（环境工程专业论文）分散式生活污水厌氧接触与生态组合处理工艺试验研究.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘要 随着经济的快速发展，生活污水作为人们日常生活中的基本污染物，已经渐渐威胁 到人类赖以生存的生态环境。目前，随着农村及周边城市新建小区的迅速发展，城市污 水管网的覆盖远不及这些区域，老城区无雨污分离系统，雨污混流，污水无法有效处理： 同时，随着人口的增加，生活污水的总量也不断增加，从而造成城市、农村及边远地区 的自然水体的严重污染，特别是近几年来，水体的污染加剧，很大程度是由于污染源分 散未及时采用污水处理造成的。 本论文是研究一种针对农村、城市住宅小区、宾馆、渡假村、养老院以及机场而设 计的生活污水处理方法一分散式生活污水厌氧接触与生态组合处理工艺。研究以山东建 筑大学中水站进水作为原水，针对不同水质状况和运行工况进行试验研究，考察本工艺 的可行性和有效性，同时积累一些相关的工艺设计与运行参数，为该工艺的进一步完善 和发展提供理论与应用依据。 研究了厌氧接触工艺对水中污染物的去除情况。采用内置弹性立体填料方式，经过 接种启动、稳定运行、变负荷运行的试验过程，利用固化厌氧生物膜对有机物和s s 有 明显的去除效果，去除率分别达到4 5 0 0 - - 5 5 、6 0 。通过增加水力负荷，取得稳定的出 水指标和去除率，优化水力停留时间控制为1 2 h 。另外，通过分析厌氧反应机理和实测 数据，结果表明厌氧接触工艺对氮和磷的去除效果差，均有升高的趋势。 经过初期启动和稳定运行两个阶段的试验过程，分析了改型潜流湿地对水中污染物 的去除情况。通过控制启动阶段湿地的液位变化，促进了芦苇的发育生长，利用夜间的 空置期，使湿地恢复供氧能力。稳定运行阶段c o d e r 达到5 0 - 6 0 去除率，s s 的去 除率为7 6 - - - - 8 1 ，结果表明不同级配的填料对s s 的筛滤截留和微生物的降解，是去除 s s 的主要原因。氨氮去除率较低，总磷去除率3 5 4 5 。作为生态处理技术，改型潜 流湿地具有的自然生态特性，受环境和气候的影响非常明显，降水后，出水各项指标均 有所下降。 组合处理工艺c o d e r 和s s 去除率分别为7 0 一- - 8 5 、9 5 - - 9 8 5 获得良好效果。 氨氮和总磷的去除主要发生在湿地单元。组合工艺通过模块化单元优化组合，针对不同 分散污染源的需求，灵活设置，对要求不高的地区，直接采用厌氧接触单元即可满足要 求；对要求较高地区，增加改型潜流湿地单元，强化了处理效果。整体工艺成本低，可 实现无动力运行；结果表明，组合工艺具有更强的适用性和应用性。 山东建筑大学硕士学位论文 关键词：厌氧接触，改型潜流湿地，分散式生活污水，生态，组合工艺，试验研究 n 山东建筑大学硕士学位论文 d e c e n t r a l i z e dw a s t e w a t e ra n a e r o b i c t r e a t m e n tp r o c e s so fe n g a g e m e n t n de c o l o g i c a la s s e m b l a g studyane c o l o g i c a la s s e m d i a g e sd y c h e r tp e n g ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yz h a n gk e f e n g a b s t r a c t w i t ht h er a p i de c o n o m i cd e v e l o p m e n t , d o m e s t i cs e w a g e , a st h eb a s i cp o l l u t a n t si n p e o p l e sd a i l yl i f eh a sg r a d u a l l yt h r e a tt oh u m a ns u r v i v a le n v i r o n m e n t n o w , w i t ht h en e w r u r a la n du r b a nc o m m u n i t i e ss u r r o u n d i n gt h er a p i dd e v e l o p m e n to fu r b a ns e w a g ep i p e n e t w o r kc o v e r a g ef a ra n dt h e s ea r e a s ，s e p a r a t i n gt h eo l dc i t ys e w a g es y s t e m ，n om i x e dr a i n a n ds e w a g e , w a s t ew a t e rc a nn o te f f e c t i v e l yd e a lw i t h ；m e a n w h i l e , a st h ep o p u l a t i o ni n c r e a s e d , t h ea m o u n to fs e w a g ew i l lc o n t i n u et oi n c r e a s e , r e s u l t i n gi nu r b a n , r u r a la n dr e m o t ea l e a so f n a t u r a lw a t e rb o d i e sp o l l u t e d , e s p e c i a l l yi nr e c e n ty e a r s , i n c r e a s e dw a t e rp o l l u t i o n , l a r g e l yd u e t op o l l u t i o nd i s p e r s i o nn o ti nat i m e l ym 锄l l n e rc a u s e db ys e w a g et r e a t m e n t t h i sp a p e ri st os t u d yt h eo n ef o rr u r a l ，u r b a nr e s i d e n t i a lq u a r t e r s ，h o t e l s ，r e s o r t s ，n u r s i n g h o m e sa n dt h ea i r p o r ti sd e s i g n e ds e w a g et r e a t m e n t a n a e r o b i cc o n t a c td e c e n t r a l i z e ds e w a g e t r e a t m e n tp r o c e s sc o m b i n e d 、加mt h ee c o l o g y s h a n d o n gj i a n z h uu n i v e r s i t yi nw a t e rs t a t i o n w a t e r 雒r a ww a t e rf o rd i f f e r e n tw a t e rc o n d i t i o n sa n do p e r a t i n gc o n d i t i o n so fap i l o ts t u d yt o i n v e s t i g a t et h ef e a s i b i l i t ya n de f f e c t i v e n e s so ft h i sp r o c e s s ，w h i l ea c c u m u l a t i o no fs o m eo f t h e r e l e v a n tp r o c e s sd e s i g na n do p e r a t i n gp a r a m e t e r sf o rt h ep r o c e s sf u r t h e rr e f i n e m e n ta n d d e v e l o p m e n to ft h e o r e t i c a la n da p p l i e db a s i s i nt h i sp a p e r , t h ea n a e r o b i cc o n t a c tp r o c e s so nt h er e m o v a lo fp o l l u t a n t si nw a t e r c o n d i t i o n s t h r e e - d i m e n s i o n a lp a c k i n g 谢t l lb u i l t - i nf l e x i b l ew a y s , t h r o u g hv a c c i n a t i o ns t a r t s ， s t a b l eo p e r a t i o n , v a r i a b l el o a do p e r a t i o no ft h et e s t i n gp r o c e s s ，u s i n gc u r i n ga n a e r o b i cb i o f i l m o nt h es so b v i o u s l yo r g a n i ca n dr e m o v a lr a t e sw e r o4 5 t o5 5 - - 6 0 b yi n c r e a s i n gt h e h y d r a u l i cl o a d i n g , w a t e ri n d e xa n dt oo b t a i nas t a b l er e m o v a lr a t e , h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e o p t i m i z a t i o nc o n t r o lf o r12 h i na d d i t i o n , b ya n a l y z i n gt h ea n a e r o b i cr e a c t i o nm e c h a n i s ma n d t h em e a s u r e dd a t a , t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ea n a e r o b i cc o n t a c tp r o c e s so nt h er e m o v a lo f n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sp o o bh a v eh i g h e rt r e n d a f t e rt h ei n i t i a ls t a r t - u pa n ds t a b l eo p e r a t i o no ft h et w o s t a g et e s t i n gp r o c e s s ，a n a l y s i so f t h em o d i f i e ds u b s u r f a c ef l o wc o n s t r u c t e dw e t l a n d st or e m o v ep o l l u t a n t si nw a t e rc o n d i t i o n s s t a r t - u pp h a s eb yc o n t r o l l i n gt h el e v e lo fw e t l a n dc h a n g e , p r o m o t i n gt h ed e v e l o p m e n to fr e e d 1 1 1 山东建筑大学硕士学位论文 g r o w t h ，t h ev a c a n c yo ft h en i g h t ，s ot h a to x y g e nc a p a c i t yo fw e t l a n dr e s t o r a t i o n s t a b l e o p e r a t i o np h a s ec o d e r 5 0 t o6 0 r e m o v a l ，s sr e m o v a lr a t eo f7 6 一81 ，t h er e s u l t ss h o w t h a tt h ep a c k i n go fd i f f e r e n tg r a d a t i o n ，s ss i e v er e t e n t i o na n dm i c r o b i a ld e g r a d a t i o ni st h e r e m o v a lo ft h em a i ns sr e a s o n s l o w e ra m m o n i ar e m o v a l ，p h o s p h o r u sr e m o v a le f f i c i e n c yo f 3 5 t o4 5 a se e o - p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y , h a sm o d i f i e dt h en a t u r a ls u b s u r f a c ef l o ww e t l a n d e c o l o g i c a lc h a r a c t e r , b yt h ee n v i r o n m e n ta n dt h ec l i m a t ei sv e r yd e a r , a f t e rr m n f a l l ，w a t e t i n d i c a t o r sd e c l i n e d c o m b i n e dp r o c e s s e sc o d e ra n ds sr e m o v a lr a t eo f7 0 t o8 5 ，9 5 t o9 8 5 w i t h e x c e l l e n tr e s u l t s n i t r o g e na n dp h o s p h o r o u sr e m o v a lm a i n l yo c c u r r e di nt h ew e t l a n du n i t c o m b i n e dp r o c e s so p t i m i z a t i o nt h r o u g ht h ec o m b i n a t i o no fm o d u l a ru n i t s ，t h ed e m a n df o r d i f f e r e n td i s p e r s e d $ 0 1 , r c e so fp o l l u t i o n , f l e x i b l es e t t i n g s ，o nt h el e s sd e m a n d i n ga r e a so f a n a e r o b i cc o n t a c te l e m e n tc a nb eu s e dd i r e c t l yt om e e tt h er e q u i r e m e n t s ；o nt h ed e m a n d i n g a r e a s ，i n c r e a s et h em o d i f i e ds u b s u r f a c ef l o ww e t l a n du n i te n h a n c e dt r e a t m e n te f f e c t t h e o v e r a l lp r o c e s so fl o wc o s t , e a r lb er e a l i z e dw i t h o u tp o w e rt or u n ；r e s u l t ss h o wt h a tt h e c o m b i n e dp r o c e s sh a sm o r ea p p l i c a b i l i t ya n da p p l i e d k e yw o r d s ：a n a e r o b i cc o n t a c t , m o d i f i e ds u b s u r f a c ef l o ww e t l a n d s ，d e c e n t r a l i z e d s e w a g e ，e c o l o g y , c o m b i n e dp r o c e s s ，e x p e r i m e n t a lr e s e a r c h w 原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究取 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得山东建筑大学或其他教育机构的学位证书而使 用过的材料。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。本人承担本声明的法律责任。 学位论文作者签名：与砬 日觏y 蟹“v 学位论文使用授权声明 本学位论文作者完全了解山东建筑大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：山东建筑大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权山东建筑大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它手段保存、 汇编学位论文。 保密论文在解密后遵守此声明。 学位论文作者签名： 导师 签名： 日期w 。石，v 山东建筑大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 分散式生活污水现状与来源 随着经济的快速发展以及城市化进程的加快，水污染问题日益严峻。国家在发展 经济的同时，通过制定国家标准和行业标准，对工业水污染的治理成效显著。然而，生 活污水作为人们日常生活中的基本污染物，已经渐渐威胁到人类赖以生存的生态环境。 目前，随着农村及周边城市新建小区的迅速发展，城市污水管网的覆盖远不及这些区域， 老城区无雨污分离系统，雨污混流，污水无法有效处理；同时，随着人口的增加，生活 污水的总量也不断增加，从而造成城市、农村及边远地区的自然水体的严重污染，特别 是近几年来，水体的污染加剧，很大程度是由于污染源分散未及时采用污水处理造成的。 生活污水( d o m e s t i cs e w a g e ) 是指城市机关、学校和居民在日常生活中产生的废水， 包括厕所粪尿、洗衣洗澡水、厨房等家庭排水以及商业、医院和游乐场所的排水等f 。 生活污水按污染源的分布规律和生活污水排放后的收集程度，可划分为两类：集中式生 活污水和分散式生活污水。集中式生活污水，污染源分布相对集中，排水管网较健全， 采用集中收集、集中处理。分散式生活污水一般无大规模的管网相连，覆盖区域面积较 小，相对分散、独立，有时受地形等因素的限制，不便于集中收鲥2 1 。一些老城区或乡 镇，即使有集中收集的管网，但因管网设置陈旧，采用合流制排水系统，同样造成集中 处理的困难。因此分散式生活污水主来自于农村、机场、城市郊区以及住宅小区、别墅、 度假村、养老院和管网不健全的区域。这些区域，往往基础配套设施不完善，造成生活 污水排入自然水体，引起水体的富营养化，破坏了当地的水生生境。特别是农村，目前 农村的水体污染严重，一方面是由于面源污染造成，另一方面是由于分散式生活污水造 成河流水体的严重污染，甚至威胁当地的地下水资源，使地下水难以达到饮用水标准， 无法饮用。 1 1 2 分散式生活污水排放特征与水质特性 ( 1 ) 污染源分布分散且广泛 这是由区域分布的特点所决定的，分散式生活污水往往呈零星分布状态，不集中， 污染源间距离较远，敷设管网成本较高。特别是在一些农村，直接采用路边排水沟自然 排放，排水系统不完善，造成周边水体的严重污染。 ( 2 ) 水量较小变化系数较大 分散式生活污水的水量较小，全天有两个水量排放较大的时段，即早间和晚间；而 山东建筑大学硕士学位论文 夜间排放量极少，白天水量不连续，排放量也较少；因此，全天的排放变化系数大。 ( 3 ) 不同时段水质波动大，整体水质差别不大 生活污水受人们生活规律的影响，全天排放有两个高峰段，从而造成水质的全天波 动较大。生活污水中含有大量有机物，如纤维素、淀粉、糖类和脂肪蛋白质等；也常含 有病原菌、病毒和寄生虫卵；无机盐类的氯化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸氢盐和钠、钾、 钙、镁等【3 】。整体水质差别不大，浓度较低，一般不含有重金属和有毒物质。受不同地 区经济水平影响，表现出不同的污染源水质特征，特别是一些农村卫生条件较差( 旧居 住区) ，粪便量较少，对水的重复利用率较高，有机物含量较高，氮和磷含量较低【】 1 1 3 分散式生活污水处理方式 对应生活污水的分类，可以将生活污水的处理方式同样分为集中式处理和分散式处 理两种方式。对于集中式生活污水采用集中式处理方式，广泛应用于区县级以上的市政 污水处理工程，集配套管网和集中式城市生活污水处理厂为一体。集中处理规模较大， 易于管理，处理效率高。 分散式生活污水处理方式主要针对管网未覆盖、较偏远的地区的生活污水，根据地 理环境条件的差异、不同地形、污染源分布情况配套不同的技术方法进行处理。受区域 限制，零星分布，分散处理省却了庞大的排水管网系统，灵活设置、服务范围小、分散 建设、就地处理，可实现不同污水处理工艺的灵活组合【5 】。 1 2 课题来源 本课题依据农村生活污水分散处理技术与评估方法研究( 2 0 0 7 年山东省环境保 护科技项目) 进行确立，属课题内部农村生活污水分散处理技术研究分项内容之一。 1 3 国内外分散处理技术的发展现状 相对于集中式污水处理模式，分散式生活污水处理技术作为一种新的理念，越来越 受到人们的重视【6 】。 ( 1 ) 国外研究现状 国外对分散式处理技术的研究起步较早，早在上世纪七十年代，日本和美国已经对 分散处理技术进行了探索和尝试 r j 。1 9 7 2 年，美国颁布了完整的清洁水法 ( t h e c l e a n w a t e t a c t - c w a ，u s e p a ，1 9 7 2 ) ，后来针对分散处理技术于2 0 0 2 年美国环保局发布 了分散污水处理系统应用手册【引。这为分散污水处理技术的发展奠定了应用基础。 日本开发的净化槽( j o h k a s o u s ) 用于分散式生活污水的处理【9 】。净化槽根据结构不 同分别采用“厌氧过滤+ 接触曝气 、“反硝化型厌氧过滤+ 接触氧化一、“新型膜分离 山东建筑大学硕士学位论文 净化槽工艺，不仅提高了出水质量，同时对n 和p 的去处也取得了很好的效果。 澳大利亚针对分散式污水采用的“f i l t e r ”( 菲尔脱) 污水处理系统是一种通过灌 溉土地并与排水暗管相结合的污水处理系统【1 0 1 。可以说是一种土地处理系统，一方面利 用污水中的有机物和氮磷满足农作物灌溉要求，另一方面，通过土地处理出水满足排放 要求。 ( 2 ) 国内研究现状 国内的分散处理技术的研究应用起步较晚，但随着处理技术的不断成熟，同样进行 了有益的探索和实践。南京大学研制的“地下湿地与高负荷地下渗滤技术黟，使出水的 c o d 、b o d 、氨氮、t s s 等，均低于国家规定标准的一级a 类排放标准限值。东南大学 开发的“脱氮+ 脉冲多层复合滤料生物滤池+ 人工湿地 技术，使出水水质稳定达到城 镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 - - 2 0 0 2 ) 的二级标准，江苏省环境科学研究院 通过采用“厌氧水解+ 微动力好氧生化+ 景观绿地 技术，出水水质达到一级b 类标准。 这些处理工艺运行稳定，去污效果良好：工程造价低运行成本低。并通过工程应用获 得良好效果。 根据分散生活污水的特点，因地制宜，开发实用的污水处理技术，解决环境污染问 题。目前，大多分散的水污染源未得到有效治理，随着人们观念的提高，分散式生活污 水处理技术的应用一定会有广泛的发展前景。针对污染源分散，地形等限制条件，发展 低能耗、易维护、投资低的分散处理技术和设备，才能适应我国中小城镇、新农村建设 的需要。 1 4 分散式生活污水厌氧接触与生态组合处理工艺”提出的思路 目前，针对农村分散式生活污水处理工艺的研究，主要技术有生物技术和生态技术。 常用的有利用厌氧工艺为主的化粪池、厌氧滤池工艺利用好氧工艺为主的跌水或自然 通风的生物接触氧化和生物滤池工艺，利用沟渠、管道或水塘的人工湿地工艺。分散式 生活污水处理方式多采用厌氧+ 好氧组合工艺。常规厌氧+ 好氧工艺，如若达到好的去除 效果，通常需要消耗一定的动力，充氧设施需要定期维护，具有电力供给困难、维护困 难等缺点，很难大面积推广应用。单独的厌氧处理工艺存在氨氮去除效果低、处理效果 不彻底等缺点。如何将厌氧和好氧工艺进行优化组合( 工艺可靠性高、成本低、管理简 单) 是解决分散式生活污水处理的关键】。 污水处理的厌氧工艺主要有厌氧污泥床、厌氧接触工艺、厌氧生物滤池工艺、u a s b 、 e g s b 和i c 工艺等。厌氧( 悬浮) 污泥床虽然具有处理效果好等优点，但需要较高的水 山东建筑大学硕士学位论文 力条件，如果没有充分的搅拌混合，很难达到应有的出水效果；同时，污泥床的膨胀不 可避免的会出现污泥流失现象，一般需要配套后续沉淀设施，从而增加了建设成本：另 一方面，由于生活污水的水量不均衡，污泥床易造成短时的冲击，处理效果不稳定。厌 氧生物滤池内部设置滤料，对进水悬浮物有较高要求，易堵塞、不易冲洗，不易管理， 特别对水量水质波动较大的场合较难控制。强化厌氧工艺如u a s b ( 升流式厌氧污泥床) 、 e g s b ( 厌氧膨胀流化床) 和i c ( 厌氧内循环反应器) 针对生活污水应用很少，多用于 集中式高浓度有机废水的处理，一次性投资大，对水温有严格要求，罐体高径比大，不 适合分散式生活污水处理。 根据目前状况，采用分散式厌氧接触处理工艺，一方面可以去除水中的有机污染物， 另一方面可对污泥进行减量化处理，完全替代化粪池，从而保证整个系统稳定运行，采 用单体设计，可以根据规模多级串联，具有较大的灵活性。 针对分散污生活污水的环境条件，好氧工艺采用生态人工湿地技术是目前分散式生 活污水处理的主流技术。为了避免湿地系统处理效果受环境制约的影响，对潜流人工湿 地进行改型，使水平流调整为水平与垂直混合流，同时增设通风管，可提高脱氮除磷效 果。 由于分散污染源特别是农村的生活环境差异性大，开发分散式生活污水处理工艺与 设备的思路应以单元模块为核心，可根据不同水质和条件进行优化组合为宜，即以单元 处理工艺为主的组合式分散处理系统是分散式生活污水处理的解决途径。组合工艺的单 元以厌氧单元和好氧单元为核心，需要解决的关键问题是厌氧单元的厌氧生物接触工艺 各项指标去除效果分析，好( 缺) 氧单元的改进型潜流人工湿地系统各项指标去除效果 分析。对于工艺设备开发方面需要优化设备工艺设计参数，使之更能满足分散污染源特 别是农村的环境条件。 “分散式生活污水厌氧接触与生态组合处理工艺 的处理流程如下图所示： 棠臣至叵 _ t 亘堕至口一祟 图i 1 分散式生活污水处理工艺流程图 流程简述：生活污水经管渠流入厌氧接触第一处理单元，通过厌氧接触池内生物填 料的固化厌氧菌降解水中的有机物；然后进入改型潜流人工湿地系统，进一步去除有机 物，同时可去除部分氮和磷，最终出水外排。整体工艺构筑物或设备埋深较浅，可利用 地形优势实现无动力运行。 山东建筑大学硕士学位论文 第2 章厌氧接触与生态组合处理工艺的相关理论与技术 2 1 厌氧接触理论与技术 2 1 1 厌氧生物处理理论 厌氧生物处理过程是由厌氧微生物共生体的活性来完成，包括多种细菌和许多中间 步骤组成的复杂过程。有机物的厌氧降解过程如- f t l ：2 1 ： 图2 1 有机物的厌氧降解过程 发酵细菌：产氢产乙酸菌；同型产乙酸菌； 分解乙酸的产甲烷菌；利用h 2 和c 0 2 的产甲烷菌 有机物的厌氧降解过程分为四个阶段【1 3 】： ( 1 ) 水解阶段 水解是将复杂非溶解有机物转化为简单溶解性单体的过程，即将大分子有机物转化 为小分子有机物的过程，这个过程是通过细菌胞外水解酶的水解作用而实现的，从而使 小分子有机物可以穿过细胞膜。水解反应式如下： r x + h 2 0 r - o h + x - + h + ( r 为有机物分子的主体碳链；x 为分子中的极性基团) ( 2 1 ) 水解的关键是反应底物能否与细菌的胞外酶直接接触，有些难于水解的物质会包裹 阻碍两者的接触反应，致使降解缓慢；因此，许多有机物占多数的废物厌氧处理过程， 水解作用是整个过程的限速步骤。 山东建筑大学硕士学位论文 ( 2 ) 发酵酸化阶段 经过水解后进入发酵酸化过程，可细分为两个过程：发酵是指有机物分子既是电子 受体又是电子供体的生物降解过程；酸化是指有机物转化为挥发性脂肪酸等末端产物的 过程。随着发酵条件、底物和微生物种群不同发酵产物也会发生变化，但主要有乙酸、 丁酸、丙酸、乙醇、氢气和二氧化碳等组成的混合物质。这个阶段p h 的过多降低会抑 制后续产甲烷菌的活性，影响甲烷的生成；在p h 小于5 的情况下虽然酸化过程仍能进 行，但产甲烷菌的最佳p h 范围是6 5 7 5 ，p h 过低，会导致产甲烷过程终止，最终导致 反应器全部酸化，达不到有机物彻底降解的目的。因此，如果一个反应系统进行水解和 发酵酸化反应，应该使系统保持一定的缓冲能力，才能保证生物降解过程的顺利进行。 ( 3 ) 产乙酸阶段 经过发酵酸化后，虽然根据底物的不同产生不同的发酵产物，但产乙酸阶段是指最 终产物是乙酸的反应过程。这个阶段会同时产生h 2 ，若此部分h 2 不很快消耗的话，会 抑制产乙酸过程；一般是通过产甲烷的耗氢过程来实现的。因此，这个阶段可以称为产 氢产乙酸阶段，是一个过渡阶段。 ( 4 ) 产甲烷阶段 此过程是在产甲烷菌的作用下将乙酸转化为甲烷和二氧化碳。产甲烷的另一个途径 是c 0 2 和h 2 合成甲烷。 另外，一类同型产乙酸菌可以将c 0 2 和h 2 合成乙酸，理论上同型产乙酸过程也是 厌氧生物处理的一个环节【1 4 】。 以上四个阶段是瞬时连续发生的，阶段的划分有时不同，但过程是一样的。有两阶 段理论，即将前三个阶段合并通称为酸性发酵阶段，将产甲烷阶段称为甲烷发酵阶段。 也有三段理论：将前两个阶段合并称为水解发酵阶段，后两个过程不变。 伴随四个阶段的厌氧反应，参与的菌属各不相同，各菌属协同作用完成生物厌氧的 复杂反应过程。 水解阶段是通过发酵细菌胞外酶的作用，使底物与之接触反应，从而顺利通过细胞 膜。 发酵酸化阶段是由大量不同类型的发酵菌在微生物参与酶的催化作用下完成的。酸 化微生物以梭状芽孢杆菌和拟杆菌为主，梭状芽胞菌由于适应厌氧环境并能产生芽孢 因此可以在恶劣条件下生长。拟杆菌可以分解氨基酸、糖和有机酸，可以在有机物丰富 的地方存活。 山东建筑大学硕士学位论文 产乙酸阶段的菌属种类有互营杆菌属、互营单孢菌属、暗杆菌属和梭菌属等此类 菌属是绝对厌氧菌或兼性厌氧菌。 产甲烷阶段的优势菌种主要有产甲烷杆菌和产甲烷球菌，如索氏甲烷杆菌和巴氏甲 烷八叠球菌。两者虽乙酸的含量不同，表现出不同的特性。索氏甲烷杆菌适合乙酸浓度 较低的环境，随着甲烷产量的增高，当乙酸积累时巴氏甲烷八叠球菌很快成为优势菌， 由于体内含有气泡，在厌氧反应器启动初期很易随水流流失。因此，控制厌氧过程的p h 值显得尤为重要，可以保留优势产甲烷杆菌，使反应器有足够的酸度缓冲能力，特别对 厌氧的初期启动有很好的启示作用。 2 1 2 厌氧生物技术的发展 厌氧工艺的发展已有上百年的历史，1 8 8 1 年法国的莫拉斯( m o u r a s ) 发明“污泥自动 净化器”，揭开了厌氧处理技术的篇章。从早期的厌氧消化工艺到现在的高效厌氧反应器， 使得厌氧技术日渐成熟和完善，针对不同类型、不同浓度的污水都取得了好的处理效果。 从发展历程上看，厌氧技术可分为第一代、第二代和第三代厌氧处理技术【1 5 】。 ( 1 ) 第一代厌氧处理工艺： 包括普通的厌氧消化工艺和传统的厌氧接触工艺。 1 ) 普通的厌氧消化工艺： 早期典型代表就是化粪池，一个消化池内同时完成厌氧降解和泥水分离，进水通过 底部进入消化池与厌氧污泥混合，在产气过程中完成固液分离，沼气从顶部排出，上清 液从上部流出。厌氧消化池停留时间长，处理负荷低底物处理不彻底。现在广泛应用 消化池来进行污泥的处理，增加加热设施，通常设有搅拌设备，加强污泥与底物的接触。 2 ) 传统厌氧接触工艺： 为了解决传统消化池污泥流失问题，在此基础上通过增加后续沉淀池，并将污泥回 流到消化池，避免了污泥大量流失。由于池内保留足够的生物量，使得反应效率提高， 处理负荷增大，缩小了池容。此工艺的处理思路实现了厌氧发酵与沉淀的分离，这为以 后厌氧技术的发展起到了决定性推动作用。 ( 2 ) 第二代厌氧处理工艺： 主要包括厌氧滤池( a f ) 、升流式厌氧污泥床反应器( u a s b ) 、厌氧折板反应器 ( a b r ) 、厌氧流化床反应器( a f b ) 和厌氧附着膜膨胀床反应器( a f f e b ) 等。 1 ) 厌氧滤池( a f ) ： 为了实现厌氧过程中有足够的厌氧菌，同时减少菌种的流失，在传统厌氧接触工艺 山东建筑大学硕士学位论文 基础上，发展起来的厌氧滤池工艺是在池内设陶瓷、塑料、炉渣等滤料，通过厌氧菌固 化成生物膜来完成整个厌氧过程。厌氧滤池减少了后续泥水分离设施，使得反应过程更 加充分，效率得以提耐1 6 1 。 2 ) 升流式厌氧污泥床反应器( u a s b ) ： 升流式厌氧污泥床床( u a s b ) 反应器是荷兰学者g l c t t i n g a 等人开发的【1 7 1 。目前已 经成为广泛的厌氧处理方法。u a s b 反应器的构造原理如下图： 图2 2u a s b 反应器的构造原理图 一沼气 一出水 废水由池底进入反应器，通过反应区经气体分离后混合液进入沉淀区进行固液分离。 处理后的废水由出水渠排出，沉淀下来的微生物固体即厌氧污泥依靠重力自动返回反应 区，集气室收集的沼气由沼气管道排出反应器。u a s b 反应器不设搅拌装置，上升的水流 和沼气可以满足搅拌要求，反应器内不需填装填料，构造简单，易于操作运行，便于维护 管理，尤其适合我国废水处理实际情况的一种厌氧处理工艺。 根据不同废水的水质u a s b 反应器的构造有所不同，主要可以分为开放式和密闭式 两种。 开放式u a s b 主要适用于处理中低浓度的有机废水，因为中低浓度废水经过处理后， 出水中的有机物浓度已经较低，所以在沉淀区产生的沼气数量较少，一般不再回收。这种 形式的反应器构造比较简单，易于施工安装和维护。 密闭式u a s b 主要适用于处理高浓度或硫酸盐含量较高的有机废水。这类废水经过 处理后在沉淀区内仍有较多的沼气逸出，必须进行回收，此种形式的反应器池顶可以是固 定的，也可以做成浮动的。 3 ) 折流式厌氧反应器( a 除) ： 山东建筑大学硕士学位论文 是b a c h m a n n 和m c c a r t y 等人于1 9 8 2 年提出的一种新型高效厌氧反应器。a b r 反应 器的构造原理如下图【1 劭； 一，一沼气 - 图2 3 a b r 反应器的构造原理图 a b r 反应器内设置竖向导流板，将反应器分隔成串联的几个反应室，每个反应室都 是一个相对独立的上流式污泥床( u a s b ) 系统，其中的污泥可以以颗粒化形式或以絮状 形式存在。水流由导流板引导下折流前进。逐个通过反应室的污泥床层，进水中的底物与 微生物充分接触而得以降解去除。 在构造上，虽然a b r 反应器可以看作是多个u a s b 反应器的简单串联，但工艺上与 单个u a s b 还是显著不同的。u a s b 可以近似看作是一种完全混合反应器，而a b r 则更 接近于推流式反应器。 a b r 反应器的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 解过程协调一致。从而确保相应的微生物相拥有最佳的工作活性；其次，a b r 反应器的 推流式特性可以确保系统拥有更优的出水水质，同时反应器的运行也更加稳定，对冲击负 荷以及进水中的有毒物质具有更好的缓冲能力。 但是& f i r 反应器的推流式特点也有其不利的一面。与单级的u a s b 反应器相比。在 同等的总负荷条件下，a b r 反应器的第一格不得不承受远大于平均负荷的局部负荷，如 何有效降低局部负荷过载的不利影响还有待于进一步深入地探讨。 4 ) 厌氧附着膜膨胀床反应器( a f f e b ) 和厌氧流化床反应器( a f 8 ) ： 两者原理基本类似，在反应器内填充膨胀颗粒，在水流与产气综合作用下，实现流 化膨胀，增大颗粒与底物的接触时间，从而获得好的处理效果。 ( 3 ) 第三代厌氧处理工艺： 主要有厌氧膨胀颗粒污泥床( e g s b ) 、内循环式厌氧反应器( i c ) 、厌氧复合床反 山东建筑大学硕士学位论文 应器( u b f ) 等。 1 ) 厌氧膨胀颗粒污泥床( e g s b ) ： 近年来高效厌氧处理技术也向较低浓度的有机废水( 如c o d 1 0 0 0 r a g 1 ) 的方向进展。 因为当u a s b 反应器处理较低浓度有机废水时，由于进水c o d 浓度较低，产生的的气量 较少，而进水点的分布不可能很密，导致反应器的选择区较小，搅拌强度较小，污泥不能 很好的趋于悬浮状态，泥水接触不良，污泥床区往往存在较大死区。因此，反应器的有效 容积大大减小，使整个反应器的处理效率大为降低。为了解决这个问题g l c t t i n g a 等人提 出了提高反应器的液体升流速度的办法，使颗粒污泥趋于膨胀状态，从而提高了废水与污 泥之间的接触机会，加强了传质效果。 基于针对这种处理较低浓度有机废水( 一般c o d 5 0 0 0 m g 1 ) 的新型厌氧处理技术 开发，l c t t i n g a 等人将此定名为厌氧颗粒膨胀污泥床( e g s b ) 【1 9 1 。 e g s b 反应器的构造和u a s b 反应器的构造有相似之处。与u a s b 反应器不同之处 是e g s b 反应器设有专门的出水回流系统，而u a s b 反应器一般不设专门的回流系统。 e g s b 反应器一般为圆柱状塔形，具有较大高径比，一般可达3 5 ：l 。生产装置反 应器高可达1 5 , - - 2 0 米。e g s b 反应器可以为开放式的也可以是密闭式的。 2 ) 内循环( i c ) 厌氧反应器： 是由荷兰p a q u e sb v 公司开发的的一种高效厌氧反应器f 2 0 】。内循环( i c ) 厌氧反应 器的构造特点具有很大的高径比，一般可达4 8 ：1 ，反应器的高度可达1 6 , - - 一2 5 米，在 外形上i c 反应器实际上是个厌氧生化反应塔。 其基本构造与工作原理如下图： 山东建筑大学硕士学位论文 滟一曰 图2 4 内循环( i c ) 厌氧反应器构造原理图 出水 进水通过泵由反应器底部进入第一反应室，与该室的厌氧颗粒污泥混合，第- 反应 室所产生的沼气被集气罩收集，沼气将沿着提升管上升，沼气上升的同时，把第一反应 室的混合液提升至设在反应器顶部的气液分离器，分离出的沼气由气液分离器顶部的沼 气管排走。分离出的泥水混合液沿着回流管回流到第一反应室的底部，并与底部的颗粒 污泥和进水充分混合，实现第一反应室混合液的内部循环。经过第一反应室的废水会自 动进入第二反应室继续处理。废水中的剩余有机物可被第二反应室的颗粒污泥进一步降 解，使废水得到更好的净化。第二反应室产生的沼气。通过集气管进入气液分离器，第 二反应室的泥水混合液进入沉淀区进行固液分离，处理过的上清液由出水管排走，沉淀 下来的污泥可以自动返回第二反应室；这样，废水就完成了在i c 反应器内处理的全过程 2 q 内循环的结果：第一反应室不仅有很高的生物量、很长的污泥龄，并具有很大的升 流速度，使该室内的颗粒污泥完全达到流化状态，有很高的传质速率，使生化反应速率 提高，从而大大提高了第一反应室去除有机物的能力。 3 ) 厌氧复合床反应器( u b f ) ： 1 9 8 4 年，加拿大的g u i o t 在a f 和u a s b 的基础上开发出了上流式污泥床过滤器 ( u p f l o wb l a n k e tf i l t e r ，简称u b f ) 复合式厌氧反应器【2 2 1 。该工艺为了提高u a s b 的反 应效率，同时增大生物量，在反应器中部设置了填料，是集颗粒污泥与厌氧生物膜于一 体的高效厌氧反应器。 山东建筑大学硕士学位论文 2 1 3 厌氧接触工艺 本文讨论的厌氧接触不同于传统的带回流的厌氧接触工艺，严格意义也不能称其为 厌氧滤池，是介于两者之间的工艺；通过在池内设置弹性立体填料，厌氧菌在填料表面 生长成为厌氧生物膜，使得s r t 大于h r t ，通过水流的流动，增加污染物与厌氧菌的 接触时间，从而获得理想的去除效果。 传统的厌氧接触工艺是在c s t r 反应器的基础上发展起来的，属于完全混合反应， 同时在消化器后端增加了沉淀池，通过沉淀池污泥回流，实现s r t 大于h r t 。这样可 以使得厌氧污泥不会流失，提高了反应器内的污泥浓度，从而提高了有机负荷率和处理 效率。传统厌氧接触工艺有如下特点： ( 1 ) 反应器内污泥浓度高，耐冲击负荷强。通过末端沉淀或气浮实现的泥水固液分 离并将污泥回流，实现了缩短水力停留时间的目的，同时，实现了厌氧污泥的富集，启 动较快。 ( 2 ) 由于增设后续配套沉淀或气浮工艺，增加了系统成本。关键是由于反应器内产 生沼气，使得末端的泥水固液分离困难，脱气不充分，会造成污泥的流失，系统流程复 杂。 ( 3 ) 适合处理悬浮物较低的污水，进水悬浮物过高，反而会增加处理负担，使得末 端泥水