（环境工程专业论文）uasb和uafsb反应器处理畜禽养殖废水的应用及对比研究.pdf

捅要 随着我国规模化、集约化畜禽养殖业的蓬勃发展，畜禽养殖废水已经成为或正在成 为与工业废水和生活污水相当甚至更大的污染源。其属于高有机物浓度、高n 、p 含量 和高有害微生物数量的“三高”废水，直接排入水体或存放地点不当，受雨水冲洗进入水 体，将可能造成地表水或地下水水质的严重恶化。国内外学者对此做了大量工作，研发 了多种方法，其中厌氧处理成为畜禽养殖场粪污处理中不可缺少的关键技术，u a s b ( 即 上流式厌氧污泥床反应器) 是应用最广的处理技术，但其脱氮除磷的效果却不尽人意。 本文在u a s b 反应器的基础上进行改进，得到u a f s b 反应器( 即上流式厌氧兼氧污泥床 反应器) ，并通过对u a f s b 反应器启动及在不同条件下处理畜禽废水的试验研究及其 与u a s b 反应器启动情况和处理效果的对比，探讨u a f s b 反应器在处理畜禽废水中的去 除有机物、脱氮除磷的效果。研究结果表明： ( 1 ) 用畜禽废水直接启动u a s b 和u a f s b 反应器是切实可行的，絮状污泥接种后 经过5 4 天的驯化，进料c o d 浓度8 0 0 m g l 提高至u 5 0 0 0 m g l ，去除率基本稳定在9 0 以 上；且在污泥中掺入颗粒活性炭，反应器的启动时间有所缩短和抗冲击能力有所加强。 ( 2 ) p h 值和温度对u a s b 反应器的处理效果有明显影响，最适p h 值在7 5 左右， 当p h 值控制在7 5 时，其对c o d 、t p 的去除效果都较好；最适温度在3 2 - 3 8 时，当 温度控制在此范围时，其对c o d 、t p 的去除效果也较好；水力停留时间不是越长去除 效果越好，考虑到各方面的因素以及成本问题，水力停留时间控制在4 4 h 4 8 h 时，u a s b 反应器系统出水水质较理想。 ( 3 ) p h 值对u a f s b 的处理效果有明显影响，最适p h 值在7 5 - 8 5 之间，当p h 值控制在此范围时，c o d 、t p 的去除效果都较好，c o d 去除率可以达到8 0 以上，t p 去除率维持在8 3 左右。同时，总氮也有一定的去除，较高的去除率出现在p h = 8 0 时。 ( 4 ) 温度对u a f s b 的去除效果有一定的影响，虽在控制温度范围内c o d 、t n 、 t p 的去除率都比较稳定，但反应器处在中温环境( 3 4 - - 3 8 c ) 时，对有机物、氮、磷的 去除效果会更好。虽随温度的增加去除效果出现轻微的波动，但c o d 的去除基本稳定 在9 0 左右，曰的去除率可达到8 0 以上，t n 的去除率可增加到3 0 。兼顾考虑反 应器对碳、氮、磷的去除效果，温度应控制在3 8 c 左右，而且中温消化具有处理效果 好和节能的双重优点。 ( 5 ) 在u a f s b 中，溶解氧对其处理效果有明显的影响，随着d o 的增加c o d 、 t p 的去除率都出现了不同程度的下降，说明在低溶解氧的环境下，u a f s b 可更好地运 行。当d o 控制在0 2 0 4 m g l 时，可得较好的c o d 和t p 的去除效果，去除率分别 达到9 3 和9 0 左右；而针对t n ，当d o 控制在0 6 m g l 左右，得到的脱氮效果相对 较好。 ( 6 ) u a f s b 运用于畜禽废水处理中，将p h 值控制7 5 - 8 0 范围，温度控制在 3 4 - - - 3 8 范围，溶解氧控制在0 2 o 4 m g l 范围内，调试反应器可得到较好的运行状态。 相对于u a s b 反应器，u a f s b 反应器在脱氮除磷效果上取得较大进展，其对氮的去除 率高出1 0 个百分点；在除磷，u a f s b 能达到8 0 甚至更高的去除率。 关键词：u a f s b ；p h 值：温度；溶解氧：畜禽养殖废水 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h eg r e a td e v e l o p m e n to fs c a l e da n di n t e n s i s ml i v e s t o c kb r e e d i n g ，t h el i v e s t o c k w a s t ew a t e rh a sb e c o m eat h i r dp o l l u t i o nr e s o u r c ea f t e rt h et h ei n d u s t r i a lw a s t ea n dl i f e w a s t e ，e v e nt h em o s ts e r i o u so n e t h ec o n t e n to fo r g a n i c s ，n ，pa n da n i m a l c u l ei sv e r yh i g h i f w ep o u rt h e md i r e c t l yi n t ot h ew a t e ro rs t o r et h e mi m p r o p e r l y , w h e nt h e ya l ew a s h e di n t o w a t e r , t h e yw i l l c a u s es e r i o u sp o l l u t i o no fs u r f a c ew a t e ro rg r o u n dw a t e rq u a l i t y a c a d e m i c i a n sb o t ha th o m ea n da b o a r dh a v ed o n ea1 0 to fr e s e a r c ha n df i n do u ta n a e r o b i c t r e a t m e n tp r o c e s si st h ek e yt e c h n o l o g yi ng e tr i do fw a s t eo nt h el i v e s t o c kf a r m u a s b ( u p f l o w a n a e r o b i cs l u d g eb l a n k e tr e a c t o r ) t h em o s tw i d e u s e dt e c h n o l o g y , b u tt h e n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a li sn o tp e r f e c t i nt h i sa r t i c l e ，w ew i l ld i s c u s se f f e c to ft h e d e g r a d a t i o no fc o da n dt h er e m o v a lo ft h ep h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nb yc o m p a r i n gt h e s t a r t u pa n d t h er e s u l tr e s p e c t i v ei nu a s ba n du a f s bi nd i f f e r e n tc o n d i t i o n s t h er e s u l t sa r es u m m a r i z e di nt h ef o l l o w i n g ： ( 1 ) i t sf e a s i b l et os t a r t u pu a s ba n du a f s bu s i n gl i v e s t o c kw a s t e w a t e r a f t e r5 4d a y s a c c l i m a t i o no ft h ei n o c u l a t e dw i t ha c t i v a t e ds l u d g e ，t h ec o n s i s t e n c yo fc o dc a ni n c r e a s e f r o m8 0 0 m g lt o5 0 0 0 m g la n dt h er e m o v a lr a t ec a na l m o s tk e e pm o r et h a n9 0 b o t ho f t h e mr e a c ht h ep r e d i c t e da i m s d o p i n gg r a n u l a ra c t i v a t e dc a r b o ni n t ot h es l u d g ec a l ls h o r t e n t h et i m eo ft h er e a c t o r ss t a r t u pa n di n c r e a s et h es h o c kr e s i s t a n t ( 2 ) t h ep ha n dt e m p e r a t u r eh a sa no b v i o u si n f l u e n c eo nt h er e m o v a li nu a s b t h eb e s tp h i s7 5 ，a m o n gw h i c ht h ee f f e c to fr e m o v a lo fc o da n dt pi sb e t t e r ；t h eb e s tt e m p e r a t u r ei s f r o m3 2 ct o3 8 c ，a m o n gw h i c ht h ee f f e c to fr e m o v a lo fc o da n dt pi sb e t t e r ；t h eh r ti s n o tt h el o n g e r , t h eb e t t e r t h eb e t t e rh r tw a si nr a n g eo ft h e4 4h o u rt o4 8h o u r ，t h eq u a l i t yo fe f f l u e n t i ss a t i s f i a b l eb yt h eu a s b ( 3 ) t h ep hh a sa no b v i o u si n f l u e n c eo nt h er e m o v a li nu a s f b t h eb e s tp hi sb e t w e e n7 5 a n d8 5 ，a m o n gw h i c ht h ee f f e c to fr e m o v a lo fc o da n dt pi sb e t t e r t h er a t i oo fr e m o v a lo f c o dc a nb em o r et h a n8 0 ，e v e nt o9 5 ，a n dt pt 08 3 a tt h es a m et i m e ，也et o t a t n i t r o g e nc a nb eg o tr i do ft ot h ed e g r e e ( 4 ) t e m p e r a t u r em a yi n f l u e n c er e m o v a le f f e c t a l t h o u g ht h er a t i oo fr e m o v a lo fc o d ，t n a n dt di ss t a b l e ，i ft h er e a c t o ri si nt h et e m p e r a t u r ew a sf r o m3 4 ct o3 8 c ，t h ed e g r a d a t i o n o fc o d ( c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ) a n dt h er e m o v a lo ft h ep h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nw i l lb e b e t t e r a l o n g 晰也t h ei n c r e a s eo ft e m p e r a t u r e ，t h e r ew i l lb el i t t l ef l o a t ，a n dt h er a t i oo fc o d r e m o v a lw i l lb ea b o u t9 0 ，t pa b o u t8 0 a n dt na b o u t3 0 i fc o n s i d e r i n gt h er e m o v a lo f c , na n dp ，t h et e m p e r a t u r es h o u l db ea b o u t3 8 ，e s p e c i a l l yw h i c hh a sa d v a n c ei ns a v i n g e n e r g ya n d e f f e c t ( 5 ) d i s s o l v e do x y g e nh a sa no b v i o u si n f l u e n c eo nt h er e m o v a li nu a s f b t h eh i g h e rd o ， t h el o w e rt h er e m o v a lo fc o da n dt p s ow h e nt h ed ow a si nr a n g eo ft h e0 2m g 几t o 0 4 m g l ，u a f s bc a r lw o r kb e t t e ra n d t h er e m o v a lr a t i oo fc o da n dt pc a nb e9 3 a n d9 0 a sf o rt n ，t h er e m o v a lo ft h en i t r o g e nw i l lb eb e t t e rw h e nd oi sa b o u t0 6 m g l 。 ( 6 ) w h e nw eu s eu a s f bt od e a lw i t ht h el i v e s t o c kw a s t e ，d e b u gt o o lc a nw o r kw e l li ft h e p hi sb e t w e e n7 5 t o8 0a n dt h et e m p e r a t u r eb e t w e e n3 4t o3 8 ，t o g e t h e r 、i t l ld i s s o l v e d o x y g e nb e t w e e n0 2t o0 4 u a f s bh a sm a d eg r e a tp r o g r e s si nt h ed e g r a d a t i o no fn a n d p ， c o m p a r e dw i n lu a s b t h er e m o v e lo ft h ep h o s p h o r u sc a nr e a c h8 0 o rm o r e k e yw o r d s ：u a f s b ，p h ，t e m p e r a t u r e ，d o ，l i v e s t o c ka n df o w lw a s t e w a t e r 论文独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行研究工作所取得 的成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其 他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四川农业大学或其它 教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均邑在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：谲t 勇，雨 三一穆年月日 关于论文使用授权的声明 本人完全了解i 四) 1 1 农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关 部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意i t ) 1 1 农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文 的全部或部分内容。 研究生签名：谫t 勇，嗣 导师签名：飞舅弋矿 彤年歹月汐日 2 历年多月沙日 1 前言 1 1 研究背景 水在自然资源中是应用最普遍、分布最广泛、对人类最重要的自然资源，是生命的 源泉。随着人类社会的发展，人类认识到，水并非取之不尽用之不竭。我国地表水径流 量约为2 6 万亿m 3 ，居世界第6 位。人均约为20 0 0m 3 ，是世界人均量的l 4 ，被联合国 列为1 3 个缺水国之一。全国6 0 0 多个城市中有4 0 0 多个缺水，约占城市总数的6 0 ，曰缺 水16 0 0 万t 以上，其中严重缺水的有1 0 8 个。 目前，我国面临一方面严重缺水，另一方面又有大量工业、生活以及农业污水排出， 严重污染周围水体环境。畜禽养殖业是我国农业的一大主导产业，而畜禽养殖污染则成 为我国农村面源污染的主要原因之一f l 】，特别是规模化养殖的发展。规模化畜禽养殖可 缩短畜禽的生长周期，提高畜禽的产量，同时还能降低养殖成本、保障城乡居民的生活 需要；但是，规模化养殖产生大量的畜禽粪尿等有机污染物质，使污染集中，难于处理， 对环境造成严重危害。大量的畜禽排泄物和各种废弃物的产生，造成畜禽业发展与环境 污染的矛盾日益凸现，畜禽养殖污染已成为当前继工业污染、生活垃圾污染后的第三大 污染源。它已经成为或正在成为与工业废水和生活污水相当甚至更大的污染源，有些地 方畜禽养殖业污染负荷量己超过了工业废水与生活污水的污染负荷的总和【2 1 。在西南地 区，畜禽养殖集规模化和农民非专业分散养殖为主，其畜禽粪便产量约为2 5 亿吨年， 相当于工业固体废物产生量的5 5 倍，其排出的废水是工业废水排放量的1 3 p 。 我国畜禽养殖污染对环境带来的危害主要有以下四个方面： 一是大气污染。畜禽排泄物的有毒有害气体、粉尘、病原微生物等融入大气后，随 大气扩散，这些物质的排出量超过大气环境的承受力( 自净能力) 时，将对人和动物造成 危害。据测，一个年出栏1 万头的猪场，每小时可向大气排出近1 4 8 千克氨气( n h 3 ) ，1 3 5 千克硫化氢( h 2 s ) ，2 ，4 千克粉尘和1 4 亿个菌体，这些物质的污染半径可达5 公里【3 1 。 二是水体污染。畜禽养殖场、屠宰场和加工企业未能对粪便、污水、废水进行无害 化处理或处理不当，粪便、污水直排江河、湖泊，使水中固体悬浮物( s s ) 、化学耗氧量 ( c o d c 0 、生化需氧量( b o d s ) 升高，有机物被水中的微生物降解，使水变黑、变臭，水 体“富营养化”。 三是微生物污染。畜禽粪尿和污水中含有的病原微生物，进入水体后，以水为媒 介，造成某些疫病的传播与扩散，猪瘟、圆环病毒病、鸡新城疫等疫病此起彼伏，禽流 感、口蹄疫、狂犬病等人畜共患病防不胜防，严重威胁着人类的健康。特别是一部分养 殖户环保意识不强，乱丢乱抛病死畜禽现象较为普遍。 四是重金属等有害物污染。主要是饲料中乱用滥用抗生素、违禁药物、重金属、促 生长剂等，部分残留物质随粪便一起排入土壤、河水中，造成周围环境的污染。 因此，在畜禽污染治理方面，探寻一种设施投资少、运行费用低且管理简单的处理 方法，已成为解决养殖业污染的关键所在。废水厌氧生物处理技术以其投资省、能耗低、 可回收沼气能源、负荷高、产泥少、耐冲击负荷等诸多优点而成为近年来水处理领域的 研究热点之一【4 j 】。其中上流式厌氧污泥床反应器( u a s b ) 是我国在厌氧生物处理方面应 用最多的处理技术【6 】。 u a s b 处理技术可作为把环境保护、能源回收与生态良性循环结合起来的综合系统 的核心技术，具有较好的环境与经济效益；它在废水处理成本上比好氧处理要便宜得多， 特别是对中等以上浓度( c o d c r 1 5 0 0 m g l ) 的废水更是如此。厌氧法产生的剩余污泥量 比好氧法少得多，且剩余污泥脱水性能好，浓缩时可不使用脱水剂，因此对剩余污泥的 处理要容易得多，并且费用少。另外，它对营养的需求量小，可处理高浓度的有机废水。 其菌种可以在终止供给废水与营养的情况下，保留其生物活性，整个厌氧系统规模灵活， 可大、可小，设备简单，易于操作，无需昂贵的设备，是一种比较适宜于畜禽废水处理 且适宜于在畜禽养殖场( 户) 中推广的技术。 1 2 畜禽废水处理技术的研究进展 畜禽业是我国农业和农村经济的重要组成部分，也是造成我国农村面源污染的主要 原因之一，畜禽养殖业的迅猛发展所带来的环境污染问题日益严重，不仅影响经济发展， 而且还危及生态安全，已成为人们普遍关注的社会问题。畜禽养殖场产生的粪便和污水 造成地表水、地下水、土壤和空气的严重污染，直接影响人们的身体健康和正常生产生 活。针对这种污染现状，近年来出现了许多废水处理方法，如利用自然生物降解技术( 如 土壤处理、氧化塘处理、人工湿地处理等) 、厌氧处理技术( 如厌氧滤池、上流式厌氧污 泥床、升流式固体反应器等) 、好氧处理技术( 如生物滤池、生物转盘、序批式活性污泥 法、a o 工艺及氧化沟) 等。 黎强等研究了近中温厌氧发酵工艺在畜禽养殖场废水治理中的应用，结果表明，利 用发酵过程中产生的沼气加热废水进行近中温发酵其效果优于常温处理工艺【刀。林伟 华、蔡昌达等研究了c s t r s b r _ q l 艺在畜禽废水处理中的应用，研究结果表明，脱氮效 2 果达至j j 9 9 以上【8 】。邵芳等利用矿化垃圾生物反应床处理畜禽废水，利用矿化垃圾较大 的吸附比表面积和较强的阳离子交换容量( 6 7 9 m e q l o o g ) ，以及无二次污染等优点，在 实验室进行了矿化垃圾反应床处理畜禽污水试验。结果表明，系统出水有较大改善，出 水溶解氧有较大提高，p h 值呈中性。该处理系统对畜禽污水中色度，s s ，c o d c ，b o d 5 ， n h 3 n 和总磷的平均去除率分别为6 4 7 ，5 4 2 9 ，7 5 3 3 ，8 8 7 1 ，9 4 5 5 和9 9 8 3 ，出水c o d c r ，b o d 5 ，n h 3 - n 和总磷的平均浓度分别为1 8 5 6 1 m g l ，1 4 9 4 m g l ， 2 6 。7 9 m g l 承1 0 。0 7 9 r a g l , 但总氮的平均去除率仅为2 1 2 9 【9 1 。范建伟、张杰( 2 0 0 2 ) 研究 了活性污泥膜分离技术在畜禽废水处理中的应用，实验结果显示，采用膜生物反应器来 处理畜禽废水，当工艺设计合理时，出水可达到国家一级排放标准【l o 】。孙仲平等( 2 0 0 1 ) 研究利用卡波菲尔反应器( 根据亨利定律及水力混合的原理设计的新型曝气装置) 处理 畜禽废水也取得了较好的效果【l l 】。邓仕槐等( 2 0 0 6 ) 研究了采用a b r - c a s s 的联合处理 工艺处理畜禽养殖废水，实验结果显示，经该工艺处理后的废水能达到国家污水综合排 放一级标准【1 2 1 。 虽然出现了众多畜禽废水的处理方法，但大部分的处理方法，由于畜禽场的操作条 件和人员素质以及运行费用而限制了该方法的应用。 1 3u a s b 反应器的研究现状 1 3 1u a s b 反应器在国外和国内的应用现状 u a s b 是上流式厌氧污泥床反应器r ( 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 ) 的简称，是由 荷兰w a g e n i n g e n 农业大学的教授l e t t i n g a 等人于1 9 7 2 - 1 9 7 8 年间开发研制的一项污水厌 氧生物处理新技术，这种工艺自8 0 年代初期在高浓度有机废水的处理中得到了日趋广泛 的应用。它改变了原来厌氧反应器的落后技术。新的厌氧反应器在进水方式、布水系统、 搅拌混合、三相分离器的设计上都有独到之处，是高、中、低浓度污水处理工程的理想 设备。 ( - - ) u a s b 反应器在国外的应用现状 目前，在欧洲的u a s b 工艺己能普遍形成颗粒污泥，使厌氧工艺的处理时间由原 来的几十天缩短为一天到几天。有机负荷从几公斤提高到十几至几十公斤，反应效率提 高了几十乃至上百倍【1 2 1 。现在，u a s b 技术已向美国和世界其它地区辐射，其中也有一 些通过不同渠道进入我国【1 3 , 1 4 。 1 9 3 7 一1 9 7 7 年，在w a g e n i n g e n 农业大学和d e l f t 大学的帮助下，荷兰c s m 甜菜糖 业公司先后进行了容积为6 m 3 、3 0 m 3 和2 0 0 m 3 的半生产性和生产性装置的试验。在中 3 温( 3 5 c 左右) 条件下，6 m 3 半生产性装置的c o d 容积负荷达到了3 6 k g ( m 3 - d ) ，生产性 装置的c o d 容积负荷达到了1 5k g ( m 3 d ) ，c o d 去除率为7 0 9 0 。之后，德国、比利 时和美国等国家的学者利用u a s b 反应器进行了处理土豆淀粉加工废水、屠宰废水、 罐头加工废水、甲醇废水、糖蜜废水、酒精废水等各种规模的试验，均取得了较好的处 理效果【1 5 1 。据统计，到1 9 8 5 年7 月前建成或投入运行的u a s b 反应器仅有7 0 座，到 1 9 8 8 年，生产性u a s b 反应器已达到1 3 8 座，到1 9 9 0 年9 月，国外已有2 0 5 座生产性 u a s b 反应器装置投入运行【1 6 1 ，而截至19 9 8 年底可统计到的生产性u a s b 反应器装置 达9 2 1 座，到1 9 9 9 年底可统计到的生产性u a s b 反应器装置约为1 3 9 6 座。最近有些 国家已把u a s b 反应器成功的应用于处理城市污水。表1 列举出了国外部分u a s b 反 应器的应用情况。 ( 二) u a s b 反应器在国内的应用现状 国内研究u a s b 反应器大约始于1 9 8 1 年，1 9 8 2 年7 月报道了北京环境保护科学研 究所和化学工业部设计公司共同协作，在石家庄华北制药厂进行了容积为1 4 0 l 的 u a s b 反应器装置处理丙丁废水的试验，并把试验结果很快的应用于生产中【1 6 ，1 7 1 。清华 大学环境工程系自1 9 8 3 年起比较系统地进行了在u a s b 反应器内培养颗粒污泥规律的 研究，在中温和常温下均成功地培养出了厌氧颗粒污泥。此后，国内很多科研单位和大 专院校也开展了研究工作，他们分别对u a s b 反应器的颗粒污泥培养、颗粒污泥性能 分析、反应器工艺运行条件的控制等进行了广泛而深入的研究。表2 列举出了国内部分 u a s b 反应器的应用情况。 我国从8 0 年代初引进和开发u a s b 处理技术后，国家在几个五年计划期间内持续 攻关，进行了大量的开发研究工作。据不完全统计到1 9 9 9 年为止，我国已建成的2 1 9 个厌氧处理工程中采用u a s b 的有1 2 座以上，占全部项目的5 ，基本与国外应用情 况相类似【1 8 】。在此期间，国际上厌氧处理技术迅速发展，在第二代高效厌氧反应器u a s b 的基础上，开发了以厌氧颗粒污泥膨胀床反应器( e g s b ) 为代表的第三代厌氧反应器。 总的来讲，我国厌氧技术水平和国外水平差距很大，目前我们还不能很好的将 u a s b 反应器推广到实践中：从技术上来讲，还无法在大规模的生产装置上形成稳定的 颗粒污泥；从设备上讲，我国u a s b 技术的设备配套性差，在u a s b 产业化上也有较 大差距1 1 9 测。因此，在以后的更长时间内，我们应当加大力度研究u a s b ，并做好推广 应用工作，为我国的环境保护做出贡献。 4 表1 国外部分u a s b 反应器的应用情况 废水类型使用国家装置数设计负荷k g ( m 3 d )反应器容积( m 3 ) 温度( ) 甜菜制糖荷兰 71 2 5 172 0 0 1 7 0 03 0 - 3 5 土豆加工 土豆淀粉 玉米淀粉 小麦淀粉 大麦淀粉 酒精 酵母 啤酒 屠宰 牛奶 造纸 蔬菜罐头 白酒 城市污水 原西德 奥地利 荷兰 美国 瑞士 荷兰 美国 荷兰 荷兰 爱尔兰 澳大利亚 芬兰 荷兰 原西德 美国 美国 沙特 荷兰 美国 美国 荷兰 加拿大 荷兰 荷兰 荷兰 荷兰 美国 泰国 印度 哥伦比亚 9 ，1 2 8 5 1 1 6 8 5 1 0 3 ，1 0 9 1 1 1 1 0 _ 一1 2 6 5 9 9 3 8 1 6 9 7 1 0 8 ，1 0 3 1 0 5 5 - 一1 0 1 4 6 3 3 5 汹 8 一1 0 4 5 _ 6 1 0 1 1 1 5 2 3 2 2 3 0 0 ，1 5 0 0 3 0 4 0 2 4 0 - 一15 0 0 2 2 0 0 6 0 0 1 7 0 0 ，5 5 0 0 1 8 0 0 9 0 0 5 0 0 2 2 0 0 4 2 0 0 4 2 0 7 0 0 2 3 0 0 2 1 0 0 5 0 0 0 ，1 8 0 0 9 5 0 1 4 0 0 4 6 0 0 1 5 0 0 6 0 0 4 5 0 1 0 0 0 ，7 4 0 7 4 0 2 2 0 3 7 5 5 0 0 3 0 0 0 1 2 0 0 6 6 0 0 3 5 3 5 3 5 3 0 一3 5 3 5 3 5 3 啕5 3 啕5 - 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 0 一3 5 3 5 3 5 3 5 2 3 3 叫5 2 0 2 4 2 4 2 4 2 0 2 5 3 5 3 啕5 3 嘲5 常温 常温 5 2 1 8 l 1 2 1 1 l 1 l l l 1 l 2 l l l l l l 2 1 l l 1 l 1 表2 国内部分u a s b 反应器的应用情况 1 3 2 颗粒污泥培养研究现状 颗粒污泥的培养是u a s b 工艺的关键，得到了广泛的研究【2 1 ，2 2 3 。研究者大多认为 培养颗粒污泥是专业性和技术性要求很高的工作，在条件适当的情况下，4 6 个月可获 得颗粒污泥j 。 如果人为往反应器中投加一些物质，则可明显加快反应器中污泥的颗粒化进程。许 丹东等【2 4 】( 1 9 9 4 年) 发现，用发泡多孔性藻朊酸钙胶体作为u a s b 反应器的生物“载体”， 与同样运转条件下未加多孔胶体的平行试验相比，形成颗粒污泥的时间可由原来的3 个月缩短为2 0 天。此种实验条件下颗粒污泥的形成机理，作者认为是由于多孔载体在 反应器内可吸附高浓度的微生物，形成生物粒子的核，载体自身的可降解性使附着的微 生物有良好的滋生环境。随着生物粒子的逐渐形成，中心核被逐渐分解，而由菌体自身 增殖成为完整的生物颗粒。由于藻朊酸的絮凝作用，可以促进悬浮性污泥形成絮凝状体， 并增加污泥之间的接触造粒机会，有效地形成生物污泥，最后加快了u a s b 反应器的 启动。 周律等 2 5 】( 1 9 9 6 年) 研究了颗粒活性炭在u a s b 反应器污泥颗粒化过程中的作用。 他们采用两个相同的u a s b 反应器，在相同的环境条件下同时进行对比实验，结果发 现，投加颗粒活性炭的反应器a 比不投加颗粒活性炭的反应器b 显示出很多优越性能： 首先，反应器a 中颗粒出现的时间仅为反应器b 的一半左右，而且颗粒污泥的粒径( 最 大为4 r a m ) 也大；其次，反应器a 的最大容积负荷为反应器b 的1 6 倍；最后，反应器 a 的稳定性和耐水力冲击负荷优于反应器b ，缩短了水力停留时间( h r t ) 。通过实验， 作者认为，厌氧消化过程和形成颗粒污泥的过程中有物理的、化学的、生物的复杂变化， 6 有机物被厌氧降解和颗粒污泥的形成是许多变化的综合体现，在不同环境条件下变化的 方式会产生改变。在u a s b 反应器的启动初期，颗粒活性炭确实能起到“晶核”的作用， 它可能加强了对微生物进行选择的过程，但在颗粒污泥成熟后这种“晶核”作用会慢慢消 失。 吴允等【2 6 】( 1 9 9 6 年) 在u a s b 反应器中加入膨润土( b t ) 和聚丙烯酰胺( p 气m ：) 也成功地 培养出了颗粒污泥。他们用啤酒生产废水为实验废水，沈阳某啤酒厂污水处理场u a s b 反应器的污泥为种泥进行实验。结果表明，反应器中加入膨润土和聚丙烯酰胺后，颗粒 污泥在1 周内出现，4 周后颗粒污泥充满了u a s b 反应器污泥床。与不加b t 徊p 蝴的反 应器相比，两者c o d 去除率和产气率接近，但投9 1 b t j 和p a m 的反应器c o d 负荷提高了 2 倍。反应器中颗粒污泥外观为黑色，形状不规则，一般为球形或椭球形，直径在 o 5 3 m m ，个别达5 m m 。不同粒径的单个颗粒污泥的沉降速率随着颗粒增大也随之增大。 对于颗粒污泥的形成机理，作者认为，b t 、p a m 和污泥絮凝成团，成为颗粒污泥的生 长核心；水相中的营养物质亦由于b t 和p a m 的作用而在絮凝团中浓缩，这就有效提高 了附着微生物对这些物质的可用性，使细菌迅速生长；在水力和上升沼气的搅拌下，絮 凝团内丝状茵相互缠绕形成网状结构，同时将其他菌种如杆状菌和球菌网捕其中：絮凝 团丝状茵网内菌体继续生长，使其成为密实的、近似为球体的颗粒污泥。 1 3 3 反应器启动 一般认为，启动是以反应器接种污泥开始，以反应器中得到足够的适应于待处理废 水并且能存留在反应器中的生物活性颗粒污泥为结束。其运行是建立在启动基础之上 的，启动阶段的好坏关系到运行阶段的处理效果。u a s b 工艺具有可处理多种高浓度工 业废水与生活污水、水力停留时间短、剩余污泥量少、运行稳定、耐负荷冲击等优点【2 7 1 。 但是- u a s b 反应器高效、稳定的运行要依赖于反应器内颗粒污泥的形成，因而，反应 器内污泥颗粒化是整个反应器成功启动的关键。根据u a s b 反应器运行期间污泥形态的 变化情况和运行控制条件的差异，启动过程可分为污泥驯化期、负荷提高期和满负荷运 行期三个阶段【2 8 】。 ( 1 ) 接种污泥 u a s b 的处理能力主要取决于两个参数：反应器内保存的生物体数量和残留生物体 的比活性，因而反应器的启动快慢很大程度上决定于接种污泥的性质2 9 1 。一般说来， 用处理同样性质废水的厌氧反应器污泥作接种污泥是最有利的。但在没有同类型污泥 时，寻找合适的种泥便成了能否成功启动的关键之一，厌氧消化污泥或粪便可优先考虑。 陆正禹等【3 0 】在常温下启动u a s b 处理啤酒废水时发现，好氧污泥也可作为厌氧反应器的 接种污泥，但反应器的运行稳定性和抗冲击负荷的能力不足，随着运行时间的延长可以 达到厌氧污泥接种的水平，但驯化时间远远长于用厌氧污泥接种的情况。不同的厌氧污 泥同样对反应器的启动具有一定的影响，f a n g 等分别利用絮状消化污泥、正常运行的 u a s b 颗粒污泥及碎裂的颗粒污泥接种，发现虽然三个反应器经过11 0 天后都能形成颗 粒污泥，但用絮状污泥接种的反应器启动时间盟显长于居两者。利用u a s b 处理有毒有 机废水时，对消化污泥进行短期的人工培养，可以有效地缩短启动时间。l e p i s t o 等在一 项研究中发现，利用中温颗状污泥接种，经2 8 d 可以得到稳定的亚甲基源与6 0 以上的。 c o d 去除率。 接种污泥的性质及接种的数量或浓度都会影响颗粒污泥形成的时n 1 3 1 1 。大量试验 表明，厌氧消化污泥、河底淤泥、牲畜粪便、化粪池污泥及好氧活性污泥等均可作为种 泥培养颗粒污泥。l e t t i n g a 认为接种污泥本身的浓度较高，有利于颗粒污泥的形成，而 稀薄种污泥对污泥颗粒化不利。清华大学试验表明在常温下采用稀薄型污泥接种是可行 的。接种污泥的数量太大或太小都对颗粒化不利，在中温条件下，当采用稀薄型污泥接 种时，污泥接种后反应器中的污泥的质量浓度s s ) 在6 k g m 3 为好【3 2 】。 厌氧微生物的生长率比好氧微生物要低得多，因此在启动厌氧反应器时，有足够的 接种量要比好氧系统更重要。根据l e t t i n g a 的经验，中温型u a s b 反应器的污泥接种量需 稠密型污泥1 2 1 5 蚝v s s m 3 或稀薄型污泥6k g v s s m 3 ；高温型反应器最佳接种量在6 1 5k g v s s m 3 。过低的接种污泥量会造成初始的污泥负荷过高，污泥量的迅速增长会使 反应器内各种群数量不平衡，降低运行的稳定性，一旦控制不当便会造成反应器的酸化。 较多的接种菌液可大大缩短启动所需的时间，但过多的接种污泥量没有必要。 ( 2 ) 容积负荷 在启动时，污泥负荷不能太高，一般以消化污泥为接种污泥时，反应器启动负荷应 小于2 k g ( m 3 d ) 3 3 】。因水流与产气选择性地洗出细4 , n i 顶粒污泥或絮状污泥，达是污泥 颗粒化的一个关键的因素，所以，此时洗出的污泥因降解性能差而不再回流至反应器。 但洗出的污泥量不能太多，否则会因负荷过高而导致反应器内酸积累，使系统运行不稳 定。水力负荷是颗粒污泥形成的重要选择因素，当水力负荷提高到一定值时，可冲走大 部分的絮状污泥，使密度较大的颗粒污泥积累在反应器底部，形成颗粒污泥，这部分污 泥可首先获得充足的营养而较快地增长。颗粒污泥出现后，可逐渐加大水力负荷，减少 水力停留时间，以促进颗粒污泥的快速形成，但提高水力负荷不能过快，否贝0 大量絮状 污泥过早流失会导致污泥负荷过高，影响反应器的稳定运行。 高有机负荷有利于生物生长和颗粒长大，而高的剪切力有利于形成更光滑、更密实 的生物膜，改善污泥颗粒的沉降性和抗冲击能力3 4 1 。因此，为了得到紧凑而稳定的颗 粒污泥，控制反应器中的水力负荷和污泥负荷是控制颗粒污泥结构的最为有效的手段。 较高的c o d 负荷有利于污泥的生长，如果这时水力负荷较低就会导致絮状污泥的积累 并大量洗出，造成反应器中m l s s 及c o d 降解能力的下降：如果在较高的c o d 负荷 情况下，提高水流剪切力，分散生长的细菌易于被冲出反应器，则有利于形成较为紧密 而边界清晰、沉降性能较好的颗粒污泥，但水流剪切力过大时，未生长成熟的颗粒污泥 会被冲散甚至冲出反应器，也不利于颗粒污泥的生长。因此需要在有机负荷和水力负荷 之间找到动态平衡点，才有利于颗粒污泥的形成。 1 3 4 运行阶段的影响因素 ( 一) 温度 废水的厌氧处理主要依靠水中微生物的生命活动来达到处理的目的，不同的微生物 生长需要不同的温度范围，所以，温度也会在一定程度上影响处理效果。根据反应器内 微生物的特性，通常将反应器划分为低温( 1 5 - - , 3 0 c ) u a s b 反应器、中温( 3 0 4 5 c ) u a s b 反应器及高 温( 4 5 - - - - 6 0 c ) u a s b 反应器。 低温u a s b 反应器的研究较少，是今后的研究方向之一。经试验证实，低温下采 用u a s b 反应器可对污泥进行连续厌氧处理，并使废水得到净化。整个系统运行稳定 可靠，7 0 d 后可形成颗粒污泥，c o d 去除率大于8 0 p 5 1 。此外，在使用颗粒污泥低温 下驯化后处理低浓度制药废水的实验中，同样取得了较好的效果，c o d 去除率达到9 0 左右【碉。 中温u a s b 反应器的启动研究报道较多，也是最适宜微生物生长的温度范围，一 般控制在3 5 士1 【3 7 ，3 8 ，3 9 1 。在其他条件适当的情况下，经1 3 个月均可成功地培养出颗 粒污泥。 高温u a s b 反应器较中温、低温u a s b 反应器有较高的负荷、较低的水力停留时间， 这是非常有吸引力的研究方向。高温u a s b 反应器通常用于废水出水温度较高的情况， 由于高温下n h 3 与某些化合物混合毒性会增加，而导致其应用上有一定的限制。目前在 9 处理制浆废水、海产加工废水、豆酱生产废水中都取得了良好的处理效果【4 0 1 。 ( 二) p h 值 p h 值是厌氧处理的又一个重要因素。厌氧过程中，水解菌与产酸菌对p h 有较大的 适应范围，而甲烷菌x r j p h 值比较敏感，适宜它的生长范围是6 5 7 8 1 4 1 , 4 2 。若反应器内 废水口h 值超过这个范围，会引起由于甲烷菌受到抑制而出现的酸积累等问题，因而甲 烷菌的这一特性也就决定了反应器内反应区所应控制的p h 值范围。 反应器内乙酸的形成是对p h 值影响最大的一个因素。不同特性的废水进入反应器 后对p h 值的影响也不同，例如含碳水化合物的废水会引起p h 值的降低，而含大量蛋白 质和氨基酸的废水则会造成p h 值上升【4 3 】。因而，进液时废水可有不同的p h 值，关键是 保证进液后p h 值的稳定，使废水有一定的缓冲能力，防止酸积累对甲烷菌产生毒性影 响。在操作过程中出水回流不仅在反应器启动阶段给反应器提供一定的水力负荷，且由 于出水碱度高于进水，可增加废水的缓冲能力，减少化学物质的添加m ；不过，更多 地是采用向废水中添加化学药品如n a 2 c o a 、n a o h 、c a ( o h ) 2 、n a h c 0 3 等碱性物质，以 在废水中形成碳酸氢盐缓冲系统，保证系统p h 值的稳定【4 卯，但是在投加化学药品时， 要充分考虑到盐类的毒性作用，投加浓度不能高于其毒性浓度。 ( - - ) 碱度 在厌氧生物处理中，产甲烷菌的最佳p h 值是6 8 7 2 ，但由于