（市政工程专业论文）厌氧序批式反应器（ASBR）处理模拟生活污水的研究.pdf

太原理： 火学硕十研究生学位论文 厌氧序批式反应器( a s b r ) 处理模拟生活污水试验研究 摘要 我国的水污染日益严重，水资源也面临着严重危机，在我国农村 和小城镇中，排水管网还没有普及。对于分散的污染源还不能有效的 控制，本课题拟采用常温下运行a s b r 反应器对分散的生活污水进行 局部处理，或将a s b r 反应器应用于中水处理流程中的预处理单元。 利用反应器中颗粒污泥的生物降解吸附、卷扫以及生物絮凝作用来处 理生活污水，以减轻生活污水对于环境的污染，降低后续处理工艺的 负荷，降低中水回用成本。 本课题中实验过程中进水c o d 浓度从7 0 m g l 到4 0 0 m g l ，水力 停留时间h r t 为2 4 h 、3 6 h 、4 8 h 及9 6 h ，考察了c o d 有机负荷和水力 停留时间对c o d 去除率的影响；考察了进水时间对挥发性脂肪酸( v f a ) 积累程度以及v f a 积累对c o d 去除率的影响；考察了氨氮对反应器 c o d 去除率的影响。经过对a s b r 反应器运行各阶段的系统分析与调 试，本课题拟实现用继电器控制方法对a s b r 反应器的自动控制。 研究结果表明：( 1 ) 采用a s b r 反应器常温下处理低浓度生活污水 时，当保持水力停留时间不变，反应器的c o d 去除率随o l r 的增加而 有所下降，但不显著；( 2 ) 保持有机负荷o l r 不变，随着水力停留时 间( h r t ) 的延长，c o d 去除率有所提高；( 3 ) 反应器的进水时间与 反应时间的比值t ，t r 对反应器的v f a 积累以及c o d 去除率有一定的 太原理j 二大学硕十研究生学位论文 影响，t f t ，变大，v f a 积累峰值减小，反应推动力减小c o d 去除率 有所下降；( 4 ) a s b r 反应器处理生活污水时，反应器中氨氮浓度相 对较低，游离氨对产甲烷菌的抑制作用不明显，对反应器的c o d 去除 率无显著影响；( 5 ) a s b r 反应器常温下处理生活污水，在水力停留 时间 玎= 2 4 h ，进水c o d 浓度不高于4 0 0 m g l 时，出水c o d d i 。 1 0 0 m g l ，能够满足污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 - - 1 9 9 6 ) 中规定 的c o d 其它排污单位一级排放标准要求的c o d - 1 0 0 m g l 的规定； 在水力停留时间m 玎= 4 8 h ，进水c o d 浓度不高于4 0 0 m g l 时，出水 c o d d i s 6 0 m g l ，能够满足污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 - - 1 9 9 6 ) 中规定的c o d 城镇二级污水处理厂一级排放标准要求的c o d 6 0 m g l 的规定；( 6 ) 本实验实现了用继电器控制a s b r 反应器的自 动运行。 关键词：厌氧序批式反应器( a s b r ) ，常温，生活污水，自动控制 i l 太原理i ：人学硕士研究生学位论文 as t u d yo fa n a e r o b i c s e q u e n c i n gb a t c h r e a c t o r sf o rt h es i m u l a t ed o m e s t i c s e w a g e a b s t r a c t o u rw a t e rp o l l u t i o na r eb e c o m i n gw o r s e na n dw o r s e n ，o u rw a t e r r e s o u r c ea r ef a c i n gg r a v ec r e s i si nc o u n t r y s i d ea n ds m a l lt o w n so fo u r c o u n t r y , t h e r ed o n th a v ei n e x t e n s on e t w o r k so fd r a i n s t h e s et r e a t m e n t m e t h o d sc a n n o td e a lw i t ht h es e p a r a t e da n dl e s ss o u r c eo fw a t e rp o l l u t i o n a l la r o u n d i no u rs t u d i e s ，w ep l a nt ou s ea n a e r o b i cs e q u e n c i n gb a t c h r e a c t o r st od e a lw i t hs e p a r a t e ds e w a g ea tn o r m a lt e m p e r a t u r eb e f o r ei t f l o w si n t ow a t e rs y s t e m w ea l s op l a nt ou s ea n a e r o b i cs e q u e n c i n gb a t c h r e a c t o r st op r e t r e a tt h es e w a g ei nm i d d l ew a t e rr e u s es y s t e m s w i t ht h e s e m e t h o d sw ec a nu s et h eb i o d e g r a d a t i o n ，a b s o r p t i o n ，a n ds w e e pa n d b i o f l o c c u l a t i o nf u n c t i o no fg r a n u l a rs l u d g et od e a lw i t hs e w a g e t h u st h e e n v i r o n m e n t p o l l u t i o nc a u s e db ys e w a g ec a nb er e d u c e d ，t h el o a d i n gr a t e o fn e x ta e r o b i ct r e a tp r o c e s s e sc a nb er e d u c e d ，a n dw ec a nl o w e rt h e w a t e rr e u s ec o s t i l l 太原理l ：人学硕十研究生学位论文 i nt h ee x p e r i m e n tw ee x a m i n e dd i s p o s a lr a t ea l t e r a t i o no fc o dw h e n t h ec o dc o n c e n t r a t i o na l t e rf r o m7 0 m g lt o4 0 0 m g la n dh y d r o d ) n a m i c r e s i d e n c et i m ea l t e rf r o m2 4h o u r st o9 6h o u r s w ea l s oe x a m i n e dt h e a c c u m u l a t i o n d e g r e e o fv f aw h e nt h ei n f l u e n tt i m ec h a n g e sa n d e x a m i n e dt h ed i s p o s a lr a t eo fc o da td i f f e r e n ta c c u m u l a t i o nd e g r e e so f v f a a tl a s tw ea n a l y s e dt h ec o n c e n t r a t i o no fn h 3 一ni nt h er e a c t o r a f t e r t h ea n a l y s i sa n dt e s ta b o u tt h ee v e r yp e r i o do ft h ea n a e r o b i cs e q u e n c i n g b a t c hr e a c t o r s ，w es u c c e e dt oc o n t r o lt h ea n a e r o b i cs e q u e n c i n gb a t c h r e a c t o r sr u na u t o m a t i c a l l yb yr e l a y sa tl a s t f r o mt h es t u d i e sw ec a nc o n c l u d e ：( 1 ) a tt h ep r o c e s so fl o ws t r e n g t h s e w a g et r e a t m e n tu s ea n a e r o b i cs e q u e n c i n gb a t c h r e a c t o r sa tn o m a l t e m p u t e r ，w ek e p th r tc h a n g e l e s sa n dl a r g e nc o do fi n f l u e n t ，t h e d i s p o s a lr a t eo fc o d d e c l i n e dc o r r e s p o n s i v e l y ，b u ti tw a s n tam a r k e d d e c l i n e ；( 2 ) w h e nw ek e p to l rc h a n g e n e s sa n dl a r g e nh r t ，t h e d i s p o s a l r a t eo fc o di n c r e a s e d i tb e c a u s et h ep r o c e s so fm a t t e r t r a n s m i s s i o na tm i c r o o r g a n i s m sa n dm i d d l ep r o d u c e t i o n sn e e de n o u g h t i m e ，a n dl a g r e nc o do fi n f l u e n tw o u l da c c e l e r a t et h er e a c t i o ns p e e d ；( 3 ) t h er a t i oo fi n f l u e n tt i m ea n dr u nt i m ew o u l da f f e c tt h ea c c u m u l a t i o n d e g r e eo fv f a a n dt h ed i s p o s a lr a t eo fc o d ，w h e nl a g r e nt h er a t i oo f i n f l u e n tt i m ea n dr u nt i m e ，t h ea c c u m u l a t i o nd e g r e eo fv f ad e c l i n e d a n dt h ed i s p o s a lr a t eo fc o dd e c l i n e d ；( 4 ) w h e nw eu s ea n a e r o b i c s e q u e n c i n g b a t c hr e a c t o r st od e a lw i t hd o m e s t i c s e w a g e ，t h e 太原理一l ：人学硕十研究生学位论文 c o n c e n t r a t i o no fn h 3 - ni nt h er e a c t o ra tal o wl e v e l ，a n dt h e r ei sn o m a r k e dr e s t r a i ne f f e c to nm e t h a n eb a c t e r i a ；( 5 ) t h ee f f l u e n to fl o w c o n c e n t r a t i o nd o m e s t i cs e w a g ew h i c hh a sb e e nt r e a t e db ya n a e r o b i c s e q u e n c i n gb a r c hr e a c t o r s a tn o r m a lt e m p e r a t u r ec o u l dr e a c ht h ef i r s t d r a i n a g es t a n d a r do fo t h e rd r a i n a g eu n i t s i nc o di n d e xt h a ts a t e db y c o m p r e h e n s i v ed r a i n a g es t a n d a r do ft h er e p u b l i co fc h i n a a n dc o u l d r e a c ht h ef i r s td r a i n a g es t a n d a r do ft w ol e v e lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t si n c o di n d e xt h a ts a t e d b yc o m p r e h e n s i v ed r a i n a g es t a n d a r do ft h e r e p u b l i co fc h i n a ；( 6 ) i nt h ee x p e r i m e n t sa u t o m a t i cc o n t r o le q u i p m e n t s w e r es u c c e s s f u lu s e dt oc o n t r o lt h ea n a e r o b i cs e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r r u na u t o m a t i c a l l y k e y w o r d s ：a n a e r o b i c s e q u e n c i n g b a t c h r e a c t o r s ，n o r m a l t e m p e r a t u r e ，d o me s t i cs e w a g e ， a u t o m a t i cc o n t r o l v 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下。 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外。本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。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。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：z 舅t 日期： 妒 7 j 、g 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的。 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) o 签名： 导师签名： 2 茗蕊 日期：1 211 望 日期：塑z 太原理1 人学硕士研究生学位论文 第一章引言 1 1 研究课题的提出及其意义 1 1 1 我国水资源与水污染概况 水资源是指可直接为人类利用、可不断更新的天然淡水，主要指陆地上的地表水和 地下水的浅层部分。全球水的总储备量为1 3 8 6 x 1 0 “m 3 ，供人类使用的淡水资源约为 2 5 3 ，便于取用的淡水资源如河水、湖泊水及浅层地下水等仅占地球总储量的o 2 6 ，6 0 6 5 以上的淡水集中分布在9 1 0 个国家，如美国、哥伦比亚和加拿大等。 随着世界人口的增加，在今后2 0 2 5 年中人类用水量将增加4 0 左右，世界将面临水 资源短缺的严重危机【1 l 。 我国水资源的现状同样令人担忧，地表水严重污染，地下水水位下降，人均水资源 占有量仅为世界人均占有量的l 4 ，而且时空分布极不均匀，开发利用有相当难度。 目前我国许多地区和城市严重缺水，尤其是三北地区和沿海城市连年闹“水荒”。严重 的水资源短缺不但困扰着国民生产的发展、而且也成为了制约社会经济发展的重要因 素。 在水资源严重短缺且污染严重的同时，我国水资源的优化配置也急需提高。一方面 城市严重缺水，工厂被迫限产或停产，新建项目受阻：另一方面大量优质市政给水被 用来绿化、洗车和市政道路浇撒。城市本身产生的大量废水白白流失，既污染了环境 又浪费了宝贵的水资源。我国工业万元产值用水量平均为1 0 3 m 3 ，是发达国家的1 0 2 0 倍：我国水重复利用率平均为4 0 左右，而发达国家平均为7 5 8 5 f 2 1 。 我国除水资源危机外，还存在水环境危机，由于水污染的日益严重，我国水环境正 发生着“质”的变化，给人类的生产和生活带来了许多不利的影响。中国的七大水系 均有不同程度的污染，由于淡水资源污染的日益严重，人们的生产、生活环境受到不 同程度的影响，水质的污染正在影响着人们的健康。 2 0 0 3 年，全国工业和城镇生活废水排放总量为4 6 0 1 0 8 t ，比上年增加4 7 。其中 太原理j ：人学硕士研究生学位论文 工业废水排放量2 1 2 4 x1 0 8 t ，比上年增加2 5 ；城镇生活污水排放量2 4 7 6 x 1 0 8 t ，比 上年增加6 6 【3 】。据环保总局2 0 0 5 年6 月公布的中国城市环境保护报告【4 1 ，中国 城市环境基础设施建设相当薄弱，在全国5 0 0 个上报“城考”结果的城市中，有1 9 3 个城市的生活污水集中处理率为零。1 6 0 个城市的生活垃圾无害化处理率为零。同日公 布的全国城市环境管理和综合整治2 0 0 4 年度报告【5 】中披露了6 6 个新增国家环保重 点城市中，城市生活污水集中处理率为零的城市有1 1 个，危险废物集中处理率为零的 城市也有1 个。 我国的城镇排水管网尚未普及，大量的生活污水无法被收集并输送到城市的污水处 理厂进行处理，即使在已经建有污水处理厂的城市中，也有一些污水没有被妥善处理， 有些仅仅是经过化粪池的简单处理后无组织排放进入了附近水体。以石家庄为例，据 燕赵都市报报导【6 】，截止到2 0 0 6 年7 月2 1 日，裕华路地道桥排水管网已敷设但排水泵 站尚未完工，还不能正常排水；城中村基本无排水管网或者已经被垃圾填埋：老城区( 以 京广线为界，民心河西线以东与民心河东线以西) 的管线多建于上世纪五六十年代， 排水管直径小、标准低。尤其是在我国的广大农村以及一些小城镇中还没有实现排水 管网的整体规划与敷设，生活污水基本上没有经过收集和系统处理就直接排放。这势 必将造成附近水体的污染，水质污染将严重影响居民的日常生活，甚至会造成地下水 及其附近水源的污染。 1 1 2 我国中水回用的发展与应用 “中水”起源于日本。主要是指城市污水或生活污水经处理后达到一定的水质标 准，可在一定范围内重复使用的非饮用水，因其水质介于市政给水与市政排水之间， 故命名为“中水”。 中水回用技术是解决城市水资源短缺、减轻水体污染、改善生态环境的有效途径之 一：( 1 ) 中水利用可以有效地保护水源，减少清洁水的取用量。在生产、生活中并非所 有用水或用水场所都需要使用优质水，有些用水只需满足一定的水质要求即可。在日 常生产、生活用水中约有4 0 的水是与人们生活紧密接触的，如饮用、烹饪、洗浴等， 这些方面对水质要求很高，必须用清洁水；还有多达6 0 的水是用在工业( 特殊行业 除外) 、农业灌溉、环卫和绿化等方面，这部分对水质要求不高，可用中水代替清洁水， 以中水代替这部分清洁水可以节省相当可观的水资源：( 2 ) 中水利用相较于海水淡化 和跨流域调水，所需的投资及年运行费用极低，具有显著的经济效益。与远距离跨流 太原理5 1 ：人学硕士研究生学位论文 域调水相比较，中水回用成本明显降低，将生活污水处理成杂用水程度的基建投资， 只相当于从3 0 k m 外调水的投资；若采用深度处理工艺，其投资相当于从4 0 6 0 k m 外 引水。目前城市污水二级处理4 0 亿m 3 出水的投资大约在1 0 0 亿元左右，而同等规模 的长距离引水，则需6 0 0 亿元左右，海水淡化工艺则需1 0 0 0 亿元左右，由此可见中水 回用在经济上具有明显优势。另外，城市中水利用所收取的水费可以使污水处理获得 有力的财政支持，使污水处理与防治得到可靠的经济保障；( 3 ) 中水利用可缓解城市 水资源短缺问题。我国城市污水年排放量已经达到4 1 4 亿m 3 ，全国污水回用率如果达 到1 0 ，年回用量可达4 0 亿m 3 ，而正常年份年缺水约6 0 亿m 3 ，可以解决缺水量的 6 7 ，足以缓解一大批缺水城市的供水紧张状况；( 4 ) 中水利用是保护环境、防治水体 污染的主要途径。大量的城市污水和工业废水排入水体，会造成环境污染并产生各种 间接危害。中水利用系统运行后，大量城市污水经处理并应用到农业灌溉、保洁、洗 车、冲厕和绿化等方面，不仅减少了污水排放量，减轻了水体污染，而且降低了对农 作物、土壤污染。 我国中水回用技术起步于1 9 8 5 年，北京市环境保护科学研究所建成了第一项中水 工程。此后，我国天津、济南、大连、青岛、深圳和西安等缺水的大城市相继开展了 污水回用的试验研究，有些城市目前已经建成或拟建一批中水回用项目。北京是我国 中水回用发展较快的城市，现中水处理能力已有7 0 0 0 m 3 ，还将新建1 0 座中水设施， 中水日处理量将增加3 3 0 0 m 3 ，达到1 0 3 0 0 m 3 ；年处理能力将增加1 0 0 万m 3 ，达到3 5 0 万m 3 ：大连是我国严重缺水城市之一，从2 0 0 2 年起大连市用经过3 级处理的污水进行 绿地灌溉，据初步估算，仅公共绿地的灌溉，每天节约成本8 万元；青岛市海泊河污 水处理厂的中水回用试点项目已经启动，并对中水管网了进行总体规划，使青岛的中 水供水能力由目前的日供4 万m 3 逐步达到日供2 0 万m 3 ，以缓解青岛市用水供需矛盾； 济南市位居全国4 0 个严重缺水城市之列，水资源形势非常严峻，已影响到城市经济、 城建、生活等各个方面。为了解决缺水问题，济南市于1 9 8 8 年开始中水工程建设试点 工作，先后建设了南郊宾馆、玉泉森信、济南机场和将军集团等一批中水示范项目。 我国其他一些城市，如天津和石家庄也在积极推广中水利用工程【7 】o 1 1 3 以生活污水为中水水源的处理工艺 建筑内采用合流制排水系统的居住小区，其中水水源多为生活污水，生活污水有 机物浓度低、变化大，而且含有大量的颗粒态物质。生活污水中的有机污染物可分为 太原理j ：人学硕十研究生学位论文 悬浮念c o d 。( 粒径大于4 4 “m ) 、胶体态c o d c 。i ( 粒径介于o 4 5um 和4 4 0 1 tm 之间) 和溶解性c o d 眈( 粒径小于0 4 5um ) 三类，c o d 浓度一般在4 0 0 m g l 以下，b o d 一般 在2 0 0 m g l 以上，可生化程度较高，氨氮浓度在2 0 1 5 0 m g l 之间。 生活污水处理的任务是采用必要的处理方法与处理流程使污染物去除或回收，使水 得到净化。生活污水处理方法很多，按其作用原理可分为物理法、化学法、生物法和 特别化学法四类。 物理法是利用物理作用分离废水中悬浮状态的污染物质，在处理过程中不改变物质 的化学性质，常见的有沉淀、筛滤、气浮、隔油和离心等。 化学法是利用化学反应来分离或回收水中的污染物质，或者转化为无害的物质如混 凝法、中和法和氧化还原法等。 生物法是利用微生物的新陈代谢作用去除废水中的有机物的方法。生物法是生活污 水的处理工艺中最常用的处理方法，根据微生物的生存环境不同可分为好氧生物处理 和厌氧生物处理两大类。好氧生物处理包括活性污泥法、生物膜法、接触氧化法、吸 附再生( a b ) 法、厌氧好氧交替法、序批式活性污泥法、生物滤池、氧化沟工艺、生物 转盘、生物流化床和淹没式生物滤池等；厌氧生物处理方法有厌氧生物滤池( a f ) 、上 流式厌氧污泥床( u a s b ) 、厌氧流化床( a f b ) 和厌氧序批式处理( a s b r ) 等。 特别化学法是通过物理和化学的综合作用使水得到净化的方法，如吸附、交换、膜 分离和微波法等【射。 以生活污水为中水水源的处理工艺，是按照生活污水中各种污染物含量、中水用途 及其要求的水质采用不同的处理单元组成的，一般要采取三级处理，如表1 一l 所示。 传统的处理流程见图1 1 ，其中一级物理化学预处理方法多采用混凝沉淀工艺；二级好 氧生物处理多采用新型的生物膜法反应器或膜生物反应器，如曝气生物滤池( b a f ) 等：深度处理一般采用活性炭吸附、膜滤、臭氧和紫外线消毒等工艺。混凝沉淀工艺 的成本较高，不能有效去除有机物，一级处理后出水的有机物浓度仍较高，因此二级 好氧生物处理的成本过高，从而使整个中水回用工艺成本较高。 太原理：j ：人学硕士研究生学位论文 表卜1 常见生活污水处理工艺 t a b l e l 1n o r m a ld o m e s t i cs e w a g et r e a t m e n tp r o c e s s 项一级处理二级处理三级处理 目 预处理 自然混凝 氧化塘常规兼性除氮流程一流程二流程三 沉淀沉淀生化磷 处理 粗格栅、预处理 预处理预处理出一级处一级处理二级出二级出水、微二级出水、微 细格栅、出水、出水、水经、厌理出水出水经厌水、砂滤、滤、活性炭吸滤、臭氧消毒、 i ：艺 沉砂池、经沉淀经混氧塘、兼经活性氧、好氧消毒、出附、臭氧消毒、 活性炭吸附、 出水消毒、凝、沉 氧塘、好污泥、二( 脱氮除水；二级出水；二级出砂滤、出水； 出水淀、消 氧塘、消沉池、消瞵) 、消毒、出水、混水、混凝、沉淀、= 级出水、混 毒、出毒、出水毒，出水 出水凝、沉淀、礅滤、活性炭吸凝、沉淀、微 水砂滤、消附、臭氧消毒、滤、臭氧消毒、 毒出水出水活性炭吸附、 反渗透、出水： 圆圈圆 图卜1 中水回用处理工艺 f i g 1 ld e m o s t i cs e w a g et r e a t m e n ta n dr e c l a m a t i o np r o c e s s 1 1 4 厌氧工艺处理生活污水的优越性 生活污水属于低浓度有机废水，相较于工业废水来说可生化性较高，目前处理生活 污水的方法主要有物理法、生物化学法、化学法等。比较常见的处理工艺如图1 2 所示， 以好氧生物处理为主。好氧生物处理工艺常见的有活性污泥法和生物膜法，根据具体 工艺不同有传统活性污泥法、阶段曝气、深井曝气、纯氧曝气、浅层曝气、氧化沟、 s b r 、a b 法、生物转盘、生物滤池、淹没式生物接触氧化、生物流化床、m b r 、c a s s 和d | a t i a t 等等。好氧工艺处理生活污水有机物去除率高，出水水质好，有一定的 抗冲击负荷能力，但是好氧工艺运行过程中需要不断补充氧气，能耗较高，处理成本 高；好氧生物处理工艺中，有机物降解比较彻底，最终产物为氧气和二氧化碳，有机 物中的能量被彻底释放，可供微生物新陈代谢的能量充足，微生物增长较快，所以好 氧生物处理工艺产生的剩余污泥量较多，其污泥处理成本要高于厌氧工艺。 太原理j ：人学硕一i ：研究生学位论文 图1 - 2 生活污水好氧处理工艺流程 f i g 1 2 a e r o b i ct r e a t m e n tp r o c e s sf o r d o m e s t i c 废水厌氧生物处理技术发展至今，已有1 2 0 多年了。i8 8 1 年法国c o s m o s 杂志上登 载了介绍m o u r a s 创造的处理污水污泥的自动净化器( a u o t m a t i cs c a s e n g e r ) 。美国学者 m c c a r t y 建议把1 8 8 1 年作为人工厌氧处理废水的开始，称m o u r a s 是第一个应用厌氧消 化处理的创始人。 从2 0 世纪5 0 年代到8 0 年代先后开发出了厌氧接触法( a n a e r o b i cc o n t a c tp r o c e s s ) ， 厌氧滤池( a n a e r o b i cf i l t e 0 、升流式厌氧污泥层( u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb l a n k e t ) 反应 器、厌氧膨胀床( a n a e r o b i ce x p a n d e db e d ) 、厌氧流化床( a n a e r o b i cf i u d i z e db e d ) 、厌氧 生物转盘( a n a e r o b i cr o t a t i n gb i o l o g i c a lr e a c t o r ) 和厌氧折流板反应器( a n a e r o b i c b a f f l e dr e a c t o r ) 等新工艺。近2 0 年来各国学者相继开发了以厌氧膨胀颗粒污泥床 ( e x p a n d e dg r a n u l a rs l u d g eb e d ，e g s b ) 、厌氧内循环式反应器( i n t e r n a lc i r c u l a t i o n ，i c ) 、 厌氧折流板反应器( a n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r ，a b r ) 和厌氧序批式反应器：( a n a e r o b i c s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ，a s b r ) 等为代表的第三代厌氧反应器【9 】。 与好氧生物处理技术相比，厌氧生物处理技术具有以下优点：( 1 ) 能耗少，厌氧生 物处理工艺不需要为污水供氧，动力消耗少，可以节约运行费用。好氧生物处理每去 除1 0 0 0 k g c o d 耗电5 0 0 1 0 0 0 k w h ，而厌氧无曝气能耗；( 2 ) 厌氧生物处理工艺中合 成生物量仅为好氧工艺的5 2 0 ，剩余污泥量少，处置污泥费用为好氧生物处理工 艺的1 0 ，可以减少污泥处理的初期投资和运行费用；( 3 ) 厌氧生物处理过程中，有 机物降解的副产品甲烷是可利用能源，每去除1 0 0 0 k g c o d 转化成的甲烷相当于1 2 1 0 6 k j 热能，是产能型废水处理工艺；( 4 ) 无尾气污染，没有挥发性气体吹脱到大气中： 6 太原理：【：人学硕士研究生学位论文 ( 5 ) 反应器有机负荷o l r 高，容积小，可降低基建投资，与好氧生物处理工艺相比 厌氧生物处理工艺的有机负荷o l r 是好氧工艺的5 1 0 倍：( 6 ) 厌氧生物处理工艺中 营养的需要量仅为好氧工艺的5 2 0 ；( 7 ) 厌氧生物体的活性可保持数月甚至数年 而无严重衰退。近年来随着高速厌氧反应器技术飞速发展，将厌氧生物处理技术应用 于生活污水处理已经成为可能。 但是厌氧生物处理中占主导地位的厌氧菌自身的特点又决定了厌氧生物处理法具 有以下不足：( 1 ) 反应器内生物量增加缓慢，反应器启动时间长；( 2 ) 低浓度或碳水 化合物废水碱度不足，需要额外投加碱度；( 3 ) 某些情况下出水水质不能满足排放到 地表水体的要求，无硝化作用，不能脱氮，需要好氧处理做为补充；( 4 ) 处理含s 0 4 2 废水会产生硫化物和气味；( 5 ) 氯化的脂肪族化合物对甲烷菌的毒性比对好氧异养菌 大；( 6 ) 低温下动力学速率低；( 7 ) 生物活性最大时要求n h 4 + 浓度在4 0m g l 7 0 m g l t l 0 ”】。这就要求我们在反应器的设计及其操作参数的选择过程中扬长避短，进一步发掘厌 氧生物处理工艺的潜力。 1 1 5 课题的提出及其意义 我国的污水处理尚未完全普及，市政排水管网设施还不完善，还有一些生活污水仅 仅经化粪池简单处理后就直接排入了水体，在我国广大农村以及小城镇仍是无组织排 水，严重污染着环境。因此，研究和开发高效、节能、运行灵活、操作简单的新型生 活污水处理技术和设备，应用于小型城镇以及未敷设市政排水管网区域中的生活污水 处理，或应用于中水处理工艺流程中的预处理，将有助于减小中水回用的成本、有利 于推广中水回用技术的普及和应用、有利于减轻生活污水对环境和水体的污染。 d a g u e 教授及其合作者于2 0 世纪9 0 年代初正式开发了厌氧序批式活性污泥法，即 厌氧序批式反应器( a s b r ) 。a s b r 反应器是间歇运行的非稳态厌氧生物处理过程， 其运行操作在时间上是按次序排列的，每个运行周期分为进水、反应、沉淀和排水4 个阶段或是进水、反应、沉淀、排水和闲置5 个阶段【l ”。a s b r 反应器中形成颗粒污 泥是其显著特点，同时a s b r 反应器还具有生物量浓度高，能获得高效的生物絮凝和 固液分离，f m 比值随时间变化使其具有显著的动力学优势，构造简单、运行灵活、 操作容易等优点。 a s b r 反应器作为第三代高速厌氧反应器，运行稳定，运行成本低，由于能够形成 颗粒污泥并具有静止沉淀的特征，使其出水水质好，能够用于处理像生活污水这类的 7 太原理i 人学硕十研究生学位论文 低浓度有机污水。本课题将常温下运行的a s b r 反应器用于生活污水的处理中，以探 索a s b r 反应器在常温下处理生活污水的运行规律。 a s b r 反应器是序批式反应器，各个阶段的切换需要外界控制完成，如果对反应器 运行的控制完全由人工完成，则工作量较大。特别是多组反应器组合运行时，需要大 量的入力才能完成。而且人工控制易产生疏忽而使反应器出水水质受到影响。目前对 于a s b r 反应器的研究多数为实验室规模的基础研究，主要靠人工控制来完成。本课 题还将尝试对a s b r 反应器运行实现整体自动控制，为今后a s b r 反应器的自动控制 运行及其基于水质的自动调控打下基础。 关于a s b r 反应器在常温下处理生活污水的研究很少。常温下a s b r 反应器对c o d 去除能力还有待考察，因此研究常温条件下a s b r 反应器对c o d 去除率与有机负荷的 关系，对今后迸行系统设计时选择有机负荷参数具有指导意义，以确定构筑物容积， 控制投资。 v f a 的积累对a s b r 反应器能否稳定运行有很大关系，v f a 控制不当会抑制生物 活性甚至会造成系统运行失败，v f a 的积累与投加碱度的影响已经有人傲了大量研究， 本课题将重点研究迸水的快慢对v f a 的积累影响，测定进水速度对v f a 的影响可以帮 助我们更清楚的认识v f a 积累的成因，有利于更准确地控制系统的有机酸积累，保证 系统安全稳定运行。 氨氮存在于蛋白质和氨基酸丰富的废水中，厌氧过程中有机氦被转化为氨氮。氨氮 是以离子形式存在的( n i - h + ) 和非离子形式存在的游离氨( n h 3 ) 的总和。氨氮的毒 性由游离氨引起。n h 3 的毒性是可逆的，当毒性物去除或稀释至一定程度后，产甲烷 菌活性仍可恢复，产甲烷菌也可以对n h 3 的毒性逐渐适应而驯化。因此a s b r 反应器 处理生活污水也需考虑到氨氮对c o d 去除率的影响。本课题中将分析常温下a s b r 反 应器处理生活污水时，氨氮对c o d 去除率的影响。 厌氧序批式反应器( a s b r ) 实现自动控制运行，应用于工艺的研究过程中，可使 测定结果更准确；应用于实际工程，有利于保证安全操作，减少事故，改善劳动环境， 节约人力，提高管理水平，有利于设备的最优化运行。 1 2 研究目的与内容 太原理：l ：人学硕+ 研究生学位论文 1 、目前采用a s b r 反应器处理生活污水方面的研究很少，特别是在常温下运行的 a s b r 反应器对c o d 的去除能力还不是很明确。本文将探索常温下a s b r 反应器处理生活 污水的可行性，开辟生活污水厌氧处理的新途径，该研究结果也可将常温a s b r 反应器 用于建筑中水处理流程中一级处理或预处理中，开发建筑中水原水处理薪技术。 2 、本文将提出一种自动控制a s b r 反应器运行的方法，以实现厌氧序批式反应器 ( a s b r ) 的自动控制运行，帮助实现准确控制a s b r 反应器的运行参数，保证反应器运 行的可靠性，实现设备的最优化运行，节约人力。 具体研究内容如下： ( 1 ) 考察和评价迸水有机负荷对c o d 去除率的影响； ( 2 ) 考察和评价水力停留时间对c o d 去除率的影响： ( 3 ) 考察和评价进水时间对挥发性脂肪酸( v f a ) 积累程度以及v f a 积累对c o d 去除率 的影响； ( 4 ) 考察和评价氨氮浓度对c o d 去除率的影响： ( 5 ) 提出a s b r 处理生活污水的最佳运行参数； ( 6 ) 提出一种自动控制a s b r 反应器运行的方法。 9 太原理工火学硕七研究生学位论文 2 1 生活污水的处理方法 第二章文献综述 2 1 1 生活污水的一般处理方法 现代的污水处理技术，按其作用原理，可分为物理法、化学法和生物法三类【1 3 】。 污水的物理处理法，就是利用物理作用，分离污水中主要呈悬浮状态的污染物质， 处理过程中不改变其化学性质。属于物理法的处理技术有：( 1 ) 沉淀( 重力分离) ，利用 污水中的悬浮物和水比重不同的原理，借重力沉降( 或上浮) 作用，使其从水中分离出来。 沉淀处理设备有沉砂池、沉淀池及隔油池等；( 2 ) 筛滤( 截留) ，利用筛滤介质截留污水 中的悬浮物。筛滤介质有钢条、筛网、砂、布、塑料、微孔管等。属于筛滤处理的设 备有：格栅、微滤机、砂滤池、真空滤机和压滤机等；( 3 ) 气浮，此法是将空气打入 污水中，并使其以微小气泡的形式由水中析出，污水中比重接近于水的微小颗粒状的 污染物质( 如乳化油等) 粘附到气泡上，并随气泡上升至水面，形成泡沫浮渣而去除。根 据空气打入方式的不同，气浮处理设备有：加压溶气气浮法、叶轮气浮法和射流气浮 法等。为了提高气浮效果，有时需向污水中投加混凝剂；( 4 ) 反渗透，用一种特殊的 半渗透膜，在一定的压力下，将水分子压过去，而溶解于水中的污染物质则被膜截留， 污水被浓缩，被压透过膜的水就是处理过的水。制作半透膜的材料有醋酸纤维素、磺 化聚苯醚等有机高分子物质，操作压力一般为3 0 5 0 1 0 5 p a 。反渗透是膜分离技术的 一种，属于膜分离技术的还有电渗析、渗析、超滤和膜滤等。属于物理法的污水处理 技术还有离心分离、蒸发等。 污水的化学处理法，就是利用化学反应作用来分离、回收污水中的污染物，使其 转化为无害的物质。属于化学处理法的有：( 1 ) 混凝法，水中的呈胶体状态的污染物 质，通常都带有负电荷，胶体颗粒之间互相排斥形成稳定的混合液，若向水中投加带 有相反电荷的电解质( 即混凝剂) ，可使污水中的胶体颗粒改变为呈电中性，失去稳定性 并在分子引力作用下凝聚成大颗粒而下沉。这种方法用于处理含油废水、染色废水和 太原理上人学硕士研究生学位论文 洗毛废水等。常用的混凝剂有：硫酸铝、碱式氯化铝、硫酸亚铁、三氯化铁等：( 2 ) 中和法，用于处理酸性废水或碱性废水。向酸性废水中投加碱性物质如石灰、氢氧化 钠等，使废水变为中性；对碱性废水可吹入含有c 0 2 的烟道气进行中和，也可用其他 酸性物质进行中和；( 3 ) 氧化还原法，废水中呈溶解状态的有机或无机污染物，在投 加氧化剂或还原剂后，由于电子的迁移而发生氧化或还原作用，使其转变为无害的物 质。常用的氧化剂有空气、漂白粉、氯气和臭氧等，氧化法多用于处理含酚和含氰废 水。常用的还原剂则有铁屑和硫酸亚铁等，还原法多用于处理含铬、含汞废水；( 4 ) 电解法，在废水中插入电极并通以电流，则在阴极板上接受电子，在阳极板放出电子。 在水的电解过程中，在阳极上产生氧气，在阴极上产生氢气。上述综合过程使阳极上 发生氧化作用，在阴极上发生还原作用。目前，电解法主要用于含铬及含氰废水：( 5 ) 吸附法，将污水通过固体吸附剂，使废水中的溶解性有机或无机污染物被吸附到吸附 剂上，常用的吸附荆如活性炭，此法可吸附废水中的酚、汞、铬和氰等有毒物质。此 法还有脱色和脱臭等作用。也可用于深度处理。离子交换也属于吸附法，只是在吸附 过程中，吸附剂每吸附一个离子，同时也放出一个等当量的离子：( 6 ) 电渗析法，通 过一种离子交换膜，在直流电作用下，废水中的离子朝相反电荷的极板方向迁移，阳 离子能穿透阳离子交换膜，而被阴离子交换膜所阻：同样，阴离子能穿透阴离子交换 膜，而被阳离子交换膜所阻。污水通过由阴、阳离子交换膜所组成的电渗析器时，污 水中的阴、阳离子得到分离，达到浓缩和处理的目的。此法可用于酸性废水回收，含 氰废水处理等。 属于化学法处理技术的还有：汽提法、吹脱法和萃取法等。 污水的生物处理法，就是利用微生物新陈代谢功能，使污水中呈溶解和胶体状态 的有机污染物被降解并转化为无害的物质，使污水得以净化。属于生物处理法的工艺 有：( 1 ) 活性污泥法，这是当前使用最广泛的一种生物处理法。将空气连续鼓入曝气 池的污水中，经过一段时间，水中即形成繁殖有巨量好氧性微生物的絮凝体活性 污泥，活性污泥能够吸附水中的有机物，生活在活性污泥上的微生物以有机物为食料， 获得能量并不断生长增殖，有机物被去除，污水得以净化。从曝气池流出并含有大量 活性污泥的泥水混合液经沉