（环境工程专业论文）含氰木薯淀粉废水egsb厌氧生物处理的性能研究.pdf

含氰木薯淀粉废水e g s b 厌氧生物处理的性能研究 摘要 在广西含氰木薯淀粉废水是水环境中分布最广，影响最大的一类有机 污染物，该废水的处理已成为废水处理领域里亟待解决的问题之一。 目前厌氧生物处理是应用最为广泛的废水处理技术，也是我国木薯淀 粉废水无害化处理的主要方法。膨胀颗粒污泥床反应器是近十年在上流式 厌氧颗粒污泥床反应器的基础上开发成功的新型高效厌氧反应器，对各类 废水有很强的适用性，是值得推广应用的一种新型厌氧生物处理反应器。 但由于木薯淀粉废水中含有氰化物，对微生物有抑制作用，常给厌氧工艺 带来很大的冲击。因此，研究木薯淀粉废水中的氰化物对厌氧微生物的毒 性作用，完善木薯淀粉废水的厌氧生物处理技术对于木薯淀粉废水的处理 具有重要意义。 论文选用e g s b 反应器作为厌氧生物处理工艺进行试验研究，保持水 力停留时间为1 3 4h ，通过改变进水c o d 浓度和进水氰化物浓度并对反 应器内的c o d 、a 、p h 、碱度和产气量等指标进行评估，系统研究木薯 淀粉废水中的氰化物对厌氧生物处理启动及稳定运行的影响作用；为了定 量分析氰化物对有机物去除的影响和为工程应用提供基础信息，建立了厌 氧生物处理含氰木薯淀粉废水的氰抑制动力学。 氰化物对反应器启动运行的影响研究表明：氰化物对反应器处理木薯 淀粉废水的有影响作用，具体表现为氰化物对厌氧颗粒污泥内的产甲烷菌 的抑制作用，该抑制作用呈现阶段性，且有机容积负荷越大，抑制作用越 显著，反应器需要恢复至原处理水平所需的时间越长。当进水氰化物浓度 为5m g l d 左右时，反应器运行良好，c o d 去除率达9 0 以上，产气量 在2 0 0m l d 1 左右，出水认较低，基本维持在2 0 0m g l 1 以下；当进 水氰化物浓度为1 0m g l 。1 左右时，反应器的处理效果下降，c o d 去除率 下降，产气量下降，但很快恢复至原来的处理水平；当进水氰化物浓度为1 5 m g l 1 左右时，c o d 去除率波动大，去除率下降至7 0 4 ，产气量急剧下 降，出水v f a 在7 0 0m g l 。左右上下波动；污泥活性下降主要表现 v s s t s s 及最大比产甲烷活性均下降，v s s t s s 由o 7 6 18 下降至 0 7 2 7 8 ，s m a 由9 4 6 16 m l c h 4 g 。v s s 1 d - 1 下降至 19 6 9 4 m l c n 4 g 。v s s l - d 1 ，颗粒污泥内部的部分细菌明显受到损害。 氰化物对反应器稳定运行的影响研究表明：进水氰化物浓度变化对 e g s b 反应器运行的影响呈现阶段性，当进水氰化物浓度为1 0m g l 。左 右时，反应器处理效果较好。c o d 去除率基本维持在9 0 以上；当氰化 物浓度为1 5 2 0m g - l 1 左右时，c o d 去除率随着氰化物浓度的升高而呈现 下降的趋势，当反应器稳定运行第7 0d 时，c o d 去除率下降至7 0 1 ； 随着进水氰化物浓度的上升，出水v f a 呈现上升趋势，氰化物浓度越高， 出水v f a 累积的量越多，当进水氰化物浓度达2 0m g l 1 左右时，出水 v f a 升高至5 5 0m g l 1 左右；s m a 急剧下降至8 3 1 9m l c h 4 g - 1 v s s l - d 1 ； 产气量降至1 0 5m l d 1 左右；p h 维持在比较稳定的范围，在7 8 8 5 之间 小幅度波动，出水略显碱性。 e g s b 处理含氰木薯淀粉废水的氰化物抑制动力学研冗结果表明：氰 化物对木薯淀粉废水降解的抑制作用属于非竞争抑制类型，可通过模型 q = 差专志描述含氰木薯淀粉废水的厌氧降解过程，用非线性回 归法求得相应的模型参数：q m 戤为1 6 5 3 5m g c o d d 1 m g 1 v s s 一；k m 为 7 9 3 1 7 5 3m g c o d l ；蝎为1 5 5 9 5 0m g c n l ，实验数据较好的验证了该 模型。 关键词：木薯淀粉废水厌氧生物处理 物厌氧生物降解启动过程 膨胀颗粒污泥床( e g s b )氰化 动力学模型 s t u d yo nt h ep w e r f o r m a n c e0 fe g s bf o r a n a e r o bicb10l0 gio a lt r e a t m e n tt a pio c a s t a r c hw a s t e w a t e rwit hc y a nld e a bs t r a c t t a p i o c as t a r c hw a s t e w a t e rc o n t a i n i n gc y a n i d ei sc o n s i d e r e da sac a t e g o r y o f o r g a n i cp o l l u t a n t sw i t ht h ew i d e s td i s t r i b u t i o na n dt h el a r g e s te f f e c tw h i c hh a s b e c o m eo n eo ft h em o s tu r g l e np r o b l e m st ob er e s o l v e di nt h ew a t e rt r e a t m e n t a r e ai ng u a n g x i z h u a n ga u t o n o m o u sr e g i o n t h ea n a e r o b i cb i o l o g i c a lt r e a t m e n ti so n eo ft h em o s t w i d e l yu s e d w a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g i e sa tp r e s e n t i ti sa l s oam a i nt e c h n o l o g yt o t r e a tt a p i o c as t a r c hw a s t e w a t e rh a r m l e s s l yi nc h i n a e x p e n d e dg r a n u l a rs l u d g e b l a n k e t ( e g s b ) r e a c t o ri ss u i t a b l ef o rm a n yk i n d so fw a s t e w a t e r i ti san e w k i n d o fh i g h l ye f f i e c i e n ta n a e r o b i cb i o l o g i c a lt r e a t m e n tr e a c t o rw h i c hw a s d e v e l o p e db a s e do nu a s br e a c t o ro v e rt h ep a s t10y e a r sa n di sw o r t h yo f p r o m o t i o n h o w e v e r , c y a n i d ei nt a p i o c as t a r c hw a s t e w a t e rh a v ea ni n h i b i t i o no n a n a e r o b i cm i c r o o r g a n i s m sa n dc a nh a v eag r e a ti m p a c eo nt h ea n a e r o b i c p r o c e s s t h e r e f o r e ，f u r t h e ri n v e s t i g a t i o na n de f f e c t i v e i m p r o v e m e n t o nt r e a t m e n t t e c h n o l o g i e so ft a p i o c as t a r c hw a s t e w a t e rs h o u l db eo fs i g n i f i c a n c et oc o n t r o l f r e s h w a t e rp u l l t i o n i v i nt h i ss t u d y , t h ee x p a n d e dg r a n u l a rs l u d g eb e d ( e g s b ) w a su s e dt ot r e a t t a p i o c as t a r c hw a s t e w a t e rc o n t a i n i n gl o wc o n c e n t r a t i o no fc y a n i d e u n d e rt h e c o n d i t i o n so f13 4ho fh r t , t h ei n f l u e n c eo fc y a n i d ec o n c e n t r a t i o no nt h e s t a r t u pa n ds t a b l eo p e r a t i o no fe g s br e a c t o rw a sr e s e a r c h e dt h r o u g ht h e c o n t r o lo fc h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ( c o d ) a n d c y a n i d ec o n c e n 仃m i o ni nt h e i n f l u e n t ，t h ep e r f o r m a n c eo fe g s bw a sa s s e s s e dt h r o u g ht h ev a r i a t i o no fc o d ， p h ，a l k a l i n i t y , v o l a t i l ef a t t ya c i d s ( v f a ) a n dm e t h a n ev a r i a t i o nd u r i n gt h e p r o c e s s i no r d e rt oq u a n t i f yt h ei n f l u e n c eo fc y a n i d eo no r g a n i cp o l l u t a n t s r e m o v a la n dt o p r o v i d eb a s i ci n f o r m a t i o nr e f e r e n c ef o rt h ee n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n ，t h ei n h i b i t i o nk i n e t i c so fc y a n i d ei na n a e r o b i ct r e a t m e n to ft a p i o c a s t a r c hw a s t e w a t e rw a s i n v e s t i g a t e d t h er e s u l t sw e r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： d u r i n gt h es t a r t u pp e r i o do fe g s br e a c t o r , c y a n i d eh a da ni n h i b i t i o no n a n a e r o b i cm i c r o o r g a n i s m so ft h eg r a n u l a rs l u d g ei ne g s br e a c t o r , s o m e o p e r a t i n gr u l e si nt h ee g s br e a c t o rv a r yw i t ht h ec o n c e n t r a t i o no fc y a n i d e ，t h e h i g e rr e a c t o rv o l u m el o a d i n gr a t e s ，t h em o r er e m a r k a b l ei ni n h i b i t o r ye f f e c t s f u r t h e r m o r e ，t h er e a c t o rr e q u i r e dl o n g e rr e c o v e r yp e r i o da st h ec y a n i d ed o s a g e t u m e dh i g h e r w h e nt h ef e e d i n gc y a n i d ec o n c e n t r a t i o nw a s5m g - l 1 ，t h er e a c t o r s h o w e dag o o dp e r f o r m a n c eo fb i o l o g i c a lt r e a t m e n t ，w i t ht h er e m o v a lr a t eo f c o dr e a c h e d9 0 ，b i o g a sp r o d u c t i o nr e a c h e da p p r o x i m a t e l y2 0 0m l d - 1 ，t h e i n f l u e n tv f am a i n t a i n e db l o wt h ec o n c e n 仃a t i o no f2 0 0m g l 1 t h er e m o v a lr a t e o fc o da sw e l la sb i o g a sp r o d u c t i o nd e c r e a s e dw h e nt h ec y a n i d ec o n c e n t r a t i o n i n c r e a s e dt oa r o u n d10m g l h o w e v e lr e m o v a lr a t eo fc o dt h ep r o d u c t i o no f v b i o g a sg r a d u a l l yr e c o v e r e do n l yi naf e wd a y s w h e nc y a n i d ec o n c e n t r a t i o nw a s i n c r e a s e df r o m10t o15m g l 1 ，c o dr e m o v a lr a t ew a sd e c r e a s e dt o7 0 4 ，t h e p r o d u c t i o no fb i o g a sw a sa f f e c t e dd r a s t i c a l l y , t h ei n f l u e n tv f am a i n t a i n e d a r o u n d 7 0 0m g l 1 ，v s s t s sd e c r e a s e df r o m0 7 6 1 8t o0 7 2 7 8 ，s m ad e c r e a s e d f r o m9 4 6 0 0m l c h 4 9 1 v s s i d 1t o19 6 9 4m l c i - h 菩1 v s s 1 d 1 ，i n d i c a t i n gt h a t t h ea n a e r o b i cs l u d g ea c t i v i t yw a sd e c r e a s e d ，i na c c o r d a n c ew i t ht h eo b v i o u s d a m a g eo f t h eb a c t e r i al o c a t e di nt h ei n n e rp a r to fs o m eg r a n u l e s t h er e s u l t ss h o w e d 血a 乞d u r i n gt h ep r o c e s so fm a t u r a t i o n ，s o m eo p e r a t i n g r u l e si nt h ee g s br e a c t o rv a r yw i t hc y a n i d e w h e n10m g l 1o fc y a n i d e c o n c e n t r a t i o nw a sf e d ，t h ep e r f o r m a n c eo fb i o l o g i c a lt r e a t m e n tw a s s t i l l s a t i s f a c t o r y , t h er e m o v a lr a t eo fc o ds t a y e da t9 0 ；w h e nt h ec y a n i d e c o n c e n t r a t i o nw a si n c r e a s e da r o u n d15 2 0 m g l 1 ，t h er e m o v a lr a t eo fc o d d e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n go fc y a n i d ec o n c e n t r a t i o n ，a n di td e c r e a s e dt o 7 0 1 b ya tt h e7 0 t hd a y ；w h i l et h ei n f l u e n tv f aw a si n c r e a s e d , t h eh i g h e r c y a n i d ec o n c e n t r a t i o n ，t h em o r ev f aw a sa c c u m u l a t e d ；w h e nt h ec y a n i d e c o n c e n t r a t i o nw a si n c r e a s e dt oa r o u n d2 0 m g l 1 ，t h ei n f l u e n tv f aw a s i n c r e a s e d t oa r o u n d5 5 0 m g l a n d s m ad e c r e a s e d t o8 3 19 m l c i - h g 。1 v s s 1 d 1d r a s t i c a l l y f u r t h e r m o r e ，t h em e t h a n ep r o d u c t i o nd r o p p e dt o av a l u eo f10 5m l d 。1 ；p ho ft h em e d i u mv a r i e di nt h er a n g eo f7 8 8 5d u r i n g t h et r e a t m e n to ft a p i o c as t a r c hw a s t e w a t e rw i t ht h ev a r i a t i o no fc y a n i d e c o n c e n t r a t i o n ，a n dt h ei n f l u e n ts h o w ns l i g h t l ya l k a l i n e f u r t h e ri n v e s t i g a t i o no ni n h i b i t i o nk i n e t i c so f c y a n i d ei na n a e r o b i cp r o c e s s w i f o rt h et r e a t m e n to ft a p i o c as t a r c hw a s t e w a t e rs h o w e dt h a t ：c y a n i d ei n h i b i t i o n c o m p l i e dw i t h w i t ht h en o n c o m p e t i t i o nm o d e l ，w h i c hc a nb ew r i t t e na s t h em o d e lp a r a m e t e r sw e r ee s t i m a t e d b yn o n - l i n e r e g r e s s i o nm e t h o d ，p a r a m e t e r sw e r eo b t a i n e da n dt h ev a l u ew a sd e t e r m i n e da s ： q m a ) 【，k ma n dk ，w e r e1 6 5 3 5m g c o d d q m g 。1 v s s ，7 9 3 1 7 5 3m g c o d l 。1 a n d 15 5 9 5 0m g c n 。l 1 ，r e s p e c t i v e l y t h ee x p e r i m e n t a ld a t av e r i f i c a t i o nf o rt h e m o d e le q u a t i o ni ss a t i s f a c t o r y k e y w o r d s ：t a p i o c as t a r c hw a s t e w a t e r ；a n a e r o b i cb i o l o g i c a lt r e a t m e n t ； e x p e n d e dg r a n u l a rs l u d g eb l a n k e t ( e g s b ) ；c y a n i d e ；a n a e r o b i cd e g r a d a t i o n ； s t a r tu p ；k i n e t i cm o d e l v i i 符号说明 意义 厌氧颗粒污泥膨胀床 升流式厌氧反应器 内循环厌氧反应器 厌氧生物滤池 厌氧流化床 厌氧升流式流化床 厌氧折流式反应器 分集多相厌氧反应器 上流式多级厌氧反应器 总氮 总磷 水力停留时间 化学需氧量 生物化学需氧量 悬浮物 可挥发性悬浮物 挥发性脂肪酸 最大比产甲烷活性 c o d l l 降解速率 最大c o dl l 降解速率 底物饱和常数 x 单位或量纲 m g l - 1 m g l l h m g l 。1 m g l 。1 g - l 一1 g - l l m g l 1 m l c h 4 9 1 v s s - 1 - d 1 m g c o d d - 1 m g - 1 v s s 1 。 m g c o d d 1 - m g 。1v s s 。1 m g c o d l 一1 碍 一 一 形 肛 椰 唧 脚 一 一 科 弘 脚 蚴 鼢 嬲 哪 删 删 脓 意义 底物浓度 c o d 的比降解速率 最大c o d 的比降解速率 氰化物浓度 氰化物抑制系数 x i 单位或量纲 m g c o d l 1 m g c o d d l - m g 1 v s s 。1 m g c o d d 1 - m g 1 v s s 。1 m g c n l 1 m g c o d l 。1 待 s g ， 彤 含膏术| 淀粉废水e g s b 厌氧生物处理的性崩啊f 究 1 1 研究背景 第一章绪论 随着工业化与城市化进程的加快，人们的生活水平不断提高以及人口的快速增长， 工业废水污染问题日趋严重，成为制约国民经济发展的重要因素，影响人们的生活环境， 越来越受到人们的关注与重视。目前，广西含氰木薯淀粉废水是水环境中分布最广，影 响最大的一类有机污染物，该废水的处理已成为废水处理领域里亟待解决的问题之一。 广西是最大的木薯生产基地，据统计，广西木薯生产量达6 0 0 万吨，占全国总产 量的6 5 ；木薯淀粉年产量为5 8 万吨，占全国总量的7 0 以上【。根据常规的生产 工艺，每生产一吨木薯淀粉产生废水1 0 2 0 吨，水质波动较大且成分较为复杂，有机 化合物及悬浮物含量高，p h 值较低，含有的淀粉、蛋白质、有机酸等物质易腐化恶臭， 影响周围环境及居民的身体健康。废水中的c n 离子对微生物具有抑制作用，且即使 氰化物浓度低于0 3m g l 1 仍然会引起大量的鱼虾死- i 三e 2 。因而有必要对木薯淀粉废水 进行处理。 针对木薯淀粉废水的特征，可考虑采用生物处理技术进行处理。其中，目前传统的 废水好氧生物处理技术在废水处理领域里仍然发挥着积极作用，但随着工农业发展，废 水尤其是难降解的高浓度工业有机废水的大量增加，传统的废水好氧生物处理技术已经 不能满足工业废水处理要求；与此同时，由于受到空气污染、异味控制以及能量消耗等 因素的制约，传统好氧处理技术的应用与发展受到了很大的影响和限制。近3 0 年，因 能源短缺问题日趋突出，各国专家为实现废水的有效处理，潜心开发高效率、低能耗的 有机废水处理工艺。在这种情况下，废水厌氧生物处理技术成为废水处理领域里的重要 研究方向之一【】。 近2 0 年，在废水处理领域里产生一批批新型高效废水厌氧生物处理工艺，这些新 型高效废水厌氧生物处理技术具有更为广阔的应用前景。废水厌氧生物处理工艺可产生 能够回收利用的能源沼气，使得这一技术由消耗能源型转变为产能与耗能平衡甚至产能 型，因而，废水厌氧生物处理工艺相对于其它生物处理工艺更加节能、更加能适应目前 废水处理的需求。经国内外学者的研究证实，废水厌氧生物处理工艺对各类废水有很强 的适用性，可处理各类浓度的有机废水【5 】；此外一些研究人员还成功地证实了厌氧处理 工艺在高温以及低温条件下均可成功运行且运转良好【6 13 1 。大多数发展中国家( 包括中国) 1 含鼻。权| 淀粉废水e g s b 厌氧生物处理的性能研究 需要这样费用低廉且简单有效的废水生物处理技术，因而废水厌氧生物处理技术是适合 我国经济发展的一项重要技术。 u a s b 反应器( u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb e d b l a n k e t ) 是我国最常用的厌氧工艺， 它在厌氧生物处理工艺的发展过程中具有十分重要的意义。e g s b 反应器( e x p e n d e d g r a i l u l a rs l u d g eb e d ) 是u a s b 反应器的变形，该反应器具有较高的液体升流速度，使 得反应器在高的水力负荷下，搅拌增强了泥水混合，加强了传质作用，因而e g s b 反 应器可适合处理各种温度及浓度的有机废水【5 - l3 1 ，具有更为广阔的发展及应用前景。因 此，本论文选用e g s b 厌氧生物处理木薯淀粉废水为研究对象，通过研究氰化物对 e g s b 反应器在启动运行阶段及稳定运行阶段厌氧生物处理木薯淀粉废水的影响作用， 建立e g s b 厌氧生物处理木薯淀粉废水的氰抑制动力学，并根据实验数据及氰抑制动 力学定量分析氰化物对厌氧生物处理的抑制作用，以期掌握当氰化物这一毒性物质存在 时e g s b 反应器的启动规律和反应器稳定运行特点，从而探求出高效的木薯淀粉废水 处理技术，实现木薯淀粉废水资源化。 1 1 1 厌氧生物处理技术 纵观国内外木薯淀粉废水的处理现状，从技术、经济角度分析比较各种处理工艺， 采用厌氧生物处理技术为核心的处理工艺较为符合广西的经济运行状况。厌氧生物处理 技术因其具有对高浓度机污染物的去除效果好、能耗低、剩余污泥产量少、产生甲烷等 能源气体及对无机营养元素含量要求低等优点，在处理高浓度有机废水具有明显的优 势，所以厌氧生物处理技术作为木薯淀粉废水的核心处理单元，在广西得到广泛的发展 和应用。 1 1 1 1 厌氧处理的基本原理 厌氧生物处理的基本机理【1 4 】：厌氧微生物在严格的厌氧条件下大量繁殖，利用其代 谢过程，将废水中的有机物转化为少量细胞产物和沼气，以达净化废水的目的。厌氧生 物处理是一个复杂的微生物化学过程，其依靠水解酸化细菌、产氢产乙酸细菌与产甲烷 细菌三大主要类群的的细菌联合作用生成，可粗略地将厌氧过程划分为水解酸化阶段、 产氢产乙酸阶段以及产甲烷阶段三个连续的阶段【1 5 】，图2 1 描述了厌氧过程的三阶段 理论，其三个阶段理论包拼1 6 j ： 第一阶段为水解酸化阶段：在这一阶段，在厌氧菌胞外酶的作用下，复杂的有机物 首先被分解成简单的有机物，如蛋白质转化成为较简单的氨基酸，纤维素经水解转化为 2 含氰床 淀粉废水e g s b 厌氧生物处理的性能研究 较简单的糖类，脂类转化成脂肪酸与甘油等，然后在产酸菌的作用下这些简单的有机物 经过厌氧发酵与氧化转化成为乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类等，参与这个阶段的水 解酸化细菌主要是厌氧菌与兼性厌氧菌； 第二阶段为产氢产乙酸阶段：在该阶段，第一阶段的产物在产氢产乙酸菌的作用下 进一步转化成乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质； 第三个阶段为产甲烷阶段：在该阶段中，产甲烷菌将第一阶段与第二阶段所产生的 物质转化为甲烷、二氧化碳以及新的细胞。 图1 1 厌氧消化三阶段图 f i g 1 - 1t h l e es t a g eo f a n a e r o b i cd e g r a d a t i o n 从理论上讲，厌氧过程分为上述的三个阶段，这三个阶段的反应速度是依据废水性 质而决定，但这三个阶段在常规的废水厌氧生物反应器中几乎是同时进行，并保持着某 种程度的动态平衡，当这种动态平衡被p h 值、温度、有机负荷以及有毒物质等外加因 素破坏时，首先受到抑制的是产甲烷阶段，其结果将会导致厌氧反应进程的异常变化， 甚至会导致整个厌氧反应过程停滞1 7 1 。 1 1 1 2 厌氧生物处理技术的发展过程 人们有目的的利用厌氧生物处理技术已有近百年的历史【18 1 ，其发展可分为三个阶 段。 第一阶段：1 8 6 0 年法国人m o u r a s 1 9 增! 造m o u r a s 自动消化池处理废水中的固体物 质，1 8 9 6 年英国首次出现用于处理生活废水的厌氧化粪池，该技术的出现在厌氧生物 处理的发展过程中具有里程碑的作用【2 0 】。1 9 0 4 年德国的i m h o o f e 2 1 1 将其发展成为腐化池 ( 即i m h o o f 双层沉淀池) ，该工艺至今仍在有效地利用。至1 9 1 4 年，美国建立厌氧消 化池的城市就有1 4 座【2 2 】。在4 0 年代，澳大利亚出现了高效的，可加温和搅拌的厌氧 3 j 。酉大掌硕士掌位论文含氰木 淀粉废水e g s b 厌氧生物处理的性i j 魁研究 消化池，这比双层沉淀池有明显的优势，厌氧污泥和废水的混合得到了明显改善，处理 效率得到了提高。 第二阶段：s c h r o e p f e r 2 3 1 等人在1 9 5 6 年成功的开发了厌氧接触反应器。由于这种 反应器采用了回流，增大了厌氧反应器中的污泥浓度并保持足量的厌氧菌，使得反应器 的有机容积负荷和处理效率显著提高。6 0 年代厌氧滤池( a n a e r o b i cf i l t e r ) 被y o n g 2 4 】 等人成功的开发出来，它是第一个基于厌氧微生物固定化原理的高效厌氧反应器，该厌 氧滤池采用石头作为填料，微生物由于附着在填料表面，反应器内保持了足够的厌氧微 生物，使得厌氧滤池具有较高的处理效率。7 0 年代以来，厌氧处理的最大突破是荷兰 w a g n i n g e n 农业大学的l e t t i n g a 2 5 1 等人成功开发的u a s b 反应器，该反应器由于具有 高的处理效能而成为应用最广泛的厌氧生物处理技术，该技术的出现在废水的厌氧生物 处理技术的发展史上具有划时代的意义。 第三阶段：2 0 世纪8 0 年代后，各国专家们先后成功的研发出厌氧升流式流化床 ( u p f l o wb l a n k e tf i l t e r ) 2 6 1 、厌氧折流式反应器( a m a e r o b i cb a r f e dr e a c t o r ) 、厌氧内循环反 ) 立器( i n t e m a lc i r c u l a t i o n ) t 2 7 、分级多相厌氧反应器( s t a g e d m u l t i p h a s ea n a e r o b i cr e a c t o r ) 2 8 - 2 9 1 以及2 0 世纪9 0 年代初出现的e g s b 反应器【3 0 】，e g s b 反应器通过增加反应器的高 度，以此获得高的上升流速，或采用出水回流增强搅拌来提高污泥床内的泥水混合强度。 总之，厌氧生物处理技术的发展很大程度上提高了厌氧反应器的处理效能和有机容 积负荷，进一步改善了反应器内的泥水分离状况，并且反应器容积的减小以及水力停留 时间缩短使厌氧技术在工业化的废水处理更为有利。同时，提高了污泥浓度以及延长了 污泥停留时间，使得反应系统对不利因素( 如有毒物质、p h 值、冲击负荷) 的适应性增 强，稳定性更好。高效厌氧反应器成为水污染废水控制领域里一项有效的新技术，它的 出现使废水厌氧生物处理技术到广泛的推广与应用。其中e g s b 反应器以处理效率高、 运行稳定、抗冲击能力强、污泥产率高、且投资以及运行成本低等优点【3 ，让人们对其 产生了浓厚的兴趣。国内外关于e g s b 反应器处理高浓度有机废水的研究较多【3 2 - 3 4 ， 并已投入应用，取得较好的处理效果，发展前景较好。e g s b 反应器由于采用出水回流 使得有毒性、难降解物质的浓度稀释，在处理有毒性、难降解废水方面具有一定的优势， 因而e g s b 反应器将是今后难降解的高浓度有机废水高效生物处理工艺的发展趋势。 1 1 2e g s b 反应器的研究与应用 1 1 2 1e g s b 工艺原理及特点 4 含春夕r | 瞳宅粉废水e g s b 厌氧生物处理的性能研究 e g s b 工艺特征：e g s b 反应器是在u a s b 反应器的基础上进行改进的，是 u a s b 反应器与厌氧流化床( a n a e r o b i cf l u i d i z e db e d ) 两种技术的成功组合。它的基本构 造与流化床相似，其特点是高径比大，一般可达3 5 ，e g s b 反应器一般是做成圆形， 主体部分分为反应区与气、液、固三相分离区两个区域，在反应器下部为沉淀性能良好 的污泥形成的厌氧污泥床，上部为气、液、固三相分离器；当反应器运行时，废水从进 水系统进入反应器，向上升流的速度较大；经膨胀的颗粒污泥床时与污泥菌体充分接触， 进行生物降解产生气体后升流至反应器顶部流出：水向上流动过程中与产生的气体形成 良好的自然搅拌作用，并将污泥托起，形成膨胀的污泥床；混合液进入三相分离器后， 气体进入集气室被有效分离排出，清液从沉淀区上部排出，污泥被截留由斜板返回膨胀 污泥床区。 e g s b 工艺具有以下特点： ( 1 ) 高径比较大，占地面积小，可维持较高的液体表面上升流速( 5 1 0m h 1 ) ，反应 器内的颗粒污泥凝聚和沉降性能好，机械强度高，能够在高负荷下获得高处理效率。 ( 2 ) 反应器对三相分离器要求较为严格，在高的水力负荷条件下，搅拌强度增大能 保证污泥与废水充分混合，加强传质作用：抗冲击负荷能力强，运行稳定性好；还可避 免反应器内死角及短流现象，处理效能高。 ( 3 ) 反应器采用出水回流系统，回流可稀释进入反应器内高浓度有机废水的基质浓 度和有毒物质浓度，降低其对微生物的抑制和毒害作用，对于低温或低浓度有机废水， 回流还可提高反应器的水力负荷，提高处理效率，因而对处理低温低浓度的有机废水也 有显著效果。 1 1 3 木薯淀粉废水的特征及对环境产生的影响 木薯是一种富含淀粉的块状作物，它的块根富含淀粉，是生产淀粉的主要原料：木 薯烘干后的淀粉含量可达9 0 以上，目前被认为是世界上非常重要的经济作物。7 0 的木薯生长于非洲、美洲、亚洲的南北纬3 0 。之间的热带和亚热带地区【3 7 1 ，在我国种 植木薯的省份主要有广西、海南、广东、福建和云南等省区，其中，我国种植木薯的最 大省份是在广西，2 0 0 6 年，广西木薯种植面积就达4 2 6 亩，占全国总量的6 0 以上， 鲜木薯产量达7 0 0 万吨【38 1 ，广西木薯收获后，部分就近送到工厂加工制成酒精、淀粉 以及变性淀粉等加工产品。 广西木薯淀粉加工企业大多属于中小型企业，主要是针对新鲜上市的木薯进行加 5 含鼻u 怜| 淀粉废水e g s b 厌氧生物处理的憎j 毛研究 工，生产期一般为每年的1 1 月至来年的2 月。木薯淀粉加工的生产过程可分为七个 工序，这些工序依次为：木薯的洗涤、木薯的破碎、纤维洗涤和提浆、蛋白质分离及精 制、淀粉脱水、干燥、封装【3 9 】。在生产木薯淀粉的过程中，不同的生产工序产生不同的 废水，从生产工序可知，木薯淀粉废水的来源主要包括两个方面：木薯的洗涤过程， 该过程废水含有大量沙土、薯皮及少量的木薯汁。淀粉加工分离过程，该过程产生 的废水含有高浓度有机物、残量淀粉及少量氰化物，此过程产生的废水是木薯淀粉厂污 染的主要来源。 木薯淀粉废水属于高浓度有机废水，与其他废水相比，木薯淀粉废水有以下特点： ( 1 ) 木薯淀粉废水水量大，每生产一吨木薯淀粉，要产生废水1 0 2 0m 3 ；p h 值较 低，一般在3 8 5 2 ；c o d 浓度高，可高达2 5 0 0 0m g l 。 ( 2 ) 木薯淀粉废水含有高浓度有机物，这些有机物多呈悬浮状、胶状，部分呈溶解 状，它们处于有机物转化的过渡阶段，具有不稳定和耗氧量高的特点。 ( 3 ) 木薯淀粉废水具有丰富的营养物如淀粉微粒、蛋白质、纤维素、有机酸和无机 酸等物质；t s s 一般在3 0 0 0 1 5 0 0 0m g l 以之间，b o b 5 c o d c r 0 5 ，具有很好的生物 降解性。 ( 4 ) 新鲜木薯淀粉废水中含有微量的氰化物，其浓度多在5 3 5m g l 。【4 0 喇1 不等， 氰化物对厌氧微生物具有很强的毒性作用，会对厌氧生物反应产生很大的抑制作用。 因此，如果木薯淀粉废水未经处理，直接排入水中，会消耗水中大量的溶解氧，使 藻类及水生生物大量繁殖形成稠密的藻被层，造成水底严重缺氧；同时大量死亡的藻类 沉淀在底部，进行耗氧分解，使水中溶解氧下降，甚至缺氧；废水中含有蛋白质及有机 酸等物质极易腐化，散发恶臭，影响沿岸的空气环境，对当地环境及周围居民的身体健 康造成严重的危害。此外，新鲜木薯淀粉废水中含有微量的氰化物，会引起江河中的鱼 虾类中毒死亡。因而，对木薯淀粉废水进行有效处理及回收利用成为广西环境中亟待解 决的问题。 1 1 4 木薯淀粉废水的治理现状 木薯淀粉废水是一种水质水量变化较大的高浓度有机废水，其处理的工艺主要有物 化法、生物法及絮凝生物法相结合。 1 1 4 1 物化法( 絮凝沉淀法) 絮凝沉淀法的主要处理对象是水中的胶体杂质和微小悬浮物，目前也用来处理木薯 6 含氰木| i 淀粉废水e g s b 厌氧生物处理的性_ j 毛研究 淀粉废水，且是木薯淀粉废水预处理工艺常用的方法之一。 絮凝沉淀法处理木薯淀粉废水，不受水质变动及温度变化的影响，出水水质稳定， 且具有基建投资费用少、工艺简单、操作容易、能够回收有价值的黄浆等优点，但该法 相对于生物法，混凝剂价格贵，去除效率不高，容易引起二次污染，需要和其它的废水 处理方法结合使用，才能使废水达到排放标准。 1 1 4 2 生物法 生物法处理木薯淀粉废水是一种最经济、最常用的处理方法，其主要的工艺形式有 好氧处理、厌氧处理、物化与生物结合处理等。 ( 1 ) 厌氧生物法 随着科技的发展，运用厌氧生物处理技术处理木薯淀粉废水取得了良好的效果。 目前厌氧生物技术主要包括u a s b 反应器、e g s b 反应器、厌氧生物滤池( a n a e r o b i c b i o l o g i c a lf i l t r a t i o np r o c e s s ) 、i c 反应器、厌氧塘及复合厌氧反应器等。 实践证明，厌氧生物法具有对高浓度机污染物的去除效果好、能耗低、剩余污泥产 量少、产生甲烷等能源气体、对无机营养元素含量要求低等特点，非常适合处理高浓度 有机废水，因此，厌氧生物处理技术可作为木薯淀粉废水生物处理的核心处理单元，去 除废水中的大量有机物。广西在利用厌氧法处理木薯淀粉废水的试验和工程中，多采用 厌氧生物处理技术作为木薯淀粉废水的核心处理单元。 ( 2 ) 好氧生物法 采用好氧生物技术法对木薯淀粉废水进行处理的工艺主要有氧化塘多级发酵工艺、 流化床生物反应器等。研究表明，运用氧化塘法处理木薯淀粉废水，水质基本洁净，可 重新回用做洗薯废水，但氧化塘多级发酵工艺处理效果容易受温度的影响：废水中的有 害成分渗入地下污染地下水且容易产生恶臭影响周边居民的生活环境， 与厌氧生物法相比，好氧生物法存在着许多的缺点：需充氧，耗能大，且处理废水 的c o d 浓度越高，消耗能量就越多；好氧生物处理适合处理低浓度废水，因而利用好 氧生物技术处理高浓度有机废水时，往往需要与厌氧工艺相结合使用