（市政工程专业论文）常温下UBF处理器处理垃圾渗滤液试验研究.pdf

摘要 在我国，垃圾填埋处理过程中产生的大量渗滤液是导致二次污染的污染源， 渗滤液的有效处理已经成为当今填埋场所面临的最为棘手的问题之一。垃圾在 填埋和稳定过程中会产生渗滤液，渗滤液中的c o d c ，、b 0 0 5 、n h 3 一n 的浓度 很高，易对地下水环境和地表水环境产生严重的污染。垃圾渗滤液具有水质复 杂、有机物浓度高、氨氮含量高、水质水量变化大的特点。 在系统分析城市垃圾渗滤液的形成过程、组成成分、水质特征以及国内外 垃圾渗滤液处理技术现状的基础上，笔者以武汉市二妃山垃圾填埋场的高浓度 垃圾渗滤液为研究对象，采用u b f 处理器对垃圾渗滤液进行了试验研究。 采用经过筛选的u a s b 系统底部的剩余厌氧污泥作接种污泥，投加活性炭 和对填料进行预处理等方法均可以促进u b f 系统较快速的启动。启动后当 c o d c ，去除率达到7 0 左右的时候进行负荷的提升，负荷提升手段以提高进水 c o d c r 浓度和加大进水量两种方式。同时，颗粒污泥量不断增多，活性逐渐增 加，u b f 反应器上部填料滤层生物膜也随之增厚，u b f 系统启动完成并投入运 行。 填料滤层的存在使得u b f 反应器的体积得以最大限度的利用，反应器积累 微生物的能力大为增强，反应器的有机负荷更高，使u b f 具有启动速度快，处 理效率高，运行稳定等显著特点。填料滤层对有机污染物都具有2 0 左右的去 除率，而低温运行期由于受到温度影响，处理效果变化较大，但仍具有7 3 6 的平均去除率。试验还确定了氨氮含量、水温、p h 值以及容积负荷等运行条件 对u b f 反应器处理效果的影响。 关键词：u b f 反应器；垃圾渗滤液；常温；颗粒污泥；填料挂膜 a b s t r a c t i no u rc o u n t r y ，al a r g ea m o u n to fl e a c h a t eg e n e r a t e df r o mg a r b a g ed i s p o s a li s t h es o u r c eo ft h es e c o n d a r yp o l l u t i o n ，t h ee f f e c t i v ed i s p o s a lo ft h el e a c h a t eh a s a l r e a d yb e c o m eo n eo ft h et o u g h e s tp r o b l e m sn o w a d a y s d u r i n gt h ep e r i o do f g a r b a g ee m b e d i n ga n ds t a b i l i s a t i o n ，t h el e a c h a t eh a sah i g hc o n c e n t r a t i o no ft h e c o d c r 、b o d 5a n dn h 3 一n ，w h i c hw i l ld oag r e a th a r mt ot h ee n v i r o n m e n to ft h e u n d e r g r o u n dw a t e ra n ds u r f a c ew a t e r t h ew a t e rq u a l i t yo ft h el e a c h a t e i s c o m p l i c a t e d ，t h eo r g a n i cs u b s t a n c ec o n c e n t r a t i o ni sh i g ha n ds oi st h ea m m o n i a n i t r o g e nc o n c e n t r a t i o n ag r e a tn u m b e ro fr e s e a r c h e sh a v eb e e nd o n et ot h el e a c h a t e d i s p o s a ln a t i o n a l l ya n di n t e r n a t i o n a l l y a tt h eb a s eo fs y s t e m a t i c l ya n a l y s et h ef o r m a t i o np r o c e s s 、t h ec o n s t i t u t e c o m p o s i t i o n 、t h ew a t e rc h a r a c t e r i s t i co fd o m e s t i cl e a c h a t ea n dt h ep r e s e n tc o n d i t i o n o ft h el e a c h a t e d i s p o s a lt e c h n o l o g yn a t i o n a l l y a n di n t e r n a t i o n a l l y ，t h eh i g h c o n c e n t r a t i o nl e a c h a t eo fe r f e ih i l lg a r b a g et r e a t m e n tp l a n ti nw u h a nh a sb e e nt a k e n a st h et h er e s e a r c ho b j e c ti nt h i se x p e r i m e n tb yu s i n gu b f t e c h n o l o g yt od e a lw i t h t h ei e a c h a t e t a k i n gt h ef i l t e r e ds u r p l u ss l u d g eg r a n u l e so fu a s bs y s t e ma st h es e e d 、 a d d i n gp o w d e r e da c t i v a t e dc h a r c o a la n dp r e t r e a t m e n to ft h ef i l l i n gm a t e r i a la r ea l l g r e a tw a y st op r o m o t eaf a s t e rs t a r t - u po ft h eu b fs y s t e m a f t e rt h es t a r t - l i p ，t h e l o a d i n gs h o u l db eu p g r a d e dw h e nt h er e m o v a lr a t ei su pt o7 0 ，a n dt h ew a yt o u p g r a d et h el o a d i n gi sb o t ho fi n c r e a s i n gt h ec o n c e n t r a t i o no fc o d oa n de n l a r g i n g t h ew a t e ra m o u n t i nt h em e a n t i m e ，t h ea m o u n to fs l u d g eg r a n u l e si si n c r e a s i n g ，i t s a c t i v i t y i se n h a n c i n ga n dt h eb i o f i l mi nt h eu p p e rp o s i t i o no fu b fr e a c t o ri s t h i c k e n i n g ，t h e nt h es t a r t u pg e tc o m p l e t e da n dt a k ef u n c t i o n t h ee x i s t e n c eo ft h ea fl a y e rm a k et h ev o l u m eo ft h eu b fr e a c t o rf u n c t i o n e d u t m o s t l y , t h ea b i l i t yt oa c c u m u l a t em i c r o o r g a n i s mi sg e tg r e a t l ys t r e n g t h e n e d ，a n d t h eo r g a n i cl o a d i n go ft h er e a c t o ri sb e c o m eh i g h e r , a l lo fw h i c hm a k et h eu b f r e a c t o rh a sc h a r a c t e r i s t i c ss u c ha ss t a r t i n gu pq u i c k l y 、t r e a t i n ge f f e c t i v e l ya n d r u n n i n gs m o o t h l y t h er e m o v a lr a t eo fa fl a y e rc a nr e a c h2 0 t ot h eo r g a n i c p o l l u t a n t s ，b u ta tt h el o wt e m p e r a t u r es i t u a t i o n ，t h a tw i l lg e ta f f e c t e da n dt h et r e a t i n g h e f f e c tc h a n g e dg r e a t l yb u ts t i l lr e a c ha v e r a g e7 3 6 a n dt h ee x p e r i m e n t ea l s o c o n f i r m e dt h ei n f l u n c eo ft h ea m m o n i an i t r o g e nc o n c e n t r a t i o n 、w a t e rt e m p r e t u r e 、 p hv a l u ea n dv o l u m el o a d i n gt ot h eu b fr e a c t o r sd i s p o s a le f f e c t k e y w o r d s ：u b fr e a c t o r ；l e a c h a t e ；n o r m a la t m o s p h e r i ct e m p e r a t u r e ；s l u d g e g r a n u l e s ；a n a e r o b i cb i o f i l ma d h e s i o n i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。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的和撰写过的研究成果， 也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：逖日期：型堕 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工木学关于保留、使用学位论文的规定， 即学校有权保留、送交论文的复印件，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，可以采用影印、缩影或其 他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 导师签名：塑年日期型 武汉理上大学硕士学位论文 1 1 引言 第1 章总论 随着我国经济的快速发展，城镇化的程度不断加大以及人们生活水平的逐 渐提高，城市生活垃圾问题已日益突出。据调查，武汉市平均每人每日产生生 活垃圾0 8 1 2 k g ，全市7 5 0 万人，日产垃圾6 4 0 0 t ；北京市每人每日产生垃 圾约1 0 0 0 9 ，全市日产垃圾4 5 0 0 t 。目前垃圾生成量正以1 0 左右的速度递增。 截至2 0 0 4 年底，全国6 6 1 个城市生活垃圾清运量总计1 5 2 亿吨，有各类生活 垃圾场5 5 9 座，处理能力为2 3 9 万吨日，集中处理量7 8 2 8 万吨，集中处理率 5 1 4 ：其中城市生活垃圾填埋场4 4 4 座，处理能力2 0 6 万吨日，填埋处理量 6 8 6 5 万吨【1 2 翔。 目前，垃圾处理的方法主要有三种：焚烧、堆肥和填埋。垃圾卫生填埋作为 一种成本较低、技术相对简单、能大量处理垃圾的方式，比较适合我国国情。 在我国约占垃圾全部处理量的7 0 为卫生填埋法【4 l 。而卫生填埋带来的垃圾渗 滤液如果不采取有效措施加以控制，则会对周边地下水和地表水环境及填埋场 场底土层造成严重的污染，且污染持续时间长，导致严重的二次污染。因此， 垃圾渗滤液已成为制约垃圾卫生填埋处理的主要瓶颈，对垃圾渗滤液进行有效 的收集与处理己成为城市环境中亟待解决的问题，也已成为热点研究问题之一。 随着垃圾产量越来越大，其渗滤液对环境的污染也越来越严重。目前垃圾 渗滤液主要是采用生物法处理，它分为好氧生物处理、厌氧生物处理以及二者 的结合【卯。从国内外渗滤液处理情况看，对于浓度高、可生化性较好的渗滤液， 首先用厌氧法大幅度地去除c o d c r 等污染物质，再用好氧等其它方法进行后续 处理是行之有效、节约能源、符合我国国情的垃圾渗滤液处理方法。在这当中， u b f 厌氧复合床是由升流式厌氧污泥床( u a s b ) 和厌氧滤池( a f ) 组成的新型厌 氧反应器，是一种处理效果好、费用低、适应能力强的生物处理工艺，但将u b f 工艺用于处理垃圾渗滤液在国内却很少有实际应用。 武汉理丁大学硕士学位论文 1 2 垃圾渗滤液概述 1 2 1 垃圾渗滤液的形成过程 垃圾进入填埋场后，由于自身的好氧或厌氧发酵，降水的淋溶、冲刷，地 表水、地下水的渗入与浸泡以及自身所携带的水分渗出而产生大量污水，即为 垃圾渗滤液。 从垃圾渗滤液的形成过程可看出，垃圾渗滤液中的污染物来源复杂，污染 物主要有以下三个来源：垃圾本身含有的大量可溶性有机物和无机物；垃 圾通过生物、化学、物理作用产生的可溶性物质；覆土和周围土壤中进入渗 滤液的可溶性物质。可用反应式【6 】表示为： 有机物鱼筮坠k h ，o + c o ，+ n h ，+ n o 了+ s o ：一+ p 0 3 - + 有机物盟煎呻h 2 0 + c o ：+ n h ，+ c h 。+ h ：s + 低分子有机物+ 同时，垃圾渗滤液中污染物的性质也随着垃圾填埋场运行时间及垃圾填埋 场的稳定化过程中的五个阶段阴，即为初始调整阶段( i n i t i a la d j u s t m e n tp h a s e ) 、 过渡阶段( t r a n s i t i o np h a s e ) 、酸化阶段( a c i dp h a s e ) 、甲烷发酵阶段( m e t h a n e f e r m e n t a t i o n ) 和成熟阶段( m a t u r a t i o np h a s e ) 的不同而发生变化。而且填埋场渗滤 液污染物的组成和浓度与填埋时间、季节、气温等有密切关系，同一填埋场中 不同采样地点、不同采样深度渗滤液的特征也不尽相同。因此，填埋场的渗滤 液水质是不同阶段、不同深度渗滤液综合的结果。 1 2 2 垃圾渗滤液的特点 在国内外都对垃圾渗滤液复杂多变的污染物成分进行了成分分析与监测。 表1 1 列出了垃圾渗滤液污染物含量的典型值【甜。 2 武汉理。1 ：大学硕+ 学位论文 表1 1 垃圾渗滤液污染物含量典型值 类别 变化范围 类别 变化范围 颜色 黄黑灰色 硫酸根离子( m g 1 ) 9 7 3 6 嗅恶臭 氯离子( m 酊) 1 8 9 3 2 6 2 总残渣( m g a ) 2 3 6 5 3 5 7 0 3 a s ( m 矿) o 1 0 5 电导率( “s c m 。1 ) 1 0 - - 1 0 0 0 0 c d ( m g 1 ) 0 - - 0 1 3 氧化还原电位( m v ) 3 2 0 8 0 p b ( m g 1 ) 0 0 6 9 1 5 3 0 p h 5 5 8 5 c u ( m g 1 ) o 1 1 4 3 c o d c , ( m g 1 ) 1 8 9 5 4 4 1 2 z n ( m g 1 ) 0 2 0 3 4 8 b o d s ( m g 1 ) 1 1 6 1 9 0 0 0 f e ( m g f l ) 6 9 2 6 6 8 0 有机酸( m g 1 ) 4 6 2 4 6 0 0 0 h g ( m g 1 ) 0 o 0 3 2 t p ( m g 1 ) 0 8 6 7 1 9 c r ( m g 1 ) 0 0 l 2 6 1 氨氮( m 酊) 2 0 7 4 0 0 m n ( m g 1 ) 0 4 7 3 8 5 亚硝酸盐氮( m g 1 ) 0 5 9 1 9 2 6 从表l 一1 中可以看出渗滤液具有以下特点： ( 1 ) 垃圾渗滤液水质复杂 垃圾渗滤液中含有多种有毒有害的无机物和有机物。其中有机污染物多达 7 7 种( 其中促癌物、辅致癌物5 种) ，其中还含有难以生物降解的萘、菲等非氯 化芳香族化合物、氯化芳香族化合物，磷酸酯，酚类化合物和苯胺类化合物等。 ( 2 ) 有机物浓度高 渗滤液中的污染物质不但种类多，其中一些组分的浓度还很高。渗滤液的 高有机物浓度就是它的一个重要特点，它的c o d c ，浓度最高可达到9 0 0 0 0 m g l ， b o d s 最高可达到3 8 0 0 0 m g l 。 ( 3 ) 氨氮含量高 垃圾中由于含有大量的含氮物质( 例如蛋白质类物质) ，特别是由于我国垃 圾中含有大量餐厨垃圾，其产生的渗滤液中氨氮含量很高。又由于目前多采用 厌氧填埋，氨氮在垃圾进入产甲烷阶段后不断上升，达到峰值后将延续很长时 间并直至最后封场，到填埋场中后期，渗滤液中氨氮的含量仍能达到1 0 0 0 m g l 左右，这是导致渗滤液难处理的个重要原因。渗滤液中的氮主要以氨氮的形 3 武汉理t 大学硕七学位论文 式存在，新鲜渗滤液中氨氮的含量大约占总氮的8 5 - 9 0 ，氨氮含量过高要 求在生化处理前先进行脱氮处理，而过低的c n 比不仅对常规生物过程有较强 的抑制作用，而且有机碳源的缺乏使得反硝化过程难以有效的进行。 ( 4 ) 金属离子含量高 只接收生活垃圾的填埋场渗出的液体中金属离子含量很少。但有些填埋场 由于有工业垃圾的进入，渗滤液中金属离子含量大大升高。垃圾渗滤液中含有 1 0 多种金属离子，其中铁的浓度可高达2 0 5 0 m g l ，铅的浓度可高达1 2 3 m g l ， 锌的浓度可高达1 3 0 m g l ，钙的浓度甚至可达4 2 0 0m g 1 。这些金属离子可能会 对生物处理过程产生严重的抑制作用。 ( 5 ) 营养元素比例失衡 渗滤液中n h 3 n 浓度高，而磷元素缺乏，尤其是受渗滤液c a 2 + 浓度和总碱 度水平的影响，溶解性的磷酸盐浓度更低。一般来说，对于生物处理，垃圾渗 滤液中的磷元素总是缺乏的，这将不利于微生物的生长。例如在北美几个垃圾 填埋场，垃圾渗滤液中的b o d 5 厂r p ( 生化需氧量总磷) 都大于3 0 0 ，此值与微生 物生长所需要的碳磷e l ( 1 0 0 ：1 ) 相差甚远。上海废弃物老港处置场调节池渗滤 液的c ：n ：p 为( 1 0 0 3 - - 1 1 6 8 ) ：( 2 3 2 3 7 7 ) ：1 ，渗滤液中氨氮含量偏高， 而c 、p 含量低。 ( 6 ) 水质变化大 这是渗滤液水质最大的特点，渗滤液水质随着填埋时段的不同差异很大。 在填埋初期，渗滤液中大约有9 0 的可溶性有机碳是短链的可挥发性脂肪酸， 其中以乙酸、丙酸和丁酸为主要成分，其次是带有较多羟基和芳香族羟基的灰 黄霉酸；随着填埋时间的延长，挥发性脂肪酸逐渐减少，而灰黄霉酸类物质的 比重则增加。这种有机物组分的变化意味着b o d 5 c o d o 值的下降，即渗滤液 可生化性的降低。随着填埋龄的增加，渗滤液的b o d 5 c o d o 比值逐年降低， 有机污染物的可生物降解性越来越差，表l 一2 列举了我国几个地区填埋场渗滤 液的几个水质指标随填埋场场龄变化而变化的资料，可以看出，随着填埋时间 的增加，无论是c o d c r 值、b o d 5 值、p h 值、t p 值、s s 值还有可生化性等 都有明显的变化。 4 武汉理工大学硕士学位论文 表卜2 我国几个地区填埋场渗滤液随填埋时间变化情况1 9 】 参数c o d c r ( g l )b o d 5 ( g l )n h 3 n ( m g l )b o d s c o d c r 前5 年 2 0 6 0 1 0 3 61 0 0 6 0 00 4 3 深圳 5 年后 3 2 01 1 05 0 0 2 4 0 0o 0 4 前5 年 2 0 6 01 0 3 66 0 5 5 0o 4 3 上海 5 年后 3 2 01 55 0 0 t 5 0 0 2 0 0 0 m 具有较好的适应性，处理效果良好：在3 5 4 5 、进水有机 负荷3 1 - - - , 3 8k g c o d ( m 3 d ) ，h r t 2 4 h 条件下，c o d 去除率为3 4 1 7 4 6 ，色 度去除率为6 0 - - - 8 0 5 。 此外，我国对u b f 反应器的研究与应用见表2 - 1 。 表2 - 1我国u b f 反应器的研究与应用实例【删 容积负荷率进水c o dc o d 沼气产率 h r t实验 规模 废水种类 ( k g c o d ( m 3 浓度去除 ( d ) 温度 ( m 3 ) d ) )( m g l )率( ) ( v ( v 。d ) ) ( ) 味精5 5 1 7 1 5 08 8 5 2 3 0 3 1 53 0 3 23 8 糖蜜酒精1 3 6 3 4 0 0 08 1 14 2 02 0 53 21 0 0 橡胶乳清 1 2 07 1 5 78 2 94 10 4常温 1 7 4 维生素c 1 0 82 0 0 0 09 55 4 11 8 53 5 3 72 乳品1 31 1 0 0 08 5 - 8 74 oo 8 53 5 6 甲醇废水3 3 42 9 3 0 09 51 1 43 5小试 啤酒1 0 - 1 58 07 2o 2 8 小试 2 1 3u b f 工艺在垃圾渗滤液处理方面的研究与应用 u b f 反应器抗冲击负荷能力强，将它用在处理垃圾渗滤液这类高浓度有机 废水的厌氧处理阶段，可降低渗滤液的污染负荷，改善后续工艺的运行环境， 处理效果良好。 吴根义等人【3 1 】针对湖南长沙县城市固体废弃物处置场的垃圾渗滤液处理工 艺进行了介绍。该渗滤液处理采用的工艺为吹脱一u b 卜s b r ，设计处理能力为 l o o m 3 d ，通过调试运行，使出水水质达到了生活垃圾填埋污染控制标准( g b 1 6 8 8 9 1 9 9 7 ) 二级标准，并至今运行稳定。 武汉理工大学硕十学位论文 曹占平【6 2 l 采用u b f 反应器对垃圾渗滤液进行处理的中试研究结果表明：在 温度1 5 3 3 5 2 ，水力停留时间为6 d 条件下，当进水c o d c r 质量浓度为5 4 3 1 8 7 2 3m 北b o d 5 质量浓度为1 6 3 3 5 - 3 1 2 4 2 m g l 时，c o d e r ，b o d 5 去除率分 别为7 0 6 , - - 7 3 9 和7 4 5 7 8 1 。特别是在冬季8 , - - ，1 5 。c 的低温条件下，水力 停留时间仍为6 d ，通过外加污泥，可使c o d c r 、b o d 5 的去除率分别保持在7 0 、 7 5 左右。 陆从容【6 5 1 在u b f 反应器处理垃圾渗滤液工程实践中，通过对各污染指标的 观察监测，发现即使v f a 有较大的波动，出水数值也比较稳定，说明了u b f 用于渗滤液预处理是可行的，具有很强的抗水质冲击负荷的能力。而且在运行 期间，出水中s s 比进水的相应值低，u b f 对较高的悬浮物含量有一定的去除 作用。 此外，也有关于u b f 反应器仅作酸化相的研究。黄继国【6 6 l 等人在研究垃圾 填埋场渗滤液处理过程中，针对渗滤液水质特性，采用以高效生物陶粒为填料的 u b f 反应器作酸化相，以u a s b 反应器作甲烷相的两相厌氧系统进行处理垃圾 渗滤液的实验研究。实验结果表明在系统进水c o d o 和b o d 5 质量浓度分别为 3 8 8 7m g l 和8 1 9m g l ，u b f 与u a s b 的h r t 分别控制在1 0 3 h 和6 1 7 h 时， c o d c r 和b o d 5 总去除率分别为8 5 4 和9 0 1 ，u b f 酸化率达4 2 9 ， b o d s c o d c r 比值由o 2 1 提高到0 3 9 。 2 2u b f 反应器的结构及工作原理 u b f 反应器的构造原理如图2 1 所示。它 是由u a s b 与a f 结合研制而成的，其下部为 厌氧污泥床，即与u a s b 反应器下部的污泥床 相同，有很高的生物量浓度，床内的污泥可形 成厌氧颗粒污泥，颗粒污泥具有很高的产甲烷 活性和良好的沉降性能，因此它可以承受较高 的负荷，是去除污水中污染物的主要部分。 u b f 反应器上部为与厌氧滤池a f 相似的 填料过滤层，填料表面可附着大量的厌氧微生 物，污水从下部进入a f 段后向上流经滤料， 滤料为微生物附着生长提供了很大的表面积， 1 6 图2 1u b f - 反应器的构造探理图 武汉理工大学硕+ 学位论文 厌氧微生物大部分存在于生物膜中，少数以厌氧污泥的形式存在于滤料的间隙 中。污水与滤料表面的生物膜充分接触，在生物膜的吸附、代谢和滤料截留的 共同作用下，污水中的有机污染物得以分解去除。而且它在反应器启动初期具 有较大的截留厌氧污泥能力，减少污泥的流失可缩短启动期。由于反应器的上 下部均保持很高的生物量浓度，所以提高了整个反应器的总生物量。从而提高 了反应器的处理能力和抗冲击负荷的能力。处理后出水从上部流出。 2 3u b f 反应器的特点及优势 由于u b f 反应器结合u a s b 和a f 两种反应器而构成的复合式反应器，因 而它具有了以下突出特点： ( 1 ) u b f 反应器内水流方向与产气上升方向相一致，一方面减少堵塞的机 会，另一方面加强了对污泥床层的搅拌作用，有利于微生物同进水基质的充分 接触，也有助于形成颗粒污泥。 ( 2 ) 反应器上部空间所架设的填料，不但在其表面生长微生物膜，在其空隙 截留悬浮微生物，既利用原有的无效容积增加了生物总量，防止了生物量的突 然洗出，而且对c o d 有2 0 左右的去除率【矧。填料能吸附大量的游离细菌和 小的污泥絮体，并很快繁殖长成生物膜，脱落后的碎片成为颗粒污泥的次级生 长核心，加速颗粒污泥的形成。 ( 3 ) 由于填料的存在，夹带污泥的气泡在上升过程中与之发生碰撞，加速了 污泥与气泡的分离，从而降低了污泥的流失。 由于以上多种特点的联合作用，使得u b f 反应器与u a s b 和a f 反应器相 比得到相当的优势。其体积得以最大限度的利用，反应器积累微生物的能力大 为增强，反应器的有机负荷更高，因而u b f 具有启动速度快，处理效率高，运 行稳定等显著特点。k a l y o z l m j 等人1 5 1 】在用1 8 l u a s b 和3 l 以聚氨酯为填料的 u b f 反应器，在3 5 处理饮料废水时发现，二者的处理效率都在8 0 以上，尽 管u a s b 反应器有较高的处理能力，但产生充足的碱度水平的能力很低，以致 很难维持稳定的操作性能。在处理p h 大约5 5 的酸性废水时，u a s b 就有酸败 的危险，而u b f 不存在这样的危险。同时，对u b f 反应器，其o l r 高于 1 0 k g c o d ( m 3 d ) 、h r t 低于1 d 是比较可靠的；当o l r 进一步上升到 1 0 1 2 k g c o d ( m 3 - d ) 时，u b f 反应器仍能继续保持其8 0 以上的高处理效率， 但u a s b 反应器的处理效率下降到6 0 一7 0 。就污泥浓度而言，u a s b 为8 1 7 武汉理t 大学硕十学位论文 9 9 v s s l ，而u b f 为1 0 - 1 8 9 9 v s s l ，明显高于u a s b ，平均污泥负荷率u a s b 为1 2 9 9 c o d ( g v s s d ) ，而u b f 为0 9 5 9 c o d ( g v s s d ) 。由此可见，u b f 的操 作性能优于u a s b 。h u u b 等【5 2 】对用聚氨酯为填料的u b f 与u a s b 的启动进行 了对比研究，发现u b f 较u a s b 启动更快，可能是由于在前者中产甲烷菌群快 速固定的缘故。 而且u b f 上边的填料层和下面的污泥床对截留生物量和减少所需的填料 都是很有效的。c h u n g 等人【5 3 l 采用塑料介质作填料的二种u b f 类型( 分别将填 料填在反应器上部1 2 处和1 7 处的u b f l 2 型和u b f l 7 型) 与a f 进行处理制 酒废水对比研究发现，当负荷在1 - - - - 3k g c o d ( m 3 - d ) 时，u b f 中的微生物活性等 于甚至高于a f ，而处理效率相当。实验结果表明，在不同负荷率下，c o d 去 除率会随负荷率增加而逐渐下降，从c o d 的去除率( a f 为9 3 9 5 ，u b f l 2 为9 1 9 4 ，u b f l 7 为8 9 - 9 4 ) 看，三者无大的差别。由此可知，在没有 削减u b f 操作性能条件下，u b f 具有避免堵塞和沟流，而且能节省昂贵的填 料的优点。 2 4u b f 反应器启动运行的影响因素 由于厌氧生物降解有机污染物本身是一个生物化学过程，因而u b f 反应器 的启动受到许多生物，化学和物理等因素的影响，其主要影响因素有以下几点： ( 1 ) 废水性质 包括废水的组成和浓度。废水本身营养物质是否足够，营养物质之间的比 例是否合理这些都将影响u b f 反应器的运行效果。u b f 反应器很适用于处理 高浓度有机废水，但近来也有对u b f 反应器用于处理市政污水等低浓度污水的 研究报道。 ( 2 ) 环境条件 包括工艺运行时的温度，p h ，营养配比调节，微量无机元素的种类和数量 等。许多研列4 卜4 5 勰4 9 l 表明u b f 反应器处理废水时的温度应在3 3 - - - 3 7 c 或5 0 - - - 5 5 范围内，p h 应在7 2 7 6 范围内，以保证产甲烷菌的最大活性，使处理效 果达到最佳。 投加阳离子聚丙烯酰胺和颗粒活性炭等对u b f 反应器的启动也会起到加 速作用。颗粒活性炭有巨大的比表面积和富集作用，可将有机物和微生物浓缩 在其周围，为延长微生物的代谢活动创造了良好的条件。阳离子聚丙烯酰胺的 1 8 武汉理： 大学硕士学位论文 吸附架桥作用生成由厌氧污泥，颗粒活性炭和阳离子聚丙烯酰胺组成的松散絮 凝体，成为颗粒污泥的一级生长核心。细菌很容易在其表面附着，随着细菌的 增殖，絮凝体逐渐密实，密度增大，成为沉降性能好，活性高的颗粒污泥。 为了保证反应器内的最佳生长条件，必要时可改变废水的成分，其方法是 向进水中投加一定量养分、维生素和促进剂等。适量无机絮凝物如c a 2 + ，m 9 2 + 和c 0 3 2 - ，s 0 4 2 一等离子的存在，能够促进颗粒污泥初成体的聚集和粘结【5 4 1 。另 一项研究表明，在u a s b 启动时，向反应器内加入7 5 0 m g l ，亲水性高聚物( w a y ) 能够加速颗粒污泥的形成，从而缩短启动时吲5 5 j 。 ( 3 ) 接种污泥 包括接种污泥的数量、活性和污泥性质。为了使反应器内快速实现污泥颗 粒化，投加一定量的接种物是必要的，一般要求接种污泥具有一定的产甲烷活 性。对于采用已运行的u a s b 颗粒污泥作为接种污泥，这是最简洁的方法，此 法的调试期大约需要3 0 6 0 天；若取用厌氧消化池的消化污泥作为接种污泥， 调试期约需9 0 - - 1 2 0 天；倘若采用自身培养累积法则将需要9 个月以上。 ( 4 ) 启动运行条件 包括初始负荷、负荷提高的方法、水力停留时间及混合程度等。h e n z e 等 人则建议，启动初始c o d c ，容积负荷应低一些( 小于1 2 k g ( m 3 d ) ，并且低c o d o 容积负荷所引起的低产气率和低水流上升速度有利于厌氧活性污泥的生长。研 究表明，启动时的最初负荷率应低些，以确保生长缓慢的微生物不会过负荷， 气体和液体的上流速度应该低，才会促进絮状粒状污泥的生长。初始负荷率过 高，会使中间产物挥发性脂肪酸( v f a ) 积累，引起反应器酸化，最终造成启动失 败。此外，对废水进行适当的物理或生物预处理也可改善启动过程，如先进行 酸化处理通常可缩短启动时间。 2 5u b f 反应器的设计 u b f 反应器自从问世以来，有关反应器的设计便得到了普遍关注。虽然有 许多采用u b f 反应器处理各类废水的研究报道，但是研究u b f 反应器的设计 方法的报道却很少。本文将在g u i o t 研发u b f 反应器和l e t t i n g a 对u a s b 反应 器设计方法的基础上对u b f 反应器进行设计。 1 9 武汉理下大学硕士学位论文 2 5 1 反应器主体部分的设计 u b f 反应器是在a f 和u a s b 的基础上开发出来的，g u i o t 在设计u b f 反 应器时使用u a s b 反应器主体，并以上部的填料滤层替代u a s b 上部的三相分 离器，使整个反应器的构造更为简单【4 9 1 。因此，我们采用u a s b 的设计方法对 u b f 反应器的主体进行设计。 按照l e t t i n g a 等人所提供的方法 4 9 1 ，反应器的容积大小取决于以下条件： ( 1 ) 每天最大总c o d 负荷； ( 2 ) 允许的液体表面负荷； ( 3 ) 废水的最低温度； ( 4 ) 废水的浓度； ( 5 ) 废水的性质，即污染物的复杂性和可生物降解性； ( 6 ) 允许的容积负荷率； ( 7 ) 要求达到的有机物去除效率； ( 8 ) 要求达到的污泥稳定程度。 已实现污泥颗粒化的情况下，对于溶解性废水，允许最大液体表面负荷平 均为a m h ( 或3 m 3 ( m 2 - h ) ) 。对部分溶解性废水，可取1 1 2 5 m h ，短期可承受 2 m h 的表面负荷，而短期溶解性废水可承受6 m h 的表面负荷。在上述情况下， 大部分颗粒污泥将保留在反应器内。高的表面速度可导致沉降性能差的小颗粒 污泥流失。污泥未颗粒化时，允许最大的表面速度为0 5 m h ，短期值可达2 m h 。 反应器的表面积可用下式求出 a ：盟 式( 2 1 ) 式中a 一反应器的表面积( m 2 ) ：仃 口允许水力停留时间( h r d ( h ) ； h 反应器总高( m ) ； q 日平均小时流量( m 3 h ) 。 允许的表面流速可用下式求得： ， y 。石式( 2 - - 2 )口 7 、 ， 式中 ，允许表面流速( m h ) 。 l e t t i n g a 等人认为在处理完全溶解性废水时，污泥颗粒化的反应器的高度可 采用1 0 m 或更高，其好处是反应器占地面积小，配水系统造价较低，配水也较 武汉理。【大学硕士学位论文 为均匀。对于部分溶解性废水，反应器的高度不能太高。如对于浓度较低废水 如生活废水，反应器的高可取3 - - 一5 m 。对于c o d 浓度超过3 0 0 0 m g l 的废水， 反应器高可采用5 7 m 。 在处理低浓度c o d 1 0 0 0 m g l 废水和运行温度超过2 5 c 时，反应器的容积 一般由允许水力停留时间确定，反应器容积可按下式计算： v t 2p式( 2 - 3 ) 式中日允许水力停留时间( h r d ( h ) ，其大小决定于反应器内污泥的沉 降性能； q 日平均小时流量( m 3 h ) 。 在处理中等浓度和高浓度有机废水时，一般情况下，有机容积负荷率是限 制因素，反应器的容积与废水量，废水浓度和允许的有机物容积去除负荷率有 关，可用下式计算： y 。三兰望坚! 二兰2 式( 2 4 ) u ， 式中s 。，s 。分别为进出水c o d 浓度( k g m 3 ) ； u ，o d 容积去除负荷率( k g c o d ，伽3 - d ) ) 。 对工业废水，决定反应器大小的因素通常是允许进水容积负荷率( 以可生物 降解c o d 计) 。而容积负荷率大小主要取决于污泥浓度，配水系统的均匀性和 所要求的安全系数有关。l e t t i n g a 给出了与运行温度有关的允许有机容积负荷率 指标之间的关系( 假定颗粒污泥的平均浓度为2 5 k g v s s m 3 ) ，如表2 - 2 。 表2 2 不同废水、不同温度下的允许有机容积负荷率 温度 有机容积负荷率( k g c o d ( m 3 d ) ) 溶解性v f a不含v f a 的溶可沉s s 含量占c o d 总量3 0 的 ( ) 废水解性废水废水 1 52 41 5 3 1 5 2 ( 满意的s s 去除) 2 0 4 , - - , 6 2 4 2 3 ( 满意的s s 去除) 2 56 1 24 8 3 6 ( 较好的s s 去除) 3 01 0 1 88 1 2 6 - - - - 9 ( 等的s s 去除) 3 51 5 2 41 2 1 8 9 一1 4 ( s s 去除较差) 4 02 0 3 21 5 2 4 1 4 - 1 8 ( s s 去除差) 2 1 武汉理r 大学硕+ 学位论文 在求得反应器所需容积v 后，根据废水性质和污泥性质可选定合适的反应 器h 就可求得反应器的水平面积a ，从而确定反应器的主要尺寸。 在确定反应器高h 和反应器水平面积方面，标准u b f 反应器的高径( 宽) 比 为6 。但在随后的相关研究当中，高径比为1 0 左右的u b f 反应器也有较好的 运行效果【5 6 】。而韩洪军等人【卅根据u a s b 内废水的流动分布情况的基础上，建 立了u a s b a f 反应器的动力学模型，根据动力学方程得知：当反应器运行正 常时，反应器进水流量及浓度和c o d c ，去除率保持不变条件下，反应器的运行 与反应器的截面积无关，只要保证均匀布水和自身搅拌充分，可以不考虑反应 器截面积放大问题。 2 5 2 反应器填料部分的设计 ( 1 ) 填料设置位置 u b f 反应器填料一般填充在反应器上部的1 3 体积处1 4 2 5 7 。虽也有填料填 充在1 2 处、1 7 处和1 5 处的u b f 反应器【5 3 5 引，但填料在1 3 处的反应器，经 实践证明是既经济又有效可行的构型。 ( 2 ) 填料的选择 u b f 反应器所用的填料可根据废水生物反应特性及水力学特征进行选择， 常用的有：聚氨酯泡沫填料、y d t 弹性填料、b i o e c o 聚丙烯填料、半软性纤 维填料、陶瓷希腊环、聚乙烯拉西环、塑料环、活性炭、焦碳、浮石、砾石等， 其中应用最多的是聚氨酯泡沫填料，这是因为聚氨酯泡沫的比表面积大 ( 2 4 0 0 m 2 m 3 ) 、空隙度高( 9 7 ) ，具有网状结构，微生物能在其上密实而迅速地 增殖，是厌氧优势菌落的良好基质。 2 5 3 有关u b f 反应器三相分离器的讨论 虽然有关u a s b 反应器的研究已有很多，但对其中作为一个重要组成部分 的三相分离器却还没有一个成熟的设计方法，即使对于已经成功设计并运行的 u a s b 反应器中，三相分离器的设计也是作为专利技术而进行保密的，而可以 见到的有关三相分离器的设计报道也多只限于比较理论的部分。而g u i o t 设计 的u b f 反应器以上部的填料滤层替代u a s b 上部的三相分离器，使整个反应器 武汉理：【大学硕十学位论文 的构造更为简单。 但在u b f 反应器随后的发展过程中，我们也可以看到有关带有三相分离器 的u b f 反应器的研究与运行例子【5 9 】。带有三相分离器的u b f 反应器根据填料 在反应器中的安装位置的不同可分为两种不同形式：u b f - - a ( 填料层位于三相 分离器之下) 和u b f - - b ( 填料层在三相分离器之上) ，见图2 - - 2 所示。 ub f - ( l 型ub f - b 型 图2 2带三相分离器的u bf - 反应器的杓形 2 6 前期已经取得的u a s b 系统处理垃圾渗滤液的成果 本试验的前期，程赞林和代华军做过常温下强化u a s b 处理垃圾渗滤液工 艺研究。随后，王建为、王保学，谭美又分别针对“氨吹脱+ u a s b + s b r + 深度 处理 整套工艺中的各部分