（環(huán)境工程專業(yè)論文）uasb反應器處理天然氣凈化廢水啟動試驗研究.pdf

西南交通大學碩士研究生學位論文第l 頁 摘要 天然氣凈化廢水包括正常生產(chǎn)廢水和檢修廢水，正常生產(chǎn)廢水有機物濃度 低，較易處理；檢修廢水中含有大量難降解有機物，各種有機污染指標較高， 不易處理。廢水厭氧處理技術在高濃度有機廢水的處理中有著廣泛的應用，尤 其是u a s b 工藝，不僅在易降解高濃度有機廢水中有著廣泛的應用，在高濃 度難降解有機廢水的處理中也得到了推廣和應用。本文就中溫條件下u a s b 反應器處理天然氣凈化廠檢修廢水的啟動過程進行了研究。 u a s b 反應器啟動試驗以引進分廠酸化池污泥和其它工業(yè)u a s b 反應器 污泥做為接種污泥，利用引進分廠檢修廢水做為原水，根據(jù)試驗需要配水后進 水。由于檢修廢水有足夠的緩沖能力和氮營養(yǎng)物質(zhì)，不增加堿度和氮營養(yǎng)物質(zhì)。 可是檢修廢水缺乏磷營養(yǎng)物質(zhì)，為了滿足微生物生長的需要、加速反應器的啟 動過程，人工添加了磷營養(yǎng)物質(zhì)及微量元素。反應溫度由室溫升高到3 6 ， 為防止溫度變化過快對反應器產(chǎn)生不良影響，每天升高2 。反應器進水c o d 濃度由1 0 0 0 m g l 逐漸升高，在遇到不良反應情況下適當降低進水c o d 濃度， 最終進水c o d 為6 0 0 0 m g l 。雖然進水p i - i 波動較大，但是出水p h 穩(wěn)定，說 明該厭氧處理系統(tǒng)對酸堿有較強的緩沖能力。在試驗過程中加強了對出水揮發(fā) 性脂肪酸的監(jiān)測，有效防止了反應器出現(xiàn)酸化的趨勢。經(jīng)1 3 3 天的啟動后，試 驗型u a s b 反應器進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，c o d 去除率穩(wěn)定在4 0 左右。 關鍵詞：天然氣凈化廢水；上流式厭氧污泥床反應器( u a s b ) ；啟動：化學 需氧量( c o d ) 西南交通大學碩士研究生學位論文第1 i 頁 a b s t r a c t t h ew a s t e w a t e rf r o mn a t u r a lg a sp u r i f i c a t i o ni sc o m p r i s e do fn o r m a lp u r i f y i n g w a s t e w a t e r , a n de x a m i n i n ga n dr e p a i r i n gw a s t e w a t e r t h ec o n c e n t r a t i o no f o r g a n i c si nn o r m a lp u r i f y i n gw a s t e w a t e ri sl o wa n dt h i sw a s t e w a t e ri se a s yt o d i s p o s e ；w h i l et h ec o n c e n t r a t i o no fo r g a n i c si ne x a m i n i n ga n dr e p a i r i n gw a s t e w a t e r i sh i g h , w h i c hi sh a r dt od e a lw i t h a n a e r o b i ct e c h n o l o g i e sa r eb r o a d l yu s e di n d e a l i n gw i t hh i g ho r g a n i cc o n c e n t r a t i o nw a s t e w a t e r a ss u c c e s s f u lo n eo fa n a e r o b i c t e c h n o l o g i e s ，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 ( u a s b ) i su s e dn o tj u s ti ne a s i l y d e g r a d e dh i g ho r g a n i cc o n c e n t r a t i o nw a s t e w a t v rb u ta l s oi nh a r d l yd e g r a d e dh i g h o r g a n i cc o n c e n t r a t i o nw a s t e w a t e r t h es t a r - u po fu a s br e a c t o r sd e a l i n gw i t h e x a m i n i n ga n dr e p a i r i n gw a s t e w a t e ri ss t u d i e di nt h ep a p e lt h er e a c t o r sa r er u no n t h ec o n d i t i o no fm e s o p h i l i ca n a e r o b i cd i g e s t i o n t w op i l o t - s c a l eu a s br e a c t o r sa r es e e d e dw i t hs l u d g ef r o ma c i d i f i c a t i o np o n d a n do t h e ru a s br e a c t o r s t h ei n f l u e n ti sm i x e dw i t he x a m i n i n ga n dr e p a i r i n g w a s t e w a t e ra n df r e s hw a t e r , a n di sm i x e dw i t ht h ed e m a n do fe x p e r i m e n t a t i o n t h e e x a m i n i n ga n dr e p a i r i n gw a s t e w a t e ri sf r o my i n j i nd e p a r t m e n t a st h ee x a m i n i n g a n dr e p a i r i n gw a s t e w a t e ri sa b u n d a n ti nn i t r o g e na n da l k a l i n i t y , t h e r ei sn oa d d i t i o n o ft h e m w h i l e ，t h e r ei sal a c ko fp h o s p h o r u si nt h ee x a m i n i n ga n dr e p a i r i n g w a s t e w a t e r t om e e tt h ed e m a n do fb a c t e r i aa n da c c e l e r a t et h es p e e do fs t a r t u p ， p h o s p h a t e f e r t i l i z e ra n dm i c r o e l e m e n t sa l ea d d e d t h et e m p e r a t u r eo ft w o p i l o t s c a l er e a c t o r si si n c a s e df r o mr o o mt e m p e r a t u r et o3 6 c ，a n d2 i s i n c r e a s e de v e r yd a yt op r e v e n tt h eb a dr e a c t i o no fq u i c kt e m p e r a t u r ea d v a n c e t h e c o n c e n t r a t i o no fc o di ni n f l u e n ti si n c r e a s e df r o m1 0 0 0 m e lt o6 0 0 0 m 以w h e n b a dr e a c t i o na p p e a r s ，t h ec o n c e n t r a t i o no fc o di ni n f l u e n ti sr e d u c e dt ot h e 西南交通大學碩士研究生學位論文第l ii 頁 i n s t a n c e t h ep ho fe f f l u e n ti ss t e a d yw h i c hi n d i c a t e st h ed i g e s t i o ns y s t e mg e t sa g o o dc o u n t e r a c to na c i da n da l k a l i t oa v o i dt h ea c c u m u l a t i o no f 嘲a n d a c i d i f i c a t i o no fr e a c t o rs y s t e m ，t h ec o n c e n t r a t i o no fv f ai ne f f l u e n ti sa n a l y z e d t h es t a r - u po fp f l o t s c a l eu a s br e a c t o r sc o n t i n u e s1 3 3 da n dt h e ng e ti n t os t e a d y s t a t e t h ec o dr e m o v a li sa b o u t4 0 k e yw o r d s ：t h ew a s t e w a t e rf r o mn a t a r a lg a sp u r i f i c a t i o n ；u p - f l o wa n a e r o b i cs l u d g e b l a n k e tc u a s b ) ；s t a r m p ；c h e m i c a l o x y g e nd e m a n d ( c o d ) 西南交通大學碩士研究生學位論文第1 頁 1 1 問題的提出 第一章緒論 天然氣作為一種潔凈能源，其開發(fā)和利用越來越受到全球的重視。近年來 我國天然氣產(chǎn)業(yè)得到迅速的發(fā)展，2 0 0 0 年天然氣總產(chǎn)量為2 6 0 x1 0 8 m 3 在我 國陸上天然氣中約有一半產(chǎn)在四川、重慶地區(qū)，且大都是含硫天然氣，須凈化 后才能用作商品氣。川渝地區(qū)先后建設了近2 0 套天然氣凈化裝置，總設計處 理能力可達2 4 0 0 x 1 0 4 m 3 d 。目前國內(nèi)正在運行的9 套日處理能力超過1 0 0 x 1 0 4 m 3 d 的大型天然氣凈化處理廠，有8 座建設在川渝地區(qū)【塒。 在天然氣凈化過程中將產(chǎn)生一定量的凈化廢水，天然氣凈化廢水包括正常 生產(chǎn)廢水和檢修廢水。正常生產(chǎn)廢水是指在天然氣凈化過程中，凈化裝置產(chǎn)生 的汽提凝結(jié)水、涼水塔排污水、鍋爐排污水、廢熱鍋爐排污水、純水裝置再生 廢水、返洗廢水、含油廢水等在內(nèi)的生產(chǎn)廢水，其c o d 濃度約為5 0 0 m g b ， 主要污染物包括甲基二乙醇胺、環(huán)丁砜和三甘醇等。檢修廢水是指在凈化設備 大修期間產(chǎn)生的，包括原料氣過濾器沖洗水，溶液過濾器沖洗水、系統(tǒng)循環(huán)清 洗沖洗水、單體設備清洗排污水和工藝裝置分離器的氣田排污水等在內(nèi)的檢修 廢水。以重慶天然氣凈化總廠弓l 進分廠為例，其檢修廢水年產(chǎn)生量約為 2 6 5 0 m 3 ，c o d 濃度高達2 6 0 0 0 m g b 左右，主要污染物為環(huán)丁砜等。由于各凈 化廠采用的凈化工藝不一樣，廢水水質(zhì)也存在一定的差異。 正常生產(chǎn)廢水有機物濃度低，相對檢修廢水易于處理。例如，重慶天然氣 凈化總廠各分廠均建有以水解酸化一好氧生物處理為主體工藝的生產(chǎn)廢水處 理系統(tǒng)，正常生產(chǎn)廢水經(jīng)該系統(tǒng)處理后，基本能達到排放標準要求；由于檢修 廢水污染物濃度高，各分廠現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)無法滿足處理的要求，多采用灼 燒法或用自來水稀釋后進行處理。重慶天然氣凈化總廠引進分廠每年產(chǎn)生 西南交通大學碩士研究生學位論文第2 頁 2 6 5 0 m 3 左右檢修廢水污水，年通過灼燒處理污水6 8 3 m 3 ，其處理費用為1 1 3 6 元m 3 污水，剩余部份經(jīng)自來水稀釋后進生化處理( 設計進水指標 c o d = 4 0 0 m g l ) ，其處理費用為2 0 5 元m 3 污水。利用自來水稀釋處理既增加 污水排污總量又浪費了水資源。因此，天然氣凈化廢水成為困擾天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā) 展的一個主要環(huán)境問題。 據(jù)預測，至2 0 1 0 年預計我國天然氣的消費量將增至1 0 0 0 x 1 0 s m 3 a 2 1 。隨 著我國天然氣的大規(guī)模開發(fā)利用，特別是川渝地區(qū)高含硫氣田的開發(fā)，天然氣 凈化廢水的處理日益顯得重要。解決天然氣凈化廢水的關鍵是尋找有效處理檢 修廢水的方法。 廢水厭氧生物處理技術在處理高濃度有機廢水中有著廣泛的應有。其中升 流式厭氧污泥床( 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 ，簡稱u a s b ) 技術是厭 氧生物處理的典型代表，具有處理負荷大、能耗低等優(yōu)勢，目前已廣泛應用到 高濃度有機廢水的處理過程中。針對天然氣凈化廠檢修廢水水質(zhì)特性，利用 u a s b 反應器來進行處理在理論上是可行的。如果運行成功，將具有良好的環(huán) 境效益和經(jīng)濟效益。 u a s b 反應器的良好啟動是實現(xiàn)其高效處理功能的前提，本文就u a s b 反應器處理天然氣凈化廢水的啟動過程開展了試驗研究 1 2 廢水厭氧處理與u a s b 反應器 1 2 1 厭氧處理原理 目前，三階段與四菌群學說被認為是對厭氧生物處理過程較全面的描述 【4 l 。1 9 7 9 年m p b r y a n t 提出了厭氧消化三階段理論，如圖1 - 1 所示f 3 l 。該理 論認為甲烷菌不能利用除乙酸、 - 2 c 0 2 和甲醇等以外的有機酸和酵類，長鏈 脂肪酸( l o n gc h a i nf a t t y a c i d ，簡稱l c f a ) 和醇類必須經(jīng)過產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸轉(zhuǎn)化 西南交通大學碩士研究生學位論文第3 頁 為乙酸、h 2 和c 0 2 等后才能被甲烷利用。三階段理論包括f 蜩： 圖1 - 1 三階段厭氧消化過程示意圖 第一階段是水解發(fā)酵階段。在該階段復雜有機物在厭氧胞外酶的作用下首 先被分解成簡單有機物，如纖維素被分解成較簡單的糖類；蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化成簡單 的氨基酸；脂類轉(zhuǎn)化成脂肪酸和甘油等。然后這些簡單的有機物在產(chǎn)酸菌的作 用下轉(zhuǎn)化成乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇類。 第二階段是產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段。在該階段產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲 醇以外的第一階段中間產(chǎn)物，如丙酸、丁酸等脂肪酸轉(zhuǎn)化成乙酸和氫，并有 c 0 2 產(chǎn)生。 第三階段是產(chǎn)甲烷段。在該階段產(chǎn)甲烷菌把前兩階段產(chǎn)生的乙酸、h 2 ， 和c 0 2 等轉(zhuǎn)化成甲烷。 幾乎與b r y a n t 提出三階段理論的同時，z e i k u s 等人在第一屆國際厭氧消 化會議( 1 9 7 9 年) 上提出了厭氧消化四階段理論。該理論認為有機物的厭氧 消化過程有四種菌種參與：水解發(fā)酵菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、同型產(chǎn)乙酸菌( 又稱 耗氫產(chǎn)乙酸菌) 和產(chǎn)甲烷菌該理論在三階段理論的基礎上增加了同型產(chǎn)乙酸 過程，即由同型產(chǎn)乙酸菌把h 2 ，c 0 2 轉(zhuǎn)化為乙酸。但是這類細菌所產(chǎn)的乙酸往 西南交通大學碩士研究生學位論文第4 頁 往不劉乙酸總產(chǎn)量的5 。圖1 - # l 表達了四種群學說關于復雜有機物的厭氧 消化過程。 圖1 2 四菌群學說有機物厭氧降解示意圖 在厭氧消化理論的發(fā)展和研究不斷得到深入的同時，厭氧生物處理微生物 學，厭氧生化機理、厭氧生物處理動力學、厭氧生物處理過程的能量代謝和熱 力學以及厭氧處理過程的控制均得到了深入的研究和總結(jié)。 1 2 2 厭氧處理技術應用 厭氧生物處理法首先是從對糞便的處理開始的。1 8 8 1 年法國c o s m o s 雜志 刊載了介紹m o u r a s 創(chuàng)造的處理污水污泥的自動凈化器( a u t o m a t i cs c a s e n g e r ) ， 這被作為人工厭氧生物處理廢水的開始 3 1 。由于早期厭氧污水處理設施水力停 留時間( h v d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ，簡稱h r t ) 長、占地面積大、去除效率 低等不足，厭氧生物處理技術的發(fā)展曾一度不搜看好，而與此同時好氧生物處 理技術得到迅速的發(fā)展?？墒请S著工業(yè)的迅速發(fā)展和人口的不斷增加，能源、 西南交通大學碩士研究生學位論文第5 頁 資源和環(huán)境闖題日趨嚴重，入們又重新認識了采用厭氧生物處理技術處理有機 廢水和有機廢物的重要性。厭氧生物處理技術不僅本身能耗低，并且可以將廢 水中的有機物轉(zhuǎn)變成沼氣，在去除污染物的同時回收了能源。因此廢水的厭氧 生物處理是一種低成本的廢水處理技術，同時它又是把廢水的處理和能源的回 收利用相結(jié)合的一種技術。表1 - 1 對比分析了厭氧生物處理的特征。 表1 1 厭氧生物處理特型習 優(yōu)缺點好氧生物處理 厭氧生物處理 優(yōu)點 1 應用范圍 低濃度有機廢水，易降解高、低濃度有機廢水，某些難降 有機物解有機物 2 j 能量消耗高( 需曝氣設備)低；是活性污泥法的1 1 0 3 能量回收無有，理論上去除l k g c o d 產(chǎn)生 0 3 5m 3 甲烷( 3 9 3 x 1 0 k j m 3 ) 4 容積負荷率 低：2 4 k g c o d ( m 3 m 高：5 1 0 k g c o d ( m 3 m 5 剩余污泥與處理 多：0 4 0 6 塒k g c o d ， 少，為活性污泥的1 6 l l o 。費 費用高用低 6 營養(yǎng)需要量高：c o d ：n ：p = 1 0 0 ：5 ：1 低：c o d ：n ：p = ( 2 0 0 3 0 0 ) ：5 ：1 7 耐沖擊負荷能力弱強 8 對水溫適應范圍常溫：1 0 3 0 常溫1 0 3 0 c 中溫3 0 4 0 c 高 溫5 0 6 0 9 處理成本高 低：約為好氧法成本的1 3 ( 不計 沼氣能量1 不足1 生化反應速度較快較慢 2 水力停留時間較短較長 3 系統(tǒng)啟動需時短，一般l 2 周需時長，一般8 1 2 周 4 處理后水質(zhì)一般可達標排放 需進一步好氧或物化處理后才能 達標排放 厭氧生物處理廢水最先從處理高濃度有機廢水開始，目前已經(jīng)能用于處理 中等濃度的有機廢水，還成功地實現(xiàn)了處理低濃度有機廢水的可行性【3 】。新型 高效厭氧處理技術的開發(fā)是實現(xiàn)厭氧生物處理的關鍵，已經(jīng)開發(fā)應用的厭氧反 應器有2 0 多種，胡紀萃【3 】對此進行了詳細的敘述，總結(jié)其結(jié)果列于表1 2 中。 西南交通大學碩士研究生學位論文第6 頁 表1 - 2 厭氧處理技術的發(fā)展概況 名稱時間地點，人名特點 自動凈化器 1 8 6 0 年法國 改進了簡易沉淀池，使沉淀污泥能厭氧液化 l o u i sm o u r a $ 厭氧填料床過l s 9 0 年英國現(xiàn)代厭氧濾池的原型 濾器 s c o t t - m o n c r i e f t 化糞池1 8 9 5 年英國改進了簡易沉淀池，使沉淀污泥能厭氧液化， d o n a l dc a m e r o n首次回收了生物能源用于加熱和照明 分隔式消化器1 8 9 9 年美國，提出了把污水沉淀和污泥發(fā)酵分隔開來的構(gòu)想 h a r r y w c l a r k t r a v i s 雙層沉1 9 0 3 年英國 將沉淀池用薄壁分隔成上下兩室，上室為污水 淀池 t f a v i s 沉淀，下室為污泥發(fā)酵 l m h o f f 雙層沉1 9 0 6 笠德國，對t r a v i s 池的改進，增大下層發(fā)酵室，增長污 淀池 k a r li m h o f f況齡 敞開式消化池1 9 1 2 生英國伯明翰市人工和天然的大型露天貯泥池，消化時間1 0 0 d 左右，消化效果不好，散發(fā)惡臭 封閉式傳統(tǒng)消1 9 2 0 年德國k r e m e r加蓋的密閉式消化池，現(xiàn)代消化池的原型 化池 高速消化池 1 9 3 5 w n t o r p e y 采用加熱或增設攪拌設備的方法對傳統(tǒng)消化池 1 9 5 5 疰 進行改進 厭氧接觸工藝1 9 5 6 薤 s c l n - o e f c r 由厭氧消化池、沉淀池及污泥回流系統(tǒng)組成， ( a c t ) 縮短了水力停留時間，延長污泥停留時間，提高 了消化池的容積負荷，從而提高其處理效能 厭氧生物濾池1 9 6 7 年美國首次開發(fā)了厭氧生物膜法，增大了污泥齡，提 ( a di c y o u n g ，e l高了處理效率 m c c 啦 兩相厭氧消化1 9 7 1 龜 p h o l a n dg h o s h 將酸發(fā)酵與甲烷發(fā)酵分別在兩個反應器內(nèi)進行 工藝 上流式厭氧污1 9 7 4 籃 荷- _ 蘭l e t t i n g a 反應器內(nèi)有大量慶氧污泥，部有三相分離器及 泥床( u a s b ) 污泥沉降室，具有高的處理效能，應用十分廣泛 厭氧膨脹床1 9 7 8 焦美國w j j e w e l l 反應器內(nèi)均勻充填細顆粒載體，通過回流產(chǎn)生 ( a e b ) 上升流速，造成污泥床的膨脹 厭氧流化床1 9 7 9 芷r p b o w k e r 反應器內(nèi)均勻充填細顆粒載體，厭氧微生物固 ( 刪著于其上，通過回流產(chǎn)生上升流速，造成污泥床 的流化，處理效能高，運行管理復雜 西南交通大學碩士研究生學位論文第7 頁 表1 - 2 厭氧處理技術的發(fā)展概況( 續(xù)) 名稱時間 地點人名 特點 厭氧生物轉(zhuǎn) 1 9 8 0 盆s j 1 h i t 厭氧微生物固著在轉(zhuǎn)盤上，污泥濃度高，泥齡 ( a r b r ) 長，不怕流失 膨脹顆粒污泥1 9 8 1 矩在u a s b 可形成顆粒污泥的基礎上開發(fā) 床反應器 厭氧折流板反1 9 8 2 年 m c c a r t y 厭氧生物轉(zhuǎn)盤的改進 應器( a b r ) 厭氧復合反應1 9 8 2 籃u a s b 反應器與厭氧濾池的結(jié)合 器( u b v 3 上流式固體反1 9 8 2 拒在u a s b 基礎上開發(fā)，處理含高固體的廢水 應器( t j s r ) 內(nèi)循環(huán)厭氧反1 9 8 5 矩在u a s b 可形成顆粒污泥的基礎上開發(fā) 應器( i c ) 1 2 3u a s b 反應器原理 u a s b 反應器是荷蘭w a g e n i n g e n 農(nóng)業(yè)大學l e t t i n g a 等人在1 9 7 3 1 9 7 7 年 研制的1 6 1 。u a s b 反應器主體部分由反應區(qū)和氣、液、固三相分離區(qū)兩部分組 成。在反應區(qū)下部，是由沉淀性能良好的污泥( 顆粒污泥或絮狀污泥) 形成的厭 氧污泥床。圖1 3 為u a s b 反應器工作原理示意圖。 u a s b 在運行過程中，廢水從反應器的底部進入反應器后，由于水的向上 流動和產(chǎn)生的大量氣體上升形成了良好的自然攪拌作用，并使一部分污泥在反 應區(qū)的污泥床上方形成相對稀薄的污泥懸浮層。懸浮液進入分離區(qū)后，氣體首 先進入積氣室被分離，含有懸浮液的廢水進入分離區(qū)的沉降室，由于氣體已被 分離，在沉降室擾動很小，污泥在此沉降，由斜面返回反應區(qū)。另外個完整 的u a s b 處理系統(tǒng)還包括進水布水系統(tǒng)、出水系統(tǒng)和排泥系統(tǒng)。 作為一種高效厭氧處理系統(tǒng)，該反應器具有厭氧過濾及厭氧活性污泥法的 雙重特點。與厭氧接觸反應器、厭氧生物濾池等工藝相比較，具有運行費用低、 西南交通大學碩士研究生學位論文第8 頁 投資省、處理效果好、耐沖擊負荷、適應p h 和溫度變化的能力強、結(jié)構(gòu)簡單 以及便于操作等優(yōu)點。u s a b 反應器自發(fā)明以來一直成為國內(nèi)外研究的熱點， 成為應用最為廣泛的厭氧處理工藝。 沼氣 圖1 3u a s b 反應器工作原理示意圖 1 2 4u a s b 反應器的特點 處理水 沉淀區(qū) 反應區(qū) 由于u a s b 反應器能夠培養(yǎng)出沉降性能良好、比產(chǎn)甲烷活性高的顆粒污 泥，相對于其它厭氧反應器u a s b 具有自身的優(yōu)勢。其突出特點為| 6 - 1 ： 1 ) 有機負荷率( o r g a n i cl o a d i n gr a t e ，簡稱o l r ) 較高，水力負荷能夠 滿足要求。 動u a s b 反應器提供了一個有利于污泥絮凝和顆?；奈锢項l件，通過 合理控制工藝條件可以使厭氧污泥保持良好的沉淀性能。 西南交通大學碩士研究生學位論文第9 頁 3 ) 通過污泥的顆?；土骰饔?，反應器內(nèi)形成一個相對穩(wěn)定的厭氧微 生物環(huán)境，使微生物和基質(zhì)得到充分的接觸，最大限度地發(fā)揮微生物 的轉(zhuǎn)化能力。 4 ) 污泥顆?；笤鰪娏朔磻鲗Σ焕麠l件的抵抗性能。 5 ) 在一定水力負荷下，u a s b 反應器可以依靠體內(nèi)產(chǎn)生的氣體來實現(xiàn)污 泥和基質(zhì)的良好接觸。省去攪拌或者回流污泥所需的設備和能耗。 6 ) 反應器頂部的三相分離器使上升水流攜帶的污泥能夠自動返回反應 區(qū)，避免了附設沉淀分離裝置、輔助脫氣裝置和污泥回流設備，簡化 了工藝流程，節(jié)約了投資和運行費用。 7 ) 不需要在反應器內(nèi)投加填料和載體，提高了反應器的容積利用率，避 免堵塞。 1 2 5u a s b 反應器的應用 1 2 5 1u a s b 處理高濃度有機廢水中的應用 在荷蘭、德國、加拿大、奧地利、瑞士、澳大利亞、愛爾蘭、瑞典、美國 和比利時等國家，中溫u a s b 反應器在處理制糖【1 0 1 1 1 、土豆加工【12 ，1 3 1 、淀粉 【1 4 ，坷、屠宰【1 6 1 、酒精與釀酒【z 7 _ 1 9 、造紙【捌、牛奶與乳制品【2 1 矧等生產(chǎn)廢水中 有著廣泛的應用，且取得了良好的效果【2 1 捌。王凱軍等【2 1 1 9 9 9 年對u a s b 反 應器的應用情況進行了調(diào)查：在世界范圍內(nèi)( 不含中國) 所統(tǒng)計的1 3 0 3 座厭 氧處理裝置中有8 0 0 座采用了u a s b 工藝，u a s b 工藝占總數(shù)5 9 表1 3 統(tǒng)計了國外部分u a s b 反應器的運行效果。 我國u a s b 反應器的研究工作始于1 9 8 1 年，“七五”期間( 1 9 8 6 1 9 9 0 ) 國家把“高濃度有機廢水厭氧生物處理技術”研究列入重點環(huán)保研究課題，清 華大學等1 4 家單位參與了該項目的攻關研究。對u a s b 等現(xiàn)代高效厭氧反應 器進行了全面深入的研究，研究成果大大縮小了我國在廢水厭氧生物處理技術 西南交通大學碩士研究生學位論文第1 0 頁 領域與國外的差距【3 1 表1 3 國外部分u a s b 反應器運行效果 u a s b 技術在我國酒精廢水【2 1 捌、啤酒廢水【2 1 以2 5 】、淀粉廢水f 2 1 瑚矧、檸 檬酸廢水f 2 1 郊捌等的處理中得到廣泛的應用。在1 9 9 9 年對我國u a s b 反應器 應用情況的調(diào)查中，在統(tǒng)計到的2 1 9 座厭氧處理裝置中有1 2 0 座采用了u a s b 工藝，u a s b 工藝占總數(shù)5 8 【2 1 1 。國內(nèi)部分u a s b 反應器的運行效果表1 4 。 表l - 4 國內(nèi)部分u a s b 反應器運行效果川 1 2 5 2u a s b 處理難降解、有毒有機工業(yè)廢水 隨著技術的成熟和研究的深入，國內(nèi)外開始將u a s b 技術逐漸應用于難 降解、有毒有機工業(yè)廢水和低濃度城市生活廢水處理當中。下面就u a s b 反 西南交通大學碩士研究生學位論文第1 1 頁 應器研究較多的廢水處理情況進行簡單介紹。 王世明等 3 0 l 、k l e e r e b e z e m ，r o b e r t 等1 3 1 】對u a s b 處理精對苯二甲酸 ( p u r i f i e dt e r e p h t h a l i ca c i d ，簡稱p t a ) 廢水進行了研究。經(jīng)對苯二甲酸 ( t e r e p h t h a l i ca c i d ，簡稱t a ) 馴化的厭氧污泥能夠穩(wěn)定地處理p t a 廢水，在 水力停留時間2 9 3 2 h 、進水c o d 4 6 0 0 7 0 0 0 m g l 、t a 含量1 8 0 0 2 0 8 0 m g l 條件下，c o d 的去除率穩(wěn)定在8 0 以上，對t a 去除率穩(wěn)定在7 0 以上 p o l 。利用兩項u a s b 反應器處理處理p t a 廢水，在保持進水溫度3 7 ( 2 、p h 為7 的情況下，可以取得容積負荷為4 0gc o d l d 、c o d 去除率為9 5 的 試驗效果p ”。 利用u a s b 技術處理垃圾滲濾液的研究較多【3 2 3 6 1 劉國濤等 3 2 1 采用 u a s b 反應器處理城鎮(zhèn)有機垃圾經(jīng)兩相厭氧消化產(chǎn)生的浸出液，在水溫為2 8 3 5 時，采用處理城鎮(zhèn)有機垃圾的單級厭氧消化反應器的消化污泥進行接種， 3 8d 內(nèi)便完成了u a s b 反應器的啟動。在運行期間，當進水c o d 為1 01 0 0 1 11 0 0 m g l 、負荷為8 5 9 5 k g c o d m 時，c o d 的去除率為8 8 9 5 ，出水c o d 濃度為5 7 5 16 0 9m g l ；u a s b 系統(tǒng)運行穩(wěn)定，具有較強 的酸、堿緩沖能力。袁志宇等【3 3 】研究結(jié)果表明u a s b 反應器增加內(nèi)循環(huán)能夠 增加活性污泥的濃度，提高反應器的體積負荷，明顯提高c o d 、t n 、揮發(fā) 性脂肪酸( v o l a t i l ef a t t ya c i d ，簡稱v f a ) 的去除率。胡浩元等1 3 4 在夏季室 內(nèi)水溫( 2 5 3 0 c ) 時，采用未經(jīng)馴化的城市生活污水廠的剩余污泥接種，通過 控制較低的液體上升流速( 3 0 m d ) ，可以在5 0 d 的時間里完成u a s b 反應器處 理垃圾滲濾液的啟動，其有機負荷達到1 0k gc o d ( m 3 d ) ，且c o d 的去除 率高達7 0 以上，進而在9 0d 里完成污泥的顆?；?。國外k e n n e d y , k j 1 3 5 】等 研究了連續(xù)式u a s b 和間歇式u a s b 處理垃圾滲濾液的情況，在低有機負荷 率的情況下兩者的去除效果相差不大，在高有機負荷率的條件下連續(xù)式u a s b 能夠取得更好的效果；間歇u a s b 的c o d 去除效果隨停留時間而變化，去除 西南交通大學碩士研究生學位論文第1 2 頁 率在7 1 9 2 ，連續(xù)式u a s b 的c o d 去除率在7 7 9 1 。 周岳溪等吲研究了u a s b 反應器在中溫條件下處理含五氯苯酚 ( ( p e n t a c l d o r o p h e n o l ，簡稱p c p ) 模擬廢水的啟動過程和去除效果。以處理啤酒 廢水的厭氧顆粒污泥為接種物，運行溫度為3 5 1 ，水力停留時間2 0 2 4 h ， 進水c o d 濃度為2 5 0 0 2 8 0 0 m g l ：進水p c p 濃度由l i o m g l 上升至8 1 0 m g l 條件下，1 2 0 d 左右完成啟動，p c p 和c o d 去除率分別為9 4 及8 6 以上。 s h e n , d o n g - s h e n g 掣3 8 荊用經(jīng)p c p 廢水馴化半年的污泥接種u a s b 反應器， 在進水p c p 濃度為1 8 0 0m g l 、c o d 為1 2 5 0 1 0 0 0 0m e l 的廢水可以得 到有效、穩(wěn)定的處理，p c p 的去除率大于9 9 5 ，c o d 去除率達到9 0 。 g h o s h , p r a n a bk m n a r 掣3 9 荊用u a s b 反應器處理莠去津( 一種除草劑) 廢水，有機物的去除率大于8 0 ，莠去律的去除率在4 0 5 0 ；低濃度的 莠去津?qū)U水中有機物的去除沒有影響，當莠去津的濃度達到1 0 1 5m g l 后 就會開始對有機物的去除產(chǎn)生影響。b h a t , p r a v e e n a 等利用u a s b 反應器 處理六氯環(huán)己烷廢水，六氯環(huán)己烷的去除率在8 5 以上。王永廣等【4 1 】采用電 解u a s b s b r 組合工藝處理氟磺胺草醚農(nóng)藥廢水，處理后出水水質(zhì)符合污 水綜合排放標準( g b8 9 7 8 - 1 9 9 6 ) 的二級標準。 k a m c h a n a w o n g os c n i 等 4 2 1 用u a s b 反應器處理絲綢染色廢水，在有機負 荷為1k g c o d ( m 3 d ) 時，進水c o d2 6 0 0m g l 的情況下，c o d 和色度的去除 率可以分別達到8 0 和7 0 。i s i k ，m u s t a f a 等【4 3 】在處理羊毛制品染色廢水中， u a s b 反應器對c o d 和色度的去除率分別在5 1 8 4 和8 1 9 6 之間。o n g s o o n - a n 等i 刪研究了u a s b 反應器處理亞甲基藍，在進水亞甲基藍為0 6 2 7 m m o l l 的情況下，色度的去除率可以達到9 0 以上。王新華等i 蜘、劉穎等m 采用u a s b - r - 藝與其它工藝相組合的方法來處理印染廢水，取得了良好的處 理效果。 王敏等l 明、李發(fā)站等【艟】、李善評等【4 9 】對u a s b 工藝處理制藥廢水進行了 西南交通大學碩士研究生學位論文第1 3 頁 研究。王敏等【明使用氣浮- - u a s b - - m b r 工藝處理高濃度中藥廢水，在進水 c o d 為4 0 0 0m g l 左右的情況下，出水可以直接回用。李善評等1 4 9 1 采用兩相 u a s b 反應器來處理制藥廢水，兩相中間設有脫硫沉淀池以減小硫酸鹽對厭氧 過程的影響。在進水c o d 為1 52 9 5 m g l 的情況下，產(chǎn)酸相u a s b 反應器c o d 去除率為3 0 ，產(chǎn)甲烷相u a s b 反應器c o d 去除率為7 0 。 當然u a s b 的應用范圍還涉及到很多其它行業(yè)，運用u a s b 處理廢水的 研究和應用日漸增多，表明u a s b 技術取得了巨大的發(fā)展，成為厭氧廢水處 理技術的主要技術。 1 3 天然氣凈化廢水國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 3 1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)關于天然氣凈化廢水處理相關的文獻資料較少，總體而言，國內(nèi)對天 然氣凈化廢水的研究主要則重于處理工藝的研究，由于不同凈化廠凈化廢水的 水質(zhì)不同，所采用的工藝也有所不同。如：劉定東等酬研究了生物一級強化 處理在長壽分廠的應用，該工藝以生物接觸氧化法為主體，在調(diào)節(jié)池中加入活 性污泥，廢水通過細胞膜在細胞內(nèi)酶的作用下，進行氧化分解，然后進入好氧 接觸氧化池處理。實踐證明，檢修廢水采用生物一級強化處理后，處理效率得 到一定的提高。黎萬林等1 5 1 l 研究了用水解一好氧工藝處理天然氣凈化廢水， 該方法是利用厭氧反應的水解酸化作用，將難溶物質(zhì)分解為可溶性物質(zhì)，大分 子轉(zhuǎn)化為小分子，然后通過生物接觸氧化法處理，經(jīng)過一年的實際運行，可以 看出：絕大部分指標能達到設計要求，c o d 的去除率為6 5 9 0 。倪鐘利 等【5 2 】研究了高含硫天然氣凈化廠污水源頭控制及處理方法，提出了推行清潔 生產(chǎn)、源頭控制的一系列技術措施，在實行源頭控制，大量減少了污水排放的 前提下，對所產(chǎn)生的污水采用厭氧一好氧法處理。結(jié)果表明：污水中c o d 去 西南交通大學碩士研究生學位論文第1 4 頁 除率達8 5 以上，技改前污水外排達標率7 2 2 8 ，技改后污水外排達標率 9 4 0 8 。張仁瑞【5 3 】研究了 v f a 作為厭氧生物學指標的可行性研究，研究表明， v f a 3 ( 3 天v f a ) c o d 可表示厭氧可生化性。 1 3 2 國外研究現(xiàn)狀 國外在天然氣凈化廢水的研究方面，主要側(cè)重于去除機理方面的研究。國 外學者對采用不同凈化工藝時廢水中含有的主要高分子有機物的可生物降解 性做了詳細深入的研究。m f f i r h a c k e r 等【5 4 】采用間歇式和連續(xù)式的試驗方法研 究了在天然氣凈化過程中用于脫硫的甲基二乙醇胺( m d e a ) 的厭氧可生物降 解性，研究結(jié)果表明：用間歇式進水的試樣在測試的第2 8 天m d e a 的厭氧可 生物降解性很差；然而，采用連續(xù)式迸水的試樣以t o c 為標準的厭氧可生物 降解性為9 6 。說明：在一定條件下馴化污泥對廢水中的m d e a 具有很好的 降解性。g r e e n e , e a n n e 等【5 司研究了天然氣凈化中用環(huán)丁砜的厭氧可生物降解 性，該試驗以加拿大西部的三個天然氣凈化廠的廢水沉積物為研究對象，分別 研究其在好氧和厭氧條件下廢水中環(huán)丁砜的可生物降解性及微生物的活動狀 況，研究表明：所取的三個試樣在嚴格厭氧的條件下溫度為8 c 和2 8 。c 時環(huán)丁 砜都可被生物降解，且其厭氧可生物降解性遵循動力學的零級反應。t o w n s e n d 。 g 等研究了天然氣冷凝水中脂環(huán)族化合物在硫酸鹽還原劑存在的條件下的 厭氧可生物降解性，研究表明：脂環(huán)烴的厭氧可生化性可通過改變條件而擴大 其范圍。在處理工藝方面，k e i t hd j o h n s o n 等 5 7 1 研究了濕地系統(tǒng)處理天然氣 凈化廢水，處理后的水達到排放標準，但是由于濕地系統(tǒng)曝露于空氣中，并且 隨季節(jié)變化存在溫差，因此出水水質(zhì)有一定的波動。 1 4 研究內(nèi)容與技術路線 、 1 4 1 研究內(nèi)容 u a s b 反應器處理天然氣凈化廠檢修廢水的啟動試驗研究在重慶天然氣 西南交通大學碩士研究生學位論文第1 5 頁 凈化總廠引進分廠進行，研究內(nèi)容可以分為以下三個方面： 1 ) 對天然氣凈化廠檢修廢水的水質(zhì)指標和有機污染物的組分進行分析。 2 ) 根據(jù)檢修廢水水質(zhì)情況，設計了利用u a s b 反應器處理檢修廢水的啟 動試驗方案。 3 ) 根據(jù)u a s b 反應器啟動與控制的相關基礎理論，開展u a s b 反應器 的啟動研究，通過調(diào)整進水水質(zhì)條件和環(huán)境條件來實現(xiàn)u a s b 反應器 的穩(wěn)定運行。 1 4 2 技術路線 圖1 4 技術路線圖 西南交通大學碩士研究生學位論文第1 6 頁 第二章u a s b 反應器啟動理論 一般認為，啟動是以反應器接種污泥開始，以反應器中得到足夠的適應于 待處理廢水并且能存留在反應器中的生物活性污泥為結(jié)束。u a s b 的啟動關 鍵就是要形成適應待處理廢水有機物的顆?；勰啵⑹蛊渚哂辛己玫某恋砉?能1 5 8 1 。影響u a s b 反應器啟動的因素可以分為四個方面：接種污泥、進水水 質(zhì)、環(huán)境因素和工藝控制條件。 2 1 接種污泥 u a s b 工藝之所以能高效穩(wěn)定地運行，除了反應器的合理設計外，還主 要在于操作過程對物理、化學和生物因子的綜合優(yōu)化。污泥的顆粒化即為優(yōu)化 的重要結(jié)果，因此u a s b 的處理能力主要取決于兩個參數(shù)：反應器內(nèi)保存的 生物體數(shù)量和殘留生物體的比活性。而反應器的啟動快慢很大程度上決定于接 種污泥的活性和數(shù)量。 2 1 1 接種污泥種類 在進行污泥接種時，一般應首先考慮選用處理同樣性質(zhì)廢水的厭氧反應器 污泥作種泥，在此情況下對啟動最有利、啟動迅速。但在沒有同類型污泥時。 可以優(yōu)先考慮選用厭氧消化污泥、糞便、沼氣池的沼渣、牛糞等。謝娟等【5 9 1 利用牛糞接種完成u a s b 反應器處理炸藥廢水的啟動，運行穩(wěn)定后c o d 去除 率為7 0 ，主要污染物黑索今平均去除率為8 8 4 0 4 0 。不同的厭氧污泥同樣對 反應器的啟動具有一定的影響，消化池污泥一般為絮狀不宜接種過多。f a n g 等 【刪分別利用絮狀消化污泥，正常運行的u a s b 顆粒污泥及碎裂的顆粒污泥接 種，發(fā)現(xiàn)雖然三個反應器經(jīng)過1 1 0 天后都能形成顆粒污泥，但用絮狀污泥接 西南交通大學碩士研究生學位論文第17 頁 種的厭氧反應器啟動時間明顯長于后兩者。在沒有足夠厭氧污泥的情況下也可 以用好氧污泥進行接種。陸正禹等【2 4 l 在常溫下啟動u a s b 處理啤酒廢水時發(fā) 現(xiàn)，好氧污泥也可作為厭氧反應器的接種污泥，但反應器的運行穩(wěn)定性和抗沖 擊負荷的能力不足，隨著運行時間的延長可以達到厭氧污泥接種的水平，但馴 化時間遠遠長于厭氧污泥接種的情況。利用u a s b 處理有毒有機廢水時，對 消化污泥進行短期的人工培養(yǎng)，可以有效地縮短啟動時間1 6 l l 。 2 1 2 接種污泥數(shù)量 厭氧微生物的生長率比好氧微生物要低得多，因此在啟動厭氧反應器時， 有足夠的接種量要比好氧系統(tǒng)更重要。根據(jù)l e t t i n g a 的經(jīng)驗，中溫型u a s b 反 應器的污泥接種量需稠密型污泥1 2 1 5k g v s s m 3 或稀薄型污泥6k g v s s m 3 。 高溫型u a s b 反應器最佳接種量在6 1 5k g v s s m 3 。過低的接種污泥量會造 成初始的污泥負荷過高，污泥量的迅速增長會使反應器內(nèi)各種群數(shù)量不平衡， 降低運行的穩(wěn)定性，一旦控制不當便會造成反應器的酸化。較多的接種污泥可 大大縮短啟動所需的時間，但過多的接種污泥量沒有必要。 2 2 進水水質(zhì) l e t t i n g a 認為，低濃度廢水有利于u a s b 反應器的啟動，主要是有利于其 中污泥的結(jié)團，在低濃度下可避免毒物積累。進水c o d 濃度以40 0 0 50 0 0 m g l 為宜，濃度為10 0 0 40 0 0m g l 的廢水可直接用作進水，不會因濃度 低而遇到啟動上的困難。高濃度廢水最好稀釋后再用作進水或者采用出水回 流，以降低局部區(qū)域的基質(zhì)濃度【6 捌。 另外，啟動過程中懸浮物濃度應控制在20 0 0m g l 以下，s o u