【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）復(fù)合式高效厭氧反應(yīng)器處理生活污水的試驗(yàn)研究廢水生物處理技術(shù)碩士論文

密級(jí)： 論文編號(hào)： 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 學(xué)位論文 復(fù)合式高效厭氧反應(yīng)器處理 生活污水 的 試驗(yàn)研究 y y I 摘 要 目前高效厭氧生物技術(shù)已經(jīng)成為生活污水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，因其具有投資少、節(jié)省能源、運(yùn)行穩(wěn)定和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)對(duì)于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)和城鎮(zhèn)地區(qū)分散污水的處理具有一定的指導(dǎo)意義和實(shí)用價(jià)值。 為開展高效厭氧生物技術(shù)處理生活污水的應(yīng)用研究，本試驗(yàn) 依據(jù)顆粒膨脹床反應(yīng) 器（ 內(nèi)循環(huán)（ 氧反應(yīng)器、厭氧生物濾床的特點(diǎn)， 設(shè)計(jì)加工了一套有效容積為 復(fù)合式高效厭氧反應(yīng)器，先后以模擬生活污水和實(shí)際生活污水為處理對(duì)象，系統(tǒng)地研究了該反應(yīng)器的啟動(dòng)方法與污泥的顆?；^程；將同一個(gè)反應(yīng)器中厭氧顆粒污泥按不同的粒徑區(qū)間劃分來探討了污泥的理化特性和生化特性；采用單因素試驗(yàn)對(duì)反應(yīng)器性能的影響因素進(jìn)行了研究。主要研究結(jié)果如下： （ 1）該套反應(yīng)器通過提高反應(yīng)器的高徑比，同時(shí)增設(shè)外循環(huán)水系統(tǒng)，使得反應(yīng)器可以承受更高的表面水力負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)了微生物與基質(zhì)之間更有效充分的接觸；同時(shí)反應(yīng) 器上部填料層的增設(shè)，使得反應(yīng)器截流顆粒污泥的能力明顯改善，反應(yīng)器內(nèi)維持了較高濃度和生物活性的污泥。 （ 2）在厭氧污泥培養(yǎng)的不同階段，反應(yīng)器采用適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行模式，可以成功實(shí)現(xiàn)厭氧顆粒污泥的培養(yǎng)。反應(yīng)器接種污泥為絮狀污泥， 污泥粒徑小于 粒污泥增殖階段，污泥粒徑大于 粒污泥成熟階段， 污泥粒徑大于 應(yīng)器內(nèi)已形成數(shù)量、理化和生化性質(zhì)穩(wěn)定的顆粒污泥。 （ 3）隨著厭氧顆粒污泥粒徑的增大，厭氧顆粒污泥中活性物質(zhì)含量呈明顯增多的趨勢(shì)，沉降性 能明顯改善，機(jī)械強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，濕密度略有所增加。本試驗(yàn)首次在動(dòng)態(tài)和靜態(tài)試驗(yàn)條件下對(duì)五種不同的粒徑區(qū)間的厭氧顆粒污泥比產(chǎn)甲烷活性進(jìn)行了對(duì)比研究，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：隨著污泥粒徑的增大，厭氧顆粒污泥比產(chǎn)甲烷活性明顯增強(qiáng)；相同粒徑區(qū)間的厭氧顆粒污泥，動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的所測(cè)得比產(chǎn)甲烷活性較靜態(tài)試驗(yàn)提高了 23% 85%。 （ 4）反應(yīng)器以模擬生活污水作為基質(zhì)，對(duì)反應(yīng)器性能的影響因素進(jìn)行了研究，試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著進(jìn)水溫度的升高、水力停留時(shí)間（ 延長(zhǎng)、外循環(huán)水流量的增大，反應(yīng)器 水溫度在 341 下， 3 外循環(huán)水流量為 32，反應(yīng)器的 出水 0 （ 5）在進(jìn)水溫度 341 下、 3h、外循環(huán)水流量為 32數(shù)下運(yùn)行反應(yīng)器，逐步實(shí)現(xiàn)以實(shí)際生活污水作為進(jìn)水基質(zhì)，反應(yīng)器的 2% 64%之間，逐步提高外循環(huán)水流量至 488% 75%之間，出水 穩(wěn)定在 100 150 間。 關(guān)鍵詞 ： 厭氧顆粒污泥 ， 高效厭氧反應(yīng)器 ， 內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器 ， 生活污水 on by a It of in To on by a an 0.3 In of of of as as (1)on of of so of in of of of (2)In At of is t of At a of (3)of of of a a of a of in MA in 3%85% in is (4)to of 00 600In RT h 81L41 , In 41 81LRT h, In 41 h,21L0 to it 5) In h 41 21Lto a 2%64%. 81L8% 75% 00 150 -1 錄 第一章 緒論 . 1 水的厭氧生物處理技術(shù) . 1 水厭氧處理的微生物學(xué)原理 . 1 水厭氧生物處理技術(shù)評(píng)價(jià) . 3 效厭氧技術(shù)的特點(diǎn) . 3 見的 高效厭氧反應(yīng)器 . 4 氧污泥顆?；?. 5 氧顆粒污泥形成的機(jī)理 . 5 氧顆粒污泥的特性 . 6 氧污泥顆?；挠绊懸蛩?. 7 效厭氧技術(shù)在 生活污水 處理中的應(yīng)用 . 8 效厭氧技術(shù)在生活污水處理中應(yīng)用的技術(shù)分析 . 9 究目的和內(nèi)容 . 10 究目的 . 10 究?jī)?nèi)容 . 10 第二章 試驗(yàn)裝置和方法 . 11 驗(yàn)裝置 . 11 驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu) . 11 驗(yàn)裝置特點(diǎn) . 11 藝流程 . 12 驗(yàn)用水 . 12 擬污 水 . 12 活污水 . 13 種污泥 . 13 試指標(biāo)及方法 . 13 規(guī)分析測(cè)試項(xiàng)目 . 13 泥量測(cè)定 . 13 產(chǎn)甲烷活性測(cè)定 . 14 徑分布測(cè)定 . 14 重測(cè)定 . 15 降速度測(cè)定 . 15 械強(qiáng)度測(cè)定 . 15 態(tài)觀察 . 15 V 第三章 復(fù)合式厭氧反應(yīng)器啟動(dòng)及污泥顆?；?. 17 應(yīng) 器啟動(dòng)方法的研究 . 17 應(yīng)器啟動(dòng)初期 . 17 應(yīng)器啟動(dòng)中期 . 17 應(yīng)器啟動(dòng)后期 . 18 驗(yàn)結(jié)果與討論 . 18 . 18 動(dòng)過程中 的變化情況 . 20 動(dòng)過程中 度的變化情況 . 22 動(dòng)過程中酸敗現(xiàn)象的克服 . 23 量元素液對(duì)污泥活性定性描述 . 23 結(jié) . 23 第四章 厭氧顆粒污泥的特性 . 25 觀與生物相 . 25 物活性 . 27 產(chǎn)甲烷活性 . 28 徑分布 . 29 降速度 . 31 重測(cè)定 . 32 械強(qiáng)度測(cè)定 . 32 結(jié) . 33 第五章 厭氧反應(yīng)器性能的影響因素試驗(yàn)研究 . 34 度對(duì)反應(yīng)器運(yùn)行性能的影響 . 34 力停留時(shí)間（ 反應(yīng)器運(yùn)行性能的影響 . 35 循環(huán)水流量對(duì)反應(yīng)器運(yùn)行性能的影響 . 36 溫條件下反應(yīng)器的運(yùn)行性能 . 37 應(yīng)器處理實(shí)際生活污水的試驗(yàn) . 38 結(jié) . 39 第六章 結(jié)論和建議 . 41 論 . 41 應(yīng)器的啟動(dòng) . 41 粒污泥特性 . 41 應(yīng)器性能的影響因素試驗(yàn) . 42 議 . 42 參考文獻(xiàn) . 43 致 謝 . 48 者簡(jiǎn) 歷 . 49中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 碩 士學(xué)位論文 第一章 緒論 1 第一章 緒論 水的厭氧生物處理技術(shù) 水厭氧處理的微生物學(xué)原理 污水的厭氧生物處理是一個(gè)在厭氧條件下由多種微生物共同作用，將大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳、水、硫化氫和氨等的復(fù)雜的生化過程。不同的微生物的代謝過程相互影響、相互制約 ，形成復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。 1979 年根據(jù)對(duì)產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的研究結(jié)果提出了 三階段理論 ， 該理論認(rèn)為產(chǎn)甲烷菌不可以利用除乙酸， 鏈脂肪酸和醇類須經(jīng)過產(chǎn)氫產(chǎn) 乙酸菌轉(zhuǎn)化為乙酸、 氫氣 和 二氧化碳 ，才可為甲烷菌所利用（ 1979） 。 這三階段即是：水解發(fā)酵階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段、產(chǎn)甲烷階段。 1979 年在第一屆國(guó)際厭氧消化會(huì)議上提出了著名的 四種群說 ，該理論認(rèn)為復(fù)雜有機(jī)物的厭氧消化過程有四種群厭氧微生物參與，這 四種群即是：水解發(fā)酵菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、同型產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷菌 （ 1979） 。 三階段理論 的提出和 四種群說 的完善， 使得人們對(duì) 有機(jī)物厭氧消化這個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)化學(xué)過程得到深刻而正確的認(rèn)識(shí)。 有機(jī)物的厭氧降 解過程 見圖 1 1機(jī)物厭氧分解過程 of 2 34 5酸的產(chǎn)甲烷菌 （ 1991） （ 1） 水解 發(fā)酵 階段 水解 是復(fù)雜的非溶解性的聚合物被轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的溶解性單體或二聚體的過程。高分子有機(jī) 物復(fù)雜有機(jī)物、 碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂類 簡(jiǎn)單溶解性有機(jī)物 脂肪酸、醇類、丙酸、丁酸、乙醇、乳酸等 氫氣、二氧化 碳 乙 酸 甲烷、二氧化碳 水解 同型產(chǎn)乙酸 發(fā)酵 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸 產(chǎn)甲烷作用 產(chǎn)甲烷作用 1 1 1 1 2 2 3 4 5 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 碩 士學(xué)位論文 第一章 緒論 2 因相對(duì)分子質(zhì)量巨大，不能透 過細(xì)胞膜，不可以為細(xì)菌直接利用 。 復(fù)雜有機(jī)物 首先 在厭氧菌胞外酶的水解作用下 轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，如纖維素被纖維素酶水解為纖維二糖和葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解為麥芽糖和葡萄糖，脂類被轉(zhuǎn)化為脂肪酸和甘油等，蛋白質(zhì)被蛋白酶水解為短肽和氨基酸等 （孔繁翔等， 2000；任南琪等， 2004） 。 小分子的水解產(chǎn)物能夠溶解于水并透過細(xì)胞膜，在發(fā)酵細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的以揮發(fā)性脂肪酸為主的末端產(chǎn)物，并分泌至細(xì)胞外。末端產(chǎn)物有揮發(fā)性脂肪酸（ 醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨和硫化氫等。 發(fā)酵性細(xì)菌是一個(gè)復(fù)雜的混合菌群， 其 功能性菌群主 要 包括纖維素分解菌、木聚糖分解菌、果膠分解菌、 淀粉分解菌、木質(zhì)素分解菌、脂類分解菌和蛋白質(zhì)分解菌等。在中溫厭氧消化過程中，有梭狀芽胞桿菌屬（ 擬桿菌屬（ 丁酸弧菌屬（ 真細(xì)菌屬（ 雙歧桿菌屬（ 螺 旋體等屬的細(xì)菌。在高溫消化中，有梭菌屬和無芽孢的革蘭氏陰性桿菌 ，其它也存在一些鏈球菌和腸道菌兼性厭氧細(xì)菌 （胡紀(jì)萃等，2002） 。 （ 2） 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段 在該階段，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將除乙酸、甲酸 、甲醇以外的水解發(fā)酵產(chǎn)物，如丙酸、丁酸等脂肪酸和醇類轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣和二氧化碳等 ； 同型產(chǎn)乙酸菌將部分氫氣和二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙酸。利用乙醇、丙酸、丁酸等基質(zhì)的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸過程 需要 乙酸 的 低濃度、液體中氫 的低 分壓 環(huán)境 ， 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌只有和耗氫微生物 （如產(chǎn)甲烷菌）互營(yíng)聯(lián)合 ，才能將長(zhǎng)鏈脂肪酸降解為乙酸和氫氣，并獲得能量生長(zhǎng) 。產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌 為產(chǎn)甲烷菌提供乙酸和氫氣，促進(jìn)甲烷菌的生長(zhǎng)， 產(chǎn)甲 烷菌利用分子氫而降低生長(zhǎng)環(huán)境中的氫分壓，利于產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的生長(zhǎng)， 這種互營(yíng)聯(lián)合菌種之間形成的種間氫轉(zhuǎn)移對(duì)于使得厭氧生境具有生化活性十分重要，是 推動(dòng)厭氧生境物質(zhì)循環(huán)尤其是碳素轉(zhuǎn)化的生物力 （胡紀(jì)萃等， 2002） 。 近年來，發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌主要包括互營(yíng)單胞菌屬（ 互營(yíng)桿菌屬（ 、梭菌屬（ 暗桿菌屬（ 。 同型產(chǎn)乙酸菌代表菌種有伍德氏產(chǎn)乙酸桿菌（ 威林格乙酸桿菌（ 乙酸梭菌（ 基維產(chǎn)乙酸菌（ 嗜熱自養(yǎng)梭菌（ （胡紀(jì)萃等， 2002） 。 （ 3） 產(chǎn)甲烷階段 這一階段，產(chǎn)甲烷細(xì)菌對(duì)基質(zhì)的轉(zhuǎn)化存在兩條途徑：食乙酸產(chǎn)甲烷菌將乙酸、甲酸、甲醇、甲胺、氫氣等物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳和新的細(xì)胞物質(zhì)；食氫產(chǎn)甲烷菌 將 氫和二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷。在一般的厭氧反應(yīng)器中，約 70%的甲烷由乙酸分解而來， 30%的甲烷由氫氣還原二氧化碳而來。 產(chǎn)甲烷菌是嚴(yán)格厭氧的古生菌，目前發(fā)現(xiàn)的主要代表種有 巴氏甲烷八疊球菌（ 、索氏甲烷絲菌（ 這兩類菌種主要利用乙酸生長(zhǎng)并產(chǎn)生甲烷；甲酸甲烷桿菌（ 布氏甲烷桿菌（ 、嗜熱自養(yǎng)甲烷桿菌（ 瘤胃甲烷短桿菌（ 萬氏甲烷球菌（ 亨氏甲烷螺菌（ ,這六類菌種主要利用 甲酸生長(zhǎng)并產(chǎn)生甲烷 （ 張國(guó)政等， 1990； 趙一章等， 1997； 胡紀(jì)萃等， 2002； 單麗偉等， 2003） 。 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 碩 士學(xué)位論文 第一章 緒論 3 水厭氧 生物 處理技術(shù) 評(píng)價(jià) （ 1） 污水 厭氧生物 處理 技術(shù)可節(jié)省動(dòng)力能耗 好氧菌降解有機(jī)物是營(yíng)分子氧呼吸，分解有機(jī)物的過程必須提供分子氧， 而厭氧菌分解有機(jī)物是營(yíng)無分子氧呼吸，分解有機(jī)物的過程中不需提供氧氣。 理論上完全氧化 1000要消耗 1000子氧 ,耗電量為 500 10002001;胡 紀(jì)萃等， 2003） ，采用厭氧工藝則無需這方面的能耗。 （ 2） 污水 厭氧生物處理技術(shù)可產(chǎn)生生物能 污水的厭氧發(fā)酵可以實(shí)現(xiàn) 污水的資源化利用，其間產(chǎn)生大量熱值很高的沼氣， 在 厭氧 條件下，每去除 1000生甲烷的能量為 12660000能源價(jià)值十分可觀。 （ 3） 污水 厭氧生物 處理 技術(shù)產(chǎn)生的剩余污泥量少 在 好氧降解 過程中 ， 有機(jī)物，如碳水化合物， 約有 2/3 被合成細(xì)胞，約有 1/3 被氧化分解提供 微生物生長(zhǎng)所需 能量 ，好氧微生物 每去除 1物量 。 在厭氧降解過程中，只有少量有機(jī)物被 同化為細(xì)胞，大部分被轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳， 厭氧微生物 每去除 1生成 物量 。一般而言， 厭氧工藝營(yíng)養(yǎng)需要量是好氧工藝的 5% 20%，合成生物量是好氧工藝的 5% 20% （ 2001） 。 （ 4）厭氧工藝 可承受 較高的有機(jī)負(fù)荷 好氧工藝受 到污染水體中 氧氣傳質(zhì)限制，其容積負(fù)荷一般為 4d 氧工藝則沒有這方面的限制， 反應(yīng)器內(nèi)可以保持較高的微生物濃度， 其容積負(fù)荷一般為 2 10 m -3d 可高可達(dá)的 50 m -3d （ 5） 厭氧 工藝 對(duì)氮和磷的需要量較低 厭氧 微生物每 去除 1生物 量遠(yuǎn)低于好氧生物處理，對(duì) N、 P 需要量很少，一般情況下只要滿足 N P=（ 200:5:1，對(duì)于缺乏 N、 P 的有機(jī)廢水 ， 采用厭氧生物處理 工藝， 可大大節(jié)省 N、 P 的投加量，降低運(yùn)行費(fèi)用。 （ 6）厭氧消化對(duì)某些難降解的有機(jī)物有較好的降解能力 一些難降解的有機(jī)工業(yè)廢水 ，如煉焦廢水、煤氣洗滌廢水、農(nóng)藥廢水、印染廢水等，直接 采用常規(guī)的好氧生物處理工藝不能獲得滿意 的處理效果， 而 采用厭氧生物 處理工藝作為預(yù)處理單元或 核心 處理單元，則 可取得較好的處理效果。近年來的研究發(fā)現(xiàn)： 厭氧微生物具有某些脫毒和降解有害有機(jī)物的功效，還具有某些好氧微生物不具有的功能，如多氯鏈烴和芳烴的還原脫氯，芳香環(huán)還原成烷烴環(huán)結(jié)構(gòu)或環(huán)的斷裂等。應(yīng)用厭氧處理工藝作為前處理可以使一些好氧難以處理的難 降解的有機(jī)物得到部分降解，并使大分子降解成小分子，提高廢水的可生化性， 往往 使后續(xù)的好氧 生物 處理變得比較容易 （孔繁翔等， 2000） 。 效厭氧技術(shù)的特點(diǎn) （ 1） 反應(yīng)器內(nèi)形成 顆粒污泥 ，其 為微生物的生長(zhǎng)和生化活性的發(fā)揮提供良好的微生態(tài)系統(tǒng) ，各類微生物間平衡生長(zhǎng)、協(xié)同作用，基質(zhì)的 利用 效率顯著提高。 （ 2） 顆粒污泥內(nèi)部形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的微環(huán)境，即使廢水的性質(zhì)發(fā)生波動(dòng)，由于傳質(zhì)的限制，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 碩 士學(xué)位論文 第一章 緒論 4 顆粒污泥內(nèi)部基質(zhì)的濃度仍維持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，因而，反應(yīng)器在很大程度上能夠抵抗沖擊負(fù)荷、對(duì)毒性有機(jī)物質(zhì)、重金屬有較高的耐性。 （ 3） 微生物以顆粒污泥固定化方式存在于反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器內(nèi)單位容積的生物量更高， 能夠承受更高的容積負(fù)荷，具有更高的有機(jī)污染物 能力 。 （ 4）反應(yīng)器能夠承受更高的水力負(fù)荷，增強(qiáng)了反應(yīng)器內(nèi)的 水力擴(kuò)散度 ，微生物與基質(zhì)之間得到更有效的接觸 ，基質(zhì)顆粒污泥內(nèi)部的傳質(zhì)效率得到有效提高 。 （ 5）占地面積小，動(dòng)力能耗低。 見的高效厭氧反應(yīng)器 （ 1） 升流式厭氧污泥床（ 應(yīng)器 20 世紀(jì)七十年代發(fā)展起來的用于處理高、中濃度污水的高效厭氧技術(shù)，屬于第二代高效厭氧反應(yīng)器。 藝實(shí)現(xiàn)了 力停留 時(shí)間）和 泥停留時(shí)間）的分離，在 應(yīng)器內(nèi)，微生物相互黏接纏繞形成致密的顆粒污泥，改善活性污泥沉降性能，有效減少游離于消化液中的微生物數(shù)量；避免微生物的大量流失，維持反應(yīng)器內(nèi)較高的微生物濃度，從而提高 反應(yīng)器 容積 負(fù)荷；同時(shí)顆粒污 泥的形成，強(qiáng)化了反應(yīng)器內(nèi)微生物群落之間的功能協(xié)同作用，大大縮短 厭氧生物 降解基質(zhì) 過程的時(shí)間，提高了污水的處理效率。 藝的缺點(diǎn)在于：污泥床內(nèi)混和強(qiáng)度不可以太高，不能夠完全避免短流現(xiàn)象；對(duì)于各類污水，存在系統(tǒng)內(nèi) 傳質(zhì)阻力和濃度梯度 問題，混合程度從流體動(dòng)力學(xué)角度證明了質(zhì)量 傳遞在微生物降解有機(jī)物中的重要作用；濃度梯度的出現(xiàn)限制了富含蛋白質(zhì)和長(zhǎng)鏈脂肪酸的污水以及生物可降解的有毒化合物如甲醛的處理，傳統(tǒng)的 應(yīng)用參數(shù)表現(xiàn)出嚴(yán)格的限制 （王凱軍等，2000；王凱軍， 2002； 郭琦， 2002；董欣楊， 2005） 。 （ 2） 顆