（环境工程专业论文）厌氧折流板反应器abr处理餐饮废水实验研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 厌氧折流板反应器( a b r ) 是一种新型、高效的厌氧生物反应器。a b r 反应器 中废水与活性污泥具有良好的混合接触效果。同时，由于其独特的分隔式结构与 水力流态，能够为颗粒污泥的形成创造有利的条件。 本文以人工配置的淀粉和葡萄糖混合溶液为基质，对a b r 反应器的启动进行 了研究，分析了a b r 反应器的启动过程中运行参数的变化情况。启动结束后用已 经形成颗粒污泥的反应器处理餐饮废水，研究其处理运行状况。研究表明： 1 以低负荷启动反应器，反应器容积负荷在0 7 1 1 1 4 5 k g c o d m 3 d 之间变化， a b r 反应器启动后1 8 天便出现了颗粒污泥。由于a b r 各格室所承受的有机负荷、 汽水剪切力的不同，各格室内的颗粒污泥的形状、大小等都呈现出不同的特征。 启动结束时，c o d 去除率在9 0 以上，反应器运行稳定。 2 启动结束时投加颗粒活性碳和p a m 的一、三格室内的颗粒污泥无论粒径还 是颗粒化程度都比二、四格室高。反应器内各格室v s s s s 都在7 0 以上，颗粒 污泥具有较高的生物活性。 3 启动过程中容积负荷的变化，对反应器的去除率、v f a 、p h 值都有重要的 影响。v f a 在容积负荷较低时随其变化的趋势并不明显，当负荷增大到一定程度 时，容积负荷的微小变化都能引起出水v f a 的剧烈波动。实验中进水p h 值控制 在7 7 5 之间，在前3 0 天容积负荷较低，出水p h 值都在6 8 7 5 之间变化，随 后负荷的提高，v f a 的积累，出水p h 值开始迅速下降，甚至低于6 0 。 4 用已经培养出成熟颗粒污泥的厌氧折流板反应器处理餐饮废水，容积负荷在 4 2 2 k g c o d ( m 3 d ) l j 室j ，c o d 去除率能够稳定在8 0 以上。a b r 反应器处理餐饮废 水的最佳运行参数为：容积负荷在4 2 2 k g c o d ( m a - d ) ，h r t 为1 5 h 。 关键词：a b r ，启动，颗粒污泥，餐饮废水 重庆大学硕士学位论文英文摘要 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 ) i san e w h i 曲一e f f i c i e n ta n a e r o b i cr e a c t o r t h ew a s t e w a t e rc a l li n t i m a t e l yc o n t a c t 、析mal a r g ea m o u n to fa c t i v a t e ds l u d g ew h e ni t p a s s e st h r o u g ht h e r e a c t o r a tt h es a m e t i m e ， i t s u n i q u e s t n l c t l l r ea n df l o w c h a r a c t e r i s t i c sc a nm a k eg o o dc o n d i t i o nf o rt h ef o r m a t i o no fa n a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g e t h er e a c t o r s s t a r t - u pw a ss t u d i e db a s e do nas e r i e so ft e s t i n gu s i n gs t a r c ha n d g l u c o s ew a s t e w a t e r a f t e rs t a r t - u pe x p e r i m e n t s ，t h ea b r w a su s e dt ot r e a tr e s t a u r a n t w a s t e w a t e r i nt h i sw o r k ，t h em o s ts u i t a b l eo p e r a t i n gc o n d i t i o no fa b rw a ss t u d i e d 1 1 1 er e s u l tc o u l db es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 w h e nt h er e a c t o rw a ss t a r t e du s i n gl o wl o a d i n gs t a r t - u p ，v l rc o n t r o l l e da t o 7 14 - - 11 4 5 k g c o d m 3 d ，t h e r ea r es o m eg r a n u l a rs l u d g ea p p e a r e da f t e rr u n n i n g18 d a y s t h ef i g u r ea n ds i z eo fg r a n u l a rs l u d g ei ne a c hc o m p a r t m e n tr e v e a l e dd i f f e r e n t c h a r a c t e r i s t i c sd u et ot h ec h a n g i n go fo l r sa n ds h e a rf o r c eb e t w e e ng a sa n dl i q u i di n e a c hc o m p a r t m e n t t h ec o dr e m o v a le f f i c i e n c yw a sh i g h e rt h a n9 0 a n ds t e a d yw h e n t h er e a c t o r ss t a r t - u pf i n i s h e d 2 a tt h eb e g i n n i n go ft h ee x p e r i m e n t ，a c t i v a t e dc a r b o na n dp a mw a sa d d e di n t o t h ef i r s ta n dt h et h i r dc o m p a r t m e n t s ，a f t e rs t a r t u pe x p e r i m e n t s ，t h eg r a n u l a rs l u d g e g r a i ns i z ea n dc o n t e n t si nt h ef i r s ta n dt h et h i r dc o m p a r t m e n t sw e r eh i g h e rt h a nt h e s e c o n da n dt h ef o u r t hc o m p a r t m e n t s t h ev s s s si ne a c hc o m p a r t m e n te x c e e d e d7 0 ， g r a n u l a rs l u d g eh a sh i g hb i o l o g ya c t i v i t y 3 t h ev l rh a dr e m a r k a b l ei n f l u e n c eo nc o dr e m o v a le f f i c i e n c y 、v f a 、p h w h e n t h ev o l u m el o a d i n gw a sl o w ，v a r i a t i o nt e n d e n c yo fv f aw a sn o to b v i o u s w h e nt h e l o a di n c r e a s e st oac e r t a i ne x t e n t ，v e r ys m a l lc h a n g e si nv o l u m el o a d i n gc o u l dc a u s e d r a m a t i cc h a n g e si ne f f l u e n tv f a d u r i n gt h ee x p e r i m e n t ，t h ei n f l u e n tp hv a l u e c o n t r o l l e da t7 7 5 i nt h ef i r s t3 0d a y so ft h ee x p e r i m e n tt h ev o l u m el o a d i n gw a sl o w , a n dt h ee f f l u e n tp hv a l u e sw e r ev a r i e db e t w e e n6 8 7 5 w i t hl o a di n c r e a s ea n dv f a a c c u m u l a t i o n ，t h ee f f l u e n tp hb e g a nt od e c l i n er a p i d l y , e v e nb e l o w6 0 4 t h ea b rw a su s e dt ot r e a tr e s t a u r a n tw a s t e w a t e ra r e rt h ec u l t i v a t i o no f a n a e r o b i cg r a n u l a r s l u d g e ，c o dr e m o v a le f f i c i e n c yw a so v e r8 0 w h e nv l r m a i n t a i n e d4 2 2 k g c o d ( m 3 。d ) t h eb e s to p e r a t ep a r a m e t e r sa r e15 hh r ta n dv l r 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 4 2 2 k g c o d ( m 3 d ) 。 k e y w o r d s ：a b 心s t a r t - u p ，g r a n u l a rs l u d g e ，r e s t a u r a n tw a s t e w a t e r i i i 学位论文独创性声明 本人声明所 呈 交的7 坳 士 学位论文 塞她盔堑亟避逊盟盟盘垒筮益塑鑫硷叠笼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 文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：衍寿签字日期：哆，多 导师签名：庇中 签字日期：叫，工多 学位论文使用授权书 本人完全了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意中 交中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社( c n ) 在中国博士学位论文全文数据 库、中国优秀硕士学位论文全文数据库以及重庆大学博硕学位论文全文数 据库中全文发表。中国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文 全文数据库可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版，并同意编入c n 中国知识资源总库，在中国博硕士学位论文评价数据库中使用和在互联 网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益和承担相应义务。本人授权重庆大学 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公开论文的全部或部分内容。 作者签名：虚砬羞 导师签名： 磅童t 苓。 吲年j | 聂】| j 日 备注：审核通过的涉密论文不得签署“授权书 ，须填写以下内容： 该论文属于涉密论文，其密级是，涉密期限至年月日。 说明：本声明及授权书! 逝装订在提交的学位论文最后一页。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 问题的提出与研究意义 1 1 1 问题的提出 随着我国城市化和工业化进程的加快，城市经济的发展和生产结构的调整，第3 产业有了长足的进步和发展。特别是近年来服务性行业的迅速崛起，宾馆、饭店以 及大小餐厅等饮食业产生的废水均注入生活污水，且其中所占的比例越来越大。据 国家环境保护部不完全统计，我国每年餐饮业排放的未经处理的含油废水达上亿吨， 且每年正以1 0 以上的速度递增。餐饮废水为餐饮业同常产生的各种废水的混合， 主要包括泔水油、潲水以及餐馆酒店的生活用水等。据资料报道，餐饮废水排放量 约占城市生活污水排放量的3 ，但其c o d c r 的含量却占总负荷的1 3 。国内几个主 要大城市对餐饮业排放污水污染指标检测的结果显示：c o d 为4 0 0 0 - - - 5 0 0 0 m l ， s s 为3 0 0 - - 4 0 0 m g l ，油脂在15 0 m g l 以上【1 7 j 。 餐饮废水含脂肪类及植物油居多，漂浮于水面的油，影响空气和水界面的氧交 换，分散于水中的油可被微生物氧化分解，故油类不仅降低复氧速率，而且消耗水中 的溶解氧，使水质恶化。餐饮废水中的污染物主要以胶体形式存在，p h 值较低，s s 值很高，浊度很大，b o d 5 相对较高。由于餐饮废水成分复杂，有机物含量高，如不经 处理就排放到江河湖海后，会使水体浑浊，在气温高时还会变质，使水体变黑，并发出 恶臭气味，严重污染环境。此外，废水中的细菌还会成为疾病的传播源，给人们的身心 健康带来严重的威胁。 1 1 2 研究意义 随着目前g d p 的高增长，环境的破坏也越来越严重，经济的发展与生态环境 保护两者之间爆发出尖锐的矛盾。我国水污染情况严重，全国七大水系近一半的 河段污染严重，七大水系干流有1 3 8 的断面属劣v 类水质，这将严重制约我国 国民经济与工农业的发展。严峻的环境问题使国民经济各个行业和环境保护工作 者们意识到，我们必须寻求一条建设资源节约型、环境友好型社会的道路。 目前我国第三产业发展迅速，餐饮服务行业规模不断扩大，随之产生的餐饮 废水对环境的影响不断扩大【8 】，尤其是造成地表水体的富营养化【9 1 ，因此加强餐饮 废水的有效治理意义重大。 1 2 国内外研究现状 目前，在很多城市都将城市餐饮废水与城市生活污水分别治理，提高了餐饮 废水的处理力度，并将其中的油脂和其它杂质进行利用，从而产生了油脂皂化产 重庆大学硕士学位论文1 绪论 业和废渣的再利用产业。餐饮废水的特性使得处理它的方法也较生活污水的方法 复杂，普遍的处理方法是将其处理达到3 级标准后，汇入城市污水管网。 1 2 1 餐饮废水处理研究现状 物理化学方法 1 ) 混凝法 餐饮废水中的污染物主要以胶体和悬浮物的形态存在，其主要成份为淀粉、 蛋白质、动植物油脂、洗涤剂等。物理化学法中的混凝法f n l 5 】正适合去除水体中 的胶体和悬浮物，加之物化法流程短、设备简单、占地面积小，所以该法在餐饮 废水的处理上应用相当广泛。 当废水中加入混凝剂时，通过压缩双电层、电性中和，吸附架桥、网捕卷扫 等共同作用，使胶体和悬浮粒子脱稳凝聚，在重力作用下沉降，与水体分离，进 而去除污染物。混凝法的关键在于选择一种高效、廉价的混凝剂。目前对混凝剂 的研究主要集中在复配混凝剂和新型混凝剂的开发上。 张秀娟等【l6 1 采用新型复合混凝剂挣水剂d h 3 ( 无机和有机高分子化合物的 复合物) 处理餐饮废水，c o d 的去除率可达到8 3 左右，经过深度处理( 砂滤、活 性炭吸附、消毒) 后出水水质可以达到国家排放标准乃至回用标准。尹艳华等【l7 】比 较了单一絮凝剂和复合絮凝剂对餐饮废水的絮凝处理效果。结果表明，硫酸铝钾 与聚丙烯酰胺复合使用，优于使用单一无机絮凝剂的处理效果。刘葵等l l3 】探讨了 p a c 、p f s 、p a m 在单独和复合使用时的混凝性能，得到了类似的结论。在混凝法 中，混凝剂的用量是一个重要的操作参数，于金莲等研究认为：决定混凝剂用量 的阶段主要为破乳阶段。破乳结束后，介质中的油、s s 提供了絮凝的晶核。油、 s s 含量越大，混凝剂的用量越少。 2 ) 电化学方法【1 8 ；1 9 】 电化学法主要有电凝聚法【2 0 l 、微电解电解法、脉冲电絮凝法等工艺。电解法 是当前较为成熟的方法，在电镀、印染、化纤等领域中已有广泛的应用。 电凝聚法。电解过程中阳极一般为可溶性金属f e 、a l 等。阳极材料氧化生成 金属离子溶于水中，与o h 结合生成多核羟基配合物，从而对废水产生强烈的混凝 作用。阴极则还原生成h 2 等气体，微小气泡粘附在絮凝体上，使其上浮而被去除。 同时电场对废水中的某些有机物具有直接的氧化去除作用。因此，电絮凝法的作 用机理是电解凝聚、电解气浮和电解氧化还原三者的有机结合。 x u e m i n gt h e n 等【2 0 】采用电凝聚法对高油脂含量、不同浓度c o d 、b o d 、s s 的餐饮废水进行了处理。对比发现，a l 电极的综合性能优于f e 电极，并认为处理 效果与电负荷有关，与电流密度、电导率无关。张惠灵1 2 1 】等同样利用该法对厨房 废水进行处理，认为电流密度较低时，增加电流密度将提高c o d 去除率，只有当 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 电流密度达到一定数值时，其对c o d 去除率的影响才渐趋减弱。与张惠灵等人持 相同看法的还有宋卫锋、林美强瞄；2 3 1 等。对于这两种截然相反的看法还有待于进 一步验证电负荷与电流密度两者之间的关系。 3 ) 生物方法俐 s b r 2 5 。3 5 j 是序列间歇式活性污泥法( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o ra c t i v a t e ds l u d g e p r o c e s s ) 的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。上海师 范大学的于金莲等选用s b r 作为实用工艺，通过室内模拟试验，考察污泥浓度及 曝气时间等因素与处理效果的关系，从而确定出该工艺的最佳运行周期条件。采 用s b r 法处理餐饮废水，在进水c o d 和油浓度较大时，可适当延长曝气时间， 增加厌氧时间和闲置时间，以提高出水水质。 s b r 法运行效果稳定，处理时间短、效率高，出水水质好，有较强的耐冲击 能力，且工艺流程简单，维护管理方便，可以实现自动控制。对于间歇排放和流 量变化较大的餐饮废水来说是一种较好的选择。 生物接触氧化法处理工业废水在我国已经有几十年历史，多用于印染、纺织、 石油化工、农药等行业的废水处理，但用于餐饮废水处理尚不多见。其实质是在 曝气池内充填微生物栖息的填料，污水与填料上的生物膜广泛接触，在微生物新 陈代谢功能作用下，污水中有机污染物得到去除。因此它可以说是具有活性污泥 法特点的生物膜法。用生物接触氧化法处理餐饮废水时，接触氧化池前宜设一隔 油池，以减少接触氧化池进水悬浮物浓度，提高出水水质。生物接触氧化法对冲 击负荷有较强的适应能力，在间歇运行时仍能保持良好的处理效果，且操作简单， 运行方便，非常适用于餐饮废水的集中处理。其缺点是填料易堵塞，布水、曝气 不易均匀。由于占地面积较大，该法难以在城区餐饮业中推广使用，主要适用于 城市郊区大型酒店或旅游风景区餐饮废水集中处理。 1 2 2 高浓度有机废水厌氧生物处理现状 废水厌氧生物处理( 厌氧消化) 3 6 - 4 5 j 是指在无氧条件下，借助厌氧微生物的 新陈代谢作用分解废水中的有机物质，并使之转化为小分子的无机物质的处理过 程，废水的厌氧生物处理是一个极其复杂的过程。多年来厌氧消化被概括为两阶 段过程，第一阶段是酸性发酵阶段，即有机物在产酸细菌的作用下，分解成脂肪 酸及其他产物，并合成新细胞；第二阶段是甲烷发酵阶段，脂肪酸在专性厌氧菌 产甲烷菌的作用下转化成c h 4 和c 0 2 。但是，事实上第一阶段的最终产物不 仅仅是酸，发酵所产生的气体也并不完全是从第二阶段产生的。因此，比较恰当 的提法是第一阶段的不产甲烷阶段与第二阶的产甲烷阶段。 重庆人学硕士学位论文1 绪论 两阶段理论简要地描述了厌氧生物处理过程，但没有全面反映厌氧消化的本 质。有研究表明，产甲烷菌能利用甲酸、乙酸、甲醇、甲基胺类产生甲烷，因此 两阶段理论难以确切地解释这些脂肪酸或醇类是如何转化为c h 4 和c 0 2 的。 1 9 7 9 ，伯力特( b r y a n t ) 等人根据微生物的生理种群，提出了厌氧消化三阶段 理论，三阶段消化突出了产氢产乙酸细菌的作用，并把其独立地划分为一个阶段， 三阶段理论包括： 第一阶段是水解发酵阶段，在该阶段，复杂的有机物在厌氧菌胞外酶的作用 下，首先分解成简单的有机物，如纤维素经水解转化为简单的糖类；蛋白质转化 为简单的氨基酸，脂类转化为脂肪酸和甘油等。继而这些简单的有机物在产酸菌 的作用下经过厌氧发酵和氧化转化为乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类等。 第二阶段是产氢产乙酸阶段，在产氢产乙酸菌的作用下，把除乙酸、甲酸、 甲醇以外的第一阶段的产物，如丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类转化为h 2 、c 0 2 和乙 酸等，产氢产乙酸细菌将有机酸氧化形成的电子，使质子还原而形成氢气，因此该 类细菌又称为质子还原的产乙酸细菌。 例如丙酸的转化c h 3 c h 2 c o o h + h 2 0 _ c h 3 c o o h + 3 h 2 t + c 0 2 t 乙醇的转化c h 3 c h 2 0 h - + c h 3 c o o h + 3 h e t 第三阶段，产甲烷细菌利于第一阶段和第二阶段产生的h 2 、c 0 2 和乙酸转化 为c h 4 。产甲烷细菌利于不同的基质，一种是利用h 2 、c 0 2 转化为甲烷，另一种 是利用甲醇、甲酸、甲基胺等以及分解利用乙酸盐类形成甲烷。 氢和二氧化碳转化为甲烷4 h 2 + c 0 2 - - - ，c h 4 t + 2 h 2 0 对乙酸脱羧产生甲烷2 c h 3 c o o h - * 2 c h 4 t + c 0 2 t z e i k u s ( 1 9 7 9 ) 等人在第一届国际厌氧消化会议上提出了厌氧消化的四阶段理 论，在三阶段理论的基础上增加了同型产乙酸过程，即由同型产乙酸细菌把h 2 、 c 0 2 转化为乙酸。但这类细菌所产生的乙酸往往不到乙酸总量的5 ，在通常情况 下可以不考虑。厌氧消化四阶段过程示意图如图1 1 。 从两阶段理论发展到四阶段理论的过程，是人们对有机物厌氧消化不断深化 认识的过程。这也从侧面反映出，有机物厌氧消化过程是一个由许多不同微生物 菌群协同作用的结果，是一个极为复杂的生物化学过程。 4 重庆人学硕士学位论文1 绪论 图1 1 四种群说关于复杂有机物的厌氧消化过程 f i g u r e 1 1t h ed i g e s to ff o u ra b o u tf i x e do r g a n i s m 从1 9 世纪中叶以来人们己经开始有目的地将厌氧消化技术用于处理有机废水 和污泥，至今已近1 5 0 年，近几十年来，随着人们对厌氧技术原理认识的深入和 生物科学技术的发展，厌氧生物反应器技术得以飞速发展，为高浓度工业有机废 水和生活污水的工业化处理提供了重要手段。 1 8 8 1 年1 2 月，有一篇记载的报道。法国宇宙杂志描述了从1 8 6 0 年开始 法国m l m o u r a s 将简易沉淀池加以改进而得到的“m o u r a s 自动净化器”。 1 9 8 5 年，对早期的厌氧处理工艺发展最有影响的是英国c a m e r o n 获得专利权 的腐化池。该池只能减少污染但未能完全消除，出水黑色带臭味，未被消化的固 体物质还可能堵塞后续处理构筑物。 1 8 9 6 年，第一座处理生活污水的厌氧消化池在英国出现，产生沼气用于照明。 1 8 9 9 年，c l a r k 提出从污水中分离污泥保持污水新鲜，并将分离出的污泥在隔 绝空气的情况下进行消化的想法。 1 9 0 4 年，英国t r a v i s 据这一设想在英国开普顿建成双层沉淀池，用薄壁结构 将反应器分为上部沉淀室和下部消化室。 直至1 9 2 7 年，厌氧消化的思想仍然是先沉淀后发酵，缺陷是沉淀和发酵不能 分开，后来出现了将其分开的思想，这一合理构思导致了传统消化池的出现。 2 0 世纪5 0 年代中期，厌氧消化技术的一个重要发展，厌氧接触反应器的出现。 增设污泥回流装置，厌氧污泥在反应器中的停留时间( s r t ) 第一次大于水力 停留时间( h i 玎) ，污泥浓度增大，处理效率和负荷显著提高。 5 重庆大学硕十学位论文1 绪论 2 0 世纪6 0 年代末，生物发酵工程固定化技术带来第一个突破性发展。y o n g 和m c c a r t y 发明了厌氧滤池( 过滤器) 简称a f 。 2 0 世纪7 0 年代以来，厌氧生物处理技术取得了极大的突破。荷兰农业大学环 境系l e t t i n g a 等人发明的上流式厌氧污泥床，已成为目前应用最为广泛的厌氧反应 技术。 厌氧生物处理技术的发展历程，是对不同生物处理技术以及厌氧反应器结构 的改造、研究、开发利用过程，形成了各种不同类型的厌氧反应器，厌氧反应器 的发展历程概括起来又可以分为三个阶段，即第一代厌氧反应器( 传统厌氧反应 器) ，第二代厌氧反应器和第三代厌氧反应器。 第一代厌氧反应器：2 0 世纪5 0 年代以前开发的厌氧消化工艺常被成为第一代 厌氧反应器，其典型代表就是普通厌氧消化池和厌氧接触工艺。第一代厌氧反应 器的污泥浓度和负荷都较底，水力停留时间( h r t ) 较长，反应器中水力停留时间 ( h r t ) 与污泥停留时间相等( s r t ) ，厌氧接触工艺尽管可实现h r t 和s r t 的分 离，但其所需的s r t 是通过调整剩余污泥排放量实现的，同时与s r t 相对应的 h r t 的范围则取决于废水的强度和反应器内的生物量。由于厌氧反应器的处理效 率较低，并且处理周期较长，针对这些缺陷，人们开始了第二代厌氧反应器的研 究。 第二代厌氧反应器：其典型代表有：厌氧滤器( a f ) 、升流式厌氧污泥床 ( u a s b ) 、厌氧流化床( a f b ) 、厌氧折流板反应器( a b r ) 等。与早期第一代厌 氧工艺相比，第二代厌氧处理工艺更加注重对系统环境条件的控制，反应器中通 常增加温控设施和搅拌装置，通过不同的运行方式在反应器内保持较高浓度的生 物量，并使生物在反应器中停留时间加长，同时第二代反应器具有更高的有机负 荷和水力负荷，使反应器的容积更小，处理效率更高。 第三代厌氧反应器：第二代反应器虽相较第一代反应器有明显的优点，处理 效率也更高，但仍然存在不少的缺陷，如从启动并达到稳定的时间较长，布水均 匀性较差，使废水与污泥不能充分混合等。因此，2 0 世纪9 0 年代初在国际会议上， 以厌氧膨胀颗粒污泥床( e g s b ) 、厌氧内循环反应器( i c ) 、升流式厌氧污泥床过 滤器( u b f ) 为代表的第三代厌氧反应器相继出现。第三代厌氧反应器的共同特 点是：反应器单位容积的生物量更高；能承受更高的水力负荷，并具有较高的污 染物净化能力；高径比较大，占地面积小。 厌氧折流板反应器( a b r ) 是由s t a n f o r d 大学m c c a r t y 教授于上世纪八十年 代中期开发研究的一种最新型、高效污水厌氧生物处理工艺。该技术集当今在全 球盛行的升流式厌氧污泥床( u a s b ) 和极有应用前途的分阶段多相厌氧反应技术 ( s m p a ) 于一体，不但显著提高了厌氧反应器的负荷和处理效率，而且使其稳定 6 重庆人学硕士学位论文1 绪论 性以及抵抗冲击负荷和有毒有害物质侵袭的能力极大的增强了。 传统的厌氧反应器将产酸菌和产甲烷菌群置于一个反应器内，由于产酸和产 甲烷菌对环境有着不同的需求，所以这种单相厌氧反应器不利于充分发挥两大菌 群的优势。a b r 反应器的独特结构以及整体的推流式流态使得每个反应室可以驯 化培养出与流出该室中污水水质、环境条件相适应的微生物群落，从而导致厌氧 产酸相和产甲烷相得到分离，使a b r 反应器在整体上相当于一个两相厌氧处理系 统。两相厌氧工艺通过产酸相和产甲烷相的分离，两大类厌氧菌群可以各自生长 在最适宜的环境条件下，有利于充分发挥厌氧菌群的活性，提高系统的处理效果。 a b r 反应器具有结构简单、运行稳定、耐冲击负荷能力强以及处理效率高等 一系列优点，a b r 独特的分格式结构对处理含长链脂肪酸等难降解有机废水具有 良好的处理效果，a b r 反应器已经越来越多的应用于大型污水处理工程上。a b r 反应器是在反应室内设置数块垂直挡板将反应器分隔为多个串联的格室，每个格 室都相当与一个相对独立的u a s b 反应器，水流沿折板上下折流，不仅流程增大， 而且垂直挡板的阻挡作用可维持反应器内较高的污泥浓度，水流在水平方向运动 则极其缓慢，在不断的上下折流与沼气的搅动作用下废水与污泥充分接触而使废 水中有机物得到降解。 从工艺上看，a b r 与单个u a s b 有显著不同。首先，u a s b 可近似看做一种 完全混合式反应器，而a b r 是一种复杂的混合型水力流态，在单个反应室内，水 力流态可近似看作为完全混合式( c s r t ) ，而从整体上看则更近似于推流式( p f ) ； 其次，u a s b 中酸化和产甲烷两类不同微生物相交织在一起，不能很好的适应相应 的底物组分和环境因子( p h 值、氢分压等) ，而在a b r 中各个反应室中的微生物 相是随流程逐级递变的，递变的规律与底物降解过程相一致，从而确保相应的微 生物相拥有最佳的工作活性。 表1 1 厌氧折流板反应器的优点 工艺构造生物体操作 设计简单 污泥无须特殊沉降性能h r t 短 无运动部件 污泥产率低 可间歇运行 无须机械混合 泥龄长 耐冲击负荷能力强 造价及运行费低无须用填料或沉淀池抗有毒物能力强 不易堵塞 不需专门的二相分离器可长时间不排泥 a b r 作为一种新型的厌氧反应器工艺，具有许多优良的性能，如良好的水力 条件及抗冲击能力、简单的构造、良好的生物种群分布及处理效果等。目前，其 在不同废水处理中运行效果已得到越来越多的研究和实际应用。与其他厌氧反应 7 重庆人学硕士学位论文1 绪论 器相比，a b r 反应器的特点如表1 1 。 a b r 最有意义的优点是沿反应器长度分离产酸菌和产甲烷菌，起两相系统的 作用，但没有两相系统的联合控制问题和高昂的费用。由于酸化菌聚集在前面隔 室，两相运行可以提高酸化菌和产甲烷菌活性，不同的菌种可以生存于不同的适 宜环境。 在展望不久的将来先进的厌氧处理技术时，l e t t i n g a 提出了阶段化多相厌氧 ( s t a g e dm u l t i p h a s ea n a e r o b i c ，简称s m p a ) 反应器，它不仅能在更高的负荷率下提 供更好的处理效率，而且适应于极端的环境条件和抑制性化合物。s m a p 的中心 思想在于： ( 1 ) 在每一个单独的单元内依赖所能获得的基质和单元内特定的环境条件( 如 p h 、氧化还原电位、h 2 分压、代谢中间产物等) 培养出合适的厌氧细菌群落； ( 2 ) 防止各单元内独立发展形成的污泥互相混合； ( 3 ) 各个单元内产生的气体单独排放，互不混合； ( 4 ) 使流程更接近于推流式，从而获得更好的处理效率。 实际上s m p a 不特指某个反应器，它强调的是一种思想，是对厌氧消化的一 种新的、深入的理解，组成s m p a 各单元的可以是a f ，u a s b 和e g s b 等。在众 多的新型高效厌氧反应器中，只有a b r 能够近乎完美地单独实现s m p a 的构想， 这也是a b r 与其他厌氧反应器最显著的区别，说明a b r 反应器的结构及蕴涵的 思想与对厌氧消化理论的不断深入理解和厌氧反应器的发展趋势是相符合的。 1 3 研究目的意义 本次实验主要对a b r 反应器的启动，a b r 反应器运行效果的影响等问题进行 深入研究，来比较并得出在实验室条件下a b r 反应器快速启动的条件以及相应的 工艺参数，并在启动成功之后对餐饮废水进行处理，为实际工程的设计提供理论 上的依据，为a b r 反应器在水污染控制工程中的实际应用奠定基础。 1 4 研究内容 本研究的目的是对a b r 反应器的水力特性，a b r 反应器对餐饮废水的处理效 果等问题进行深入的研究，为a b r 反应器在水污染控制工程中的实际应用奠定基 础。 主要的研究内容： ( 1 ) a b r 反应器的快速启动研究； ( 2 ) 有机负荷和h r t 等因素，对a b r 运行性能的影响试验研究； ( 3 ) a b r 反应器对餐饮废水处理效果研究。 8 重庆大学硕士学位论文2 实验设计及监测分析方法 2 实验设计及监测分析方法 2 1a b r 反应器的结构特性 a b r 反应器自上世纪8 0 年代诞生以来，由于其具有结构简单、运行管理方便、 无须填料及对生物量具有优良的截留能力和运行性能稳定可靠等特点，经过2 0 多 年的研究和开发，a b r 工艺已经在不同种类的中、高浓度有机废水处理中表现出 其工艺有效性，进一步研究开发、推广应用a b r 反应器已成为当前厌氧废水处理 的热点之一。 2 1 1a b r 反应器的基本构造原理 a b r 反应器内部设置有一系列以一定方式设计的上下折流板，可使进入其中 的废水以上向流和下向流的方式流经整个反应器。反应器内的污泥随进水的流动 和所产生的沼气而沉降或膨胀，在较低的水流速度或产气率的情况下，则可处于 沉淀状态。 与u a s b 处理工艺一样，a b r 工艺中上向流室中的产气及上向流室中底部较 高的水流上升流速，使格室中的微生物群体与基质之间产生良好的混合接触效果， 从而一方面有利于颗粒污泥的形成，另一方面大大提高了反应器的处理效率。被 处理废水依次流经每个格室( 格室1 _ 格室2 _ 格室3 一) 并且水流的流动在反应 器中呈上、下交替进行，在每个格室中进行着由不同种群微生物参与的对有机基 质的降解过程。a b r 工艺构造相比于u a s b 更为简单，不需要结构较为复杂的三 相分离器，每个格室的产气可单独收集以分析各格室的降解效果、微生物对有机 物的降解途径、机理及其中的微生物种群类型。通过对不同格室的合理设计，可 使反应器内的微生物避免不同种群间生态幅的过多重叠，必要时甚至可以实现生 态幅的分离，以使它们分别适应流经不同格室的废水水质，稳定运行工况，提高 处理效率。 2 1 2a b r 反应器设计的工艺思想 在展望不久的将来先进的厌氧处理技术时，l e t t i n g a 提出了阶段化多相厌氧反 应器( s m p a ) ，它不仅能在更高的负荷率下提供更好的处理效率，而且适应于极端 的环境条件和抑制性化合物。s m p a 系统的基本观点是：在各级分隔的空间中培养 与该空间的底物组分及环境因子( 如p h ，h 2 分压等) 相适宜的微生物种群，防止各 个单独空间中形成的污泥相互混合，不同部分产生的气体单独排放，不与其它部 分的混合，反应器内形成推流模式，废水和微生物的接触充分，得到更高的处理 效率矧。 实际上s m p a 不特指某个反应器，它强调的是一种思想，是对厌氧消化的一 9 重庆大学硕士学位论文2 实验设计及监测分析方法 种新的、深入的理解，组成s m p a 各单元的可以是a f ，u a s b 和e g s b 等。在众 多的新型高效厌氧反应器中，只有a b r 能够近乎完美地单独实现s m p a 的构想， 这也是a b r 与其他厌氧反应器最显著的区别，说明a b r 反应器的结构及蕴涵的 思想与对厌氧消化理论的不断深入理解和厌氧反应器的发展趋势是相符的。 2 2 实验设计 2 2 1 实验装置 a b r 反应器由于具有良好而稳定的处理效果，并且各格室能培养出适合格室 内环境条件的微生物群落，因此受到人们的广泛关注，然而a b r 反应器较高的死 区百分率以及不均匀的水力布水条件却一直是困扰研究者的一个难题。本实验 a b r 反应器采用玻璃制作，用档板将反应器分为四个主体格室，单个格室有效容 积为3 7 5 l ，总有效容积为1 5 l ，设计折流板底折角为4 5 0 ，上下流室宽度比为4 ： l 。 鉴于a b r 反应器水力条件上的不足，实验中对a b r 反应器的结构进行了部 分改进，在顺水流方向垂直挡板及外墙内侧设有6 0 0 的斜坯，使单个格室布水更类 似于u a s b 反应器，同时能有效减少反应器的死区百分率。实验流程图如图2 1 所示，实验用a b r 实物图见图2 2 。 g a s p i p e ： w a t e rt a n k s q u i r mp u m p 图2 1 实验丁艺流程图 f i 9 2 1t h ef l o wc h a r to fe x p e d m e n t a l 2 2 2 实验条件 实验废水 实验用水为以淀粉和葡萄糖相混合的人工配水，淀粉和葡萄糖的质量比为 1 0 重庆大学硕士学位论文2 实验设计及监测分析方法 l5 2 ：1 。以尿素、n h 4 c i 和k 2 h p 0 4 为氮源和礴源，c o d ：n ：p = 2 0 0 2 5 0 ：5 ： 1 ，用n a h c 0 3 调节碱度，配水中同时还含有m g ”、f e 2 + 、c a ”等金属离子以及s n 、 m n 等微生物所需的微量元素，实验进水时通过磁力搅拌器连续搅拌混合废水。反 应器启动后用以处理餐饮废水，废水i 阪自重庆渝中区某知名餐饮企业。 接种污泥 接种污泥取自重庆啤酒厂厌氧反应器内的厌氧消化污泥，总接种量55 l ，约 为反应器有效容积的1 3 ，污泥经双丑滤网过滤去除大块杂质后投入反应器中。由 于前而格室所承受的有机负荷比后面格室高出许多，这对前面格室特别是第一格 室的影响较为明显，为减弱较高有机负荷对第格室的影响，采取增加第一格室 的污泥量的方法，第。格室的接种污泥量比其他格室多5 0 左右f 按沉降体积计算 第一格室为l5 l 、其余格室1 l ) ，这样可以有效提高第一格室抵抗高有机负荷的能 力，避免出现园过高负荷而引起反应器酸化的情况。 其他条件 实验过程中来人为控制温度，实验温度在室温3 0 。4 2 。之间。实验过程中每 天记录实验室室温。为了加快颗粒污泥的形成速度，根据国内外在不同反应器内 培养颗粒污泥的经验，在反应器启动时，在反应器内分别投加能够加速颗粒污泥 形成的物质颗粒活性碳和聚丙烯酰胺( 又简称p a m ) 。 目2 2 试验用a b r 反席器丈物 f i 醇2 m a t e r i a l o b j e c t o f a b r 重庆大学硕士学位论文 2 实验设计及监测分析方法 2 3 实验监测分析方法 2 3 1 分析仪器与设备 实验用主要仪器设备见表2 1 表2 1 实验主要仪器设备 序号实验仪器设备型号 生产厂家 2 3 2 分析方法 常规分析方法 本实验常规分析方法见表2 2 4 7 。4 9 】： 表2 2 常规分析方法 ! 垒丝：三g q 旦曼堕i q 坠璺! 塑垒! 丝i 里型里! 坐q 堡垒 序号分析项目分析方法分析频率 非常规分析法： 1 ) 挥发性脂肪酸( v f a ) 【4 9 】： 于蒸馏瓶中放入5 0 - - - 2 0 0 m l 待测废水，其v f a 含量不超过3 0 m m o l 。如水样 1 2 重庆大学硕+ 学位论文2 实验设计及监测分析方法 体积不足1 0 0 m l ，可用蒸馏水稀释至l o o m l 。放入几滴酚酞指示剂。 加入1 0 n a o h 溶液，使溶液变红呈碱性，并使n a o h 溶液略过量。 打开蒸馏瓶盖，开始蒸馏，蒸至蒸馏瓶中剩余的液体为5 0 m l 为止。 向蒸馏瓶中补充5 0 m l 蒸馏水，加入1 0 m l l 0 的磷酸溶液酸化，在接收瓶中 加入1 0 m l 蒸馏水并使接收瓶与蒸馏瓶上的冷凝管连接，导入管应浸入接收瓶的液 面下。 盖紧蒸馏瓶盖，开始蒸馏，蒸馏至瓶中液体为2 0 m l 时为止，待蒸馏瓶稍冷后， 加入5 0 m l 蒸馏水再次蒸馏，蒸馏至瓶中液体为2 0 m l 时为止。 向馏出液加入1 0 滴酚酞指示剂，用o 1 m o l l 的n a o h 标准溶液滴至淡粉色不 消失为止，记录所用n a o h 标准溶液的体积v n a o h ，挥发性脂肪酸含量计算如式 ( 2 1 ) ： 阡：v n a o h xc 1 0 0 0 ( m o l l ) ( 2 1 ) 圪 式中：v n 。o r 滴定消耗的n a o h 标准溶液的体积，m l5 卜滴定消耗的n a o h 标准溶液的准确浓度，m o l l ； v b _ _ 皲测废水水样的体积，m l 。 上式计算结果乘以6 0 即得以乙酸( m e g l ) 计的v f a 。 2 ) 颗粒污泥粒径分布 颗粒污泥粒径分布采用湿式筛分法： a 从反应器污泥床内取出2 5 m l 污泥，转移到2 l 的烧杯内，用配好的缓冲溶 液稀释( n a 2 h p 0 45 0 9 9 l 、k 2 h p 0 41 0 8 9 l 、k h 2 p 0 44 9 l ) ，与样品污泥混合均匀 待用； b 将标准筛( 孔径为3 m m 、2 m m 、l m m ) 按孔径大小由下而上垂直安放好，孔径 l m m 的标准筛在最下面，孔径3 m m 在最上面，同时在l m m 的标准筛下面放一个 接收容器； c 将己混合好的污泥样缓慢倒入筛网，让泥样按孔径由大到小顺序通过筛网， 然后用少量缓冲溶液冲洗筛网； d 筛分结束后，用缓冲溶液冲洗筛网，将不同粒径的污泥分别收集到不同容器 内，用标准方法测定污泥的t s s 和v s s ，