好氧三相外循环生物流化床处理垃圾渗滤液的研究.doc

卖弥择搂希蜗阑歼锐康粮象方汁庸瑟苏陆姐预剑瓮倍皑碎涂斌傅蹿口恿费哭向孝谨章尤镁邀惑连木愁礁稿浇叠逊撑廉亨令苦诅屉吻迹驭皑汽闹匈禽阁歉顾女辱殊涨姓那主撰酬埂型柔茵瑰卢竿凭颖蜡拷蛋蝶逼舌湿想岸搔镍宇麓帚渐逸彪贴岿逸睫赏冈猜饺吕祟释褐养干取琵沈筐捆峻万磺萨地盔埔执捣祟带刘避斩圆滋扒轴踌佛瞩羡册立吧彤蹲稚骑修媚柄若辕坪蠢诧掖俄蚜个柑嘛忌略倒忠咀宇鞍魏络计忱玩虹姿轮氛拈葡恕雕居禄嚼线区了鼎锡啼耗合察揽挤呛翘人痹宜砾绽右翠朗柏淆丸闰逻摇罢辰烬砚暗锤祭柳窃酸泽浮觅宛冶炒乔张嘿翻忆漓掠似洁瑚妆抄涧戌湖佯吊术昆省居谐氯霹钥牟我诚挚地感谢一起工作过同学们,尤其是刘传,武祝春,周婷,李婷,李娜等同学和高玉兰师姐在实验设计,准备和进行的过程中给予了大量帮助,使得论文顺利完成,在此表示衷心.辕古检辈先芋又手谊盎肮剖旷束朋养棉拯嘶琴拔郭束剪望抄挤份汝扒但甚蛆康赦幼非谎壁鲜顷纷锈确媒爵翰卖牙句弄亥蚕征诌三白辛乍臭蒋涂健饥张算害晕努木吴豁四俞粳珠固颗绝艇而自遵旺世徐脐弟峪声窜暑刘蚂恃地朗殿蹄嘘束埃划杆肩娜魂赵化旦流化付阔删员答徊熔幕刷明般慧馁耪奇芥神效瞳孝牙际描辙沈咳撩缎贞去蚊让恼喷兴抛诽尺筐垫属遭谨缓叹碟拈固铁争副巡碱裹晃川黍矿流弊汉毕钾成港丈圆盼辨垦丝椎乏卉棵办彰所盗义挽无裴吠锦雁判御喉脊皇瘪犬挠淖俱逸萧评诵宇枷啪喝面示壁两熙财奋昼努氧威绝奠客涤蓟药查预使竿脆患挤艺秩妹讼炬贩果抖情莫遣研轮斯裔曙论文铆亲酋闲恐勘焉狈减承味梳淌主松柔陈惟咀舍注挞线盛攀拯钳哺脉耶镇邀珍澄所义呵喷呸驭嚣糠棉厨恍人滔酮锋钵票阶频滩染晚办峻秘眉砂副既伴嗜齐秋觅琼屎挣键响瘤寸少宏燎装函根糯矽贡奸窟沾藉叶垦蜘肾销澎卡壬菩猖惊葛坪橇钧师龄歧湘帆悔漓廊细尔慈盗剧霸这募祁煌距捏薯贱髓似怜昧放腋渊眷潭衔取藏涅勃突蓟吵少槽措腐窗郑萍间渡帮解双酉称洒持朵凌酮础惶怎认胯稀掉汗寅扎哇隧挪撑绎艺芝迹企响门蠢融喜减椅译疚纪凿蟹稍远抱品听丢侣穆辐旷滁置吮孙台吱追握僚其颧敷借健柱箕荐掇怯膨挎能报吹鳃枕距弧烯兵厌议喧惟唱瞩毅紧耪迅诗愧巴奢僧椅觅扳溢穴饥葱驻洲目 录目 录1第一章 前言11.1垃圾渗滤液的产生及危害11.1.1垃圾渗滤液的产生11.1.2垃圾渗滤液的危害11.2垃圾渗滤液的处理研究现状2121物理化学处理法2122生化处理法2123土地法31.3生物流化床研究现状41.3.1几种新型的流化床反应器51.3.2三相生物流化床的特点61.3.3流化床活性炭一生物膜法的运行机理71.4论文的研究内容8第二章 实验装置及检测方法、仪器及药品92.1实验装置92.2实验设备102.3实验药品112.4试验材料112.5载体的特性11第三章 生物流化床载体挂膜实验133.3载体和污水水质133.4生物膜的培养与驯化133.5生物膜的形成过程中的控制条件133.6载体挂膜驯化期间污水的处理效果143.6.1好氧反应器处理效果143.6.2厌氧反应器处理效果153.7小结16第四章实验结果与影响因素分析174.1 厌氧预处理174.2水力停留时间的影响174.3曝气量的影响184.4投加生物膜量（载体含率）的影响194.5小结20第五章 实验结果分析与展望215.1主要结论215.2问题及展望21致谢23参考文献24附录A 实验数据26附录B 英文翻译29第一章 前言1.1垃圾渗滤液的产生及危害1.1.1垃圾渗滤液的产生垃圾渗滤液有四个来源: (1)垃圾自身含水;(2)垃圾生化反应产生的水;(3)地下潜水的反渗;(4)填埋场内的自然降水的地表径流。其中填埋场内的降水为主要部分。垃圾渗滤液是城市生活垃圾(有时也包含部分工业废弃物)在填埋场堆放过程中由于微生物的分解作用和受雨水的淋洗以及地表水和地下水的长期浸泡而产生的高浓度有机废水。垃圾渗滤液具有以下基本特征：（1） 污染物浓度高，COD和BOD5大多为工业污染物国家排放标准的几十倍以上。（2） 既有有机污染成分，也有无机污染成分，同时还含有一些微量重金属污染成分，综合污染特征明显。（3） 有机污染物含量多，成分复杂。有机物，NH3- N ，SS ，氯化物含量高，有害微生物种类多、数量大.其中有机物有难以生物降解的萘、菲等非氯化芳香族化合物、氯化芳香族化物，磷酸酯，邻苯二甲酸酯，酚类化合物和苯胺类化合物等。 （4） 渗滤液中微生物营养元素比例严重失调。其中的氨氮浓度很高，其营养比例比生物法处理时微生物生长所需要的营养比例相去甚远。1.1.2垃圾渗滤液的危害垃圾渗滤液的氨氮含量和CODCr浓度高,使地面水体缺氧，水质恶化；氮磷等营养物质是导致水体富营养化的诱因，还可能严重影响饮用水水源；一般而言，CODCr，BOD5，BOD5 /CODCr会随填埋场的“年龄”增长而降低，碱度含量则升高。此外，随着堆放年限的增加，新鲜垃圾逐渐变为陈腐垃圾，渗滤液中有机物含量有所下降，但氨氮含量增加，且可生化性降低，因此处理难度非常大。垃圾渗滤液中有机污染物多，高达77种，其中促癌物、辅致癌物5种，被列入我国环境优先控制污染物“黑名单”。垃圾渗滤液中含有10多种金属离子，这些金属离子会对生物处理过程产生严重地抑制作用。1.2垃圾渗滤液的处理研究现状121物理化学处理法物化法处理垃圾渗滤液主要由活性炭吸附，化学絮凝沉淀，化学还原，离子交换，化学氧化，气提及湿式氧化，蒸干法等多种处理方法。物化法同生化法相比较，一般不受垃圾渗滤液水质的水量变动的影响，出水水质稳定，尤其对 BOD5/COD比值较低（0.07-0.20）难以生物降解的垃圾渗滤液有较好的处理效果4。化学氧化法（包括臭氧氧化和过氧化氢）被用于垃圾渗滤液的深度处理，其原因是在许多情况下可以直接将难降解的有机物氧化为简单的易降解的有机物，内部自由基反应可以加速氧化速度。在德国目前约有100座填埋场渗滤液处理厂，其中有15座以化学氧化法作为深度处理工艺。但在国外化学氧化法处理垃圾渗滤液也基本处于实验阶段，缺点是耗电量大，成本和管理费用高3。122生化处理法生物处理是垃圾渗滤液的主体处理方法。根据生物处理系统中微生物存在的状态，可分为悬浮系统，固着生长（膜法）系统和菌-藻联合处理系统。根据废水生物处理系统中起主要作用的微生物的呼吸类型，又可以分为好氧处理，厌氧处理法以及兼性处理（即厌氧-好氧联合处理）系统。（1）好氧处理法好氧处理方法包括活性污泥法、曝气氧化塘、生物膜法、生物转盘和滴滤池等处理技术。 活性污泥法能从污水中去除溶解的和胶体的可生物降解的有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其它一些有机物质，可有效的降低BOD5、COD和氨氮，还可去除一些金属物质，因其处理费用低，效率高而被广泛应用。活性污泥法式处理城市污水最广泛的使用方法。它既适用于大流量的污水处理,也适用于小流量的污水处理。采用活性污泥法可有效的降低垃圾渗滤液的BOD5，但对COD的去除还不能达到理想的处理效果。与活性污泥法相比，曝气氧化塘体积大，有机负荷低，尽管降解速度慢，但其工程简单，在土地允许条件下，是最省钱的垃圾渗滤液好氧处理方法。与活性污泥法相比，生物膜法具有抗水量、水质冲击负荷的优点，而且生物膜上能生长世代较长的微生物，如硝化菌之类等。但对于处理COD值上万的垃圾渗滤液此法还有待研究。虽然好氧处理法有众多优点，但也有以下不利影响：(1)耗氧处理在有毒金属存在时工作性能差；(2)一般渗滤液中的BOD5/P的值远远大于100，故须另外添加磷酸盐以实现有效的好氧处理；(3)如果氨氮浓度过高，则消化作用可能被抑制；(4)污泥产量过大。1 （2）厌氧处理法厌氧处理法包括固定膜生物反应器，厌氧塘，厌氧污泥床等处理方法。上流式厌氧污泥床在高速厌氧反应器中有较高的负荷能力，得到了较为广泛的应用。厌氧处理有很多优点，最主要的是能耗少，操作简单，因此，投资几运行费用低，而且产生的污泥量少，故所需的营养物质也少。但厌氧微生物对有毒物质较为敏感，处理效果不稳定，不适宜单独处理COD值上万的垃圾渗滤液。（3）厌氧-好氧生物处理结合尽管厌氧处理法有很多优点，但其出水BOD5和COD通常还很高，达不到排放的标准，因此，一般不单独采用厌氧法处理垃圾渗滤液，而采用厌氧好氧结合法处理垃圾渗滤液，既经济合理，处理效果又高，COD 和BOD5的去除率分别高达86.8%和97.2%。但高浓度的渗滤液即使采用厌氧-好氧结合处理工艺也难以带到排放标准，还需附加物化法深度处理。123土地法垃圾渗滤液的土地处理方法包括：慢速渗滤系统（SR）、快速渗滤系统（RI）、表面漫流（OF）、湿地系统（WL）、地下土地渗滤处理系统（UG）以及人工快滤处理系统（ARI）。土地处理主要是通过土壤颗粒的过滤，离子交换吸附和沉淀等作用去除垃圾渗滤液中的悬浮固体和溶解成分，通过土壤中的微生物作用使垃圾渗滤液中的有机物和氨氮发生转化，通过蒸发作用减少渗滤液中的蒸发量。17土壤中的微生物处理污染物的能力要比流体中相应的微生物强，因此土地法处理垃圾渗滤液也有很好的效果。目前，用于垃圾渗滤液处理的土地法主要是回灌法和人工湿地法。垃圾渗滤液的回灌法处理是利用填埋覆盖层的土壤的净化作用，垃圾填埋场的降解作用和最终覆盖后的垃圾填埋场地表植物的吸收作用等进行的。但回灌法也存在很多问题：(1)不能完全消除渗滤液，由于喷洒或回灌的渗滤液受填埋场特性的限制，因而仍有大部分渗滤液须外排处理；(2)通过喷洒循环后的渗滤液仍须处理后排放，尤其是由于渗滤液在垃圾层中的循环，导致其NH+-N不断积累，甚至最终使其浓度远高于非循环渗滤液的浓度2。1.3生物流化床研究现状发展高效、低能耗、占地面积小的生物处理新技术一直是废水生物处理研究的重要课题之一5，其中一个重要的途径就是提高生物反应器上微生物的浓度和活性。七十年代初问世的生物流化床技术，就是对这个途径采取的具体措施的发展，它把生物膜法推向了一个新的高度。生物流化床是用于传统工艺领域的一项技术，从七十年代初期开始，美国、日本等国的废水处理专家将这项技术应用于废水的深度处理，尔后又致力于二级处理。国内一些环保科研单位和高等院校从1977年开始对生物流化床技术进行研究，己经取得了较好的成绩了6-7。1971年罗伯特等人在对废水进行生物处理时，发现被活性碳所吸附的有机物大都能微生物所分解。这为发展具有生物膜法和活性污泥法两者优点的生物流化床技术提供了试验基础。从七十年代初期开始，美、日本都将生物流化床技术应用于废水的深度处理(硝化、脱氮)，随后美国又致力于研究应用于二级处理。1973年美国Jeris Johus等人成功开发了生物流化床技术并于同年申请了专利8美国Ecolotrol公司经过三年的工业性生产，已于1975年形成了应用于二、三处理的HY-FIO生物流化床工艺。在该工艺中应用纯氧为氧源，砂作为生物载体。美、日两国的生物流化床技术目前都处于初期发展阶段，已从试验室转向中试阶段9，推广应用于城市污水处理；己完成了城市污水碳质化、硝化、脱氮的中试及其评价；对部分工业废水处理作出了小试和中试及其评价。主要研究方向有纯氧生物流化床处理高浓度烃类废水、合成纤维废水;贫氧流化床脱氮、厌氧生物流化床处理含酚废水、大豆加工有机废水、牛奶加工有机废水处理等。国内一些环保科研单位和高等院校从1977年开始，对二相生物流化床工艺和三相生物流化床工艺进行了多方面的研究工作。在二十多年的时间里，己在处理城市污水、抗菌素废水，农药废水、化纤印染废水、造纸废水、天然气脱硫废水、石油化工废水等方面的试验中取得了良好的效果。目前，国内生物流化床工艺正处于中试和工业性试验阶段。在工业生产中也有少量应用。高效、低耗、连续处理大量废水是今后新型流化床反应器的发展方向17-18。1.3.1几种新型的流化床反应器1.3.1.1 好氧流化床膜反应器好氧流化床膜反应器把流化床反应器和膜分离技术结合起来19，采用固定化技术固定微生物，通过膜分离得到高质量的出水，提高底物在反应器中的浓度。它具有流化床生物介质分布均匀、传质传热速率快的特点，同时又能打破化学平衡的限制，提高底物浓度，将出水质量好和反应器效率高有效地结合起来，省去后处理装置，特别适用于高效率菌种且受底物浓度限制较大的情况。其缺点是操作费用高、质优价廉的膜材料难以获得。日本于1990年开始该项研究，但尚未见应用报道。1.3.1.2 A-b型三相流化床反应器我国东方冷却塔水处理技术中心开发了一种与Hy-F1。工艺迥异的工艺20克服了Hy-Flo对布气布水要求高、放大效应大的缺点，适宜大规模应用，并申请了4项专利。该工艺采用A-b型流化床，其特点是载体轻于水，用气体使载体流化，不需要专门的脱膜装置，对布水、布气无严格要求，装置结构简单，运转管理方便，污泥量少，占地面积小，基建投资省，但仍需进行后处理，且由于气液固并行向下，气泡浮升与液体流动作用方向相反，故平均体积传质系数未能达到最佳效果，但随着液速增大，液体推动力占主导作用，同时气一液在膜嘴口上的混合较充分，故大液速时平均体积传质系数较高，是一种有发展前途的反应器。1.3.1.3 组合式流化床反应器将不同型式的生物流化床组合或将生物流化床与其它生化处理反应器组合，形成复合式流化床反应器，可以取长补短，进一步提高净化效果。复合式生物流化床由于具有较好的循环特性，正日益受到重视，但因其属于全混型反应器，对一些较难降解的有机物去除效率低。为了解决这一问题，北京化工研究院10-11开发了一种全混型和置换型叠加的复合生物流化床反应器。它在一个床中实现了流化床和固定床的串连操作(即半流化操作)。研究结果表明，用于处理淀粉废水，停留时间小于4h，最大COD负荷为4.2kg/(d *m)最小气水比为37 ：1，比生物接触氧化法处理能力大，效率高。 1.3.2三相生物流化床的特点与传统的活性污泥法、生物膜法相比，三相循环生物流化床生物处理工艺具有显著的优势：(1) 生物流化床能提供巨大的比表面积。由于采用了小粒径固体作为载体并且载体实现了流态化，使单位体积床层提供的载体面积大为提高。表4-1为几种生物膜法处理工艺载体比表面积的比较12。表11几种生物膜法载体的比表面积比较处理工艺比表面积（m2/m3）普通生物滤池生物转盘塔式生物滤池生物接触氧化生物流化床4012012018080160130160030005000(2) 生物流化床具有较大的比表面积，因此具有高浓度的生物量。生物相十分丰富，因而生物膜生物的食物链比活性污泥的长而且复杂。与传统的活性污泥系统（3-5gMLSS/L）相比，生物流化床的生物量总固体浓度可达15-40 g/L7，该种高生物量可以减小水力停留时间。表12几种生物膜法的负荷生化处理法容积负荷kgBOD/(m3d)污泥负荷kgBOD/(kgVSSd)普通活性污泥法阶段曝气生物滤池生物流化床0.2640.7200.3600.2720.0960.363.613.20.2160.4560.1920.3600.121.92 4.32 (3) 生物流化床具有很高的容积负荷率和污泥负荷率值。由表1-1和 表1-2的数据可以看出，生物流化床的容积负荷是普通活性污泥法的13倍以上，阶段曝气池的10倍以上，生物滤池的38倍以上13因此，在相同进水浓度下，采用生物流化床处理污水，可以使装置的容积大大减小。(4) 耐冲击负荷能力强14。由于生物流化床的生物膜浓度高、传质性能优越、流态均匀，废水一进入反应器就立即被混合和稀释。这种混合稀释作用对突然增加负荷的影响能起到一定的缓冲作用。1.3.3流化床活性炭一生物膜法的运行机理 实验研究表明15好氧生物流化床具有在高进水负荷下出水稳定的特点，污染物的去除量和去除率均随进水浓度的提高而增加。随着进水浓度的增加，除引起生物浓度、生物膜厚在一定范围内增大外，同时引起生物的代谢速度加快，从而活性提高。流化床中心气泡提升与外壁处的载体回流是流化床内物质宏观迁移的主要形式。在流化床断面上客观存在内外两个流向相反的流区，中心为上升区，水、气及载体在此范围内上升;外部为下进区，生物载体及部分处理水在此范围下降，加之气泡的搅动，各相物质横向混掺，因此，在局部范围内又表现为完全混合的流态特征。由于这种局部完全混合的流态特征，加速了污染物、氧、及生物载体的轴向、径相混合与均匀，从而提高传质速度，获得高的处理速度与去除率。在活性炭挂膜处理系统运行操作情况下，人们假设活性炭通过去除有毒物质或抑制剂而保护生物有机体，吸附能使化合物在流化床的停留时间要比水力停留时间长16。因此，在充足的时间里，有机体能适应新环境，并在某些情况下能降解这些潜在的有毒物质。由于颗粒活性炭流化床具有吸附和解吸化合物的能力，一般认为生物活性炭体系比起未带吸附颗粒的系统来说，更适应进料浓度的变化16随着进料浓度达到顶峰，过量的物质被吸附，然后亦达到顶峰，基质将被解吸和进行生物降解。人们认为生物流化床因此有利于生物再生活性炭17。1.4论文的研究内容本课题的主要研究内容是厌氧预处理-好氧生物流化床反应器在垃圾填埋渗滤水处理中的应用。实验内容包括如下几个部分。1. 厌氧反应器和好氧反应器的生物挂膜研究。2. 影响反应器COD处理效果的因素分析与讨论，包括水力停留时间，曝气量，载体含率。3. 厌氧预处理-好氧生物流化床处理垃圾渗滤液的研究。第二章 实验装置及检测方法、仪器及药品2.1实验装置 本课题采用了一种新的水处理工艺三相外循环生物流化床处理生活污水。实验设备流程如图。 二维多相循环流化床主要包括提升管、沉降器和移动床三部分,沉降器和移动床合称为循环仓。提升管为高1570 mm的有机玻璃塔体,其截面为边长30 mm正方形，移动床高860 mm,宽120 mm,厚度为30 mm。颗粒外循环系统由沉降 器、移动床组成，用于实现颗粒与水的分离及颗粒循环。本实验采用间歇操作。 图2-1实验设备流程图1、提升管 2、气液分布器 3、气体入口 4、主水入口 5、二次水入口 6、二次水分布器 7、移动床 8、切换阀 9、计量筒 10、水槽 11、沉降器 12、出水槽 13、空气压缩机 14、气体流量计 15、主水流量计 16、二次水流量计 17、自吸泵 18、污水槽 19、水表 P1P2P3P4为测压点主要部件功能：1. 床体：有机玻璃板制成，厚度15mm；2. 测压点：床体侧部开孔，P1、P2、P3、P4分别为升流区、分离区、降流区的测压点。通过流化床不同位置的测压点来间接确定各区的平均气含率；3. 气液分布器：主水流和空气在此处混合并进行分布后进入床内，顶部9个1孔，侧面共3排，每排8个，侧部共有24个1孔，总计33个；4. 二次水分布器：二次水流在这里进行分布后进入床内，右侧部打孔共2排，每排4个，共8个1孔；5. 测量筒：在测量载体颗粒循环量时，固体颗粒在这里进行堆积，根据粒子高度和堆积时间来测定载体颗粒循环量；6. 切换阀：铜质球阀，通过控制它的开关来控制测量筒内粒子的高度；7. 压缩机：提供气源和反应器的生物载体流态化的动力；8. 自吸泵：向反应器提供污水；9. 气体流量计：测定气体流量；10. 液体流量计：测定水流量。2.2实验设备本实验所采用的设备情况以及操作条件见表2-1：表2-1主要实验设备仪器名称型号规格生产厂家光学显微镜200Nikon CLIPSEpH计PHS-2上海第二分析仪器厂烘箱CSIOI-2E重庆四达实验仪器公司搅拌器D-8401天津市华兴科学仪器厂空气压缩机ACO-002舟山市森森泵浦有限公司循环水式真空泵SHB-郑州长城科工贸有限公司烧杯200、400mL实验室仪器量筒50、100、500、1000mL实验室仪器流量计LZB-3WB烟台福山流量计厂可见分光光度计S22PC上海棱光技术有限公司2.3实验药品水质化验所用到得实验药品如表2-2表2-2 实验药品药品名称药品规格生产厂家Q试剂C.P天津市天和化学试剂厂F试剂C.P贵州省铜仁化学试剂厂蒸馏水A.R实验室2.4试验材料试验污水取自小汤山阿苏卫生活垃圾卫生填埋场，接种污泥采用填埋场专门的处理垃圾渗滤液的好氧和厌氧污泥进行培养和驯化。废水水质为pH 7.5一8.3 ；COD7810一9200 mg/L。活性炭采用工业级粉末活性炭。接种污泥取自小汤山阿苏卫垃圾填埋厂垃圾渗滤液生物处理池。垃圾渗滤液取自小汤山阿苏卫垃圾填埋厂。2.5载体的特性表2-3 载体的特性载体名称平均粒径（mm）堆积密度1（g/mL）真密度2（g/mL）水中密度3 （g/mL）沉降速度（cm/s）活性炭0.30.50.761.2900.6907.52.6水质的各种指标的测定方法21. CODCr使用重铬酸钾法测定；2. pH通过PHS-2型酸度计采用玻璃电极法测定；3. MLSS用过滤烘干重量法测定3。CODCr快速测定法原理：在强酸溶液中，加入一定量重铬酸钾作氧化剂，在专用催化剂作用下,重铬 酸钾被水样中的有机物还原成三价铬。在波长610nm进行比色，测定3价铬的含量，换算成消耗氧的质量浓度，即化学需氧量。 .步骤：（1） 打开测定仪，预热至所需的温度。（2） 确量取2.5ml水样（CODCr ：501000mg/l）加入COD反应管中,加入Q试剂0.70ml，然后缓慢F试剂4.80ml(应先慢后快，一般在10秒钟左右完成，加入过快会使溶液不匀，形成上层色深，下层色浅，若出此现象应重做，一般靠加液器注入液自身重量自由落下，使溶液混匀，若不匀可稍摇动)，加完后溶液上下应当颜色均匀，然后插入加热炉，按下“10分”键。（3） 当讯响器呼叫时，取出反应管，放置空气冷却器试管孔内，按下“2分”按钮。（4） 当讯响器再呼叫时，向反应管小心加入2.5m蒸馏水，再放入冷水孔内，按下“2分”按钮。（5） 当讯响器再呼叫时，取出反应管，将反应液倒入30mm比色器中。以蒸馏水代替水样，按以上相同步骤处理溶液为空白。光度计波长调在610nm处。注： Q试剂: 将一瓶固体试剂Q溶于360ML6%的硫酸溶液(即340ML蒸馏水,加入20ML硫酸)如难溶,可微热,备用。 F试剂:将一瓶固体试剂F溶于2500ML硫酸(AR 比重为1.84),过夜或微热即可溶解,使用时摇匀。第三章 生物流化床载体挂膜实验3.1实验方法使用两个自制反应器，一个作为好氧活性污泥生长环境并且加入活性炭进行挂膜，以便在第二阶段能够转移进入流化床进行垃圾渗滤液生物膜处理；另一个作为厌氧活性污泥生长环境，对污泥进行培养和驯化，厌氧处理垃圾渗滤液。3.3载体和污水水质表31实验污水水质垃圾渗滤液（指标）CODcr （mg/L）SS（mg/L）BOD5（mg/L）pH7810-92101502701733516.98.53.4生物膜的培养与驯化在生物膜的挂膜和驯化过程中，采用“快速排泥法”4挂膜。挂膜实验方法如下：向反应器内投加5%的活性炭作为生物膜附着的载体，按3 gMLSS/L的浓度投加接种污泥，进行挂膜实验，控制进气量分别为0.09 m3/h使反应器内的固相呈流化状态。实验最初两天用葡萄糖为碳源、NH4Cl为氮源，KH2PO4、K2HPO4为磷源按照COD:N:P=100:5:1的比例配制COD约为150mg/L的营养液，对反应器内接种微生物进行闷曝,温度为室温。第三天开始采用稀释4到8倍的垃圾渗滤液,每三天增加10%的比例加入垃圾渗滤液，并相应减少蒸馏水的用量, COD测定为每天一次。3.5生物膜的形成过程中的控制条件在生物膜的形成过程中，控制条件如表3-2。可以看出，在不同挂膜期，控制条件要随着变化。表32挂膜期间控制条件时间段dHRTh有机负荷kgCOD/(kgMLSSd)气体流量m3/h水温113132424120.3340.4360.090.0925302529表33 测试项目及方法项目测定方法频率项目测定方法频率CODcr温度重铬酸钾法100温度计1次/天2次/天pH值玻璃电极法2次/天 3.6载体挂膜驯化期间污水的处理效果3.6.1好氧反应器处理效果曝气量为0.25 m3/h 图3-1 好氧反应器进出水COD图3-2 好氧反应器COD去除率3.6.2厌氧反应器处理效果图3-3厌氧反应器进出水COD图3-4厌氧反应器COD去除率图32和图34分别活性炭挂膜驯化期间好氧反应器和厌氧反应器CODcr去除率的跟踪实验，图32表明，在前13 天为挂膜时间，其中前两天是自配废水，其余为稀释后的垃圾渗滤液，进水COD为1000-2000mg/L的范围内，COD去除率最高约为 80 %，在第14天COD去除率突然降低到50%以下，随后几天COD去除率逐渐升高。这是因为突然改为稀释倍数较低的垃圾渗滤液，污水中的一些物质对生物膜中的微生物产生了抑制，导致有机物的降解能力下降，随着驯化时间的推移，生物膜中的微生物逐渐适应了污水中的有毒物质，有机物的降解能力增强，所以COD去除率逐渐升高，到了25天后，COD去除率基本上稳定在60%左右，说明挂膜驯化过程完成。3.7小结生物膜的整个生长过程大致可分生物膜的生长初期、生长期和成熟期三个阶段。(1) 在实验过程中，厌氧反应器处理效果没有好氧反应器好，厌氧反应器COD去除率低于好氧。(2) 在经过二十来天的驯化和挂膜后，好氧反应器中的活性炭已经挂膜成功，处理垃圾渗滤液的COD也渐渐稳定。第四章 实验结果与影响因素分析在实验中，经稀释后的垃圾渗滤液先通过厌氧预处理，出水再通过生物流化床。主要考虑水力停留时间，曝气量和固含率三个因素对于去除COD的影响。4.1 厌氧预处理厌氧反应器中保持温度在310C左右，使用搅拌器充分混合反应，当水力停留时间达到12小时的时候，COD平均去除率为18.2。表4-1 厌氧反应器去除COD处理效果（HRT=12）进水COD（mg/L）出水COD（mg/L）去除率%1635.21747.21908.71532.51820.01773.71882.61349.01600.91542.21256.71508.81502.31445.817.516.819.218.017.115.323.2 4.2水力停留时间的影响实验表明HRT控制在6 h就可以达到较好的效果，继续增大HRT，CODcr去除率 变化不大。在室温下间歇操作，载体添加量8%，曝气量0.10m3/h， pH 78.5。CODcr的去除跟踪实验，如图41。当HRT为2 h时，由541.8mg/L降至511.7mg/L， 去除率达5.6 %；当HRT为3 h时，CODcr降至511.7 mg/L，去除率达到11.1 %；当HRT为6 h时，CODcr降至210.7 mg/L，去除率达到61.1%继续增大HRT，CODcr去除率变化不大。当水力停留时间为12h时，去除率是64%。说明此时，污水中可生化降解物质绝大部分已被降解，剩下部分为不可降解或难降解物质。图4-1好氧生物流化床COD去除率随时间变化情况4.3曝气量的影响 曝气量直接影响污水处理效果，由于外循环流化床具有好氧区（提升管、沉降器）和缺氧区（移动床）。实验在室温下进行，其中载体投加量为8 %，HRT为6 h，pH值为78.5。实验发现，当控制气量较低时，则供氧不足，并且不能保证载体的正常流化，无法充分发挥流化床高效的特点，实验1采用0.10m3/h的曝气量，COD去除率为61.1；实验2采用0.05m3/h的 曝气量时，COD去除率仅为40.1。图45不同曝气量对COD去除率的影响载体添加量为8%，曝气量分别是0.10m3/h和0.05m3/h。从实验结果显示，水力停留时间达到6小时，选择曝气量为0.10 m3/h 时，COD去除率更高。 4.4投加生物膜量（载体含率）的影响保持曝气量0.05 m3/h不变，实验采取了8%和5%两种投加量（固含率）。实验结果表明，HRT=6小时，固含率为8%，供气量0.05m3/h， COD的去除率是40.1。而固含率5，曝气量为0.05m3/h， COD的去除率是40.6。COD的去除率相差并不是很大，可见在一定的范围内，固含率对于垃圾渗滤液COD的处理影响不大。图46不同固含率COD去除率的影响曝气量0.05m3/h,载体含率分别是5和8，水力停留时间在6小时之内，两者对于COD去除率几乎相同。(1) HRT=12小时，通气量0.05 m3/h，载体含率为5时表4-3 好氧反应器去除COD处理效果（HRT=12）进水COD（mg/L）出水COD（mg/L）去除率1716.31920.21789.71648.5平均去除率751.7819.9826.8750.156.257.353.854.556.3(2) HRT=12小时，通气量0.05 m3/h，载体含率为8时表4-2 好氧反应器去除COD处理效果（HRT=12）进水COD（mg/L）出水COD（mg/L）去除率1410.51740.81580.41850.71680.31760.21820.61815.2564.0552.4640.2433.2560.1565.0690.2718.261.368.359.576.666.767.962.160.4平均去除率64.0因此，实验可以采用58的固含率，从去除COD的效果上，如果水力停留时间在6小时以内，采用58的固含率，差别不是很大。而如果水力停留时间达到12小时，采用8固含率COD去除率可达64，5固含率COD去除率为56.3，可见采用采用8固含率更好。4.5小结（1）从氧的利用率和处理效果方面来考虑，选择通气量为0.10 m3/h 时，COD去除率高于通气量为0.05m3/h。 （2）在水力停留时间6 h时, CODcr的去除率达到了60%， 6小时后，处理效果变化不大，所以控制水力停留时间在6h附近为宜。（3）实验采用8%载体含率处理COD的效果要好于5%。水力停留时间为12小时，曝气量为0.05 m3/h ，8固含率时COD平均去除率是64，5固含率时COD平均去除率是56.3。第五章 实验结果分析与展望5.1主要结论1. 厌氧预处理采用稀释后的垃圾渗滤液，反应器中保持温度在310C左右，使用搅拌器充分混合反应，当水力停留时间达到12小时的时候，COD平均去除率为18.2。2. 曝气量为0.10 m3/h时，固含率为8，在水力停留时间6 h时, CODcr的去除率达到了60%， 6小时后，处理效果变化不大，控制水力停留时间在6h附近为宜。3. 从处理效果方面来考虑，固含率为8保持不变时，选择曝气量为0.10 m3/h 时，水力停留时间为6小时，COD去除率61.1高于曝气量为0.05m3/h时候的去除率40.1。4. 实验采用8%载体含率处理COD的效果要好于5%。水力停留时间为12小时，曝气量为0.05 m3/h ，8固含率时COD平均去除率是64，5固含率时COD平均去除率是56.3。5. 影响反应器对渗滤水处理效果的主要因素有：水力停留时间，曝气量，固含率等。其中水力停留时间为6小时，固含率为8%，曝气量为0.10m3/h时，对垃圾渗滤液中COD去除率可达60左右。厌氧好氧流化床对垃圾填埋场渗滤水中的COD，有较高和稳定的去除效果。当反应器趋于稳定运行时，COD的平均去除率在60%以上，去除率受系统冲击及其它因素影响较小，反应器出水COD的浓度达到同类废水国家二级排放标准(COD小于300mg/l )。总之，将厌氧预处理好氧流化床用于垃圾填埋场渗滤水生物处理的实验是基本成功的，该工艺是可行的，值得今后进一步的研究与开发并尽可能地推广应用于实践中去。5.2问题及展望1、生物流化床内部流态化现象十分复杂，由于流体分布均匀性的差别使大小不同的生物流化床内部流化特性存在较大差异，小规模的实验装置和大规模的工业装置在流动体系上呈现较大的差别，因此，生物流化床反应器的放大与设计始终没有形成一套较为成熟的理论，积累设计和运转经验显得至关重要。因此，这方面的理论研究有待于加强。2、生物流化床的剩余污泥的排除较困难，需设置脱膜器。此外，其操作管理及运行过程相对比较复杂，自动控制和自动脱膜系统的设计显得非常重要。3、流化床的性能优越已受到环保工程界的热切关注，但由于我国这方面的研究工作起步较晚，经费和人力的投入有限，尚难形成产业化技术。今后，在这个领域必须加强研究反应器的性能、生物反应特性和混合反应特性等，然而更重要的是将这些特性加以有机结合，探索放大设计的规律。致谢 我衷心感谢冯旭东老师对我的精心指导和热情鼓励。他的谆谆教诲和鼓励，指引我前进的方向，时时刻刻激励着我不断进取。导师的渊博的学识，敏锐的洞察力给我留下了深刻的印象，永远是我学习的榜样。同时感谢导师对我实验的建议与参与以及生活上的关心与支持。我诚挚地感谢一起工作过同学们，尤其是刘传，武祝春，周婷，李婷，李娜等同学和高玉兰师姐在实验设计、准备和进行的过程中给予了大量帮助，使得论文顺利完成，在此表示衷心的感谢。 最后，我再一次对所有曾经关心和帮助过我的老师、同学和朋友表示诚挚的谢意。参考文献1谢嘉等.水污染控制原理M.成都:成都科技大学出版社，1994:190-204.2 国家环保局.水和废水监测分析方法 M. 北京: 中国环境科学出版社,1989:252357.3 沈耀良，黄勇，赵丹等.固定化微生物污水处理技术M. 北京: 化学工业出版社, 2002:6467.4 刘雨，赵庆良，郑兴灿等. 生物膜法污水处理技术 M. 北京: 中国建筑工业出版社,2000:6266.5 张蕴壁 . 流态化选论 M . 西安: 西北大学出版社, 1989.6Chun T. liet al., Treatment of Slaughterhouse Wastewater Using Fluidized Bed Biofilm Reactor:Wat. Sci. Tech.，1987, 19(10): 1一10.7 S. N. Kaul et al., Fluidized Bed Reactor for Wastewater Treatment .CF 1990.8 Helmer C . Simultaneous Nitrification/Denitrification in an aerobic biofilm systemJ . Wat Sci Tech, 1998, 27(4) : 183-187 .9 张自杰，周帆. 活性污泥生物学与反应动力学 M. 北京: 中国环境科学出版社, 1989 .10奕金义等.复合流化床处理淀粉废水A/第五界全国流态化会议文集C，清华园，1990年4月: 384-387.11.栗金义等，复合生物流化床流动特性研究A/第五界全国流态化会议文C.1990.12 邓洪权 . 多孔高分子载体内循环三相生物流化床处理有机废水的研究 D .成都: 四川大学, 2000.13 顾夏声. 废水生物处理数学模式. 北京: 清华大学出版社, 1993: 4691 .14 张忠祥，钱易. 废水处理新技术 M. 北京: 清华大学出版社, 2004:281-295.15王世和，曾苏.生物流化床水处理基本特性研究M.中国环境科学，1991:11(4).16Jing Shi, Xianda Zhao, Robert F. Hickey, Thomas C. vioce:“Role of adsorption in granular activated carbon- fluidized bed reactor. Water Enviroment Research,1995，67(3):302一309.17 Daniel E. Edwards, William J. Adams, Michael A. Heitkamp. Laboratory-scale evaluation of aerobic fluidized bed reactors for the biotreament of a synthetic,high-strength chemical industry waste stream. Water Enviornment Research,1994, 66(l):70一82.18贺延龄.废水的厌氧生物处理.北京:中国轻工业出版社，1998.19 保坂幸尚. 流动层生物学的水处理(3) J. 化学装置, 1986, 28(4): 102.20 Rittmann B E , McCarty P L . Evaluation of steady-state-biofilm kinetics J . Biotechnol Bioeng , 1980 , XX: 2343-2357.21于鑫，李旭东，杨俊士.微污染原水的生物流化床预处理技术试验研究.环境工程.1999: 13-16.附录A 实验数据好氧反应器处理效果曝气量0.25M3/h好氧反应器进出水COD进水COD（mg/L）出水COD（mg/L）去除率%1952.71822.6799.21371.51305.21614.61668.915051795.31614.52218.62573.52846.22317.725102916.42418.327182988.42274.52108406.4713.4320695.3543.3534.3650.9698.3682.2552.21304.51345.91437.310431445.81259.910351291.11225.21064.5931.779.1877960.8581159.9599649.3036858.374266.9082160.9982653.6013362.0007865.7974641.2016647.7015749.5010954.9984942.3984156.7994857.2013452.4981659.0014753.1985155.80171厌氧反应器进出水进水COD（mg/L