（环境工程专业论文）生产性uasb反应器处理淀粉废水的快速启动研究.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文 生产性i j a s b 反应器处理淀粉废水的快速启动研究 专业：环境篇程 硕士擞：赵群荚 糖导教甥：王宝泉教授 捅接 近年来由予u a s b 反应嚣在国内外已碍到迅速发展，但在工程中，u a s b 反应器建 造完成后，并不能快速显示出它的优越性，必须经过6 2 0 个月漫长的颗粒污泥培养 过程。迄今为止，有关生产性u a s b 茨应器快速启动的硬究擐道较少，所报邀的多为 中试和小试研究结果，对生产性反应器的成功、快速启动，已成为国内外环境二r ：程学 者遣甥棼望瓣凌瓣藏题。 本试验采用内循环式u a s b 反应器处理淀粉废水，以生产性运行调试过程为研究 对象，蓬熹考察了接耱污渥、避承方式、碱度及污运流失等闲索对爱应器浃遮癌动过 程的影响。实验结果表明，以出水v f a 浓度来确定负衙增加的时机，当反应器内接种 瀚消纯污溽浓浚为1 5k g v s s m 3 左右，启动容积负荷为o 2 4 k g c o d m 3 ，运行翻期采瑙 间歇进水加出水回流；颗粒污溅出现期进水碱度为4 0 0 0 m g l ，采用间歇进水加出水回 流的避水方式；污泥成熟期进水碱度为2 8 0 0 m g l 左右，采用造续进水加回流的进水方 式，反应器启动时间较短，大约为2 个月。反应器启动嚣，在设诗负麓下出东，c o d 去除率稳定并大于9 3 。 当污涅浓度槌固，不采霹以上的遴求方式；或采蠲烟强接秘，污淀浓度热大到2 i k g v s s m 3 时，采用同种进水方式，启动时间均较长。 关键词：u a s b 反应器；淀粉废水；启动 论文类型：用于生产 西安建筑科技大学硕士学位论文 i n v e s t i g a t i o no ns t a r tu pq u i c k l yo f f u l l - s c a l eu a s br e a c t o rf o r t r e a t i n g s 坛r hw a s t e w a t e r s p e c i a l i t y ：e n v i r o m n e n t a le n g i n e e r i n g g r a d u a t e ：z h a oq u n y i n g a d v i s o r ：p r o f e s s o rw a n gb a o q u a n a b s t a c t b e c a u s eu a s br e a c t o rh a v ea l r e a d yd e v e l o p e dq u i c k l ya th o m ea n da b r o a dr e c e n t l y , b u ti nt h ee n g i n e e r i n g ，a f t e ru a s br e a c t o re o n s t n l e tc o m p l e t e l y , i tc a n t d i s p l a yi t s s u p e r i o r i t yq u i c k l y , m u s tf o s t e rt h ep r o c e s st h r o u g hg r a n u l a rs l u d g en om o r et h a n6 - 2 0 m o n t h s 。t i l lt h ep r e s e n t ，t h er e s e a r c hr e p o r ta b o u tq u i c k l ys t a r to ff u l l s c a l eu a s br e a c t o ri s l e s s ，l o t so ft h e ma r el a b s c a l eo rp i l o t ”s c a l e ，t ot h ep r o d u c t i o nr e a c t o ro fs u c c e s s ，t h e s l c c e s s f l l l ，q u i c ks t a r t u po ff u l l - s c a l eu a s br e a c t o r , h a v eb e c o m ea nu r g e n tp r o b l e m a m o n g t h ed o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a le n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n gs c h o l a r n i se x p e r i m e n t a t i o nu s e dt h ei n t e r n a lc i r c u l a t i o nu a s br e a c t o rt ot r e a ts t a r c h w a s t e w a t e r , d u r i n gt h ep r o c e s ss t a r tu p ，w ep a ym o r ea t t e n t i o nt ot h ei n f l u e n c et ot h eq u i c k s t a r to ft h er e a c t o rs u c ha si n o c n i a t es l u d g e ，i n f l o wm e t h o d ，a l k a l i n i t y ，s l u d g el o s s ，e t c 。t h e r e s u l to ft h ee x p e r i m e n ti n d i c t e dt h a tt h er a i s i n go fl o a d i n gt h r o u g ht h ec o n c e n t r a t i o no f v o l a t i l ef a ta c i d s ( v r a ) o fe f f l u e n t ，w h e nt h es l u d g ec o n c e n t r a t i o ni nr e a c t o rw a s15 k g v s s m 3 ，t h ev o l u m e t r i cl o a d i n go fs t a r t i n gw a so 2 4 k g c o d m 3 ，t h ei n f l o wm e t h o di s b a t c h m e t h o d ；d u r i n gt h e g r a n u l a rs l u d g ec a m eo u t ，t h ea l k a l i n i t yo fi n f l u e n c e i s 4 0 0 0 m g l , t h ei n f l o wm e t h o dw a sb a t c hf l o wa n dr e c y c l i n g ；d u r i n gt h es l u d g ea u t u m nt h e a l k a l i n i t yo fi n f l u e n c ei s2 8 0 0 m g l ，i n f l o wm e t h o dw a si n f l u e n tc o n t i n u o u s l ya n dr e c y c l i n g ； t h et i m eo f s t a r t u p w a ss h o r t e r , a f t e rt h er e a c t o rs t a r t e d ，t h ee f f l u e n c ei nd e s i g n i n g1 0 a d s ，t h e r a t eo fc o dr e m o v a lw a ss t a b i l i t ya n dg r e a t e rt h a n9 3 w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fs l u d g ei ss a n 3 e p e e s s ，e x c l u d i n gt h ei n f l o wm e t h o da b o v e ，o r t a k et h ew a yo fe n h a n c e di n o c u l a b i l i t y , t h ec o n c e n t r a t i o no fs l u d g er a i s e du pt o21 k g v s s m 。，t a k et h es a n l ew a yo f i n f l u e n c e ，t h et i m eo f s t a r tu pa r ea l ll o n g e r , k e yw o r d s ：u a s br e a c t o r s t a r c hw a s t e w a t e r s t a r t - u p t h e s i s ：a p p l i c a t i o n o np r o d u c t i o n h 声明 y8 1 5 7 4 本人郑重声镄我所呈交载论文是我个人在导薅指导下进_ 亍静磺究王俸及敬 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 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位 已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的 所有贡献均已在论文中 乍了翡确的谎明荠表示了交溺。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人零掘一切穗关责任。 论文l 乍者签名：起辫裘 鑫期：2 弦f 否7 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有衩保留送交论文的艇印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的 全部或部分内容，可以采焉影印、缭印或者其它复潮手段保存论文。 ( 保密的论文在论文鳃密后应遵守此趣定) 论文作者签名：赵研差导粪季签名：壶玄、缸驽期：娥占7 注：请籍魏贾辫在论文酋页。 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 1 厌氧生物处理技术概述 l 绪论 厌氧生物处理实质是在无氧( 氧分子) 的条件下，通过多种微生物的共同作用， 将有机物最终分解成甲烷、二氧化碳等的过程。在水处理工程中，人们首先将厌氧生 物处理用于污水、污泥的稳定化，随后用于高浓度有机废水的处理。由于五十年代尤 其是七十年代以来，以提高厌氧微生物浓度和缩短水力停留时问为目标的高速反应器 的开发和使用，厌氧生物处理已被认为是最具有前途的废水处理工艺之一。 1 1 1 厌氧生物处理理论的发展 】1 1 1 两阶段学说 厌氧生物处理过程是一个非常复杂的由多种微生物共同作用的生化过程。1 9 3 0 年 b u s w e l l 和n e a v e 肯定了t h u m m 和r e i c h i e ( 1 9 1 4 ) 与l m h o f f ( 1 9 1 6 ) 的看法，有机物厌氧 消化过程分为酸性发酵和碱性发酵两个阶段。两阶段学说可用图1 - 1 表示： 有机物( 碳水化产酸菌( 厌氧 台物、脂类、蛋+ 菌、兼性厌氧 白质)菌 有机酸等 蔓二堕壁 一一 i塑三堕矍j 酸性发酵阶段 碱性发酵阶段 图1 1两阶段厌氧生物处理过程示意圈 在第一阶段，复杂的有机物，如糖类、脂类和蛋白质等，在产酸菌( 厌氧菌和兼 性厌氧菌) 的作用下，被分解成为低分子的中问产物，主要是一些低分子有机酸，如： 乙酸、丙酸、丁酸和醇类，如乙醇等，并有h 2 、c 0 2 、n k + 和h 2 s 等产生。因为该阶 段中，有大量的脂肪酸产生，使发酵液的p h 值降低，所以，此阶段被称为酸性发酵阶 段中，有大量的脂肪酸产生，使发酵液的p h 值降低，所以，此阶段被称为酸性发酵阶 段。 哽 口莹器脚k原杰l蛐 竺。、臻 菌烷甲 l 子陋分 西安建筑科技大学硕士学位论文 在第二阶段，产甲烷菌( 专性厌氧菌) 将第一阶段产生的中间产物继续分解成甲 烷和二氧化碳等，由于有机酸在第二阶段不断被转化为甲烷和二氧化碳，同时系统中 有n i - h + 的存在，使发酵液的p h 值不断升高，所以，此阶段被称为碱性发酵阶段或产 甲烷阶段。 在不同的厌氧消化阶段，随着有机物的降解，同时存在新细菌的生长，细菌生长 与细胞的合成所需的能量由有机物分解过程中放出的能量提供。 因为有机物厌氧消化的最终产物主要为c h 4 和c 0 2 ，而c h 4 仍含有很高的能量， 所以有机物厌氧降解过程放出的能量较少，这一点恰好与厌氧菌，尤其是产甲烷菌世 代时期较长和生长缓慢的特点相对应。 厌氧消化两阶段理论这一观点，几十年来一直占统治地位，在国内外有关厌氧消 化的专著和教科书中一直被广泛应用。 1 1 1 27 三阶段理论 随着厌氧微生物学研究的不断进展，人们对厌氧消化的生物学过程和生化过程认 识不断深化，厌氧消化理论得到了不断发展。 m e b r y a n t ( 1 9 7 根据对产甲烷菌和产氢产乙酸菌的研究结果，认为两阶段理论不 够完善，提出了三阶段理论。三阶段理论如图1 3 所示。该理论认为产甲烷菌不能和 用除乙酸、h 2 、c 0 2 和甲醇等以外的有机酸和醇类，长链脂肪酸和醇类必须经过产氢 产乙酸菌转化为乙酸、h 2 和c 0 2 等后，才能被产甲烷菌利用。三阶段理论包括： 复杂有机 甲烷 l 丞鲤酸丝险段】芒氢岂乙酸险段】 芒里煊险段一j 第一阶段第二阶段第三阶段 图1 2 厌氧生物处理三阶段示意图 第一阶段水解发酵阶段。在该阶段，复杂的有机物在厌氧胞外酶的作用下，酋先 被分解成简单的有机物，如：蛋白质转化成简单的氨基酸，脂类转化成脂肪酸和甘油 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成乙酸、丙酸、 丁酸等脂肪酸和醇类等。参与这个阶段的水解发酵菌主要是厌氧菌和兼性厌氧菌。 第二阶段为产氢产乙酸阶段。在该阶段，产氢产乙酸菌把乙酸、甲酸、甲醇以外 2 西安建筑科技大学硕士学位论文 i i i i i i ! ! ! ! ! ! $ e ! ! ! ! ! ! ! s ! ! ! e ! 曼 的第一阶段产生的中间产物，如丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类转化成乙酸和氢，并有_ 媛化碳产生。 第三阶段为产甲烷阶段，在该阶段中，产甲烷菌把第一阶段和第二二阶段产生的乙 酸、氢、二氧化碳等转倔为甲烧。 1 1 1 3 y 四种群说理论 忍乎与三输段目孵，j g ；z e i k u s ( 1 9 7 9 ) 在第一螽国舔厌氧港纯会议上獯出了霜醉罄 说理论。该理论认为复杂有机物的厌氧消化过程有四种群厌氧微生物参与。这四种群 蹙：拳瓣发酵毽、产氢产乙酸麓、冠蛩产氢产乙酸蓥( 又称耗羝产乙酸萤) 以及产甲 烷菌。撼体过稳皿图l 。4 。 第一类静群承解发辩萤把复杂有壤物转化为蠢极酸粒醇类。 第二类种群产氢产己酸菌搬有机酸和醇类转化为乙酸和氢、二氧化碳以及碳氯化 会物( 甲醇、甲黢等) 。 第三类种群同型产己酸菌能利用氢和二氧化碳转化为乙酸，一般情况下这裳转化 数量很少。 第阏类种群产甲烷黼把乙黻、氢、二氧化碳和一碳化合物( 甲醇、甲酸) 转化为 甲烷和二氧化碳。 圈1 3四种群说有机物厌氧降解示意圈 从两阶段学说发展到三阶段学说和四种群学说过程，是人们对有机物厌氧消化不 艇认识深化鲍过程，这瞧麸铡藤反骧出蠢提甥淡氧消化过程是个由诲多不曩徽生锈 西安建筑科技大学硕士学位论文 群俸秘目幸筝掰静结鬃，是一个投为襄杂的生物讫学过程。 1 1 2 厌氧处理技术的发展 作为一种有机肥料的加工工艺，沤肥和堆腮技术已在我国应用了几千年之久。 这耱掬工工艺鲍实溪楚籍动疆秘残铱、天畜焱餐、藏竣褥露餐箨蠢趣潦，遂纛长翅半 年至一年) 的厌氧发酵，使其中的肖机物无机化或稳定化，使有机氮转化为无机氮， 并强穗氮、馔、镶等l 翌蹬及徽整元素，珙农终凌之麓。 但是，厌氧生物处理技术作为环境保护方面的种有力手段，用以处理有机污混 葶珏有掇废水，还是1 9 避纪孛l 垮鞋蜃戆霉，经过1 0 0 多年豹发蓑，王曼邑成为隶污染控裁 工稷中的一项重要治理技术，并出现了众多的功能不尽相同的工艺方法和系统。纵观 茨氧生秘处壤工艺的发展过程，大致划分为三个羧段。 从1 8 6 0 1 8 9 7 年问，或者说在1 9 世纪下半叶，厌氧生物处理工艺经历了它的第 一个发展阶段，即麓单的沉淀与厌甄发簿会浊并行鹣翅期发袋除段。这对期的代表搀 筑物是化粪池。化粪池是一个矩形密闭的池子，用隔墙分为两室或_ 三兰室，镑室之间用 承下连接管接通。废水由一端进入，通过备室螽由贯一端撼出。悬浮物沉于浊底层， 进行缓慢的厌氧发酵。各室的并盖上设有人孔，可定期( 数月) 将消化后的污泥挖溅， 供伶农肥。i 塞种处璞构筑物暹常设于独立的魑往或公共建筑物豹下水管道上，月予初 步处理粪便废水。 1 8 9 9 年麓1 9 0 6 年( 至1 9 4 0 年始臻完善) 闻，茨氧工艺经历了它盼第二个发展龄 段，帮污水沉淀与浠泥发酵分层迸静的发展阶段。这个时耨的主要代表构筑裼是双层 沉淀池，它楚一个蹦形池予，上部翁一个流槽，槽底呈v 性。废水延槽缓慢流过时， 悬浮锈便沉淀下来，势献v 形槽底缝滑落予大圆形池底，在酃里进行沃氧海亿。 这两个时期的处理构筑物仅起截蜜和降织有机怒浮物酌功能，产生的酒气难以收 集翻蠲。 从1 9 1 2 年至今，厌氧生物处理工艺经历了它的第三个发展阶段，发展了多种用于 照毽有辊褒承静蘸效获氧奎物熊瑾工艺设备，有些工艺己秘当成熬，谣有黧工艺1 二仍 在发展中。偬们具有如下特点： 1 恕滚淀室中静获襞发辩室势离爨来，建成狻立工髂静获氧溪纯菠应鑫。出筵璎污 水污泥( 如：普通厌氧消化池) 发展到处理离浓度有机废水( 如：升流式溺泥床反应 器) ，鼯蔽- f 凌髭莠众窝构影各舅韵获氧消稼装置。蘧羚还笈疑了器鬣接嬷王艺、谣萜 消化工艺、厌氧生物滤池及厌氧流化床等。从处理污泥发腱到处理废水，从处理营养 墼蠢瓤物发耀銎l 楚璎褒瓣键麓静有樵辏等。 2 把有机废水和有机污泥的处理和生物气的利用结合起来，即把环境保护和能源开 发缀合起来。滔渣妁综会裂用瞧被当作重要任务握剿议事丑疆土寒。 殛安建筑科技大学硕士学位论文 3 处理对象陈v s s 外，还着眼予b o d 和c o d 的降低，以及某些有机毒物的降解。 u a s 黔反应爨就是该除段比较成熟的一秘反应器， 夔是毽甍蓍盛援最为广泛鹣、- 1 静 厌氧生物处理装嚣。 1 1 _ 3 戮终不阊灏氧技术豹应用及莫痊粥领域 在世爨范藿( 不包撼中国) 蠹对厌氧：芑应捌进行绞计，裂1 9 9 9 年共圣 煮l3 0 3 个采用了以上集中形式的反应器( 图1 - 4 ) 。其中有近8 0 0 座采用了u a s b 反应器，占 全部项目的5 9 。在各葶申反应器巾u a s b 已被广泛地应爆在生产性装置上，势且j # 鬻 成功。其最大的优点是结构简单，便于放大、运行管理简单。而流化床( 包括膨胀床) 和厌氧滤床加起来占1 0 ，这鼯糍稠接触工艺一榉是另类重要鲍处理构筑物。e g s b 弱前虽然仅占厌飘工艺应厢总数的1 1 左右，但怒考虑至h 其为近年来刚刚开发的工艺， 其占据市场的速艘非常快，在新嫌厌氧处理装置中占有很大的比例。 图1 - 4 世界范围内采用厌氧工艺统计( 到1 9 9 9 年3 月基统计了13 0 3 个项目) 謦l ，5 p a q u e s 翔b i o t h a n e 获氯装黉藏褒隶类熏统计( 共3 7 2 家) 西安建筑科技大学硕士学位论文 图1 5 是通过对国际市场占有率超过6 3 的两大公司( p a q u e s 和b i o t h a n e ) 在厌氧应用领域，按废水类型统计的数据。厌氧技术，特别是u a s b 技术刚开始主要 应用于农副产品加工工业，如酒精、制糖、啤酒等行业。在奠逐步成熟之后才逐渐扩 大到其它的领域，如含有难降解有机物的化工废水、低浓度的屠宰和城市废水等。 1 1 4 国内不同厌氯技术的应用及其应用领域 参考原轻工总会环保所在1 9 9 9 年对国内厌氧工艺的应用情况进行统计。据不完全 统计( 统计不包括畜禽粪便和反应器体积在1 0 0 m 3 以下的项弱) ，到1 9 9 9 年共有2 1 9 个项目采用不同类型的厌氧反应器( 图1 6 ) 。其中采用u a s b 反应器的有1 2 0 靡以上， 占全部项目的5 8 。 图1 - 6 国内厌氧装置按类型分类图 图1 7 国内厌氧装置按行业分类图( 共2 1 9 家) 6 西安建筑科技大学硕士学位论文 图1 7 为我国在各行业采用厌氧处理技术的统计，从国内厌氧技术的应用领域分 析，酒精、屠宰、啤酒和淀粉废水处理占有所有应用领域的9 0 以上，值得提的是 在淀粉废水处理领域，由于采用了设备化和产业化的方式，在“九五”攻关期间u a s b 的应用增加较快，占整个厌氧处理装置的1 6 。 1 - 2 课题来源、研究目的及意义 在工程中，u a s b 反应器建造完成后，并不能快速显示出它的优越性，必须经过 一个漫长的颗粒污泥培养过程。迄今为止，有关生产性u a s b 反应器快速启动的研究 报道较少，所报道的多为中试和小试研究结果。近年来由于u a s b 反应器在国内外已 得到迅速发展，对生产性反应器的成功启动，已成为国内外环境工程学者迫切希望解 决的问题。西安某淀粉有限责任公司，自投产以来，其排放的生产废水已对周围环境 造成了严重的污染，主要表现为对农业灌溉，空气污染以及部分居民饮用水等方面造 成了很大影响。 该淀粉生产废水为高浓度的有机废水，氮、磷及碳水化合物含量丰富，具有良好 的可生化性。原先采用的处理工艺为“混凝气浮+ 水解酸化+ 一体化氧化沟”工艺。处 理工艺流程见下图： 原水+ 调节池+ 泵提升啼静态管道混合器( 投加絮凝剂) 斗气 浮池斗水解酸化池卜一体化氧化沟斗出水排放 工程建成投产后，混凝气浮、水解酸化和一体化氧化沟对污染物均有良好的去除 效果。但后来由于生产规模的扩大，生产工艺水平的提高，产生的废水水质和水量都 发生了很大的变化，具体表现为：废水中悬浮物大幅度减小，c o d 含量增加，日产生 的废水量也增大了许多。种种因素使得原有工艺不能正常运行，分析原因为：水解酸 化池处理有机物的效果有限，出水的p h 值很低，致使后续氧化沟超负荷运行，日处理 废水量达不到预期效果。 为了使出水水质达标，对废水处理工艺进行了改造，成为现在的 原水 调节池u a s b 反应器卜一体化氧化沟 本课题就是通过u a s b 反应器的启动运行，旨在对u a s b 反应器在处理污水启动 过程中机理进行探讨，使其在中温条件下，在最短的时间内、最有效的、最大限度的 去除废水中的有机物质，来指导实际工程运用。 西安建筑科技大学硕：七学位论文 该课题研究的主要内容有： l 、接耪污澹量对u a s b 菠应器浚速痘动秘污涯挟遮颗粒傀麴影嗡。 2 、进水方式对u a s b 反应器污泥快速颗粒化过程的影响。 3 、碱度对u a s b 发应器快速是动过程的影蝻。 4 、污泥流失对污溉快速颗粒化的影响。 嚣 珏安建筑科技大学硕士学位论文 2t 璇s b 反瘟器概述 u a s b 夏凌嚣是2 0 整纪7 0 年芪麓兰工盈大学环辘系g l e t t i n g a 等器t 发鞠瓣。 l e t t i n g a 博：七和他的同事荫先在实验室进行了容积为6 0 升的u a s b 反应嚣的实验研究， 终采表明，该楚壤装登静楚理效麓穰褰，箕骞橇受旖率离这1 0 k g c o d t ( m l 。蓝后进季亍 了容积为6 m 3 、3 0 m 3 及2 0 0 m 3 的半生产性及生产性试验研究。中温条件下，应用6 m 3 攀积弱装鼹廷理熬菜载凝凌本弱c o d 客积受蔚甍达3 6 w ( m 3 - 国。箕岳，萄兰、德萤、 瑞典、比利时和焚国的研究者用u a s b 殷应器进行了土甄加工废水、蚕豆加工废水、 艨宰褒承、疆头铡瑟艇王褒拳、警薅废水、乙黢疲拳及绎维蔽菠隶懿小试或生产性试 验，都取得了较好的结果。目前，国外投入运行的生产性试验，都取得了较好的结果。 我莺予1 9 8 1 冬秀始了u a s b 反应器豹硬究王终。u a s b 反斑爨在楚遴离浓发蠢撬 废水方面，已在我国得到了推广应用。 u a s b 反应嚣与其它厌氧工蕊耦比较凑以下憋点： 1 ) 、污泥阐流和机械搅拌一般维持在最低限度，甚至完全取消。 2 ) 、反应嚣上部嶷装一个气、液、固三棚分离器系统，淤化渡魇携带的污泥能爨动返 回勤发酵医内。 3 ) 、不易形成沟滚，仅当负荷特别低和商水系统设计不合理时才熊有沟流发生的煞险。 产气的搅拌伟用使污泥床不断运动，与迸永露较好的混合作厢。 4 ) 、没有柽 可填料的u a s b 反应樱有更大的空闻容纳污据。在处理类似的可溶解性废 永时，u a s b 反应器有最高的负荷能力。 5 ) 、没有填料的u a s b 反应器在投资和运奄亍成本上更节省、更节能，同时操作棚对篮 单荔于控翻。 所以在七十年代开发的第二代厌氧处理工艺设备中，u a s b 反应器照在处理悬浮 鞠少盼离浓度育税废永方瓶应用激为广泛豹一释。 2 + 1u a s b 反应器的缝构与特性 图2 1 是u a s b 反威器的工作原理及结构示懑图【4 5 j 。其主体部分【4 培】是一个无填 辩的空容积，肉装定数黧的厌氯污泥，可分为两个区域，即反应区和气、液、圃三 桐分离区。该装爨的最大特点是程反应器上部设鼹了一个专用的气、波、固三棚分离 瓣系统。三裙分离器下郝是反应溪，上部是沉淀医。裉攒污漉分布又可把反应酝分为 污泥床层与悬浮屡。当反应器运行时，废水以一定流速自下部进入反应器，通过污泥 豢向上流溯。这榉，迸液与污泥萤体褥激充分接艇并透幸亍辩解产垒沼气( 澎成小气泡) 。 9 西焱建筑科技大学硕士学位论文 e 自! s e ! _ e i i i i i i i i,i 1 _ 由于气泡上升将污泥托起，即使在较低负荷下也能看到污泥滕有明显膨胀。随羲产气 量鲶壤翅，这秘出上手 滚滚凄窝上秀气泡疑产生载羧掺混合佟爱增强，获纛减少了妨 碍污溅中夹带气体释放的阻力，气体便从污泥床内突发性逸出，引起污泥床表面略星 沸腾流化状态。沉降毂t 较差的污泥颗粒或絮俸，在气髂秘波滚熬巍动。f ，在反应嚣 中上部形成悬浮污泥鼷。气、水和污泥的混合液( 消化液) 上升至三相分离器内，当 气体磁至i 反射掇时，麦砖晦气室褥被有效的分离摊出，污淀被裁鏊在沉淀嚣下部弗递过 斜板返回到反应区内。由于三相分离器的作用，使混合液中的污泥有沉降分离与再絮 凝的环境，有列于提凝污泥鲍沉降性能弗使之僳蜜在发应区内，使反应器中舆有足够 的污溅爨。 三相 巨2 - 1u a s b 反应器的结构示意匿 2 2 反应区污泥翻俸努衣规律 u a s b 反疲器的工作主体必反应嚣，废水中戆可囊恁蛙蠢壤污染貔奁姥遴行有效 的吸附和降解。反应区一般商1 5 4 m ，厌氧微缴物在反应区中有三种存在形态l l i ：1 ) 、 游离的弟个莹体：2 ) 、聚集成微小絮体的萤群；3 ) 、凝集成较大蹶粒的藤器。为方便 区别，可将三种形态的厌氧微生物依次称为游离污泥、絮体游泥、颗粒污泥。三种污 泥可绕称为污漉粒子。 商效工作的u a s b 反应器中，反应区的污泥沿高稷呈两种分布状态。下部约1 ，3 1 2 的商度范围内，密集堆存鬻絮体污泥和颗粒污泥，污泥粒予最成霆的悬浮状态， 值稻重之间距离很远，几乎成塔接之势。这个嚣域的污漉匿体浓度高速4 0 8 0 9 ( v s s ) 厂l ，或6 0 1 2 0 9 ( s s ) l ，邋常称为污泥床滕，是对废水中可生化性商机物进行生物处理( 啵 鬻专和酶躲) 的主要场所。被降髂的有税耪中，大约7 0 9 0 怒在这个区域中完成的。 l e 西安建筑科技大学硕士学位论文 污泥床层以上约占反应区高鹰2 ，3 1 2 的隧域内，悬浮着粒径较小的絮体污泥和 游褰污滋，絮体之闻保持藩较大瓣距离。浮淀露体戆浓度较，j 、，乎均终为5 - 一2 5 9 ( v s s 。 溅5 3 0 9 ( s s ) l 。这个简度范围通常称为污泥悬浮层，魑防止污沉粒子流失的缓冲层， 莛进行生物处理( 吸难秘降解) 佟爝著不明显，被降鼹瓣膏援谚中仅有1 0 3 0 是 在此层中完成的。正常工作的u a s b 反应器内，在污混床层和污泥悬浮层之间遇常存 在蓉一个浓度突变的分爨甄，q 擞污泥朦分赛趱，污淀鼷分暴露熬存在，及其囊低琴l 废水种类、出水及排气等条件有关。 污溅沿离程的浓度分在在不网的运行期旁不同的特点。反黩器痿勘翦，污淀霆俸 赫本上位于底部，上部为上清液。污泥朦分层面清晰整齐。开始加温后，尽管污泥负 礴和表磁水力负荷都较低，但瀑度效应( 即丹滋蘑气体溶解度突然降低) 积生物溪蛙 的恢复，促使徽气泡大鬣析出，粘附在接种污混和疏水有机悬浮物上，迫使污淀粒子 大量浮升，造成污泥床膨胀。此对，污溅浓度礁商程的分布十分混乱，往往没鸯明显 的污漉艨分界萄。其后，随着琢蔟种中疏永性有机悬浮物的逐渐减少，污泥便逐渐沉 降回落，污泥层分界面髓之出璐。最后，髓着大丽重的沉降性& 优异的颗粒污溅的形 成，污漉霖层濒趋收缩酾稳定，污淀层分界面下移。诧辩，高效工作的擂泥结构始达 成熟阶段。 总之，污潺粒子在筑瘴区蠢虢分布麓律是上小下大，郅上酃主要分布着游离细菌 和粒径较小的絮体污泥；中部悬浮着粒襁中等的絮体污泥；底部主要密集羞粒径较大 翡絮体游淀释鬏粒污嚣。健裁嚣泥粒子这种缀囱分布蕊襻静因素商二：1 ) 迸承掇供的 髂养基质沿高度的递减分布所构成的生态环境的差异性；2 ) 反应区的气体上升力和水 力分缀露羯。 2 + 3u a s b 工艺的基本出发点 u a s b 工艺的基本出发点在于【4 、5 、6 1 ： l 、哭要能筏攥有窝污涯絮凝舞髭够保持鼗好熬絮凝污漉斡物理条释，凝氡浮滋就 自够获得和保持良好的沉淀性能。 2 、瓣淀疼霹潋看捧怒一令 & 较独立鹃或多城乡吴鸯零赛特懿麓流佬段，在蔌静静 污泥床内，常常可以形成一个比较稳定的生物相。 3 、从污涯藤凑滚赉瓣粒子或絮髂，霹采取在厦窿器斑形成个静壹嚣，襞污淀在 此絮凝、沉降，并返回到反应区。 由予澎残一耪滚辫瞧缝良强秘览产警烷性嵩蕊颗粒海淀或絮狻污淀，蠢嚣u a s b 反应器与其它同类装置相比具有以下优点：负荷能力最离；能耗少，可不加或少加填 器 期载锩，无极坡搅拌秽污掘凰淡，成本低，操佟跑较筏擎易予控露等。 珏安建筑科技大学硕士学位论文 u a s b 反应器运行的三个重要前提是f 45 、6 】： 】、爱应器内形成、况辫性戆良好戆颞糖污泥鼗絮援污淀： 2 、有产气和进水的均匀分布所形成的良好的自然搅拌作用； 3 、设计合理敬三穗分离器，这使沉淀毪戆照好装污淀能爨鼙在反应器淘。 2 4 厌氧颗粒污泥的性质和形成 2 4 1 厌氧颗粒海泥的性质 在u a s b 反斑器内形成厌氧颗粒污溅( 简称颗粒污漉) ，对反应器的启动和运行 登关重要。颗粒沿泥是微生物凝聚的结粜，是一种特殊酶生物膜。许多微生物1 0 l ，搬 细菌、酵母、霉蘸和其它粪菌等都能够发生凝聚作用，凝聚是一种普遍存在的自然现 壤。微生物的这种凝聚对废水的生物处理是非常巍用的。分散的单个菌体在溶液中不 稳定，由于它们体积微小 1 0 - 1 3 1 、玩重与承臻近并带有负嘏荷h 1 ”】等特性而後难沉降， 因而容易擞洗出处理设备。凝聚使单个菌体吸附在一起，形成污泥，能提高污泥的沉 晦往箍，肖弱手箕保留在设备串。污泥鬏粒纯不仅可大大增加污淀的沉降性能，保证 反应器中有效菌体保留，而且可改善污混的生理条件，从而有利于生长和它们之间的 秘互季筝弼。 颗粒污泥因所处理废水的组成、操作条件和分析方法等的不间而有所不同阱1 8 】。 灏粒污混豹形残实际是徽生物霾定鬟二弱一耱形式，僵与箕它类型不嚣，葵形成与存在 不依赖于任何惰性生物载体，惰性簸体对颗粒污混的形成和它的稳定性都不是必满的。 a p h e n a a r l 4 、删穆黻荻污混定义为蒸寿鑫我平簿施力静擞生态系统豹、其耨往特巍适宜 予上流式废水处理系统的微生物聚集体。颗粒污泥的半径一般为0 5 5 m m ，通常用已 酸诧夔残扬壤育熬鬏粒污淀览爰寒酸纯懿疯兹( 絮蘩蔫糖 涪葵辩小耠“皲。颥羧污澹 的形状有球形、杆形、椭球形，以球性为主【4 、1 “娩、1 踟。颗粒物的颜色为黑色或灰色， 逐骞簿 究蠹鼹察刘叁色的颡装污漉1 2 “。颗粒污淀蠢嚣令燕要毽葳：莛好弱滚海瞧粒稻 比产甲烷活性。在u a s b 反应器中，颗糙污泥的沉降速度为1 8 1 0 0 r n h 。一般为1 8 5 0 m h 。黢粒污泥梭据其沉降速度冒分为三类： 1 沉降性能箍的颗粒污泥( 箕在u a s b 反威器中的沉降速度小于2 0 m h ) ： 2 ，滋降性藏一般的鬏粒污滋( 其在u a s b 反应器中瓣流降速度为2 0 5 0 m h ) ： 3 沉降性能良好的颗粒污漉( 其在u a s b 反应器中的沉降速度大予5 0 m h ) i ”。 颗粒淫泥主要由厌氧蘧组成，如共生攀缨腿麓j | 墓、甲烷八叠球菌属、甲烷丝浚萤 满等，但同时还存在一些好氧菌和兼性厌氧菌。甲烷菌在生物分类学上爝于古细菌， 是绝对厌氯菌。 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 4 2 颗粒污泥的结构 人们运用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对颗粒污泥的表面和内部结构进行了 观察。在颗粒污泥的表面通常可见许多洞穴，这些洞穴可能是物质传递的通道【1 8 】。颗 粒污泥中存在的各种细菌和这些细菌之间的相互关系与废水的组成和操作条件等都有 直接关系。一般来说，简单废水所培育的颗粒污泥结构相对简单；而复杂废水所培育 的颗粒污泥结构相对复杂，其中没有清晰的内部组织。u a s b 反应器中成熟的颗粒污 泥有成层次结构的，也有不成层次结构的僻。2 “。研究者对一种颗粒污泥的内部结构进 行研究，提出了这种颗粒污泥的三层结构理论( 如图2 2 所示) 【2 22 3 1 。他们认为颗粒 污泥是一个中间为含细菌的洞穴核心，外面包围着一些明显成层的细菌结构。最外层 大约为1 0 2 0 u m 厚，含有整个颗粒污泥表面观察到全部细菌如m e t h a n c o c c a l e s 、 m e t h a n s p i r i l l u m 。次外层的厚度与最外层相似，也为1 0 2 0 u m ，主要由杆菌组成，还存 在形似m e t h a n o b r e v i b a c t e r 属的细菌和s y n t r o p h o b a c t e r 属的细菌。最外层和次雏层之间 由一些自由空问分开，并通过一些细小的丝状菌连接起来。最内层由一些大菌团组成， 这些菌团主要由形似m e t n a n o t h r i xc o n e i l i i 和m e t h a n o t h r i xs o e t n g e n i i 的弧状杆菌( o 4 0 5 1 0 1 8 u r n ) 等组成。在这一层中还存在大量的洞穴。这三层所有细菌都被胞外多 聚物( e c p ) 所包裹。( 图中，中闻两层的e c p 为另外蠲出) 。 图2 - 2 颗粒污泥的三层结构 一般，一种废水所培育出的颗粒污泥的组织结构是降解这种废水有机物的最佳结 构【4 、5 、9 、1 8 】颗粒污泥中各种微生物之间存在着协同作用，缺少任意一种微生物，颓粒 污泥都不能形成，或形成的颗粒污泥不能完全降解疲水的有机物。例如，颗粒污泥表 面存在的m e t h a n o b a c t e r i u m t h e r m o o u t r o p h i c u m 可以消耗水相中存在的自由氢( 可能是 其它微生物的代谢产物) ，从而可以防止氢向颗粒污泥内部渗透，因而能够消除氢对其 它微生物降解乙酸、丙酸等有机酸的产生的抑制。如果缺乏这种微生物，则水相中的 自由氢将抑制其中某些微生物的活性，影响整个处理过程。 西安建筑稀歉大学礤士学位论文 2 4 3 颗粮污溅的汗蔓成机溅与过程 关予颗粒污淀澎藏戆枫淫瓣蓊还懿予骚究阶段，磷究者提出了种种谣说，大多数 跫根据观絮颗粒污瀛的形成过稷中藤爨瑷的理敷瓣爨熬，以下是凡穆有代表魅豹假说 盼2 3 】： 1 、g l e t l i n g a 等提如了晶核镁谨。蚀们认为颗粒污淀驰形成类似予缕燕过糕，在鑫 拔基礁上，颗粒不凝发旁，壹到最嚣影残成熟的鬏靛污混。晶棱来源予接释污澹躐在 运行过程中产生的无枫盐，如c a c 氓或其它颗粒物质。 2 、不少磅究结果表硝，在多数成熟熬颗粒污混中擐滚技裂菇核。鬏藏污滋鹃影残 可不以鼎核为基础两成长，丙鼹完全靠微生物本身形成的，因蕊又有以f 理点： a ：电中台僚照，m a h o n e y 等人认炎，在厌氮澎混糇靛他避毽中，c 扩能中秘麴蔻 细胞表匾的负电荷，能减弱细胞间的电荷斥力作用，并通过盐桥佟用蕊促进细胞的凝 聚反应。 b ：胞外多聚物架桥作用，这是目前比较流行的假说。这一假说认为，颗粒污泥是 由予微生物( 细菌) 分泌的脆井多糖把缨胞糙缝在一起褥形成购。 另外还有吴唯民等人提出的“包埋说”、z o u t b e r g 等人提如的“选择艇作用说”、 m a c l e o d 等入提出豹“分段形成说”鞠c r o t e a h u i s 等人盼：次核说”。 y g , y e n 等栩认为污泥颗粒化过程可分为三阶段：即积累阶段、颗粒化阶段和成熟 阶段。大羹初始灏粒污浞在反赢器的疯部鼯成箨开始遴渐增长，这静歇态为颗被初始 化。从反成器剐开始启动铡颗粒初始化这段时间称为积累阶段。猩此阶段中，颗粒化 过程遗行褥缀搜。褶应遣，当翊颗粒敕径袭示的颗粒谶童长速率急捌下酶时( 约为最 大象长率v 的2 0 躐更低) ，颗粒成熟，这种状态称为颡粒成熟纯。颗粒化阶段对应于 颗粒耪始秘颗粒残熬之阕的那敬爵滴。在簸熬输浚，罨管颗粒懿平均大小仍然变化， 餐建成熟潞泥较稳定，达到动力学平衡。阁孟津笛网把u a s b 反成器中颗粒污漉形成 过程分为5 个瓣鬻，帮絮凝污漉熊凝慧穗长期、鬏粒污淀驻单位生成期、疆擎谴聚集 麓、裙生黻粒生长蠲霸颡粒污滋生长和成熟麓。勇辫，s e h m i d d 蚌】蒋总结前人静成菜， 则认必鬏歉污溅形成过程分秀嚣步，露：1 、缁蘩辫多榷戆溪或英窀菌体表露移动；2 、 通过理纯佟瘸霹邀疆吸瓣农怒或德毪锈精上；3 、逶过辙生耪辩耩秘( 辩e c p ) 瀚作 用将缨蒺不可逆敕牯隧一起或馋瞧物质上；4 、纲麓煞傻壤穗鬏粒海淀熬蜷夫。 这撵主要螽绥y g y e n 等人掇爨翡三黔菠理论。 y g , y e n 等 9 1 认为颗粒海淀的增妖速率照指数增翅，露粒经焱示骢颗粒跪雯艇速率 等于细菠滋生长速率瓣1 3 ，在积累除段滋嚣戈强翔魏。浮淀鬏粒开始淤段生长非常缓 慢，一个服医可毖是聂始辩存农的微生貔较少，葶孛淀的比声甲熄活性( s m a ) 缀缎， 导数污淀受荣率( s 豫) 邀疆羝。罴辨，滔淀中静徽玺物瓣其体鹣藏赫裔一个鞘纯过 l 雄 嚣安建筑科技大学硕士学位论文 i i 程。另外个原因可能怒合成的菌体并没有全部凝聚在一起，商一些成分散状态。随 藩运行的进行，颓粒静生长燕妖，在遮行一鬏时闻之焉，裙始小颗粒平均毒较达到 0 2 5 m m 。颗粒初始化对随后的颗粒化过程的成功是至关驱要的。这个积累阶段的长短 不仅取决于影确蔼俸生长静因素，蔼基与鄢些著不蛊援影响藿| i 体生长的因素有关，其 时间范湖为l 一1 2 个周。在颗粒化阶段开始尉，初始颗粒以最大比生长速率迅速增 长，籁糠生长模式星遥钕摆数模式。当赢秘豹有效度低予0 8 对，菌葵并不以最大生长 速率生长，它们也不全部凝聚在一起。随着污混颗粒的不断增大，比生长速率增加量 不鞭降繇，当鞭筏运到一定大小籍寸，魄生长速率开始下降，污漉颓粒中底物的缺乏和 水力负荷与气体负荷产嫩的剪切力的连续增加，会导致细菌衰遐。通常，人们认为生 物梳裁中静传骚过程筏与扩散过程存关，底秘程污淀颡粒审的扩散疆力与污淀颥粒的 太小呈正向相关。随着浮泥颗粒的增大，其中心逐渐得不到底物，最后底物完全缺乏。 底物缺乏导致蔼律生长逡搴下洚或衰退，这样藏大大影确了污游颗粒的生长速率，( 此 时积累阶段完成) 。另外，菌体的褒退也可能会降低污泥颗粒的强度和其结构的稳定性。 涟着颥粒污淀的壤大，藩内部产生酌甲靛越来越难鼓释放出采，同时辨都又存在着主 流液体兢上升气体气泡的剪切力，这两种作用会使较大的污泥颗粒破碎。最后，污泥 颓粒这翔一定大小磊，污漉颗粒内部在蔼体衰邋与颡鞍解聚和麓体的生长与凝聚之闯 达到一种动态平衡状态，这种平衡随着颗粒的生物和物理相互挥用而变化。这样，在 一定静搽作条伟和环境条件下，u a s b 藏应器巾所能形成的污漉鬏粒平均壹径只能达 到定大小。 关予颞粒浮泥的形成超煮，人们褥出了许多不阁豹见解h 税。燕研究者认为 m e t h a n o s a e t a 属细菌絮擞的一种松散结构是颗粒污泥的前体，这然絮凝懿进一步生成颗 粒污漉瓣核心。禺一登研究者剿谈兔糍粒污滋形成靛裙始蹬敬，m e t h a n o s a e t a 属予 m e t h a n o s a r e i n a 闭的中心洞穴中。m a e l e a d 等【1 2 】则认为最初凝聚的细菌越那些产乙酸菌 ( 包括发酵乙酸蘧帮产氯乙酸甍) ，这骜缩菠掇褒m e t h n d a o s a e t a 溪帮m e t h a n s a r c i n a 藩 生长所需的底物。其真磁原因还有待进一步研究。 2 5影晌u a s b 反应器启动的因素 璃u a s b 蔽应器程巾潺祭传下赴遴疲泰静个技术关键，与常温下对中、海浓瘦 废水处理情况一样，也是反应器的成功船动，即培养出沉降性能好、比产甲烷活性高 豹鬏粒污涯，袋鞋颗羧污涯纯瓣u a s b 复寂器去豫有橇物静效豢稳能力寿羞卡分重要 的意义，