（环境工程专业论文）厌氧好氧移动床生物膜反应器处理果汁废水试验研究.pdf

厌氧一好氧移动床生物膜反应器处理果汁废水试验研究 摘要 果汁加工业在给我国带来巨大的经济效益的同时，也带来了严峻的环境问题。目 前，国内外关于果汁废水相关的研究报道和工程实例还较少。本文针对这一现状，在 实验室建立了一种移动床生物膜反应器的小试模型，对果汁废水处理的新工艺及工艺 优化进行研究，并提出可行的工艺和最佳的运行参数。 本文研究并讨论了该法在高浓度果汁废水中应用的可行性，确定该工艺的最佳设 计参数和控制条件，主要研究结果如下： 1 考察了m b b r ( m o v i n g b e d b i o f i l mr e a c t o r ) 的快速启动策略。采用间歇排泥 法挂膜，3 天即可看到好氧m b b r 反应器内悬浮填料上有生物膜长出。2 周后，生物 膜生长成熟，生物膜浓度趋于稳定，维持在1 2 9 l 左右。厌氧m b b r 反应器，启动 2 周后c o d 去除率也可达到6 0 。 2 m b b r 内微型动物优势种群的变化呈现一定的规律性，在驯化阶段观察到， 游动型纤毛虫、红斑瓢体虫、轮虫及累枝钟虫、表壳虫，交替成为优势种群。 3 对组合工艺运行了参数优化，结果如下：厌氧m b b r 段，h r t 为1 2 h ，d o 在0 5 m g l 以下，p h 在5 5 7 5 之间；好氧m b b r 段，h r t 为8 h ，d o 在3 - - 4 m g l 之间，p h 在6 8 - - 7 2 之间。在此工况下，系统出水可以达到污水综合排放标准 ( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 表4 中的一级标准。此时，该工艺厌氧段有机容积负荷为6 9 9 k g c o d ( m 3 - d ) ，好氧段有机容积负荷为1 7 5 k g c o d ( m 3 d ) 。全工艺c o d 平均去除率 9 6 9 ，s s 平均去除率9 3 5 ，b o d 5 平均去除率9 9 2 ，各项指标的去除率较高， 且运行比较稳定。 实验结果表明，使用厌氧一好氧移动床生物膜反应器组合工艺处理高浓度果汁废 水生物量大、生物链长、无剩余污泥、污染物去除率高、运行可靠、操作简单，在工 艺上是完全可行的。 关键词：高浓度果汁废水，移动床生物膜反应器，厌氧一好氧移动床生物膜反应器 e x p e r i m e n t a ls t u d yo nt h et r e a t m e n to ft h ew a s t e w a t e ro fs y r u p w i t ha n a e r o b i c - a e r o b i cm o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o r a b s t r a c t w h e nt h es y r u pp r o c e s s i n gi n d u s t r yb r i n g st h eh u g ee c o n o m i ce f f i c i e n c yt oo u r c o u n t r y , i tb r i n g ss e r i o u se n v i r o n m e n t a lp r o m b l e m sa sw e l l c u r r e n t l y , i t sh a r dt of i n da n y r e l a t e dr e p o r ta n d p a r t i c u l a re n g i n e e r i n gp r o j e c to ft h es y r u pw a s t e w a t e ri ne i t h e rd o m e s t i c o ro v e r s e a s t h i sp a p e rh a sf o c u s e do nt h i sp r e s e n ts i t u a t i o n ：f i r s t ，w ee s t a b l i s h e das m a l l e x p e r i m e n t a lm o l do fm o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o ri nt h el a b ；t h e n ，w es t u d i e dt h en e w t r e a t m e n tp r o c e s so fs y r u pw a s t e w a t e rd i s p o s a la sw e l la si m p r o v e m e n to ft h ep r o c e s s f i n a l l y , w ed e c i d e dt h em o s te f f e c t i v ew a ya n dt h eb e s tr u n n i n gp a r a m e t e r s t h i sp a p e rh a ss t u d i e da n dd i s c u s s e dt h ea p p l i c a t i o nf e a s i b i l i t yo ft h i s p r o c e s si n s y r u pw a s t e w a t e r a n dd e c i d e dw h i c ho n ew a st h eb e s td e s i g na n dc o n d i t i o na sw e l la si t s p r o p e rc o n t r o l l i n gp a r a m e t e r s t h em a i nr e s e a r c hr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 t h ee f f i c i e n ts t a r t i n g - u ps t r a t e g yo fm b b r ( m o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o r ) h a sb e e n i n s p e c t e d a f t e r3d a y s ，w i t hi n t e r m i r e n ts l u d g e r e m o v a lm e t h o d ，i tc o u l db ef o u n dt h e r e w a sb i o f i l mo u t g o w nf r o mt h eb i o c a r r i e ro ft h ea e r o b i cm b b rr e a c t o r t w ow e e k sl a t e r , b i o f i l mg r e wu pm a t u r e l ya n dt h ed e n s i t yo ft h eb i o f i l mt e n d e dt ob es t a b l e ，m a i n t a i n s a b o u ti 2 9 l a f t e r2w e e k s , t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o do ft h ea n a e r o b i cm b b r r e a c t o rc o u l dr e a c hu pt o6 0 t o o 2 i tw a sf o u n dt h a td u r i n gt h ep r o c e s so ft h ea c c l i m a t i o n s t a g e ，t h ed o m i n a n t m i c r o b i o t ap o p u l a t i o nw a sc h a n g i n gr e g u l a r l y ：r u n n i n gc i l i a t e dp r o t o z o a ，t u b i f c x ，c i l i a t e d p r o t o z o a ，r o t i f e r sa n dv o r t i c e l l a , t h e na r c e l l a 3 t h eo p e r a t i o np a r a m e t e r so ft h i sc o m b i n e dp r o c e s sh a v eb e e no p t i m i z e d t h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t st h a ts h o w e dt h eo p t i m a lo p e r a t i o nc o n d i t i o nw e r e ：i nt h ea n a e r o b i c m b b rs e c t i o n ，h r tw a s1 2h o u r s ，d 0w a sl i m i t e db e l o w0 5 m g la n dp hw a sa b o u t 5 5 7 5 ；i nt h ea e r o b i cm b b r ，h r tw a s8h o u r s ，d 0w a gb e t w e e n3 4m e g la n dp hw a s b e t w e e n6 8 - 7 2 u n d e rt h i sc o n d i t i o n ，t h eq u a l i t i e so ft h ee f f i u e n tw i t h i nt h i s p r o c e s s c o u l dc o m et ot h ef i r s tl e v e lo fg b 8 9 7 8 19 9 6 a tt h i st i m e t h e o p t i m u mv o l u m e t r i c l o a d i n go ft h ea n a e r o b i cs e c t i o nw a s6 9 9 k g c o d ( m 3 d ) ，a n do ft h ea e r o b i cs e c t i o nw a s 1 7 5 k g c o d ( m 3 d ) d u r i n gt h ew h o l ep r o c e s s ，t h ec o d ，s sa n db o d 5r e m o v a l e f f i c i e n c i e sc o u l dr e s p e c t i v e l yr e a c h u pt o9 6 9 ，9 3 5 a n d9 9 2 t h er e m o v a l e f f i c i e n c i e so ft h e s ep a r a m e t e r sa c h i e v e da h i 曲l e v e la n dt h es y s t e mw a sw o r k i n gs t a b l y t h er e s u l t ss h o w e dt h ef a c t st h a tt h es u c c e s so fu s i n ga n a e r o b i c - a e r o b i cm b b r r e a c t o ri nt h et r e a t m e n to fh i g h d e n s i t ys y r u pw a s t e w a t e rw a sa t t r i b u t e dt ot h eh i g hs l u d g e c o n c e n t r a t i o n ，l o n gb i o l o g i c a lc h a i n ，n oe x c e s ss l u d g e ，h i g hr a t eo fp o l l u t i o nr e m o v a l d f f i c i e n c y , r e l i a b l er u n n i n ga n ds i m p l eo p e r a t i o n t e c h n i c a l l y , i tw a sc o m p l e t e l yf e a s i b l ea s w e l l k e yw o r d s ：h i g h d e n s i t ys y r u pw a s t e w a t e r , m o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o r , a n a e r o b i c a e r o b i c m o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o r 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论文中不包 含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：5 斑：耘作凶迭年易月日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属 学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利 等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论 文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：懈 导师签名：昊2 与 如暑年舌月e l 多归1 9 l 年占月；日 k 安人学硕f 学位论文 第一章绪论 1 1 课题背景 随着工业的迅猛发展，水环境污染问题也日趋严重。根据2 0 0 6 年中国环境状 况公报公布，2 0 0 6 年珠江、长江水质良好，淮河、黄河、松花江水质为中度污染， 海河、辽河为重度污染。目前在6 4 0 多个城市中，全国缺水城市己达3 0 0 多个，其中 严重缺水城市达1 0 8 个。当前，水资源污染是世界各国普遍面临的急需解决的问题 专一【2 1，o口 我国是世界苹果生产的第一大国，2 0 0 6 年我国苹果种植面积2 8 4 8 万亩，产量2 6 0 0 万吨，分别占世界苹果面积、产量的3 5 以上，规模居世界第一。我国苹果9 0 以 上是鲜食品种，最主要的加工产品是浓缩果汁。苹果浓缩汁是将成熟的苹果经过拣选、 清洗、破碎、压榨、浓缩而成的原料性产品，需经过饮料生产商再加工才能消费的产 品，是世界最主要的苹果加工产品。从上个世纪九十年代中期开始，我国的苹果汁的 生产加工得到了迅猛发展，浓缩苹果汁绝大部分用于出口，1 9 9 9 年以来的出口年均 增长率都在3 0 以上，2 0 0 7 年，我国的浓缩苹果汁出口量达到了历史最高点9 3 万吨 【3 1 。果汁厂每加工1 吨原材料，就产生3 8 - 1 0 5 立方米废水。据估计，当前我国果 汁加工企业每年排放果汁废水2 7 3 亿吨，c o d l 6 3 8 万吨，b o d 58 1 9 万吨。果汁废 水的排放和对环境的污染已经成为突出问题，引起了各有关部门的重视，解决果汁废 水的污染问题势在必行【4 1 。 果汁废水属于生化性好的有机废水( b o d s c o d 0 4 ) ，但是大量的悬浮性污染 物( s s c o d ) 和大量的果糖溶于水中，水质变化很大，有机物含量高，b o d 5 、c o d 值 高，处理时有较大的难度。目前我国一般采用物化+ 生化处理的办法对果汁废水进行 处理。由于果汁废水处理的研究相对于啤酒废水、酒精废水、淀粉废水等其他高浓度 有机废水处理的研究来说比较滞后，目前国内关于果汁废水相关的研究报道和工程实 例较少，没有成熟的工艺设计参数可供选择。因此，有必要对果汁废水处理的工艺及 工艺优化进行研究，提出可行的工艺和最佳的运行参数。 1 2 果汁废水概况 1 2 1 果汁废水的来源 果汁废水主要来自冲洗水果、粉碎、榨汁等工序，罐装工段的洗瓶、灭菌和地面 冲洗等环节。苹果的加工工艺流程如下： 第一章绪论 原料果收购 。 图1 1 果汁生产工艺流程图 2 长安人学顽i j 学位论义 1 2 2 果汁废水的产生过程及组成 果汁废水产生在果，t 力n i 的各工段： 前处理：i ：段：苹果原料经验收后，入贮料池暂存。生产时用高瓜水流将原料输 入生产线，在输送和提升过程中通过水流对原料进行二次清洗，在生，_ 线入口端设一 螺旋输送机在提料的同时控制进料量。原料在流送中经捕集器去除石头、泥沙等杂物。 接着流经不锈钢隔栅除去流送水，然后进入螺旋提升机提升到拣选台( 在提升过程中， 苹果原料同时被沈涤) ，工人在拣选台两侧检出或剔出遗留的枝叶和腐烂果，合格原 料被不断地送入倾斜式螺旋提升机的受料斗内，进而被提升送到破碎机，破碎成6 m m 见方的小颗粒。 本工段会产生的污染物为洗果废水，腐烂果、泥砂石块及枝叶等固体废弃物。 制浆( 取汁) 工段：破碎的果蔬原料经去核、粗打浆，进入多道打浆机，经不 同细度的筛网将果浆分离出，同时排出皮渣。果蔬原料浆再经泵送入螺杆式榨汁机进 行压榨取汁。果浆经压榨提汁后剩余的果渣从压榨机的项部经卧式螺旋输送机排出机 外而落入果渣收集容器内。 本工段会产生的污染物为设备清洗水等工艺废水和果渣、果核等固体废弃物。 巴氏杀菌、酶解、超滤工段：经压榨所得的果汁经巴氏杀菌后，冷却至适当温 度，然后送入酶解罐加入适量复合酶进行酶解处理，使果汁内的淀粉、果胶等高分子 化合物降解，再经超滤、树脂吸附等工序处理后得到浓缩清汁。 本工段会产生的污染物为超滤罐底物( 超滤罐底物将进行单独处理，不作为废水 排放) 及树脂再生清洗水。 浓缩工段：采用真空蒸发浓缩装置进行浓缩，由于水分蒸发是在真空状态和连 续状态下进行，果蔬汁受热处理温度较低，受到氧化的程度也少，成品有较高感官指 标，维生素保存率也较高。 本工段会产生的污染物为果汁浓缩蒸发水( 不直接排放) ，而是作为洗果水或车 间设备冲洗水重复使用后再排放。 无菌罐装工段：将浓缩所得含可溶性固形物为7 0 的果汁按一定比例回兑回收 果品芳香物并互混，充分搅拌调和均匀后，再经巴氏杀菌系统使其温度降到2 0 0 度， 最后送入无菌罐装机用无菌袋包装，外加保护袋和开口铁桶，锁紧桶盖后运入冷库贮 藏。 c w 清沈工段：c w 清洗是果蔬汁加工过程非常重要的一环，浓缩果蔬汁和果 第一章绪论 浆生产设备的清洗尤其重要。设备的清沈由进口的c i p 自动清沈装置完成。每班生产 开始前和乍产结束后，都必须按照清洗规程对设备和管道进行清洗，以确保产品的各 项指标符合卫生标准的要求。c i p 清洗一般为酸洗一清水漂洗一碱洗一清水漂洗一消 毒液消毒一清水漂洗。 本工段会产生的污染物为含有高浓度有机物( 垢、部分产品残留) 的酸、碱废水 及含消毒剂的废水。 可见，果汁加工企业产生的污水主要有四股：一股为果汁生产过程中浓缩工序蒸 发排出的水、清洗罐底物和设备( 清洗罐底物和设备水来源于厂自制纯净水) 后排水 及地面冲洗( 地面冲洗水来源于自来水) 后排水，这股水统称为车间生产废水，主要 污染指标为p h 、c o d 、s s 、b o d 5 等：一股为锅炉房( 锅炉房用水来源于自来水) 排水，主要污染指标为p s 、s s 等；一股为清洗果子( 清洗果子水来源于部分冷却循 环水及部分自来水) 后排水，主要污染指标为p h 、s s 等；另一股为厂区产生的生活 污水，主要污染指标有p h 、c o d 、s s 、b o d 5 、氨氮、动植物油和磷酸盐等。 1 2 3 果汁废水的水质特点 不同生产工艺阶段，所产生的废水具有不同的特点，即使在同一阶段，废水水质 也因产品不同而差异较大。总体上说，果汁废水的特点如表1 1 所示： 表1 1 果汁废水特点 有机物浓度 有机物浓度高，一般情况下c o d o 6 0 0 0 m g l ，b o d s 4 0 0 0 m g 1 粘性含有果胶等胶体，废水粘性大 s s 含有大量的果渣、果肉、果屑等物质，一般情况下s s 4 0 0 0 m g l 由于加工品种及产量经常变化，导致排放不均匀、水质水量变化大，c o d 水质、水量变化情况 变化值高时可达2 0 0 0 - - - 3 0 0 0 r a g 1 ，s s 变化值可达1 0 0 0 2 0 0 0 m g ，l 可生化性 c o d c , b o d s = o 。5 - - , 0 6 ，可生化性好 p h 果汁废水含有大量的果酸，因此p h 较低，最低时可达4 0 左右 营养元素营养成分单一，c ：n 较高，缺乏氮、磷元素 水温废水平均温度2 8 c 以上，冬季不低于2 1 受苹果收购季节的影响，果汁加工一般处在7 1 2 月份，其余时间处于停 其它 产或深加丁状态，这段时间果汁废水水晶很小，几乎不排放废水 4 k = 安火擎硕f j 学位论义 1 2 4 高浓度有机废水处理研究现状 果汁废水属于高浓度有机废水。随着生产规模的不断扩大及1 ：业技术的飞速发 展，高浓度有机废水的污染源同益增多，带来了严重的水污染问题。鉴于高浓度有机 废水的性质和来源不同，且其治理较为困难，采用一般的废水治理方法难以满足净化 处理的经济和技术要求，因此如何有效地治理高浓度有机废水已成为现阶段国际环境 保护技术领域亟待解决的一个难题。 1 2 4 1高浓度有机废水水质特点和性质及危害 1 2 4 1 1 高浓度有机废水水质特点 高浓度有机废水的主要特点如下表所示： 表1 2 高浓度有机废水的特点 c o d 一般在2 0 0 0 m g l 以上，有的共至高达几万乃至几十万m g l ，相对而 有机物浓度高 言，b o d 5 较低，很多废水b o d s 与c o d 的比值小于0 3 含有毒性物质废水中有机物以芳香族化合物和杂环化合物居多，还多含有硫 成分复杂 化物、氮化物、重金属和有毒有机物 色度高、有异味有些废水散发出刺鼻恶臭，给周闱环境造成不良影响 具有强酸强碱性 工业产生的超高浓度有机废水中，酸、碱类众多，往往具有强酸或强碱性 1 2 4 1 2 高浓度有机废水的危害 高浓度有机废水的危害如下表所示： 表1 3 高浓度有机废水的危害 由于生物降解作用，高浓度有机废水会使受纳水体缺氧基至厌氧，多数 需氧性危害 水生物将死亡，从而产生恶臭，恶化水质和环境 高浓度有机废水不但使水体失去使用价值，更严重影响水体附近人民的 感观性污染 正常生活 致毒性危害 超高浓度有机废水中含有大量有毒有机物，会在水体、土壤等自然环境 中不断累积、储存，最后进入人体，危害人体健康 1 2 4 2 高浓度有机废水的处理方法 高浓度有机废水处理技术粗略分为3 类：生物处理技术、化学处理技术以及物化 处理技术。 1 2 4 2 1 生物处理技术 生物处理是废水净化的主要工艺，其具有经济可行、无二次污染等特点，主要用 第一章绪论 于处理农药、印染、制药等ij ：、l k 的有机废水。生物处理高浓度有机废水的主要方法有 好氰生物法、厌氧生物法、生物膜法、酶生物处理技术以及发酵工程等。 好氧活性污泥技术除了降低有机物的毒性外，还通过培养、改性、调节、变异 等手段驯化、培养分解难生物降解有机物的微生物。如何德文报道，白腐真菌在好氧 条件下对t n t 炸药废水和分激染废水等有较好的降孵作用，当有机废水浓度较高时 可采用高效的有机废水好氧生物处理工艺，如深井曝气和好氧流化床等【5 】。在特定条 件下如果场地面积小，可以考虑应用深井曝气法。如果某些废水含有抑制厌氧茵的物 质不宜采用厌氧方法，就可以采用高效好氧处理装置。 1 2 4 2 2 化学处理技术 化学处理技术是应用化学原理和化学作用将废水中的污染物成分转化为无害物 质，使废水得到净化的方法，其方法有焚烧法、f e n t o n 氧化法、臭氧氧化法、电化学 氧化法等。以下就催化氧化法处理高浓度有机废水作一简介。 催化氧化法有湿式催化氧化法、光催化氧化法、均糨催化氧化法和多相催化氧化 法4 个分支。张建斌等对丙烯腈厂生产废水采用f e n t o n 试剂氧化，在p h 为4 ， m ( f e 2 + ) m ( h 2 0 2 ) = 0 5 ，3 0 r a i n 后c o d 值从2 6 0 0 0 - 4 3 0 0 0 m g l 降至2 0 0 0 - - - 4 0 0 0 r n g l ， 去除率达到8 5 t 6 1 。近年又有将紫外光u v 引入f e n t o n 法中，使其氧化能力大大增强； 光催化氧化是利用可见光和紫外光降解有机物的反应过程，常用蕾锄为催化剂，该法 氧化能力强，无二次污染，应用前景看好，成为研究热剧丌。 1 2 ，4 2 3 物化处理技术 物理化学处理技术是指废水中的污染物在处理过程中通过相转移的变化而达到 去除目的的处理技术。以下就萃取法处理高浓度有机废水作一简介。 萃取法处理高浓度有机废水，不仅具有设备投资少、操作简便等优点，而且主要 污染物能有效回收利用。萃取技术在高浓度有机废水处理中有着广泛的应用，特别是 脉冲萃取的应用，使得物理萃取技术的萃取效果大大提高，如巨化集团公司锦纶厂的 排放废水，采用自主设计的0 6 0 0 、有效筛板高度6 m ( 塔总高1 4 2 m ) 的脉冲筛板塔， 可便锦纶厂废水中已内酰胺的平均质量分数从6 3 5 降到0 8 5 ，c o d 下降 5 0 0 0 0 m g l 左右。 1 2 ，4 3 高浓度有机物的生化前处理技术 虽然利用物理和化学方法处理难降解有机废水的去除效率很高，但处理成本太 高，目前几种处理手段的交叉耦合已经引起了高度重视。现行的处理工艺大部分是采 6 长安大学硕二f ：学位论义 用生化处理为主，因此采取行之有效的前预处理工艺及丌发新工艺将是今后高浓度有 机废水处理的发展趋势。废水f 订预处理的方法很多，有混凝、中和、过滤、隔油、气 提、微电解、吸附、化学氧化和厌氧酸化等。 1 2 4 3 1 吸附预处理 活性炭由于其良好的吸| ；f 、 性能，在净水处理中早已有广泛的应用，对于低浓度化 工废水预处理也已在工程上心用，但对高浓度有机废水，处理成本太高，影响其在工 程上推广应用。开发高效低成本的吸附剂是吸附处理技术推广应用的关键，目前大孔 吸附树脂除酚的研究主要集中在吸附和脱附条件的优化。吸附机理的探讨方面，以期 达到较高的环境经济效益。李武等用煤灰预处理有机废水，当处理前c o d 为 1 1 6 2 m g l 时，c o d 去除率可达2 3 1 ，降低了生化进水负荷，为生化处理创造了条 件引。 1 2 4 3 2 化学絮凝预处理 化学絮凝或混凝由于具有去除效率高、适用范围广、处理成本低廉、易于操作管 理等优点，成为迄今为止最为常见的废水预处理方法。通过往废水投加定比例絮凝 剂或混凝剂，使废水中大颗粒的污染物，通过所形成架桥吸附共沉淀得以去除，以达 到提高b o d s c o d 、降低污染物浓度及生物毒性的目的。如张志刚等用该法对c o d 为60 0 0 m g l 的味精废水进行处理，c o d 去除率达4 4 3 ，n h 3 n 去除率达3 7 5 ， 混合废水b o d s c o d 值从o 2 7 升至0 5 5 - 0 6 8 ，再经生化处理，c o d ，n h 3 - n 去除 率可达8 5 和9 5 ，出水达标排放9 1 。 1 2 4 3 3 碱性或酸性水解 水解法就是利用部分难降解有机物在酸性或碱性条件下不稳定的性质，通过调节 废水的p h 值，从而使难降解有机物分解的方法。水解法的不足在于酸碱的消耗大， 水解后因迸一步稀释而浪费了大量水，因此单位水处理的费用很高。金一中等人在酸 性条件下，平均进水c o d 为1 0 1 1 m g l ，经水解酸化预处理后，出水平均c o d 为 6 5 2 m g l ，去除率为3 5 5 ，经后续的生化s b r 深度处理后出水c o d 小于1 4 0m g l ! m 】； 含硫代磷酸盐的有机磷农药废水在碱性条件下容易发生水解，用碱解预处理，可使废 水毒性降低，徐波等采用此法预处理有机磷农药废水，氨氮去除率在6 0 - - - 7 0 左右， 有机磷去除率在3 0 - - - - 3 5 左右【11 1 。 1 2 4 3 4 微电解技术 微电解法是利用金属腐蚀原理，以f e ，c 形成原电池对废水进行处理的工艺， 7 第一帝绪砭 又称内电解法、铁屑过滤法。由于该法具有适用范围广，处理效果好，使用寿命长、 成本低廉及操作维护方便等优点，成为近年来研究的热点。经该法处理的废水，有机 污染物可以得到大幅的下降，可生化性b o d 5 c o d 仅为0 2 9 的农药生产废水经微电 解预处理后，废水c o d 去除率达7 6 ，2 ，其b o d 5 c o d 比提高为0 5 ，为后续好氧 处理创造了有利条件【1 2 1 。 1 2 4 3 5 超声波技术 超声波是一种不同于光和热的能量形式，利用波的压缩和扩张，在水中形成微 小的气泡，溶质和溶液分子在气泡中形成蒸汽。由于波的压缩而在气泡中产生瞬时高 压和高温，使得蒸汽中有o h 自由基生成。张翼等用超声一f c n t o n 法处理偶氮染料橙 黄i l ，当染料质量浓度为1 0 0m g l 时，c o d 去除率最高可达9 3 ，超声对f c n t o n 试剂降解该物质具有强化作用。超声技术的能耗较大，噪声严重，处理大量的废水是 否经济尚需进一步研究【1 3 】。 “七五以来，我国对高浓度有机废水的处理工艺和技术进行了大量的研究和探 索，特别是本行业内的设计院和科研单位，对高浓度有机废水的处理进行了各方面的 试验、研究和实践，取得了行之有效的成功经验，逐渐形成了以生化为主、生化和物 化相结合的处理工艺。目前还有不少新的处理方法与工艺优化组合正在试验和研究， 有的已取得了理想的成效，不久将应用于实践中【1 4 1 。 1 2 5 果汁废水治理的研究现状与技术动态 国外己将许多先进的生物处理技术应用于果汁废水的处理，如：应用升流式厌氧 污泥反应器( u a s b ) 、升流式厌氧滤池、中温、高温厌氧过滤器、生物转盘反应器( r a c ) 等先进的生化处理系统对果汁废水进行处理，已取得了显著的成果l 住1 6 1 。 其中，u a s b 反应器处理工艺是目前研究较多、应用广泛的污水厌氧生物处理工 艺，它具有其他厌氧处理工艺( 厌氧流化床、厌氧滤池) 难以比拟的优点，不仅可以 实现污泥的颗粒化，是生物固体的停留时间可长达1 0 0 d ，而且使气、固、液的分离 实现了一体化。该工艺具有很高的处理能力和处理效率，尤其适用于各种高浓度有机 废水的处理。 目前，u a s b 反应器已经应用于多种类型的废水处理，如农产品加工废水、果汁 加工废水、食品加工废水、煤油j j n - r 废水、制糖废水、制酒废水、屠宰废水、造纸废 水、生活污水等。 在德国，采用厌氧消化系统处理果汁加工厂的废水，整个处理流程由一个粗滤系 k 安大学硕1 ：学位论义 统( 去除果皮、砂子等沉淀物) 、两个缓冲池( 调节p h 、氮、磷等营养物) 、一个升流式 污泥床反应器以及一个好氧池组成。在升流式污泥床反应器( u a s b ) 中，梭状芽胞杆 菌、芽胞杆菌、葡萄球菌等微生物能将废水中的有机污染物最终降解为甲烷及二氧化 碳气体，使废水得到净化。经厌氧消化后，果汁废水中的c o d 被降解到一定程度， 再经好氧池进一步降解，就可以使废水达到排放指标。厌氧阶段产生的沼气可作为能 源使用，消化的污泥可用做肥料。当今世界能源短缺，这种可再生性的能源己引起人 们的普遍关注。系统中u a s b 反应器的有机负荷c o d 为1 0 1 7k g m 3 d ，c o d 去除 率达8 0 - - - 9 0 。 国内也有类似的工程，如陕西恒兴果汁饮料有限公司【1 9 】，年浓缩果汁生产能力 1 2 万吨，产品9 8 出口欧美等国，是中国西北地区最大的浓缩果汁生产企业。该厂 淳化分公司污水处理站日处理果汁废水量2 7 2 0 吨天，采用目前处理果汁废水较为成 熟的“厌氧( u a s b ) + 好氧”工艺。污水处理工艺流程图如图1 2 所示。 图1 2 果汁厂污水处理工艺流程图 9 第一章绪论 生产、生活污水先经机械格棚拦截后进入集水沉砂池除去污水中含有的大量泥砂 及可沉淀较好的颗粒杂质，再经网筛过滤器除去粗格棚无法除去的细小颗粒杂质。出 水靠重力自流至均质均量调和池。由于废水来水水质( 酸碱度、氧化性物质及有机物 指标极不稳定) 极不稳定，为保证后续工艺系统j 下常- r i + - h 匕e , 高效运行，需对废水进行均 质均量调节。 均质均量调和池：n 水经泵提进入u a s b 厌氧反应器，通过厌氧菌的作用，将污 水中大分子难以生化降解的有机物分解成小分子有机物，改善污水的可生化性，同时 降解水中的c o d 和b o d 5 ，厌氧池出水自流入生物选择池，通过生物选择池中的兼 氧菌降解污水中的有机物，同时改善污水的好氧生物氧化的处理活性。生物选择池出 水自流进生物接触氧化池进行处理，在生物接触氧化池中进行充氧反应，利用微生物 使有机污染物氧化、分解成无机物。生物接触氧化池出水再经泵提升至气浮澄清装置 进行固相分离，浮渣进入污泥处理系统，澄清液自流入清水池，清水再经泵提升至高 效过滤器，最后经管道排出。 该污水处理工艺各处理单元的污染物去除情况及处理效率如表1 4 及表1 5 所示。 表1 4 筛网过滤器+ u a s b 厌氧处理单元处理效率统计结果 监测项目 化学需氧量悬浮物生化需氧量 筛网过滤器出水( t d )9 8 1 91 2 1 37 0 9 9 u a s b 厌氧反应器出水( t d ) 2 6 6 0 0 1 9 11 6 2 4 筛网过滤器+ 厌氧去除率( ) 7 38 4 7 7 表1 s 好氧生化处理单元处理效率统计结果 监测项目化学需氧量悬浮物 生化需氧量 机械隔栅出口( t d ) 9 8 1 9 1 2 1 37 0 9 9 u a s b 厌氧反应器出水( t d )2 6 6 00 1 9 11 6 2 4 好氧生化池出水( t d )0 6 6 60 1 2 5o 1 3 6 ( 厌氧好氧) 去除率( ) 7 4 9 3 4 69 1 6 占整个生化处理阶段的比例( ) 2 1 86 12 1 4 ( 厌氧+ 好氧) 总效率( ) 9 3 28 9 79 8 1 该厂污水处理站进口污水中p h 测定值范围在5 9 1 1 2 1 6 ，变化较大，氨氮同均 浓度值范围在3 5 1 4 3 7 1 7 m g l ，动植物油日均浓度值范围在2 6 6 3 0 2 m g l ，总磷 1 0 长安大学硕。 j 学位论文 日均浓度值范围0 8 2 6 - 1 4 2 1 m g l 。污水处理站出口污水中p h 测定值范围在 7 5 和7 9 4 ，氨氮日均浓度值范围在4 0 4 3 4 9 2 4 m g l ，动植物油r 均浓度值范围在 1 0 0 - - - 1 1 9 m g l ，总磷同均浓度值范围在o 0 8 4 - - 0 1 4 3 m g l ，并且化学需氧量、生化 需氧量和氨氮达到了d b 6 1 2 2 4 1 9 9 6 渭河水系( 陕西段) 污水综合排放标准中的 一级标准的要求，p h 、悬浮物、动植物油和总磷达到了污水综合排放标准 ( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 表4 中一级标准的要求。 类似的u a s b 反应器成功应用于果汁废水处理的实际案例还有很多，各自也都 有较为成功的经验。陕西海升果业发展股份有限公司乾县分公司采用“预处理+ 厌氧处 理( u a s b ) + 好氧处理( 曝气、沉淀) ”处理该厂果汁废水，出水也达到了污水综 合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 中二级标准。 综合起来，果汁废水属于高浓度有机废水，主要含有果糖、纤维素、果酸、氨基 酸、蛋白质、果胶等，b o d 5 c o d 大于0 4 ，属于生化性好的有机废水，但是由于大 量的悬浮性污染物( s s c o d ) 和大量果糖溶于水中，水质水量变化很大，营养成分 较单一，处理时有较大的难度。用生物法处理这一类废水时需要预先调整它的营养成 分及酸碱度，以适应微生物的生长需求。 果汁废水的处理一般采用厌氧+ 好氧的方法进行处理。采用u a s b 可以进行能源 再生，但在u a s b 反应器工艺的应用中，仍存在一些目前尚难以解决的问题或不足， 如三相分离器的设计尚没有一个成熟的设计方法，对含有高浓度悬浮固体的废水不适 应，需要考虑s s 的预处理，同时当将其应用于较低浓度废水的处理时，由于产气量 较少，一方面对进水系统的要求较高，同时易出现泥水接触不良，死区容积较大的等 问题。此外，污泥的颗粒化对工艺要求比较严格，颗粒化需时较长，并受多种运行和 操作条件的影响。徐州安德利果蔬汁有限公司采用“预处理工段( 包括格栅除污机、 回转式过滤机、调节池、气浮池) + u a s b 工段( 包括中间水池、u a s b 池、缓冲池) + 好氧萱冗淀澄清段( 包括好氧池、二沉池、机械搅拌澄清池) ”处理该厂果汁废水。虽然 预处理工段对s s 具有很高的去除率，可满足进入u a s b 的要求。但由于原水的c o d 过高，变化幅度较大，并且大部分属溶解性的c o d ，至使进入u a s b 时的c o d 浓度 远高于原设计浓度，增加了u a s b 处理负荷，使处理效率降低，不能满足排放要求 1 1 7 1 。 第一章绪论 l - 3 移动床生物膜反应器 污水的生物膜法既是古老的，又是发展中的工艺。迄今为止，已经有多种生物膜 法在使用，如好氧生物滤池、生物转盘( r b c ) 、淹没式生物滤池，颗粒介质生物膜 ( g r a n u l a r m e d i a ) 、流化床等。移动床生物膜反应器( m b b r m o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o r ) 工艺是1 9 8 8 年最先出挪威k a l d n e sm i l i j q ot e k n o l o g i ( k m t ) 公司与s i n t e f 研究机构联 合开发，并申请专利( n o1 7 26 8 7 ，p c t n 0 9 i 0 0 0 7 ) 1 18 1 。本法又称悬浮填料移动床工 艺，它是为解决固定床反应器需反冲沈，流化床三相分离困难、载体流化动力消耗高， 淹没式生物滤池堵塞需清洗滤料和更换曝气器的复杂操作而发展起来的一种高效污 水处理方法。 l ，3 1 工作原理 其主要原理就是以比重接近水的悬浮填料直接投加到曝气池中作为微生物生长 附着的载体，漂浮的载体在反应器内随着混合液的回旋翻转作用而自由移动。通常， 好氧反应器内的悬浮填料依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用在反应器内自由流 动；在缺氧和厌氧反应器中，则是通过机械搅拌或者沼气搅拌使填料呈现流化状。图 1 3 为移动床生物膜反应器的工作原理示意图。此法不需反冲洗和污泥回流，而且水 头损失小，是悬浮生长的活性污泥法与附着生长的生物膜法相结合的一种工艺，兼有 完全混合式活性污泥法均匀接触所形成的高效率和生物膜法能承受高负荷冲击的双 重优点【1 9 2 0 1 。 再水 出水 oi o 。 o d 沉淀； 。少 醚 o 回o o o 落。 接 oo 墼。 区 o o o o、 oo 空气 o v 1 、 真水 v!出水 o_二_ 。 ： o o oo ： oo 一。、o 回o 。蒯 沉淀池 。落 接 o 触。 区 oo：一 l 翘。 o 、 搅拌泵 好氧移动床生物膜反应器 厌氧缺氧移动床生物腠反应器 图1 3 移动床反应器示意图 1 3 2 生物填料 填料是m b b r 的核心部分，作为生物膜附着生长和降解有机物的重要场所，其 1 2 长安人学硕i ：学位论义 性能的好坏直接关系到挂膜的难易程度、反应器中生物量的多少和反应器运行效果的 好坏【2 。 1 3 2 1 填料的基本特征 理想的填料应具备以下条件： ( 1 ) 比表面积大填料的表面积为生物提供附着的场所，其比表面积决定了填料 上生物量的多少，是反应器处理效率的主要影响因素之一。 ( 2 ) 机械强度高生物膜反应器中存在着水力剪切作用以及载体之间的摩擦碰撞 过程，因此，要求生物膜载体必须有相应的机械强度。一般来讲，聚合物类生物膜载 体强度良好。 ( 3 ) 易于生物膜附着生长，适当的表面粗糙度 ( 4 ) 具有较好的生物亲和力，对固定微生物无毒害无抑制作用 ( 5 ) 比重略小于水，对水和空气的流动阻力小，从而能够凭借曝气或机械搅拌的 作用和自身的运动惯性在反应器内形成流化，加强传质，从而提高生化反应速度，达 到良好的有机物去除效果。 ( 6 ) 具有理想的空隙率良好的空隙率保证了填料在使用时不结团、不堵塞，并 具有良好的通气、过水性能。 ( 7 ) 来源可靠，价格低廉，且应具有可再用性填料在生物膜反应器中大量的应 用，其经济性将影响整个建设投资。 1 3 2 2 填料的研究现状 m b b r 工艺的核心技术是轻质悬浮载体，因而开发研究新型悬浮填料是m b b r 工艺推广应用的关键。目前，德国的l n q d e a g 股份公司和挪威的k a l d n e s s 公司 在m b b r 工艺的研究、开发和应用方面居于世界领先地位。德国l 仆d ea g 股份公 司的l n q p o rm b b