（环境工程专业论文）sabr反应器的启动研究.pdf

i i i l lt i 1i ti t li1 1 111 1 1 i i l y 1 7 4 8 717 规定，同意学 允许论文被查 阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文。 本学位论文属于 学位论文作者签名： 0 f d 年月8 日 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密口。 律佩嗨 j 指导教师签名： 一口，年莎月j 日 在导师的 已注明引 已经发表 或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和 集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明 的法律结果由本人承担。 寄 弧 ：， 月 名 多 签荐 年 作 加 文 灿 彬 心 工业 掘 ，- n l 4 上 学 日 江苏大学硕士学位论文 摘要 分段进水厌氧折流板反应器( s p l i t f e e da n a e r o b i cb a 衙e dr e a c t o r ，简称s a b r ) 是一种新型、高效的厌氧生物反应器。通过改变传统的厌氧折流板反应器 ( a n a 钎o b i eb a f f i e dr e a c t o r ，简称a b r ) 的进水方式构建而成，其具有独特的 水力流态，可以有效促进传统a b r 反应器中废水与活性污泥混合接触和营养物 配比，进而提高反应器的除污效果。本文重点针对s a b r 反应器的启动进行研究。 为了确定s a b r 反应器的最佳启动方式，本文首先用计算机模拟和试验测试 相结合的方法，对s a b r 反应器的水力特性进行了研究；然后以人工配置的尿素 和葡萄糖混合溶液为基质，对s a b r 反应器的启动及营养盐和絮凝剂对启动的促 进情况进行了研究，分析了s a b r 反应器的启动过程中运行参数的变化情况。研 究表明： 1 针对s a b r 试验装置，分别考察了进水流量为0 2 7 6 l h ，0 4 2 0 l h ， 0 8 4 0 m ，1 6 8 0 m 时反应器内的速度场、压力场以及湍动性能，得出最佳进水 流量为1 6 8 0 l h 。同时发现回流比和进水比例都会对s a b r 的水力特性产生影响， 不同回流比和进水比例下的停留时间分布( r e s i d e n c et i m ed i s t r i b u t i o n ，简称 r 1 d ) 曲线相似。对于结构确定的s a b r 反应器，为保持较好的水力流态，应 控制适当的回流比，本研究控制在1 0 0 。 2 采用四个相同的反应器分别对生活污水自接种、好氧活性污泥接种、厌 氧活性污泥接种、好氧厌氧混合污泥接种等四种不同的接种方式进行研究。进水 污染物控制在c o d = 3 0 0 - 4 5 0 m g l ，水力停留时间为7 2 h 。研究发现，采用好氧 与厌氧混合污泥( 1 ：l ( v ) ) 进行接种，经过9 天，即可使c o d 去除率就稳定 达到8 0 以上，比其他接种方式快了3 1 0 天。同时发现，采用好氧活性污泥进 行接种的反应器在第1 5 天后，c o d 去除率达到9 2 以上。文中同时考察了采用 不同接种方式进行启动过程中p h 值、v f a 、碱度等的变化趋势。 3 向反应器内投加f d + 、m 9 2 + 、c 0 2 + 、n i 2 + 等营养寺 ；= 的混合物，在投加浓 度分别为f d + = 1 0 0 m g l 、m g + = 1 0 0 m g l 、c 0 2 + = o 0 6 m g l 、n i 2 + = o 0 6 m g l 情 况下，其对s a b r 反应器启动的促进作用明显。研究发现，在整个启动过程中， 江苏大学硕士学位论文 投加该营养盐混合物的反应器经过9 天即可使有机物去除率就达9 0 ，相比于未 投加营养盐混合物的反应器减少了1 5 天。而且，营养盐混合物的投加可以使反 应器内有机物去除率相比于未投加营养盐混合物的反应器高5 1 5 ，并且出 水中v f a 值普遍要低，碱度值普遍要高，抗有机负荷冲击能力强。 4 研究发现，絮凝剂的投加( 聚合氯化铝，浓度为0 5 m g l ) 亦对s a b r 反应器启动具有促进作用。相比于未投加絮凝剂的反应器，絮凝剂的投加可以使 启动时间缩短了6 天，而且，系统启动完成后，投加絮凝剂的反应器内的有机物 去除率比未投加絮凝剂的平均高5 1 2 ，亦发现系统中v f a 值、碱度值具有 类似于投加营养盐启动过程中的相同变化趋势。 关键词：s a b r ，启动，营养盐，絮凝剂 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h es p l i t f e e da n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r ( s a b r ) i sas o r to f e f f i c i e n tb i o l o g i c a ls e w a g et r e a t m e n tr e a c t o r f o ri t su n i q u es t r u c t u r ea n d f l o wc h a r a c t e r i s t i c ，t h ef l o wf i l e di ns a b ri sv e r yc o m p l e x t h e nt h e w a s t e w a t e rc a ni n t i m a t e l yc o n t a c tw i t hal a r g ea m o u n to fa c t i v a t e ds l u d g e w h e ni tp a s s e st h r o u g ht h es a b r t h er e a c t o r sf l o wc h a r a c t e r i s t i cw a ss t u d i e db yc o m p u t e ra n d e x p e r i m e n t t h e r e a c t o r s s t a r t - u p a n da n a e r o b i cg r a n u l a r s l u d g e c u l t i v a t i n gm e t h o dw e r es t u d i e db a s e do n as e r i e so ft e s t i n gu s i n g c a r b a m i d ea n dg l u c o s ew a s t e w a t e r i nt h i sw o r k ，t h em o s tp a r a m e t e ra n d s u i t a b l eo p e r a t i n gc o n d i t i o no fs a b rw a ss t u d i e d t h er e s u l tc o u l db e s u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 t h ev e l o c i t y , p r e s s u r ea n dt u r b u l e n c ep e r f o r m a n c ei nt h er e a c t o r w e r ei n v e s t i g a t e da ti n l e tf l o wr a t eo f0 2 7 6 l h ，0 4 2 0 l h ，o 8 4 0 l h ， 1 6 8 0 l 1 1 t h ei n l e tf l o wr a t eo f1 6 8 0 l ，1 1w a sb e s tf o rt h i sr e a c t o r t h e r e s u l t so ft h em s t u d i e sa n dt h er t dc u r v e ss h o w e dt h a tb o t ho ft h e e f f l u e n tr e c y c l i n gr a t i oa n dt h ei n l e t p r o p o r t i o nh a di n f l u e n c eo nt h e h y d r a u l i c c h a r a c t e r i s t i c so fs a b r i nt h i se x p e r i m e n t a t i o n ，t h eb e s t e f f l u e n tr e c y c l i n gr a t i oi s10 0 2 t h es t a r t u po ff o u rl a b s c a l es a b r si n o c u l a t e dw i t hs e w a g e 、 a e r o b i ca c t i v a t e ds l u d g e 、s l u d g ef r o mac o n v e n t i o n a ls e w a g es l u d g e 江苏大学硕士学位论文 d i g e s t e ra n dm i x e ds l u d g e ，r e s p e c t i v e l y , w a si n v e s t i g a t e d w h e nt h ef o u r r e a c t o r sw e r es t a r t e du s i n gl o wl o a d i n gs t a r t - u p ，c o dw e r ec o n t r o l l e da t 3 0 0 - - 4 5 0 m g la n da nh r t w a s7 2 h t h er e s u l to ft h et e s ts h o w e dt h a t ，t h e c o dr e m o v a le f f i c i e n c yo ft h er e a c t o rw h i c hi n o c u l a t e dw i t hm i x e d s l u d g ee x c e e d e d8 0 a f t e rr u n n i n g9d a y s i tw a ss h o r t e n e d3 l od a y s c o m p a r e dw i t ht h eo t h e rr e a c t o r s t h ec o d r e m o v a le f f i c i e n c yo ft h e r e a c t o rw h i c hi n o c u l a t e dw i t ha e r o b i ca c t i v a t e ds l u d g ew a sh i g h e rt h a n 9 2 a f t e rr u n n i n g15d a y s t h ep h 、v f aa n da l k a l i n i t yo ft h e s er e a c t o r s w e r es t u d i e d 3 1 0 0 m g lo ff e 2 + a n dm 9 2 +、0 0 6m g lo fc 0 2 + a n dn i 2 + w e r e a d d e di n t ot h er e a c t o r s t h es u p p l e m e n to ff e 2 + ，m 9 2 + ，c 0 2 + a n dn i 2 + c a n p r o m o t e dt h es t a r t u po fs a b r t h ec o dr e m o v a le f f i c i e n c yo ft h e r e a c t o rw h i c hw a so p e r a t e dw i t ha d d i n gn f i i r i t i v es a l tw a su pt o9 0 a f t e r r u n n i n g9d a y s i nt h ep r o c e s so fs t a r t - u p ，t h e r e a c t o rh a dah i g h e r r e m o v a lr a t eo fo r g a n i c s ，m o r et h a n5 - - - - 15 a n dh a sal o w e rv f a v a l u et h a nr e a c t o rw i t h o u ta d d i n gn u t r i t i v es a l t m e a n w h i l et h ea l k a l i n i t y w a s h i g h e ra n dt h ea b i l i t yo fr e s i s t a n c ef o ro r g a n i cl o a ds h o c k w a sm u c h s t r o n g e r 4 t h es u p p l e m e n to ff l o c c u l a n t ( p a c ，0 5 m g l ) c a np r o m o t e dt h e s t a r t - u po fs a b r c o m p a r e dw i t hr e a c t o rw i t h o u tf l o c c u l e s ，t h es t a r t 。u p t i m eo fr e a c t o rw i t hf l o c c u l a n tw a ss h o r t e n e d6d a y s i nt h ep r o c e s so f s t a r t u p ，t h er e a c t o rw h i c hw a so p e r a t e dw i t ha d d i n gf l o c c u l a n th a da i v v 江苏大学硕士学位论文 v i 江苏大学硕士学位论文 目录 摘昙暮i a b s t r a ( 汀一i i i 目 录v i i 第一章绪论。l 1 1 问题的提出1 1 2 厌氧生物处理技术的发展概述2 1 2 1 厌氧处理工艺原理2 1 2 2 厌氧生物处理工艺的发展2 1 2 3 厌氧生物反应器的发展历程3 1 3 厌氧折流板反应器国内外研究现状述评3 1 3 1 厌氧折流板反应器的原理3 1 3 2 国内外研究现状评述4 1 4 研究目的和意义7 1 5 研究内容及创新之处8 1 5 1 本课题的研究内容8 1 5 2 本课题的创新之处9 1 6 本课题研究的技术路线。9 第二章s a b r 反应器的流体动力学研究1 l 2 1s a b r 反应器水力特性的研究方法1 l 2 1 1 计算流体力学( c f d ) 模拟研究1l 2 1 2 停留时间分布( r t d ) 试验研究1 2 2 2 计算流体力学( c f d ) 模拟研究1 2 2 2 1 研究方法l2 2 2 2 结果分析1 3 2 3 停留时间分布( r 1 d ) 试验研究1 7 2 3 1 试验装置17 2 3 2 试验方法1 7 2 3 3 结果分析18 2 4s a b r 反应器的流体动力学特性分析2 2 2 5 本章小结2 2 第三章不同接种方法启动s a b r 反应器2 4 3 1 问题的提出2 4 3 1 1 传统厌氧反应器的启动2 4 3 1 2 传统厌氧反应器启动过程中存在的问题2 5 3 1 3s a b r 反应器的启动2 5 3 2 试验材料与研究方法2 5 3 2 1s a b r 反应器启动试验装置2 5 3 2 2s a b r 反应器的接种污泥和接种方式2 6 3 2 3 试验废水2 7 3 2 4 启动过程2 7 v l i 江苏大学硕士学位论文 3 2 5 试验分析项目及分析方法2 8 3 3 试验结果与讨论。2 8 3 3 1 各反应器启动效果分析2 8 3 3 2c o d 去除率的变化2 9 3 3 3v f a 的变化3 3 3 3 4 各隔室p h 值的变化一3 4 3 3 5 各隔室碱度的变化3 8 3 4 本章小结4 2 第四章营养盐的投加对启动过程的促进作用4 3 4 1 引言4 3 4 2 材料和方法4 3 4 2 1 试验用反应器4 3 4 2 2 试验接种污泥和接种方式4 3 4 2 3 试验废水4 4 4 2 4 试验方法4 4 4 2 5 试验分析项目及分析方法4 4 4 3 试验结果与讨论4 5 4 3 1 营养盐对反应器启动促进效果分析4 5 4 3 2c o d 与去除率的变化4 6 4 3 3v f a 的变化4 8 4 3 4 各隔室p h 值的变化4 9 4 3 5 各隔室碱度的变化5 l 4 4 本章小结5 4 第五章絮凝剂的投加对启动过程的促进作用。5 5 5 1 引言5 5 5 2 材料和方法5 5 5 2 1 试验用反应器5 5 5 2 2 试验接种污泥和接种方式5 5 5 2 3 试验废水5 6 5 2 4 试验方法5 6 5 3 试验结果与讨论5 7 5 3 1 絮凝剂对反应器启动促进效果分析5 7 5 3 2c o d 与去除率的变化5 8 5 3 3v f a 的变化6 l 5 3 4 各隔室p h 值的变化6 2 5 3 5 各隔室碱度的变化6 4 5 4 本章小结6 7 第六章结论与建议6 8 6 1 结论6 8 6 2j 圭议6 9 参考文献一7 l 致 射，7 4 攻读硕士学位期间发表的学术论文7 6 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 问题的提出 厌氧处理是一种低成本的废水处理技术，它又是把废水处理和能源回收利用 相结合的一种技术。厌氧处理利用厌氧微生物的代谢过程，在无需提供氧气的情 况下把有机物转化为无机物和少量的细胞物质，这些无机物主要包括大量的生物 气和水。沼气的主要成分是约2 3 的甲烷和1 3 的二氧化碳，是一种可回收的能 源。如今全世晃不仅面临严重的环境问题，而且还面临着能源短缺以及经济发展 与环境治理资金不足的问题。因此，世界各国尤其是像我国这样的发展中国家需 要既有效、简单又费用低廉的污水处理技术。在这样的背景下，厌氧技术是特别 适合我国国情的一种技术。污水厌氧处理设备则是污水厌氧处理技术中的关键环 节。现有的污水厌氧处理设备很多，而污水厌氧处理设备具有运转费用低、有可 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。但是，现有 废水厌氧处理设备还或多或少的存在着生物固体截留能力不强、水利混合条件不 好以及出水水质不达标等缺矧1 翻。 a b r 反应器虽然有着较强的生物固体截留能力，污染物处理效率也比较稳 定，但是，a b r 反应器的启动过程比较缓慢，一般认为初次启动要耗时8 1 2 周 左右，比较难以控制适当条件形成颗粒污泥，而且，在启动过程中比较容易出现 酸化，尤其是进水负荷较高的时候这种情况更容易出现，一旦出现酸化现象，要 恢复正常较困难【3 1 。 虽然，在a b r 反应器中接种厌氧颗粒污泥可以有效缓解厌氧反应器启动过 程中出现的酸化问题，但是厌氧颗粒污泥价格较高，这在一定程度上影响了它的 推广使用。 本课题针对上述a b r 反应器缺陷设计了一种新型污水厌氧处理反应器，即 分段进水式厌氧折流反应器( s a b r ) ，该反应器具有启动时l 日j 短，运行能耗极低、 耐负荷高、剩余污泥量少、生物固体截留能力强、水利混合条件好，设备简易、 占地面积小、运行成本低等诸多优点，而且特别适合在农村等离散型污水处理系 统中使用。 江苏大学硕士学位论文 1 2 厌氧生物处理技术的发展概述 1 2 1 厌氧处理工艺原理 厌氧处理工艺就是根据厌氧生物处理的基本原理开发出行之有效的污水厌 氧处理技术，即开发出能有效保持反应器中性能优良的厌氧活性污泥，使污泥与 迸水充分接触，最大限度的利用厌氧微生物的处理能力的厌氧处理技术，主要包 括【4 】： ( 1 ) 两相或多级厌氧处理工艺 两相厌氧工艺就是把水解和发酵的产酸相与产乙酸和产甲烷的产气相分别 置于不同的反应器中，以便削弱由酸的积累而导致反应器“酸化 的问题，使产 酸相和产甲烷相具有复合流态是两相工艺的发展方向。 多级厌氧处理工艺是从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次完成的工艺过程。 ( 2 ) 分阶段多相厌氧处理工艺 分阶段多相厌氧工艺，是厌氧工艺技术研究和应用发展的主导方向，是新 型高效废水厌氧处理工艺研究和开发应用的新思路，该技术将适用于各种温度条 件和不同进水基质类型的处理。 ( 3 ) 复合厌氧处理工艺 复合厌氧处理工艺是在融合各种厌氧工艺的基础上开发出来的新型现代厌 氧处理工艺，它在实际工程中已经得到广泛采用，应用实践表明，对于某些难处 理难降解的特种废水，比如垃圾渗滤液处理，复合厌氧处理工艺能够取得较好的 c o d 去除率。 1 2 2 厌氧生物处理工艺的发展 随着科学技术的发展，厌氧生物处理技术近几十年来得到了很大的提高，此 外由于全球能源危机出现，而厌氧生物处理工艺能耗低且可以回收c h 4 作为清 洁亡1 厶匕h e , 源等优点，越来越受到研究者们的关注。总体而言，厌氧生物处理工艺的发 展过程大致经历了三个阶段【4 j ： 第一阶段( 十九世纪中期到十九世纪未) ：这一时期的厌氧生物处理工艺主要 是简单的沉淀与厌氧发酵并行。 第二阶段( 二十世纪初) ：这一时期的厌氧生物处理工艺主要是污水沉淀与 2 江苏大学硕士学位论文 厌氧发酵分层进行。 第三阶段( 二十世纪初到现在) ：这一时期的厌氧生物处理工艺主要是独立式 的高级厌氧处理工艺。 1 2 3 厌氧生物反应器的发展历程 厌氧生物处理技术的反应器主体也经历了三个时代5 】： 第一代反应器：以厌氧消化池和厌氧接触工艺为代表，属于低负荷系统。 第二代反应器：可以将固体停留时间与水力停留时间分离，能够保持大量的 活性污泥和足够长的污泥龄，利用生物膜固定化技术和培养易沉淀厌氧污泥的方 式开发出的，属于高负荷系统。 第三代反应器：在保证固体停留时间和水力停留时间分离的前提下，使固液 两相充分接触，从而既能保持大量污泥又能使废水和活性污泥之间充分混合、接 触，以达到真j 下高效的目的。 1 3 厌氧折流板反应器国内外研究现状述评 2 0 世纪8 0 年代初，美国斯坦福大学的m c c a r t y 及其合作者在厌氧生物转盘 反应器的基础上改进开发出了厌氧折流板反应器a b r 。该反应器具有结构简单、 截留污泥能力强、稳定性高等许多优点而一经出现即引起广大研究者的注意，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内研究的热点之 一【6 】o 1 3 1 厌氧折流板反应器的原理 厌氧折流板反应器内设置了一系列垂直挡板，这些挡板将反应器分割成若干 个反应隔室，每个隔室相当于一个相对独立的升流式厌氧污泥床( u p f l o w a n a e r o b i cs l u d g eb e d ，简称u a s b ) ，而厌氧折流板反应器也被研究者描述为多 个u a s b 反应器的串联形式r 玎。 含有有机污染物的废水从流入反应器到流出反应器这一过程中沿垂直折流 板在每个隔室中自下而上流动，依次按顺序通过每个反应隔室的厌氧污泥床，废 水中有机污染物与厌氧污泥床中的微生物充分接触并得到降解。废水在流动和被 处理过程中产生的生物气( 甲烷等) 使反应器内的微生物在反应器隔室中得到较 好的搅动，同时，由于隔室挡板的阻挡和厌氧污泥较好的沉降性能，废水的流速 又比较慢，又使得大量的厌氧污泥被截留在反应器的各个隔室中【8 1 。 江苏大学硕士学位论文 厌氧折流板反应器最重要的优势在于可将产酸阶段的细菌和产甲烷阶段的 细菌纵向分离，在不同隔室中驯化培养出与流经该隔室的废水水质及环境条件相 适应的微生物群落【3 1 。这使不同厌氧菌群各自生长在最适宜自生生长的环境条件 下，有利于它们发挥活性，大大提高厌氧反应器的处理效果和运行稳定性。 1 3 2 国内外研究现状评述 目前国内外对厌氧折流板反应器a b r 的结构形式、反应器的启动、反应器 的水力特性、反应器耐冲击负荷的稳定性、厌氧颗粒污泥与微生物的特性、处理 难降解有机物等方面进行了研究，近年来也有一些关于实际工程应用的研究。 ( 1 ) 厌氧折流板反应器的结构的发展 自m c c a r t y 及其合作者开发出厌氧折流板反应器以来，为了进一步提高反应 器的性能或者为了能使反应器满足处理某些特别难降解的废水的要求，研究者对 它进行了不同形式的优化改造，这些改造加强了反应器中厌氧污泥的停留，能适 应于不同废水水质。 b a c h m a n 等人【9 】将厌氧折流板反应器的降流室变窄，升流室加宽，有利于厌 氧污泥停留在升流室内，使反应器成为升流式污泥床系统，水流方向与产气上升 方向一致，加强了对污泥床层的搅拌作用。由于厌氧折流板反应器前面隔室中 h 2 浓度较高，因此，有研究者【m 】将反应器各隔室气体单独收集，通过保护共生 菌而提高反应器的稳定性。t i l c h e 和y a n g 等人【1 对厌氧折流板反应器做了如下 改动：在最后一格反应室后增加了一个沉降室，防止污泥流失；在每隔室顶部加 入复合填料，防止污泥的流失。b o o p a t h y0 2 1 设计了一种第l 格的体积是第2 格 的两倍的两格厌氧折流板反应器，以便降低水流的上升速度，从而减少污泥的流 失。 ( 2 ) 厌氧折流板反应器水力特性的研究 反应器的流念对底物与生物体的接触及反应器容积利用率有重要影响，而后 者可用反应器的水力停留时间分布( r t d ) j j l a 以研究【1 3 1 。 g r o b i c k i 和s t u c k e y l l 4 j 以氯化锂为示踪剂，研究在不同的水力停留时问下， 清水厌氧折流板反应器和投加污泥的厌氧折流板反应器的水力死区容积分数。结 果发现，在清水反应器试验中，死区容积分数v d ( 其中v d 为死区容积，v 为 反应器容积) 始终小于8 ：而在投加污泥的反应器中，v d 最高值没有超过反 4 江苏大学硕士学位论文 应器容积的2 2 ，所有工况的v d 平均值是9 8 。 郭静等【1 5 1 以氯化钠为示踪剂，根据l e v e n s p i e l 模式对反应器内的死区百分率 进行了计算。测试发现，实际的反应器介于p f 流态和c s t r 流态之间( 即 0 d i t l o o ) ，并且随着h r t 增大，a b r 向p f 流态过渡。 沈耀良等【1 6 】以氯化锂做示踪剂，研究结果也表明，a b r 中各隔室趋于c s t r 流态，而随隔室数的增加，反应器趋于p f 流态。而且，h r t 越长，每个隔室的 c s t r 流态越明显。 胡细全等1 刀的研究表明a b r 的水力死区，远低于a f 等其他厌氧生物反应 器；a b r 的流态介于理想完全混合式与理想推流式之间，接近理想推流式；a b r 的水力死区与折流板底端距底板距离在本试验范围之内成正比关系，随距离增大 而增大。折流板折角的最佳值在5 0 附近。 ( 3 ) 厌氧折流板反应器的启动研究 厌氧反应器能否成功地快速启动是反应器运行成败的关键因素，反应器启动 的目标是为需处理的污水培养最适宜的微生物群，而厌氧颗粒污泥的形成能使反 应器中具有丰富的微生物相，从而确保厌氧生化过程的稳定高效运行，因此反应 器启动时能否培养出沉降性能良好、产甲烷活性高的颗粒污泥对a b r 反应器的 运行具有重要的意义。影响反应器启动的因素较多，包括接种污泥、运行方式以 及环境条件等等。启动过程中的具体操作应结合废水水质进行，同时尽可能以高 浓度污泥启动反应器，这样能在较短的时间内获得更高的污泥浓度和更好的产气 效果并能加快污泥的颗粒化进程。 很多学者对a b r 的启动方式进行了研究，目的都是为了缩短反应器启动时 问在尽可能短的时问达到设计负荷。 n a c h a i y a s i t l l 8 】以0 7 5 ( k g c o d k g v s s ) d 的初始污泥负荷固定进水c o d 浓 度，h r t 由8 0 h 逐步减少到6 0 h 、4 0 h ，最后稳定在2 0 h 。但是几周后反应器 发生了过度酸化，启动失败，随后，他们降低了污泥负荷，启动获得了成功。 b a c h m a r h l 【1 9 】以及b a r b e r t 8 】分别以低有机负荷、周期间歇进料、出水回流等 方法启动反应器，最后都成功的启动了反应器，但是s a l l i s t 2 0 】认为由于a b r 的 分格式结构，这些方法会导致最后隔室的微生物得不到充足得营养，因此此方法 并不是成功启动a b r 反应器的最好方法。 江苏大学硕士学位论文 o r o z c o 2 1 】的研究表明，采用短h r t 的运行方式启动为佳，而又有学者【5 1 提出在在处理低浓度废水时，可以采用较短的h r t ，以增强传质效果，促进水 流混合，缓解反应器后部污泥的基质不足问题，而在处理高浓度废水时，应该采 用较长的h r t 以防止因产气作用而造成的污泥流失影响反应器启动。 徐金兰【2 2 】采用低负荷方式启动a b r 反应器，先采用固定流量增加c o d 方式将负荷逐步提高，然后固定c o d 增大进水流量方式将负荷提高到3 9 k g c o d ( m 3 d ) ，c o d 去除率在8 0 以上，6 0 d 后，启动完成。 胡细全等【2 3 】以a b r 处理低浓度废水时，对接种厌氧活性污泥和好氧活性 污泥启动反应器进行了比较。接种厌氧活性污泥时以低负荷启动，3 4 天后，c o d 去除率稳定在6 0 以上，启动完成。在以好氧活性污泥启动反应器时，又分别 以好氧污泥混合少量厌氧污泥和驯化好氧污泥启动反应器，混合污泥启动时在容 积负荷较低的情况下反应器运行并不理想，最后反应器出现酸化，启动失败。 陈洪斌等【2 4 l 在以厌氧折流板反应器处理豆制品废水时，通过低负荷启动反应 器，经过五十多天的运行，c o d 去除率能保持在8 0 以上，而且，反应器具有 良好的抗冲击负荷和抵抗低p h 值的能力。 ( 4 ) 厌氧折流板反应器中微生物特性的研究 厌氧折流板反应器的独特结构使各隔室有各自独特的生物群体，并呈现出良 好的种群分布，通常在反应器前端的隔室中主要以水解和产酸菌为主【3 4 1 。 有学者认为【2 5 j ，在a b r 内主要存在两种乙酸分解菌，即甲烷八叠球菌 ( m e t h a n o s a r c i n a ) 和甲烷丝状菌( m e t h a n o t h r i x ) ，在高浓度基质下，甲烷八叠球菌 比甲烷丝菌有更高的生长速率和乙酸利用率。 t a k a s h i m a 和s p e e c e 2 6 】认为，向反应器内直接投加f e 2 + 、c 0 2 + 、n i 2 + 后， 反应器内甲烷菌的优势菌种会发生变化，由甲烷丝菌转化为甲烷八叠球菌。 t i l c h e 和y a n g 等在利用a b r 处理蜜糖废水时，发现在a b r 前面隔室 中甲烷八叠球菌浓度最高，用荧光显微镜可观察到嗜氢甲烷菌，而到反应器的后 面隔室则以甲烷丝状菌为主。 雷中方等【2 7 】在a b r 处理碱法草浆黑液的研究中观察到，颗粒污泥中的微 生物以厌氧球菌和八叠球菌为主，杂以丝状菌、螺旋菌和杆菌。 沈耀良纠2 8 】发现在反应器的第l 隔室存在着大量的杆菌及丝状体，随着隔室 6 江苏大学硕士学位论文 的推移，逐渐出现球菌、双球菌、八叠球菌等，在第4 隔室则主要以八叠球菌及 多叠球菌为主，随后两隔室八叠球菌又逐次减少。 李雪青等【2 9 】的研究发现a b r 反应器的各隔室内可以观察到短杆菌、长杆菌、 弧菌、丝状菌和球菌等各种微生物，其中，产甲烷菌以丝状菌和杆菌为主，甲烷 八叠球菌所占比例很少，但靠后的分格中所占比例提高。 任随周等【3 0 】发现在a b r 的前段、中段及后段隔室中不同种类的优势菌群 存在数量差异，好氧及兼性厌氧优势菌群的数量随着废水在a b r 隔室中的折流 前进而逐渐减少，厌氧微生物的数量变化规律则是先增多，后减少，产甲烷活性 在前段隔室中相对较低，后段隔室则相对较高。 ( 5 ) 厌氧折流板反应器中污泥颗粒化的研究 高效厌氧反应器的最大特点就是形成沉降性能良好、产甲烷活性高的颗粒污 泥，厌氧颗粒污泥的形成使反应器中有较丰富的微生物相，从而确保厌氧生化过 程稳定高效运行。尽管s t u c k e y 认为在a b r 反应器中即使不形成颗粒污泥也 能获得良好的处理效果，很多研究者【3 1 。3 3 1 在研究a b r 反应器时，虽然反应器接 种物浓度不同、运行条件不同、处理的废水不同，他们都观察到污泥颗粒化的现 象，这说明控制在合适的条件下，a b r 反应器是能够培养出颗粒污泥的。 b o o p a t h y 和t i l c h e 1 2 】发现颗粒污泥的粒径和形状主要取决于基质的类型， 在处理高浓度的糖浆废水时，沿反应器方向颗粒污泥的粒径逐渐减小，第一隔室 污泥的粒径是5 4 m m ，最后一个隔室污泥的粒径是1 5 m m 。在处理低浓度废水 时发现中问隔室的污泥的粒径最大，往后逐渐减小。 t i l c h e 和y o n g 1 l 】发现在基质浓度较高的6 i 面隔室中主要是光滑的甲烷八 叠球菌絮体形成的颗粒污泥，颗粒污泥的体积较大，密度较小，而且里面充满了 空腔。 戴友芝等【3 4 】在研究有毒物冲击负荷对a b r 反应器的影响试验中，观察到 颗粒污泥粒径沿隔室逐渐减小，第一隔室最大粒径达1 0 m m ，而第5 隔室最小 粒径只有0 0 3 m m 。 1 4 研究目的和意义 目前，污水厌氧处理技术比较成熟，处理设备也有很多，但是，现有废水厌 氧处理设备还或多或少的存在着生物固体截留能力不强、水利混合条件不好、反 江苏大学硕士学位论文 应器能耗高、抗冲击能力差、剩余污泥量较多、设备繁杂、占地面积大、运行成 本高以及出水水质不达标等缺陷。例如，技术比较成熟的u a s b 法，其生物固 体截留能力强，处理能力高，但其水利混合条件尚不够理想。 s a b r 反应器处理生活污水，其不仅生物固体截留能力强，而且水利混合条 件也好。可以将此技术应用于多种污水处理，并通过改变外界条件，来确定反应 最佳工况，提高处理效率。 本次试验主要对s a b r 反应器的水力特性，启动方式、颗粒污泥形成过程、 外部条件对反应器启动的影响以及运行效果的影响等问题进行深入研究，并通过 在不同条件下形成颗粒污泥情况，来比较并得出在试验室条件下加快s a b r 反应 器启动以及相应的工艺参数，为实际工程的设计参数提供直接和理论上的依据， 为s a b r 反应器在水污染控制工程中的实际应用奠定基础。 目前高效厌氧反应器的应用和开发受到世界各国越来越多的重视，s a b r 反 应器作为一种新型的高效厌氧反应器受到许多专家和工程师的青眯，对于经济尚 不发达的我国，其应用前景更为广阔。因此此课题的研究有着显著的科研意义、 社会意义和经济意义。 1 5 研究内容及创新之处 1 5 1 本课题的研究内容 ( 1 ) s a b r 反应器水力特性的研究。本课题拟采用去离子水作为试验用水， 采用分析纯n a c l 为示踪剂，采用停留时间分布( r t d ) 法研究反应器在j 下常运 行条件下的流态，对s a b r 反应器的停留时间分布( r t d ) 规律和水力混合状况 进行研究。同时，运用通用商业计算流体力学( c f d ) 软件f l u e n t 对s a b r 反应器进行流场模拟，分别考察了不同进水流量时s a b r 反应器的速度场、压力 场以及湍动性能。 ( 2 ) s a b r 反应器的不同启动方式研究。接种不同的污泥，试验用水采用 葡萄糖、尿素以及磷酸二氢钾配成人工合成废水，控制c o d ：n ：p = 2 0 0 ：5 ：l ，不额 外添加f e ，m g ，c o ，n i 和z n 等微量元素。采用生活污水自接种启动的反应器 进水为小区生活污水，并按比例添加了葡萄糖、尿素和磷酸二氢钾。进水p h 控 制在6 5 8 0 ，控制仞始水力停留时间( h r t ) 为7 2 h ，c o d 容积负荷为 o 1 5 k g ( m 3 d ) 。采取固定进水基质浓度，逐步减少水力停留时问，提高进水容积 江苏大学硕士学位论文 负荷的方式启动。在启动过程中，研究s a b r 反应器各隔室对基质降解的规律： 在低容积负荷下，各隔室c o d 降解规律，p h 值变化规律，c o d 去除率的变化 规律，v f a 的变化规律。在此之后，还要研