（环境工程专业论文）uasb反应器处理乙二醇废水效能研究.pdf

苏州科技学院硕士学位论文 u a s b 反应器处理乙二醇废水效能研究 硕士研究生：杨海亮 指导教师：蒋京东副教授 学科专业：环境工程 苏州科技学院环境科学与工程学院 二o 一一年六月 m a s t e rd i s s e r t a t i o no fs u z h o u u n i v e r s i 够o f s c i e n c ea n d t e c h n o l o g y s c l e n c ea n d l e c n n o l o g v e f f e c t i v e n e s ss t u d yo f t r e a t i n ge t h y l e n e g l y c o l 、s t e w a t e rb yu p n o w a na e r o b i c s l u d g eb l a n k e t r e a c t o r m a s t e rc a n d i d a t e ：y r a n gh a i l i a n g s u p e r v i s o r ： a s s o c i a t ep r 0 j i a n gj i n g d o n g m a j o r ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g s u z h o uu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y s c h o o lo fe n v i r o n m e n t a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n g j u n 2 0 1 1 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：和f 盏电日期占g 华年 月匕厶日 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本人所送交论文 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，用不同方式在不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：撕j 月丝日 日期：五止年上月肛日 苏州科技学院硕十学位论文摘要 摘要 乙二醇是一种重要的化工原料，其生产过程中产生的废水有机物浓度高，水质水 量波动大，直接排放会对周边水体造成严重污染。本文首先说明实验室u a s b 反应 器处理乙二醇废水的相关研究结果，然后介绍u a s b 反应器处理乙二醇废水在工业 上的应用，主要研究结果如下： l 、逐步提高进水c o d 浓度，接种颗粒污泥u a s b 反应器处理乙二醇废水，其 最高达到1 3 1 0 0 m g l ，容积负荷达到1 3 1 k g c o d ( m 3 d ) ，运行至第6 1 d 反应器出现严 重酸化现象，出水p h 为5 5 ，v f a 达到2 0 5 m m o l l ；接种消化污泥u a s b 反应器处 理乙二醇废水，其最高达到1 0 8 0 0 m l ，容积负荷达到1 0 8k g c o d ( m 3 d ) ，运行至第 6 0 d 反应器出现严重酸化现象，出水p h 为5 2 ，v f a 达到2 3 1 m m o l l 。 2 、固定进水c o d 浓度为3 0 0 0 m g l ，h i 玎由7 2 h 逐步缩短至7 h ，u a s b 反应器 处理乙二醇废水c o d 去除率逐步下降，当运行6 0 d 左右时，反应器出现严重酸化现 象，v f a 上升至2 0 m m o 儿，p h 下降至5 5 以下。鉴于处理效率与容积负荷的考虑， 建议u a s b 反应器处理乙二醇废水h i 盯保持在3 0 h 5 0 h 。 3 、u a s b 反应器处理乙二醇废水，进水量为每天6 0 0 m l ，进水浓度为5 0 0 0 0 m g l ， 当出水回流比由0 增加至6 时，出水c o d 浓度由1 0 0 0 m g l 左右下降至5 0 0 m l 左 右，出水碱度由7 0 0 m l 左右提高至9 0 0 m g l 左右。当回流比增加至1 0 时，出水 c o d 浓度升高，仍小于无回流时的出水c o d 浓度，出水碱度有所下降，仍大于无回 流时的出水碱度。 4 、u a s b 反应器处理乙二醇废水，进水碱度分别为8 0 0 m g l 、1 2 0 0 m l 和 1 6 0 0 m g l 时，出水p h 、碱度不断增加。进水碱度为1 2 0 0 m g l 和1 6 0 0 m g l 时，反 应器出水c o d 浓度基本相同。 5 、当进水c o d ：n ：p 分别为2 0 0 ：5 ：1 、3 0 0 ：5 ：1 和4 0 0 ：5 ：1 时，反应器出水c o d 浓 度相近。当c o d ：n ：p 为5 0 0 ：5 ：1 和6 0 0 ：5 ：l 时，出水c o d 浓度随之上升。 6 、u a s b 反应器处理乙二醇废水时，3 l 反应器分别接种1 5 l 厌氧颗粒污泥和 厌氧消化污泥，其处理c o d 和运行情况基本相同，接种厌氧消化污泥时，应考虑h r t ， 当h r t 小于2 9 h 时，出水含细小污泥颗粒，可能导致反应器中微生物流失。 7 、好氧活性污泥法处理u a s b 反应器厌氧出水，其进水c o d 浓度在 3 0 0 m g l 13 0 0 m l ，p h 为6 8 7 5 ，h r t 为2 4 h ，其出水c o d 浓度在3 0 m g l 13 0 m l ， p h 为7 4 7 9 。 8 、以u a s b 反应器为主体的某化学工业有限公司乙二醇废水处理工程，反应器 接种厌氧消化污泥，设计容积负荷为6 k g c o d ( m 3 d ) ，循环比为6 ：l ，经过一个多月 的调试运行，整套处理系统运行稳定，其出水c o d 浓度在1 0 0 0 m l 2 5 0 0 m g l ， i 苏州科技学院硕十学何论文摘璎 m b r 出水c o d 浓度基本小于1 0 0 m l 。 关键词：u a s b 反应器，乙二醇，颗粒污泥，消化污泥，去除率 i i e t h y l e n eg l y c o lw a l s t e w a t e r 印p l i c a t i o n si ni n d u s t 吼t 1 1 em a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 g r a d u a yi n c r e a s ec o dc o n c e n t r a t i o no ft h ei n f l u e n t ，i n o c u l a t e d 留a n u l a rs l u d g e u a s br e a c t o rt r e a t i n ge t h y l e n e9 1 y c o lw a s t e w a t e r i tw 嬲u pt ol310 0 m g l ，v o l u m e t r i c l o a d i n gr e a c h e d1 3 1 k g c o d ( m 3 d ) ，w h e nt l l er e a c t o rn m n e dt o6 1 d ，i to c c u r e ds e r i o u s a c i d i f j c a t i o n ，t 1 1 ee 用u e n tp hd e c l i n e dt o5 5 ，v f aw e n tu pt o2 0 5 m m o l l ；i n o c u l a t e d d i g e s t e ds l u d g eu a s b r e a c t o rt r e a t i n ge t h y l e n eg l y c 0 1w a u s t e w a t e r ，i tw a s u pt ol0 8 0 0 m g l ， v o l 岫e t r i cl o a d i n gr e a c h e dl0 8 k g c o d ( m 3 d ) ，w h e nt h er e a c t o rm i m e dt 06 0 d ，i t o c c u r r e ds e r i o u sa c i d i f j c a t i o n t h ee m u e n tp hw 嬲5 2 ，v f aw e n tu pt o2 3 1 m m o 2f i x e di n f l u e n tc o dc o n c e n t r a t i o no f3 0 0 0 m g l ，h i 之tb yt h eg r a d u a lr e d u c t i o no f 7 2 ht o7 h ，m ec o dr e m o v a lr a t i og r a d u a l l yd e c r e a s e dw h e nt r e a t i n g e t h y l e n e9 1 y c o l w a s t e w a t e rb yu a s br e a c t o r ，w h e ni tn m n e d6 0 d0 rs o ，t 1 1 er e a c t o ro c c u l l r e ds e r i o u s a c i d i f i c a t i o n ，v f ai n c r e a s e dt 02 0 m m o l i 。，p hd e c r e a s e dt 05 5b e l o w i i li i g h to f c o n s i d e r a t i o n so fe m c i e n c ya n dv o l 啪el o a d ，t h ep r o p o s e dh r t o fo ft r e a t i n ge t h y l e n e g l y c o lw 2 l s t e w a t e rb yu p n o wa n a e r o b i cs 1 u d g eb l 州( e tr e a c t o rm a i n t a i n e da t3 0 h 5 0 h 3 t k a t i n ge t h y l e n eg l y c o lw a s t e w a t e rb yu a s br e a c t o r t h ei n n o ww a s6 0 0m l f o rad a y i n n u e n tc o n c e n t r a t i o nw a s5 0 0 0 0 m g l w h e nt h ee 用u e n tr e c y c l er a t i oi n c r e a s e d 仔o mot 06 ，t h ee 御u e n tc o dc o n c e n t r a t i o nf 而m1o o o m ld e c r e a s e dt oa b o u t5 0 0 m g l s o ，t h ew a t e ra l k a l i n i t ) rb yt h e7 0 0 m g li n c r e a l s e dt oa _ b o u t9 0 0 m g lo rs o m e nt h et h e e 国u e n tr e c y c l er a t i oi n c r e a s e dlo ，t l l ee m u e n t0 0 dc o n c e n t r a t i o nw a ss t i l ll e s st h a nt h e c o dc o n c e n t r a t i o no fn o n r e c y c l i n ge 御u e n t t h ee f f l u e n ta l k a l i n i t yd e c r e a s e d ，b u tw a s s t i l lg r e a t e rt h a nt h ea l k a l i n i t yo fn o n - r e c y c l i n ge f n u e n t 4 t r e a t i n ge t h y l e n eg l y c o lw a s t e w a t e rb yu a s br e a c t o r ，m ei n f l u e n ta l k a l i n i t yw e r e 8 0 0 m l ，l2 0 0 m g la n d16 0 0 m l ，t h ee m u e n tp ha n da l k a l i n i t yi n c r e a s e d w h e nt 1 1 e i n n u e n ta l k a l i n 时w a sl2 0 0 m la n d16 0 0 m l ，t h ee 御u e n tc o d c o n c e n t r a t i o nr e a c t o r w e r et h es 锄e 5w h e nt h ei n n u e n tc o d ：n ：pr a t i ow e r er e s p e c t i v e l y 4 0 0 ：5 ：l ，3 0 0 ：5 ：l a n d 2 0 0 ：5 ：l ，t h ec o dc o n c e n t r a t i o no fu a s br e a c t o re f n u e n tw 硒s i m i l a r w h e nt h ec o d ：n ： l i f m a s t e rd i s s e r t a t i o no 。s u z h o uu n i v e r s i t yo f 。s c i e n c ea n d i e c h n o l o g ya b s t r a c t p 、v e r e5 0 0 ：5 ：1a n d6 0 0 ：5 ：1 ，t h ee m u e n tc o dc o n c e n t r a t i o nr o s e 6 1 r e a t i n ge t h y l e n eg l y c o lw a s t e w a t e rb y3 lu a s br e a c t o r 1 5 lw e r er e s p e c t i v e l y i n o c u l a t e dw i t l l 趾r o b i c 鲫l u l a rs l u d g ea n dd i g e s t e ds l u d g et 0t h er e a c t o r s ，r e m o v i n g c o da 1 1 do p e r a t i o no fi t sp r o c e s s i n gw e r eb a s i c a l l yt t l es 锄e ，w h e ni n o c u l a t e dw i t l l a n a e r o b i cd i g e s t e ds l u d g eh i 盯s h o u l db ec o n s i d e r e d a sh i u w 嬲l e s st h a n2 9 h ，t h e e 御u e n ts l u d g ec o n t a i n e ds m a up 砸i c l e s ，a l l dc o u l dl e a dt ol o s so fm i c r o b i a lb i o m a s si nt h e r e a c t o r 7 t i 。e a t i n gt h ee m u e n to fu a s br e a c t o rb yu s i n ga e r o b i ca c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ， t l l ei n f l u e n tc o dc o n c e n t r a t i o nw a sb e t w e e n3 0 0 m g la n dl3 0 0 m l ，p hw a sb e t w e e n 6 8a n d7 5 ，h i u w a s2 4 h ，t l l ee m u e n tc o dc o n c e n t r a t i o nw a u sb e t w e e n3 0 m g la n d 1 3 0 m l ，p h7 4t o7 9 8t h eu a s br e a c t o ra st h em a i nb o d yo fac h e m i c a li n d u s n yc o ，l t d e t h y l e n e g l y c o lw 2 l s t e w a t e rt r e a t 】m e n t ，t h er e a c t o ri n o c u l a t e d 谢t ha n a e r o b i cd i g e s t e ds l u d g e ，t l l e d e s i 印v o l 岫el o a dw 2 l s6 k g c o d ( m j d ) ，c y c l er a t i ow a s6 ：1 a r e rm o r et l l a nam o n t ho f c o m m i s s i o n i n g ，t h ee n t i r ep r o c e s s i n gs y s t e mw a ss t a b l e ，t h ee 用u e n ta d dc o n c e n t r a t i o n w a l sb e 似e e n1o o o m g la n d2 5 0 0 m g l ，m b re f n u e n tc o dc o n c e n t 】眦i o nw 2 l sn e 州yl e s s t h a n1 0 0 m l k e yw o r d s ： u a s br e a c t o r ，e t h y l e n eg l y c o l ，g r a n u l a rs l u d g e ，d i g e s t e ds l u d g e ，良e m o v a l r a t i o i v 苏州科技学院硕十学何论文目录 目录 摘要。i a b s t r a c t 。i i i 第一章绪论1 1 1 厌氧生物处理的基本原理1 1 1 1 水解阶段2 1 1 2 酸化( 发酵) 阶段2 1 1 3 产乙酸阶段2 1 1 4 产甲烷阶段3 1 1 5 不同基质厌氧生物降解过程3 1 1 6 厌氧微生物5 1 2 厌氧生物处理的进展6 1 3u a s b 反应器及相关内容9 1 3 1u a s b 反应器介绍9 1 3 2u a s b 反应器的启动与运行一1o 1 3 3u a s b 反应器运行的影响因素1 0 1 3 4u a s b 反应器运行常见问题1 3 1 4 本课题来源、研究的内容及意义13 1 4 1 课题来源13 1 4 2 研究内容1 4 1 4 3 研究意义1 4 第二章试验设计1 6 2 1 试验装置16 2 2 试验水质17 2 2 1 纯乙二醇水样1 7 2 2 2 乙二醇废水18 2 3 试验接种污泥18 2 3 1 厌氧消化污泥。l8 2 3 2 厌氧颗粒污泥18 2 3 3 好氧活性污泥18 2 4 试验分析项目及方法1 9 第三章u a s b 反应器处理乙二醇废水试验研究及结果分析2 0 3 1u a s b 反应器处理纯乙二醇水样试验情况2 0 3 1 1 试验启动及运行2 0 3 1 2 小结2 2 3 2u a s b 反应器处理乙二醇废水试验及结果分析2 2 3 2 1 容积负荷、水力负荷对u a s b 反应器处理乙二醇废水的影响2 3 3 2 2 出水回流对u a s b 反应器处理乙二醇废水的影响2 9 苏州科技学院硕十学付论文目录 3 2 3 进水碱度对u a s b 反应器处理乙二醇j 发水的影u 向3 2 3 2 4 进水c ：n ：p 对u a s b 反应器处理乙二醇废水的影响3 5 3 3 后续好氧处理3 6 3 4 本章小结3 7 第四章u a s b 反应器处理乙二醇废水工程实践3 9 4 1 工程概况3 9 4 1 1 设计水量3 9 4 1 2 进水水质3 9 4 1 3 设计出水水质4 0 4 2 工程设计4 0 4 2 1 工艺流程确定4 0 4 2 2 各处理单元去除污染物情况估算4 4 4 3 运行情况4 6 4 4 运行费用估算4 8 4 5 本章小结4 9 第五章结论与建议5 0 5 1 结论5 0 5 2 建议5 l 参考文献5 2 致谢5 5 9 树录5 6 2 苏州科技学院7 顽十学何论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 厌氧生物处理的基本原理 ， 厌氧生物处理( 厌氧消化) 是一个复杂的生物学过程【l 】，在自然界内厌氧生物发 酵过程也广泛存在着。该过程是指在无氧条件下，利用厌氧微生物的生命活动，将各 种有机物转化成甲烷、二氧化碳等的过程。在厌氧消化过程中，复杂的有机物被降解、 转化为简单、稳定的物质，同时释放能量。 人们所开发的厌氧处理工艺，是指用人工的办法在一种反应器内创造微生物所需 要的营养和环境条件，使得反应器内积累高浓度的厌氧微生物，从而加速厌氧消化过 程，使人工厌氧消化速度大大高于自然界中的自发厌氧消化速度。 废水厌氧处理过程中，废水中的有机物经过厌氧微生物的协同作用，被最终转 化为甲烷、水、二氧化碳、硫酸氢和氨。在此过程中，不同微生物的代谢过程相互影 响、制约，构成复杂的生态系统。有机废水中的污染物一般为高分子有机物，这些有 机物在废水中以溶解性有机质、悬浮物或胶体的形态存在。 高分子有机污染物的厌氧降解可划分为四个阶段【2 】，其过程如图1 1 所示。 图1 1 污染物厌氧降解过程示意图 苏州科技学院硕+ 学何论文第一章绪论 1 1 1水解阶段 水解定义为复杂的非溶解性聚合糖转化为简单的溶解性单糖或者二糖的过程。高 分子有机物因其相对分子质量较大，不能透过细胞膜，故不可能被细菌直接利用，所 以水解过程通常是比较缓慢的，被认为是含高分子有机物或悬浮物厌氧降解的限速阶 段。很多种因素可能会影响水解的速度与程度，一般包括的因素有：有机物在反应器 内的停留时间、水解温度、有机污染物的组成成分；有机物的粒径大小，反应器内 p h 值、氨氮浓度；以及水解产物诸如挥发性脂肪酸浓度等。 1 1 2酸化( 发酵) 阶段 酸化阶段指有机物( 电子受体、供体) 的降解过程。在这个阶段，溶解态有机化 合物将转化为由挥发性脂肪酸占大部分的产物。在该过程中，前述分子量小的化合物 在酸化菌细胞内转化为较为简单的物质，并分泌于细胞外。此过程主要产物为v f a s 、 乳酸、醇类、h 2 、c 0 2 、h 2 s 等；同时酸化菌亦利用一些物质合成新的自身生长所需 物质。 该阶段会产生h 2 ，故若需要这一反应进行顺利，得依赖于消耗氢的下一过程， 即产甲烷过程；使氢浓度维持在较低的水平，不仅如此，脂肪酸的降解会使得系统内 p h 降低，所以大量的缓冲物质以维持系统内的缓冲物质是必须的。 同时必须考虑酸化菌对酸的忍耐程度，p h 下降至4 时依然可以进行酸化过程， 比如这一特性在青饲料的熟化过程就很好地加以体现了。然而产甲烷过程的适宜p h 为6 4 至7 6 ，故p h 值下降导致甲烷生成量和氢消耗量的减少，而且会引起产物组成 的变化；诸如丙酸之类的产物会大量生成，这种改变是产乙酸菌无足够能力克服的， 产甲烷菌活性受到抑制使得酸进一步积累，p h 继续下降；厌氧过程因此恶化( 即酸 败) ，严重时可以完成中止产甲烷过程。 1 1 3 产乙酸阶段 酸化阶段的产物在此阶段由产乙酸菌转化为乙酸、h 2 、c 0 2 ；在运行良好的厌氧 反应过程中，氢的分压通常不大于1 0 p a ，均值约o 1 p a 。除非利用氢的产甲烷菌有效 利用产乙酸菌产生的氢，系统中氢的分压才能维持在很低水平；通常在厌氧中存在的 微生物生态系统，在该过程中产乙酸菌靠近利用氢的细菌生长，故可以很容易消耗氢 并且产乙酸过程亦能顺利进行。 除大量产甲烷菌能消耗氢以外，s r b ( 硫酸盐还原菌) 和脱氮菌亦可以利用氢； 除此之外，少量的产乙酸菌也消耗氢，这类菌能利用氢作为电子供体将二氧化碳和甲 醇还原为乙酸，此即同型产乙酸过程。 2 苏州科技学院硕+ 学何论文第一章绪论 1 1 4 产甲烷阶段 在这个过程中，乙酸、h 2 、c 0 2 、甲酸和甲醇等被转化为甲烷、c 0 2 以及新的物 质；在厌氧生物过程中，大概有7 0 的甲烷通过歧化作用产生；在反应过程中羧基从 乙酸分子中分离，甲基最终变成甲烷，羧基转化为c 0 2 。在p h 为7 左右的溶液中， c 0 2 以碳酸氢盐形式存在。 该阶段是厌氧反应的最后过程，将前面所产生的有机酸等分解为甲烷、c 0 2 等物 质；若该过程进行不流畅，将会积累大量挥发性脂肪酸( v f a s ) ，使得系统酸化，最 后厌氧反应中止进行。 1 1 5 不同基质厌氧生物降解过程 在降解含硫酸盐( 亚硫酸盐) 废水的厌氧生物过程中，细菌还原硫化物；硫酸盐 还原菌( s i 也) 在其氧化有机物的过程中将硫酸盐( 亚硫酸盐) 作为电子受体而加以 利用。硫酸盐( 亚硫酸盐) 被s r b 还原为h 2 s ，甲烷的产生量将在该过程中减少， 因为s r b 的生长所需底物与产乙酸菌和产甲烷菌相同。在硫酸盐存在时，硫酸盐还 原菌( s r b ) 与产酸菌和产甲烷菌相互影响、竞争，具体表现如下： 1 ) s r b 与产甲烷菌竞争氢和乙酸，竞争直接决定产物是硫化物还是甲烷； 2 ) s l 也与产酸菌竞争底物丙酸和丁酸； 一3 ) 不同的s l 氇也对硫酸盐进行竞争，该竞争在硫酸盐浓度较低时特别激烈。 研究表明在很低的硫酸盐浓度下s r b 亦能保持良好的活性，如s r b 能很好地利 用乳酸、乙酸、丙酸、丁酸等作为底物加以利用；这表明即使是在很低浓度水平，厌 氧系统中也会存在大量s l 也。故硫酸盐还原过程会随着硫酸盐浓度的增加而瞬时加 快。该过程的进行，产生大量硫化氢，致使产甲烷菌活性受到抑制，一直持续到死亡。 这就是厌氧生物处理难以处理含硫废水( 制药、化工等废水) 的缘故。 处理含硝酸盐( 亚硝酸盐) 废水时，会伴随脱氮工程发生；脱氮微生物参与完成 该工程，它们能利用硝酸盐氧化有机化合物，电子受体是硝酸盐，经由亚硝酸盐再转 化为n 2 或者氮氧化物。 有机化合物的厌氧降解1 3 j 可以将一部分有机化合物分为只含碳、氢、氧元素的c 。h 。o b 和含有硫与氮元素的 有机化合物c 。h 。o b s 。n d ，通式给出了在厌氧中的转化过程： c n h a o b + ( n - a 4 - b 8 ) h 2 0 ( n 2 + a 8 b 4 ) c h 4 + ( n 2 - “8 + b 4 ) c 0 2 在该反应中， 3 5 0 m lc h 4 的产生需要消耗l g c o d 的有机化合物，与物质的种类无 关。有机化合物c n h 。0 b s c n d ，假定厌氧降解的最终产物为c 地、c 0 2 、h 2 s 和n h 3 ： c n h 。o b s c n d + ( n a 4 - b 2 + c 2 + 7 d 6 ) h 2 0 苏州科技学院硕十学何论文 第一章绪论 ( n 2 + a 8 - b 4 - c 4 一d 6 ) c h 4 + ( 彬2 + a 8 - b 4 - c 4 - d 6 ) c 0 2 + c h 2 s + d n h 3 1 ) 糖类的厌氧降解 糖类的通式可表示为c 。( h 2 0 ) n ，是多羟醛、酮等的总称，包括单糖、低聚糖及 多聚糖；多糖水解成单糖，单糖又转化为脂肪酸、乙醇、c 0 2 、h 2 ，最终生成相同量 的c h 4 和c 0 2 。 c n ( h 2 0 ) n + h 2 0 一c h 4 + c 0 2 葡萄糖的反应方程式为： c 6 ( h 2 0 ) 6 + 3 c h 4 + 3 c 0 2 1 9 糖可以产生7 4 7 m l 沼气，在多糖的生物降解过程中，水参与反应，有机化合物 发生“自身氧化还原反应，生成c h 4 与c 0 2 ，其中c h 4 和c 0 2 具有相同的摩尔数，与 分子量无关。表1 1 列举了糖类厌氧降解的基本参数。 表卜1 糖类厌氧降解 2 ) 脂肪酸的厌氧降解 许多高c o d 浓度的废水中含有大量的脂肪酸，其与c 0 2 、h 2 0 经氧化，分解成为 低分子量脂肪酸和c h 4 ，再生成乙酸，最后生成c 0 2 和c h 4 ；不仅如此，蛋白质和脂 肪等也分解成脂肪酸，再分解成v f a s ，最后生成c 0 2 和c h 4 。其反应方程式为： 2 r c h 2 c h 2 c o o h + c 0 2 + 2 h 2 0 2 r c o o h + 2 c h 3 c o o h + c h 4 2 c h 3 c o o h c h 4 + c 0 2 废水中有很多种类的有机酸，其中，较常见的有机酸厌氧降解如表1 2 所示： 4 苏州科技学院硕+ 学何论文第一章绪论 表1 2 有机酸厌氧降解 单元有机酸r c o o h 的t o c 和r 有关，r 分子量越大t o c 值越大，产气量越大，甲 烷比例也越高。挥发酸( 小分子量) 受r 影响较大，r 的分子量越大影响越小，1 9 酸接近 于o 8 5 7 9 t o c ，1 9 酸的产气量趋于2 2 4 0 m l ，甲烷比例趋于7 5 。对多元有机酸而言， 羧基数量( c o o h ) 越多，t o c 越小，产气量亦越小，甲烷比例越低。 3 ) 脂肪的厌氧降解 废水中的脂肪主要是以混甘油酯形式存在的天然植物脂肪，其在酶的作用下，经 水解生成甘油和脂肪酸。脂肪酸的降角哺文已提及，甘油经丙酮酸降解生成c 0 2 和 c h 4 。不论是脂肪或脂肪酸，它们厌氧生物过程的终产物中，c 0 2 量少于c 地量。而 碳水化合物的最终产物中，c 0 2 和c h 4 量相同。 4 ) 蛋白质的厌氧降解 蛋白质在厌氧条件下，经微生物作用，发生一系列的生化过程后生成氨基酸，氨 基酸通过加氢还原等途径脱氨。n h 3 在废水中的电离作用，亦是废水p h 值升高的一 个原因。 蛋白质肽氨基酸脂肪酸+ n h 3 n h 3 + h 2 0 n h 4 + + o h 1 1 6 厌氧微生物 厌氧生物降解过程中，根据各自发挥功能的不同，可以分为4 类菌群【4 】即水解发 酵菌、产氢产乙酸菌、同型产乙酸菌和产甲烷菌。 ( 1 ) 水解发酵菌： 主要有细菌、真菌和原生动物。在厌氧降解过程中，水解发酵菌的有如下功能： 5 苏州科技学院硕十学何论文 第一章绪论 1 ) 将大分子不溶性有机化合物水解成小分子的溶解态化合物，该过程是在水解 酶参与下完成的； 2 ) 将水解产物吸入细胞内，经细胞内复杂的酶催化作用将部分有机化合物转化为 代谢产物，排至胞外的水溶液里，作为下一阶段生化反应的细菌吸收利用的基质。 ( 2 ) 产氢产乙酸菌： 把前一过程中的产物转化为乙酸、h 2 、c 0 2 等的一类细菌；产氢产乙酸菌的代谢 产物中有分子态氢，因此体系中氢分压的高低很大程度地调控着代谢反应的进行，该 调控作用非常重要。当产甲烷菌因受环境条件的影响而导致其利用氢的速率降低时， 结果一定是降低产氢产乙酸菌对丙酸、丁酸和乙醇等的吸收利用。这也很好地解释了 厌氧生物系统一旦产生问题，就会出现挥发性脂肪酸( v f a s ) 的积累。 ( 3 ) 同型产乙酸菌： 一类是异养型厌氧细菌，即利用有机化合物产生乙酸；另外一类是混合营养型厌 氧细菌，即可以利用有机化合物基质产生乙酸，也能利用h 2 和c 0 2 产生乙酸；氢分压 由于同型产乙酸菌消耗氢而降低，对产氢的发酵菌有利，同时也对利用乙酸的产甲烷 菌也有利。 ( 4 ) 产甲烷细菌： 是绝对的厌氧菌，产甲烷菌的能源和碳源主要为h 2 、c 0 2 甲酸、甲醇和乙酸，其 主要代谢产物是甲烷；产甲烷菌根据形状一般可以分为四类，分别是杆菌、球菌、八 叠球菌和丝状菌。在相同底物的情况下，厌氧生物处理产生的能量为好氧生物处理的 l 3 0 1 2 0 ，而且该能量绝大部分用于维持细菌生长，仅有很少部分用于新细胞合成， 因此产甲烷菌生长很缓慢；在厌氧生物过程中，热值以甲烷的形式储存起来，当甲烷 燃烧时再释放出来，1 m o l 乙酸所产甲烷燃烧时约可以放出8 3 9 l ( j 的热量。 1 2 厌氧生物处理的进展 当处理人类粪便时，便开始了对厌氧生物处理技术的研究。随着工业化进程的不 断深入，大量的人群涌入城镇，造成粪便产生量急剧增加，流入河、湖等体系引起水 体的污染，再之工业废水的排入，有毒、有害物质随之增加，使水体修复过程难以有 效进行，1 8 世纪中叶水体污染开始引起西方国家的重视。当时人们曾企图用物理、 化学的方法去除有毒、有害物质，但未取得令人满意的结果。于是人们便尝试使用生 物方法来解决棘手的污染问题，以下对国内外废水厌氧生物处理技术的发展加以扼要 的回顾。 废水厌氧生物处理1 5 j 已有一百多年的历史。化粪池是最简便、最初始和使用范围 最为广泛的厌氧处理装置；1 8 6 0 年法国人l o u i sm o u r 嬲把结构简单的沉淀池加以改 进，作为污水、污泥处理构筑物使用。1 8 8 1 年c o s m o s 上登载介绍了l o u i sm o u r a s 6 很长一段时间未引起重视，未得到的进一步改进、发展，到如今在处理工业废水时才 又一次被公众认识、接受。 4 年之后a n t a l b t 设计了一个与m o u r a s 自动净化器结构类似的罐子，不同之处 是在罐子中部增加了一些挡板，阻挡过流的废水。 1 8 9 5 年d o n a l d 设计了世界上第一个厌氧化粪池( s e p t i c 刚【) ，该池的建造是厌氧 处理工艺发展史上的一个重要里程碑。至此，厕所等家庭用生活污水可通过化粪池得 到较好的处理，减轻了粪便对河、湖等水体的污染。该过程产生的沼气也引起了足够 的重视，两年后沼气被利用于加热和照明。 1 8 9 9 年h 锄了w c l a r k 设计了一个能加以分离的消化器( s e p a r a t ed i g e s t o r ) ，先把 污水沉淀后，再进行厌氧生物处理。 1 9 0 3 年t r a v i s 发明了t r a v i s 池，废水从不同的两侧进出，两侧沉淀区分离出的 污泥，在池的中下部进行厌氧消化，产生的沼气从中上部分排出，对两侧的沉淀区不 产生影响。 一 1 9 0 6 年德国人i m h o f r 对t r a v i s 池进行设计、加以改进，建造了i n l h o f r 池，亦称 隐化池；该池把污水的沉淀与污泥的厌氧消化彻底分开，彼此不发生冲突。该装置在 本2 0 世纪2 0 年代被许多国家广泛应用。至今，在排水工程中化粪池和双层沉淀池仍 被广泛使用，具有重要作用。 1 9 1 2 年在英国建造了一座露天敞开式的厌氧消化池，由于不加热，停留时间长 达1 0 0 天。池子不加盖，污泥消化效果不理想，并向周边环境散发恶臭味道。德国人 k r e m e r 提出了另一设想，在池顶加盖并且密闭。该池称为传统消化池( c o n v e n t i o n a l d i g e s t o r ) ，又叫普通消化池，也是最早采用的二级消化池。 1 9 2 0 年英国的w a t s o n 对k r e m e r 的二级消化池进行修改，利用产生的沼气作为动 力，对消化池的污泥进行机械搅拌，该池在科尔一霍尔污水处理厂得到了应用。 1 9 2 5 年德国的r u h r v e r b a n d n 在埃森市，1 9 2 6 年美国多尔奥利佛公司在威斯康 辛州安替哥市，都建成了配备加热和集气装置的密封式消化池，其处理效果优于 i m h o f r 池。为了提高普通消化池的产气量及缩小体积，人们陆续对普通消化池进行改 进，其措施主要有：加热、配备搅拌设备，使有机物与微生物很好地接触。加热和安 装搅拌设备后，普通厌氧消化池就演变成了高效消化池( h i 曲r a t ed i g e s t o r ) 。 1 9 5 0 年南非人s t a n d e r 已认识到大量微生物对厌氧反应器的重要性，发明了一种 7 苏州科技学院硕十学何论文 第一章绪论 处理酒厂和药厂废水的装置，称为厌氧澄清器( a n a e r o b i cc l 撕d i g e s t o r ) 。该种装置把 厌氧消化和沉淀合二为一，废水从池底流进以后通过污泥区与内部的微生物接触。污 泥中产生c h 4 和c 0 2 同时起到搅拌、混合作用，气体从一排管道分离出来，液体则 向上流经中间小孔流入沉淀区，沉淀留下来的污泥通过小孔返回消化区，使消化区保 持大量的厌氧微生物。由于液体要通过小孔上流，沉淀的污泥要通过小孔往下排出， 堵塞问题也就有可能发生。 1 9 5 6 年s c h r o e f e l l r 等人成功地应用了厌氧接触法( a n a e r o b i cc o n t a c tp r o c e s s ) ，