（环境工程专业论文）厌氧好氧一体化反应器处理高浓度有机废水的实验研究.pdf

四川i 大学硕士学位论文 耳 7 7 9 5 0 8 厌氧一好氧一体化反应器处理高浓度有机废水 的实验研究 环境工程专业 研究生肖鸿指导教师杨平 我国目前的环境污染状况很严重，废水处理，特别是有机工业废水的有效 处理、达标排放势在必行。然而，在现有的废水处理工程中，普遍存在着投资 及运行费用高、能耗大、占地面积大、操作管理不便且在处理高浓度难降解有 机废水以及含高氨氮浓度废水时难以达标等问题。因此急需开发高效、低耗、 占地面积少、应用面广的新的废水处理技术。 本课题结合以前单级厌氧、单级好氧和厌氧一好氧联合废水处理的实验和 工程经验，运用一体化概念，将高效的厌氧流化床和好氧流化床反应器通过结 构优化，合理组合在一个反应器内形成新型厌氧好氧一体化反应器，并加入新 型聚合物多孔载体用于固定化微生物处理高浓度有机废水，实验中对一体化厌 氧流化床一好氧外循环流化床反应器的启动及运行特性进行了研究，对聚合物多 孔载体的微生物固定化性能进行了考察，对基质降解动力学和微生物生长动力 学作了研究。另一实验中还对一体化缺氧流化床好氧内循环流化床反应器的脱 氮性能做了初步研究。后期实验对新型多孔膜微囊载体的微生物固定化性能做 了静态和动态实考察。 一体化厌氧流化床一好氧外循环流化床反应器的启动及运行实验表明：在一 体化厌氧流化床好氧外循环流化床反应器中加入新型聚合物多孔载体，在1 6 2 4 。c 的自然温度下，采用递增负荷、厌氧和好氧分期启动的方式，系统可以在 3 8 天内达到较好的启动效果；在系统负荷运行期内，控制进水p h 为7 0 ，厌氧回 流比3 5 ，好氧曝气量0 3 6 0 5 0 m 3 h ，当系统总进水c o d 浓度均值为 3 6 0 1 ，8 m g l ，总出水c o d 浓度均值为3 8 4 0 m g j l ，系统容积负荷均值为2 5 4 四j i l 大学硕士学位论文 k g c o d ( m 3 d ) ，系统总h r t 均值为3 5 1 h 时，系统总c o d 去除率均值达9 0 ，6 。 对生物颗粒进行扫描电镜( s e m ) 分析发现，厌氧区和好氧区内的载体均 挂上了生物膜，形成的生物颗粒球形度很好，载体厌氧区生物颗粒表面及内孔 中均附着了一定量的微生物，主要是产甲烷球菌和产甲烷杆菌。好氧区生物颗 粒内孔中主要是短杆菌。好氧区生物颗粒表面主要为球菌，也有少量丝菌。 在稳定运行期，当水浴温度控制在大约3 0 c 时，对厌氧微生物生长动力学 及基质降解动力学参数进行求解，得到：1 ，= 4 8 0 5 4 ( d 1 ) ， k 。= 1 8 0 6 3 ( m g c o d l ) ；y = 0 0 3 8 9 ，k d - - 0 0 1 2 7 ( d 一1 ) 。 一体化缺氧流化床一好氧内循环流化床反应器的脱氮实验表明：当进水 n h 3 一n 浓度为2 8 0 3 3 5 0 7 r n e j l ，整个系统的n i - 1 3 - n 去除率在6 8 5 9 l ，7 ， 平均为8 1 0 。此时，系统进水c o d 浓度维持在4 1 5 0 7 - 4 3 8 0 1 m g , l 范围内， 系统出水c o d 浓度在3 7 5 9 6 5 0 8 m g l 范围内，总的c o d 平均去除率为8 8 4 。 由此说明，本反应器具有很好的c o d 去除性能和n i l 3 n 去除效果，适合于处 理c o d 浓度较高且含有中等n h 3 一n 浓度的有机废水。 后期实验对新型多孔膜微囊载体微生物固定化性能进行了静态和动态研 究。实验表明：在静态条件下微生物固定化性能较好，而在动态条件下，由于 载体颗粒偏大，流化性能不好以及操作条件和运行时间限制等因素的影响， a f b r 的c o d 去除表现欠佳，c o d 容积负荷平均为2 5 9k g c o d ( m 3 d ) 时，c o d 去除率平均仅为2 7 7 ，微生物能够在载体表面及指状通孔中固定，但膜微囊 内部固定的微生物较少，可见该载体制备上还须一定的调整，目标主要是要消 除膜微囊指状通孔的微生物堵塞现象，使微囊内微生物固定量增加。 本文为新型厌氧确：氧一体化反应器工艺及结构优化设计、确定反应器启动 和操作条件、确定其高浓度有机废水处理性能提供了基础数据和实用参数，为 考察新型聚合物多孔载体和多孔膜微囊载体的微生物固定化性能提供了评价依 据，为厌氧好氧一体化反应器的工程放大和载体的工业化应用提供了科学依 据。 关键词：厌氧一好氧一体化反应器生物流化床微生物固定化脱氨动力学 i l 四川大学硕士学位论文 e x p e r i m e n t a ls t u d y o nt h ea n a e r o b i c a e r o b i c i n t e g r a t e dr e a c t o r st r e a t i n gh i g hs t r e n g t ho r g a n i c 腑s t e w a t e r e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t e x i a oh o n g s u p e r v i s o r y a n gp i n g t h ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o ni no i kc o u n t r yi sv e r ys e r i o u sa tp r e s e m ，i t si m p e r a t i v ef o r w a s t e w a t e r , e s p e c i a l l yt h eo r g a n i ci n d u s t r i a lw a s t e w a t e rt ob ee f f i c i e n t l yt r e a t e da n dt ob el e tu p t op a r h o w e v e r , t h ep r o b l e m ss u c hs sh i g hi n v e s t m e n ta n do p e r a t i n gc o s t ，l a r g ee n e r g y e x h a u s t i o n ，l a r g eg r o u n da r e ad e m a n d ，c o m p f i c a t e do p e r a t i o na n dm a n a g e m e n tp r o c e d u r e ，l i t t l e p r o b a b i l i t y t om e e tt h es t a n d a r dw h e nt r e a t i n gc o n c e n t r a t e d o r g a n i cw a s t e w a t e rw i t i lb a d b i o l o g i c a ld e g r a d a b i l i t yo rw a s t e w a t e rw i t hh i g hn h s - nc o n c e n t r a t i o na r eu b i q u i t o u si nt h e p r e s e n t w a s t e w a t e rt r e a t m e n t e n g i n e e r i n gp r o j e c t s i ti sv e r yn e c e s s a r yt od e v e l o pn e w t e c h n o l o g i e sf e a t u r e dw i t hh i g h e re f f i c i e n c y ，l o w e re n e r g ye x h a u s t i o n ，l e s sg r o u n da r e ad e m a n d a n db r o a d e ra p p l y i n gf i e l d sf o rw a s t e w a t e rt r e a t m e n t f u n d e db yt h en a t i o n a l8 6 3p r o j e c tn a m e dd e v e l o pa n da p p l i c a t i o no fh i g he f f i c i e n t a n a e r o b i ca n da e r o b i c b i o l o g i c a lr e a c t o r s ，b a s e d o ut h e e x p e r i m e n t a la n de n g i n e e r i n g e x p e r i e n c e s o fo n e s t a g e da n a e r o b i c o n e - s t a g e da e r o b i ca n da n a e r o b i c a e r o b i cc o m b i n e d w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，t h i ss t u d ya p p f i e dt h ei n t e g r a t i v ec o n c e p t , o p t i m i z e dt h ec o n f i g u r a t i o n so f h i g he f f i c i e n ta f b ra n da e r o b i cf l u i d i z e db e dr e a c t o r sa n da s s e m b l e dt h e mi no n er e a c t o rt o d e v e l o pan e w - t y p ea n a e r o b i c - a e r o b i ci n t e g r a t e dr e a e t o f an e w t y p ep o r o u sp o l y m e rc a r r i e r s u s e dt oi m m o b i l i z et h em i c r o o r g a n i s mw e r ea d d e dt ot r e a tt h ec o n c e n t r a t e do r g a n i cw a s t e w a t e r i ne x p e r i m e n t ，t h es t a l l - u pa n do p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i c so ft h ea f b r - a e r o b i cf l u i d i z e db e dw i t h o u t e rl o o pi n t e g r a t e dr e a c t o rw e r es t u d i e d ，t h em i c r o o r g a n i s mi m m o b i l i z a t i o na b i l i t yo fp o r o u s p o l y m e rc a r d e r sw a si n v e s t i g a t e da n ds u b s t r a t ed e g r a d a t i o nd y n a m i c sa n dm i c m o n a n i s m 四川大学硕士学位论文 g r o w t hd y n a m i c sw e r es t u d i e d i na n o t h e re x p e r i m e n t ，t h en i 订o g e nr e m o v a la b i l i t yo fa n o x i c f l u i d i z e db e d - a e r o b i cf l u i d i z e db e dw i t hi n n e rl o o pi n t e g r a t e dr e a c t o rw a ss i m p l yt e s t e d i nt h e l a s te x p e r i m e n lt h em i c r o o r g a n i s mi m m o b i l i z a t i o na b i h t yo fn e w t y p ec a p s u l ec a r r i e r sw i t h p o r o u sm e m b r a n e sw a si n v e s t i g a t e du n d e rb o t hs t a t i ca n dd y n a m i cc o n d i t i o n s t h es t a r t - u pa n do p e r a t i n ge x p e r i m e n to ft h ea f b r - a e r o b i cf l u i d i z e db e dw i t ho u t e rl o o p i n t e g r a t e di n d i c a t e dt h a tt h es y s t e m ss t a r t - u pc o u l do b t a i nf a i r l yg o o de f f e c tw i t h i n3 8d a y s u n d e rt h ea m b i e n tt e r n p e r a t u r e ( 1 6 - 2 4 。c ) b ym e a n so fa d d i n gt h en e w - t y p ep o l y m e rc a r r i e r s 。 g r a d u a l l yi n c r e a s i n gt h ev o l u m e t r i co r g a n i cl o a dr a t e ( v o l ) a n ds t a r t i n gt h ea n a e r o b i ca n d a e r o b i ci nt u r oa n dd u r i n gt h es y s t e m ss t e a d yo p e r a t i n gp e r i o d ，w h e nt h ea v e r a g ec o d c o n c e n t r a t i o ni nt h ei n f l u a n tw a s3 6 0 1 8m g r l ，t h ea v e r a g ec o dc o n c e n 打a f i o ni nt h ee f f l u e n t w a s3 8 4 0m g l ，t h ea v e r a g ev o l u m e t r i co r g a n i cl o a d ( v o l ) w a s2 5 4 k g c o d ( m 3 d ) a n dt h e a v e r a g eh y d r a u f i c m t e m i o n t i m e ( h r t ) w a s3 5 1 h ，t h ea v e r a g e c o d r e m o v a l r a t er e a c h e d 9 0 6 m e a n w h i l e ，t h ei n f l u a n tp hw a sc o n t r o n e da ta b o u t7 0 ，t h ea n a e r o b i cr e c y c l er a t i ow a s c o n t r o h e db e t w e e n3 5 t h ea e r o b i cg a sf l u xw a sc o n 缸o u e db e t w e e n0 3 6 - 0 5 0r a h ， a f t e ra n a l y z e dt h eb i o p a r t i c l e s s e m i tc a nb ef o u n dt h a tb i o f i l mf o r m e d0 1 1t h ec a r r i e r si n b o t ht h ea n a e r o b i ca n da e r o b i cz o n e s ，t h eb i o p a r d c l e s s p h e r i c i t yw a sg o o da n ds o m e m i c r o o r g a n i s ma t t a c h e d o nt h ea n a e r o b i c b i o p a r t i c l c s s u r f a c e a n di n n e rh o l e s ，m a i n l y m e t h a n o g e n i cc o c c ia n db a c i l l i ，i nt h ea e r o b i cb i o p a r t i c l e s i n n e rh o l e s ，m a i n l ys h o r tb a c i l l ia n d o nt h ea e r o b i cb i o p a r t i c l e s s u r f a c e ，m a i n l yc o c c ia n df e wf i l a rb a c t e r i a w h e nw a t e rb a t ht e m p e r a t u r ew a s3 0 c 。t h ep a r a m e t e r so fa n a e r o b i cm i c r o o r g a n i s m g r o w t hk i n e t i c sa n ds u b s t r a t ed e g r a d a t i o nk i n e t i c sc a l lb ec a l c u l a t e do u ta c c o r d i n gt o t h e e x p e r i m e n t a ld a t a t h er e s u l t sw e r em 。埘，8 0 5 4 ( d 1 ) ，k - - 1 8 0 6 3 ( m g c o d l ) ，y - - - 0 0 3 8 9 ， 确- - - 0 0 1 2 7 ( d ) ， n i t r o g e nr e m o v a le x p e r i m e n tw a s c a r r i e do u ti nt h ea n o x j cf l u i d i z e db e d - a e r o b i cf l u i d i z e d b e dw i t hi n t e r n a l l o o pi n t e g r a t e d r e a c t o r , t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tw h e nt h en h s - n c o n c e n t r a t i o ni nt h ei n f l u e n tw a s2 8 0 3 - 3 5 0 7 r a g l , t h en h r nr e m o v a lr a t eo ft h es y s t e mw a s 6 8 5 - 9 1 7 ，t h ea v e r a g ev a l u ew a s8 1 o m e a n w h i l e ，f o rt h es y s t e m ，t h ec o dc o n c e n t r a t i o n i nt h ei n f l u e n tw a s4 1 5 0 7 - 4 3 8 0 1 m g l t h ec o dc o n c e n 仃a d o n i nt h ee f f i u a n tw a s 3 7 5 9 6 5 0 8 m # l ，t h ea v e r a g ec o dr e m o v mf a t ew a s8 8 4 t h e r e f o r e ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a t t h es y s t e mh a dg o o dc o dr e m o v a la b i f i t ya n dn h a - nr e m o v a le f f e c ta n di tc o u l db ea p p h e dt o 四川大学硕士学位论文 t r e a tt h eo r g a n i cw a s t e w a t e rw i t hh i g hc o dc o n c e n u a f i o na sw e l la sm o d e r m en h 3 - n c o n c e n t r a t i o n m i c r o o r g a n i s mi m m o b i l i z a t i o na b i l i t y o ft h e n e w t y p ec a p s u l ec a r r i e r s w i t h p o r o u s m e m b r a n e sw a ss t u d i e du n d e rb o t hs t a t i ca n dd y n a m i cc o n d i t i o n sd u d n gt h el a s t p h a s e e x p e r i m e n t t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ec a l l i e sh a db e t 钯im i c r o o r g a n i s mi m m o b i l i z a t i o n a b i l i t yu n d e rt h es m i l ec o n d i t i o n ，w h i l eu n d e rt h ed y n a m i cc o n d i t i o n ，i n f l u e n c e db yt h ef a c t o r s s u c ha sr e l a t i v e l yb i gc a r r i e r s s i z e ，p o o rf l u i d i z e dp e r f o r m a n c e ，l i m i t a t i o n so fo p e r a t i n g c o n d i t i o n sa n do p e r a t i n gt i m ea n ds oo n ，t h ea f b r sc o dr e m o v a lr a t ew a sr e l a t i v e l yl o w , w h e nt h ea v e r a g ec o dv o l u m e t r i cl o a dr a t ew a s2 5 9 k g c o b l ( m 3 d ) ，t h ea v e r a g ec o dr e m o v a l r a t ew a so n l y2 7 7 ，a l t h o u 曲m i c r o o r g a n i s m sc o u l db ei m m o b i l i z e do nt h ec a r r i e r s s u r f a c ea n d i nt h ef i n g e r l i k ec h a n n e l s ，m i c r o o r g a n i s m sc o u l dh a r d l yb ei m m o b i l i z e di nt h em e m b r a n o u s c a p s u l e s ，s oi tw a so b v i o u st h a ta d j u s t m e n t sm u s tb ed o n ei nt h ec a r r i e r s p r e p a r a t i o nt o e l i m i n a t et h ej a mo fm i c r o o r g a n i s m si nt h ef i n g e r l i k ec h a n n e l sa n di n c r e a s et h ei m m o b i l i z e d o r g a n i s m si nt h em e m b r a n o u sc a p s u l e s r e s u l t sf r o mt h i sp a p e rc a l lp r o v i d eb a s i cd a t aa n da p p l i c a b l ep a r a m e t e r s f o rt h e o p t i m i z a t i o nd e s i g no fp r o c e s sa n dc o n f i g u r a t i o no ft h en e w - t y p ea n a e r o b i c 。a e r o b i ci n t e g r a w a r e a c t o r , t h ec o n d i t i o n so fr e a c t o r ss t a r t - u pa n ds t e a d yo p e r a t i o na n dt h ec o n c e n t r a t e do r g a n i c w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp e r f o r m a n c e r e s u l t sf r o mt h i sp a p e rc a na l s op r o v i d eb a s i st oe v a l u a t et h e m i c r o o r g a n i s mi m m o b i l i z a t i o na b i l i t yo ft h en e w - t y p ep o r o u sp o l y m e rc a i r i e r sa n dc a p s u l e c a r r i e r sw i t h p o r o u s m e m b r a n e sa n dp r o v i d es c i e n t i f i cb a s i sf o r t h e s c a l e - u p o ft h e a n a e r o b i c a e r o b i ci n t e g r a t e dr e a c t o r sa n dt h ei n d u s t r i a la p p l i c a t i o no ft h ec a r r i e r s k e y w o r d s ：a n a e r o b i c a e r o b i ci n t e g r a t e dr e a c t o r , b i o l o g i c a lf l u i d i z e db e d ， m i c r o o r g a n i s mi m m o b i l i z a t i o n ，n i t r o g e nr e m o v a l 。k i n e t i c s v 四川大学硕士学位论文 1 前言 1 1 废水生物处理技术概述 废水生物处理是利用微生物的生命活动过程对废水中的污染物进行转移和 转化作用。从而使废水得到净化的处理方法。一般来说，废水生物处理包括好 氧处理、厌氧处理以及兼氧处理三种工艺。另外，有人认为【l 】也可按微生物的 生长方式对生物处理进行分类，并提出微生物的生长方式可以分为三种：生一 物膜；颗粒污泥；絮状污泥。其中，又有观点提出生物膜可以分为三种， 即附着在静态固体表面的静态生物膜和附着在悬浮载体上的载体生物膜以及自 然形成的颗粒污泥，不过颗粒污泥比较特殊，它是絮状污泥颗粒化的产物。基 于以上认识，笔者认为废水生物处理技术可以分为：絮状污泥法，主要是传统 的活性污泥法及其衍生工艺；生物膜法，主要包括生物滤池、生物转盘、流化 床( 膨胀床) ，气提式生物膜反应器等；颗粒污泥法，主要包括u a s b 、e g s b 、 i c 等。 1 1 1 絮状污泥法 絮状污泥通常指的是在特定的反应器条件下出现的单个细胞和微生物菌落 的集合i n 。絮状污泥法的应用主要体现在传统的活性污泥法及其衍生工艺中。 废水好氧生物处理方法是1 9 世纪末在研究土壤净化废水的基础上发展起来 并应用于生产实践的，其最初的处理方法为生物过滤法，此后才出现了活性污 泥法，该方法由a r d e n 和l o c k e t t 发明，并于1 9 1 4 年在英国建成了世界上第一座 活性污泥法废水生物处理试验厂。活性污泥法不断发展，出现了各种不同的运 行方式，主要有推流式、完全混合式、分段曝气、吸附再生、延时曝气、高负 荷、浅层曝气、深水曝气、深井曝气、纯氧曝气。另外，作为传统活性污泥法 的变型工艺的主要有氧化沟( o d ) 、序批式活性污泥法( s b r ) 等。 1 。1 2 生物膜法 生物膜是由细胞和细胞产物所组成的一种复杂粘结体“】。生物膜法是与活 性污泥法平行发展起来的生物处理工艺，是一大类生物物处理法的统称。在生 物膜法中，微生物附着在固体或悬浮载体表面生长而形成膜状，当污水流经载 体表面和生物膜接触的过程中，污水中的有机污染物即被微生物吸附、稳定， 1 四川大学硕士学位论文 最终转化为h 2 0 、c 0 2 、n h 3 和微生物细胞物质，污水得到净化。在许多情况下， 生物膜法不仅能代替活性污泥法用于城市污水的二级生物处理，而且还具有 些独特的优点，如运行稳定、抗冲击负荷、更为经济节能、无污泥膨胀问题、 具有一定的硝化与反硝化功能、可实现封闭运转防止臭昧等。正是因为如此， f i 2 0 世纪7 0 年代以来，生物膜法引起了广大研究者和工程师们的极大兴趣，其 主要设施是厌氧生物滤池、生物转盘、曝气生物滤池、流化床( 膨胀床) 、气提 式反应器等。生物滤池、生物转盘等反应器中的生物膜附着在静态固体表面， 称为静态生物膜；流化床( 膨胀床) 、气提式反应器( b a s ) 等反应器中的生物 膜附着在悬浮载体表面，称为载体生物膜。 1 1 3 颗粒污泥法 目前，厌氧颗粒污泥的应用主要体现在u a s b 、e g s b 、i c 等反应器上。颗 粒污泥的形成是它们能够高效稳定运行的最基本的保障。其中，u a s b 是高效 厌氧反应器中工程应用最多的一种。u a s b 是l e t t i n g a g f f 【2 ) 在2 0 世纪7 0 年代开发 成功的，u a s b 反应器内微生物浓度很高，可达6 0 7 0 k g m 3 ，颗粒污泥u a s b 反 应器可承受很高的负荷3 0 - 5 0 k g c o d ( m 3 d ) 。到目前为止，已经有几千座生产规 模的u a s b 反应器投入运行，主要用于食品工业( 如淀粉加工、制糖、制罐头、 肉类加工等) 、发酵工业，同时也用于制药、化工、造纸等有机废水的处理，还 有些国家已经把u a s b 反应器成功用于城市污水处理，一般非常成功【3 】。国际上 荷兰的p a q u e s 、b i o t h a n e 和比利时的b i o t i m 公司是世界上主要三个u a s b 技术产家。国内清华大学a 2 0 世纪8 0 年代初期开始研究u a s b 反应器处理啤酒 废水的可行性及其关键技术参数，并将u a s b 成功应用在北京啤酒厂的废水处 理中。以后u a s b 在国内的应用发展非常迅速，u a s b 反应器在不同类型的厌氧 反应器项目中所占t e 例很大。目前，我国的u a s b 项目目前还较多地依赖国外 公司，但我国在这方面的研究力度很大，u a s b 的设备化、产业化加快【4 】。 e g s b 是l e t t i n g a 等人在u a s b 基础上于8 0 年代后期提出来的，它们结构上 有类似性，区别是e g s b 采用了出水回流和较大的反应器高径比，大大提高了 上升液速，在与u a s b 取得相近的c o d 去除率时，e g s b 的容积负荷比u a s b 高， 且h r t 也e l u a s b 短。另外，由于采用较大的回流比，稀释作用显著，使得e g s b 在处理含甲醛和甲醇一类对微生物有很强毒性的化工废水时优势明显。e g s b 2 四川大学硕士学位论文 最大的缺点是反应器中难以形成性能优良的颗粒污泥。这也使得颗粒污泥的形 成成为该技术的核心。国内清华大学一直致力于e g s b 的攻关研究，并且已取 得了不少的进展。 内循环厌氧反应器( i c ) 是荷兰p a q u e s 公司于8 0 年代中期在u a s b 反应器 的基础上开发成功的第三代超高效厌氧反应器。这是一项重大的技术发明，发 明者作了严格的技术保密，直n 2 0 世纪9 0 年代以后才在有关杂志上见到i c 反应 器的研究报道【5 】。p a q u e s 公司在欧洲建立了多套大型的i c 反应器。国内现已 建成的i c 反应器大部分用于处理啤酒废水，上海富仕达啤酒1 6 1 引进的i c 反应器， 其容积为4 0 0 m 3 ，高2 0 5 m ，进水c o d 浓度2 0 0 0 m g l ，容积负荷1 5k g c o d ( m 3 d ) ， h r t 为2 h ；沈阳华润雪花啤酒 7 1 引进的i c 反应器容积为7 0 m 3 ，高1 6 m ，进水 c o d 4 3 0 0m g r u ，容积负荷2 5 3 0 k g c o d ( m 3 d ) ，h r t 4 2 h ，c o d 去除率为8 0 。 1 2 生物流化床概述 1 2 1 生物流化床原理简介 在废水处理技术中，生物处理以其经济、有效性，发展至今已经成为了城 市生活废水和工业废水处理的最主要的方法。在废水生物处理工艺中，生物流 化床技术是一种新型的生物膜法工艺。它是将化工的流态化技术和生物工程的 微生物固定化技术有机结合而产生的新型反应器技术。化工中的流态化技术是 指颗粒状物料与流动的气、液体相接触，并在气、液体作用下呈现某种类似于 流体状态的技术。生物流化床中覆盖有生物膜的载体在曝气或液流的推动作用 下呈流化状态，使固( 生物颗粒) 、液( 废水) 、气( 空气) 三相之间得到充分 接触，颗粒之间相互碰撞，生物膜表面不断更新，微生物始终处于生长旺盛阶 段。而且，因为微生物是固定在载体( 如砂、玻璃珠、活性炭等) 上的，所以 微生物的停留时间比传统反应器的长得多，微生物的浓度也要高得多。 总之，该技术能使床内保持高浓度的生物量，传质效率极高，从而使废水 的基质降解速度快，水力停留时间短，运转负荷比一般活性污泥法高1 0 2 0 倍， 抗冲击负荷能力强。另外，流化床高径比较大，反应器占地面积小等优点，使 它越来越受到水处理界的重视，被认为是一种高效的生物反应器技术。 1 2 2 生物流化床技术的发展概况 用于废水处理的生物流化床，按其生物膜特性等因素可分为厌氧生物流化 四川大学硕士学位论文 床和好氧生物流化床两大类。随着对流化床的不断研究和开发，亦已出现了多 种新型生物流化床的运用。 1 2 2 1 厌氧生物流化床 厌氧生物流化床( a f b ) 是借鉴化工流态化技术的种生物反应器。在a f b 反应器中，微生物固定于小颗粒载体上而形成生物颗粒。以生物颗粒为流化粒 料、污水作为流化介质，由外界旌以动力使生物粒子克服重力与流体阻力，形 成“流态化”。j 喇s 等膳1 最早将开发的厌氧生物流化床技术用于去除丑o d ，和 n h 3 一n 的硝化处理。在j e d s 等人的努力下，美国e c o l o t r o l 公司推出了h y ：f l 0 厌 氧流化床反应器用于废水的二、三级处理；同时，s u t t o n 等人研究出a n y t r o n 反应器；d o r r - o l i v e r 公司将a n y t r o n 及g i s t - b r o c a d e s s e 艺也应用到了工业上。随 后，世界各国对a f b 反应器的实验研究及工业应用日益增多。 a f b 反应器从结构上看，可以分为单相或两相结构。单相即是将厌氧消化 的几个阶段在同一反应器内完成，而两相即是将产酸和产甲烷两个阶段分开， 分别在酸化流化床和甲烷化流化床中进行，因为产酸菌和产甲烷菌的生长环境 条件要求不同，将其分开有利于两类菌的生长，提高厌氧消化能力。两相厌氧 流化床反应器要比单相厌氧流化床反应器更稳定，更有效【9 】。它有许多优点： 污泥活性高，两相结构约为单相结构的3 倍左右；p h 值容易控制，且碱耗量少； 工艺抗冲击负荷的能力优于单相；生物膜厚度易控制；c o d 去除率高，水力停 留时间短。不过，两相工艺要求将产酸菌和产甲烷菌分开，这是报困难的n 。 而且两类菌群的生长时间也不同。因此，在研究和应用中，仍以单相结构为主， 特鄹是对出水水质要求不是特别高时，单相舀其设备、基建投资少，反应器易 控制，具有更大的经济上的优势。 八十年代初，e c o l o 仃o l 、d o r r - o l i v e r 、g i s t - b r o c a d e s 、a l l a r d 、f d c o 等公司 建成生产型a f b 用于处理清凉饮料、大豆加工、酵母发酵、造纸、食品加工等 工业废水【l i 】。表1 列出了国外部分生产型a f b 的应用实例。 4 四川大学硕士学位论文 表l 国外生产型a f b 实例 t a b l e1f u l l s c a l ea f bi nf o r e i g nc o a n t r i e s 公司名称 a 8 嚣等“器嚣善 a s a h if i d c oe c o l o t r o l 所在地法国美国日本美国荷兰美国 投产时间 1 9 8 5 1 01 9 8 4 4 1 9 8 91 9 8 9 废水种类酵母发酵大豆加工啤酒发酵食品加工 啤酒清凉饮料 废水量( m 3 d ) 1 加07 7 0 7 5 03 1 83 8 0 进水c o d 浓度 ( m n l ) 反应器容积( m j ) a f b 相数 h r t ( h ) c o d 去除率 ( ) c o d 容积负荷 ( k g c o d h n s d ) 消化温度( ) 5 6 1 1 4 8 0 两相 9 3 。5 9 8 3 0 4 0 9 2 0 06 9 0 0 4 2 07 8 01 2 0 单相单相 1 8 o6 7 0 8 07 7 1 6 0 9 6 3 5 - 1 5 另外，厌氧流化床的应用实例还有很多，如处理鱼类加工废水 j2 l 、玉米淀 粉废水“3 1 、糖蜜废水“4 1 、纤维废水、屠宰、奶牛场、酿酒废水1 1 5 1 等等。 以上涉及的废水都是易降解废水，运用a f b 处理造纸、含硫、含酚、印染 等难降解或有毒废水的工程实例还比较少见。 p r e f f e r 等【1 川研究t c o d 浓度为1 5 0 0 0 m 酊。的含高浓度的酚及氰的煤气厂废 水的处理3 5 0 时，c o d 去除率为9 0 ，酚的去除率达9 5 。 f l o r a 等【j 7 1 用g a c 载体a f b 反应器处理合成废水，废水中乙酸浓度 2 0 0 0 5 9 0 0m g l ，多种不同形式有毒氯酚浓度1 0 0 0 3 0 0 0 m g r l ，其c o d 去除率可 达9 8 ，但g a c 载体使用寿命短，仅能维持1 0 0 天。b a r a s c u d 掣1 8 】将a f b 用于处 理造纸废水，效果一般。 与国外相比，在国内a f b 用于废水处理的成功工程实例极为少见，对a f b 反应器研究基本停留在实验和中试阶段。 劳善根【l9 1 以活性炭作载体用a f b 处理高浓度含酚废水，反应器连续运行 3 8 4 天，当进水c o d 、酚、t o c 分别为2 7 5 5 m g l 、9 5 2 3 m g l 、1 0 0 5 7 m g l l 时， 三者的去除率分别为9 6 5 、9 9 9 、9 7 _ 3 。 周健等【2 叫以颗粒活性炭作载体用舢疆处理硫酸盐草浆毒性废水，当进水 掀嘉醐饽 u 拍姗蒜弛巧卯 四j i 大学硕士学位论文 c o d 浓度在2 0 0 0 5 0 0 0 n g j l ，h r t 为3 9 h ，容积负荷达4 3 2 ( k g c o d m 3 d ) 时， c o d 去除率为5 0 1 7 0 2 。 杨平等 2 ”采用多孔聚合物载体固定化微生物在a f b 反应器中处理含硫废 水，研究发现，当进水c o d 浓度5 0 0 0 m g l ，h r t 5 2 5 4 h ，$ 2 3 5 0m g l ，厌氧消化受到抑制：而s 0 4 2 - 浓