（环境工程专业论文）用好氧脱水污泥接种启动uasb处理柠檬酸废水的研究.pdf

l i l l l i l i i 1 1 l i l 咖1 1 1 1 1 1 1 1 l i i y 19 10 2 9 4 m a s t e rd i s s e r t a t i o no fs u z h o u u n i v e r s i t yo f s c i e n c ea n dt e c hn o l o g ys c l e n c ea n nle c nn 0 1 0 9 v s t u d yo n c i t r i ca c i dw a s t ew a t e rt r e a t m e n t w i t hu a s bl a un c h e d b y d e w a t e r e da e r o b i c s l u d g e m a s t e rc a n d i d a t e ：j i n gs h e n s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o j i n g d o n gj i a n g m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ie n g i n e e r i n g s u z h o uu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y d e p a r t m e n to fe n v i r o n m e n t a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n g j u n e ，2 0 1 1 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究作出重要贡献的个人 和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 学位论文使用授权书 日期：赳年互月j 堑日 苏州科技学院、国家图书馆、中国科学技术信息研究所的中国学位论文全 文数据库等国家有关部门或机构有权保留本人所送交论文的复印件和电子文档， 允许论文被查阅和借阅。本人完全了解苏州科技学院关于收集、保存、使用学位 论文的规定，即：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保 存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、 缩印、数字化或其他复制手段保存汇编学位论文；同意学校在不以赢利为目的的 前提下，用不同方式在不同媒体上公布论文的部分或全部内容。 ( 保密论文在解密后遵守此规定) 论文作者签名： 指导教师签名： 日期：翌尘年丝月日 日期：“年月址日 苏州科技学院硕十论文摘要 摘要 我国每年排放大量的高污染高浓度柠檬酸废水，已经严重污染自然水体和周 围环境。随着柠檬酸行业新标准的实施及我国节能减排环保要求的提高，柠檬酸 行业面临的环境压力越来越大。 本文通过用好氧脱水污泥接种启动u a s b 处理柠檬酸废水，探讨用好氧脱水污 泥接种启动u a s b 处理柠檬酸废水的可行性，并在高温( 5 5 ) 和中温( 3 5 ) 条件下， 通过逐步提高容积负荷，分析用好氧脱水污泥接种启动u a s b 的运行特征和影响因 素，并对比高温和中温条件下u a s b 处理柠檬酸废水的运行效果。 实验研究表明由好氧脱水污泥接种启动u a s b 处理柠檬酸废水，在反应器启 动阶段，去除率波动幅度较大，反应器耐冲击负荷较弱。所以进水浓度不易过高， 容积负荷低于l k ( m 3 d ) 开始运行，在去除率稳定升高后，再提高系统容积负荷。 进一步实验表明，在高温反应器( 5 5 ) ，h t r 为2 4 h 的条件下，每天进水3 l d ， 逐步提高容积负荷，经过8 2 d 的培养驯化，最后容积负荷达到9 5k ( m 3 d ) ，系统 去除率达到8 0 。8 5 左右，出水c o d 维持在1 3 0 0m l 1 6 0 0m g l ，出水v f a 在4n u n o l l 左右；同样条件下，在中温反应器( 3 5 ) ，启动阶段按1 k ( m 3 d ) 负荷 开始，经过8 2 d 的驯化，反应器系统去除率达到8 5 ，容积负荷提升到9 4k ( m 3 d ) ， 出水v f a 较稳定在3 2m m o 儿左右。 通过对比高温和中温反应器，启动初期中温反应器负荷提升比高温反应器快， 去除率较好。通过8 2 天的驯化，高温和中温反应器c o d 去除率达到8 0 以上， 反应器运行较好。对于柠檬酸车间排放的高温废水，采用高温法处理，可以降低 投资费用，具有很大的经济价值。 关键词：柠檬酸废水，好氧污泥，u a s b ，启动，容积负荷 m a s t e rd i s s e n a t i o no fs u z h o uu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g ya b s t r a c t a b s t r a c t e v e 巧y e a r ， c h i n ad i s c h a r g e sal a u r g e 锄o u n to fh i 曲c o n s i s t e n c yc i t r i ca c i dw 嬲t e w a t e r ，w 1 1 i c hs e r i o u s l yp o l l u t e dn a t u r a le n v i r o n m e n t 。w i t l lt l l en e ws 协d a r d so fc i t r i ca c i d i n d u s 仃ya i l dt h ed e m a n d so fe n e r g y s a v i n ga n dc j e c t i o n - d e c r e 勰i n g ， c i t r i ca c i di n d u s 时 f k e sam o r ea n dm o r eh e a v i e re n v i r o n m e n t a lp r e s s u r e t 1 1 i s 咖d y 仃e a t e dc i t r i ca c i d 、糯t ew a t e r b yu a s b w h i c hi n o c u l a t e da l l dl a 吼c h e d b y d e h y d r a t e da e r o b i cs l u d g e ，d i s c u s s e di t sp o s s i b i l i 够，a n dr a i s e dv o l u m e t r i cl o a ds t e pb ys t e p a tm g ht e m p e r a t u r e ( 5 5 ) 和m e d i u r nt e m p e r a t u r e ( 3 5 ) 1 1 1 i sa n i c l ea l s o 锄a l y z e dt l l e c h a r a c t e r sa n di n f l u e n c ef a c t o r so ft l l eu a s b ，a n dc o n t l 擞e dt h e 臼e a t m e n te f i e c t so ft h e u a s ba tl l i g ha i l dm e d i 啪t e m p e r a t u r e t h ee x p e r i m e ms h o 、c dt l l a t ，a tt h el 籼l c hs t a g e ，t 1 1 er e m o v a lr a t ew a s n ts t e a d y ，t l l e u a s b 锄t i s t r i k el o a dw 舔、e a l 【，s o 廿圮i n p u tc o n s i s t e n c ys h o u l d l l tb et o oh i 曲1 1 1 e u a s bl 锄c h e da tav o l 啪e t r i cl o a dl o w e r 廿1 锄lk ( m j d ) ， a l l dr a j s e dm ev o l 岫嘶c l o a dm e rt l l er e m o v a lr a t eb e c 锄es t e a d i e ra n dh i g h e r t h e 向【n h e re x p e r i m e n ts h o w e dt h a t ，h lm g ht e m p e r 砷e ( 5 5 ) r e a c t o r ，u n d e rm e c o n d i t i o no f2 4 h h t r ，t l l eu a s be n t e r e d 、v 叠略t ew a t e r3 l 坩， t l l ev o l 啪e t r i cl o a dw 嬲 r a j s e ds t 印b ys t 印a r c r8 2 d a y sc u l t i v a t i n g 锄dt a l l l i n g ，廿1 ev o l 啪e t r i cl o a df i n a l l y 他a c h e d9 5k ( m j d ) ，锄dt h er e m o v a lr a t er e a c h e d8 0 一8 5 u n d e rt h es 锄ec o n d i t i o n i nm e d i u mt e m p e r a n u e ( 3 5 ) ，t l l eu a s br e m o v a jr a t ef i n a l l yr e a c h e d8 5 ，姐dt l l e v o l 啪e t r i cl o a dr e a c h e d9 4k ( m 3 d ) ，a n dt l l eo u t l e tv f aw 弱3 2 m m o i l a tt l l eb e g i 皿i n go ft h el a 吼c h ，t l l el o a do fm e d i u mt e m p e r a n 鹏r e a c t o rw 雒r a j s e d q u i c k e rt h a l lt 1 1 a t o f1 1 i g ht e m p e r a t u r er e a c t o r ，t 1 1 er e m o v a lr a t ew a sa l s ob e t t 既a n e r 8 2 d a y sc u l t i v a t i n ga n dt a m i n g ，t h er e m o v a lr a t eo ft h em e d i 啪a n dh i g ht e m p e r a t u r e r e a c t o r sr e a c h e da b o v e8 0 s ot 0m eh i g l lt c m p e r a t u r ew 嬲t ew a t e r d i s c h a 唱e df 而m c i t r i c i df l a c t 0 d r ，t i l eh i g ht e m p e r a t u r e 仃e a t m e n tc o u l dr e d u c et h ei n v e s t e dc o s t ，锄dh 鹊 g o o de c o n o m i c a jv a l u e 1 ( e y w o r d s ：c i t r i ca c i dp r o d u c t i o n 、v a s t e 、v a t e r ，r o b i ca c t i v es l u d g e ，u a s b ，s t a r t u p ， t 1 1 ev o l u m el o a d i n gr a t e 苏州科技学院硕十论文 目录 。 目录 摘要i a b s t r a c - i i i 第一章绪论1 1 1 柠檬酸废水的来源1 1 1 1 我国柠檬酸产量1 1 1 2 我国柠檬酸废水治理的严峻性2 1 2 柠檬酸废水的处理技术概述2 1 2 1 厌氧生物法3 1 2 2 好氧生物法4 1 2 3 光合细菌法5 1 2 4 乳状液膜法5 1 2 5 综合处理法6 1 3 研究的背景意义和内容7 1 3 1 研究的背景意义7 1 3 2 研究的背景目的8 1 3 3 研究的内容8 第二章接种不同污泥启动厌氧系统理论分析9 2 1 接种颗粒污泥启动厌氧系统9 2 2 接种好氧活性污泥启动厌氧系统9 2 3 接种不同污泥启动厌氧系统的影响1 0 2 3 1 接种颗粒污泥、厌氧污泥和消化污泥影响的对比1 0 2 3 2 接种絮状污泥和颗粒污泥影响的对比1 0 2 4 启动厌氧系统接种污泥的影响因素1 1 第三章实验研究的装置及方法1 2 3 1 实验研究的装置1 2 3 1 1u a s b 厌氧反应器的工作原理及特点1 2 3 1 2 实验装置1 2 3 1 3 实验设备1 4 3 2 实验方法及方案1 4 3 2 1 柠檬酸废水的特征1 4 4 1 前言1 7 4 2 实验装置1 7 4 2 1 实验装置1 7 4 2 2 接种污泥1 7 4 3 实验内容1 8 4 4 实验数据分析和讨论1 8 4 4 1 启动阶段1 8 4 4 2 负荷提升阶段及稳定阶段1 9 4 4 3p h 值变化2 l 4 5 本章小结2 2 第五章好氧脱水污泥接种启动高温和中温u a s b 的实验研究2 3 5 1 前言2 3 5 2 实验装置和内容2 3 5 2 1 实验装置2 3 5 2 2 接种污泥2 3 5 2 3 实验内容2 3 5 2 4 实验控制方法2 4 5 3 实验过程和结果2 4 5 3 1 启动阶段2 4 5 3 2 负荷提升阶段2 6 5 3 3 稳定运行阶段2 8 5 4 实验结果分析和讨论2 9 5 4 1 容积负荷和去除率的变化2 9 5 4 2 进出水p h 和v f a 变化3 1 5 4 3 反应器产气量的变化3 3 5 4 4 高温实验和中温实验的对比3 4 5 5 本章小结3 6 第六章结论与建议3 8 苏州科技学院硕十论文 目录 6 1 结论i 3 8 6 2 建议3 9 参考文献4 0 致谢4 4 作者简历4 5 n i 柠檬酸，又名枸橼酸，分子式c 6 h 8 0 7 ，学名3 一羟基一3 一羧基戊二酸。柠檬酸是以 生物化学法产量最大的一种有机酸，柠檬酸是一种重要的化工产品，用途非常广泛， 主要用于食品工业、医药业、化学工业，并且在电子、纺织、石油、皮革、建筑、摄 影、塑料、铸造和陶瓷等工业领域中也都有十分广阔的应用。 1 1 1 我国柠檬酸产量 我国柠檬酸工业起步较晚，直到上世纪6 0 年代才建立了柠檬酸厂，经过近4 0 多年的高速发展，目前已经具有全球第一的规模和世界领先的技术水平。 我国柠檬酸产量和出口量已连续多年居世界第一。2 0 0 5 年，我国柠檬酸类产品 产量6 3 万吨，占世界总产量的4 4 ，国内总产量的约8 0 出口国外。2 0 0 6 年、2 0 0 7 年柠檬酸年产量分别达到6 6 万吨、7 6 万吨，这两年国内柠檬酸出口都超过总产量的 9 0 。2 0 0 8 年，全国柠檬酸年产量达8 0 余万吨，占世界的6 5 左右；年出口量5 0 万吨，占世界贸易量超过了5 0 【l 】。我国柠檬酸生产企业众多，厂家遍布全国各地， 其中产量较大的是安徽丰原生化公司和山东柠檬生化公司，安徽丰原生化的年产能达 到2 2 万吨，产量和市场占有率均居亚洲第一位，山东柠檬生化年产能也达到2 0 万吨 【2 】 o 由于柠檬酸生产工艺的固有特点，使其生产过程中产生的大量高浓度废水，是环 境的严重污染源之一。柠檬酸生产企业是污水排放大户，行业统计数据表明，每生产 1 t 柠檬酸可产生7 5m 3 废水，高时可达1 0m 3 1 5m 3 ，其中c o d c r 和b o d 5 负荷分别 达到2 5 0 0 0m 3 l 和1 5 0 0 0m 3 l 以上。若以2 0 0 8 年我国柠檬酸产量8 0 万t 计算，每 年仅柠檬酸行业的高超标废水的排放量就达1 2 0 0 万t ，成为环境的严重污染源，特别 是中和废水污染物浓度高且变化幅度大、水质复杂，难处理p j 。因此，高浓度柠檬酸 生产废水的处理一直是国内外普遍关注的研究方向。 在我国，柠檬酸生产主要以薯干、玉米等为原料，依次经过原料处理、发酵、提 取、精制等工序制得柠檬酸产品。柠檬酸的生产工艺及废水来源如下图卜1 。由图卜1 可以发现，柠檬酸废水的主要来自提取车间的废中和液( 浓糖水) 和洗糖废水( 稀废 水) ，其浓度高、排放量大，是柠檬酸生产的主要污染源1 4 j 。 柠檬酸废水中含有大量的有机物( 有机酸、蛋白质、脂肪、糖、纤维素等) 及n 、 p 、s 等物质，生产中未糖化的淀粉质、未发酵的残糖以及未能提取的柠檬酸等都进入 苏州科技学院硕十论文第一章绪论 量曼曼曼曼皇鼍寰皇量曼曼皇量罾量曼鲁篁量曼曼量量量量舅量量鲁曼邕量曼量量量量量曼置墨墨曼曹罾量篁量量篁曼量皇曩置置曾量鲁皇量量量量曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼量 废水中，形成高浓度的有机污染物。 淀粉质原料匪乎 c a c 0 3 菌丝体泣 废r f l 和液 ( 浓糖水) 水h 2 s 0 4 li 柠檬酸钙咽 j 洗糖废水 ( 稀糖水) 一匦卜生卧酽卧卧产品 ii 图卜1 柠檬酸生产工艺 1 1 2 我国柠檬酸废水治理的严峻性 柠檬酸废水属于污染严重的品种，随着监管部门的日益重视，环保要求逐步提高， 虽然我国的柠檬酸工业的三废治理已大有成效，但与发达国家还存在不小的差距。 2 0 0 4 年1 月，前国家环保总局发布柠檬酸工业污染物排放国家标准如表1 1 ， 其中规定从2 0 0 6 年开始，排放废水中c o d 的含量不得高于1 5 0 m g l 。 表卜1 柠檬酸工业污染物排放国家标准 2 0 l o 年4 月7 日，国务院发布通知指出，轻工业将在2 0 11 年底前，淘汰环保不 达标的柠檬酸生产装置，落后柠檬酸产能8 万吨。2 0 0 6 2 0 0 9 年：分别淘汰落后柠檬 酸产能0 8 万吨、1 9 万吨、2 万吨和3 3 万吨；减排化学需氧量( c o d ) 3 2 万吨【5 1 。 可见，随着柠檬酸产能的日益增加，污染日益严重，排放标准也随之提高，柠檬 酸工业的治理已经得到有关部门的重视。 1 2 柠檬酸废水的处理技术概述 目前，针对柠檬酸产生的大量高浓度废水，国内外主要用生物法处理柠檬酸工业 废水。因为柠檬酸生产的废水属于高浓度有机废水，可生化性好，不含抑制微生物生 2 苏州科技学院硕十论文 第一章绪论 量量置曼曼皇曼曼曼曼量皇量鲁量量曼皇量量舅置量量量量曩墨曼量鼍量量量量詈曼曼曼曼曼曼置曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇蔓皇曼曼曼曼量鲁量曼邕邕皇量量量量量曼量量罾 长的有毒物质。根据作用微生物的不同，生物处理方法可分为厌氧处理和好氧处理两 种类型。另外，还有光合细菌法、乳状液膜法以及综合处理方法。 1 2 1 厌氧生物法 厌氧生物法就是利用厌氧微生物的代谢过程，在无需提供氧的情况下，把有机物 转化为无机物和少量的细胞物质，这些无机物包括大量的生物气( 即沼气) 和水，使 废水得到净化的一种废水处理方法。其反应过程可分为四个阶段：水解阶段，发酵阶 段，产酸阶段，产甲烷阶段。 柠檬酸废水的厌氧处理技术主要有上流式厌氧污泥床、高温厌氧消化池和管道式 厌氧消化器等。 ( 1 ) 上流式厌氧污泥床 上流式厌氧污泥床( u p n o wa n a e r o b i cs l u d g eb e dp r o c e s s ) 是国外主要采用的柠檬 酸废水处理方法，由污泥反应区、气液固三相分离器( 包括沉淀区) 和气室三部分组 成【6 】，处理过程为：污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥 中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。通过三相分离器的分离作用，处 理出水与污泥分离后从沉淀区溢流堰上部溢出，污泥在重力作用下沉降到反应器底 部，沼气通过水封经管道排出进入气柜。上流式厌氧污泥床与其他厌氧处理方法相比， 有更强的耐负荷冲击力、处理效果好、剩余污泥少等优点。对于不同污水的适应性也 强，且其结构、运行操作维护管理相对简单，造价也相对较低，技术已经成熟。采用 u a s b 反应器处理柠檬酸废水，去除效果好，一般其c o d c r 去除率均可达到9 0 以 上川。 北京桑德环保公司【8 】采用两级中温u a s b 处理柠檬酸废水，其中一级u a s b 的水 力停留时间为2 9h ，二级u a s b 的水力停留时间为1 0h ，进水温度控制在3 0 左右， p h 为5 0 6 0 ，设计系统的c o d 容积负荷为l ok ( m 3 d ) ，经过稳定运行后，系统 的c o d 去除率达到9 0 以上，出水c o d 稳定在3 0 0m g l 以下，其中去除lk g c o d 可以产生沼气o 5 8m 3 ，具有良好的经济效益。 ( 2 ) 高温厌氧消化法 广东佛山环境工程装备公司【9 】对柠檬酸废水采用高温厌氧消化法处理，进水c o d 在9 9 1 4m g l 1 7 0 1 4m g l 之间，进水b o d 5 在4 8 8 2m g l 7 7 7 0 0m g l 之间，消化池 的温度控制在6 0 左右、h r t 为4 8h ，经过运行后，系统的出水c o d 浓度降低到 1 3 1 4m g 肚1 6 0 0m g l 左右，出水的b o d 5 浓度在1 3 9m g l 4 1 6m g l 左右，系统的 c o d 和b o d 5 去除率分别达到8 5 和9 0 以上。研究表明：高温厌氧消化的优点为 消化速度快、投资费用和运行费用低、有机物的去除率较高等，缺点是不适用温度较 苏州科技学院硕十论文 第一章绪论 低的废水，所以适用于原废水温度较高的情况。 ( 3 ) 管道式厌氧消化器法 管道式厌氧消化器内的充填填料可以作为微生物载体，因为充填填料能够滞留高 浓度的厌氧活性污泥的能力，所以管道式厌氧消化器法具有耐负荷冲击和增强耐进水 低p h 的特点【1 0 】。采用此种方法，高浓度的酸性废水可以不用调整p h 值，直接进入 厌氧消化器内，从而减少了药剂的消耗量，降低系统的运行费用，操作管理方便。但 此方法存在污泥流失现象，并且需要定期排泥。浙江省工业环保设计研究所【l l j 采用管 道式厌氧消化器法对柠檬酸废水进行厌氧处理，处理水量为2 0 0 们，在进水c o d 浓 度为1 4 1 8 7 5m g l 、p h3 4 3 8 、c o d 容积负荷为7 0 9k ( m 3 d ) 的条件下，出水 p h7 7 5 ，系统的c o d 去除率为8 1 1 ，并且去除1k gc o d 可产沼气o 4 3m 。 1 2 2 好氧生物法 好氧生物处理法可分为活性污泥法和生物膜法两类。活性污泥法主要依赖好氧菌 和兼性厌氧菌的生化作用来完成处理工艺的过程。生物膜法有生物滤池、生物转盘、 生物接触氧化池及生物流化床等i l 2 1 。 ( 1 ) 活性污泥法 目前，活性污泥法是废水生物处理应用最为广泛的一种方法，该法已成为污水处 理的主体技术。活性污泥法主要是以含于废水中的有机污染物为培养基，在有溶解氧 的条件下，连续地培养活性污泥，再利用其吸附凝聚和氧化分解作用净化废水中的有 机污染物。活性污泥去除有机物的过程主要包括三个阶段：吸附阶段，氧化阶段，絮 凝体的形成与凝聚沉淀阶段【1 3 】。活性污泥法主要处理低浓度工业废水和城市生活污 水。 贾慧刑等【1 4 】对上海某发电厂的锅炉柠檬酸酸洗废液和该厂的生活污水，用活性污 泥法进行联合处理的可行性试验。试验结果表明在室温下，控制运行条件为：p h 7 0 7 5 、溶解氧4 0m g l 4 5m g l ，c o d c r 和b o d 5 的去除率均可达9 0 以上，水 力停留时间在1 5 2 。o h 左右，去除效果较好。 ( 2 ) 间歇曝气活性污泥法 间歇曝气活性污泥法简称s b r ( s e q u e n c i n gb a t c h r e a c t o ra c t i v a t e d s l u d g e p r o c e s s ) ，由于在运行中采用间接操作的形式，每一个反应池是一批批地处理废水， 因此而得名。自2 0 世纪8 0 年代以来在处理间歇排放的、水质水量变化很大的工业废 水中得到了极为广泛的应用。 s b r 法分为进水、反应、沉淀、排水及闲置五个运行阶段，具有流程简单，运 行费用低；固液分离效果好，出水水质好；有效防止污泥膨胀：且操作简单，运行可 4 苏州科技学院硕十论文第一章绪论 靠，易于实现自动化等特点。目前国内利用s b r 法处理柠檬酸废水，废水的c o d c r 质量浓度为5 0 0m g l 2 5 0 0m g l 时，采用1 6h 运行周期，曝气进水，对c o d c r 均有 较好的去除效果，一般在9 0 左右【1 5 】。 1 2 3 光合细菌法 光合细菌简称p s b ( p h o t o s y n t l l e t i cb a c t e r i a ) 1 6 】，是地球上出现最早、自然界中普遍 存在、具有原始光能合成体系的原核生物，是在厌氧条件下进行不放氧光合作用的细 菌的总称，是以光作为能源、有机物为供氢体，还原c 0 2 合成有机物的一类微生物。 光合细菌具有多种不同的功能，在自然界的碳、氧、硫循环中起着重要作用。 光合细菌法的优点是：p s b 在厌氧及微好氧条件下都能生长，可以耐受相当高 的有机负荷，用于高浓度有机废水的处理；处理效果好，无二次污染，工艺流程简单， 不产生沼气，便于管理，且受温度影响小，处理成本低等。与其他处理方法相比，具 有占地少、投资省、工期短等特点。该工艺处理过程中，废水偏碱性，腐蚀较小，设 备的使用寿命长。 日本自2 0 世纪6 0 年代，开展利用光合细菌法处理高浓度有机废水的实验研究。以 小林正泰为首的日本科学家【l 。7 1 ，在1 9 7 8 年率先实现了p s b 法的工业应用后，我国的 科学研究人员也做了大量的基础理论工作，先后研究成功p s b 法处理食品、淀粉、 皮革及造纸、制药等生产废水。在处理肉类加工、豆制品生产、柠檬酸生产等废水处 理方面取得了显著成效【博2 1 j 。 南通市发酵厂与上海交通大学生物技术研究所在利用光合细菌处理柠檬酸废水 小试实验成功的基础上，又进行了两年的中试运行处理后，系统去除效果较好。但原 工艺在实际运行中产生了二次污染，且污泥产生量大，不易清除，单位处理成本较高。 所以上海交通大学研究所根据南通发酵厂的要求，针对工艺装置存在的问题，进行了 工艺改进，改进后处理能力达到3 0 0m 3 d 4 0 0m 3 d 。当进水c o d 浓度为2 0 0 0 0 m g l 3 0 0 0 0m g l 时，处理后出水c o d 浓度小于5 0 0m g l i z z 。z 川。 上述研究及应用结果表明：光合细菌的工艺能够承受较高的有机负荷冲击，而且 负荷越高处理效果越好，管理方便，不产沼气，并且具有除氮能力，可处理油脂和环 状化合物、含高盐分的废水，设备占地少，投资低，可作为其他低负荷处理工艺的预 处理，运行产生的菌体可回收作为各种资源加以综合利用，不产生二次污染1 2 4 l 。 1 2 4 乳状液膜法 液膜分离技术是一种新型分离技术，具有比表面积大、分离效率高、分离速度快、 成本低、节能、用途广等优点。近年来，液膜分离技术在石油化工、医药卫生、生物 苏州科技学院硕十论文第一章绪论 曼皇曼曼曼蔓舅曼曼曼曼曼量量舅量曼曼置雹量量量量量罾量皇皇罾量量曼曼曼蔓曼曼笪曼量曼皇量量量量量量量量罾量曼舅量曼曼曼曼曼曼皇曼曹皇皇舅曼曼曼曼曼量罾量量量曼曼曼曼量舅 工程等领域得到广泛的应用，特别对于处理高浓度有机废水，液膜法获得了显著的效 果【2 5 】。 采用乳状液膜法处理柠檬酸废水，通过乳液与废水搅拌充分混合接触，废水中的 柠檬酸透过液膜浓缩在膜内分离，达到降低废水的c o d 浓度，并且可以回收柠檬酸， 从而达到综合利用的目的。乳液使用后，经低压破乳，可重新制乳使用，重复使用多 次处理效果基本不变。 1 2 5 综合处理法 由于柠檬酸工业生产的废水属于高浓度有机废水，其c o d 一般在1 0 0 0 0 m 舭0 0 0 0m g l 以上，单独采用厌氧生物法或好氧生物法处理高浓度柠檬酸废水， 往往不能达到国家排放标准。目前，为提高厌氧处理后的出水水质，在柠檬酸废水处 理的实际工程中，需结合其他处理技术或将两种生物法组合起来对柠檬酸废水进行处 理，并且系统的去除效果较好。 ( 1 ) 厌氧一好氧组合处理工艺 郝雯娣掣2 6 】采用两级u a s b 反应器和接触氧化工艺处理柠檬酸废水。在中温3 0 条件下，当一级反应器进水c o d 负荷维持在为9 肛1 1 ok ( m 3 d ) 时，出水c o d 去除率可达9 0 以上，反应器内出现了明显的厌氧颗粒污泥；厌氧出水经接触氧化处 理后，出水c o d 的浓度基本稳定在3 0 0m g l 以下，整体工艺c o d 去除率达9 6 以 上。 于风涛2 7 1 、于军【2 引、杨淑英【2 9 1 等都采用了综合法来处理柠檬酸废水，方法是先 采用u a s b 对的高浓度废水进行处理，处理后的废水与低浓度废水混合，再进入生 物接触氧化池，最后再由生化处理把关，尽可能降低废水中污染物的浓度和水的色度， 使出水达标排放。利用厌氧一好氧联合工艺处理柠檬酸废水c o d 去除率达9 8 6 ， 可达到国家排放标准。 郭茂新等【3 0 】采用厌氧一兼氧一好氧工艺处理柠檬酸废水，经实验研究表明：当进 水c o d 浓度为1 4 1 8 7 5m g l 时，厌氧阶段的c o d 去除率为8 1 1 ，兼氧、好氧阶 段的c o d 去除率最终可以达到9 4 4 。 其工艺特点：管道厌氧消化器属于推流式厌氧装置，其中消化器的前段处于产酸 阶段，后段处于产甲烷阶段，这样可以减小不同阶段微生物种群之间的相互抑制作用： 兼氧池采用低强度曝气，使系统处于缺氧状态，目的是将废水中的大分子有机物降解 为小分子有机物，提高废水的可生化性，为后续的好氧处理的创造可生化条件1 3 1 1 。 综上所述，柠檬酸废水属于高浓度有机废水，可生化性好，不含抑制微生物生长 的有毒物质，采用以生化为主的处理工艺虽然处理效果较好，出水水质可达标排放， 6 苏州科技学院硕十论文 第一章绪论 但是选取厌氧和好氧结合处理的工艺流程较长，相应的工程投资及运行费用较高。所 以，不仅废水中有机物有效资源化，而且能够达到较好地经济效益与环境效益，应是 高浓度有机废水处理进一步研究的重点。 ( 2 ) 循环利用中和废水法 柠檬酸企业生产过程中排放的各种废水，其中中和工序产生的废水水量最大，污 染较严重，所以应探讨中和废水的回用技术，来节约用水和保护环境。 目前，国内采用“中和一催化氧化一沙滤一吸附”工艺【3 2 j 来处理柠檬酸生产废水， c o d 可从1 6 6 4 2m g l 降至2 3 0 8m g l ，系统的去除率可达到8 6 1 ，并且处理后的废 水可以灌溉农田，从而实现了废水的回收利用1 3 3 。 张洪勋【3 4 。3 5 】等通过实验研究表明：控制发酵条件为：总还原糖1 4 1 6 ，麦麸 2 5 ，初始p h 6 5 ，乙醇1 5 ，实验用菌株c 9 8 自黑曲霉c b x 1 2 分离获得，中和废 水经碱( n a o h ) 沉淀和酸( h 2 s 0 4 ) 中和预处理措施，直接用于发酵配料。与用生物法 处理柠檬酸废水相比较，具有投资费用和运行成本较低的优势。 1 3 研究的背景意义和内容 1 3 1 研究的背景意义 目前国内柠檬酸生产一般采用较为成熟的深层液体发酵生产工艺，以薯干或玉米 粉为原料，糖化合成柠檬酸，所排出的生产废水有机物浓度高，可生化性好，水温高 ( 6 0 7 0 ) ，适合采用以厌氧为主的处理工艺。 而国内处理柠檬酸废水多采用中温处理，高温处理的研究较少。对于车间排放的 高温废水，若采用中温处理，需进行降温，设备投资和处理费用都会提高。所以，若 原废水温度条件较高的情况下，用高温法不仅不需要降温设备，而且具有消化时间短， 运行费用低，有机物去除率高等优点。 理论上讲，启动厌氧系统的最佳种泥是处理同类废水的厌氧颗粒污泥1 3 7 。，反应 器接种颗粒污泥能在较短时间内获得较高的有机物去除率，但是目前国内运行良好的 厌氧颗粒污泥反应器较少，规模有限，所以采用厌氧颗粒污泥接种厌氧系统的条件有 限，而且购买颗粒污泥的费用和运输费用都较高，大部分情况需要考虑选择其他种泥， 所以国内一般采用厌氧消化污泥或好氧污泥作为种泥。而厌氧反应器启动成功的标志 则是反应器内形成了大量活性较高、沉降性良好的颗粒污泥【3 引。现在采用好氧污泥启 动厌氧反应器的不多，主要是因为好氧污泥的生长环境和厌氧污泥相去甚远。但采用 好氧污泥有自身的优势，目前国内好氧设施分布较广泛，可以降低投资和运行费用。 工程上启动厌氧系统一般需要大量的厌氧颗粒污泥或者厌氧消化污泥，目前国内 7 能提供厌氧污泥的很少且价格昂贵，这样直接导致工程启动速度较慢。而我国的污水 好氧处理设施较厌氧处理设施分布广泛，如能用好氧脱水污泥作为厌氧反应器的接种 污泥，将具有很大的实用价值和经济价值，所以用好氧脱水污泥接种启动厌氧系统的 研究很有意义。 1 3 2 研究的背景目的 我国是柠檬酸生产大国，每年排放大量的高污染高浓度废水，严重污染自然水体 和周围环境。虽然我国的柠檬酸工业的三废治理己大有成效，但与发达国家还存在不 小的差距。随着柠檬酸行业新标准的实施及我国节能减排环保要求的提高，柠檬酸行 业面临的环境压力越来越大。 本实验通过广泛而深入的研究，目的在于为用好氧脱水污泥接种启动u a s b 稳定 而高效地处理柠檬酸废水，提供可靠的理论依据、技术方法和有效途径，对用好氧污 泥接种启动厌氧系统的厌氧处理的发展和工程实践起到一定的指导作用。 1 3 3 研究的内容 、 本研究的实验内容主要是： ( 1 ) 在高温条件下( 5 5 ) ，分析用好氧脱水污泥接种启动u a s b 的可行性，及运行 阶段反应器的特征和影响因素； ( 2 ) 在高温( 5 5 ) 和中温条件下( 3 5 ) ，分析用好氧脱水污泥接种启动u a s b 的运 行特征和影响因素，并对比高温和中温条件下u a s b 处理柠檬酸废水的运行效果； ( 3 ) 在不同的负荷条件下，系统地监测进出水c o d 、v f a 、产气量等指标，并进 行分析比较。结合出水c o d 、v f a 的变化，研究反应器运行不同阶段p h 、h r t 以及 容积负荷等因素对u a s b 处理柠檬酸废水去除效果的影响。 8 苏州科技学院硕十论文第_ 章接种不同污泥启动厌氧系统理论分析 第二章接种不同污泥启动厌氧系统理论分析 厌氧系统的启动问题是长期以来困扰废水处理工程的主要问题，也是限制厌氧系 统有关技术推广的主要影响因素之一。在有厌氧颗粒污泥的条件下，以厌氧颗粒污泥 替代厌氧消化污泥或者絮状污泥启动厌氧系统无疑是减少反应器启动时间的有效办 法。 厌氧系统的启动时间一般较长，以u a s b 为例，其启动时间一般在3 个月以上， 有的甚至长达1 年。厌氧反应器的启动阶段对能否充分发挥反应器的处理效能具有重 要的意义。一般认为反应器的启动是从反应器接种污泥开始，以反应器中产生一定量 的适应需要处理的废水并且能留在反应器内的微生物为结束。厌氧系统的启动一般可 分为两个阶段：第一阶段是在污泥的驯化过程中接种污泥的微生物逐渐适应废水水 质；第二个阶段是反应器中出现有大量的微生物进行生长、繁殖。毫无疑问，接种污 泥的数量和性质是直接影响反应器的启动快慢和运行效果的重要因素。因此，寻找合 适的接种污泥具有重要的意义。 2 1 接种颗粒污泥启动厌氧系统 用颗粒污泥启动厌氧系统处理废水是比较理想的选择，采用颗粒污泥接种，驯化 时间较短，污泥适应水质较快，启动初期耐负荷冲击能力较强。不过，缺点是能选择 的颗粒污泥较少且价格昂贵。 2 2 接种好氧活性污泥启动厌氧系统 目前，国内采用好氧污泥启动厌氧系统的研究很少，多数采用厌氧颗粒污泥或者 同种水质的厌氧消化污泥作为种泥启动厌氧系统。采用厌氧消化污泥接种，反应器启 动较长，驯化期间水质波动较大。 韩洪军等采用e c 厌氧反应器一生物接触氧化池相结合处理啤酒废水，以生物接 触氧化池中的好氧污泥作为接种污泥，启动e c 厌氧反应器。该污泥的好氧活性较好， 含水率9 9 ，污泥体积指数( s v i ) 约为1 5 0 。反应器经约9 0 d 完成启动，达到最大进水量。 系统的c o d 容积负荷达到5k ( m 3 d ) 左右，c o d 去除率达到5 8 左右，并且处于上 升状态【3 9 l 。 在整个厌氧反应器运行过程中，在完成了首次启动后由于操作问题，导致系统运 行崩溃。第2 次接种后续生物接触氧化池的好氧污泥进行重新启动，经过2 0 d 的驯化， 好氧污泥逐渐转变为活性较高的厌氧污泥。启动阶段采用低负荷的方式运行4 0 d 后， 塔内大部分转化为沉降性较好的颗粒污泥，颗粒污泥的活性逐渐升高。之后，为了反 9 苏州科技学院硕十论文第_ 章接种不同污泥启动厌氧系统理论分析 应器内能够产生大量的颗粒污泥，加快提高进水流量，观察到系统的c o d 去除率先突 然下降然后缓慢升高。当进水流量达到最大时启动结束，此时塔内颗粒污泥量和c o d 去除率仍在缓慢上升。提高负荷阶段，反应器内形成少量的颗粒污泥，污泥呈絮状， 极易流失。颗粒污泥形成后，污泥沉于底部，系统的c o d 去除率突然下降，反应器内 v f a 出现积累；但随着颗粒污泥的生长，产甲烷性能的提升，系统的c o d 去除率缓慢 升高，v f a 也逐渐下降。由于进水流量不大，出水c o d 在2 0 0m g l 一下，系统的c o d 去除率在8 0 以上。 国内的污水好氧处理设施较厌氧处理设施分布广，如能用好氧污泥作为厌氧反应 器的接种污泥，将具有很大的实用价值1 4 0 j 。反应器启动运行结果表明，好氧活性污泥 的驯化期相对长一些，但驯化阶段完成后，它的出水水质比l 号反应器还要稍好一些。 2 3 接种不同污泥启动厌氧系统的影响 2 3 1 接种颗粒污泥、厌氧污泥和消化污泥影响的对比 反应器启动接种的污泥对于反应器的启动快慢，甚至启动成功与否具有重要影 响。 侯玉洁等【4 l 】采用3 套相同的i c 反应器：其中l 号反应器接种处理屠宰废水的颗粒污 泥，2 号、3 号反应器接种处理大豆蛋白废水的厌氧污泥和城市污水处理厂的消化污泥