（环境工程专业论文）常温egsb工艺在城市污水处理中的应用及其后续工艺的研究.pdfVIP

摘要 本文对e g s b 反应器及其后续工艺在常温下处理城市污水的工艺和机理进 行了较为全面的研究 f 在进水c o d 浓度为1 7 4 1 5 7 5 4 r a g t 进水容积负荷为 o 2 8 3 4 8 k g c o d m s d 温度为1 4 5 2 5 5 的条件下 采用消化污泥进行接种 接 种泥量为1 6 1 9 s s l 时 e g s b 反应器在1 0 5 天后完成启动 形成明显的颗粒污 泥 常温条件下 采用e g s b 处理城市污水 在进水c o d 浓度为1 4 3 4 2 9 3 6 m 叠 l 进水容积负荷为0 8 8 9 3 8k g c o d m 3 d 水力停留时间为1 1 4 6 0 9 h 时 反应器 对c o d 的平均去除率为2 5 8 有机物的去除应以颗粒污泥的吸附 吸收作用 为主 而厌氧生化过程主要停留在水解阶段 7 影响e g s b 处理效果的主要因素有温度 上升流速 水力停留时间 进水 浓度及有机负荷 温度升高1 0 c o d 去除率相应增加z o e 右 上升流速的 增加能够提高去除效果 而水力停留时间对去除率的影响不大 停留时间为1 1 5 h 时 反应器的运行效果最好 进水浓度及有机负荷的提高有利于对c o d 的去除 颗粒污泥的研究表明 在没有回流的e g s b 反应器中 用经过一沉池的城 市污水培养的成熟颗粒污泥的粒径基本在0 5 1 5 m m 最大为3 0 m m 颗粒污泥 的活性较低 培养出的颗粒污泥有巨大的比表面积 利于对有机物的吸附与吸收 对与e g s b 串联的三种后续处理工艺进行了比较研究 结果表明 采用a f 工艺出水不能保证c o d 2 09 1 0 0 3 5 1 2b o d6 3 1 4 s s8 0 1 2 8 4 5 45 8 2 6 3 2 0 0 3 9 31 8 3 7 60 3 1 oc o d1 0 0 3 0 06 0 1 5 2 采用u a s b 及e g s b 反应器处理城市污水或生活污水的现状 u a s b 是目前应用最为广泛的厌氧处理工艺 参见图1 2 也是 种工艺 研究较为成熟的反应器 作为第二代高效厌氧反应器的代表 必然会对其在城市 污水和生活污水的处理上开展大量的研究工作 l e t t i n g a 等人在1 9 7 9 年就开始了u a s b 反应器处理生活污水的研究 在哥 伦比亚的c a l i 市建成了第一个生产性的u a s b 处理厂 处理能力是1 0 0 0 人1 2 1 当 量 c a l i 市的生活污水全年的平均温度为2 5 在进水平均c o d 为2 8 6 m g l 时 水力停留时间为4 8 h c o d 的去除率达到8 0 左右 到目前为止 已经在巴西 哥伦比亚 印度等热带地区国家建成了用u a s b 工艺处理城市污水的生产厂 关于应用u a s b 反应器处理城市 生活污水的研究状况可参见表1 2 但在温带 地区 常年污水的温度在1 0 2 5 c 范围内的地区 采用u a s b 处理城市污水的应 用结果并未见报道 这主要是由u a s b 反应器的运行特点所导致的 u a s b 优于 其它类反应器的特点就在于它采用升流式的运行方式及产生的生物气的自然搅 拌作用为反应器内部提供了良好的泥 水接触 l 但在低温 低浓度的废水处理 中 污水的产气量有限 仅利用上升水流的搅拌作用不足以使反应器内的泥水得 到良好的混合效果 因此限制了u a s b 反应器的推广 作为其改进工艺的e g s b 反应器 目的就是为了克服u a s b 工艺在低温 低浓度废水处理中的不足 从上升流速的角度出发 通过反应器内颗粒污泥的良 好沉淀性能的保障 加大了反应器内的上升流速 从而改善了反应器内的水力搅 拌条件 这样 来不仅使反应器在没有大量生物气搅拌贡献的情况下保证了泥水 问的混合效果 而且对进水系统的布置设计要求降低了 因此在1 9 9 6 年6 月于 新加坡召开的第1 8 届国际水质协会 i a w q 双年大会上 e g s b 被与会的各国 专家 学者认定为今后最有希望获得发展的工艺之一i l 7 1 丕堡奎堂堡主兰垡堡兰 一 媳 赵 至至至至墨夏蚕夏匿基匿匿匿匿匿匿匿茎墨蒌 副疆 grb粼议 稚抑 jj j 3吾 3 i j g 3 o 普 r t j 粤黑黑壶 翅 岖 娶饕器量 一一n 譬釜22小l i 芙心2 鐾器罱等瓮葛2 葚垂量 一l ll l il lli 寸1 3liii 1 苫暑宗 蓦s i 答 l 霉g 鬟饕i i 善器云 b ni n 卜 一 摹 萤萝 薹妻g 薹妻薹蒌薹妻i 罄喜饕重要蒌昌兰昌 料 一 篮 舶 凸 西ono 乱ni n 寸n o 宝s 冀gs 暹 黧gz 3 芝 芝3 昌s 瓮嚣8 u i n 寸寸寸n卜nn 一 班旦 葛乱奏篁詈量鼍笃 蒌寸嚣 羔景莩誉i r 鲁g 舳 熏熙来k 盈笤器昌为吕8笤昌昌翌呈呈呈为墨i 器蓦写 蝼蝤燕 h i i 堇童童耋塞藿蔓景塞善羹善i i 嚣莩蚕蚕 蛊 e 堇堇薹重要萋萎喜譬妻喜i 熹耋善基基z 蓦荨毫 量 鸯一 趟 避 制 凸 量萋季蚕萋薹萋重 萋萋尊 萋交夏吾i 誊蚕墨 o u 髫笆 凸一兰瓮竺一0 0 旦 n 昌昌竺篇焉2n2 啦9 i 昌蜀蚤星量三三高基圣蚤星誊蓦吴三 墨墨兰 基蒹娶鼍 昌昌爿罢譬心昌葛 i 譬强莒虽瓷旨竺2 ooooooooo一 剖 斟 土 i 怔棹槔枢挺框框牮柱稼盏口盈岳柱柱牮棹框挺 捌 葵悬碌器求希g 烬烬州 仨繇斟文稚通谜 o叫娶 f1旺毯n i搽 墨堡查兰堡主堂生堡兰 一 熙蛉趟 奥状 fs 赋蛉巢鬃状 o 赠贮甚涎最 iso 毒 鲻长惰僻 oz 导熙蛉熏鲻一婪逝蝰贬搽长惰垛 i 母蝌 器怒 斗鬲 嗣篇 嚣 篇暑高篇 牵萃雳器雳甥箦雳器箦雳箦 壶壶詈毒詈詈呈宝普普詈詈 88t 葛癸 nn 兰2 爻 ji爻爻xilf 寸 n 一 孽1 是8 磊磊i 星董詈是 口卜 寸卜 譬n1 罄6 峥竣18 若1 小豺1心磊嵩蚤l 墨暑1 耄 宗8 夏芝 芝美 路 小 寸 n 一 t n 黑夏暑暑景暑暑暑藿 2 if 驾写2 旨答昌罄i 2 一 l i 銎蠹暑言罱器量簿未 f 霎曼 鲁专诗彗蓦誊l l i 姜茎量荨童毫娶至荨量 j i o 羹葛弩量o o 量o o 舄曼曼l 誊童量 ho6d62 西1 s 茸翻叫 星馨暴器蓁器裂婆鍪警警器 n i 啭蝼 天津大学硕士学位论文 而从表1 2 可以看出对于e g s b 工艺来说 处理城市污水还处于试验室的 研究阶段 而且大量的研究结果还是以配水试验取得的 研究重点放在了反应器 本身的工艺特征上 对实际城市污水处理的应用研究还处于起步阶段 还有许多 工作尚待进行 近年来 国内的一些单位也注意到了厌氧工艺的强大前景 开展了城市污 水厌氧处理的研究工作 北京环境保护科学研究所开发了厌氧水解 好氧工艺 3 并在北京高碑店建成了处理1 8 0 0 m 3 d 规模的示范工程 以改进的u a s b 反应器 即水解升流式污泥床 h u s b 反应器作为厌氧段的主体 但总的说来 我国在 这方面的研究还不多 且利用e g s b 工艺处理城市废水或生活污水的报道也仅限 于王凯军在荷兰所作的试验结果上 4 因此利用e g s b 这种新型的高效厌氧反 应器处理城市污水将具有广阔的研究前景和实际意义 第二节厌氧工艺的发展及e g s b 的工艺特征 一 厌氧消化微生物学发展 在废水的厌氧处理过程中 废水中的有机物经大量微生物的共同作用 被 最终转化为甲烷 二氧化碳 水 硫化氢和氨 这一过程是一个由多种微生物种 群共同作用的生物化学过程 b e c h a m p 于1 8 6 8 年首次从微生物学的角度阐述了 甲烷的形成机理 1 8 7 5 年 p o p o f f 较系统地研究了由各种底物发酵产甲烷过程 但由于当时微生物学技术的局限 没有人能由发酵液中分离出纯的菌种 因此对 厌氧过程并没有深入的认识 1 9 6 7 年 b r y a n t 4 l l 发现乙醇转化为甲烷的过程并非 如人们认为的由一种微生物完成 而是由两个共生菌一起完成的 其中一种微生 物把乙醇转化为乙酸和氢气 而另一种利用氢气把二氧化碳转化为甲烷 4 1 l 这 一理论即现在所说的二阶段理论 这一理论的提出为厌氧工艺的实际应用提供了 良好的指导作用 到1 9 7 9 年b r y a n t 等人又提出了厌氧消化的三阶段理论 如图 1 1 所示 在三阶段理论中 复杂有机物的厌氧分解过程是先经过水解和发酵的 阶段生成脂肪酸 醇类等 再通过产氢产乙酸细菌将丙酸 丁酸 乙酸等转化为 乙酸和h 2 c 0 2 最后产甲烷细菌再利用乙酸和h 2 c 0 2 产生c h 4 在b r y a n t 提出 三阶段理论的同时 z e i k u s 等人提出了厌氧消化的四种类群理论 如图1 1 这 四个代谢菌群是 发酵菌群 产氢产乙酸菌群 同型产乙酸菌群和产甲烷菌群 无论三阶段理论还是四种类群理论实质上都是二阶段理论的补充和发展 4 这 样的划分使人们对厌氧消化的连续协调的微生物学过程有一个更加明确的了解 从而有利于实际应用中的操作控制与进一步的深入研究 天津大学硕士学位论文 图1 1 厌氧消化降解途径 注 图中所标数字为反应过程中所涉及的细菌菌群 1 发酵细菌群 2 产氢产乙酸菌群 3 同型产乙酸菌群 4 利用h 2 c 0 2 产甲烷菌群 5 利用乙酸产甲烷菌群 二 现代高效厌氧反应器的发展 事实上 采用厌氧方式处理污水要比好氧处理污水的历史更长 第一篇有 记载的报道是在1 8 8 1 年1 2 月 法国 宇宙 杂志上描述了从1 8 6 0 年开始的法 国工程师m o u r a s 采用厌氧方法处理经沉淀的固体物质1 4 3 1 8 1 9 0 4 年德国的 i m h o f f 将其发展成为i m h o f f 双层沉淀池 即腐化池 s e p t i ct a n k p 9 1 同年 英 国的t r a v i s 首先在英国的汉普顿建成了双层沉淀池 8 o 在1 9 1 0 年至1 9 5 0 年间 高效的 可加温和搅拌的消化池得到了发展 其比腐化池有明显的优势 s c h r o o p f e r 首先提出把好氧活性污泥法流程引入厌氧处理工艺 1 9 5 5 年 他与合 作者1 4 4 开发出了厌氧接触法工艺 a n a e r o b i cc o n t a c tp r o c e s s 来处理有机废水 它的出现是厌氧处理中的一大突破 并被认为是现代高速厌氧反应器的开端 这 些反应器被称为第 代的厌氧反应器 二十世纪7 0 年代 由于能源价格的上涨 减少了好氧工艺的吸引力 而使 人们的注意力重新集中到了能节约能源的厌氧工艺中来1 4 随着人们对厌氧发 酵理论研究的日益深入 使厌氧技术的发展有了深入的理论指导 高效厌氧处理 天津大学硕士学位论文 系统必须满足的条件之一便是箕内部应傈持大量的厌氧污泥 依照这一原刘 人 们成功韵歼藏岛了第二代沃畿反应器 这些反应器包括 获氧滤池 a n a e r o b i c f i l t e r 简称a f 升流式厌氧污淀鼷 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 篱称u a s b 反 应器 庆氧流亿冻 a n a e r o b i cf l u i d i z e db e d 篱称a f b 拔氧辫羲貘膨胀床 a n a e r o b i ca t t a c h e df i l me x p a n d e db e d 麓穆a a f e b 反应器 厌氧生物转盘 a n a e r o b i cb i o l o g i c a lr o t a t i n gd i s c 麓琴錾a b r d 秘厌糕拆漩扳反疲器 2 5 m h 而u a s b 反应器的上升流速通常 9 8 低浓度酒精废水 3 0 22 51 0 0 2 0 00 0 9 2 14 7 3 9 28 3 9 8 酒精废水 3 02 1 8 1 385 0 0 7 0 0o 5 2 16 4 3 2 45 6 9 4 啤酒废水1 5 2 02 2 5 56 6 6 8 8 6 1 6 2 49 1 0 17 0 9 1 低温麦芽糖废水 1 3 2 02 2 5 52 8 2 1 4 3 61 5 2 14 4 1 4 65 6 7 2 蔗糖和v f a 废水 88 65 5 0 1 1 0 045 1 6 79 0 9 7 而对城市污水和生活废水这种复杂的 低浓度废水的研究还处于试验室阶段 未 见有应用报道 第三节本研究的目的与试验内容 如前所述 e g s b 工艺是l e t t i n g a 教授在其u a s b 反应器的基础上改进而成 的 其主要特征即为拥有比u a s b 反应器更大的高径比 从而使得其上升流速 更高 加大了反应器内部的泥水混合效果 提供了更好的紊流状态来强化污水与 污泥f b j 的传质效率 为污水的厌氧处理提供了新的选择 作为城市污水 其进水浓度低 处理装置运行在常温条件下的特点一直是 天津大学硕士学位论史 厌氧工艺处理的难点 从表1 2 中不难看出 目前的主流厌氧反应器为u a s b 且其应用主要集中在热带地区 这与厌氧过程受温度影响较大的特点吻合 而在 温带地区 采用厌氧工艺尤其是e g s b 工艺的处理还处在试验室研究阶段 距实 际应用还有一定的距离 国内还没有采用e g s b 工艺处理城市污水这类低浓度废 水的研究及工程实例 因此 本次研究希望通过在纪庄子污水处理厂的现场小试 试验来解决以下几个方面的问题 1 采用e g s b 工艺在常温条件下处理城市污水处理厂一沉池出水的可行性 及其工艺运行的影响因素 并对工艺处理的特点进行分析以掌握e g s b 工艺对低 浓度污水处理的途径 2 通过对反应器内颗粒污泥的外形及活性研究 探讨低浓度下颗粒污泥的 形成及其特征 3 通过对不同后续工艺的研究比较 选择适用于城市污水处理的组合工艺 系统 4 对e g s b 反应器的基质降解 微生物增长动力学进行讨论 天津火学硕士学位论文 第二章试验装置及方法 第一节试验装置及污水特征 一 试验装置 为了获得更好的可行性研究效果 本次研究采用现场试验的方式进行 直 接采用纪庄子污水处理厂的一沉池出水进行试验研究 整套工艺的装置图如图 2 1 所示 e c s b a m 厌氧 圩氧 酒柱活睦污艳浊 图2 1 试验装置图 各反应器的尺寸如下 1 e g s b 反应器采用透明有机玻璃柱加工而成 反应区高2 0 0 m 内径 1 5 0 m m 截面面积为o 0 1 7 6 6 m 2 体积为3 5 3 2 5 l 三相分离区高o 8 0 m 内径 1 8 5 r a m 体积为2 1 4 9 4 l 放缩段高o 0 3 m 体积为0 6 6 8 l 整个反应器的总体 积为5 4 8 l 在反应柱上 距底部每3 0 0 m m 设置一个取样口 共设置了5 个取 样口 以取泥床部分的泥样进行分析 2 厌氧 好氧 滤柱 采用透明有机玻璃柱加工而成 内径2 0 0 r a m 高 1 3 0 体积4 0 8 2 l 3 活性污泥池的运行采用间歇运行的方式 采用透明有机玻璃柱加工而 成 内径为8 0 m m 有效的体积为2 l 天津大学坝i j 学位论文 e g s b 反应器采取连续进水连续出水的方式运行 流量用转予流量计测定 并在出水处用秒表 量筒校正 e g s b 反应器的产气用湿式气体流量计来记录累 计产气量 e g s b 的出水通过一高位水箱分流分别进入滤柱和活性污泥反应器 最后出水排入下水道中 一 所处理污水的特征 本次试验采用纪庄子城市污水处理 一沉池的出水 由于试验规模较小 整个装置中的管路管径较细 为了保证系统的运行稳定性 在进水水箱处加了一 道纱网 以防瓜壳 纸屑等粗大颗粒物进入系统引起堵塞 除此以外未对来水作 任何处理 整个试验期间的来水水质如表2 1 所示 表2 1 试验用水水质一览表 项目最大值最小值平均值 温度 2 6 51 42 0 c o d c m 叽 5 7 5 4 21 4 3 4 02 5 0 6 0 t o c m g l 8 5 62 55 6 7 s s m l 4 8 42 81 0 7 4 n h 4 n m l 5 5 4 2 总磷 m r d l 1 0 1 硫化物 m l 1 7 23 1 87 5 5 从表中可以看出 试验所用污水的一大特点便是有机物含量偏低 c o d 的平均 值才2 5 0 6m g l 总有机碳 t o c 的浓度也仅为5 6 7m g c 相对而言 水中 的氨氮 总磷等营养物质的含量均能满足采用生物法进行处理的要求 处理的污 水的s s 含量为1 0 7 m g c 三 接种污泥 接种污泥的优良特性是e g s b 反应器能否成功启动的先决条件 所谓接种 污泥的特性包括污泥种类 接种量 沉降性能和活性等 由于本试验的主要目的 之一是e g s b 在常温条件下在城市污水处理中的应用 因此 试验采用的接种污 泥的选取还要考虑到其经济可行性 综上考虑 反应器内接种污泥取自纪庄子污水处理厂消化池的厌氧污泥 接种前未经任何预处理 所取污泥呈黑褐色 为细小的絮状体 沉降性能并不很 好 接种时污泥床的高度为1 2 m 占整个反应区的6 0 这主要是考虑到在上 流式的运行方式下 容易在启动过程中将某些沉降性能较差的污泥冲刷出反应 器 因此接种的污泥量较大 接种的污泥浓度为2 6 8 7 8 m g s s l 接种污泥量为 5 6 9 6 8 9 s s 接种污泥的活性并不高 其v s s s s 值仅为o 5 1 这与当时污水厂消 化池的运行不稳定有关 由于试验初期的条件所限 未对污泥的比产甲烷活性等 天津大学硕士学位论文 数据进行测定来进 步说明接种污泥的性能 这也是小试阶段试验的一处失误 第二节监测项目及分析方法 整个试验过程中 主要进行检测分析的项目和方法如下 1 c o d c 包括取进出水直接测定的总c o d c 记为c o d t o l 以及将进出水用 中速定量滤纸过滤后测定的c o d e 记为c o d s l 这一部分c o d 值是c o d t o i 过滤掉悬浮c o d 后所得到的 c o d c 的测定方法采用g b i1 9 1 4 8 9 重铬酸钾 法 2 p h 值 测定进出水p h 采用h a n n ah 1 9 3 2 1 和精密p h 试纸测定 3 s s 重量法 在1 0 5 下烘干至恒重进行测定 4 进水流量 转子流量计 5 产气量 用3 n a o h 液吸收后用湿式气体流量计 6 温度 普通水银温度计 7 t o c 日本岛津t o c 一5 0 0 型总有机碳分析仪 8 硫化物 g b t 1 6 4 8 9 1 9 9 6 亚甲基蓝分光光度法 9 污泥重金属含量 取一定量的污泥 在烘箱内烘干 用浓硝酸消解后用原子 吸收法进行测定 采用日本岛津a a 6 8 0 原子吸收仪 l0 厌氧污泥活性 试验装置如图2 2 所示 取适量污泥 o 7 0 9 9 v s s 放入三 角烧瓶内并加8 0 m l c o d 浓度为5 0 0 0 m g l 左右的葡萄糖营养液 温度控制在 2 5 c 左右 调节p h 值在7 0 左右 史式发酵管内装4 n n a o h 饱和食盐水 通过读取管中的气体体积读数 记为产甲烷的量 每小时记录一次 连续记 录不小于1 0 小时 作累计产甲烷曲线后计算最大比产甲烷速率和最大比c o d 去除率 6 1 图2 2 厌氧污泥最大比产甲烷速率测定装置示意图 天津大学硕十学位论文 第三节试验进程安排 由于本次试验是以研究e g s b 反应器在城市污水处理中的应用为主 因此 试验的重点放在了e g s b 反应器对有机物去除的研究上 整个试验从2 0 0 1 年3 月9 日e g s b 反应器进水开始 到1 2 月9 日完成后续工艺的研究为止 共历时 9 个月 具体的进程安排如下 1 按照u a s b 工艺的运行方式 以较低进水流量 1 5 0 2 0 o l h 和进水负 荷 o 2 8 3 4 8k g c o d m 3 d 启动反应器 以颗粒污泥的出现及污泥床层的良好 膨胀性能作为启动完成的标志 主要探讨常温 1 4 2 5 条件下e g s b 反应器 的启动所需要控制的运行条件及反应器内部污泥的变化情况 掌握e g s b 反应器 的启动周期 2 在经过1 0 5 天反应器启动完成以后 通过逐步加大进水流量 从2 0 l m 增 加到4 8 l h 增加反应器的进水容积负荷 从3 4 8 9k g c o d m 3 d 增加到9 k g c o d m s d 左右 讨论在没有出水回流的运行条件下 e g s b 反应器对有机物 的去除效果 去除机理以及所能达到的最高有机负荷 寻求各种运行参数对 e g s b 去除效果的影响 以掌握应用e g s b 工艺处理城市污水时的控制因素 3 在反应器稳定运行阶段 对常温 低浓度 没有出水回流的运行条件下培 养出的颗粒污泥的理化 微生物学性质进行研究 进一步证明在极短的水力停留 时间下 有机物的去除方式并对颗粒污泥的形成进行探讨 为迸一步试验提供参 考 4 在e g s b 反应器的运行稳定后 进一步探讨合适的后续工艺 分别对厌氧 滤柱 好氧滤柱及活性污泥法进行研究 主要以保证出水水质 运行管理简单来 作为对后续工艺的评价 作出简单的技术经济比较 找出适合于在常温条件下处 理城市污水的整套工艺的运行参数 天津大学硕士学位论文 第三章e g s b 反应器对城市污水的试验研究 第一节e g s b 反应器的启动过程 一 反应器的启动运行状况 从3 月9 日开始 厌氧反应器 e g s b 开始进水运行 反应器内的接种 污泥取自纪庄子污水处理厂消化池的厌氧污泥 接种时污泥床的高度为1 2 m 考虑到所采用的接种污泥为厌氧消化池的排出污泥 而且此时由于污水厂消化池 的运行并不稳定 其污泥活性较低 因此试验开始的第一周 3 月9 日一3 月1 5 日 采用间歇运行的方式 白天以低于5 l 胁的流量进水 晚间停止迸水 其主 要目的是为了使接种污泥恢复活性以适应所要处理的污水 从3 月1 6 日开始连 续进水运行 进行工艺的启动运行 反应器的启动阶段主要监测的试验参数有 流量 进水水温 进出水的p h 值 进出水的c o d c 从4 月2 日开始加 测进出水的溶解性c o d c 进出水s s m l s s 与m l v s s 污泥的镜检 6 月2 1 日 即运行的第1 0 5 天 在反应器内出现了较多的颗粒污泥其粒径 为0 5 m m 左右 而且整个反应器内污泥床处于较好的膨胀状态 污泥床的高度 由0 9 m 膨胀到1 3 m 膨胀率为4 4 在总停留时间为2 7 4 h 反应区停留时间 为1 7 7 h 上升流速为1 1 3 m h 的条件下 已经超过了u a s b 传统定义的上升流 速牛1 0 m h c o d 的平均去除率能稳定在3 1 6 出水c o d 以过滤计的平均去 除率达到4 5 8 通过所查文献l l j 的比较 认为反应器的启动已经完成 由于城 市污水的进水浓度较低 而且本次试验的主要目的之一是探讨e g s b 反应器在常 温条件下对城市污水的处理可行性 因此在考虑到寻求更切实际的启动方式时 在启动阶段并没有对所采集污水进行任何的处理而且对反应器也未做保温 加热 措施 因而启动周期较长 为1 0 5 天 但与现有试验室研究及实际应用的厌氧工 艺启动周期比较而言 通常为1 6 个月 仍然可认为是较为合理的启动时间 整个启动阶段的具体试验运行工况如表3 1 及图3 1 3 2 所示 整个启动 阶段可以分为三个阶段 第一阶段为启动滞后期 这一阶段是从污泥接种以后算 起到反应器中有稳定的污泥层界面形成为止 从实际运行状况看来 这一阶段历 时约1 个月左右 从3 月9 目到4 月5 日 在这一阶段对进水流量的调节变化 较大 主要目的就是为了在反应器内形成一个稳定的污泥床体 第二阶段为颗粒 污泥出现期 即反应器内的污泥从松散的絮状体逐渐发展到出现密实的颗粒污泥 的过程 直到可以观察到有明显肉眼可见的颗粒污泥出现为止 这一阶段的历时 较长 为2 个月左右 从4 月6 日到6 月5 日 从5 月1 5 日起就可以发现从反 天津大学硕士学位论文 应器中取出的污泥在显微镜底下能够看到相当密实的聚集体 并且有相当明显的 界限 到6 月5 同即可看见有肉眼可见的颗粒状的污泥出现 大小约在o 3 m m 应右 但数量并不多 第三阶段为颗粒污泥的发展期 有的文献 6 1 上把启动的周 期定y y j 反应器内颗粒污泥完全成熟 有的文献则把颗粒污泥 5 8 的出现定义为 启动结束的标志 本文认为对一个反应器的启动 关键是看其运行情况是否能够 稳定 对e g s b 反应器而言还要看反应器内的污泥床体的稳定膨胀情况 因此 本试验把在进水流量为2 0 0 l h 上升流速为1 1 3 m h 时 以u a s b 的上限运行 流速下 反应器能够取得稳定的去除效果 而且污泥床层的膨胀性能良好的情况 作为启动完成的标志 这也与某些文献 5 8 j 中所说的 对以消化污泥接种启动的 e g s b 反应器先以u a s b 的方式运行启动的概念是一致的 在这半个月的时间里 反应器内的颗粒污泥得到了进一步的发展 颗粒污泥的含量增加 镜检结果发现 约有3 0 左右的污泥呈明显的颗粒状 而且在这一阶段 进水容积负荷加大的情 况下 反应器仍然能够稳定运行 表3 1e g s b 反应器启动阶段的运行情况表 运行数值分流量温度水力停上升进水出水进水c o d 容积 时间布 q l h t 留时间流速 p hp h 负荷 h r t h v u d值值 k g c o d m 3 d m h 最大值6 6 01 7 02 3 5 50 1 3 71 8 5 3 1 6 最小值1 5 01 4 55 3 5o 0 8o 2 8 3 2 7 平均值 3 5 21 5 41 1 7 8 0 2 07 2 87 5 5o 8 3 最大值 1 0 5 01 5 01 0 1 5 0 5 92 5 4 3 2 8 最小值 5 4 01 4 55 2 2 0 3 11 0 9 4 5 平均值 7 4 01 4 97 8 30 4 27 3 9 7 5 31 8 2 最大值 1 1 o2 4 04 9 80 6 23 3 2 4 6 一一 最小值 1 1 o1 5 04 9 80 6 21 5 2 5 2 5 平均值 1 1 o1 9 74 9 80 6 27 3 17 5 32 3 6 最大值 1 8 02 5 o3 0 41 0 23 1 7 5 2 8 最小值 1 8 02 4 53 0 41 0 22 7 7 6 5 平均值 1 8 o2 4 83 0 41 0 27 2 57 4 52 9 1 k 最大值 2 0 o2 5 52 7 41 1 33 4 8 最小值 2 0 o2 5 02 7 41 1 32 3 7 平均值 2 0 o2 5 22 7 41 1 37 3 07 6 03 0 4 丕堡查兰堡主兰壁垒苎 2 5 2 0 至 v j 1 5 d 噼 董1 0 蝴 5 o 哇4 0 0 d 0 0 3 0 0 孝0 0 g 娶10 0 仲 蚕o 0 0 81 l1 41 72 02 3 2 6 3 24 14 75 26 77 07 68 l9 01 0 3 运行天数 d o 一进水流量 上升流速 图3 1 启动阶段进水流量及上升流速的变化 12 0 1 0 0 08 0 0 6 0 删 蠖 0 4 0 隶 02 0 0 0 0 h 一 从 一一厂v 八 v 尸y v 8l l1 41 72 02 32 63 24 14 75 26 77 07 68 l9 01 0 3 运行时间 d 图3 2 启动阶段进水容积负荷的变化情况 791 1 1 31 51 71 9 2 12 3 2 52 9 3 34 14 64 86 2 6 7 7 0 i 云行天豹 d 一进水s s 口出水s s o 一去除率 图3 3 启动阶段s s 的去除情况 1 0 0 0 8 0 o 6 0 0 薹 4 0 0 塞 2 00 悄 0 0 2 0 0 0 o o 0 0 0 0 0 0 o 0 0 0 o 0 0 0 0 6 5 4 3 2 1 瓷巨 天津大学顾 l 学位论文 7 0 00 0 6 0 00 0 5 0 0 0 0 萤4 0 0 0 0 匕 o3 0 00 0 o o 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 o 0 0 7i o1 31 61 92 22 5 2 9 3 54 64 96 3 6 97 4 7 88 59 6 运行天数 d 一进水c o d 口出水c 0 1 十总去除率 图3 4 启动阶段c o d 的去除情况 二 启动阶段反应器的处理结果及分析 启动阶段主要考察的去除指标就是s s 及c o d 启动阶段的s s 及c o d 的 去除情况见图3 3 3 4 1 对s s 的去除情况 从图3 3 中可以看出 在启动阶段 进水的s s 浓度在1 1 0 m g l 出水的 s s 浓度能够比较稳定的保持在2 0 m p j l 左右 平均去除率为7 4 6 这一点表明 在启动阶段由于反应器内的上升流速控制在u a s b 的运行条件下 使得污泥的 膨胀性能较差 污泥床的密实程度较高 因此污泥床层对s s 的过滤作用起到了 主导地位 从而能够维持一个相当高的去除率 使出水的s s 值较低 2 对c o d 的去除情况 而从图3 4 中发现 对于c o d 的去除在第一阶段很不稳定 因为这一阶段 的进水流量很小 而且流量调节变化的频率较快 污泥床也不稳定经常出现污泥 上浮的情况 因此对这一阶段有机物的去除表现出的波动性较大 到启动的第二 阶段 进水流量稳定在1 1l h 而且进水的c o d 浓度也基本上稳定在3 0 0 m g l l 同时反应器内污泥床也形成比较稳定的界面 这时 c o d 的去除率也基本上稳 定在3 0 在启动的第三阶段 将反应器的进水流量经过1 8l h 放大到2 0l m 使得上升流速提高到1 1 3 m h 总的停留时间为2 7 4 h 实际的反应区的停留时间 即泥水接触时间 仅为2 h 这时的c o d 去除率仍然保持在3 0 说明反应器 从工艺角度已经启动稳定完成了 一 蓦 一 斛 篮 粕 锄 加 锄舶勘舶 天漳人学坝i j 学位论义 3 启动阶段的问题 整个启动运行的时间较长 1 0 5 天 主要的原因在于启动运行期间的温度 较低 整个启动阶段的温度范围为1 4 2 5 而启动开始时的温度仅为1 4 因 此影响了启动时间的长短 而且启动时进水流量较小 进水的c o d 浓度也不高 从而使反应器的负荷值平均在2k g c o d m d 即使在反应器启动的后期 容积 负荷也只有3k g c o d m l d 左右 这一数值与通常情况下的u a s b e g s b 启动 时的有机负荷相比也较低 通常为3 5 k g c o d m 3 d 这样一来 反应器启动时 的低温低负荷必然就造成了污泥颗粒化时间的加长 从而反应器的启动周期相应 的也加长了 在启动阶段 经常出现污泥上浮流失的现象 分析其原因应该是 1 进水 中带有一些轻的分散物质 这些物质自身上浮成为浮渣 这是进水本身的原因 因此在启动乃至运行期间都会发生 因此在中试和研究生产性装置的过程中要考 虑在反应器中设置除渣设备 2 尽管在进水处加了纱网 仍不可避免污水中带 入了纸屑 布屑 塑料 头发 植物纤维等较大杂质 使污泥结构松散 在污泥 还是絮体时极易形成团块 加上水流搅拌作用较低 产生的生物气被包裹在团块 中无法逸出 造成污泥的整体上浮现象 因此 在改变负荷时应该注意 必要时 可人为的调节进水流量 使得上升流速瞬间发生巨大变化 将包裹的气体及杂质 冲脱出污泥聚集体 由于这种原因造成的污泥上浮现象会在污泥颗粒化以后减轻 或消失 这一点已经由试验进程所证明了 第二节反应器稳定运行阶段的工况 一 反应器稳定运行阶段的运行工况 反应器启动完成以后的稳定运行阶段主要经历了三个运行阶段 一是逐步 加大进水流量 提升进水流速阶段 这一阶段从6 月2 2 日到9 月1 0 日 共历时 8 0 天 这期间进水流量由2 7l h 逐步提升到4 5l 1 1 调节水量的依据为在调节 水量后连续运行2 0 倍水力停留时间 h r t 左右 若此时的c o d 去除率能够相 对稳定在 5 左右 就能够将水量进一步调节 每次调节的流量不超过6 l h 二是高流速 高负荷运行阶段 主要目的就是考察e g s b 反应器在没有出水回流 的情况下 能够承受多大的进水流量和进水负荷 而且其对c o d 的总去除率还 能够保持在3 0 左右 三是降低负荷阶段 即将进水流量又从高流量降低至吖氐流 量 看反应器的去除率能否提高 这些阶段的主要的工艺运行情况可参见表3 2 和图3 5 天津人学坝l 学位论义 表3 2e g s b 反应器稳定运行阶段的运行工况表 运行数值分流量o温度t水力停留时上升流速进水出水进水c o d 容积负 时间布 l h f 间h r t h v m h p h 值 p h 值 荷 k g c o d m 3d 62 2最大值3 02 6 52 0 3 1 7 0 4 8 1 最小值 2 72 51 8 31 5 33 5 2 8 1 5 平均值 2 92 5 41 8 71 6 37 3 87 5 54 0 3 81 6最人值3 5 02 651 5 7 1 0 84 5 6 一 最小值3 5 o2 6 01 5 71 9 8 4 5 6 8 2 6 平均值3 5 o2 6 31 5 7 1 9 87 3 07 5 04 5 6 82 7 最大值 4 2 o2 6 51 3 72 3 8 5 5 2 一 最小值 4 0 02 6 01 3 0 2 2 7 5 5 2 9 2 平均值4 1 0 2 6 21 3 22 3 1 7 2 57 2 55 5 2 9 3最大值4 5 0 2 6 51 2 22 5 5 6 7 5 一 最小值 4 5 02 5 51 2 2 2 5 5 4 8 7 99 平均值4 5 02 6 01 2 2 2 5 57 3 07 5 0 5 6 4 9 1 0最大值4 8 02 5 5 1 1 92 7 2 9 3 8 最小值4 6 0 1 9 51 1 4 2 6 04 6 9 1 1 1 0 平均值4 7 0 2 2 o1 1 7 2 6 67 2 57 4 56 0 3 1 1 1 0最大值1 8 o 1 9 53 0 4 1 0 2 3 3 8 最小值 1 8 01 6 o3 0 41 0 2 2 1 2 1 1 2 4 平均值1 8 0 1 7 53 0 4 1 0 27 3 07 4 02 4 0 1 1 2 5 最大值 9 01 6 5 6 0 90 5 1 1 5 0 最小值9 0 1 5 o6 0 90 5 l 0 8 8 l3 0 平均值9 0 1 5 86 0 9 o 5 17 2 57 4 5 1 2 4 2 最大值 2 0 o1 6 52 7 4 1 1 3 3 2 4 最小值 1 2 o 1 4 54 5 2o 6 8 2 1 0 1 28 平均值1 o 1 5 03 0 41 0 2 7 3 57 4 02 6 9 1 0 0 0 乒9 0 0 e 8 0 0 87 0 0 甚6 0 0 嘉5 0 0 装4 0 0 昂s 3 0 0 冀2 0 0 剖 1 o o 0 0 0 一 m 画秽 眦 扩 瓴 1 m r 7 7 夕h i 一 尹凡 u 铲 蛙j 哟随姒啪的拦 二二二二 一一盥帮 1 1 11 5 41 8 11 8 81 9 62 0 42 1 5 2 2 12 3 22 3 82 5 02 5 62 6 32 6 72 7 4 运行天数 d 十进水c o d 容积负荷 上升流速 图3 5 稳定运行阶段进水容积负荷和上升流速随运行时间的变化 3 0 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 饕 1 0 0 取q o 5 0 0 0 0 天津大学颤十学位论文 二 稳定运行阶段反应器的厌氧条件及颗粒污泥的观察 在反应器的稳定运行期间 还加测了进出水的氧化还原电位 o r p 值 以监测反应器是否在厌氧条件下稳定运行 对于严格的厌氧反应器来说 其o r p 值应该 3 5 0 m v 而本次试验中采用h a n n ah 1 9 3 2 1 结合氧化还原电极进行测 定的结果发现 e g s b 的进水平均o r p 值为一2 9 5 m v 出水的平均o r p 值为 3 6 5 m v 这说明城市污水经过一沉池后基本上处于缺氧状态 适合于直接进入 e g s b 反应器进行厌氧处理而不会对反应器内的污泥产生毒害作用 而且整个反 应器能够运行在严格的厌氧条件下 从而有利于厌氧污泥尤其是产甲烷菌这样的 严格厌氧细菌的生长 在反应器稳定运行的阶段 每周均对反应器内的污泥用光学显微镜进行镜 检 可以发现反应器内的颗粒污泥的生长状态发展也相当稳定 整个反应器运行 结束时 颗粒污泥的含量已经可以占到总污泥量的7 9 左右 这期间反应器内污 泥的增长量为o 0 2 9 v s s g c o d 到反应器运行结束为止 整个反应器内的污泥 床高度 包括悬浮区 已经可以布满整个反应区 总的污泥量为4 1 8 6 9 v s s 而 且由于此时反应器内的上升流速达到2 6 6 m s 整个泥床的膨胀程度良好 在反 应区0 9 m 以下的部分污泥浓度为2 0 9 v s s l 在反应区o 9 m 以上的部分污泥浓 度为1 2 9 v s s l 这样可以看出整个反应区内有明显的污泥床区和污泥悬浮区的 区别 说明反应器的运行相当稳定 第三节e g s b 反应器对有机物的去除结果及降解机理分析 本试验的主要目的之一就是考察e g s b 反应器对有机物的去除情况 为了 更好的考察对有机物的去除效果 从8 月2 1 日起还加测了进出水的t o c 浓度 图3 6 进 出水t o c 及去除率随运行天数的变化 天津大学硕士学位论义 8 0 0 0 7 0 0 0 6 0 0 0 5 0 0 0 辑4 0o o 篚 辐3 0 0 0 2 00 0 l o 0 0 00 0 一暑2 民输 矿 俨 r w v 1 6 61 7 21 7 61 8 2 1 8 91 9 5 2 0 12 0 6 2 1 72 3 02 3 6 2 5 0 2 5 62 6 3 2 6 7 2 7 3 运行天数 d 总去除率 o 一出水以过滤计的去除率 图3 7 对t o c 的不同去除率随运行时间的变化 注 图中实直线为出水以过滤计的去除率的平均值 虚直线为总去除率的平均值 图3 8 进 出水c o d 浓度及去除率随运行天数的变化 天津大学硕 e 学位论文 6 0 0 0 5 0 0 0 三4 0 0 0 褂3 0 o o 悠 瑚2 0 0 0 1 0 o o 0 0 0 2 1 52 2 12 3 2 2 3 8 2 5 0 2 5 6 2 6 32 6 7 2 7 4 运行天数 d 总c o d 去除率 6 r 出水以过滤计去除率 图3 9 对c o d 的不同去除率随运行时间的变化 注 图中实直线为总去除率的平均值 虚直线为出水以过滤计的去除率的平均值 一 有机物的去除结果 整个稳定运行阶段的去除结果如图3 6 3 7 3 8 3 9 所示 1 对t o c 的去除 由于试验安排的问题 本试验没有监测进出水的b o d 值 但测了t o c 值 而这一数值更适合于反映水体中可生化的有机物浓度 从图3 6 和3 7 可以看出 e g s b 反应器对t o c 的平均去除率为4 2 6 如果出水以过滤计时 平均去除 率为5 3 5 这说明e g s b 反应器对易降解的有机污染物是有较好的去除效果的 而且在高负荷 高流速运行阶段的去除率更加稳定 说明加大进水容积负荷和上 升流速还可以加强反应器的运行稳定性 2 对c o d 的去除 从图3 8 3 9 中可以看出整个稳定运行阶段 进水c o d 浓度均低于3 0 0 m g l 1 4 3 4 2 9 3 6m g l 平均为1 9 2 0m g l 这与最初预计的进水c o d 浓度要低 可能影响到了总的c o d 的去除效果 整个反应器对c o d 的总去除率并不高 为3 8 5 1 3 平均去除率为2 5 8 这其中根据运行分段来看 在水量逐步提 升阶段 运行1 0 5 天到1 8 6 天 由于进水水量的不断调节造成去除效果的不稳定 而在高负荷运行阶段 运行1 8 7 天到2 4 7 天 的c o d 去除范围为5 3 5 5 1 2 7 而且去除率低于1 0 的次数只出现了一次 且这一次是由于清洗反应器上部的浮 渣所造成的 这样 如果排除掉这一次的数据则c o d 平均去除率为2 8 2 4 这 一结果与l e t t i n g a 教授在荷兰对常温条件下用e g s b 反应器去除实际城市污水 4 3 j 所得到的结论是一致的 在将流量调小后的运行阶段 发现并没有提高反应器的 天津火学颁二 学位论文 去除效率 反而在进水流量为9 l h 时 c o d 的去除率下降了 这应该是上升流 速的影响 对于c o d 去除率的影响因素将在下一节进行详细讨论 e g s b 反应 器对总的c o d 去除效率并不高 但如果出水以中速的滤纸过滤后 再看其去除 效果会发现平均的c o d 去除率为4 1 6 而且去除率要更加稳定一些 这一点 从图3 9 就可以明显看出 这说明e g s b 在较高流量的运行条件下会有一部分颗 粒污泥的碎片随出水流出 这些石卒片可能携带着它所吸附的c o d 而且在重铬 酸钾法回流测定c o d 浓度时会被测定出来 从而造成c o d 浓度去除率较低 从这里可以看出e g s b 对城市污水进行处理无法单独满足国家的排放标准 还需 要后续工艺进一步进行处理 这一点将在第五章论述 但e g s b 反应器改善了进 出水有机物的构成 进水的溶解性c o d 与总c o d 的比值为o 6 1 而经过厌氧 段以后 这一比值变为o 7 8 大大提高了溶解 易降解 成分的比例 有利于后 续生物处理工艺的运行 3 产气量 e g s b 反应器在稳定运行过程中 有少量的沼气产生 由于产气的管路发生 老化问题 只记录下了9 月1 5 日到9 月2 9 日十四天的产气量 如