（采矿工程专业论文）二相厌氧—好氧处理中药生产废水技术研究.pdf

中文摘要 摘要 本文提出了采用二相厌氧一好氧处理中药生产废水的工艺，即产酸反应器一 中间转换器一产甲烷反应器一活性污泥的工艺系统( 简称t p a d o 系统) ：在实验 室条件下研究了该系统在处理高浓度、高色度中药生产有机废水时的处理能力、 去除效率、分相微生物变化、处理过程特性，并将该技术应用于1 5 0 m 3 d 的中试工 程。 采用了控制容积负荷与化学方法相结合的实验工艺进行厌氧分相，即采用控 制有机负荷参数和化学法投加c c h ，将产酸反应器控制在酸化阶段，可使产甲烷 相具有明显的产甲烷菌高活性优势。 研究了二相厌氧反应器快速启动的基本条件。实验结果表明：在p h 值4 5 6 0 ，温度在2 79 c 士2 c ；有机负荷从l k g m 3 - d 1 0 k g m 3 d 缓慢增加的条件下，二相 厌氧反应器的启动比较容易。 t p a d 0 系统易处理高浓度有机中药废水，系统在实验室条件下负荷从7 1 9 k g c o d m 3 d ( 进水c o d 浓度为：1 6 0 0 5 8 0 0 m 鲫) 进行运行，实验结果表明： 二相厌氧系统都具有9 0 以上的去除效率，出水c o d 一般在4 0 0 r a g 1 以下。与传 统的厌氧工艺相比，具有明显的高去除效率和运行较稳定性。 二相厌氧产酸相的最佳工作条件为：温度：1 5 3 5 。c 、p h ：4 5 6 5 、有机负 荷：4 2 0 k g c o d ( m 3 d ) 。产酸反应器c o d 去除效率一般在2 5 3 5 。 使用色谱质谱联机( g c - m s ) 对污水处理过程中污水含有的各种有机污染物进 行鉴定，结果表明：产酸反应器对有机物的降解在一定程度上只是一个预处理过 程，产酸反应过程中没有彻底完成有机物的降解任务，而是改变有机物的形态。 即将大分子物质降解为小分子物质，将难生化降解物质降解为易生化降解的物质。 这样使得以c o d 形式存在而b o d 5 不易检出的有机物，在酸化反应过程中分解形 成一些可以被b o d 5 测出的有机物，从而使b o d 5 c o d 比例有明显增加。 对产酸段和产甲烷段的污泥进行镜检，实验显示：产酸段污泥及污泥内部， 主要含有类似索氏产甲烷菌和八叠球菌等菌种。产甲烷相污泥为直径o 3 o 6 m m 颗粒污泥，颗粒污泥表面微生物种类丰富，有杆菌、球菌和丝状菌。 建立了1 5 0 m 3 d 规模的中试工程。产酸反应器c o d 容积负荷率6 4 k 卫c o d ( m 3 d ) ，b o d 5 容积负荷率2 8 9k g b o d 5 ( m 3 d ) ；产甲烷反应器c o d 容积负荷率 2 4 k g c o d ( m 3 d ) ，b o d 5 容积负荷率3 2k g b o d 5 ( m s d ) ；曝气池内设p e 半软性填 料，c o d 填料体积负荷1 3k g c o d ( m 3 - d ) ，b o d 5 填料体积负荷1 1k g b o d 5 ( m s d ) 。 中试工程的实施有力地证明了t p a d 0 工艺系统适合于中药废水的处理，并为以 重庆大学博士学位论文 后的大规模工程设计探索了规律。 关键词：二相厌氧，生物处理，中药废水，活性污泥，高浓度有机废水， 色谱质谱联机实验，中试工程 l i 英文摘要 a b s t r a c t an e w t e c h n i q u eo ft r e a t i n gw a s t e w a t e rf r o mt c mi n d u s t r yb a s e do nt w o - p h a s e a n a e r o b i c a e r o b i ct h e o r yi sp r e s e n t e di nt h i sp a p e r , w h i c hi sa b b r e v i a t e dt ot p a d o s y s t e m t h es y s t e m sc a p a b i l i t yo ft r e a t i n gw a s t e w a t e rw i 也k g hc o n c e n t r a t i o na n d t i n t i n gs t r e n g t h , t r e a t m e n te f f i c i e n c y , c h a n g ei nm i c r o o r g a n i s ms p e c i e sa n dt r e a t m e n t c h a r a c t e r i s t i c sh a v eb e e ns t u d i e d i na d d i t i o n ，t h i st e c h n i q u ei st e n t a t i v e l yu s e di na p i l o t s c a l et e s tw i t hat r e a t m e n tc a p a b i l i t yo ft 5 0 m 3 d t h e e x p e r i m e n t a r ti s p h a s e dt h r o u g hc o n t r o l l i n g v o l u m e t r i c l o a d i n g i n c o m b i n a t i o nw i t hc h e m i c a lm e t h o d ；i e a c c o r d i n gt ot h ed e t e r m i n e dv o l u m e t r i cl o a d i n g p a r a m e t e r sa n dc h e m i c a lm e t h o d ，ac e r t a i n a m o u n to fc c hi sa d d e dt ol i m i tt h e a c i d p r o d u c i n gr e a c t o r t oa c i d - p r o d u c i n gp h a s es ot h a tm e t h a n e - p r o d u c i n gb a c t e r i ac a n k e e ph i g h l y a c t i v e t h ef u n d a m e n t a lc o n d i t i o n so f r a p i d l y s t a r t i n gt h et w o p h a s ea n a e r o b i cr e a c t o ra r e s t u d i e d t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h a tw h e nt h ev a l u eo fp hi sw i t h i n4 5 6 0 t e m p e r a t u r e2 7 c + 2 ca n do r g a n i cl o a d i n gl k g m 3 d l o k g m 3 d ，s t a r t i n gr e a c t o ri s r e l a t i v e l ye a s y t h ee x p e r i m e n tr e s u l t so ft p a d oa p p l i e dt ot r e a t m e n to ft c mw a s t e w a t e ro f k g hc o n c e n t r a t i o n w i t hi t s l o a d i n g a t 7 1 9 k g c o d m 3 ds h o wt h a tt h er e m o v a l e f f i c i e n c yo ft p a d - oi sg e n e r a l l ys t a y i n g a t9 0 a n dt h ec o n c e n t r a t i o no fc o d c o n t a i n e di nt r e a t e dw a s t e w a t e ri sb e l o w4 0 0 r i l g o ；s ot p a d ob o a s t sa nc o n s p i c u o u s h i g hr e m o v a le f f i c i e n c ya n ds t a b l ep e r f o r m a n c ec o m p a r e dw i mt r a d i t i o n a la n a e r o b i c t e c h n i q u e s t h e o p t i m u mw o r k i n g c o n d i t i o n so fa c i d - p r o d u c i n g p h a s e w i t h t w o - p h a s e a n a e r o b i c a e r o b i ct e c h n i q u ei sa s s u c h ：t e m p e r a t u r e ，1 5 3 5 c ；p h ，4 5 6 5 ；o r g a n i c l o a d i n g , 4 2 0 k g c o d ( m 3 d 、g e n e r a l l ys p e a k i n g , t h ee f f i c i e n c yo f r e m o v i n gc o d o f a c i d - p r o d u c i n g r e a c t o ri sk e p tw i t h i n2 5 3 5 t h ea n a l y s i so fo r g a n i c p o l l u t a n t s c o n t a i n e di nw a s t e w a t e ri nt h ep r o c e s so f t r e a t m e n t b yu s i n g c c - m ss h o w st h a tt h e d e g r a d a t i o n o fo r g a n i cm a a e r si n a c i d p r o d u c i n gr e a c t o ri sj u s tap r e t r e a t m e n tt os o m ed e g r e e ，o r g a n i cm a t t e r sa r en o t c o m p l e t e l yd e g r a d e d i nt h ec o u r s eo fa c i d p r o d u c t i o n ，b u tt h e i rm o r p h o l o g i c a l p r o p e r t i e s a r ea 】t e r e d ，m a t t e r s c o n s i s t i n g o fb i gm o l e c u l e sa r ec h a r l g i n gi n t o o n e s i i i 重庆大学博士学位论文 c o m p o s e d o fs m a l lm o l e c u l e s ，w h i c kp r e v i o u s l yd e f y i n gb i o c h e m i c a lt r e a t m e n t ，c a nb e b i o c h e m i c a l l yd e g r a d e d a sf lr e s u l t ，s o m eo r g a l f i cm a t e r i a l s ，n o te a s i l yd e t e c t e dw i t h b o d sb e c a u s eo f t h e i re x i s t i n gf o r mo fc o d ，c a nb ed e c o m p o s e di n t os o m em a t t e r s s u b j e c tt oe a s i e rd e t e c t i o n w i t hb o d 5i nt h ep r o c e s so f a c i d i f i c a t i o n , w h i c hw i l ln o t a b l y i n c r e a s et h er a t i oo f b o d 5t oc o d t h e m i c r o s c o p yo fs l u d g ep r o d u c i n gm e t h a n es h o w st h a tt h e r ee x i s t8s p e c i e so f b a c t e r i as u c ha sm e t h a n e - p r o d u c i n gb a c t e r i u m ，s a l c i n e n eb a c t e r i u me t c t h ed i a m e t e ro f g r a i nc o m p r i s i n gs l u d g ei sw i t h i no 3 0 6 m m a n dv a r i e t i e so fm i c r o o r g a n i s ms p e c i e s a l e l i v i n go n t h es l 疵a c eo f s l u d g eg r a i n t h e e x p e r i m e n tr e s u l t so f p i l o t s c a l et e s tw i t hai r e a t m e n t c a p a c i t ) ，o f1 5 0 m 3 d ，t h e c o dv o l u m e t r i cl o a d i n go fa c i d - p r o d u c i n gr e a c t o ra t 6 4 k g c o d ( m 3 d ) ，t h eb o d 5 v o l u m e t r i c l o a d i n g a t2 8 9 k g b o d s ( m s d ) ；t h e c o dv o l u m e t r i c l o a d i n g o f m e t h a n e - p r o d u c i n ga t2 4 k g c o d ( m s d ) ，t h eb o d s3 2k g b o d s ( m s d ) ；t h ea e r a t i o n b a s i ns t u f f e dw i t hs o f t s t u f f i n g , i t s c o ds t u f f i n gv o l u m e t r i c l o a d i n g a t1 3 k g c o d i ( m 3 d ) ，i t sb o d s1 1k g b o d 5 ( m s d ) ，s h o wt h a tt p a d 一0i sa p p l i c a b l et ot h e t r e a t m e n to fw a s t e w a t e rf r o mt c m i n d u s t r ya n dt h es t u d yi nt h i sp a p e ri sp l a y i n g p i o n e e r f o rt h el a r g e s c a l ei n d u s t r i a la p p l i c a t i o n k e y w o r d s ：t w o - p h a s e a n a e r o b i c b i o l o g i c a lt r e a t m e n t , t c mw a s t e w a t e r , a c t i v es l u d g e ，o r g a n i cw a s t e w a t e rw i t h h i g hc o n c e n t r a t i o n , c c m se x p e r i m e n t , p i l o ts c a l et e s t i v l 绪论 1 绪论 中医药是我国的医药瑰宝，在我国的医药工业中占居着举足轻重的地位。随 着科学技术的进步，中药产业也得到了飞速发展。尤其是中成药的生产，已成为 医药产业的支柱之一。然而，在中成药的生产提取过程中，会产生大量的废水， 造成环境污染，使得中药产业的发展受到了严重制约。而且中药的生产废水，与 其它类的工业污水、废水在水质和污染物成分方面有很大的差异，如采用常规的 厌氧一好氧法等技术进行处理，效果不好，很难达标。为此，本文基于厌氧一好 氧法的机制，提出了二相厌氧一好氧法处理中成药生产废水的构想。 中药生产废水主要来自生产过程的清洗、煎煮、洗瓶等工序。其中以煎煮工 序所排废水水量最大，污染程度最高。废水中的污染物，大致可分为两类：一类 是水溶性的，一类是水不溶性的。水溶性的污染物主要来自煎煮工序，主要是单 宁、生物碱、有机酸、糖类、甙类、蒽醌、淀粉等有机物，水不溶性污染物主要 来自清洗、煎煮等工序，主要是泥沙、植物类、悬浮物等。 1 1 中药生产废水的处理技术现状及存在的问题 对有关文献资料的检索“。，发现目前国内对中药废水的处理一般采用了s b r 法和水解好氧组合法。从现有的资料可以看出，经以上两种方法处理后的中药生 产废水均不能达到污水综合排放标准g b 8 9 7 9 一1 9 9 6 一级的要求。 1 1 1s b r 法处理中药生产废水 2 f 3 】 s b r 法是序批式反应器的通称，由美国r l i r v i n e 等人提出。它的反应机理和 污染物的去除机理与现行的活性污泥法基本相同，仅运行操作不一样。如图1 1 所 示，它是将有机污染物的生物降解和脱氮除磷等过程集中在一个反应器内完成“3 。 间歇进水，间歇排水，周期运行，周期长短视进水水质和处理要求而定。每个周 期进水工序是s b r 反应池接纳废水的过程。在废水流入开始之前，反应池处于前 个周期的闲置或排水状态。反应池内剩有活性污泥混合液。充氧工序是在反应池 最大流量下进行曝气，通过活性污泥中微生物作用削减废水中的有机污染物。静 沉工序相当于传统活性污泥法中的二次沉淀池，停止曝气、活性污泥与水进行沉 淀分离。排水工序是排去活性污泥沉淀后的上清液，恢复到周期开始时的水位。 反应池底部的活性污泥大部分作为下个周期的回流污泥使用，过剩的剩余活性污 泥定时排出，另外反应池还剩下一部分处理水，起循环水和稀释水的作用。 待机工序是沉淀完成到下个周期开始的期间，为了保持污泥的活性，可进行 重庆大学博士学位论文 曝气或搅拌。 滗水器 l 烹主反应区 个个个个1 、个个个个个个个个个、 图1 1s b r 反应池结构简图 f i 9 1 1 t h e s t r u c t u r e d i a g r a m m a t i cs k e t c ho f s b r r e a c t i o n t a n k s b r 法可以通过调节池及s b r 进水阶段，在s b r 反应器系统内形成缺氧厌 氧好氧系统。但由于缺氧、厌氧时间较短，不能将中药废水中的大分子有机物水 解成挥发性有机酸等小分子物质，故虽经好氧处理，仍不能达到排放标准。 如吉林某大学在延边敖东制药厂中药废水处理工程的实施中，采用该法，结 果处理后的出冰，经检测其c o d e r 为2 5 0 m g o ，b o d 5 为1 0 0 m 鲫，根本达不到 g b 8 9 7 8 1 9 9 6 的一级标准。上海市政设计研究院在太极集团涪陵制药厂也采用该 技术处理中药废水，不能达到排放标准。 污水首先进入厌氧池与回流污泥混合，在兼性厌氧发酵菌的作用下，废水中 易生物降解的大分子有机物转化为v i a 这一类小分子有机物”3 。聚磷菌可吸收这 些小分子有机物，并以聚羟基丁酸( p u b ) 的形式贮存在体内，其所需要的能量来 自聚磷链的分解。随后，废水进入缺氧区，反硝化菌利用废水中的有机基质对随 回流混合液而带来的n 0 3 进行反硝化。废水进入好氧池时，废水中有机物的浓度 较低，聚磷菌主要是通过分解体内的p h b 而获得能量，供细菌增殖，同时将周围 环境中的溶解性磷吸收到体内，并以聚磷链的形式贮存起来，经沉淀以剩余污泥 的形式排出系统。好氧区的有机物浓度较低，这有利于好氧区中自养硝化菌的生 长，从而达到较好的硝化效果。 1 1 2 水解一好氧法处理中药生产废水 据原冶金部安全环保研究院1 9 9 7 年的研究报告显示圈，在昆明制药厂中药生 产废水处理工程中采用水解好氧法组合工艺，如图1 2 。 2 1 绪论 清水外 排 干化外 廷 图1 2 水解好氧法处理中药废水工艺 f i 9 1 2 t h e t e e h n i q u eo f t r e a t i n gw a s t e w a t e r f r o mt c m i n d u s t r yu s i n g h y d r o l y z a t i o na n d a e r o b i cm e t h o d 使用该方法处理中药生产废水，由于仅有厌氧水解阶段，废水中c o d c r 的去 除主要依赖好氧阶段来完成，工程出水b o d 5 为3 6 m 鲫，达不到g b 8 9 7 8 1 9 9 6 一 级标准，且工程好氧处理的运行成本较高。 1 2 厌氧生物处理技术现状 1 2 1 厌氧生物处理技术发展简史。”3 1 6 3 0 年海尔曼( v a nh e l m e n t ) 记述1 5 种气体，有一种为有机物腐烂过程中出 现的可燃气体。发现在动物肠道中也存在这种气体。这是第一次发现生物物质厌 氧消化产生可燃的甲烷气体。 1 8 6 8 年路易巴斯德( l o u i sp a s t e u r ) 的学生贝张柏( b e c h a m p ) 第一个指出甲烷 形成是一种微生物学的过程。 1 8 7 5 年俄国学者波波夫口o p o 固也发现沼气发酵是由微生物所引起的。 1 8 8 3 1 8 8 4 年巴斯德的学生盖恩( g a y o n ) 记录了动物粪便产生沼气的试验报 告。 1 9 0 1 年荷兰学者索琴( n l s o e h n g e n ) 对产甲烷菌的形成特征及它们的转化作 用提出了比较清楚的概念。观察到低级脂肪酸可转化为申烷和二氧化碳：氢和二 氧化碳的混合气能转化成甲烷。 1 9 0 1 1 9 0 3 年巴斯德研究所马泽( m a z e ) 找到一种产甲烷的微球菌，后命名为 马氏甲烷球菌( m e t h a n o c o c c u s m a z e i ) 。 1 9 1 6 年俄国学者奥梅梁斯基l o m e l i a n s k y ) 分离出第一株不产生孢子、发酵 乙醇产生甲烷的细菌，后来称为奥氏甲烷杆菌( m e t h a n o b a c t e r i u m o m e l i a n s k i i ) 现在证实它不是一个纯种。 1 9 3 4 年范尼尔( cb v a r m i e l ) 提出二氧化碳还原形成甲烷的理论。 重庆大学博士学位论文 1 9 3 6 年巴克( h a b a r k e r ) 发现在合成培养基上能发酵乙醇、丙醇和丁醇的 有机体。并指出发酵分成产酸和分解酸形成甲烷的两个阶段。并获得几个产甲烷 的纯培养物。一个为八叠球菌，他命名为甲烷八叠球菌( m e t h a n o s a r c i n a m e t h a n i c a ) ： 一个球菌命名为马氏甲烷球菌；两个杆菌分别命名为窜氏甲烷杆菌( m e t h a n o b a c t e r i u m s o e h n g e n i i ) 和奥氏甲烷杆菌。1 9 4 0 年巴克发现奥氏甲烷杆菌能形成孢子，因 此改名为奥氏甲烷芽孢杆菌( m e t h a n o b a e i l l u s o m e l t i a n s k i i ) 。 1 9 4 7 年荷兰学者施纳伦( s c h n e l l o n ) 在克勒佛实验室中工作，他从下水污泥和河 流的污泥中分离出两个产甲烷细菌的纯培养物，分别命名为甲酸甲烷杆菌 ( m e t h a n o b a c t e r i u m f o r m i - - c i c u m ) 和巴氏甲烷八叠球菌( m e t h a n o s a r c i n a b a r k e r i ) 。 1 9 5 0 年亨盖特( r h t m g a t e ) 提出了厌氧培养技术，为产甲烷菌的研究创造了 条件。他早期研究白蚁消化道中纤维素的消化作用，后转入研究瘤胃中纤维素的 消化作用。 1 9 5 1 年斯坦德曼( s t a d t m a n ) 和巴克( b a r k e r ) 分离出能利用甲酸的、运动的球菌， 命名为范尼甲烷球菌o 以e t h a n o e o c c u s v a n n i e l i i ) 。同时获得另外两种甲烷菌的纯化培 养物( 后来证实不是纯化培养物) 。一种细菌是能利用丁酸、戊酸和乙酸，并产生丙 酸、乙酸和甲烷，命名为弱氧化甲烷杆菌( m e t h a n o b a c t e r i u m s u b o x y d a n s ) ；另种 细菌是利用丙酸盐形成乙酸和甲烷，命名为丙酸甲烷杆菌( m e t h a n o b a c t e r l u m p r o p i o r t i u m ) 。( m e t a a n o b a c t e f i u m r u m i n a n f i u m ) ，现命名为瘤胃甲烷短杆菌 ( m e t h a n o b r e v i b a c t e r r u r n i n a n - - t i u m ) 。 1 9 6 7 年布赖恩特( m p b r y a n t ) 应用改良的亨盖特技术，将奥氏甲烷芽孢杆 菌分离纯化，指出奥氏甲烷杆菌为两种细菌的互营联合作用，揭示了产氢细菌和 产甲烷细菌之间的关系。 1 9 8 0 年周孟滓、杨秀山等在国内首次分离获得了甲烷八叠球菌的纯培养物， 后定名为巴氏甲烷八叠球菌b t c 菌株。以后其他学者先后分离到的产甲烷菌如表 1 1 。 郑中华等还发表了几种产甲烷菌的超微粒结构( 1 9 8 7 ) 的研究成果。以上产甲烷 菌纯培养的获得和研究，开发了我国产甲烷菌的资源宝库，也使得对产甲烷菌的 生活习性有了深入的了解，它们的生长繁殖在沼气发酵中起着决定性作用。 4 l 绪论 表1 1 中国学者分离到的甲烷菌汇总表1 t a b l e l 1t h es t a t i s t i c so f m e t l a a n e - p r o d u c i n g b a c t e r i a 1 2 2 废水厌氧生物处理的技术现状 1 1 普通厌氧消化池“”“” 普通消化池又称传统或常规消化池，已有百余年的历史。消化池常用密闭的 圆柱形池，如图1 3 所示。废水定期或连续进入池中，经消化的污泥和废水分别由 消化池底和上部排出，所产的沼气从顶部排出。池径从几米至三、四十米，柱体 部分的高度约为直径的i 2 ，池底呈圆锥形，以利排泥。一般都有盖子，以保证良 好的厌氧条件，收集沼气和保持池内温度，并减少池面的蒸发。为了使进料和厌 氧污泥充分接触、使所产的沼气气泡及时逸出而设有搅拌装置，此外，进行中温 和高温消化时，常需对消化液进行加热。 常用搅拌方式有三种：( 1 ) 池内机械搅拌：( 2 ) 沼气搅拌，即用压缩机将沼气从 池顶抽出，再从池底充入，循环沼气进行搅拌；( 3 ) 循环消化液搅拌，即池内设有 射流器，由池外水泵压送的循环消化液经射流器喷射，在喉管处造成真空，吸进 重庆大学博士学位论文 一部分池中的消化液，形成较强烈的搅拌，如图1 4 所示。一般情况下每隔2 4 h 搅拌1 次。在排放消化液时，通常停止搅拌，经沉淀分离后排出上清液。 常用加热方式有三种：( 1 ) 废水在消化池外先经热交换器预热到定温再进入消 化池；( 2 ) 热蒸汽直接在消化器内加热；( 3 ) 在消化池内部安装热交换管。( 1 ) 和( 3 ) 两种方式可利用热水、蒸汽或热烟气等废热源加热。 普通消化池一般的负荷，中温为2 3 k g c o d ( m 3 d ) ，高温为5 6 k g c o d ( m 3 d 、。 图1 3 螺旋浆搅拌的消化池 f i 9 1 3 t h e d i g e s t i o nt a n kw i 山 s e l e wr a b b l i n g 1 、检修口2 、集气罩3 、出气管4 、污泥管 图1 4 循环消化液搅拌式消化池 f i 9 1 4 t h e d i g e s t i o nt a n kw i md i g e s t i o n r a t e rc y c l i n g 普通消化池的特点是：可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液。 厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，结构较简单。但缺乏持留或补充厌 氧活性污泥的特殊装置，消化器中难以保持大量的微生物细胞；对无搅拌的消化 器，还存在料液的分层现象严重，微生物不能与料液均匀接触，温度也不均匀， 消化效率低等缺点。 2 ) 厌氧接触法“。o 为了克服普通消化池不能持留或补充厌氧活性污泥的缺点，在消化池后设沉 淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了厌氧接触法，其工艺流程如图1 5 所示。 该系统可使污泥不流失、出水水质稳定，又可提高消化池内污泥浓度，从而提高 设备的有机负荷和处理效率。 然而，从消化池排出的混合液在沉淀池中进行固液分离有一定的困难。其原 因一方面由于混合液中污泥上附着大量的微小沼气泡，易于引起污泥上浮；另一 方面，由于混合液中的污泥仍具有产甲烷活性，在沉淀过程中仍能继续产气，从 6 1 绪论 而妨碍污泥颗粒的沉降和压缩。为了提高沉淀池中混合液的固液分离效果，目前 采用以下几种方法脱气：( 1 ) 真空脱气，由消化池排出的混合液经真空脱气器( 真空 度为5 k p a ) ，将污泥絮体上的气泡除去，改善污泥的沉淀性能；( 2 ) 热交换器急冷法， 将从消化池排出的混合液进行急速冷却，如中温消化液3 5 冷到1 5 2 5 。c ，可以 控制污泥继续产气，使厌氧污泥有效地沉淀，图1 6 是设有真空脱气器和热交换器 的厌氧接触法工艺流程：( 3 ) 絮凝沉淀，向混合液中投加絮凝剂，使厌氧污泥易凝 聚成大颗粒，加速沉降；( 4 ) 用超滤器代替沉淀池，以改善固液分离效果。此外， 为保证沉淀池分离效果，在设计时，沉淀池内表面负荷比一般废水沉淀池表面负 荷应小，一般不大于l r n 2 h ，混合液在沉淀池内停留时间比一般废水沉淀时间要长， 可采用4 h 。 图1 5 厌氧接触法的工艺流程 f i g1 5 t h e p r o c e s sc h a r to f a e r o b i cc o n t a c tm e t h o d 重庆大学博士学位论文 图1 6 设真空脱气器和热交换器的厌氧接触法工艺流程 f i g l + 6 t h e p r o c s c h a r to f a e r o b i cc o n t a c t m e t h o d f o rv a c u u m d e a i r i n g h e a te x c h a n g e r 1 、调节池；2 、水射器：3 、消化器； 4 、真空脱气器；5 、热交换器；6 、沉淀池 厌氧接触法的特点：( 1 ) 通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，一般为 1 0 1 5 9 l ，耐冲击能力强；( 2 ) 消化池的容积负荷较普通消化池高，中温消化时， 一般为2 1 0 k g c o d ( m 3 m ，水力停留时间比普通消化池大大缩短，如常温下， 普通消化池为1 5 3 0 天，而接触法小于1 0 天；( 3 ) 可以直接处理悬浮固体含量较 高或颗粒较大的料液，不存在堵塞问题；( 4 ) 混合液经沉淀后，出水水质好，但需 增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备。厌氧接触法还存在混合液难于在沉淀池中 进行固液分离的缺点。 3 ) 上流式厌氧污泥床反应器口7 州1 州叫m 1 上流式厌氧污泥床反应器( u p f l o w a n a e r o b i c s l u d g eb l a n k e t ，简称u a s b 反应 器) ，是由荷兰的c l e t t i n g a 等人在2 0 世纪7 0 年代初研制开发的。污泥床反应器 内没有载体，是一种悬浮生长型的消化器，其构造如图1 7 所示。由反应区、沉淀 区和气室三部分组成。在反应器的底部是浓度较高的污泥层，称污泥床，在污泥 床上部是浓度较低的悬浮污泥层，通常把污泥层和悬浮层统称为反应区，在反应 区上部设有气、液、固三相分离器。废水从污泥床底部进入，与污泥床中的污泥 进行混合接触，微生物分解废水中的有机物产生沼气，微小沼气泡在上升过程中， 不断合并逐渐形成较大的气泡。由于气泡上升产生较强烈的搅动，在污泥床上部 形成悬浮污泥层。气、水、泥的混合液上升至三相分离器内，沼气气泡碰到分离 器下部的反射板时，折向气室而被有效地分离排出；污泥和水则经孔道进入三相 l 绪论 分离器的沉淀区，在重力作用下，水和泥分离，上清液从沉淀区上部排出，沉淀 区下部的污泥沿着斜壁返回到反应区内。在一定的水力负荷下，绝大部分污泥颗 粒能保留在反应区内，使反应区具有足够的污泥量。 图1 7u a s b 反应器示意图 f i g1 7 t h eu a s br e s i s t o r 1 、三相分离器：2 、气室；3 、沉淀区；4 、反应区 反应区中污泥层高度约为反应区总高度的l 3 ，但其污泥量约占全部污泥量的 2 3 以上。由于污泥层中的污泥量比悬浮层大，底物浓度高，酶的活性也高，有机 物的代谢速度较快，因此，大部分有机物在污泥层被去除。研究结果表明，废水 通过污泥层已有8 0 以上的有机物被转化，余下的再通过污泥悬浮层处理，有机 物总去除率达9 0 以上。虽然悬浮层去除的有机物量不大，但是其高度对混合程 度、产气量和过程稳定性至关重要。因此，应保证适当悬浮层乃至反应区高度。 上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩形。小型装置常为圆柱形，底部 呈锥形或圆弧形，大型装置为便于设置气、液、固三相分离器，则一般为矩形， 高度一般为3 8 m ，其中污泥床1 2 m ，污泥悬浮层2 4 m ，多用钢结构或钢筋 混凝土结构，三相分离器可由多个单元组合而成。当废水流量较小，浓度较高时， 需要的沉淀区面积小，沉淀区的面积和池形可与反应区相同；当废水流量较大， 浓度较低时，需要的沉淀面积大，为使反应区的过流面积不致太大，可采用沉淀 区面积大于反应区，即反应器上部面积大于下部面积的池形。 设置气、液、固三相分离器是上流式厌氧污泥床的重要结构特性，它对污泥 床的正常运行和获得良好的出水水质起着十分重要的作用。上流式厌氧污泥床的 三相分离器的构造有多种型式，到目前为止，大型生产上采用的三相分离器多为 9 重庆大学博士学位论文 专利技术。图1 8 是几种三相分离器示意图，图中( c ) 、( d ) 分别为德国专利结构， 其特点是使混合液上升和污泥回流严格分开，有利于污泥絮凝沉淀和污泥回流。 图中c 设有浮泥挡板，使浮渣不能进入沉淀区。一般来说，三相分离器应满足以 下条件：f 1 ) 沉淀区斜壁角度约5 0 。，使沉淀在斜底上的污泥不积聚，尽快滑回反应 区内；( 2 ) 沉淀区的表面负荷应在0 7 m 3 ，( m 3 h ) 以下，混合液进入沉淀区前，通过 入流孔道( 缝隙) 的流速不大于2 m h ；应防止气泡进入沉淀区影响沉淀；( 4 ) 应防止 气室产生大量泡沫i 并控制好气室的高度，防止浮渣堵塞出气管，保证气室出气 管畅通无阻。从实践来看，气室水面上总是有一层浮渣，其厚度与水质有关。因 此，在设计气室离度时，应考虑浮渣层的高度。此外还需考虑浮渣的摊放。 进 墙气 3 廛囹 im 图1 8几种气、液、固分离原理图 f i 9 1 8 t h e s e p a r a t i o n p r i n c i p l eo f a f e w o f g a s e s ，l i q u i d sa n d s o l i d s i 、气、周混合液通道；2 、污泥回流口；3 、集水槽；4 、气室：5 、沉淀区；6 、浮泥挡板 上流式厌氧污泥床的混合是靠上流的水流和消化过程中产生的沼气泡来完成 的。因此，一般采用多点进水，使进水较均匀地分布在污泥床断面上。常采用穿 孔管布水和脉冲进水。图1 9 是德国专利所介绍的进水系统平面分布及配水设备示 意图a 在反应器的底平面上均匀设置许多布水管( 管口高度不同) ，从水泵来的水通 1 绪论 过配水设备流迸布水管，从管口流出。配水设备是由一根可旋转的配水管与配水 槽构成，配水槽为一圆环形，配水槽分隔为若干单元，每个与一通进反应器的布 水管相连。从水泵来的水管与可旋转的配水管相连接。工作时配水管旋转，在一 定时间间隔内，污水流进配水槽的一个单元，由此流进一根布水管进入反应器。 这种布水对反应器来说是连续进水，而对每个布水点而言，则是间隙进水，布水 管的瞬间流量与整个反应器流量相等。 靛 承 诗 接幽 图1 9进水系统原理图 f i 9 1 9t h e p r i n c i p l eo f i n l e ts y s t e m a 、进水系统平面图：b 、配水设施图；c 、可旋转的配水管配水图 上流式厌氧污泥床反应器的特点是2 “”： ( 1 ) 反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为3 0 4 0 9 l ，其中底部污泥床污泥 浓度6 0 8 0 9 l ，污泥悬浮层污泥浓度5 7 l ； ( 2 ) 有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，c o d 容积负荷一般为：l o 2 0 k g c o d ( m 3 d ) ： ( 3 ) ) 反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一般无污 泥回流设备； ( 4 ) 无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身产生的沼气和进水来搅动； ( 5 ) 污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题。但反应器内有短流现象，影响 处理能力；进水中的悬浮物应比普通消化池低得多，特别是难消化的有机物固 体不宜太高，以免对污泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积，甚至引起堵寨； 运行启动时间长，对水质和负荷突然变化比较敏感。 4 1 厌氧滤池” 厌氧滤池又称厌氧固定膜反应器，其工艺如图1 1 0 所示。滤池呈圆柱形，池 内装放填料，池底和池顶密封。厌氧微生物附着于填料的表面生长，当废水通过 填料层时，在填料表面的厌氧生物膜作用下，废水中的有机物被降解，并产生沼 重庆大学博士学位论文 气，沼气从池顶部排出出。滤池中的生物膜不断地进行新陈代谢，脱落的生物膜 随出水流出池外。废水从池底进入，从池上部排出，称升流式厌氧滤池；废水从 池上部进入，以降漉的形式流过填料层，从池底部排出，称降流式厌氧滤池。 厌氧生物滤池填料的比表面积和空隙率对设备处理能力有较大影响。填料比 表面积越大，可以承受的有机物负荷越高，空隙率越大，沉池的容积利用系数越 高，堵塞减小。因此，与好氧生物滤池类似，对填料的要求为：比表面积大，填 充后空隙率高，生物膜易附着，对微生物细胞无抑制和毒害作用，有一定强度， 且质轻、价廉、来源广。填料层高度，对于拳状滤料，高度以不超过1 2 m 为宜， 对于塑料填料，高度以1 6 m 为宜。填料的支撑板采用多孔板或竹子板。 进水系统需考虑易于维修而又使布水均匀，且有一定的水力冲刷强度。对直 径较小的厌氧滤池常用短管布水，对直径较大的厌氧滤池多用可拆卸的多孔管布 水，见图】1 。 f i g 图1 1 1 厌氧滤池的进水系统示意图 f i g 1 1 l t h e i n l e ts y s t e m o f a n a e r o b i c b i o l o g y f i l t e r t a n k a 、小直径滤管的布水管b 、大直径滤管的布水管 1 2 1 绪论 在厌氧生物滤池中，厌氧微生物大部分存在于生物膜中，少部分以厌氧活性 污泥的形式存在于滤料的孔隙中。厌氧微生物总量沿池高度分布是很不均匀的， 在池进水部位高，相应的有机物去除速度快。当废水中有机物浓度高时，特别是 进水悬浮固体浓度和颗粒较大时，迸水部位容易发生堵塞现象。为此，对厌氧生 物滤池采取如下改进： ( 1 ) 出水回流，使进水有机物浓度得以稀释，同时提高池内水流的流速，冲刷滤料 空隙中的悬浮物，有利于消除滤池的堵塞。此外，对某些酸性水，出水回流起 到中和作用，减少中和药剂的用量。 ( 2 ) 部分充填载体。为了避免堵塞，仅在滤池底部和中部各设置一填料薄层，空隙 率大大提高，处理能力增大。 ( 3 ) 采用平流式厌氧生物滤池，其构造示意如图1 1 2 所示。滤池前段下部进水，后 段上部溢流出水，顶部设气室，底部设污泥排放口，使沉淀悬浮物得到连续排 除。 ( 4 ) 采用软性填料。软性填料空隙串大，可克服堵塞现象。