（环境工程专业论文）ABR处理高浓度有机废水的特性及应用研究.pdf

a b r 处理高浓度有机废水 的特性及应用研究 专业：环境工程 硕士生：孔祥西 指导教师：金奇庭教授 摘要 a b r ( 厌氧折流板反应器) 是在厌氧反应器中沿水流方向设置一系列折流板， 将反应器分隔成若干个串联的反应室，废水以上向流和下向流的方式流经整个反 应器，该反应器具有结构简单，截留污泥能力强，稳定性高等优点。近年来，国 内外对a b r 的般特性进行了较多的研究，但对于a b r 处理高浓度有机废水 还缺乏深入和系统的研究。 为对a b r 处理高浓度有机废水的特性及应用进行研究，本文以红霉素废水 为试验基质，分别研究了a b r 处理高浓度有机废水的启动过程、污染物的降解 规律及机理、抗冲击性能、反应器中微生物的分布规律及生物活性，同时对a b r 的运行控制提出了相应的建议，以期促进a b r 在实际工程中的应用。 本文的研究结果表明： ( 1 ) 以好氧脱水污泥对a b r 进行接种启动。对红霉素废水而言，启动过程历 经适应期、培养期、负荷提高期、稳定期等四个阶段，经1 2 0 天左右启动完成； 从控制污泥流失及泥水混合效果两方面进行考虑结合试验结果进行分析后认 为，a b r 启动初期上升流速应在0 1 5 0 2 5 m h 之间，启动后期可将上升流速逐 渐提高至o ，2 0 o 2 5m h ，但需保证出水s s 2 5 0 - 3 0 0m g l ；综合分析了可能导致 产酸菌优势增长的各项因素，并与其它研究者的结果进行对比分析后认为，接种 污泥、处理水水质、反应器本身的结构特征是导致启动期产酸菌优势增长的原因。 ( 2 ) 对a b r 沿程的c o d 、v f a 以及p h 的变化规律进行分析，结果表明a b r 对有机物的降解过程具有典型的推流系统特征，复杂污染物是以分类逐级的形式 得以去除的：污染物的去除主要发生在1 3 格室( c o d 去除贡献为5 0 8 0 ) ， 随有机负荷的提高，去除主体逐渐后移；系统产气量及沼气产率均随有机负荷的 提高而增加；处理红霉素废水时，格室产气量及产气率沿程呈正态分布，分析认 为，这是由a b r 的特性及废水本身的特点综合作用的结果。 ( 3 ) a b r 处理红霉素生产废水时，c o d 容积负荷在5 - 6 k g c o d m 3 d ，h r t 在2 4 5 0 h 时，c o d 去除率为5 6 - 6 6 ；上升流速应小于0 5m h 。 ( 4 ) 在一定浓度范围内( 6 0 0 0 8 5 3 0 m e l ) a b r 表现出了较好的抗冲击能力， 但系统性能低于冲击前水平；冲击浓度达到1 1 3 2 0m g l 时系统受到了较严重的 抑制，抑制及恢复过程可分为冲击期、抑制期、缓慢恢复期3 个阶段。 ( 5 ) 考察了a b r 沿程的污泥活性及污泥相，结合沿程的c o d 、v f a 以及p h 的变化规律进行分析，结果表明a b r 推流式系统的特性使得沿程各格室有机负 荷逐渐降低，各格室的进水水质有了较大差别，从而在各格室形成了不同的微生 物群落。 关键词：a b r ，启动，上升流速，降解特性，运行控制， 抑制及恢复 t h e s t u d y o f p e c u l i a r i t ya n da p p l i c a t i o no f a b r i nt h eh i g h c o n c e n t r a t i o no r g a n i cw a s t e w a t e r t r e a t m e n t s p e c i a l i t y ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g m a s t e rc a n d i d a t e ：x i a n g x ik o n g a d v i s o r ：p r o f q i t i n gj i n a b s t r a c t t h ea b r ( a n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r ) c o m p r i s e sas e r i e so f v e r t i c a lb a f f l e st of o r c e t h ew a s t e w a t e rt of l o wu n d e ra n do v e rt h e m ，a n da b rm a yb ec l a s s i f i e da sas e r i e so f c o m p a r t m e n t i ti ss i m p l ei nd e s i g na n di m p r o v e db i o m a s sr e t e n t i o nw i t h i nr e a c t o r t h i s r e a c t o rs y s t e mh a sb e e nr e p o r t e dt oh a v em a n ya d v a n t a g e so v e ro t h e rr e a c t o rs y s t e m t h e r e f o r ea b ri so n eo ft h e m a n yt y p e s o fh i g h r a t ea n a e r o b i cr e a c t o r p r e s e n t l y a t t r a c t i n gg r o w i n g i n t e r e s t s i nr e c e n t y e a r s ，t h e r e h a v ep l e n t yr e s e a r c ha b o u tt h e c o m m o np e c u l i a r i t yo fa b r ，b u tt h er e s e a r c ha b o u tp e c u l i a r i t yo fa b ri nt h eh i g h c o n c e n t r a t i o no r g a n i cw a s t e w a t e rt r e a t m e n ti sf e w t h er e s e a r c hs t u d i e dt h ep e c u l i a r i t ya n da p p l i c a t i o no ft h ea b r ，i nw h i c ht h e w a s t e w a t e rc o m ef r o mt h ep r o c e s so ft h ee r y t h r o c i nm a k i n g ，w h i c hw i l lm a k et h er e s u l t s m o r ea p p l i c a b l ea n dm o r ev a l u a b l e t h ep a p e rs t u d i e dt h es t a r t u po fa b r ，d e g r a d i n g p r o c e s so fp o l l u t a n t s ，t h ep e c u l i a r i t yo f t h ea b ru n d e rs h o c k l o a d i n ga n d t h eb i o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c so fe a c hu n i t m o r e o v e r ，t h ep a p e rg i v e ss o m ec o r r e s p o n d i n gp r o p o s i t i o n s a b o u tt h ec o n t r o l l i n go f a b r r e s u l t so ft h es t u d ys h o w e d ： ( 1 ) i ti s f e a s i b l et os t a r tu pt h ea b rw i t ht h es l u d g ew h i c hc o m e sf r o ma e r o b i c b i o l o g i c a ls y s t e m i nt h ee x p e r i m e n t ，t h es t a r t u pp h a s ep a s st h r o u g hf o u rp e r i o d s ：i n i t i a l s t a g e ，b r e e d i n gs t a g e ，i m p r o v i n gl o a d i n gs t a g ea n ds t a b l es t a g e i nt h ei n i t i a ls t a g e ，t h e u p f l o w i n gr a t es h o u l dm a i n t a i nw i t h i n0 15 - 0 2 5 m h i nt h es t a r t u pp h a s e ，i tc o u l db e i m p r o v e dt o0 2 0 0 2 5 m h ，b u tt h ee f f l u e n ts ss h o u l db el e s st h a n2 5 0 3 0 0 m g l i ti s t h ei n o c u l a b l es l u d g e ，t h ep e c u l i a r i t yo fw a s t e w a t e ra n dt h ef r a m e w o r k c o n f i g u r a t i o no f t h ea b rt h a tc a u s et h ep r e d o m i n a n t g r o w t ho fa c i d o g e n i cb a c t e r i a ( 2 ) t h ec o m p l e xc o n t a i n m e n tw a sg r a d u a l l yr e m o v e db ys o r ti nt h ea b r ，w h i c h s h o w e dt h ea b rh a st y p i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h ep l u gf l o ws y s t e m a l o n gw i t ht h e r a i s i n go f t h eo l r ，t h eg a sy i e l da n dr a t ei n c r e a s ea tt h es a m et i m e t h ed i s t r i b u t i o no f t h eg a sy i e l da n dr a t ei nt h ea b r i sn o r m a ls c h o o la l o n gt h e w a y ( 3 ) f o rt h ee r y t h r o c i nm a k i n gw a s t e r w a t e r ，w h e nt h eo l r i s 5 - 6 k g c o d m 3 d ，t h e h r ti s2 4 5 0 h ，t h ec o dr e m o v a lr a t eo fi s5 6 6 6 i na b r t h eu p - f l o w r a t es h o u l db e l e s st h a n0 ，5m h ( 4 ) w i t h i nac e r t a i nr a n g eo fc o n c e n t r a t i o n ( 6 0 0 0 - 8 5 3 0 m g l ) ，t h ea b r w a sf a i r l y s t a b l et os h o c ko r g a n i cl o a d t h em i c r o b e sw e r ei n h i b i t e ds e r i o u s l yw h e nt h ei n f l u e n t c o dc o n c e n t r a t i o nr e a c h e d113 2 0 m g l t h ep r o c e s s eo fi n h i b i t i o na n dr e h a b i l i t a t i o n i n c l u d e ss h o c k i n gp e r i o d ，i n h i b i t i n gp e r i o da n d r e h a b i l i t a t i n gp e r i o d a n d ，( 5 ) i nt h ea b r ，o l rg r a d u a l l yd e s c e n d sa l o n gt h ew a y ，s ot h eq u a l i t yo f i n f l u e n tw a s t e w a t e ro fe a c hu n i ti s d i f f e r e n t ，f o rw h i c hd i f f e r e n tm i c r o b i a lc o m m u n i t i e s a r ef o r m e d k e y w o r d s ：a n a e r o b i cb a f f l e dr e a e t o r ( a b r ) ，s t a r t - u p ，t h eu p f l o w r a t e ，t h e i n h i b i t i o na n dr e h a b i i i t a t i o n 声明 本人郑重声明我所呈交的论文是我个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，也不包含本人或其他 人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同 志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：知群t 弱 日期：历妒仁奠2 辱 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 燃糍：冽函黜名：锨醐加缪垆 注：请将此页附在论文首页。 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 。1 厌氧发酵的基本理论 1 绪论 有机物厌氧消化产甲烷过程是一个非常复杂的由多种微生物共同作用的生化过程。1 9 3 0 年b u s w e l l 和n e a v e 肯定了t h u m m 和r e i c h i e ( 1 9 1 4 ) 与i l l l h o 域1 9 1 6 ) 的看法，将有机物厌氧消 化过程分为酸性发酵和碱性发酵两个阶段。 在第一阶段，复杂的有机物，如糖类、脂类和蛋白质等，在产酸菌( 厌氧和兼性厌氧茵) 的作用下被分解成低分子的中间产物，主要是一些低分子有机酸，如乙酸、丙酸、丁酸等， 以及醇类，如乙醇等，并有氢、二氧化碳、n 王4 + 和h 2 s 等产生。因为该阶段中，有大量的脂 肪酸产生，使发酵液的p h 不断升高。所以，此阶段被称为酸性发酵阶段，或称产酸阶段。 在第二阶段，产甲烷菌( 专性厌氧菌) 将第一阶段产生的中间产物继续分解成甲烷和二： 氧化碳等。由于有机酸在第二阶段的不断被转化为甲烷和二氧化碳，同时系统中有n h 4 + 的 存在，是发酵液的p h 不断升高。所以，此阶段被称为碱性发酵阶段，或称产甲烷阶段。 随着厌氧微生物学研究的不断进展，人们对厌氧消化的生物学过程和生化过程认识不断 深化，厌氧消化理论不断得到发展。 1 9 7 9 年，m e b r y a n t 等提出了厌氧消化的三阶段理论，如图1 1 所示。 】第一阶段i 第二阶段 l 第三阶段 i 卜。而雨勇丽f t 。产氢产乙酸中一一 产甲烷1 图1 1 三阶段厌氧消化过程示意图 这是目前最为认可的理论模式。三阶段理论认为产甲烷菌不能利用除乙酸，h 2 c 0 2 和甲 西安建筑科技大学硕士学位论文 醇等以外的有机酸和醇类，长链脂房酸和醇类必须经过产氢产乙酸菌转化为乙酸、h 2 和c 0 2 后，才能被产甲烷菌利用。三阶段包括： 第一阶段为水解发酵阶段。在该阶段，复杂的有机物在厌氧菌胞外酶的作用下，首先被 分解成简单的有机物，如纤维素经水解转化成较简单的糖类；蛋白质转化成较简单的氨基酸； 脂类转化成脂肪酸和甘油等。继而这些简单的有机物在产酸菌的作用下经过厌氧发酵和氧化 转化成乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类等。参与这个阶段的水解发酵菌主要是厌氧菌和兼 性厌氧菌。 第二阶段为产氢产乙酸阶段。在该阶段，产氢产乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇以外的第 一阶段产生的中间产物，如丙酸、丁酸等脂肪酸，和醇类等转化成乙酸和氢，并有c 0 2 产生。 第三阶段为产甲烷阶段。在该阶段中，产甲烷菌把第一阶段和第二阶段产生的乙酸、h 2 和c 0 2 的转化为甲烷。 几乎与b r y a n t 提出三阶段理论的同时，z e i k u s 等提出了厌氧消化的四阶段理论，如图1 2 所示，该理论认为复杂有机物的厌氧消化过程有四个种群 图1 2 四种群说有机物厌氧降解示意图 厌氧微生物参与：水解发酵菌、产氢产乙酸菌、同型产乙酸菌( 又称耗氢产乙酸菌) 以 及产甲烷菌。 从两阶段说发展到三阶段说和四种群说过程，是人们对有机物厌氧消化不断深化认识的 过程。这也从侧面反映出，有机物厌氧消化过程是有许多不同微生物菌群协同作用的结果， 是一个极为复杂的生物化学过程。 2 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 2 厌氧技术的发展沿革 厌氧生物处理技术是对普遍存在于自然界的微生物过程的人为控制与强化，是处理有机 污染和废水的有效手段，但由于人们对参与这过程的微生物的研究和认识不足，致使该技 术在过去的1 0 0 年里发展缓慢，其主要原因有：( 1 ) 厌氧生物处理技术是种多菌群、多层次 的厌氧发酵过程，种群多、关系复杂、难于弄清楚：( 2 ) 有些种群之间呈互营共生性，分离鉴 定难度大：( 3 ) 厌氧条件下培养分离和鉴定细菌的技术复杂。随着科学技术发展和分离鉴定技 术水平的提高，原来限制该技术发展的瓶颈已被打破，该技术的优越性更加突现出来。厌氧 生物处理技术的发展过程大致分为三个阶段。 第一一阶段( 1 8 6 0 - - 1 8 9 9 ) ：简单的在同一个池子里进行沉淀与厌氧发酵的初期发展阶段。 这个发展阶段具有以下特点。 ( 1 ) 把污水沉淀和污泥发酵集中在一个腐化池中进行，亦即以简易的沉淀池为基础，适当 扩大其污泥贮存容积，作为挥发性悬浮生物固体液化的场所。 ( 2 ) 处理对象为污水、污泥。 ( 3 ) 精确设计和建造的化粪池至今仍在无排水管网地区以及某些大型居住或公用建筑的排 水管网上使用着。 第二阶段( 1 8 9 9 - 1 9 0 6 ) ：污水沉淀与厌氧发酵分层进行的发展阶段，主要代表是经化粪 池改造后的双层沉淀池。 ( 1 ) 在处理构筑物中，用横向隔板把污水沉淀和污泥发酵两种作用分隔在上下两室分别进 行，即所谓的双层沉淀池。 ( 2 ) 当时的污染指标仍以悬浮固体为主，但生物气的能源功能已为人所共识，并开始开发 利用。 第三阶段( 1 9 0 6 至今) ：独立式营建的高级发展阶段。这个发展阶段具有以下特点： ( 1 ) 把沉淀池中的厌氧发酵室分离出来，建成独立工作的厌氧消化反应器。开发的主要污 水处理工艺有：普通厌氧消化池、u a s b 、厌氧接触工艺、两相厌氧消化工艺、a f 、a f b 等。 ( 2 ) 把有机废水和有机污混的处理和生物气的利用结合起来，即把环保和能源并l j 用结合起 来。 ( 3 ) 处理对象除v s s 外，还着眼于b o d 和c o d 的降低以及某些有机毒物的降解。 厌氧生物处理技术的反应器主体也经历了三个时代。 第一代反应器；以厌氧消化池为代表，属于低负荷系统。 第二代反应器：可以将固体停留时间与水力停留时间分离，能够保持大量的活性污泥和 3 西安建筑科技大学硕士学位论文 i 足够长的污泥龄，属于高负荷系统。典型工艺有：厌氧生物滤池、u a s b ( 上流式厌氧污泥 床) 、厌氧流化床、厌氧折流板反应器、厌氧生物转盘等。 第三代反应器：在将固体停留时间和水力停留时间分离的前提下，使【蚕i 液两相充分接触， 从而既能保持大量你又能使废水和活性污泥之间充分混合、接触，以达到真正高效的目的。 己开发的工艺有：e g s b ( e x p a n d e d g r a n u l a rs l u d g eb e d ，简称e g s b ) 、i c 反应器等。 厌氧生物处理技术的巨大发展出现在上个世纪5 0 年代8 0 年代。5 0 年代中期出现了厌氧 接触工艺，开始着眼于通过人为措施增加反应器中的污泥浓度；6 0 年代末，y o u n g 和m c c a r t y 发明了厌氧滤器；7 0 年代以来厌氧处理的最大突破是u a s b 的发明。a f 和u a s b 的开发， 推动了以微生物固定化和提高污泥和废水混合效率为基础的一系列新的高速厌氧反应器的开 发，e g s b 、a f b 等厌氧工艺应运而生。 1 3 a b r 的理论及研究基础 1 3 1 微生态系统理论 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一酸化f 产酸及产乙 酸卜一产甲烷等一系列生物反应将有机无底物转化为无机物的过程( 图1 1 1 2 ) 。在此过程中， 不仅各类型的微生物对环境条件的要求不同( 表1 1 ) ，而且它们通过对不同底物的利用而形成 类似于生态系统中的食物链的营养关系，即微生态系统。因而，为使厌氧处理系统持续稳定的运 行，需创造适合于不同微生物种群生长的环境条件，使反应过程中物质的转化及能量的流动顺 春4 地进行。因而，两相及多相厌氧反虚器( s 僦 可由一个反应器或多个反应器串联实现，因而 它并非特指某个反应器) 技术的研究已成为开发新型厌氧反应器技术的生态学基础。 1 3 2 复合流态的反应器( 系统) 理论 无论是在化学反应工程还是在生物处理工程中，反应器或反应器系统中液体介质的流态 对产物的转化率或生物处理的效果均有重要的影响。反应器中良好的水力流态应满足以下要 求：( 1 ) 确保反应介质间均匀的混合接触，提高反应器有效容积的利用率及设备的运行稳定性； ( 2 ) 创造高的浓度梯度，促进介质间的传质，以获褥高的产物转化率( 处理效果) 。实际应用中， 多以完全混合或推流式作为反应器的两大主要流态。完全混合式虽可满足要求( 1 ) ，但难以满 4 西安建筑科技大学硕士学位论文 足要求( 2 ) ；推流式则反之。因而，如何通过工艺运行方式的改进，使反应器( 系统) 既具有完 全混合的优点又具有推流的优点，以充分满足上述两个要求，则是开发新型厌氧反应器工艺 的水动力学基础。 表1 1 产酸菌和产甲烷菌的特性 参数产甲烷菌产酸菌 种类相对较少多 世代时间 长( 0 5 7 o d )短( o 1 2 5 d ) 细胞活力 g c o d g v s s 一1 d 1 5 o 1 9 6 3 9 6 对p h 的敏感性敏感不太敏感 最佳p h 6 8 7 25 5 7 0 - 3 5 0 ( 中温) ， 1 5 0 氧化还原电位m v 的原水，c o d 浓度在5 0 0 0 m g l 时，短期接触为轻度抑制，长期接触为中度抑制；丽c o d 为1 0 1 5 ( 班) 的废水，c o d 浓度在7 0 0 0m g l 时，短期接触为中度抑制，长期接触基本无抑制。 由上面的分析可以看出，红霉素废水中存在生物抑制性物质，当毒性物质浓度适合时厌 氧菌表现出了较好的适应能力，经过定时间的驯化即可对毒性产生抗性；但当毒性物质浓 度过大时，产生了较强的抑制甚至是杀菌作用。高浓度废水厌氧抑制性试验中c o d 浓度在 8 0 0 0 1 0 0 0 0 m g l 的试样基本未产气。 2 2 1 2 淀粉生产中浸泡废水水质特点 玉米淀粉生产过程中排放的废水包括工艺水及玉米浸泡水。工艺水包括中间产品的洗涤 水和各种设备的冲洗水，其中含有大量的不溶蛋白、可溶蛋白、无机盐及糖类等有机物。 试验中取用的是玉米浸泡水。生产过程中为了破坏玉米的机械强度，削弱淀粉与其它部 分的亲和力，分离可溶性蛋白，并抑制微生物的滋生繁衍，在浸泡工艺中要加入一定量的亚 硫酸溶液，因此水中含有一定的s 0 3 2 。、s 0 4 2 。玉米的浸泡液中含有可被分离的可溶性蛋白和 植酸等，淀粉生产中常用石灰中和浸泡水，析出钙镁复合磷酸盐( c 6 h 8 0 2 4 p d c l 9 4 c a 6 h 2 ) ，即 为具有药用价值的非汀。因此试验取用的废水中含有一定量的可溶性蛋白( 约2 0 9 l ) 和钙 镁复合磷酸盐。 2 2 2 试验的主要研究内容 通过以上分析，本研究着拟定作如下内容的研究 ( 1 ) a b r 的启动：接种污泥；启动过程；启动方式 ( 2 ) a b r 的降解特性：o c o d 降解规律；产气特性：系统v f a 、p h ( 3 ) a b r 的污泥特性：不同阶段的污泥特性 ( 4 ) a b r 的运行控制：排泥控制；污泥回流；监控指标 1 4 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 3 试验装置 实验系统如图2 ，1 所示。 a b r 反应器 实验系统包括： ( 1 ) 主反应器：分为五格室，有效容积5 0 l ，上流格室底面积：下流格室底面积= 4 ：1 ， 高度8 5 0 m m ；各格室分开集气。 ( 2 ) 集气系统：分格室集气，5 个集气瓶。 ( 3 ) 加热系统：热水夹套，低进高出循环加热。 ( 4 ) 进、出水系统：补液泵进水，出水u 型管保护。 进水从进水箱由风箱泵打入反应器中；夹套中以热水循环加热，保证反应器中水温在控 制温度。 2 4 化学分析项目 ( 1 ) c o d ( 2 ) p h ( 3 ) 碱度 ( 4 ) m l s s 、m l j v s s ( 5 ) 硫酸盐及硫化物 ( 6 ) 挥发性脂肪酸的测定 ( 7 ) 辅酶4 2 0 ( 8 ) 产甲烷活性 采用标准重铬酸钾法引 采用数字酸度计测定 采用中和滴定法测定沾3 采用重量法测定羽 采用重量法测定嘲 采用蒸馏法测定m 采用比色法测定3 采用集气法测定1 订1 1 5 西安建筑科技大学硕士学位论文 3a b r 的启动过程研究 厌氧反应器的启动就是指在反应器中培养出一定量的能适应所处理废水特性的微生物群 体的过程，这些微生物群体能与反应器所提供的环境组成个稳定的生态系统。 厌氧反应器的启动通常包括两个方面。( 1 ) 培养：微生物富集的过程。( 2 ) 驯化：微生物适 应所处理废水特性而进行变异的过程。由于厌氧微生物，特别是甲烷菌的增殖速度很慢，通 常认为厌氧反应器的启动需要较长的时间，般需要8 1 2 周甚至更长的时间。影响厌氧反应 器启动的因素很多，包括废水的组成及浓度，按种污泥的数量及活性，环境条件，微量元素 的补充，操作条件以及反应器本身的特性等诸多因素。已有的研究及工程经验表明，厌氧反 应器启动时应注意以下几个方面。 ( 1 ) 接种污泥以同类废水污泥为佳，条件许可时，多种污泥配合接种有利于丰富产甲烷菌 的种类；接种浓度不宣低于1 0 1 5 9 l 。 ( 2 ) 环境条件：温度应在3 2 3 7 。c ( 中温消化) 或5 0 5 5 ( 高温消化) 范围内，每天的温 度波动不宜超过1 2 。c ；p h 应在7 2 7 6 范围内，并维持定的碱度，以保证产甲烷菌的最 大活性；营养元素不足时添加n 、p 以保证c o d ：n ：p = 3 5 0 5 0 0 ：5 ：l ：投加f e 、c o 、n i 、 z n 等补充微生物生长所需的微量元素，在某些情况下是非常关键的。 ( 3 燥作控制：启动初期c o d 浓度不宜高于1 5 0 0 - - - 3 0 0 0 m g l ，具体还要综合考虑接种污 泥及所处理废水的水质：出水v f a 不宜高于3 5 0 4 5 0 m g l ；启动初期水力负荷不宜过高， 以免引起污泥大量流失。 3 1 接种污泥的选取 厌氧构筑物启动时的接种污泥来源主要有。 ( 1 ) 城市污水厂普通厌氧消化池中的消化污泥； ( 2 ) 同类工业废水的厌氧构筑物中的消化污泥； ( 3 ) 沟、渠、塘中的底泥； ( 4 ) 好氧系统中排出的剩余活性污泥。 很多a b r 的研究者特别建议多种污泥配合接种。各研究者针对不同的废水采取了不同的 接种污泥，如表3 1 所示。 然而，工程中这几乎是不可能实现的，通常情况下大量的厌氧污泥也是非常不容易取得 的，通常以好氧剩余污泥或牲畜粪便替代。因此，为了对a b r 的启动过程迸行更具体的研究， 1 6 西安建筑科技大学硕士学位论文 m i l l 并使研究结果更具操作性，本研究以北石桥污水厂板框后干化污泥进行接种。表3 2 为接种 污泥的情况。 表3 1 各研究者采取的接种污泥 研究者处理废水接种污泥启动 戴友芝1 9 】 人工焉紫萄糖 腻厌氧污泥混合接种 郭静| i o 】 人工雩嚣萄糖 中温消化污泥4 2 天负 岢：达至| j2 。 陈洪斌m豆制品废水 久鹗嚣器鬈麓篓慧票誊凳黔氧5 6 t ，竺娅“ 雷中方1 2 5 1草浆黑液城市污水厂消化污泥及沼气池污泥3 个月 表3 2 污泥接种 污泥接种 实验用水 接种污泥v s s s s 接种浓度g ( v s s ) l 红霉素生产废水污水厂干化污泥o4 92 5 玉米浸泡水久置好氧污泥0 52 0 3 2 启动操作方案 综合分析废水特性及反应器特性，红霉素生产废水因其含有生物抑制性物质，启动负荷 定为0 2k g c o d ( m 3 d ) ；玉米浸泡水的生物可降解性较好，启动负荷定为1 0 k g c o d ( m 3 d1 。 启动中添加工业尿素及磷酸盐补充厌氧细菌生长所需的氮和磷，控制c o d ：n ：p = 3 5 0 ：5 ： 1 ，投加碳酸氢钠及氢氧化钠调节系统的碱度及p h 值，投加f c 、c o 、n i 、z 1 1 等补充微生物 生长所需的微量元素。 3 2 1 启动方式 b a r b e r 和s t u c k e y t 2 8 1 的研究认为固定进水基质浓度，逐步缩短瑚玎不论是从c 0 d 去除率、 运行的稳定性，还是从污泥的流失量方面衡量均优于采用固定h r t ，逐步提高进水基质浓度 方式启动的反应器。 通常的厌氧启动方式大致可分为两种：1 快起动2 慢启动。如表3 3 所示。 本次试验以好氧干化污泥进行接种，启动过程必然包括培养、驯化两个过程，因此进水 1 7 西安建筑科技大学硕士学位论文 浓度不宜太低，否则对污泥培养不利，但也不能太高，否则废水中的抑制性物质对细菌的生 长不利( 第一次启动咀2 0 0 0 m g l 的浓度进水，启动经1 2 天后即告失败) 。 综合考虑各影响因素后启动方案定为。 ( 1 ) 水力负荷与进水浓度均递增启动，主要增加进水浓度，对系统影响不大时增加水力负荷。 ( 2 ) 系统c o d 去除率达5 0 6 0 后，递增1 2 1 5 的负荷。 表3 3 厌氧启动的两种方式 启动方式快起动慢启动 同类或不同类同类或不同类 接种污泥 厌氧污泥厌氧污泥，好氧污泥 处理对象易降解废水，中等难降解废水中等或难降解废水 控制方式保证v f a 正常，启动过程不追求高的去除率启动过程保证一定的去除率及v f a 3 3 运行结果及分析 启动历时较长，红霉素生产废水经四个月后负荷升至4 5 0 3 k g c o d ( m 3 d ) ，c o d 去除率 达6 0 6 6 ；玉米浸泡水经三个月后负荷升至5 0 3 k g c o d ( m 3 d ) ，c o d 去除率达7 5 。 启动过程如图3 1 所示。综合分析监测数据，启动过程大致可分为四个阶段，分述如下。 ( 1 ) 适应期：启动初期控制进水c o d = 1 0 0 0 1 6 0 0 m g l ，容积负荷维持在0 2 1 k g c o d m 3 d ， c o d 去除率在3 0 , - v 5 0 之间，历经约一个月。 适应期c o d 去除率呈下降趋势，v f a 则不断上升，且居高不下，系统的产甲烷能力相 对较弱。分析认为：实验中以好氧污泥接种启动，产甲烷菌数量及种类均较少，需要一定 的培养过程；红霉素生产废水中存在抑制性物质，而产酸菌对环境的敏感程度小于产甲烷 菌，生长速度也远远高于产甲烷菌( 产酸菌的最大产率常数为0 1 5 o 2 0 k g v s s k g c o d ( s 1 ， 而产甲烷菌最大产率常数只有o 0 3 , - - 0 0 4 k g v s s k g c o d ( s ) ) ，使得产酸菌呈优势生长状态： a b r 的分级结构导致反应器内局部负荷前高后低的分布状况，当a b r 正常运行时，这种负 荷分布有利于反应器的处理效率，但对于未完成培养及驯化的a b r 来说则是不利的，前面格 室产生的v f a 不能被产甲烷菌有效的转化，导致v f a 的积累，而这种积累通常又不利于产 甲烷菌的生长。因此，在后期采取了减小负荷、增加系统碱度等措施，保证系统的稳定。 ( 2 ) 培养期：尽管系统c o d 去除率较低( 3 0 - - - 5 0 ) ，但低负荷运行不利于细菌的生长，因 此，本阶段在保证系统稳定的情况下稳步增加系统的容积负荷。尽管v f a 有较大的上下波动， 但均属于提高负荷的正常反应。培养期历经约一个月，容积负荷提高到了2 k g c o d m 3 d ，同 时，系统出水v f a 也得到了控制，基本呈下降趋势，系统的稳定性进一步得到加强，微生物 群体基本已适应红霉素废水的特性。 1 8 西安建筑科技大学硕士学位论文 霎翼纂 稍蔼搀 挣脚x ) 鞋磐戳( p | 脚) 鼯莓雠詈絮蛩徽 h b nhc _ “。 罐_ “越“一“d 。 ( 1 ，翱) 3 828888 君。 h m “h ( 御v j 飘 l z4 e 9 0 0 8 l 。弓 0 l g 嚣吕 z 。t 9 1 + 1 l i o t s 乙 s z z 1 o z 扒鬣 0 i 。酊 z 0 9 + 酣 s z h z z o z 。u 9 l 1 t o i i 口毛i 9 0 0 0 i 9 l 。0 i 8 1 0 l 橼g群体：争：受净11 髂醚器谗毒 瓣篷稍8 0 i1 尊锹s蜷靼辱雌蟋峨踩蒋晕f i c 囤 熊啪瓣瓣 西安建筑科技大学硕士学位论文 ( 3 ) 负荷提高期：运行约一个月，该阶段将容积负荷提高至5 3 k g c o d m 3 d ，c o d 去除率呈 上升趋势，出水v f a 不断下降，系统的处理能力得到了较快的发展，但稳定性不高，出水v f a 依然在4 0 0m e , l 左右。 ( 4 ) 稳定期：采取将系统负荷重新降低，再逐渐升高的方式稳定系统。最终将系统容积负荷 升至5 3k g c o d m d ，c o d 去除率达到6 6 ，出水v f a = 1 2 0 - - - 2 5 0m g l ，系统稳定，启动结束。 3 4 问题讨论及建议 3 4 1 关于启动期水力负荷的分析 3 、 b d s 0 2 f o 苌 羽 启动初期启动中期 启动后期l 一 一 e 速 一 。 飞 一 池 头。 t 乒 o 、 r 。? ? 。- 、。少 t 一 人 ：l = 二 l o1 52 83 2 3 64 15 16 6 7 68 7 运行天数 图3 2 出水s s 与上升流速的关系 水力负荷过低不利于a b r 的泥水混合，并且在启动期产气能力较弱，水力搅拌的作用较 大，但过大的水力负荷也会导致污泥的大量流失，因为启动期污泥的沉降性能不够完善，正常 运行f 青况下的水力负荷也会导致跑泥，进而影响系统的稳定性。试验中对水力负荷进行了研究， 2 0 一1)卿旷忙 一)斛婚隶 8 6 4 2 8 6 4 2 2 l 1 1 1 l o o 0 0 n p8g挺释摊 5 5 5 5 5 4 4 3 3 2 2 l 1 o 0 印印o 砷 均0 (p1一蚓扩钆 一葶斛篮玳ooo 西安建筑科技大学硕士学位论文 结果如图3 2 所示。结合系统运行工况进行分析，结果认为。 ( 1 ) a b r 启动初期污泥沉降| 生能较差，污泥床系统不够稳定，试验中当上升流速= 0 2 5 n 1 h 时，出水s s - 4 0 0 5 0 0m g 几( 甚至更高) ，跑泥严重，c o d 去除率也呈下降趋势，因此启动初 期上升流速应 0 2 5 m h ，但不宜低于o 1 5 m h ，否则对泥水混合不利，并且不利于细小污泥的 洗出； ( 2 ) a b r 启动中期，由于产气作用的加强，出水s s 呈上升趋势，系统有待进一步稳定。此 时，对于上升流速不宜做太大的变化。 ( 3 ) 启动后期，污泥沉降性能大大改善。上升流速提至0 2 , - 4 ) 2 5r r d a ，产气作用较强，系统 处理效能大大提高，出水s s = 1 0 0 2 0 0m g l 。因此，启动后期可将上升流速逐渐提高至0 2 0 - - 0 2 5 m h ，但需保证出水s s 2 5 0 0 0m g l 。 3 4 2 关于启动期产酸菌优势增长的讨论 稳定厌氧发酵的微生物状态是产甲烷菌和产酸菌的平衡生长，一旦这种平衡被打破，系统 就会变的不稳定或者引起系统处理效能的下降。本课题组平行启动的另一个以玉米浸泡水为研 究对象的a b r 系统，在启动期v f a 居高不下，一段时期出水v f a = 1 0 0 0 - 一2 0 0 0 m g l ：某研究 者以a b r 处理有机磷农药废水，出水v f a - - 9 0 0 - - 一2 0 5 0 m g l ；雷中方等以a b r 处理制浆黑液， 出水v f a = 7 0 0 - 8 0 0 m g l ；郭静等以a b r 处理人工配制葡萄糖污水，出水v f a = 2 4 0 18 5 3 m g l 。 大量试验结果均证实，a b r 系统在启动及运行期均存在产酸菌优势增长的情况。 如3 3 节所述。( 1 诽：厌氧污泥中产甲烷菌数量及种类均较少，以厌氧污泥接种启动时需要 一定的污泥培养过程；( 2 ) 工业废水中通常存在一些难降解及具有生物抑制性的物质，而产酸菌 对环境的敏感程度小于产甲烷菌，生长速度也远远高于产甲烷茵，这也是产酸菌优势增长的原 因之一；( 3 ) a b r 的分级结构必然导致反应器内局部负荷前高后低的分布状况，对于未完成培 养及驯化的a b r 来说这是非常不利的，前面格室负荷过载必然增加后面格室的压力，导致v f a 的积累，不利于产甲烷菌的生长；( 4 腻验中发现，前两格有较大的浓度差，后三格则小的多， 易降解成份大部分消耗在了前面的格室，这对于中后部细菌的培养来说是很不利的。 a b r 由于其分级的结构特征不可避免会引起产酸菌的优势增长，随着废水复杂性的不同， 更为其启动增加了难度，这是导致a b r 启动较慢的主要原因。 笔者认为，可以从以下几个方面加快a b r 的启动过程：( 1 ) 可在启动期加入其它易降解废 水增加污泥培养的速度；( 2 ) 有条件时采取多种污泥混合接种，丰富厌氧细菌的种类和数量：( 3 ) 多点进水：启动期以培养、驯化污泥为目的，通常的观点认为微生物的转型较为容易，而培 养则较难，微生物种类及数量的丰富是系统达到稳定平衡的前提，多点进水不仅可以减轻局部 负荷，同时为后面格室的污泥提供了更好的生长基质；前端污泥的沉降性能较差，多点进水 2 l 西安建筑科技大学硕士学位论文 时水力流速逐级增高，有利于污泥的截流，同时对污泥洗出作用的影响不大。 3 4 3 对启动期操作控制的建议 ( 1 ) 启动过程的环境条件：启动过程产酸菌优先增长，因此必须提供足够的碱度缓冲，防止 p h 的降低影响产甲烷菌的生长，碱度应大于1 0 0 0 - 1 5 0 0 m g l ；温度应维持在3 3 3 5 。c ，每天的 波动范围应小于2 c ：系统p h 应不小于6 5 ，出水p h 应大于6 ，8 ； ( 2 ) 非厌氧泥接种启动时，水力负荷不宜过高，初期应 0 2 5m 3 m 2 h 时跑泥现象 即加剧，出水s s 由5 1 0 0 ( m g 几) 一3 0 0 9 0 0 ( n 垮q 。可行的办法是当s v i 低于3 0 m l g 时再稳 步增加水力负荷。 ( 3 ) 启动过程的监控指标：v f a 应小于4 0 0 m g 几，但如果系统c o d 去除率不高或者产气量 较低的情况下，低于2 0 0 m g l 的v f a 也是不正常的，或者因为负荷过低，或者因为毒性物质 的抑制，要具