) 具有很强的适应性和处理效能。国内在处理s s 浓 度为3 4 0 0 - 6 9 0 0 m g l 之间的制酒废水时发现，a b r 工艺对进水中s s 波动具有很强的 适应能力，出水s s 去除率可达9 1 。b o o p a t h y t ”】等人研究发现，a b r 工艺对进水中 s s 波动具有很强的适应能力，出水s s 去除率可达9 1 。b 0 0 p a l l l y 【1 3 1 等人研究发现对 高浓度制糖废水处理表明，s s 也具有好的截留能力，出水无污泥流失。a b r 有如此 良好的污泥截污性能，一方面是反应器内污泥与被处理废水良好的接触，有效容积利 用率高( 即死区容积分数d i m l 低) 有利于污泥絮体及颗粒污泥的形成和生长另一 方面反应器折流板为污泥截留创造了一个良好的条件。废水在上下流过程中，由于上 流室比下流室窄，为污泥沉降提供了良好的条件。有关研究表明，即使在高负荷条件 下，反应器也能有效截留污泥微生物固体。b o o p a t h y 和s i e v e 研究表明，当a b r 反 应器负荷从2 6 k g c o d c r ( m 3 d ) 增加到1 3 5k g c o d c r ( m 3 d ) 时，污泥流失没有因为产 量的增大而增大，相反沉降性随负荷提高而达到1 1 7 9 l ，污泥停留时间长达4 2 d s t u c k e y 的研究表明，a b r 反应器在短h r t 下仍然可以达到较高的去除率。h r t 分 苏州科技学院硕士学位论文第一章绪论 别为1 0 h ，6 h ，4 h 和1 3 h 时，c o d e r 的去除率分别为9 0 ，8 0 ，6 5 和4 0 在 相同负荷条件下，u a s b 如要达到相同去除率，其h r t 要比a b r 高4 0 。 三、良好的颗粒污泥形成及微生物种群分布。微生物固定化技术是厌氧生物处 理工艺中的一个重要内容。a b r 作为厌氧工艺，比起u a s b 工艺，有良好的颗粒污 泥形成过程，并且微生物生长较快。一般情况下，该反应器在运行初期3 0 - - 4 5 d ，容 积负荷为3 0 - - 5 0 k gc o d c r ( m 3 d ) 时，即可出现颗粒粒径为0 2 加5 m m 的颗粒污泥。 此后颗粒污泥不断增大，粒径可达2 3 m m 。颗粒污泥中有类似于甲烷丝菌属 ( m e t h a n t h r i x ) 和甲烷八叠球菌属( m e t h a n o s a r c i n a ) 的优势甲烷菌和异氧甲烷菌和 脱硫弧菌等。重要的是a b r 中不同隔室内的厌氧微生物种类分布呈现出良好的种群 配合，不同的隔室中存在适应流入该隔室的废水水质的优势微生物种群。如反应器前 端以水解和产酸菌为主，在较后面的隔室中，则以产甲烷菌为主而u a s b 反应器 中酸化和产甲烷两类不同的微生物相交织在一起，较难适应相应的底物组分及环境因 子( p a 、h 2 分压值等) 。在a b r 中各个隔室中的微生物相随流程逐级递变，其递变规 律与底物降解过程协调一致。从而确保相应的微生物相拥有最佳的工作活性这样优 势的微生物种群得以良好的生长繁殖，污染物在不同的隔室里得以降解，工艺的良好 处理效能和稳定性得到很好的体现。 四、良好而稳定的处理效果。a b r 反应器处理工艺能很有效地处理不同种高浓 度有机废水在处理糖浆废水时，厌氧滤池在处理容积负荷达1 8 k g c o d c r ( m 3 d ) 时， c o d e r 的去除率仅2 9 ；升流式厌氧污泥床反应器在处理容积负荷达2 3 k g c o o e r ( m 3 d ) 时，c o d e r 的去除率达7 7 ，厌氧折流板反应器在处理容积负荷达2 0 k g c o o c r ( m 3 d ) 时，c o d c r 的去除率可达7 7 1 2 2a b r 反应器的启动及其运行效能研究 厌氧反应器成功而快速的启动是反应成败的关键条件之一。最主要目的是通过 对厌氧反应器的启动研究来获得适宜运行操作方式，在尽可能短的时间内驯化和培养 微生物，提高反应器的运行效能。厌氧反应器主要在处理高浓度有机废水中取得了较 好的研究和实践应用。面对低浓度废水厌氧发酵时，进水有机物浓度低；b o d 的v s s 成分高；s 0 4 2 ：b o d 比例高；温度低 对处理后水质要求高；冲击性负荷；碱度低等 特点，对工艺运转过程或处理费用产生一系列的影响。根据莫诺酶促反应动力学理论， 在低有机底物浓度的条件下( ， 5 废水 蜜糖酿酒 釜馏液 养猪废水 威士忌酿 造液 垃圾渗滤 液废水 3 7 3 5 3 0 4 3 2 0 3 9 9 0 1 s 刃5 3 - 3 6 1 6 2 人工合成 葡萄糖废 1 25 4 81 2 68 6 6 72 51 0 9 6 水 2 3 2 9 - 3 2 1 2 3 6 在处理高浓度有机废水上，陈洪斌 2 9 1 等在1 9 9 9 年利用a b r 反应器在中温条件 下处理豆制品废水，对其启动和提高负荷运行过程进行了研究。试验表明，a b r 处 理豆制品废水优势突出：其启动过程快，易培养出颗粒化的活性污泥；稳定运行时， 蝴撕跏留 卅 e ： 8 啪 坫 兰； 名 5 覆 ；兰 孤 卯 饥9 苗姗姗彗2槲 苏州科技学院硕十学位论文第一章绪论 容积负荷可达到1 4 3 9 c o d ( l d ) ，c o d 去除率能保持8 0 以上；具良好的抗冲击 负荷和抗低p h 的能力；m p n 计数表明不同时间、不同区段的三大类菌群呈现明显 的规律性变化。 刘豆豆刚等用a b r 反应器处理c o d 高，可生化性好的甘薯淀粉废水研究中发 现，用颗粒较好的厌氧污泥作为反应器的接种污泥，2 0 d 内完成了反应器的启动。在 进水c o d 浓度为1 2 0 0 0 m e l ，h r t = 6 0 h 时，a b r 反应器达到了最佳h r t ，c o d 去除率为9 4 3 。且a b r 反应器的最大容积负荷为1 2 0 k g c o d s 加p 6 h ，这与s c h i e n c r 的 研究结果相反，原因可能在于其所研究的废水浓度不同。 温度是影响厌氧消化的一个重要因素。目前的研究大都在中温( 3 0 0 c 3 5 0 c ) 条件下运行，但许多废水( 如生活污水) ，温度都低于3 5 0 c ，若加热至中温则加大 处理费用。因此在低温( 1 0 , , c 2 0 0 c ) 或常温下处理废水将减少处理费用，也将为厌 氧处理低浓度废水提供更多的依据。l a n g e n h o f f 等对温度对a b r 处理低浓度废水的 影响进行了研究。研究过程中将温度分别控制在3 5 0 c 、2 0 0 c 和1 0 0 c ，h r t 为1 0 h ， 进水c o d e r 为5 0 0 m p j l 。研究表明，3 5 0 c 时c o d c r 去除率达9 5 ，2 0 0 c 时c o d e r 去除率达7 0 ，而1 0 0 c 仍可获得6 0 的c o d e r 去除率，这表明a b r 在短h r t 及低 温下处理低浓度废水是可行的。但同时亦表明，若温度过低( 6m h ) 会影响反应器内颗粒污泥结构的稳定，造成颗粒污泥解体，使出水中 悬浮物含量增加。当合理控制水力负荷0 2 5m 3 ( m s h ) 时可以把絮状污泥与颗粒污泥 较好地分开为此，采用较小水力负荷，使絮体污泥能够互相粘结，有利于形成颗粒 污泥的初生体，会发现在上流室入口处最先出现颗粒污泥，当出现一定量颗粒污泥后， 提高水力负荷，稳定运行一段时间，使密度较大的颗粒污泥沉到反应器的底部，形成 污泥层，此时再逐步提高水力负荷，就可以促进污泥实现颗粒化在颗粒化初期，淘 汰絮状污泥可避免与小颗粒污泥争夺营养，从而有利于颗粒污泥的生长， 2 适宜的微生物群体 实现颗粒污泥的快速培养，不仅取决于菌体的生长，更主要的足要有适宜的微 生物群体，取决于微生物之间的粘接。对于a b r 反应器，由于它的构造特点，使其 在上流室中形成性能稳定，种群良好的微生物链，各隔室的微生物有明显的种群配合 和良好的沿程分布。在反应器的前面隔室，甲烷鬓毛菌( m t h a n o s a e c a ) 构成了颗粒污泥 的内核，而甲烷鬓毛菌所需的乙酸由产氢产乙酸菌来提供，丙酸丁酸分解物中的 1 2 促进了氢营养型细菌的生长，产氢产乙酸菌和氢营养细菌构成颗粒污泥的第二层，颗 粒污泥的最外层由产酸菌构成，而后面隔室中主要以甲烷丝菌、甲烷八叠球菌为主， 在后面隔室中产生大量气体，因此表面有许多空穴，反应器在水流和气流的共同作用 下，对颗粒污泥的较快形成极为有利。 苏州科技学院硕士学位论文第四章a b r 反应器内厌氧颗粒污泥特性分析 3 惰性颗粒的作用 颗粒污泥表面都有基质降解的残余物，或者是没有降解的基质颗粒一惰性颗粒。 索氏甲烷菌等具有很强吸附能力的菌种会吸附在惰性颗粒上，惰性颗粒作为菌体附着 的核对颗粒化起着积极的作用。甲烷毛状菌属在颗粒化过程中起着重要作用，其细胞 丝状体又起着颗粒化核心的作用。刘双江等人认为厌氧颗粒污泥的形成是在启动运行 期，发酵性细菌、有机酸分解菌和甲烷毛状菌迅速增殖，丝状菌附着在接种污泥的小 颗粒上，成自身缠绕生长，形成颗粒小体，当颗粒小体达到一定浓度后开始聚集形成 大颗粒，大颗粒再被丝状菌进一步包裹形成成熬的颗粒污泥。在最初的颗粒化过程中。 甲烷毛状菌属移植在甲烷八叠球菌菌簇的中央腔中，空心的甲烷八叠球菌菌簇起着颗 粒雏形的作用，这一点在实验中也得到了证实如m a c l e o d 等人认为首先集聚的细菌 可能是产乙酸菌，这些细菌为甲烷八叠球菌属和甲烷毛状菌属提供所需的底物。颗粒 污泥的形成主要依赖于产酸菌和产乙酸菌的集群化。惰性物质，为微生物的附着提供 核心和载体，这对于颗粒污泥的形成作用明显。h y u ns e o n g j e o n g 等人在实验中发现， 加入有机一无机混合聚合物可以在短短5 r a i n 内形成颗粒污泥，并且与常规方法所 形成的颗粒污泥有相同的高沉降性和高去除率。作微生物载体的惰性物质有：泡沫塑 料、沸石、含氢无烟煤、吸水性聚合物、颗粒活性炭( g a c ) 、粉末活性炭( p a c ) 、膨 润土( b 1 计聚丙烯酞胺( p a m ) 、砂粒、高炉粒状炉渣、烟囱灰，均在加速颗粒化过程 中取得了很好的效果。 为此，驯化培养厌氧污泥时，投加不同有机高聚物均对加速污泥颗粒化作用明 显，而且添加的有机物大多最后均可被降解，有益于提高所形成的颗粒污泥的活性。 而投加来源广泛且成本稍低的无机盐也是一个较好的途径。无机盐主要利用其电中 和、静电吸附及吸附架桥等作用强化颗粒化过程，但该阳离子与污水中阴离子反应的 负效应也不可忽视，如生成c a c 0 3 等 4 进水特性 颗粒污泥的沉降性能还与包括有机物以及悬浮物的浓度有关。对于实际工业废 水，特别是抗生素废水，采用低浓度进水结合较高水力负荷的运行方式足更为适宜的。 正如陆正副5 5 3 等人所指出的低浓度进水中污泥颗粒化更快，原因在于这种方式可以有 效避免抑制性生化物质的过快过度积累，同时较高的水力负荷可加强水力筛分作用 谢汉方等发现当污泥负荷达到0 3k g c o d ( k g v s s d ) 以上开始形成颗粒污泥时，应不 失时机地提高污泥负荷到0 6 o 7 k g c o d c k gv s s d ) ，不宜停留在0 3 0 5 k g c o d ( k gv s s d ) 范围内，以防止絮状污泥争夺营养，迅速增长。 5 温度 通常按温度将反应器划分为低温( 1 6 2 5 c ) 、中温( 3 0 4 0 ) 及高温( 5 0 6 0 c ) 。 中高温反应器的颗粒化启动研究较多，低温反应器的启动成为今后研究方向之一不 苏州科技学院硕十学位论文第四章 a b r 反应器内厌氧颗粒污泥特性分析 同温度所形成的颗粒污泥其菌种类型有较大的差别；高温下形成的颗粒污泥含甲烷丝 菌量高；而中低温条件下形成的颗粒污泥含甲烷杆菌和甲烷八叠球菌的量较高；在厌 氧反应器内温度的大幅度波动会对颗粒污泥的形成产生不利的影响。冯亮 删等人研究 发现低温和中温污泥可以向高温污泥转化。在常温或中温条件下，其中的少量高温菌 处于休眠状态，当温度上升后，这部分细菌的活性能迅速恢复并大量繁殖，同时高温 将导致中温菌的死亡 6 金属离子 颗粒污泥的形成离不开m g , k , n i , f e z 】a , c o 等金属离子的存在。f a n g 等人研究发 现二价金属离子能挤压污泥( 尤其是颗粒污泥) 呈扩散状的双层结构，使细胞间的范德 华力增强，有利于污泥的聚集和颗粒化；res p e e c e 研究发现f c 2 + ，c 。2 ，n i2 + ， w f ，z n 2 + 和m n2 + 等二价金属离子对甲烷菌的代谢过程有激活作用：王长辉5 刀报道 z n 2 + ，c 0 2 + 和n i ”对厌氧污泥活性都有一定提高作用，并可促进厌氧发酵过程；l e e k u o - s h i n g 等人研究对c i g s b 工艺研究时发现c a2 + 可以加强颗粒污泥的机械强度， 5 4 2 7 2 m g l 的c a2 + 使微生物浓度增加了3 倍，而产氢气量增加了5 倍：$ c h m i d t 硼 等人发现m g ”会影响高温厌氧污泥的微生物特征，即m g2 + 会影响污泥中各种微生 物的相对数量，改变其中的优势菌。另外，接种污泥形成颗粒污泥需要一个临界 m g ”离子浓度，其对颗粒污泥的结构和大小的影响很大；s c h m i d tje 等人还发现f c 元