（環(huán)境工程專業(yè)論文）sabr反應(yīng)器處理生活污水的效能研究.pdf

學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 江蘇大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、國家圖書館、中國學(xué)術(shù)期刊( 光盤版) 電子雜志社有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、 縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致， 允許論文被查閱和借閱，同時(shí)授權(quán)中國科學(xué)技術(shù)信息研究所將本論文編入中國 學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫并向社會(huì)提供查詢，授權(quán)中國學(xué)術(shù)期刊( 光盤版) 電子雜 志社將本論文編入中國優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫并向社會(huì)提供查詢。 論文的公布( 包括刊登) 授權(quán)江蘇大學(xué)研究生處辦理。 本學(xué)位論文屬于不保密。 學(xué)位論文作者簽名： 乃麗 童6 1 1 年i ) 月 專日 指導(dǎo)教師簽名： j 叼f 年6 月侖日 s a b r 反應(yīng)器處理生活污水的效能研究 s t u d y o nt h ep o l l u t a n t sr e m o v a lo fs e w a g eb y s p l i t - - f e e da n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r 姓 2 0 1 1 年6 月 s a b r 反應(yīng)器處理生活污水的效能研究 摘要 分段進(jìn)水厭氧折流板反應(yīng)器：( s p l i t f e e da n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r , 簡稱s a b r ) 是通過改變傳統(tǒng)的厭氧折流板反應(yīng)器( a b r ) 的進(jìn)水方 式得到的一種新型高效厭氧生物反應(yīng)器?？朔薬 b r 反應(yīng)器第一格 室內(nèi)有機(jī)負(fù)荷過高及揮發(fā)性脂肪酸( v f a ) 的過度積累問題，其獨(dú)特 的構(gòu)造形成了復(fù)雜的流態(tài)，提高了有機(jī)物的降解速度，優(yōu)化了反應(yīng)器 的處理效果。本文以生活污水為處理對(duì)象，重點(diǎn)研究了s a b r 反應(yīng)器 - 的水力混合特性及流態(tài)及其處理生活污水的效能和最佳運(yùn)行條件。 1 研究表明：s a b r 反應(yīng)器是一種整體上為推流式( p f ) ，局部 內(nèi)為完全混合式( c s t r ) 的串聯(lián)式反應(yīng)器。通過清水和實(shí)際運(yùn)行條 件下的流態(tài)試驗(yàn)分析，可以得出，選擇5 ：4 ：3 ：2 ：1 的迸水比例可以得到 優(yōu)于1 ：1 ：1 ：1 ：1 的進(jìn)水比例以及單側(cè)進(jìn)水條件下的水力流態(tài)特性和流 動(dòng)情況，對(duì)于結(jié)構(gòu)確定的s a b r 反應(yīng)器，為保持較好的水力流態(tài)， 應(yīng)控制適當(dāng)?shù)幕亓鞅?，有利于s a b r 反應(yīng)器中厭氧反應(yīng)良好順利地進(jìn) 行。 7 2 在s a b r 反應(yīng)器內(nèi)以顆粒污泥接種，各格室按5 ：4 ：3 ：2 ：1 的比例進(jìn) 水，在有機(jī)負(fù)荷2 1 3k g c o d m 3 d ，h i 淝2 4 h ，運(yùn)行3 0 d ，后在有機(jī)負(fù) 荷2 6 6k g c o d m 3 d ，h i 汀= 7 2 h 下運(yùn)行5 0 d 。在啟動(dòng)運(yùn)行8 0 d 時(shí)c o d 去 除率平均保持在9 0 以上，出水正常，s a b r 反應(yīng)器啟動(dòng)成功。 3 s a b r 除污效能試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在s a b r 反應(yīng)器成功啟動(dòng)進(jìn)入 穩(wěn)定運(yùn)行后，其對(duì)生活污水中c o d 的去除率均能保持在9 0 以上， t 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 處理n h 3 n 的效能在5 5 左右，對(duì)t p 的去除率基本只能達(dá)到3 0 4 0 左右，且脫氮除磷的效果波動(dòng)很大。反應(yīng)器出水呈乳白透明狀態(tài)，所 有格室及出水水樣s s 均保持在4 0 m g l 以下。 4 s a b r 工藝參數(shù)研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)負(fù)荷、水力負(fù)荷、進(jìn)水方式和 分配比例、回流比、停留時(shí)間、溫度以及沿程長度等運(yùn)行條件對(duì)c o d 、 n h 3 n 和t p 等指標(biāo)處理效果都會(huì)產(chǎn)生一定的影響。s a b r 反應(yīng)器能 對(duì)有機(jī)負(fù)荷具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，無論是較高還是較低的水力負(fù)荷對(duì) 有機(jī)物的去除都存在有利的因素。當(dāng)選擇進(jìn)水比例為5 ：4 ：3 ：2 ：1 ，回流 比r = 2 0 0 時(shí)能夠得到較好的處理效果。隨著h r t 的延長，有機(jī)物 的去除率也逐漸升高。c o d 去除率隨水溫升高的上升速率較快，處 理效果的上升較為明水溫對(duì)于厭氧微生物脫氮除磷具有一定的影響， 但高溫并不意味著對(duì)微生物去除有機(jī)物，尤其是脫氮除磷的效果產(chǎn)生 積極的影響，相反有可能得到負(fù)面的效果。在設(shè)計(jì)反應(yīng)器的時(shí)候，格 室數(shù)的選擇不宜過少也不宜過多，基本選擇4 巧個(gè)即可。 5 按照一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)表達(dá)式建立了動(dòng)力學(xué)模型c o = c i e x p ( 0 0 1 5 5 n r a 3 ，r z = 0 9 2 7 6 ，通過實(shí)際驗(yàn)證證明此模型具有一定 的可行性。 關(guān)鍵詞：s a b r ，流態(tài)，生活污水，效能 s a b r 反應(yīng)器處理生活污水的效能研究 t h es p l i t f e e da n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r ( s a b r ) i san e ws o r to f e f f i c i e n ta n a e r o b i cb i o l o g i c a ls e w a g et r e a t m e n tr e a c t o r , b yc h a n g i n gt h e w a t e ri n l e tw a yo ft h et r a d i t i o n a la n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r ( a b r ) ， o v e r c o m i n gt h ep r o b l e mo ft h ee x c e s s i v ea c c u m u l a t i o no fv o l a t i l ef a t t y a c i d s ( v f a ) a n dh i g ho r g a n i cl o a d i n gi nt h ef i r s tc o m p a r t m e n to fa b r r e a c t o r i t su n i q u es t r u c t u r ef o r m e dac o m p l e xf l o wp a r e r n ，i m p r o v i n g t h ed e g r a d a t i o nr a t eo fo r g a n i cm a t t e ra n d o p t i m i z i n gt h et r e a t m e n te f f e c t o ft h er e a c t o r i nt h i s p a p e r , h y d r a u l i cm i x i n gc h a r a c t e r i s t i c s ，f l o w p a a e r n s o fs a b r ，t h ee f f e c t i v e n e s so fd o m e s t i cs e w a g et r e a t m e n ta n dt h e b e s to p e r a t i n gc o n d i t i o n sw e r es t u d i e d 1 t h er e s u l t ss h o w e dt h a ts a b rw a sap l u g f l o w ( p f ) r e a c t o rf o r t h ew h o l e ，b u tc o n t i n u o u ss t i r r e dt a n kr e a c t o r ( c s t r ) w i t h i nt h er e a c t o r i ns e r i e s i tc o u l db ed r a w nf r o mt h ea n a l y s i so ff l o we x p e r i m e n t su n d e r b o t ht h er i n s i n ga n dt h ea c t u a lo p e r a t i n gc o n d i t i o n st h a tt h eh y d r a u l i c c h a r a c t e r i s t i c sa n df l o w si nt h ei n l e tr a t i oo f5 ：4 ：3 ：2 ：1c o u l db e p r e f e r a b l e t h a nt h ei n l e to f1 ：1 ：1 ：1 ：1a n dt h e s i n g l es i d ef l o w f o ras t r u c t u r e d e t e r m i n a t e ds a b r ，t h ee f f l u e n tr e c y c l i n gr a t i os h o u l db ec o n t r o l l e d a p p r o p r i a t e l yi no r d e rt om a i n t a i nag o o dw a t e rf l o w , a l s oc o n d u c i v et o t h ea n a e r o b i ct r e a t m e n ti ns a b r 2 s a b rw a si n o c u l a t e dw i t hg r a n u l a rs l u d g e ，a n dr a nw i t ht h e i n f l u e n tr a t i oo f5 ：4 ：3 ：2 ：1i nf i v ec o m p a r t m e n t s t h er e a c t o rr a i l3 0d a y s m 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 u n d e rt h ec o n d i t i o n so fh r t2 4 ha n do r l 2 1 3 k g c o d m 3 d ，a n dt h e n r a n5 0 d a y sw i t h t h e r u n n i n gp a r a m e t e r so fh r t7 2 h a n do r l 2 6 6 k g c o d m 3 d t h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o dk e p th i g h e r t h a n9 0 w h e nr e a c t o rr a n8 0d a y s ，a n dt h ee f f l u e n tn o r m a l ，w h i c h i n d i c a t e dt h a ts t a r t - u po ns a b rw a ss u c c e s s f u l 3 d u r i n gt h ee x p e r i m e n t so fo r g a n i cr e m o v a le f f i c i e n c y , i tw a s f o u n dt h a ta f t e rt h es u c c e s s f u ls t a r t - u po fs a b r ，t h er e m o v a lr a t eo f c o di nd o m e s t i cs e w a g em a i n t a i n e da b o v e9 0 ，t h ee f f e c t i v e n e s so f t r e a t m e n ti nn i - 1 3 - nr e a c h e da b o u t5 5 ，w h i l s tt h er e m o v a lr a t eo ft p c o u l do n l ya c h i e v e3 0 4 0 i nt h es t a b l eo p e r a t i o n ，w i t ht h ee f f e c t i v e n e s s o fr e m o v a lr a t eo fn h 3 一na n dt pf l u c t u a t i n g t h ee f f l u e n t p r e s e n t e d m i l k yw h i t et r a n s p a r e n ts t a t e ，t h es so fa l lc o m p a r t m e n t sa n de f f l u e n t m a i n t a i n e da t4 0 m g lo rl e s s 4 i nt h er e s e a r c ho ft h eo p e r a t i o np a r a m e t e r sf o rs a b r ，i tw a s f o u n dt h a to r g a n i cl o a d i n g ，h y d r a u l i cl o a d i n g ，w a t e ri n l e tw a y sa n dt h e r a t i o ，e f f l u e n tr e c y c l i n g r a t i o ，h y d r a u l i c r e s i d e n c e t i m e ( h r t ) ， t e m p e r a t u r ea n dt h eo p e r a t i n gl e n g t hw o u l d a l lh a v es o m ei m p a c to nt h e r e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d ，n h 3 一na n dt p s a b rh a das t r o n ga b i l i t yt o a d a p tt ot h ec h a n g eo fo r g a n i cl o a d ，b o t hh i g h e ra n dl o w e rh y d r a u l i c l o a d i n gc o u l db ef a v o r a b l ef o rt h eo r g a n i cr e m o v a l w h e ns e l e c t i n gi n l e t r a t i oo f5 ：4 ：3 ：2 ：1 ，e f f l u e n tr e c y c l i n gr a t i or = 2 0 0 ，t h et r e a t m e n te f f e c t c o u l db eb e t t e r w i t ht h ee x t e n s i o no fh r t , t h er e m o v a lr a t eo fs a b r i v s a b r 反應(yīng)器處理生活污水的效能研究 w a sg r a d u a l l yi n c r e a s e d t h ec o dr e m o v a lr a t ei n c r e a s e dr a p i d l yw i t h t h ew a t e rt e m p e r a t u r er o s e ，t h ew a t e r t e m p e r a t u r eh a ds o m ei m p a c to n t 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 l ，b u th i g ht e m p e r a t u r em a y b eh a da c o u n t e r p r o d u c t i v ee f f e c to nt h ec o n t r a r y w h e nt h er e a c t o ri nt h ed e s i g n ， t h ec h o i c eo ft h en u m b e ro fc o m p a r t m e n ts h o u l db ea p p r o p r i a t e ，i tc o u l d b e4t o5 5 i na c c o r d a n c ew i t ht h ef i r s to r d e rr e a c t i o nk i n e t i c sm o d e l ，t h e o r g a n i cm a t t e rd e g r a d a t i o nk i n e t i c sm o d e lo fc o - c i e x p ( - 0 0 1 5 5 h r t ) ， r 2 = 0 9 2 7 6w a se s t a b l i s h e d ，a n dv e r i f i e df e a s i b l eb ya c t u a lp r o o l k e yw o r d s ：s a b r ，f l o wp a t t e r n ，d o m e s t i cs e w a g e ，r e m o v a le f f i c i e n c y v 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 v i s a b r 反應(yīng)器處理生活污水的效能研究 第一章引言 目錄 1 1 1 概j 登1 1 2 生活污水厭氧生物處理技術(shù)現(xiàn)狀2 1 3 厭氧折流板反應(yīng)器處理生活污水研究現(xiàn)狀4 1 3 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀4 1 3 2 存在問題5 1 3 3 發(fā)展趨勢6 1 4 本課題研究的背景及意義6 1 5 本課題研究內(nèi)容和技術(shù)路線7 1 5 1 主要研究內(nèi)容7 1 5 2 技術(shù)路線9 1 5 2 技術(shù)路線9 第二章s a b r 反應(yīng)器的流態(tài)研究。1 0 2 1 試驗(yàn)裝置。1 0 2 2 研究方法1 1 2 3 特征截面面積對(duì)s a b r 水力特性的影響1 1 2 4s a b r 反應(yīng)器的水力混合特性試驗(yàn)1 3 2 4 1 計(jì)算方法1 3 2 4 2 清水條件下的流態(tài)試驗(yàn)1 5 2 4 3 污泥條件下的流態(tài)試驗(yàn)1 9 2 5 本章小結(jié)2 5 第三章s a b r 反應(yīng)器的啟動(dòng)試驗(yàn)研究。2 6 3 1 試驗(yàn)用水2 6 3 2 接種污泥2 6 3 3 分析項(xiàng)目及方法2 6 3 4 啟動(dòng)過程。2 7 3 5 啟動(dòng)過程中的結(jié)果討論2 7 3 5 1 & 心r 反應(yīng)器啟動(dòng)過程中對(duì)c o d 的去除效果2 7 3 5 2s a b r 反應(yīng)器啟動(dòng)過程中p h 的變化2 9 3 5 3s a b r 反應(yīng)器各格室p h 、v f a 及堿度的比較3 0 3 5 4 啟動(dòng)初期和啟動(dòng)成功后s a b r 反應(yīng)器內(nèi)s s 的比較3 0 3 6 本章小結(jié)3 1 第四章s a b r 反應(yīng)器處理生活污水的效能研究。3 2 4 1 研究方法3 2 v 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 4 1 1s a b r 反應(yīng)器處理生活污水的效能研究方法3 2 4 1 2s a b r 運(yùn)行條件研究方法3 2 4 1 3s a b r 反應(yīng)器有機(jī)物降解動(dòng)力學(xué)模型的研究方法3 3 4 2 試驗(yàn)用水3 3 4 3 檢測儀器及分析方法3 3 4 4s a b r 反應(yīng)器去除有機(jī)物的運(yùn)行結(jié)果3 4 4 4 1s a b r 反應(yīng)器去除c o d 的運(yùn)行結(jié)果3 4 4 4 2s a b r 反應(yīng)器處理n h 3 n 的效能3 5 4 4 3s a b r 反應(yīng)器處理t p 的效能3 6 4 5 運(yùn)行條件對(duì)s a b r 去除污染物效能的影響3 6 4 5 1 容積負(fù)荷對(duì)污染物去除效能的影響3 6 4 5 2 水力負(fù)荷對(duì)污染物去除效能的影響3 9 4 5 3 進(jìn)水分配比對(duì)污染物去除效能的影響4 1 4 5 4 回流比對(duì)污染物去除效能的影響4 4 4 5 5 停留時(shí)間對(duì)污染物去除效能的影響。4 6 4 5 6 溫度對(duì)污染物去除效能的影響4 9 4 5 7 沿程長度對(duì)污染物去除效能的影響5 1 4 6 穩(wěn)定運(yùn)行階段反應(yīng)器內(nèi)揮發(fā)酸、堿度和p h 的變化研究5 2 4 6 1 穩(wěn)定運(yùn)行階段反應(yīng)器內(nèi)揮發(fā)酸、堿度和p h 的比較5 2 4 6 2 啟動(dòng)階段和穩(wěn)定運(yùn)行階段反應(yīng)器內(nèi)揮發(fā)酸變化的比較5 3 4 6 3 不同進(jìn)水方式下反應(yīng)器內(nèi)揮發(fā)酸的比較5 4 4 6 4 反應(yīng)器內(nèi)揮發(fā)酸的變化和有機(jī)負(fù)荷的關(guān)系。5 5 4 7 & 蛆r 反應(yīng)器有機(jī)物去除動(dòng)力學(xué)5 5 4 7 1 有機(jī)物去除動(dòng)力學(xué)模型概述5 5 4 7 2s a b r 有機(jī)物降解動(dòng)力學(xué)模型的建立5 6 4 7 3 模型參數(shù)的確定。5 7 4 7 4 模型的預(yù)測效果。5 7 4 7 5 有機(jī)物去除效率與有機(jī)負(fù)荷間的動(dòng)力學(xué)關(guān)系。5 8 4 8 本章小結(jié)5 9 第五章結(jié)論與建議 5 1 結(jié)論6 0 5 2 建議6 1 參考文獻(xiàn) 致謝 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他科研成果 6 2 6 8 6 9 s a b r 反應(yīng)器處理生活污水的效能研究 1 1 概述 第一章引言 我國是一個(gè)污染嚴(yán)重、資源短缺的發(fā)展中國家，選擇的污水處理工藝應(yīng)該是 適合我國國情、具有高效、低耗和低成本的優(yōu)點(diǎn)【1 1 。各類具有以上優(yōu)點(diǎn)的并可達(dá) 到一定治理深度的城市污水處理新技術(shù)，都應(yīng)該積極研究并加以應(yīng)用，以促進(jìn)我 國現(xiàn)代化建設(shè)。厭氧處理是一種低成本的廢水處理技術(shù)，它又是把廢水處理和能 源回收利用相結(jié)合的一種技術(shù)【2 】。污水厭氧處理技術(shù)與其它污水處理技術(shù)相比， 無需動(dòng)力曝氣，這樣極大程度的節(jié)省了運(yùn)行的成本。此外，它還是一種生態(tài)的和 綠色的技術(shù)，有可利用的能源( 沼氣) 產(chǎn)生，并且該技術(shù)仍在迅速發(fā)展以不斷適 應(yīng)污水處理要求【3 5 1 。如今全世界不僅面臨嚴(yán)重的環(huán)境問題，而且還面臨著能源 短缺以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境治理資金不足的問題。因此，世界各國尤其是像我國這 樣的發(fā)展中國家需要既有效簡單又費(fèi)用低廉的污水處理技術(shù)。 在這樣的背景下，厭氧技術(shù)是特別適合我國國情的一種技術(shù)。污水厭氧處理 設(shè)備則是污水厭氧處理技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有的污水厭氧處理設(shè)備很多，而污 水厭氧處理設(shè)備具有運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低、有可利用的能源( 沼氣) 產(chǎn)生及在處理高濃度 廢水方面的一系列優(yōu)越性 6 - 9 。但是，現(xiàn)有廢水厭氧處理設(shè)備還或多或少的存在 著生物固體截留能力不強(qiáng)、水利混合條件不好以及出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)等缺陷。 厭氧折流板反應(yīng)器( a n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r ，簡稱a b r ) 反應(yīng)器作為一 種新型高效厭氧處理工藝，結(jié)合了第二代反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)，克服了某些不足之處， 如厭氧濾池所需的成本較高的濾料和u a s b 所需的工藝復(fù)雜的三相分離器 【排1 2 1 ，因而a b r 具有工藝簡單，造價(jià)較低的優(yōu)點(diǎn)。另外，a b r 還具有生物截留 能力強(qiáng)，運(yùn)行管理方便，性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。因此，a b r 在我國高濃度工業(yè)有機(jī) 廢水( 如釀造、造紙、制革廢水等) 的污染控制中有很好的研究開發(fā)價(jià)值和推廣 應(yīng)用前景【1 3 _ 垌。 本課題針對(duì)上述a b r 反應(yīng)器的諸多缺陷，作為a b r 反應(yīng)器的改進(jìn)設(shè)計(jì)了 分段進(jìn)水厭氧折流板反應(yīng)器( s p l i t f e e da n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r , 簡稱s a b r ) ，克 服了a b r 反應(yīng)器第一格室內(nèi)有機(jī)負(fù)荷過高及揮發(fā)性脂肪酸( v f a ) 的過度積累 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 問題【1 7 , 1 8 】。反應(yīng)器內(nèi)的水力條件和混合程度是影響反應(yīng)器性能的一個(gè)重要條件 1 1 9 。經(jīng)研究表明，改變進(jìn)水方式和進(jìn)水比例，以及選擇合適的停留時(shí)間和回流 比能夠降低死區(qū)容積分?jǐn)?shù)，改善反應(yīng)器內(nèi)的水力條件。另外，反應(yīng)器內(nèi)的折流板 阻擋了各格室間的返混作用，底部進(jìn)水方式也強(qiáng)化了各格室內(nèi)的混合作用【1 9 1 ， 污水在折流板的作用下逐個(gè)通過反應(yīng)室內(nèi)的污泥床層，并通過水流和產(chǎn)氣的攪拌 作用，使得進(jìn)水中的底物與微生物充分接觸而得以降解去除。s a b r 反應(yīng)器具有 比傳統(tǒng)厭氧處理工藝更靈活、易管理的特點(diǎn)，反應(yīng)器易高效、穩(wěn)定地運(yùn)行。 1 2 生活污水厭氧生物處理技術(shù)現(xiàn)狀 厭氧生物處理技術(shù)，是對(duì)普遍存在于自然界的微生物過程的人為控制與強(qiáng) 化，是處理有機(jī)污染和廢水的有效手段。然而，由于人們對(duì)參與這一過程的微生 物的研究和認(rèn)識(shí)不足，致使該技術(shù)在過去的1 0 0 年中發(fā)展緩。i 曼1 2 0 - 2 3 1 。隨著世界能 源的日益短缺和廢水污染負(fù)荷的提高，及廢水中污染物種類的日趨復(fù)雜化，廢水 厭氧生物處理技術(shù)以其投資省、能耗低、可回收利用沼氣能源、負(fù)荷高、產(chǎn)泥少、 耐沖擊負(fù)荷等諸多優(yōu)點(diǎn)，而再次受到環(huán)保界人士的重視。 在厭氧生物處理工藝發(fā)展過程中，反應(yīng)器是發(fā)展最快的領(lǐng)域。隨著厭氧工藝 的發(fā)展，各式各樣的高效厭氧反應(yīng)器得以開發(fā) 2 4 - 2 8 1 。高效厭氧反應(yīng)器的發(fā)展大大 提高了厭氧反應(yīng)器的負(fù)荷和處理效率，使廢水在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間縮短到幾個(gè) 小時(shí)，同時(shí)反應(yīng)器容積也得以大大縮小，污泥停留時(shí)間的延長與污泥濃度的提高 使厭氧處理系統(tǒng)更具有穩(wěn)定性，從而有利于厭氧技術(shù)用于工業(yè)化的廢水處理。在 高效厭氧反應(yīng)器中，厭氧流化床厭氧膨脹床、上流式厭氧顆粒污泥床( u a s b ) 、 厭氧濾池( a f ) 、膨脹顆粒污泥床( e g s b ) 以及厭氧折流板反應(yīng)器( a b r ) 都已 成功應(yīng)用于城市生活污水的處理，也是國內(nèi)外學(xué)者用于生活污水厭氧處理研究的 反應(yīng)器。 2 9 - 3 1 】。因此2 0 多年來，厭氧廢水處理技術(shù)得以很快推廣，成為水污染防 治領(lǐng)域里一項(xiàng)有效的新技術(shù)【3 2 側(cè)。 目前，國內(nèi)外在厭氧生物處理領(lǐng)域，縮短反應(yīng)時(shí)間、提高降解效率是厭氧工 藝處理生活污水的首要問題【3 5 1 。第二代和第三代厭氧反應(yīng)器的共同特點(diǎn)就是將 污泥停留時(shí)間( s r t ) 和水力停留時(shí)間( 如 汀) 相分離，對(duì)于將微生物成功截留 在反應(yīng)器中得到了實(shí)現(xiàn)，單位容積的生物量大大提高。 2 s a b r 反應(yīng)器處理生活污水的效能研究 溫度和進(jìn)水濃度對(duì)于厭氧消化也是十分重要的影響因素。厭氧處理傳統(tǒng)的處 理對(duì)象一般是城市污水廠污泥和高濃度的工業(yè)污水，比較而言，生活污水屬于低 濃度污水，水溫一般也較低，由于厭氧處理過程對(duì)于低溫很敏感，在常溫下用厭 氧工藝處理生活污水是現(xiàn)階段厭氧技術(shù)面臨的主要問題p q 。近年來，研究人員 們主要圍繞在中溫甚至低溫條件下( 5 1 5 ) 低濃度生活污水的處理作以研究， 在非熱帶和亞熱帶地區(qū)進(jìn)行各式各樣的試驗(yàn)性和應(yīng)用性研究，使得厭氧生物處理 技術(shù)得以更廣泛的應(yīng)用【3 7 - 4 0 1 。隨著厭氧處理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，其應(yīng)用的地域也 進(jìn)一步拓展，開發(fā)適應(yīng)低溫的厭氧反應(yīng)器將在未來成為厭氧生物技術(shù)的熱點(diǎn)之 一。 另外，對(duì)于城市生活污水在厭氧生物處理出水的后處理也在研究中f 4 1 1 。由 于城市污水排放標(biāo)準(zhǔn)較為嚴(yán)格，因此為了進(jìn)一步提高出水水質(zhì)，在厭氧生物處理 后應(yīng)添加后續(xù)處理工藝，例如一些生物或物化方法。在中低溫條件下，高效厭氧 和好氧后處理聯(lián)用，使出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，是厭氧技術(shù)廣泛應(yīng)用的前提【4 2 】。出 水的后處理主要是研究合適的處理方法在厭氧處理后進(jìn)一步去除厭氧技術(shù)難以 去除的污染物，并盡量選擇反應(yīng)時(shí)間短，產(chǎn)生剩余污泥少的工藝。有報(bào)道稱，好 氧生物膜法較活性污泥法更適合處理厭氧反應(yīng)器的出水1 4 3 】，這是由于好氧生物 膜能夠延長微生物在反應(yīng)器中的停留時(shí)間并有利于硝化微生物的生長，得到較好 的脫氮效果。v a nd e rs t c e n 4 4 1 在環(huán)境條件用浮萍植物塘和普通穩(wěn)定塘串連的工藝 處理u a s b 的出水，比常規(guī)用穩(wěn)定塘直接處理生活污水有明顯優(yōu)越性。將穩(wěn)定塘 的停留時(shí)間從2 0 2 5 d 降為3 4 d ，出水的s s 小于1 1m g l ，對(duì)大腸菌群的去除效 率達(dá)到9 9 6 9 9 9 5 ，可以滿足農(nóng)業(yè)灌溉用水要求。另外有研究報(bào)道，氣浮嗍 和一種新型的懸掛海綿體式好氧反應(yīng)器( d o w n f l o wh a n g i n gs p o n g ec u b e s u n i t ，d h s ) 【4 6 , 4 7 1 也可用于研究處理厭氧反應(yīng)器出水的后續(xù)處理。d h s 不需要供 氧，h r t 為1 3 h ，總c o d 的去除率達(dá)到9 4 以上，硝化和脫氮效果都很好，系 統(tǒng)不需要排除剩余污泥【蛔。 此外，開發(fā)新的厭氧技術(shù)也是目前的研究熱劇2 5 捌，根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，王凱軍 等已經(jīng)將其開發(fā)的水解( 酸化) 好氧反應(yīng)器成功運(yùn)用于厭氧處理的預(yù)處理階段， 并將其應(yīng)用于實(shí)際的城市污水處理中 4 8 - 4 9 1 。z e e m a ng 等f 5 0 】人將e g s b 、u a s b 和厭氧復(fù)合式反應(yīng)器( a h ) 串連設(shè)計(jì)得到多級(jí)厭氧工藝。第一級(jí)用來去除c o d s s ， 3 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二級(jí)主要去除c o d c o l 和c o d d i a 。e l m i t wa l l i i s l 】用a f 作為第一級(jí)，a h 為第二 級(jí)，c o d c o l 和c o d s s 的去除率較傳統(tǒng)的單級(jí)反應(yīng)器均有提高，總c o d 去除率能 夠達(dá)到7 1 。 1 3 厭氧折流板反應(yīng)器處理生活污水研究現(xiàn)狀 1 3 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 厭氧折流板反應(yīng)器( a n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r ) 簡稱a b r ，是美國s t a n f o r d 大學(xué)的m c c a r t y 教授，于1 9 8 1 年提出的一種新型高效厭氧反應(yīng)器【5 2 5 3 1 。該反應(yīng) 器通過內(nèi)置的豎向折流板，將反應(yīng)器分割成幾個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)室，每個(gè)反應(yīng)室都是 一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的上流式污泥床( u a s b ) 系統(tǒng)。但a b r 工藝上與單個(gè)u a s b 有顯 著不同，u a s b 可近似地看作是一個(gè)完全混合式反應(yīng)器，而a b r 則更接近于推 流式工型5 4 1 。a b r 在運(yùn)行時(shí)，廢水在折流板的作用下，逐個(gè)通過反應(yīng)室內(nèi)的污 泥床層，并通過水流和產(chǎn)氣的攪拌作用，使得進(jìn)水中的底物與微生物充分接觸而 得以降解去除。 a b r 反應(yīng)器獨(dú)特的分格室結(jié)構(gòu)及推流式流態(tài)，使得每個(gè)反應(yīng)室中可以馴化 培養(yǎng)出與流至該反應(yīng)室中的污水水質(zhì)、環(huán)境條件相適應(yīng)的微生物群落，從而導(dǎo)致 厭氧反應(yīng)產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相沿程得到分離，使a b r 反應(yīng)器在整體性能上相當(dāng)于 一個(gè)兩相厭氧處理系統(tǒng)。一般認(rèn)為，兩相厭氧工藝通過產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相的分離， 兩大類厭氧菌群可以各自生長在最適宜的環(huán)境條件下，有利于充分發(fā)揮厭氧菌 群的活性，提高系統(tǒng)的處理效果和運(yùn)行的穩(wěn)定性【5 5 巧7 】。該反應(yīng)器因具有結(jié)構(gòu)簡 單、污泥截流能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高等多種優(yōu)點(diǎn)，而一經(jīng)出現(xiàn)即引起了廣大研究者的 注意，2 0 多年來對(duì)它的研究一直沒有間斷過，近年來更是成為厭氧反應(yīng)器領(lǐng)域內(nèi) 的研究熱點(diǎn)之一 2 0 1 。 目前，國外將a b r 反應(yīng)器應(yīng)用于處理各種中、高濃度的有機(jī)廢水的研究日 趨增多。這些中、高濃度的有機(jī)廢水主要是屠宰廢水、制糖廢水、釀酒廢水、酒 糟廢液及木釜餾廢水等【5 8 巧9 】。有關(guān)研究表明，a b r 反應(yīng)器的容積負(fù)荷可達(dá) 1 0 - 3 0 k g c o d ( m 3 d ) 甚至更高，其c o d 去除率可達(dá)7 0 9 0 。國內(nèi)有關(guān)報(bào)道在 實(shí)際工程中應(yīng)用a b r 處理印染和制藥廢水取得了良好的效梨6 0 9 。 4 s a b r 反應(yīng)器處理生活污水的效能研究 張波等【6 l 】對(duì)a b r 處理化纖廠棉漿粕綜合廢水進(jìn)行了研究，在h r t 為1 d ，有 機(jī)負(fù)荷( o l r ) 為3 3 6k g c o d ( m 3 d ) 的條件下，c o d 去除率能夠達(dá)至f j 7 1 5 ， 出水c o d 降至9 5 8m g l 。賀嵩邡，易辰俞 6 2 1 等利用a b r 處理有機(jī)磷農(nóng)藥廢水，在 有效容積2 7 6l 的厭氧折流板反應(yīng)器中，處理預(yù)處理后的農(nóng)藥中間體甲基氯化物 生產(chǎn)廢水，當(dāng)進(jìn)水c o d 為6 4 2 1 5m g l 、h r t 為9 4h 時(shí)，c o d 的去除率可達(dá)6 8 。 李清雪，華玉芝【1 3 1 研究了厭氧折流板反應(yīng)器處理高濃度有機(jī)廢水，在溫度為 2 5 2 8 ，水力停留時(shí)間為2 2 8 2 9 5 h ，容積負(fù)荷4 7 4 1 9 1 k g c o d m 3 d ，a b r 反應(yīng) 器c o d 的去除率達(dá)n 8 0 以上。胡小兵等【6 3 】運(yùn)用a b r 對(duì)焦化廢水進(jìn)行了處理， 進(jìn)水c o d 質(zhì)量濃度中等( 1 6 0 0 - 2 5 0 0m g l ) ，c o d 容積負(fù)荷d , - 于2 k g c o d ( m 3 d ) ， 水力停留時(shí)間大于4 0h ，溫度在3 4 3 8 。c 范圍內(nèi)，p h 為7 7 6 時(shí)，c o d 和n h 3 _ n 去 陳率均可達(dá)7 0 。 目前，對(duì)于a b r 處理各種廢水的研究應(yīng)用日趨增多。應(yīng)用厭氧折流板反應(yīng)器 處理豆制品廢水的研究發(fā)現(xiàn) 6 4 1 ，a b r 處理豆制品廢水具有啟動(dòng)快、易培養(yǎng)出顆 ?；幕钚晕勰嗟奶攸c(diǎn)。穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，c o d 容積負(fù)荷可達(dá)到1 4 3 k g ( m 3 - d ) ，c o d 去除率能保持在8 0 以上，具有良好的抗沖擊負(fù)荷和抗低p h 值的能力。沈耀良【貸1 應(yīng)用a b r 法處理垃圾滲濾混合廢水的研究發(fā)現(xiàn)，a b r 可獲得明顯的水解酸化作 用，提高廢水的可生化性。混合廢水的b o d 5 c o d 為0 2 、0 6 6 5 時(shí)，绱r 反應(yīng) 器處理后出水的b o d 5 c o d 值可提高n 0 3 7 、0 6 8 ，且進(jìn)水的b 0 0 5 c o d 越低， 其提高幅度越大。 a b r 與目前廣泛應(yīng)用的u a s b 反應(yīng)器相比，不需要復(fù)雜的三相分離器和較 昂貴的布水系統(tǒng)，具有工藝技術(shù)簡單、建設(shè)投資費(fèi)用低、固液分離效果好、運(yùn)行 管理方便、對(duì)有毒物質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種極具開發(fā)應(yīng)用前景的廢水生物處 理新技術(shù)1 6 6 - 6 7 。 1 3 2 存在問題 目前單側(cè)進(jìn)水的a b r 反應(yīng)器內(nèi)，廢水流動(dòng)呈現(xiàn)上下推流運(yùn)動(dòng)，致使在反應(yīng) 器第一格室內(nèi)的c o d 負(fù)荷過高，郭靜【1 9 1 等在a b r 反應(yīng)器的性能及水力特性研 究表明，由于這種進(jìn)水方式導(dǎo)致a b r 第一格室內(nèi)有機(jī)負(fù)荷過高，易造成揮發(fā)性 脂肪酸( v f a ) 的過度積累，使p h 值減小。由于p h 值的降低，抑制了微生物 5 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 的活性，對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格的產(chǎn)甲烷菌更是難以生存，對(duì)反應(yīng)器的運(yùn)行產(chǎn)生不利的 影響。因而降低a b r 第一格室有機(jī)負(fù)荷即可減少v f a 的積累問題，從而增強(qiáng) 反應(yīng)器內(nèi)生物的活性。 解決以上問題最經(jīng)濟(jì)有效的方法就是改變反應(yīng)器進(jìn)水形式，即由原來的單側(cè) 推流式進(jìn)水改為按不同比例分區(qū)多點(diǎn)同時(shí)進(jìn)水。這樣即可減小反應(yīng)器第一格室的 有機(jī)負(fù)荷，又同時(shí)向反應(yīng)器其它各個(gè)格室的厭氧菌提供充足的底物。 1 3 3 發(fā)展趨勢 s a b r 反應(yīng)器作為一種新型高效厭氧反應(yīng)器，能夠處理各種難降解有機(jī)廢 水，在我國的廢水處理中有著廣泛的開發(fā)應(yīng)用前景。另外，對(duì)于城市生活污水和 其他一些低濃度工業(yè)廢水，傳統(tǒng)的處理方法是采用好氧的活性污泥法，若以 s a b r 法替代傳統(tǒng)的好氧生物處理，則可大大節(jié)省建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用。高濃度有機(jī) 廢水如釀造廢水、造紙廢水、制革廢水和醫(yī)藥廢水等是我國水污染防治的重點(diǎn)， s a b r 法能夠直接處理此類廢水，因此具有很大的開發(fā)應(yīng)用價(jià)值【縟7 0 1 。 高效厭氧反應(yīng)器的不斷開發(fā)應(yīng)用和其內(nèi)在機(jī)理不斷被發(fā)現(xiàn)，將進(jìn)一步加深對(duì) 污水厭氧處理的理解和對(duì)新型反應(yīng)器更廣泛的應(yīng)用【7 1 7 2 】?？傊?，通過結(jié)構(gòu)及工藝 的繼續(xù)改進(jìn)，將有更多的難降解廢水可以利用s a b r 反應(yīng)器得以處理，這在我 國高濃度工業(yè)有機(jī)廢水和有毒廢水的處理中具有良好的研究開發(fā)價(jià)值和廣闊的 應(yīng)用前景【7 3 1 。 1 4 本課題研究的背景及意義 隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，廢水排放量逐年增加，水環(huán)境受到嚴(yán)重污染，急 需建設(shè)大批水處理設(shè)施，但卻面臨著資金和技術(shù)上的困難。我國是一個(gè)污染嚴(yán)重、 資源短缺的發(fā)展中國家，選擇的污水處理工藝應(yīng)該是適合我國國情的、具有高效、 低耗和低成本的優(yōu)點(diǎn)【6 9 1 。各類具有以上優(yōu)點(diǎn)的并可達(dá)到一定治理深度的城市污 水處理新技術(shù)，都應(yīng)該積極研究并加以應(yīng)用，以促進(jìn)我國現(xiàn)代化建設(shè)。污水厭氧 處理技術(shù)與其它污水處理技術(shù)相比，無需動(dòng)力曝氣，這樣極大程度的節(jié)省了運(yùn)行 的成本；此外，它還是一種生態(tài)的和綠色的技術(shù)，有可利用的能源( 沼氣) 產(chǎn)生， 并且該技術(shù)仍在迅速發(fā)展以不斷適應(yīng)污水處理要求。因此，高效的厭氧反應(yīng)器適 6 s a b r 反應(yīng)器處理生活污水的效能研究 合我國現(xiàn)在的國情，具有廣闊的應(yīng)用前景。 本課題的創(chuàng)新點(diǎn)在于將傳統(tǒng)厭氧折流反應(yīng)器單側(cè)推流式進(jìn)水的形式改進(jìn)為 新型按不同比例分段多點(diǎn)同時(shí)進(jìn)水模式，降低了a b r 第一格室的有機(jī)負(fù)荷，克 服了傳統(tǒng)厭氧折流反應(yīng)器耐沖擊負(fù)荷不穩(wěn)定的缺點(diǎn)以及v f a 的積累問題。 s a b r 反應(yīng)器作為a b r 反應(yīng)器的改進(jìn)，具有比傳統(tǒng)厭氧處理工藝更靈活、易管 理的特點(diǎn)，反應(yīng)器易高效、穩(wěn)定地運(yùn)行。 但對(duì)于s a b r 的試驗(yàn)研究目前還主要處在實(shí)驗(yàn)室階段，所以s a b r 反應(yīng)器 在實(shí)際工程中進(jìn)一步推廣之前，仍需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)，結(jié)合機(jī)理分析，以便深 入地了解其工藝特性。例如，關(guān)于反應(yīng)器構(gòu)造的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，進(jìn)水方式和比例 分布以及反應(yīng)器內(nèi)生物的分布狀況還需要進(jìn)一步深入探討。針對(duì)上述存在的問 題，本研究擬對(duì)s a b r 反應(yīng)器的水力混合特性，處理生活污水的效能以及厭氧 生物特性等做以研究，為s a b r 反應(yīng)器在污水處理的實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 目前，高效厭氧反應(yīng)器由于具有占地面積小、除污效率高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)能 夠節(jié)約造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用，且管理方便，因此它的應(yīng)用和開發(fā)受到世界各國越來越 多的重視【7 1 】。s a b r 反應(yīng)器作為一種新型的高效厭氧反應(yīng)器，適合于我國高濃度 工業(yè)有機(jī)廢水和有毒廢水的處理，對(duì)于經(jīng)濟(jì)尚不發(fā)達(dá)的我國，其應(yīng)用前景更為廣 闊，因此此課題的研究有著顯著的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義。 1 5 本課題研究內(nèi)容和技術(shù)路線 1 5 1 主要研究內(nèi)容 1 水力條件對(duì)反應(yīng)器處理效果起著關(guān)鍵作用，s a b r 反應(yīng)器內(nèi)的流態(tài)決定 著基質(zhì)和微生物的接觸程度，控制著反應(yīng)器內(nèi)物質(zhì)的傳輸，因而水力特性是影響 其處理效率的重要因素。水流在s a b r 反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)可近似認(rèn)為是一種推流 運(yùn)動(dòng)，而在單獨(dú)的格室內(nèi)，水流分為向上流和向下流兩種形式，并在自身所產(chǎn)生 的氣流作用下不斷地?cái)噭?dòng)，又與完全混合流態(tài)相類似。 s a b r 流態(tài)試驗(yàn)根據(jù)表征流態(tài)性能的特征參數(shù)( 水力死區(qū)容積比v d 、串 級(jí)模型參數(shù)n 等) 和特征曲線，分別對(duì)s a b r 反應(yīng)器在清水條件下和實(shí)際運(yùn)行條 件下的水力特性進(jìn)行了研究，并分析了在一定的停留時(shí)間下，進(jìn)水方式和進(jìn)水比 7 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 例，以及回流比對(duì)其流態(tài)和水力特性的影響，為s a b r 反應(yīng)器的應(yīng)用和進(jìn)一步 研究提供理論基礎(chǔ)。 2 s a b r 反應(yīng)器的啟動(dòng)對(duì)于其運(yùn)行是一個(gè)關(guān)鍵步驟，即通過污泥接種和污泥 培養(yǎng)馴化，最終實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷、穩(wěn)定的運(yùn)行。反應(yīng)器的成功啟動(dòng)，能夠?yàn)樯钗鬯?的處理培養(yǎng)最適宜的微生物，從而為反應(yīng)器高效穩(wěn)定的運(yùn)行提供有利條件。因此， s a