（环境工程专业论文）厌氧折流板反应器（abr）系统的特性及调控研究.pdf

摘要 厌氧折流板反应器( a b r ) 系统的特性及调控研究 专业：环境工程 博士生：徐金兰 导师：王志盈教授 摘要 a b r 反应器是在反应器中沿水流方向设置一系列折流板，将反应器分隔成若干 个串联的反应室，废水以上向流和下向流的方式流经整个反应器，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，近年来成为厌氧反应器内研究的热点之一。但国内外迄今对a b r 反应器的研 究大多集中在应用处理方面，关于a b r 的启动，a b r 反应器中厌氧颗粒污泥与微 生物的特性，动力学模型，尤其在a b r 反应器酸化调控过程基本没有深入系统的 研究，为此本文在试验的基础上进行了a b r 反应器的特性及控制技术的相关研究 工作。研究了a b r 的启动技术及培养颗粒污泥的条件及调控技术：系统深入地研 究了a b r 反应器的酸化过程的特点，揭示a b r 反应器中酸化过程p h 、c o d 、v f a 及污泥变化的特征，并进行了长达2 个多月的酸化调控试验，提出有效的酸化恢复 措施：进行了a b r 的水力特性的示踪剂试验分析，给出了a b r 内的水力模型，结 合a b r 反应器污泥床内特殊的运动规律，建立了a b r 内的反应动力学模型：对 a b r 各隔室厌氧颗粒污泥的微生物学特性进行了研究，提出了各隔室颗粒污泥中微 生物的分布规律；通过改变有机负荷和水力停留时间( h r t ) 不同运行条件对a b r 反应器稳定运行的影响，系统分析了进、出水及各隔室出水的p - 王、c o d 、v f a 及 产气量等指标，研究了a b r 反应器及各隔室的运行规律，并提出各种运行方式要 保持反应器高的去除效率应采取的控制方式；对难降解有机物聚乙烯醇( p v a ) 的厌 氧生化降解特性进行了试验，获得了重要结果和参数，对指导工程实践具有重要价 值。 本文的研究结果表明： ( 1 ) 经试验得出，负荷控制在0 8 5 k g c o d ( m 3 d ) 到1 5 0 k g c o d ( m 3 d ) ， 稳定运行5 0 d ，便可出现颗粒污泥初体，进而提高负荷，进入正常运行，即能实现 启动的完成。负荷过高，会引起反应器酸化和污泥大量流失导致启动失败，因此可 以得出低负荷启动是a b r 反应器成功启动的关键。适宜菌群、水力负荷、适宜碱 西安建筑科技大学博士学位论文 度等是a b r 反应器中颗粒污泥形成的条件。本研究得出颗粒污泥以丝状菌、杆菌 为核心菌，连接成网络，启动的水力负荷是0 1 3 0 1 9 8 产( m 2 h ) ，出水碱废控 制在5 0 0 m g c a c 0 3 l 以上能成功地培养出颗粒污泥。 ( 2 ) 经过对a b r 系统酸化过程试验研究，考察了a b r 系统酸化的原因、特 点及恢复的调控措施。结果表明：a b r 的构造特征会引起1 # 隔室酸化，1 # 隔室 酸化后，若不加控制，将会使整个反应器处于完全酸化，这是a b r 这一高效反应 器广泛应用的关键问题之一，a b r 体系酸化后，各隔室p n 、c o d 、v f a 、污泥浓 度、污泥活性、污泥中细菌数量与正常运行期相比，表现出不同的特征。p h 值降 到3 5 4 5 ，v f a 累积到1 _ 2 0 0 m g l 以上，在以产酸发酵为主的a b r 系统中，发现 甲酸的浓度较高。各隔室出水与进水c o d 接近，污泥组成以水解产酸菌为主( 其 中产酸发酵细菌数量达到1 0 “7 个m l ，梭状芽孢杆菌数量达到1 0 h 个m l ) ，s v i 增至3 0 m l g ，比厌氧系统正常情况下高出一倍，粘度增加，污泥床内存在“死区” 范围大，酸化过程加剧，四个隔室污泥的产甲烷活性为0 1 8 8 0 5 4 7m l g v s s h 。远 低于正常厌氧甲烷发酵的污泥产甲烷活性( 2 0 - - - 5 0 m l g v s s h ) ，碱度极低，无法实 现自然恢复，因此认为，a b r l 隔室承受的局部负荷过高和碱度不足是引起a b r 酸化的原因。采用单独调控碱度或降低负荷的方式。无法达到系统恢复正常的目的， 只有采用在碱度和负荷同时调控时，连续调控6 0 d 后，反应器恢复正常运行。 ( 3 ) 在试验基础上对a b r 各隔室厌氧颗粒污泥生物学特性进行了研究，综合 电镜扫描及各隔室颗粒污泥利用葡萄糖、甲酸、乙酸和丙酸的产甲烷活性分析得出： 1 # 、4 # 隔宣颗粒污泥中有明显优势菌，2 # 、3 # 隔室颗粒污泥中没有明显优势菌， 菌群多样复杂，a b r 各隔室微生物分布不同，组成良好的生态幅，在容积负荷1 7 k g c o d ( m 3 d ) 的交替变化过程中，c o d 的去除率一直稳定在9 9 左右，表明这种 自然形成的稳定生物群落分布对a b r 反应器的高效稳定运行起着重要的作用。 ( 4 ) 考虑到a b r 反应器的水力特性对其运行特性有很大影响，折流板的加入， 使a b r 下向流室和上向流室的过水断面交替变化，造成水流的快速和慢速的交替 变化，避免了堵塞，同时又实现了大量的污泥的截留。水力试验表明截面流速和雷 诺数的不断变化，增强了水流的紊动作用，加强了基质与微生物的传质作用。另一 方面由于有机物在生物作用产生气体，气体逸升过程中，使废水与基质充分混合， 引起水力流态发生变化，因此造成进水有机物浓度对流态也发生较大的影响。本论 文中联系a b r 反应器中流体流动、混合过程及生化反应过程进行了有机物降解的 分析和研究，以示踪剂试验为基础建立了的a b r 流态模型，并结合a b r 净化有机 物的特征，在流态模型的基础上建立了a b r 反应器的反应动力学模型。以局部的 完全混合为特征建立了多级全混流模型，能较好的描述a b r 局部完全混合，整体 摘要 推流的特征，模型数值计算结果与试验测定结果的相对平均误差= o 6 ，相对最大 误差= 1 2 ；及以整体推流为特征建立了轴向分散模型，能较好地反映a b r 偏离推 流的程度，模型数值计算结果与试验测定结果的相对平均误差= o 6 ，相对最大误 差= 1 3 。 ( 5 ) a b r 反应器有很强的耐冲击负荷能力，有机负荷与去除负荷成正比，在 0 8 5 6 0 埏c o d ( m 3 d ) 的范围内，c o d 去除率一直保持在8 0 9 0 。大部分的c o d 是在a b r 反应器的1 # 、2 拌隔室中降解的，而且1 撑、2 撑隔室的p h 、污泥浓度受到 冲击负荷的影响较大，所以a b r 中1 群、2 捍的优化与设计是非常重要的，必须控制 l # 隔室p h 值在6 0 以上，产生以乙酸为主的v f a ，为后面隔室的甲烷化提供有利 的条件。 ( 6 ) a b r 反应器有机负荷发生变化时，一定要兼顾水力负荷的变化。试验表 明：在定的进水c o d 浓度下，以缩短 玎姆的方式提高负荷时，随着网曼t 的缩 短，沟流和短流使前面隔室的c o d 去除率下降，进而改变隔室中的优势菌群，使 整体去除效果下降。降低姐疆应不会导致水力负荷的过度增加，避免隔室沟流、 短流的严重产生，才能提高去除负荷。在汀一定时，以增加进水c o d 浓度提高 负荷时，1 # 隔室的c o d 去除负荷与c o d 有机负荷呈正相关，但1 # 隔室进水浓 度过高时，其中间产物会抑制2 # 隔室污泥的活性，导致去除效果降低，所以应提 高进水浓度不改变1 # 隔室的v 】1 a 组分，才能提高去除效果。 ( 7 ) 厌氧折流板反应器处理难降解聚乙烯醇( p v a ) 废水的结果表明：经过驯 化，系统对p v a 、c o d 有良好的去除效果，大部分的p v a 主要在1 # 隔室进行转 化，使废水的可生化性改善，使后续隔室中产甲烷菌利用1 a 的反应进行很好， 在一个反应器中实现了难降解p v a 的降解。颗粒污泥中微生物的组成及颗粒污泥的 粒径对p v a 的降解影响较大。产酸菌在p v a 的降解过程中起着重要的作用，在只 有产甲烷菌存在的条件下，p v a 基本不降解。与处理易降解废水的a b r 系统相比， 此系统受到冲击后，恢复困难，分解p v a 的厌氧菌对条件的变化很敏感，其控制技 术将有待进一步的研究。 关键词：a b r 反应器，启动，颗粒污泥，酸化调控，动力学模型，生物学特性， 难降解有机物 i i l t h e s t u d y o f p e c u l i a r i t y a n d c o n t r o l l i n gt e c h n o l o g y o f a b r p e r f o r m a n c e s p e c i a l i z e ds l l b j e c t ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g d o c t o r a l ：x uj i n l a n t u t o r ：w a n gz h i - y i n g p r o f a b s t r a c t t h ea n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r ( a b r ) c o m p r i s e sas e r i e so fv e r t i c a lb a f f l e st of o r c e t h ew a s t e w a t e rt of l o wu n d e ra n do v e rt h e m ，a n da b r m a y b ec l a s s i f i e da sas e r i e so f c o m p a r t m e n t i ti ss i m p l ei nd e s i g na n di m p r o v e db i o m a s sr e t e n t i o nw i t h i nr e a c t o r t h i s r e a c t o rs y s t e mh a sb e e nr e p o r t e dt oh a v em a n y a d v a n t a g e so v e ro t h e rw e l le s t a b l i s h e d r e a c t o rs y s t e m s ；t h e r e f o r ea b ri so n eo ft h em a n y t y p e so fh i 曲一r a t ea n a e r o b i cr e a c t o r s p r e s e n t l ya t t r a c t i n gg r o w i n gi n t e r e s t s a l t h o u 咖a t t e n t i o nh a sb e e np a i dt ot h eu s eo f t h i s r e a c t o rs y s t e mf o rt h ea n a e r o b i ct r e a t m e n to fi n d u s t r i a lw a s t e w a t e r s ，a t h o r o u g hl i t e r a t u r e s u r v e yr e v e a l e dn or e s e a r c ho fs t a r t u p 、b i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fa n a e r o b i cg r a n u l a r s l u d g e 、h y d r o l y s i s a c i d i f i c a t i o np r o c e s sa n dc o n t r o l l i n gm e t h o d s t h i sp a p e rs t u d i e d p e c u l i a r i t y a n dc o n t r o l l i n g t e c h n o l o g y o fa b r p e r f o r m a n c e f i r s t ，t h ep a p e rs t u d i e d s t a r t u po f a n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r ( a b r ) a n dt h ef e a t u r eo f g r a n u l a rs l u d g ef o r m i n g d u r i n gs t a r t - u p t h es t u d i e so ft h ec h a r a c t e r i s t i c so fp h 、c o d 、v f a 、t h es l u d g eo f h y d r o l y s i s - a c i d i f i c a t i o np r o c e s s a n d c o n t r o l l i n g m e t h o d si na na n a e r o b i cb a f f l e d r e a c t o r t r a c e rs t u d i e sw e r ec a r r i e do u ti no r d e rt od e t e r m i n e 也e m i x i n g e h a r a c t c r i s t i c si n a b r ，c o m b i n e dc h a r a c t e r i s t i c so fs l u d g e b e dm o v e m e n t ，s e tu pk i n e t i c sm o d e l s t u d i e d t h eb i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fa n a e r o b i cg r a n u l a r s l u d g ef r o ma n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r t h ee f f e c to f o r g a n i cl o a d sa n dh r to i lt h ep e r f o r m a n c eo f a b rm o n i t o r p h 、c o d 、 v f a 、g a sp r o d u c t i o n ，a n a l y s i so fp u r i f yf u n c t i o no f t h ee a c hc o m p a r t m e n to fa n a e r o b i c b a f f l e d r e a c t o r , p u t f o r w a r d c o n t r o l l i n g m e a s u r e p i l o t s t u d yo n c h a r a c t e r i s t i c so f a n a e r o b i cb i o l o g i c a lo f p v a ，p i l o ts t u d yo na n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o rt r e a t i n gp v a w a s t e w a t e r , a n ds e v e r a lk e y p a r a m e t e r w a sa c q u i r e d ，h e n c ei th a sa n i m p o r t a n ts c i e n t i f i cv a l u e r e s u l to f t h e s t u d y i n d i c a t e d ： ( 1 ) t h e r e s u l t sr e v e a lt h a tl o w o r g a n i cl o a d i n g r a t ei st h ek e y o f s t a r t - u p o f r e a c t o r t h e s i g n i f i c a n tf a c t o rw a s t h es u i t a b l ea n a e r o b i cm i c r o o r g a n i s m s ，h y d r a u l i c l o a d i n g r a t e a n d b u f f e r a b r w a s s u c c e s s f u l l ys t a r t u pa n d f o r m e dg r a n u l a rs l u d g e i n t h e6 0 da t o r g a n i cl o a d i n gr a t eo f 0 8 5k g c o d ( m 3 d ) 一1 5 0k g c o d ( m 3 d ) 。h y d r a u l i cl o a d i n gr a t e 摘要 o f o 1 9 8 m j ( m 2 h ) ，t h e b u f f e r o f e f f l u e n to f 5 0 0 m g c a c 0 3 l b e c a u s e t h e c o n d i t i o n o fe a c hc o m p a r t m e n tw a sv a r i o u s ，t h ef e a t u r eo fs l u d g ew a sd i f f e r e n t b u tt h ed i f f e r e n t g r a n u l a rs l u d g ei sc o m p o s e d o ft h ef i l i f o r mb a c t e r i u m ，w h i c ha d s o r p t i o ni n e r t i am a t t e r , t h e r ew a r e p l e n t i f u l h o l e si n g r a n u l a rs l u d g e ，w h i c hs u p p l yt h ec o n d i t i o n f o rt h e r e m o v i n ga n dd e g r a d i n g o f m a t t e r ( 2 ) t h ep a p e rs t u d i e dt h ec a u s ea n dc h a r a c t e r i s t i c so fh y d r o l y s i s a c i d i f i c a t i o np e r i o d ， a n d p u tf o r w a r d t h e c o n t r o l l i n gm e t h o d o f r e c o v e r e d t h er e s u l t e dr e v e a l e dt h a tt h ec a u s e o f h y d r o l y s i s a c i d i f i c a t i o nw a sh i 曲o r g a n i cl o a da n ds h o r to f a l k a l i n ei ni # c o m p a r t m e n t o fa b r ，i fu n c o n t r o l l e d ，e a c h c o m p a r t m e n t o fa b rh a db e e ni nt h ee n t i r e h y d r o l y s i s - a c i d i f i c a t i o np e r i o d ，p ho fe a c hc o m p a r t m e n td e c r e a s e dt o3 5 4 5 ，t h e i n f l u e n tc o dw a sc l o s et ot h ee f f l u e n tc o d t h ev f a p r o d u c t i o ns i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e d t o1 2 0 0 m g l t h e r ew a s a c i d o g e n i cb a c t e r i u mp r e d o m i n a t i n g ( a c i d o g e n i cb a c t e r i u mh a s 1 0 6 。个m l ，c l o s t r i d i u mh a s1 0 2 4 个m e ) t h e r ew e r et h er e m a r k a b l ed i f f e r e n c ei nt h e p h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c so fs l u d g e s v io ft h es l u d g ei n c r e a s e dt o 3 0 m l g ，v i s c o s i t y i n c r e a s e d ，b u l k i n g ，f i e r c e l ya c i d y t h i si s f u r t h e re v i d e n c et h a tar e l a t i v e l yl o w e rt h e s p e c i f i cm e t h a n ep r o d u c t i o n ( o 1 8 8 - 0 5 4 7 m l g v s s h ) o c c u r r e di nt h ef o u rc o m p a r t m e n t c o m p a r e dt o t h e s p e c i f i cm e t h a n ep r o d u c t i o no fn o r m a ls y s t e m ( 2 0 5 0 m i g v s s _ h ) t h o u g ht h eo p e r a t i o nt i m ep r o l o n g e d ，t h er e a c t o rg a l l tr e c o v e r al o n gt i m ew i l lb e r e q u i r e df o rr e c o v e r y u n d e r c o n t r o l l i n ga l k a l i n eo ro r g a n i cl o a dc o n d i t i o n ，t h er e a c t o rc a n r e c o v e ri n6 0 d a y su n d e rc o n t r o l l i n ga l k a l i n ea n do r g a n i cl o a d ( 3 ) m i c r o b i a lc o m p o s i t i o n 、t h es p e c i f i cm e t h a n ep r o d u c t i o na c t i v i t i e s 、c o n t e n t so f c o e n z y m ef 4 2 0w e r ed e t e r m i n e di na n a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g ec u l t u r e di na b rr e a c t o r r e s u l t ss h o w e dt h a te a c hc o m p a r t m e n to f a b r h a dau n i q u em i c r o b i a l c o m p o s i t i o n , a n dt h e r ew e r ea c i d o g e n i cb a c t e r i ap r e d o m i n a t i n gi nt h es u r f a c eo f1 萍c o m p a r t m e n t g r a n u l a rs l u d g ea n dm e t h a n o g e n i cb a c t e r i ai ni n s i d e , 2 襻、3 撑c o m p a r t m e n th a dn o p r e d o m i n a t i n gb a c t e r i a , 甜c o m p a r t m e n th a dm e t h a n o g e n i cb a c t e r i ao fc o n s u m i n g a c e t a t e p r e d o m i n a t i n g b a c t e r i a ( 4 ) c a r r i e do u tt h eh y d r a u l i ce x p e r i m e n ta n ds e tu pf l o w - m o d e lo nb a s eo f t r a c et e s t s e tu pa b rk i n e t i c sm o d e la c c o r d i n gt of l o w m o d e l t h eh y d r a u l i cc h a r a c t e r i s t i c so f a b ri n f l u e n c e dg r e a t l yt h e p e c u l i a r i t yo f a b rp e r f o r m a n c e a f t e ra d d i n g b a f f l eb o a r di n r e a c t o ls e c t i o ns u r f a c ea r e ao f u p f l o wa n dd o w n - f l o wc o m p a r t m e n tc h a n g e d ，l e a d i n gt o f l o wv e l o c i t yc h a n g i n g ，s ot h a ta v o i d e d b l o c k i n g , o nt h eo t h e rh a n d , r e t a i n e dal a r g eo f m e t h a n o g e n i cb a c t e r i a , a n dc o n f u s i o n o f a b rs t r e n g t h e n e d ，t h es u b s t r a t e t r a n s m i t t i n g m i c r o o r g a n i s me n h a n c e d p e r f o m l a n c er e s u l t st e s t e da b rk i n e t i c sm o d e l i n d i c a t e dt h a t r e l a t i v ee r r o ro f m u t i - p h a s ec s t rm o d e lw a s 0 6 一1 2 t h a tr e l a t i v ee r r o r o f d i f f u s i n g v 西安建筑科技大学博士学位论文 m o d e lw a s0 6 1 2 h e n c em o d e l c a nd e s c r i b eb i o c h e m i s t r yr e a c t i o no f a b r ( 5 ) a b r w a sv e r ys t a b l et oo r g a n i cl o a d ，o r g a n i cl o a dr a t ew a sd i r e c t l yp r o p o r t i o n a l t oc o dr e m o v a ll o a d c o dr e l u o v a l r a t ew a s8 0 - - 9 0 i nt h e r a n g e o f o 8 5 - 6 0 k g c o d ( m 3 d ) 1 捍、2 撑c o m p a r t m e n tp l a y e di m p o r t a n tr o l eo f r e m o v a lc o d ， m i c r o b i a lo r g a n i cs h o c kl o a d sm a i n l ya f f e c t st h em i c r o b i a lo fl 存a n d2 拌c o m p a r t m e n t h a r d l ya f f e c t st h e m i c r o b i a lo f 3 # a n d 甜s o c o n t r o l l i n ga n do p t i m i z i n g c o n d i t i o no f1 群、 2 释c o m p a r t m e n tm u s t b e t h ek e yo f t h e p e r f o r m a n c e o f a b r w em u s tc o n t r o lp ho f f i r s t c o m p a r t m e n t t o6 0 ，p r o d u c ea c e t a t eo f v f a ，s u p p l y t h eb e n e f i c i a le n v i r o n m e n tf o rt h e r e a r - e n dc o m p a r t m e n t ， ( 6 ) w em u s tc o n s i d e rt h ec h a n g eo fh r t w h e n o r g a n i cl o a dr a t eo f a b r c h a n g e d d u r i n gd e c r e a s i n gh r t , t h er e m o v a le f f i c i e n c y o ff r o n t c o m p a r t m e n t w a s l o w , i n f i u e n c e dt h eb a c t e r i ap r e d o m i n a t i n gi n 1 c o m p a r t m e n t ，t h er e m o v a lr a t eo fa b r d r o p p e d t h er e m o v a le f f i c i e n c yi m p r o v e du n l e s sc h a n n e l i n gi n c r e a s e do n t h ec o n d i t i o n o f l o w h r t 、h i g hh y d r a u l i cl o a d w h e nf e e dc o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e d ，c o dr e m o v a ll o a d a n do r g a n i cl o a dr a t ew a s p r o p o r t i o n a ld i r e c t l yi nt h ef i r s tc o m p a r t m e n t ，w h i c hr e v e a l e d a b rw a s v e r ys t a b l et oo r g a n i cl o a du n l e s sh i g hf e e dc o n c e n t r a t i o nc a u s e da c i d i f i c a t i o n ， t h ec o m p o s i t i o no f v f a c h a n g e d i n t op r o p i o n a t e 、b n t y r a t ea n ds oo n t h eb i o m a s si nr e a r c o m p a r t m e n t w a si n h i b i t i o n ，c o dr e m o v a ll o a dd e c r e a s e d ( 7 ) t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a ta v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yo fp v a 、c o d w e r e8 0 a f t e ra d a p t a b i l i t y , p v a w e r ed e c o m p o s eu n d e rf o u r c o m p a r t m e n tc o a c t i o n ； a c i d i f i c a t i o no fp v ai nf i r s t c o m p a r t m e n ti m p r o v e dt h eb i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c s o f w a s t e w a t e r , w h i c hw a sk e ys t a g eo fp v ad e c o m p o s e d , c o dc o n c e n t r a t i o nd e c r e a s e d a l o n g w i t h c o m p a r t m e n t ，s l u d g e c h a r a c t e r i s t i c so fd e c o m p o s ep v aw e r e m a i n l y a c i d o g e n i cb a c t e r i u mi nf i r s tc o m p a r t m e n t m e t h a n o t h r i xi no t h e rc o m p a r t m e n t t h ek e y f a c tw a st h ea m o u n to f a e i d o g e n i eb a c t e r i u m t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h em i c r o o r g a n i s m a n dd i a m e t e ro fg r a n u l a r s l u d g ed i r e c t l y i n f l u e n c ep v ar e m o v a l e f f i c i e n c y m e n g r a n u l a rs l u d g ei n c l u d i n g a c i d o g e n i c b a c t e r i u m d e c o m p o s e dp v a ，p v ar e m o v a l e f f i c i e n c y a c h i e v e d7 0 i n 2 0 d ，o t h e r w i s e ，w 1 l e ng r a n u l a r s l u d g ei n c l u d i n g m e t h a n o g e n i c sb a c t e r i u md e c o m p o s e dp v a , p v a r e m o v a le f f i c i e n c ya c h i e v e d6 3 i n 2 0 d t r e a t i n gp v a w a s t e w a t e ro fa b rw a sl i t t l es t a b l et oo r g a n i cl o a d ，a n dt h er e a c t o r e a r l tr e c o v e r k e y w o r d s ：a n a e r o b i cb a f f l e d r e a c t o r ( a b r ) ；s t a r t u p ；g r a n u l a rs l u d g e ； r e s u m e d c o n t r o l l i n go f h y d r o l y s i s a c i d i f i c a t i o n ；a b rk i n e t i c sm o d e l ； m i c r o b i a lo f a b r ；p v a v l 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已 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：秘兰 日期：2 卯q - 0 玎 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：学校有权保鼠送交论文的复印件，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) 论文作者签名：触至导师签 注：请将此页附在论文首页 日期：侈乒口，旷 第1 章文献综述 第1 章文献综述 提要：本章叙述了废水厌氧生物处理的基本原理和厌氧反应器的发展史，详细阐述了开发多隔 室厌氧反应器( a b r ) 的理论基础，a b r 反应器的种类、工艺特征、处理性能及国内外研究现 状。 引言 随着工业的飞速发展和人口的不断增加，能源、资源和环境等问题日趋严重， 近3 0 年来，能源的短缺变得更加突出。采用传统的好氧生物处理方法处理废水要 消耗大量能源，发达国家用于废水处理的能耗已占到了全国总电耗的1 左右。废 水好氧处理的实质是利用电能的消耗来达到改善废水品质使其符合水域环境质量 的要求的一种技术措施。所以，废水好氧生物处理是耗能型的废水处理技术。世界 各国尤其是第三世界国家，己日益感到为了解决环境问题所需付出大量能耗的沉重 负担，正在不断研究和探索采用高效率低能耗的新型废水处理技术。在众多的废水 生物处理工艺中，人们又重新认识采用厌氧生物处理工艺处理有机废水的和有机废 物的重要性，企图把厌氧生物法作为好氧生物法的一种可替代的处理工艺。经各国 环境工程专家和微生物工作者的潜心研究，在厌氧微生物学和生物化学等基础研究 方面取得了很大的进展，彻底改变了过去人们认为厌氧生物法只能处理高浓度废 水、低效能的观念，在能源短缺的将来，厌氧生物法将会受到关注。厌氧生物法不 仅可处理高浓度有机废水，而且能处理中等浓度的有机废水，还成功的实现了对低 浓度有机废水的处理，为废水处理方法提供了一条既是高效能的，又是低能耗的， 且符合可持续发展原则的治理废水途径。 1 1 废水厌氧生物处理概述 1 1 1 厌氧消化阶段的划分 厌氧生物处理( 厌氧消化) 是在无氧条件下，通过多种微生物的协同作用来对 有机物进行降解，稳定的一种无害化处理方法。在厌氧生物处理过程中，复杂的有 机化台物被降解，转化为简单稳定的化合物，同时释放能量。其中大部分能量以甲 烷的形式出现，这是一种可燃气体，可回收利用。同时，仅少量有机物被转化丽合 成为新的细胞组成部分，故厌氧法相对好氧法来讲，污泥增长率要少得多。 西安建筑科技大学博士学位论文 内 源 代 谢 产 物 j i 酸 l 曩 酸细菌)f 群 l 段 i 1 嘞 i 萎 i 段 i 固1 1 厌氧消化二阶段过程 n 9 1 1 t w om g ep r o c e s so f a n a e r o b i ct r e a t m e n t 有机物的厌氧分解是涉及到多种微生物生理类群的生物化学反应。从三十年代 开始，厌氧消化过程被认为是由不产甲烷的发酵性细菌和产甲烷的细菌共同进行的 两阶段过程i l 】，如图1 - 1 所示，第一阶段由发酵性细菌把复杂有机物进行水解和发 酵，形成脂肪酸、醇类、c 0 2 和h 2 等，第二阶段是由产甲烷细菌将第一阶段的一些 发酵产物转化为c 凰和c 0 2 的过程。第一阶段常称作酸性发酵阶段，第二阶段则被 称作碱性或甲烷发酵阶段。这个两阶段理论简要地描述了厌氧消化过程，在相当长 时间内指导着生产实践，被应用于厌氧生物处理过程的动力学描述。但是，两阶段 理论实际上没有全面地反映厌氧消化的本质，研究表明，产甲烷菌能利用甲酸、乙 酸、甲醇、甲基胺类、h 2 c 0 2 ，但不能利用两碳以上的脂肪酸和除甲醇以外的醇类 产生甲烷，因此，两阶段理论难以确切的解释脂肪酸或醇类是如何转化为c l - h 和 c 0 2 的。 1 9 7 9 年，b r y a n t 等提出了厌氧消化的三阶段理论，如图i 2 所示，简单地说， 这是目前最常用的理论模式，在三阶段理论中，复杂有机