（环境工程专业论文）复合式厌氧折流板反应器（habr）处理生活污水特性研究.pdf

西安建筑科技大学硕士论文! 复合式厌氧折流板反应器( h a b r ) 处理生活污水特性研究 专业环境工程 研究生曹正丹 导师金奇庭教授 捅要 对h a b r 在常温下处理生活污水特性进行初步研究，试验结果表明常温下h a b r 处理 生活污水是可行的。本试验内容包括常温下启动、最佳运行参数、厌氧污泥的特性、填 料的功能、厌氧后处理探讨等。其研究结果如下： 1 在常温下用久置好氧污泥和厌氧污泥接种，启动过程中进水c o d 为4 0 0 m g l 左右，调 整水力停留时间，当容积负荷0 8 2 k g c o d m 3 d ，c o d 去除率为9 1 ，启动完成。启动过 程中由于污泥负荷太低没有形成颗粒污泥。 2 水力停留时间( h r t ) 是隔室间c o d 去除率的关键因素，当h r t 为5 h ，其c o d 总的 去除率达到最高9 2 ，6 。当h r t 在5 h 及以上时，5 0 以上的c o d 在第一隔室被去除， 反应器的分相不明显；当h r t 小于5 h ，第一隔室的去除率下降为2 0 以下，后面隔室 的去除率上升；但不同h r t 下，第五隔室的c o d 相对去除率都低于1 0 ，因此处理生 活污水，h a b r 设四个隔室就足够了。 3 1 a b r 反应器有很强的耐冲击负荷能力。h r t 为3 h ，将进水c o d 值增加一倍，容积负荷 为6 4 k g c o d m 。d ，c o d 的去除率由7 3 下降为5 8 ，h r t 为1 5 h ，容积负荷仍为 6 4 k g c o d m 3 d ，c o d 的去除率下降为3 8 ，水力负荷的冲击比浓度负荷的冲击对反应器 的影响大。 4 处理生活污水总的产气量比较少，大量气体溶解在水中随水带出。系统的总产沼气量 随h r t 的减小而增加，产沼气率逐渐减少，由最高的0 4 5 l g c o d 减少到0 2 9 l g c o d 。 5 处理生活污水过程中，提高污泥负荷是形成颗粒污泥的关键因素，污泥负荷为o 3 2 k g c o d k g v s s d 时开始形成颗粒污泥，颗粒污泥粒径大于0 5 6 m m 后，粒径越大活性越低。 关键词： n b r生活污水水力停留时间( h r t )颗粒污泥 西安建筑科技大学硕士论文 ! t h ep e c u l i a r i t ys t u d yo fh a b r t r e a t i n gd o m e s t i cw a s t e w a t e r 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 s t u d e n t ：c a oz h e n g d a n t u t o r ：p r o f j i nq i t i n g a b s t r a c t t h ep e c u l i a r i t ys t u d y , o fw h i c ht h eh a b rf h y b i r da n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r ) t r e a t s d o m e s t i cw a s t e w a t e ra ta m b i e n tt e m p e r a t u r e ，s h o w sp r o m i s ef o r w i d e l yu s e d t h es t u d y i n c l u d e s s t a r t u p ，o p t i m u mo p e r a i n gp a r a m e t e r s ，a n ds l u d g ec h a r a c t e r , p o s t t r e a t m e n t d i s c u s s i o n t h r o u g ht h e s ee x p e r i m e n t s ，s o m ec o n c l u s i o n sa r es h o w na sf o l l o w i n g ： 1 t h er e a c t o rw a si n o c u l a t e dw i t ha e r o b i cs e e da n da n a e r o b i cs e e d d u r i n gs t a r t - u p p e r i o d ，t h ei n f l u e n tc o d c o n c e n t r a t i o nw a sa b o u t4 0 0 m g l ，w h e nv o l u m e t r i cl o a d i n gr a t e ( v l r ) w a s0 8 2 k g c o d m 。d ，t h ec o dr e m o v a lr a t em a i n t a i n s9 1 ，t h e s ec h a r a c t e r ss h o w t h a tt h er e a c t o rh a sb e e ns t a r t e du ps u c c e s s f u l l y d u et oal o wi n i t i a ll o a d i n gr a t e ，g r a n u l e p a r t i c l e sh a v e n tb e e nf o u n d e d i nt h er e a c t o r 2 t h eh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ( h r t ) i sa ni m p o r t a n tf a c t o r f o rc o do ft h ee a c h c o m p a r t m e n tr e m o v a lr a t e t ot h i sr e a c t o rt h eo p t i m a lh r t i s5 h ；t h ea v e r a g ec o dr e m o v a l r a t er e a c h e d9 26 w h e nh r ti sm o r et h a n5 h 5 0 c o dh a sb e e nr e m o v e dd u r i n gt h ef i r s t c o m p a r t m e n t ；d i f f e r e n tp h a s ei s n to b v i o u si nt h er e a c t o nw h e nh r ti s l e s st h a n5 h ，t h e r e m o v a lr a t eo ft h ef i r s t c o m p a r t m e n td e c r e a s e s t ol e s st h a n2 0 ，b u tt h e s e q u e n c e c o m p a r t m e n t sr e m o v a l r a t ei n c r e a s e s a td i f f e r e n th r t , t h er e m o v a lr a t eo ft h ef i v e c o m p a r t m e n t si s b e l o w10 s oi ti se n o u g hf o rah a b rw i t hf o u rc o m p a r t m e n t st ot r e a t d o m e s t i cw a s t e w a t e r 3 t h ep e r f o r m a n c eo f h a b ri ss t a b l e w h e nh r ti s3 h ，d o u b l et h ei n f l u e n tc o d ，v l r r e a c h64 k g c o d m 3 d ，t h et o t a lr e m o v a lr a t ed e c r e a s ef r o m7 3 t o5 8 d e c r e a s i n gh r tt o 1 5 h ，a tt h es a m ev l r ，t h er a t ed e c r e a s et o3 8 t h e r e f o r e ，t h ei n f l u e n c eo f h y d r a u l i cl o a d i n g s h o c k i n gi sm o r et e r r i b l et h a nc o n c e n t r a t i o ns h o c k i n g 4 t h eb i o g a sp r o d u c t i o ni sl o wi nt r e a t i n gd o m e s t i cw a s t e w a t e rb e c a u s em o s to fg a s s o l v ei nt h ee f f l u e n t w i t hh r t s h o r t i n g ，t h eo v e r a l lb i o g a sq u a n t i t yo fs y s t e mi n c r e a s e s t h e r a t eo f b i o g a sd e c r e a s e sw i t hs h o r t i n go f h r t , v a r y i n gb e t w e e n 04 5 02 9 l g c o d 5 i nt h ec o u r s eo ft r e a t i n gd o m e s t i cw a s t e w a t e r , t h ek e yf a c t o ri ss l u d g el o a d i n g w h e n 西安建筑科技大学硕士论文 一i i t h es l u g el o a d i n gi si n c r e a s e dt oo 3 2k g c o d k g v s s d ，g r a n u l ep a r t i c l e sc a nb ef o u n di nt h e r e a c t o r a n dw h e nt h es i z eo fp a r t i c l e si sm o r et h a no 5 6 m m ，t h el a r g e ro ft h es i z ei s ，t h e l o w e ro ft h eb i o m a s sa c t i v i t yi s k e yw o r d s ：h a b r d o m e s t i cw a s t e w a t e rh r t g r a u n l ep a r t i c l e s 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 己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：带卿 日期：洒t 2 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 菠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) 论文作者姥槲铈繇锨 ：请将此页附在论文首页。 西安建筑科技大学硕士论文 1 绪论 根据国民经济和社会发展“九五”计划和2 0 1 0 年远景目标纲要的要求，到2 0 1 0 年城市污水处理率要达到5 0 。然而，1 9 9 7 年全年污水处理量为8 98 亿m 。，即城市污 水的处理蛊只有2 59 1 1o 以我国目前的经济条件，要普及传统的二级处理工艺是比较 刚难的。在当前隋形h 探索岛效低能稀的牛活污水处理工艺已是一个急需解决的问题， 发展口j 持续污水处理工艺交得势在必行。所谓可持续污水处理工艺就是朝着最小量的 c o d 氧化、最低的c 0 2 释放、最小的剩余污泥产量、实现磷凹收以及处理水回用等方 向努力口1 。 随着人们对厌氯消化机理研究的不断深入和各种高效厌氧反应器的不断出现，废 水的j 天氧生物处理技术己经成为资源和环境保护的核心技术之一口l 。其主要原因在于厌 氧处理拉术在污水处理过程中可较大限度地降低c o d 的能耗量，剩余污泥产率也比传 统好氧工岂少得多，其后处理工艺的设置比较灵活，并可根据相应的经济状况分期建设。 在各种新型高效厌氧反应器中，犬氧折流板反应器 0 5 h 时出水c o d 一般低于4 0 m g l 。也有人1 2 圳进行厌氧流化床处理生活污水的试验，获得了良好的效果。 当h r t 在3 4 h 时，b o d 5 去除率达7 0 8 0 甚至更高。l e t t i n g a 等人 2 9 1 1 9 7 9 年就开始了 用u a s b 反应器处理生活污水的研究，他们用1 2 0 l 容积的反应器接种颗粒污泥，在温 度为8 2 0 0 c ，h r t 为1 2 h 下运行，c o d 去除率达6 5 8 5 ，即使在雨季也有5 0 7 0 。 1 9 8 1 年到1 9 8 3 年又进行了6 m 3 反应器的运行试验( 用消化污泥接种启动) ，证明了在 1 5 。c 以上均可获得较好的处理效果。b a r b o s a 等人1 3 0 l 在污水温度为1 8 2 8 0 c ，在h r t 为 4 h 的条件下，用自接种法启动c o d 去除率达到7 4 ，这个效果是相当好的。我国清华 大学周琪等“于1 9 9 2 年用u a s b 反应器进行了处理生活污水的小型试验研究，成功 地培养了颗粒污泥，用颗粒化后的反应器处理生活污水时，水力停留时间不低于4 6 小时，水温不低于1 7 。c 的工艺条件下，出水c o d 均小于1 0 0 m g l 。另外，中国市政工 程西南设计研究科研所、北京环境保护科研所也进行了这方面的研究工作。a b r 反应 器同其它厌氧反应器一样，迄今主要用于高浓度有机废水的中温处理。a b r 反应器在 西安建筑科技大学硕士论文 旦 处理生活污水实际工程中的应用如前所述还比较少见。在哥伦比亚”引一个小城镇的生 活污水处理采用a b r 反应器，设计的温度为1 5 0 c ，反应器的上升流速为3 r r d h ，两个月 后，反应器达到7 0 的c o d 去除率和8 0 的悬浮固体去除率；在o 4 2 k g c o d m 3 d 之间变换容积负荷对去除效率没有影响，为获得直接排放的出水水质，在a b r 后加一 个氧化塘作后处理；经济上，a b r 反应器的结构造价比u a s b 低约2 0 ，比传统的活 性污泥法少了约五倍。 由上述可知，在常温下各种厌氧反应器对生活污水均能有较好的处理效果。其中厌 氧滤池构造简单，运行方便，耐冲击负荷能力强，但是填料易堵塞，从而减少了反应器 的有效容积，并容易形成短路，需设反冲装置，通常须在前段设初次沉淀池作为预处理， 另外，人工填料也增加了工程投资。厌氧膨胀床和厌氧流化床对处理低浓度废水有独特 的优越性，但工艺本身需要大量细小载体，费用昂贵，布水结构复杂，并需大量回流水， 运行费较高，管理也比较复杂，距实际工程应用还有一定距离。升流式厌氧污泥床反应 器具有保持较多的生物量、颗粒污泥的沉降性能好、和活性高等特点，因而反应器的容 积负荷高，也不需另设沉淀池和污泥回流设备，废水也不必回流，因而在基建费用，负 荷能力、运行费用等方面都有着显著的优势，目前已有一些实际应用的工程实例。但是， u a s b 反应器内需设三相分离器装置，三相分离器的结构复杂，给工艺的放大带来一些 困难，并且在运行中经常形成浮渣，影响处理效果。e g s b 和i c 反应器虽然比u a s b 具有更多的某些优点，但目前还处于研究阶段，还没有工程实例。 复合式折流板厌氧反应器( h a b r ) 是在a b r 反应器的基础上改进而成的。其结构 形式与a b r 相同，复合式折流板反应器内也设置若干竖向导流板，将反应器分隔成几 个串联的反应室。每个反应室上部空间装设填料，这样，每个反应室可以看作是一个相 对独立的上流式厌氧污泥床一过滤复合式反应器( u a s b + a f = u a b f ) 系统。这一系统 的主要特点是：下部为污泥床层，充分发挥其生物保有能力大，成熟后的颗粒污泥去除 c o d 效率高等作用；上部为填料层，一方面充分利用了原有的无效容积区增加了生物 总量，另一方面使得夹带污泥的气泡在上升过程中与之发生碰撞，加速了污泥与气泡的 分离，减少污泥流失量。从整体上看，复合式折流板厌氧反应器是多个u a b f 系统的串 联，组成a b r 反应器。因此，复合式折流板厌氧反应器既具有a b r 的特征，又具有 a f 和u a s b 的特点。在气候温暖的地区，利用a b r 反应器处理城市废水或生活污水， 可经济有效地解决水污染问题，具有很好的应用与开发前景。 1 4 2 生活污水厌氧处理的存在问题 厌氧加好氧过程相串联的工艺流程，虽然具有工程投资省，运行能耗低，污泥产量 少，出水水质好等一系列的优点，但值得注意的是：在这些串联的工艺流程中，厌氧过 西安建筑科技大学硕士论文 里 程只是实现对有机物的水解和酸化，仅达到3 0 5 0 的c o d 去除率。就整套工艺来讲， 仍然是以好氧为主的工艺流程，厌氧反应器的作用仅相当于初沉池的作用，只不过嗣时 消化了部分剩余污泥。虽然厌氧反应器在前段水解作用能提高后续好氧处理阶段的的处 理效率，减少系统的产泥量，但好氧过程的需氧量和能耗量只是部分的降低，厌氧过程 的产气量也不高。而且，作为后续处理的好氧过程，也必须尽可能地采用经济、合理的 方法才能节省能耗。 以厌氧为主的工艺流程对生活污水的处理也不能算作是完全的处理，因为其仅仅去 除了污水中有机物和悬浮物，其处理后的出水中溶解氧浓度低、有异味、氮磷基本上没 有得到去除，还需要作迸一步的处理才能达标排放。而且，尽管温度对所有微生物的生 命活动过程都有很大的影响，但厌氧微生物比好氧微生物对温度的变化反应更敏感，试 验数据表明，当污水的温度降至1 0 0 c 以下时，厌氧处理的去除率会明显下降，产气量显 著减少。显然，对水量大的生活污水加热几乎是不可能的，会消耗大量的畿源，大大削 弱厌氧微生物处理技术经济上的优越性，目前国内外的厌氧生物处理工程大多是在常温 下进行。 1 5 本试验研究的目的和意义 综上所诉，可以看出a b r 工艺具有工艺流程简单、工程投资省、运行费用低、处 理效率高、系统稳定性好等一系列优点。与其它高效厌氧反应器相比，可作为好氧法的 替代或预处理工艺，对于经济有效地解决水污染问题具有重要的意义。但是，对a b r 反应器的研究仍有许多方面需作进一步的专题研究和探讨，例如：对于如何解决高c o d 容积负荷下反应器中过度酸化问题、a b r 反应器中颗粒污泥的形成条件和机理的研究、 与其他工艺联用( 如好氧或物化工艺) 、用于处理特种废水的处理、大规模水处理工程 应用中的工艺设计参数的确定等。此外，对于a b r 反应器的工艺机理目前仍然很少涉 及。因此，本试验研究旨在研究对a b r 反应器成功启动的影响因素，提出成功启动反 应器的措施和参数。另外，对反应器的运行特性，特别是各运行参数对反应器处理效率 的影响和后处理工艺的选择等都值得详细探讨，以期达到对工艺运行参数的确定及对 a b r 反应器运行特性的了解等目的。 本课题主要研究h a b r 对生活污水处理特性的研究，为使其更具有应用价值，本课 题采用常温条件下处理生活污水。尽管在常温条件下，采用厌氧工艺处理低浓度的生活 污水是可行的，但直到今天，只有热带地区才有实际工程的应用实例。我们希望通过本 试验研究，对于更清楚的了解h a b r 在常温下处理低浓度有机废水的机理、更好地进行 反应器运行参数控制、缩短反应器的启动周期、掌握低浓度废水处理工程中污泥颗粒化 的条件等方面，均有重要的理论意义和实践意义。也可为a b r 工艺将来在城镇污水处 西安建筑科技大学硕士论文旦 理领域的实际应用提供可行的依据和参数，同时为实际工程的设计和运行提供参靠资 料。众多的研究与实践证明，以高速厌氧反应器为主体工艺的厌氧水处理系统，在处理 城市污水的处理中可以节省投资，降低能耗和运行费用，而且处理效果也比较好，是一 项极有吸引力的水处理技术，值得进一步推广应用，尤其是在经济相对落后的发展中国 家。 一一 西安建筑科技大学硕士论文 1 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 试验装置 2 试验装置及研究内容 试验用厌氧折流板反应器采用透明有机玻璃制成，长、宽、高分别为6 5 8 m m 、 1 0 6 m m 、9 6 0 m m ，有效容积5 0 l ，气室容积9 3 8 l 。该反应器分隔成五个反应室，每个 反应室由一个上流室和个下流室组成，通往上流室的隔板下部边缘皆设有4 5 。导流倾 角，便于将水送至上流室的中间，利于泥水混合接触。每个反应室上流室液面下装有半 软性填料，填料比表面积为8 0 i o o m 2 m 3 ，填料安装高度为1 6 0 m m 。每个反应室有效 容积均为i o l ，下流室与上流室体积比为4 ：1 。反应器外有恒温水浴夹套，启动期间， 室内温度在o 1 5 之间，通过温控仪控制反应器内水温为1 8 1 。其试验装置如图2 - 1 所示。 图2 - 1 试验装置图 2 2 试验水质及分析方法 本试验为低浓度废水的处理，采用模拟生活污水。其水质见表2 - 1 ，试验过程中加 入营养液补充微量元素。模拟生活污水组成成份见表2 - 2 西安建筑科技大学硕士论文 表2 1生活污水水质 项目 数量( m g l ) 项目数量( m g 几) c o d o 4 1 0t p8 1 n h a n1 83 p i t - - 7 0 表2 - 2废水组成成份 成份 重量( m g l ) 可溶性淀粉 1 5 0 蔗糖 2 2 0 蛋白胨 4 0 n h 4 c l 7 0 n a h c 0 1 2 5 0 尿素 1 5 k i - i z p 0 4 2 7 2 3 试验分析项目及方法 试验中分析项目、方法及参考文献见表2 1 所示。 表2 - 3试验分析项目及方法 分析项目分析方法参考文献 p h 值精密试纸 3 2 碱度酸碱指示剂滴定法 【3 2 挥发性脂肪酸( v f a )蒸馏法 【3 3 】 c o d e ，重铬酸钾法 3 2 s s称重法 3 2 v s s称重法 3 2 污泥产甲烷活性间歇试验 3 3 】 多糖硫酸一苯酚法 【3 4 n h 4 + - n纳氏试剂光度法 3 2 2 4 试验研究内容 西安建筑科技大学硕士论文 堑 1 、h a b r 启动试验研究。本段试验主要考察c o d 、v f a 、碱度、产气及污泥在启动过 程中的变化。 2 、h a b r 常温下处理生活污水运行特性研究。研究不同容积负荷( o l r ) 、停留时问 ( h r t ) 各隔室及系统c o d 去除率、挥发酸、产气量、产气率的变化。研究h a b r 在 容积负荷和水力负荷下各隔室及系统c o d 去处率、挥发酸、产气量、产气率的变化。 3 、h a b r 污泥特性研究。研究在试验的整个过程中，各隔室污泥床高度、s v i 、s s 、 v s s 及产甲烷活性的变化，同时考察颗粒污泥的形成条件和各隔室粒径分布变化。 4 、填料在反应器中的作用及填料上泥特性研究。 5 、厌氧后处理探讨。 西安建筑科技大学硕士论文 旦 3h a b r 启动试验研究 厌氧反应器能否成功启动是反应器运行成败的先行条件。启动的目标就是为需处理 的污水培养最适宜的微生物种群，适应新的环境，伴随着微生物种群繁衍及污泥形态的 变化而建立新的生态系统，达到稳定的去除效果。初次启动的成功对一个运行良好的 h a b r 反应器来说非常重要。但对厌氧反应器来说，启动过程却是一个复杂而缓慢的过 程，影响厌氧反应器启动的因素很多，其中包括接种污泥的活性、数量、废水浓度和成 份以及环境条件、操作条件( c o d 容积负荷、水力停留时间h r t ) 等。已有研究者对 启动提出很好的控制参数和措施，但处理对象大多针对高浓度的有机废水。 3 1 接种污泥性状 w e i l a n d 和r o z z i 0 4 在讨论高效厌氧反应器的启动时提到为了丰富污泥中产甲烷 菌的种类，接种污泥最好用几种不同来源的厌氧污泥混合而成。据有关资料报道 3 6 3 , 污泥的接种浓度应不低于1 0 k g v s s i n 3 ，接种污泥的填充量不超过反应器的6 0 。本试 验按种污泥为取自3 5 1 3 厂久置好氧污泥和放置半年啤酒厂的厌氧污泥，混合后经筛网 去掉污泥中大的团块、草末杂质等后，将污泥均装于反应器各隔室上流室中，污泥装填 高度为6 0 c m ，污泥的接种浓度约为2 2 5k g v s s m 3 。接种污泥的性状见表3 1 表3 - i接种污泥特性 特性 泥来八 s s ( m g l )v s s ( m g l ) v s s s s s v i ( m l g ) 3 5 1 3 厂 7 4 74 3 0 3 o 5 8 1 3 _ 3 8 啤酒厂 5 7 91 0 9 4o1 9 1 7 2 7 3 2h a b r 启动过程特征 3 2 1i j a b r 启动方式及过程 厌氧反应器的启动方式有低负荷启动和高负荷启动，当采用低负荷启动时，气流和 液流的速度较低，有利于絮状和颗状污泥的形成；而采用高负荷启动可大大缩短启动时 间，但反应器容易酸化，且与之相关的报道很少，一般建议采用低负荷启动。 本试验为低浓度废水的处理，故采用低负荷启动方式。启动时控制c o d 容积负荷 为0 2 k g c o d ( m 3 d ) ， 氓t = 4 8 h ，逐步缩短水力停留时问( h r t ) ，当负荷逐步达到 西安建筑科技大学硕士论文 坚 0 8 k g c o d ( 1 1 1 3 , d ) 时，c o d 去除率稳定在8 0 以上，历经1 0 0 天启动完成。根据本试 验的实际运行情况，整个启动过程分为污泥静态培养期、驯化期、稳定运行期三个阶段 组成。 ( 1 ) 静态培养期( 1 8 d ) ，指反应器接种泥到厌氧污泥开始产生。试验第一天，向反 应器投加接种泥，继而加入废水( c o d 约4 0 0 m g l ) ，搅拌均匀，随后每两天换废水一 次。投加废水前先排出上清液，再补充搅拌均匀的新鲜废水；在污泥培养阶段，通过水 浴央套控制平均水温为1 8 l ，每天搅拌三次，每次投加废水前观察厌氧污泥活性， 以判断污泥培养驯化情况。当观察到反应室水面有气泡产生时即认为已培养出厌氧菌， 种泥的静态培养完成。 ( 2 ) 污泥驯化期( 9 3 9 d ) ，指厌氧污泥量开始增加，厌氧降解有机物去除率逐渐上升。 第9 天时，装上填料并密封反应器，开始给其连续进水，为了不让水力负荷对系统造成 冲击引起污泥大量流失，水力负荷控制为o5 0 m 3 m 3 d ，即水力停留时间( h r t ) 控制为 4 8 h ，相应的污泥负荷为o 0 1 k g c o d k g v s s d 左右，容积负荷为0 2 0 k g c o d m 3 d 左右。 密封后的第二天对其进出水水质进行分析，出水中含有大量的污泥，其c o d 值高于进 水，这可能是由于部分接种污泥自身尚未稳定，消化作用还在继续进行，污泥水解所产 生的部分c o d 溶于出水中。到1 4 天时，系统正常出水c o d 值开始小于进水值，隔室 内可观察到有少量气泡产生，但系统产气量很不稳定。2 9 天后，反应器出水s s 开始低 于3 0 m g l ；随后逐步加大水力负荷，当水力负荷提高到1 0 m 3 m 3 d ，即水力停留时间 ( h r t ) 为2 4 h 时，c o d 去除率缓慢上升到6 0 以上，产气量达4 o l d ，表明污泥己 初步适应废水水质。 ( 3 ) 稳定运行期( 4 0 9 9 d ) ，指增大反应器水力负荷情况下，反应器达到较高且稳定 的c o d 去除率。此阶段共运行5 2 天，春节期间反应器停止运行7 天( 停运期间，试验 室气温为1 左右) 。停运前，水力停留时间( h r t ) 为2 0 h ，容积负荷为o 7 k g c o d m s d ， 去除率稳定在8 5 以上。但恢复运行时，水力停留时间仍然控制为2 0 h ，第二天c o d 的去除率就达到7 1 1 ，运行6 天后系统就恢复到停运前的状态，出水c o d 均小于 9 0 m g l 。 3 2 2 启动过程c o d 及产气特性分析 启动过程后期即驯化期结束后，c o d 的去除率及产气率逐渐上升，且对环境条 件变化不敏感。其c o d 的去除率及产气率随运行时间的变化情况如图3 1 3 所示。 西安建筑科技大学硕士论文堡 罢0 量0 兰 磊。 藿。 饰 o 图3 1 启动中c o d 去除规律 图3 2 启动中容积负荷与c o d 去除率的关系 一1 5 墨l o 挚5 址 0 3 04 05 06 07 08 09 0 1 0 01 1 0 时间( d ) 一产气量- 卜一产气率 图3 _ 3 启动时反应器产气特性 由图3 1 可看出，在污泥驯化阶段的c o d 去除率不稳定，但由于反应器中污泥负 荷低，配水水质成份简单，易降解；同时，生物填料在启动期就截留吸附了相当一部分 细小污泥，并开始形成生物膜，对c o d 也有一定的降解作用。系统去除率均在5 0 以 。j嵋l，1一。 兰伽狮。 一 一 一1詈一趔。u*丑，崮 1【i11111l 一 吕甚，1v胖圹也 耋| 叫 西安建筑科技大学硕士论文 垫 上。在驯化期结束后，c o d 去除率逐渐上升，基本上不受进水浓度变化的影响，而且 反应器在外部环境为0 。c 左右的低温情况下停止运行7 天后，恢复运行仅6 天后就能达 到停运前的状态，可见此类反应器对环境条件变化并不十分敏感。 由图3 2 可看出，在启动后期，c o d 的去除率与容积负荷的几乎没有相关性，当容 积负荷控制为o 8 2 k g c o d m 3 d 时，c o d 去除率稳定在8 0 以上。但由于反应器在启动 前3 0 天产气量很小，没有集气，所以没有进行产气量的分析。 由图3 - 3 可看出，在启动的后期，产气量和产气率均处于上升趋势。在启动稳定期， 产气量变化幅度较大，产气率却快速上升，但总体上看产气率的值仍然非常低，其最大 值也仅为3 4 m l g c o d 。其原因主要是由于产气量与容积负荷、温度有关，当温度高、 容积负荷大时，产气量就大；而产气率与c o d 转化为甲烷的比例相关，在启动初期是 厌氧污泥的活性比较低，甲烷的转化能力也比较低，吸收的基质大部分都用于微生物自 身的生长需要，因而产气率比较低。据报道 4 ”，在试验前期，只有1 0 的c o d 量被转 化为甲烷，而在试验的后期，在去除的c o d 中，以甲烷形式去除的比例增加到3 0 。 另外，污泥驯化阶段，部分c o d 只是通过污泥沉淀和吸附、填料的拦截和吸附而被去 除的，并没有被完全转化而得到降解。 3 2 3 启动过程v f a 变化 产甲烷速率、p h 范围、v f a 是厌氧工艺的三个重要指标，它们与工艺运行的正常 与否息息相关，在污泥驯化期，v f a 变化幅度比较大，v f a 浓度随着容积负荷的增大 而增大，但其值均小于1 2 0 m g l ；在启动后期，出水的v f a 保持在6 0m g l 左右，基本 上与容积负荷无关。从图3 4 可看出反应器出水的v f a 随容积负荷的变化而变化的情 况。 图3 4 启动时容积负荷与出水v f a 关系 西安建筑科技大学硕士论文翌 表明此时反应器内产甲烷菌的活性增强，而且比较稳定。由于反应器内微生物量较 大，每格中的v s s 均在2 0 9 l 以上，还有填料上附着微生物降解作用，反应器中产生的 v f a 基本上能被转化为甲烷。当容积负荷突然增为0 8 2 k g c o d m 3 d 时，出水v f a 仍为 6 0m g l ，c o d 的去除率仍然达到8 6 左右。 3 2 4 启动过程p h 变化 整个启动过程中，进水p h 为6 3 6 7 ，出水p h 变化不大，在6 3 6 8 之间。研究表 明，在厌氧生物过程中，厌氧微生物对环境p h 值变化的适应性很差，具有定的范围 限制，可接受的最佳p h 值范围为6 5 8 2 。而生活污水c o d 浓度较低，碱度通常在 2 0 0 3 0 0 之间，具有一定的缓冲能力。因此，p h 值在反应器启动期间不是主要的限制 性因素，启动过程中基本没有过度酸化的危险。从启动过程中v f a 的浓度变化可说明 p h 值不是主要的限制性因素。 3 2 5 启动过程污泥的特性 接种污泥均为放置半年以上的剩余污泥，污泥特性见表3 1 。经过长时间的内源呼 吸使泥的活性降低，惰性成份的含量增加。在静态培养期，通过人工搅拌使呈絮状的低 活性污泥淘洗除去，在前5 天，大量的悬浮污泥随水带出，其出水的s s 为5 3 0 7 5 0 m g l ， 出水的v s s s s 约为3 4 0 ，与反应器内的污泥活性基本相同。启动5 0 天时，从第一隔 室排出污泥2 l ，s s 合计为1 5 0 9 ；第二隔室排出污泥o 5 l ，s s 合计为4 0 9 。启动过程中 污泥特性变化如图3 5 图3 8 所示。 1 2 0 1 0 0 8 0 6 0 4 0 图3 5 各隔室s s 的变化 西安建筑科技大学硕士论文 丝 4 图3 6 各隔室v s s 的变化 卜8 n + 4 0 天| + 9 9 天i 7 0 6 0 5 0 曼4 0 赵3 0 柜2 0 l o 0 图3 7 各隔室v s s s s 的变化 8 4 09 9 时间( d ) 黼 黼 皿 暖 圈 1 隔室 2 n 室 3 n 室l 4 n 室i 5 隔室i 图3 8 各隔室中污泥高度变化 从图3 5 图38 可以看出：1 ) 、启动期污泥床高度增长趋势为逐隔降低，其中第 、- - n 室增长迅速，三、四隔室基本不变，第五隔室反而逐步降低；2 ) 、s s 、v s s 的 蛎靳拍坫加0 o _一。 一 西安建筑科技大学硕士论文 翌 浓度除第三隔室有所提高外，其余各格室均有所降低：3 ) 、在污泥驯化期，前面三隔室 的v s s s s 几乎没有变化，第四隔室略有增加，第五隔室略有降低；4 ) 、在稳定运行期， 第一隔室的v s s s s 有所增加，其余各格室则基本维持不变。 主要原因为：1 ) 、水力负荷太低，前面隔室大量分散污泥过速生长，影响沉降性 能，导致污泥床膨胀，致使前面隔室污泥高度增长迅速；而产酸菌对环境的敏感程度小 于产甲烷菌，而整个过程中p h 值为6 3 6 8 ，适宜于产酸菌生长，因此前面隔室内产酸 作用较强，且产酸菌的生长速度远远高于产甲烷菌。2 ) 、接种污泥中有相当多的老化微 生物，该类污泥组成疏散，比重较轻或粒度较小，同时，前面隔室产气量相对较大，污 泥易于随水带出，导致前段格室内污泥浓度有所下降。3 ) 、由于该反应器的特殊结构， 第一隔室承受负荷高。在启动期间，整个反应器的污泥负荷较低，但第一隔室污泥负荷 却达到0 2 3 k g c o d k g v s s d ，而到第五隔室污泥负荷仅为o 0 2 k g c o d k g v s s d ，能降 解的c o d 在前面各格室内已基本得到降解，导致第五隔室的污泥的养料严重不足，致 使部分污泥处于内源呼吸阶段或死亡而使其污泥活性降低。 3 3 本章小结 1 采用久置的好氧污泥和厌氧污泥混合后接种，在反应器温度为1 8 1o c ，历时 9 9 天( 中间停运7 天) ，容积负荷控制为o8 2k g c o d j m 3 ，c o d 去除率达到9 1 ，启 动完成。 2 启动期间，反应器出水v f a 浓度始终小于1 5 0 m g l ，而且反应器的进出水p h 值变化不大，说明h a b r 处理低浓度废水通常没有过度酸化的危险，p h 值在反应器启 动期间不是主要的限制性因素。 3 从目前的文献来看，在低温条件下( 例如温度低于1 5o c ) ，都能成功地培养出颗 粒污泥 3 7 o 本次试验启动过程中没有完成颗粒化。主要原因是污泥的接种浓度为2 2 5 k g v s s m 3 反应器容积，接种量过大，全部为絮状污泥。而处理对象为低浓度废水，较 低的产气量不能将絮状污泥和分散的细小污泥由反应器内较快的“洗出”。但是，如果 污泥接种量过少，反应器启动初期菌种的筛选、繁殖速度慢，也不能快速形成颗粒污泥， 致使反应器启动时间过长。 4 、对于低浓度废水的处理，建议污泥接种量少于2 0k g v s s m 3 ，启动时适当的加大 水力负荷。因为如果反应器的水力负荷过低，反应器中的污泥经长时间沉淀( 因产气少 和隔室内水流上升速度低所致) ，污泥床变得比较紧密，容易产生沟流或短流现象，导 致泥水接触均匀性的大大降低，从而导致泥水的混合程度降低，产气量下降，甚至严重 影响到系统处理效果。因此，利用h a b r 处理生活污水时，建议采较短h r t 的运行方 式启动反应器，有利于泥水的充分混合，促进基质与微生物的充分接触，缩短启动时间。 西安建筑科技大学硕士论文 4 h a b r 运行特性研究 本章主要研究有机负荷和水力停留时间( h r t ) 对h a b r 处理生活污水的运行性能 的影响，通过分析总体的降解效果和各隔室的降解规律以及反应器的产气特性等，提出 相应的技术措施，为实际工程应用提供一定的参考依据。 4 1c o d 降解特性 4 1 1 水力停留时问( i t r t ) 对c o d 去除的影响 处理低浓度废水产气量低，适当的增大固体停留时间( s r t ) ，采用较低的水力停留 时间( h r t = 6 2 h ) 是可行的c 3 8 1o 本试验将进水浓度c o d 控制在4 0 0 m g l 左右，逐步 缩短水力停留时间，从1 6 h 逐步缩短至3 h 。不同h r t 时的c o d 去除率变化如图4 1 所 不o 7 0 6 0 拿5 0 吉4 0 婆3 0 蟊2 0 1 0 毒妻要害窖 日期 值+ 出水滤后c o d 值r c o d e 除率 1 0 0 8 0 6 0 鐾 舶 4 0 2 0 o 图4 1 不同h r t 时c o d 去除率变化 s t u c k e y 认为处理低浓度废水时，较低的水力停留时间所带来的污泥流失问题可以 被较低的产气率所抵消，而且缩短h r t 还可增加水力搅拌作用，从而提高反应器的处 理效率。从图4 1 可以看出，随着h r t 从1 6 h 减少到8 h ，c o d 去除率基本维持不变， 在9 0 左右；当h r t 降至5 h 时，系统去除率达到最高的9 2 6 ；而h r t 降至4 h 时， c o d 去除率迅速下降至7 2 。水力停留时间对于厌氧工艺的影响主要是通过上升流速 来表现的。一方面，较高的液体流速可以增加污水系统内进水区的扰动，因而使污泥与 废水中有机物之问的接触更为充分，有利于提高去除率。另一方面，上升流速也不能太 西安建筑科技大学硕士论文 垄 高，因为当上升流速超出一定范围后，反应器中的污泥可能会被过大的水力冲击作用而 带出反应器，使得反应器内不能保持足够多的生物量，从而影响反应器的运行的稳定性 和高效性。单从c o d 去除率来看，本试验最佳的水力停留时间为5 h 。一般处理高浓度 有机废水时，在其他条件不变的情况下，h r t 与c o d 去除率基本上是呈正比关系，即 h r t 越长，相应的c o d 去除率就越高，因为微生物要完成对有机物的有效降解需要一 定的时间。但在处理低浓度生活污水时，其进水中基质相对较少，易降解，所需的降解 时间理论上应比较小。另外，较低的水力停留时间可以增加水力紊动，降低k s 值，提 高处理效率。而且，如果h r t 太长，进水中能降解的有机物在前面隔室已经被充分降 解，致使后面隔室的微生物养分不足而处于饥饿状态，整体去除率并不会有太大提高。 但是，如果h r t 太小，容易导致反应器的死区体积增大，沟流、短流现象严重，使基 质与微生物接触不充分，从而降低处理效率。因此，h a b r 处理生活污水时，适宜的 h r t 是至关重要的。 4 1 2 容积负荷( v l r ) 对c o d 去除的影响 进水有机负荷率反映了基质与微生物之间的供需关系。有机负荷是影响污泥增长、 污泥活性和有机物降解的主要因素，适当提高有机负荷可以加快有机物的降解，同时可 以缩小所需要反应器