（环境工程专业论文）复合厌氧法处理含盐有机废水研究.pdf

摘要 本文对复合厌氧工艺进行了对比研究，并选择a b f r 复合厌氧反应器对 含盐有机废水进行了系统的厌氧生物处理研究。在盐度对于有机物厌氧降解 的影响、a b f r 复合反应器处理含盐有机废水的运行特征、盐度对于微生物 生物活性的影响、微生物耐盐机理以及盐度对厌氧微生物抑制类型等方面研 究取得了新的进展，为复合式厌氧生物法处理高浓度含盐有机废水的实施奠 定了一定的理论基础。 含盐有机废水的厌氧生物处理适宜采用低负荷启动方式，逐步增加反应 器进水中盐度和有机负荷，经过近一年时间的培养和驯化，反应器耐盐极限 达到3 5 9 l ，此时最大有机负荷为5 0 k g c o d ( m 3 d ) 。在低有机负荷( 不高于 4 3 k g c o d ( m 3 - d ) ) 情况下，a b f r 复合反应器对含盐有机废水具有良好的处理 性能，有机负荷的变化对于处理系统的影响要大于盐度变化的影响，盐度有 利于有机物的稳定降解，而且进水盐度突然升高对处理系统受的影响要大予 盐度突然降低对于处理系统的影响。含盐有机废水的处理过程适宜采用出水 v f a 指标进行控制。 a b f r 复合反应器前面隔室中污泥浓度、v s s t s s 的比值都较后面高， 前面隔室主要起到酸化作用，后面隔室起到产甲烷作用。反应器对水力负荷 冲击和进水c o d 浓度的变化具有良好的适应性。有机负荷相同时，a b f r 复 合反应器适宜采用较高进水c o d 浓度、较长水力停留时间的运行方式，此 时反应器具有推流式特点，而较低进水c o d 浓度、较短水力停留时间运行 方式会影响处理效果，此时反应器具有两相厌氧消化的特点。 3 5 时盐度对于消化污泥和驯化污泥的产甲烷活性都产生了十分明显地 抑制，在常温( 2 s ) 条件下盐度的抑制作用大大加强。f e 、c o 和n i 三种微 量元素对驯化污泥产甲烷活性都起到促进作用，而对于消化污泥产甲烷活性 的影响不同，低盐度时起到促进作用，高盐度时起到抑制作用。 盐度对厌氧污泥中中不同微生物的产甲烷活性抑制程度不同。盐度对利 用葡萄糖、乙酸、丙酸为基质的产甲烷菌抑制比对利用甲酸为基质的产甲烷 菌抑制程度大。盐度对厌氧微生物的辅酶f 4 2 0 、磷酸酯酶和胞外聚合物( e c p l 有着很大影响，消化污泥的酸性磷酸酯酶、碱性磷酸酯酶分别是驯化污泥的 1 0 9 倍和1 5 7 倍，而驯化污泥的e c p 是消化污泥的1 8 4 倍，驯化污泥的胞 哈尔滨工业大学博士学位论文 外聚合物中的蛋白质和核酸含量较高，尤其核酸的含量增加较多。 微生物主要靠体内积累小分子抗渗物质来抗衡外界高渗环境。这些抗渗 透物质主要包括金属离子( k + ) 、游离氨基酸以及氨基酸的衍生物。随着废水 中盐度的升高，细菌体内的k + 、游离氨基酸和季铵盐化合物( q a c ) 含量逐渐 增加。k + 、季铵盐化合物( q a c ) 与游离氨基酸中的谷氨酸对驯化污泥的渗透 调节过程中具有非常重要的作用。 消化污泥处理含盐有机废水时，很容易受到盐度的抑制。在盐度不大于 2 0 9 l 时，盐度对消化污泥抑制类型是反竞争型抑制，抑制系数k i = 8 0 7 6 6 ( m g l ) 。消化污泥经过适当盐度驯化后，耐盐能力明显增强，当进水 盐度与其驯化盐度相同时，污泥降解有机物能力最大。 在好氧条件下，盐度增加时生物处理系统有机物去除率降低，出水悬浮 物升高，活性污泥无机成分增多，活性污泥好氧速率下降，活性污泥中细菌 主要以g 一杆菌为主。 关键词含盐有机废水；复合厌氧；a b f r 复合反应器；有机物去除率；生 物学特性；抑制 a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o ns t u d i e so nt h et r e a t m e n to fs a l i n ew a s t e w a t e rs y s t e m i c a l l yb y a b f rr e a c t o r ( a n a e r o b i cb a f f l e df i l t e rr e a c t o r ) a f t e rc o m p a r i n gw i t ht h eo t h e r c o m b i n e da n a e r o b i ct r e a t m e n t p r o c e s s e s t h e e f f e c to f s a l i n i t y o n o r g a n i c d e g r a d a t i o na n db i o l o g i c a la c t i v i t y , t h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h ea b f rr e a c t o rf o r n e a t i n 2s a l i n ew a s t e w a t e ra n dt h ed o d e so fs a l i n i t yi n h i b i t i o no na n a e r o b i cb a c t e r i a ， w h i c ha l li n f l u e n c et h ep r a c t i c a l a p p l i c a t i o n o fh i g h s a l i n i t yo r g a n i cw a s t e w a t e r b i o - t r e a t m e n t ，h a v eb e e ns t u d i e d t os t a r tu pw i t hl o w - l o a d i n gi ss u i t a b l ef o rt r e a t i n gs a l i n ew a s t e w a t e r ，a n da f t e r a b o u to n ey e a ro fa c c l i m a t i o no a ra b f rr e a c t o ra c h i e v e di t sh i g h e s t o r g a n i cl o a d i n g r a t eo f 5 0 k g c o d ( m 3 d ) a n dc r i t i c a ls a l i n i t yo f3 5 9 lt h r o u g hs t e p b y s t e pi n c r e a s i n g t h eo r g a n i cl o a d i n gr a t ea n ds a l i n i t y t h ea b f rr e a c t o rp o s s e s s e se x c e l l e n tt r e a t m e n t p e r f o r m a n c ew i t h al o w o r g a n i cl o a d i n g r a t e t h ei n f l u e n c eo f c h a n g e si nt h eo r g a n i c l o a d i n gr a t eo nt h eb i o - t r e a t m e n ts y s t e mi sg r e a t e rt h a nt h ei n f l u e n c eo fc h a n g e si n s a l i n i t y h i g hs a l i n i t yc a l le n h a n c es t a b i l i t y s u d d e nc h a n g e s i ns a l i n i t yw h e ni n f l u e n t s a l i n i t yi si n c r e a s i n gc a nc a h s eg r e a tp e r t u r b a t i o n st h a nw h e ni t i sd e c r e a s i n g t h e i n f l u e n tv f ai ss u i t a b l ef o rm o n i t o r i n gt h e p r o c e s s o fa n a e r o b i c t r e a t i n g s a l i n e w a s t e w a t e r t h em l s sa n dv s s ，t s sr a t e sa r eh i g h e ri nt h ef r o n ts e c t i o no ft h ea b f r r e a c t o r t h ef o r w a r db a f f l e dz o n ea c t e sa sa na c i d i f i c a t i o nr e g i o na n dt h er e a rs e c t i o n a c t e sa sam e t h a n ep r o d u c i n gr e g i o n t h ea b f rr e a c t o rc a nr e a d i l y a d a p tt o h y d r a u l i cs h o c ka n dc h a n g e si ni n f l u e n tc o d w h e n t h eo r g a n i cl o a d i n gr a t ei st h e s a l n e ，t h ea b f r r e a c t o rt r e a t sw e l la n db e h a v e sa sap l u g f l o wr e a c t o rw i t hh i g h s t r e n g t hi n f l u e n ta n dl o n gh r tt i m e ，b u ta sat w o s t a g ea n a e r o b i cd i g e s t i o nr e a c t o r w i t hl o w s t r e n g t h i n f l u e n ta n ds h o r th r tt i m e s a l i n i t yc a u s e so b v i o u si n h i b i t i o n o f m e t h a n o g e n i ca c t i v i t i e si nb o t hd i g e s t e d s l u d g ea n da c c l i m a t e ds l u d g e ，e s p e c i a l l ya tn o r m a lt e m p e r a t u r e s t r a c ea m o u n t so f f e ，c oa n dn ic a ni m p r o v em e t h a n o g e n i ca c t i v i t i e si nb o t hd i g e s t e ds l u d g ea n d a c c l i m a t e d s l u d g e ，b u tt h e i n f l u e n c e so ft r a c ee l e m e n t so nd i g e s t e d s l u d g e a r e d i f f e r e n t i nal o ws a l i n i t yt h e yi n c r e a s en a e t h a n o g e n i ca c t i v i t i y , a n di nah i g hs a l i n i t y t h e yd e c r e a s em e t h a n o g e n i ea c t n i t i y 1 1 1 哈尔滨工业大学博士学位论文 d i f f e r e n t p h y s i o l o g i c a lg r o u p s o fa n a e r o b e ss u f f e rd i f f e r e n t d e g r e e s o f i n h i b i t i o nf r o ms a l i n i t y g l u c o s e u t i l i z i n g ，a c e t a t e 一一u t i l i z i n ga n dp r o p i o n a t e u t i l i z i n g m e t h a n o g e n ss u f f e rm u c hm o r ei n h i b i t i o nt h a nd of o r n l a t e u t i l i z i n gm e t h a n o g e n s s a l i n i t yg r e a t l yi n f l u e n c e st h ec o e n z y m ef 4 2 0c o n t e n t ，p h o s p h a t a s ea e t i v i t ya n dt h e e c po f t h e s eg r o u p s t h ea c i dp h o s p h a t a s ea c t i v i t ya n da l k a l i n ep h o s p h a t a s e a c t i v i t y o f d i g e s t e ds l u d g ea r e1 0 9a n d 1 5 7t i m e sl a r g e rt h a nt h ec o r r e s p o n d i n ga c t i v i t i e si n a c c l i m a t e ds l u d g e ，b u tt h ee c po fa c c l i m a t e ds l u d g ei s1 8 4t i m e sl a r g e rt h a nt h a to f d i g e s t e ds l u d g e t h ec o n t e n to fp r o t e i na n dn u c l e i ca c i d s ，e s p e c i a l l yt h ec o n t e n to f n u c l e i ca c i d s ，i nt h ee c po f a c c l i m a t e d s l u d g ei sg r e a t e r t h a ni nd i g e s t e ds l u d g e t h em a i nm e c h a n i s mo fm i c r o b i a la d a p t a t i o nt oh i 8 1 1s a l i n i t yi s t h r o u g ht h e a c c u m u l a t i o no fi n t r a c e l l u l a r o s m o p r o t e c t a n t si n c l u d i n gm e t a l l i c i o n s o f ) ，f r e e a m i n oa c i d sa n dr a m i f i c a t i o n so ff r e ea m i n oa c i d s t h ei n t r a c e l l u l a rc o n t e n to ff r e e a m i n oa c i d s ，p o t a s s i u mi o n sa n dq u a t e r n a r ya m m o n i u m c o m p o u n d s ( q a c ) i n c r e a s e d w i t hs a l “t y p o t a s s i u mi o n ，q u a t e r n a r ya m m o n i u m c o m p o u n d s ( q a c ) ，g l u t a m i ca c i d a r ea l l v e r yi m p o r t a n ti ne n a b l i n ga c c l i m a t e ds l u d g et oa d a p tt oh i g ho s m o t i c p r e s s u r e s s a l i n i t yc a u s e so n l ys l i g h ti n h i b i t i o ni nd i g e s t e ds l u d g ea tc o n c e n t r a t i o n su n d e r 2 0 9 l a n dt h ei n h i b i t i o ns t y l ei su n c o m p e t i t i v e 1 1 1 ei n h i b i t i o nc o e f f i c i e n ti sk i = 8 0 7 6 6 ( m g u t h ec a p a c i t yo fd i g e s t e ds l u d g et or e s i s ts a l i n i t yc l e a r l yi n c r e a s e s a f t e rb e i n ga c c l i m a t e da n dt h ec a p a c i t yf o rb i o l o g i c a ld e g r a d a t i o ni ss t r o n g e s tw i l e n t h es a l i n i t yi st h es a m ea st h ea c c l i m a t i n g s a l i n i t y w h e ns a l i n ew a s t e w a t e ri st r e a t e du n d e ra e r o b i cc o n d i t i o n st h e o r g a n i c p o l l u t i o nr e m o v a le f f i c i e n c ym a do x y g e nu t i l i z a t i o nr a t ed e c r e a s e ，a n dt h es u s p e n d e d s o l i d si ne f f l u e n tm a dt h ei n o r g a n i cc o n t e n to fa c t i v a t e ds l u d g ei n c r e a s e i nt h i sc a s e t h em a i nb a c t e r i ai nt h ea c t i v a t e d s l u d g e a r eg b a c t e r i a k e y w o r d ss a l i n ew a s t e w a t e r ；c o m b i n e da n a e r o b i cr e a c t o r ；a b f r r e a c t o r ；o r g a n i c r e m o v a l e f f i c i e n c y ；b i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ；i n h i b i t i o n - i v 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 含盐有机废水的来源 含盐有机废水主要指含高浓度无机盐的有机废水。这些废水中除了含有有 机物外，还含有大量的无机盐，如c 1 一、s 0 4 2 。、n a + 、k + 、c a 2 + 等离子，含盐量 一般以n a c l 的量计。按照含盐有机废水的来源，可以将含盐有机废水主要分 为： n ) 海水直接利用过程中排放的废水由于淡水资源越来越紧缺，海水越 来越多地应用于工农业生产和人民生活。作为工业冷却水，广泛应用于电力、 化工、钢铁、机械、食品等行业；作为生产用水应用于建筑、印染和化工等行 业；作为城市生活用水，用于冲洗道路和厕所、消防以及娱乐等方面口】。海水 的含盐量一般在2 5 3 5 9 l ( n a c l ) 左右，由此带来的高盐废水的含盐量一般在 5 ，0 0 0 , , - 4 5 ，0 0 0 m g l ( n a c l ) 之问肼。 在国外，日本沿海绝大多数企业的工业用水量的4 0 5 0 是海水，美国的 1 5 为海水，而西欧六国2 0 0 0 年的海水利用量将达到2 5 0 0 x1 0 8 m 3 ，香港的冲 厕海水量己达4 3 x 1 0 4 m 3 ，约为全港淡水用量的1 7 ，我国大陆目前的海水利 用量约为6 0 1 0 3 m 3 ，只占总用水量的很小一部分，远远落后于日美等发达国 家】。 随着国民经济的发展，我国对水的需求量越来越大，淡水资源越来越紧缺， 缺水己成为制约我国国民经济发展的重要因素，而我国的海水资源比较丰富， 海水的利用将是解决水资源短缺问题的重要途径之一。 f 2 ) 工业生产过程产生的高盐度废水如印染、造纸、石油、化工、食品 和农药等行业，这些废水污染严重，含盐量一般高于3 5 l 。由于石油、化工、 制药等行业是我国的主要工业部门，在国民经济中占很大的比重，在我国的经 济发展过程中，将发挥越来越重要的作用。但同时这些行业属于重污染行业， 排放的废水往往含有高浓度的可溶性无机盐和难降解或有毒有机污染物，虽然 现在还没有高含盐工业废水排放方面的统计数据，但根据其排放源的规模，可 以肯定我国的高含盐工业废水的排放量己经很大，并且呈急剧增长的趋势，这 给我国的生态环境造成了巨大的压力i 。 哈尔滨工业大学博士学位论文 1 2 含盐有机废水的厌氧生物处理 含盐有机废水中含有大量的有机污染物、盐类和有毒有害物质，是一种危 害很大的工业废水，因此，世界各国都致力于研究解决该类废水的污染问题。 经过大量的实验研究与工程实践，人们丌发了多种含盐有机废水的处理工艺， 但归纳起来采用生物处理工艺的居多。尤其是采用厌氧法处理含盐有机废水表 现出高效和节能的趋势，受到了广泛的重视。 1 1 2 1 含盐有机废水厌氧生物处埋的可行性 在制盐场、盐水湖、海水底泥以及食品加工厂等环境中存在着许多嗜盐菌 种类，这些嗜盐菌中有许多厌氧菌。其中一些嗜盐菌的细胞具有特殊的蛋白质 和细胞壁结构，能够积累大量带正电荷的物质( 如k + 、n a + 等) ，这些微生物体 内必须的营养物质和生长因子的传递都与高盐环境中的n a + 密切相关，这使得 它们在高盐环境( 盐度为1 3 0 ，其中主要是n a c l ) 中生长较好，同时也具有 与常规生物处理系统中的微生物同样的功能特征口】，这些嗜盐微生物的存在为 高含盐有机废水的生物处理提供了保证。另外一些非嗜盐菌在受到高盐度的冲 击时，会通过自身的渗透压调节机制来平衡细胞内的渗透压或保护细胞内的原 生质以维持其活性，因此也有可能利用常规细菌处理高含盐有机废水【6 l 。 1 2 2 含盐有机废水厌氧生物处理研究进展 含盐有机废水成分复杂，一般物理化学处理方法像电解、膜分离、焚烧或 深井灌注等处理方法，因成本较高而难以在实际中推广应用。生物处理方法仍 是首选的方法，尤其是厌氧生物处理技术具有处理成本低、需求能源少、处理 设备负荷高、占地少、产生的剩余污泥量少及菌种保留时间长等优点，已广泛 应用于工业有机废水处理中【”。因此，研究无机盐对废水厌氧生物处理系统的 影响和厌氧条件下含盐有机废水的有机物降解特性，具有重要的意义。 国内外许多学者在含盐有机废水生物处理方面开展了研究，结果表明不论 是在好氧生物处理，或是厌氧、缺氧生物处理工艺中，高浓度的盐分对微生物 的正常代谢均会产生不利的影响，该影响程度取决于废水水质、试验条件、接 种污泥类型、微生物的聚集状态与是否驯化、以及采取何种生物处理工艺等因 素。 1 2 2 。1 无机盐对微生物的影响作用无机盐在微生物生长过程中起着促进酶 第1 章绪论 反应、维持膜平衡和调节渗透压的重要作用。一般而占，低浓度的无机盐对微 生物生长有促进作用，高浓度的无机盐对微生物才有抑制作用。在高盐度环境 中，微生物的外界环境渗透压较高，造成微生物的代谢酶活性降低，严重时会 引起细胞质壁分离，甚至死亡【引。表1 1 、表1 2 分别概括了无机盐对厌氧微生 物产生作用及产甲烷活性5 0 i c 的浓度大小。由表l 一1 和表1 - 2 可见，一价阳 离子的盐比二价阳离子的盐毒性小。但实际废水处在弱碱性条件下，以碳酸氢 盐形式存在的c a 2 + 、m 9 2 十的溶解度c t i d , ，因此c a 2 + 和m 9 2 + 的盐实际上对生物 影响较小，所以迄今对n a 十盐的毒性研究较多。 表1 - 1 盐类对厌氧微生物污泥的抑制作用9 】 曼生! ! ! ：! ! 生! 堂! ! 塑! ! 旦! ! ! ! ! ! 塑! ! 堡婴塑望翌! 堡! ! 塑壁 项目刺激浓度( g l )中等抑$ j j ( e - l )强烈抑制( g l ) n a +o 】 0 235 5 58 0 k + c 矿 s o 一 c l _ 总盐最 0 2 , - 0 4 0 1 o 2 _ - 2 5 4 5 2 5 0 5 o 5 1 o 5 0 1 0 0 5 o 1 0 0 1 0 0 8 0 2 0 1 5 0 1 5 o 表1 - 2 盐对消化污泥产甲烷活性的5 0 i c ( p h = 7 0 ，t = 3 5 c ) ”0 1 旦! ! ! ! ：! ! ! 墅鉴! ! 竺! 尘塑! 壁虫! ! ! ! 塑! 塑! 塑! ! ! 堡! 旦三! ：! ：! ! i 兰! 盐c a 2 + m 9 2 + k +n a + ! ! 堑! ! g 型! ：婴! ：! ! ! ：! ! ：塑 1 2 2 2 接种污泥对处理效果的影响环境微生物可依据其最佳生存所需的盐 度而划分为四类【1 j ：非嗜盐菌、海水细菌、中度嗜盐菌和极度嗜盐菌。对于含 盐有机废水，特别是高盐废水来说，接种污泥是决定系统处理效率和能否稳定 运行的一个主要因素。一般来说，采用海水细菌或嗜盐菌接种更有利于系统的 稳定运行，且启动快、效率高，不用对废水进行大幅度的稀释。在上述菌种难 以得到时，采用分离培养驯化的方式从常规细菌中培养出一些耐盐微生物接种 到含盐有机废水处理系统中也有利于废水的处理。但常规细菌驯化出来的耐盐 微生物，其适应盐的程度是有限的，一般含盐量不超过3 5 ，而且耐盐冲击 负荷能力不强，一旦环境中的盐度变化很大，其适应能力迅速降低【1 1 1 5 1 。 常规生物处理系统中的细菌以非嗜盐菌为主。它们在含盐量 l o o m 叽) 。但常规细菌经过驯化后，可以培养出一些 耐盐微生物，它们在1 2 以上的盐度下均能生存繁殖，驯化前后活性污泥中 微生物种类和数量都会发生变化盼”1 懈l “。f r a n c i s c o 等人 怕l 采用逐步增加盐度 和有机负荷对污泥进行驯化，盐度从4 9 l 增加到1 2 e l ，结果发现污泥对n a t 的耐受力随着驯化的进行有提高，5 0 i c 从9 l 提高到1 7 9 l ；污泥产甲烷活 性也从o 0 4 7 9 c o d ( g v s s t d ) 提高到o 5 0 7 5 9 c o d ( g v s s d ) ，系统的有机物降 解率接近废水的理论可生物降解值。t h o n g c h a i 等人u5 1 研究了厌氧，缺氧好氧 ( a a o ) 工艺处理高氯盐废水，结果表明，进水n a c i 含量从0 9 l 变化到3 0 e l ， 经氯盐驯化的污泥系统较未经氯盐驯化污泥系统对有机物和氮去除率的下降幅 度都较小，且经驯化的污泥系统在高盐度下启动可以更好地耐受高盐度 ( n a c l l 7 0 9 l ) 冲击，所需恢复时间也短些。m o t o k i 等【i 研究者从土壤样品中分 离出两种耐盐菌，并用来处理腌制梅子过程中排出的高盐度废水，结果表明： 被命名为s t a p h y l o c o c c u ss p ( 兼性厌氧菌) 和b a i l l u sc e r e u s 0 ”z 格好氧菌) 的两种菌 株在o 1 5 盐中都能很好的生长，通过7 天的培养驯化后，将它们投入到小型 的生物处理系统中，可以使废水c o d 的去除率达到9 0 。由上可见，分离驯 化出耐盐微生物对生物处理高盐度废水来说很关键。 海水细菌在含盐1 一3 的环境中生长最佳，这些微生物具有耐盐的特性， 并且在高盐度下可与许多嗜盐菌共存。e s t r e l l a 等人【1 2 悃海水底泥接种厌氧处理 渔场废水取得了成功，当n a t 为5 3 9 ，l 时才对污泥产甲烷活性产生5 0 的抑制， 研究结果表明含盐有机废水处理系统相对不含盐系统来说对温度的依赖性较 小。张雨生等【l3 研究海水盐度对二沉池污泥沉降性能的影响中得出这样的结 论：盐的加入提高了污泥的絮凝性。 1 2 2 3 反应器类型与环境因素对处理效果的影响采用抗冲击负荷较高的反 应器、菌体密度高的生物膜法或生物滤池、或将连续运转改作间歇操作，可减 小盐度对处理系统的影响，达到较高的处理效率。投加一些具有拮抗作用的物 质、延长启动时间也有利于系统的改善。另外在含有s 0 4 2 - 的含盐有机废水中， s 0 4 。对产甲烷菌会产生很大影响，甚至有机物粒径大小都会影响处理效果【1 9 】。 杨琦等1 2 叫采用填充盾式纤维填料和无填料的两个u b f 反应器处理高浓度 c l 。的味精废水，结果表明，有填料的反应器的有机物去除率、甲烷产率等工艺 性能参数均优于无填料的u b f 反应器。s m a n u e l 等 2 ”对厌氧生物滤池处理高 盐废水进行了研究，当进水n a + 变化范围为5 1 2 9 l 时，对厌氧滤池产甲烷能 力无明显影响，厌氧滤池中的微生物比其它处理方法中的微生物对n a + 有更高 第1 章绪论 耐受力，当n a + 浓度为1 4 l 时，厌氧池的产甲烷活性受到5 0 抑制，而当用 滤池出水为基质时，厌氧池的产甲烷活性受到5 0 抑制的n a + 浓度为1 7 7 9 l ， 这表明其它盐分的存在对n a + 产甲烷毒性产生了明显的拮抗效应，使n a + 产甲 烷毒性降低。r m e n d e z 等人田】利用中温厌氧滤n ( m a f ) 和高温厌氧滤池( t a f ) 处理高浓度含盐工业废水，废水的c o d l 0 5 0 e 2 l ，c i 8 9 9 l ，n 矿5 1 2 l ，经 过9 个月的启动后，在有机负荷为9 k g ( m 3 - d ) ( t a f ) 午n2 4 k g ( m 3 d ) ( m a f ) ，反应 器运行平稳，c o d 去除率高达7 3 ( t a f ) 和6 4 ( m a f ) ：c o d 甲烷化达到 6 9 ( t a f ) 年1 16 6 ( m a f ) ，硫酸根离子完全去除，h 2 s 浓度在生物气中占3 叫。 b a l s l e v o l e s e n 2 3 】利用厌氧滤池( a f ) 和厌氧流化床( a f b ) 对含盐量2 - - 4 的废 水进行研究，有机负荷从2 6 k g ( m 3 d ) 增加到1 2 5 k g ( m 3 d ) ( a f ) 和 1 5 k g ( m 3 d ) ( a f b ) ，实验未出现抑制现象，气体产量和污泥量均没有太大的变化。 s h i m s h o nb e l k i n 等人 2 4 】用a o 工艺处理含盐量为3 2 l 的高盐化工废水，投加 p a c 可使处理效率由原来的7 0 提高到8 4 。 v a l l e r o 等人1 2 5 】利用u a s b 反应器接种未经驯化的颗粒污泥，以乙酸、丙酸 或乙醇为基质研究高盐度条件下硫酸盐厌氧还原，试验在有机负荷1 0 k g ( m 3 - d ) 、 5 0 9 y a c l l 、c o d s 0 4 2 一比为0 5 条件下，硫酸盐负荷达到3 7 k g s 0 4 2 。( m 3 m ，其 主要原因是接种颗粒污泥中含有耐盐的硫酸盐还原菌。 1 2 3 含盐有机废水厌氧生物处理目前存在的问题 许多工业废水中含有的盐类物质，对厌氧微生物f 特别是其中的产甲烷菌) 产生非常大的抑制，盐内物质的存在会导致厌氧污泥活性的下降，甚至会导致 厌氧污泥中几大细菌间的平衡关系被破坏，最终导致反应器运行的失败。因此， 在采用工艺处理某种含盐有机废水时，需要充分了解盐对厌氧微生物的抑制性， 选择合适的工艺，采取适当的措施，以保证在含盐状态下厌氧微生物对废水中 有机污染物的降解活性。 含盐有机污水采用厌氧处理时，厌氧微生物的存在状态、反应器类型、是 否添加拮抗物质、盐度和反应器负荷冲击、接种污泥来源和驯化程度以及驯化 时间长短等条件都会对厌氧有机废水厌氧处理工艺造成很大的影响，而这方面 的研究相对较少，尤其对用于含盐有机废水处理的高效厌氧反应器的研究更少。 在含盐有机废水处理的实际工程中，难以通过接种耐盐污泥方法来启动厌氧反 应器，只能通过驯化来提高常规细菌适盐的能力，但驯化方式和耐盐极限以及 影响因素等还缺乏研究。 哈尔滨工业大学博士学位论文 1 3 现代厌氧反应器现状与发展 1 3 1 现代厌氧反应器发展沿革 厌氧处理技术发展至今已有1 0 0 多年的历史。最初，厌氧处理技术主要用 于污泥的消化处理，1 9 5 5 年s c h r o e f e r 等提出了厌氧接触法( a c p ) ，标志着现代 废水厌氧处理技术的诞生。2 0 世纪7 0 年代以来，废水厌氧处理技术因其具有 运转费用低、有可资利用的能源( 沼气) 产生及在处理高浓度废水方面的一系列 优越性而得到较快的发展，先后出现了厌氧滤池( a f ) 、升流式厌氧污泥床反应 器( u a s b ) 、厌氧附着膜膨胀床( a a f e b ) 和厌氧流化床( a f b r ) 等新工艺，人们 称这些反应器为第二代厌氧反应器。第二代厌氧反应器的共同特点是厌氧污泥 的停留时间( s r t ) 很长，反应器内能维持足够多的生物量，同时反应器的容积负 荷率很高，水力停留时间( h r t ) 较短，从而使反应器具有很高的效能。 在第二代厌氧反应器中最具代表性的是u a s b ，它在反应区内能形成沉降 性能良好的颗粒污泥，而设计合理的气、液、固三相分离装置又能够很好地截 留这些颗粒污泥，从而使反应器内的厌氧污泥可以维持很高的浓度，处理能力 非常大；同时，它利用产气的上升迁移来完成对污泥的搅拌，节省了搅拌装置， 效率非常高。但是，u a s b 也存在一些目前尚难以解决的问题，例如：三相分离 器的设计还没有一个成熟的方法；那些含有高浓度悬浮固体的废水需要考虑s s 的预处理问题；污泥颗粒化对工艺要求比较严格，虽然在荷兰等国家已有成功 的经验和实际应用，但在我国目前还没有一个成熟的技术，因而对此工艺还有 待进一步的深人研究。为此，2 0 世纪8 0 年代以来，人们在充分认识到第二代 厌氧反应器，尤其是u a s b 反应器处理工艺所独具的优点及所存在的不足的基 础上，研制开发了一些新型高效厌氧反应器，人们称这些反应器为第三代厌氧 反应器。目前研究较多的有：厌氧颗粒污泥膨j 张床( e g s b ) t 26 。、厌氧内循环0 c ) t 2 7 1 、 厌氧膜生物系统( a m b s ) 【2 8 1 、厌氧序批反应器( a s b r ) f 2 9 1 ，折流式厌氧反应器 ( a b r ) t 3 0 1 、厌氧迁移式污泥床反应器( a m b 鼬口”、上流式分段污泥床( u s s b ) t 3 2 1 等。 第1 章绪论 1 3 2 两相或多级厌氧技术 有机物通过酸化、产甲烷等一系列生物反应被转化为甲烷和无机物，在此 过程中不仅各类微生物对环境条件的要求不同，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。为使厌氧处 理系统维持稳定的运行，需创造适合于不同微生物种群生长的环境条件，使反 应过程的物质转化及能量的流动顺利进行。 两相厌氧工艺就是把水解和发酵的产酸相与产乙酸和产c h 4 的产气相分别 置于不同的反应器中，这样就可以削弱由酸的积累而导致反应器“酸化”的问 题，也使各相能在各自的条件下运行，系统中的污泥的比酸化活性和比产c h 4 性均高于单相工艺。在相分离的基础上，使产酸相和产c h 。相具有复合流态是两 相工艺的未来发展方向 3 3 , 3 4 】。 多级工艺是从微生物的生态和反应器或反应器空间的混合要求出发，将厌 氧处理过程控制在一个反应器的多个空间隔室或多个反应器中依此完成的工艺 过程，它不仅利于创造和保证不同微生物所需要的生理生态条件，而且可利用 提高处理过程中基质的推动力及泥水的混合接触，从而不仅提高处理过程的运 行稳定性，同时可有效提高设备的处理能力和处理效果，增强处理过程对废水 水质( 如高的s s 和有害有毒物冲击等) 和水量变化的适应性【3 5 1 。 另外在生物处理工程中，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。完全混合流态可确保反应器介质问 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；推流式 流态可创造高的浓度梯度，促进介质间的传质，以获得高处理效果。如何通过 工艺运行方式的改进，使反应器( 系统) 即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 3 6 , 3 7 1 。 2 0 世纪8 0 年代初，m c c a r t y 及其合作者1 38 j 在厌氧生物转盘反应器的基础 上改进开发出了厌氧折流板反应器a b r ( a n a e r o b i c b a f f i e dr e a c t o r ，简称a b r ) 。 其中的水流大多呈推流与完全混合流相结合的复合型流态，使反应器具有高的 容积利用率，可获得较强的处理能力；同时具有良好的生物固体截留能力，并 使一个反应器内微生物在不同区域内生长，与不同阶段进水相接触，在一定程 度上实现生物相的分离。该反应器因具有结构简单、污泥截留能力强、稳定性 高等优点而引起了广大研究者的注意，2 0 多年来对它的研究一直没有间断过， 近年来更是成为厌氧反应器领域内的研究热点之一。 哈尔滨t 业大学【尊士学位论文 1 3 2 1 a b r 反应器类型自从a b r 反应器问世以来，国内外的众多研究者对 它进行了一系列的研究，由于对a b r 反应器不同结构的作用的新理解、针对 所处理废水的水质特点、为了提高反应器性能和考虑到节省工程投资等诸多因 素，研究者对a b r 反应器的结构作了多种改进。其最终目的是为了：加强厌 氧污泥的停留；针对不同废水水质，特别是难处理废水；使进水分布均匀，泥 水混合良好。这些改进使a b r 反应器性能稳定，处理效果好。图1 1 是几种典 型的a b r 反应器的结构示意图。 a b r 反应器最初的设计示于图1 1 ( a ) ，该反应器中的上向流室和下向流室 是等宽的，折流板的加入增强了污泥的停留，提高了处理效率：多格室结构使 反应器成为推流式，给产甲烷菌提供更易接受的物质。b a c h m a n n 等人”州对a b r 反应器做了如图1 1 0 3 ) 所示的改进，下向流室变窄上向流室加宽有利于厌氧污 泥停留在上向流室内，使反应器成为上流式污泥床( u p f l o ws l u d g eb l a n k e t ，简 称u s b ) 系统，因为u s b 系统的优点是水流方向与产气上升方向一致，一方面 减少了堵塞的机会，另一方面加强了对污泥床层的搅拌作用，有利于微生物与 进水基质的充分接触，也有助于形成颗粒污泥【3 9 】；折板边缘折起将进水引向流 室中心促进混合，有助于实现布水的均匀性。由于a b r 反应器前面格室中氢 气的浓度较高，因而图1 1 f c ) 所示的各格室气体单独收集有利于通过保护共生 菌而加强反应器的稳定性。b o o p a t h y 和t i c k l e l 4 0 ，4 1 】又改进出了如图1 1 ( f ) 所示 的复合反应器h a b r 。图1 1 ( g ) 【4 2 j 是我国较早研究的一种折流式反应器，它兼 有厌氧接触反应器、厌氧滤器和u a s b 三种反应器的特点。图1 1 ( h ) 1 4 3 】所示的 周期性折流式厌氧反应器是最新型的折流式反应器，该反应器的最大优点是操 作灵活，可以根据进水水质、浓度和流量等的变化来选择不同的运行周期，使 反应器在最佳状态下运行，以获得最佳的处理效果。另外还有一些应用了a b r 反应器思想的其它形式的折板反应器m 4 5 ，4 6 】，如图1 1 ( d 、e ) 所示。 通常来说，a b r 反应器全部的上向流室是等宽的，全部的下向流室也是等 宽的，许多文献 3 8 , 4 7 5 3 中上、下向流室的宽度比一般在1 ：1 - 4 范围内，目前 的文献中并没有提出这个宽度比的最佳值是多少，但应该根据具体的水质和各 格室的作用而有所不同。从使污泥停留在上向格室的角度讲，上、下向流室的 宽度比越大越好，但是这个宽度比不能无限增大，因为上向流室加宽在加强污 泥停留的同时也给反应器进水布水的均匀性