（环境工程专业论文）sabr反应器处理生活污水的效能研究.pdf

学位论文版权使用授权书 江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致， 允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入中国 学位论文全文数据库并向社会提供查询，授权中国学术期刊( 光盘版) 电子杂 志社将本论文编入中国优秀博硕士学位论文全文数据库并向社会提供查询。 论文的公布( 包括刊登) 授权江苏大学研究生处办理。 本学位论文属于不保密。 学位论文作者签名： 乃丽 童6 1 1 年i ) 月 专日 指导教师签名： j 叼f 年6 月仑日 s a b r 反应器处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 反应器处理生活污水的效能研究 摘要 分段进水厌氧折流板反应器：( 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 , 简称s a b r ) 是通过改变传统的厌氧折流板反应器( a b r ) 的进水方 式得到的一种新型高效厌氧生物反应器。克服了a b r 反应器第一格 室内有机负荷过高及挥发性脂肪酸( v f a ) 的过度积累问题，其独特 的构造形成了复杂的流态，提高了有机物的降解速度，优化了反应器 的处理效果。本文以生活污水为处理对象，重点研究了s a b r 反应器 - 的水力混合特性及流态及其处理生活污水的效能和最佳运行条件。 1 研究表明：s a b r 反应器是一种整体上为推流式( p f ) ，局部 内为完全混合式( c s t r ) 的串联式反应器。通过清水和实际运行条 件下的流态试验分析，可以得出，选择5 ：4 ：3 ：2 ：1 的迸水比例可以得到 优于1 ：1 ：1 ：1 ：1 的进水比例以及单侧进水条件下的水力流态特性和流 动情况，对于结构确定的s a b r 反应器，为保持较好的水力流态， 应控制适当的回流比，有利于s a b r 反应器中厌氧反应良好顺利地进 行。 7 2 在s a b r 反应器内以颗粒污泥接种，各格室按5 ：4 ：3 ：2 ：1 的比例进 水，在有机负荷2 1 3k g c o d m 3 d ，h i 淝2 4 h ，运行3 0 d ，后在有机负 荷2 6 6k g c o d m 3 d ，h i 汀= 7 2 h 下运行5 0 d 。在启动运行8 0 d 时c o d 去 除率平均保持在9 0 以上，出水正常，s a b r 反应器启动成功。 3 s a b r 除污效能试验研究发现，在s a b r 反应器成功启动进入 稳定运行后，其对生活污水中c o d 的去除率均能保持在9 0 以上， t 江苏大学硕士学位论文 处理n h 3 n 的效能在5 5 左右，对t p 的去除率基本只能达到3 0 4 0 左右，且脱氮除磷的效果波动很大。反应器出水呈乳白透明状态，所 有格室及出水水样s s 均保持在4 0 m g l 以下。 4 s a b r 工艺参数研究发现，有机负荷、水力负荷、进水方式和 分配比例、回流比、停留时间、温度以及沿程长度等运行条件对c o d 、 n h 3 n 和t p 等指标处理效果都会产生一定的影响。s a b r 反应器能 对有机负荷具有较强的适应能力，无论是较高还是较低的水力负荷对 有机物的去除都存在有利的因素。当选择进水比例为5 ：4 ：3 ：2 ：1 ，回流 比r = 2 0 0 时能够得到较好的处理效果。随着h r t 的延长，有机物 的去除率也逐渐升高。c o d 去除率随水温升高的上升速率较快，处 理效果的上升较为明水温对于厌氧微生物脱氮除磷具有一定的影响， 但高温并不意味着对微生物去除有机物，尤其是脱氮除磷的效果产生 积极的影响，相反有可能得到负面的效果。在设计反应器的时候，格 室数的选择不宜过少也不宜过多，基本选择4 巧个即可。 5 按照一级反应动力学表达式建立了动力学模型c o = c i e x p ( 0 0 1 5 5 n r a 3 ，r z = 0 9 2 7 6 ，通过实际验证证明此模型具有一定 的可行性。 关键词：s a b r ，流态，生活污水，效能 s a b r 反应器处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 江苏大学硕士学位论文 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 反应器处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 江苏大学硕士学位论文 v i s a b r 反应器处理生活污水的效能研究 第一章引言 目录 1 1 1 概j 登1 1 2 生活污水厌氧生物处理技术现状2 1 3 厌氧折流板反应器处理生活污水研究现状4 1 3 1 国内外研究现状4 1 3 2 存在问题5 1 3 3 发展趋势6 1 4 本课题研究的背景及意义6 1 5 本课题研究内容和技术路线7 1 5 1 主要研究内容7 1 5 2 技术路线9 1 5 2 技术路线9 第二章s a b r 反应器的流态研究。1 0 2 1 试验装置。1 0 2 2 研究方法1 1 2 3 特征截面面积对s a b r 水力特性的影响1 1 2 4s a b r 反应器的水力混合特性试验1 3 2 4 1 计算方法1 3 2 4 2 清水条件下的流态试验1 5 2 4 3 污泥条件下的流态试验1 9 2 5 本章小结2 5 第三章s a b r 反应器的启动试验研究。2 6 3 1 试验用水2 6 3 2 接种污泥2 6 3 3 分析项目及方法2 6 3 4 启动过程。2 7 3 5 启动过程中的结果讨论2 7 3 5 1 & 心r 反应器启动过程中对c o d 的去除效果2 7 3 5 2s a b r 反应器启动过程中p h 的变化2 9 3 5 3s a b r 反应器各格室p h 、v f a 及碱度的比较3 0 3 5 4 启动初期和启动成功后s a b r 反应器内s s 的比较3 0 3 6 本章小结3 1 第四章s a b r 反应器处理生活污水的效能研究。3 2 4 1 研究方法3 2 v 江苏大学硕士学位论文 4 1 1s a b r 反应器处理生活污水的效能研究方法3 2 4 1 2s a b r 运行条件研究方法3 2 4 1 3s a b r 反应器有机物降解动力学模型的研究方法3 3 4 2 试验用水3 3 4 3 检测仪器及分析方法3 3 4 4s a b r 反应器去除有机物的运行结果3 4 4 4 1s a b r 反应器去除c o d 的运行结果3 4 4 4 2s a b r 反应器处理n h 3 n 的效能3 5 4 4 3s a b r 反应器处理t p 的效能3 6 4 5 运行条件对s a b r 去除污染物效能的影响3 6 4 5 1 容积负荷对污染物去除效能的影响3 6 4 5 2 水力负荷对污染物去除效能的影响3 9 4 5 3 进水分配比对污染物去除效能的影响4 1 4 5 4 回流比对污染物去除效能的影响4 4 4 5 5 停留时间对污染物去除效能的影响。4 6 4 5 6 温度对污染物去除效能的影响4 9 4 5 7 沿程长度对污染物去除效能的影响5 1 4 6 稳定运行阶段反应器内挥发酸、碱度和p h 的变化研究5 2 4 6 1 稳定运行阶段反应器内挥发酸、碱度和p h 的比较5 2 4 6 2 启动阶段和稳定运行阶段反应器内挥发酸变化的比较5 3 4 6 3 不同进水方式下反应器内挥发酸的比较5 4 4 6 4 反应器内挥发酸的变化和有机负荷的关系。5 5 4 7 & 蛆r 反应器有机物去除动力学5 5 4 7 1 有机物去除动力学模型概述5 5 4 7 2s a b r 有机物降解动力学模型的建立5 6 4 7 3 模型参数的确定。5 7 4 7 4 模型的预测效果。5 7 4 7 5 有机物去除效率与有机负荷间的动力学关系。5 8 4 8 本章小结5 9 第五章结论与建议 5 1 结论6 0 5 2 建议6 1 参考文献 致谢 在学期间发表的学术论文及其他科研成果 6 2 6 8 6 9 s a b r 反应器处理生活污水的效能研究 1 1 概述 第一章引言 我国是一个污染严重、资源短缺的发展中国家，选择的污水处理工艺应该是 适合我国国情、具有高效、低耗和低成本的优点【1 1 。各类具有以上优点的并可达 到一定治理深度的城市污水处理新技术，都应该积极研究并加以应用，以促进我 国现代化建设。厌氧处理是一种低成本的废水处理技术，它又是把废水处理和能 源回收利用相结合的一种技术【2 】。污水厌氧处理技术与其它污水处理技术相比， 无需动力曝气，这样极大程度的节省了运行的成本。此外，它还是一种生态的和 绿色的技术，有可利用的能源( 沼气) 产生，并且该技术仍在迅速发展以不断适 应污水处理要求【3 5 1 。如今全世界不仅面临严重的环境问题，而且还面临着能源 短缺以及经济发展与环境治理资金不足的问题。因此，世界各国尤其是像我国这 样的发展中国家需要既有效简单又费用低廉的污水处理技术。 在这样的背景下，厌氧技术是特别适合我国国情的一种技术。污水厌氧处理 设备则是污水厌氧处理技术中的关键环节。现有的污水厌氧处理设备很多，而污 水厌氧处理设备具有运转费用低、有可利用的能源( 沼气) 产生及在处理高浓度 废水方面的一系列优越性 6 - 9 。但是，现有废水厌氧处理设备还或多或少的存在 着生物固体截留能力不强、水利混合条件不好以及出水水质不达标等缺陷。 厌氧折流板反应器( a n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r ，简称a b r ) 反应器作为一 种新型高效厌氧处理工艺，结合了第二代反应器的优点，克服了某些不足之处， 如厌氧滤池所需的成本较高的滤料和u a s b 所需的工艺复杂的三相分离器 【排1 2 1 ，因而a b r 具有工艺简单，造价较低的优点。另外，a b r 还具有生物截留 能力强，运行管理方便，性能可靠等优点。因此，a b r 在我国高浓度工业有机 废水( 如酿造、造纸、制革废水等) 的污染控制中有很好的研究开发价值和推广 应用前景【1 3 _ 垌。 本课题针对上述a b r 反应器的诸多缺陷，作为a b r 反应器的改进设计了 分段进水厌氧折流板反应器( 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 , 简称s a b r ) ，克 服了a b r 反应器第一格室内有机负荷过高及挥发性脂肪酸( v f a ) 的过度积累 江苏大学硕士学位论文 问题【1 7 , 1 8 】。反应器内的水力条件和混合程度是影响反应器性能的一个重要条件 1 1 9 。经研究表明，改变进水方式和进水比例，以及选择合适的停留时间和回流 比能够降低死区容积分数，改善反应器内的水力条件。另外，反应器内的折流板 阻挡了各格室间的返混作用，底部进水方式也强化了各格室内的混合作用【1 9 1 ， 污水在折流板的作用下逐个通过反应室内的污泥床层，并通过水流和产气的搅拌 作用，使得进水中的底物与微生物充分接触而得以降解去除。s a b r 反应器具有 比传统厌氧处理工艺更灵活、易管理的特点，反应器易高效、稳定地运行。 1 2 生活污水厌氧生物处理技术现状 厌氧生物处理技术，是对普遍存在于自然界的微生物过程的人为控制与强 化，是处理有机污染和废水的有效手段。然而，由于人们对参与这一过程的微生 物的研究和认识不足，致使该技术在过去的1 0 0 年中发展缓。i 曼1 2 0 - 2 3 1 。随着世界能 源的日益短缺和废水污染负荷的提高，及废水中污染物种类的日趋复杂化，废水 厌氧生物处理技术以其投资省、能耗低、可回收利用沼气能源、负荷高、产泥少、 耐冲击负荷等诸多优点，而再次受到环保界人士的重视。 在厌氧生物处理工艺发展过程中，反应器是发展最快的领域。随着厌氧工艺 的发展，各式各样的高效厌氧反应器得以开发 2 4 - 2 8 1 。高效厌氧反应器的发展大大 提高了厌氧反应器的负荷和处理效率，使废水在反应器内的停留时间缩短到几个 小时，同时反应器容积也得以大大缩小，污泥停留时间的延长与污泥浓度的提高 使厌氧处理系统更具有稳定性，从而有利于厌氧技术用于工业化的废水处理。在 高效厌氧反应器中，厌氧流化床厌氧膨胀床、上流式厌氧颗粒污泥床( u a s b ) 、 厌氧滤池( a f ) 、膨胀颗粒污泥床( e g s b ) 以及厌氧折流板反应器( a b r ) 都已 成功应用于城市生活污水的处理，也是国内外学者用于生活污水厌氧处理研究的 反应器。 2 9 - 3 1 】。因此2 0 多年来，厌氧废水处理技术得以很快推广，成为水污染防 治领域里一项有效的新技术【3 2 侧。 目前，国内外在厌氧生物处理领域，缩短反应时间、提高降解效率是厌氧工 艺处理生活污水的首要问题【3 5 1 。第二代和第三代厌氧反应器的共同特点就是将 污泥停留时间( s r t ) 和水力停留时间( 如 汀) 相分离，对于将微生物成功截留 在反应器中得到了实现，单位容积的生物量大大提高。 2 s a b r 反应器处理生活污水的效能研究 温度和进水浓度对于厌氧消化也是十分重要的影响因素。厌氧处理传统的处 理对象一般是城市污水厂污泥和高浓度的工业污水，比较而言，生活污水属于低 浓度污水，水温一般也较低，由于厌氧处理过程对于低温很敏感，在常温下用厌 氧工艺处理生活污水是现阶段厌氧技术面临的主要问题p q 。近年来，研究人员 们主要围绕在中温甚至低温条件下( 5 1 5 ) 低浓度生活污水的处理作以研究， 在非热带和亚热带地区进行各式各样的试验性和应用性研究，使得厌氧生物处理 技术得以更广泛的应用【3 7 - 4 0 1 。随着厌氧处理技术的进一步发展，其应用的地域也 进一步拓展，开发适应低温的厌氧反应器将在未来成为厌氧生物技术的热点之 一。 另外，对于城市生活污水在厌氧生物处理出水的后处理也在研究中f 4 1 1 。由 于城市污水排放标准较为严格，因此为了进一步提高出水水质，在厌氧生物处理 后应添加后续处理工艺，例如一些生物或物化方法。在中低温条件下，高效厌氧 和好氧后处理联用，使出水达到排放标准，是厌氧技术广泛应用的前提【4 2 】。出 水的后处理主要是研究合适的处理方法在厌氧处理后进一步去除厌氧技术难以 去除的污染物，并尽量选择反应时间短，产生剩余污泥少的工艺。有报道称，好 氧生物膜法较活性污泥法更适合处理厌氧反应器的出水1 4 3 】，这是由于好氧生物 膜能够延长微生物在反应器中的停留时间并有利于硝化微生物的生长，得到较好 的脱氮效果。v a nd e rs t c e n 4 4 1 在环境条件用浮萍植物塘和普通稳定塘串连的工艺 处理u a s b 的出水，比常规用稳定塘直接处理生活污水有明显优越性。将稳定塘 的停留时间从2 0 2 5 d 降为3 4 d ，出水的s s 小于1 1m g l ，对大肠菌群的去除效 率达到9 9 6 9 9 9 5 ，可以满足农业灌溉用水要求。另外有研究报道，气浮嗍 和一种新型的悬挂海绵体式好氧反应器( 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 也可用于研究处理厌氧反应器出水的后续处理。d h s 不需要供 氧，h r t 为1 3 h ，总c o d 的去除率达到9 4 以上，硝化和脱氮效果都很好，系 统不需要排除剩余污泥【蛔。 此外，开发新的厌氧技术也是目前的研究热剧2 5 捌，根据文献报道，王凯军 等已经将其开发的水解( 酸化) 好氧反应器成功运用于厌氧处理的预处理阶段， 并将其应用于实际的城市污水处理中 4 8 - 4 9 1 。z e e m a ng 等f 5 0 】人将e g s b 、u a s b 和厌氧复合式反应器( a h ) 串连设计得到多级厌氧工艺。第一级用来去除c o d s s ， 3 江苏大学硕士学位论文 第二级主要去除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 作为第一级，a h 为第二 级，c o d c o l 和c o d s s 的去除率较传统的单级反应器均有提高，总c o d 去除率能 够达到7 1 。 1 3 厌氧折流板反应器处理生活污水研究现状 1 3 1 国内外研究现状 厌氧折流板反应器( a n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r ) 简称a b r ，是美国s t a n f o r d 大学的m c c a r t y 教授，于1 9 8 1 年提出的一种新型高效厌氧反应器【5 2 5 3 1 。该反应 器通过内置的竖向折流板，将反应器分割成几个串联的反应室，每个反应室都是 一个相对独立的上流式污泥床( u a s b ) 系统。但a b r 工艺上与单个u a s b 有显 著不同，u a s b 可近似地看作是一个完全混合式反应器，而a b r 则更接近于推 流式工型5 4 1 。a b r 在运行时，废水在折流板的作用下，逐个通过反应室内的污 泥床层，并通过水流和产气的搅拌作用，使得进水中的底物与微生物充分接触而 得以降解去除。 a b r 反应器独特的分格室结构及推流式流态，使得每个反应室中可以驯化 培养出与流至该反应室中的污水水质、环境条件相适应的微生物群落，从而导致 厌氧反应产酸相和产甲烷相沿程得到分离，使a b r 反应器在整体性能上相当于 一个两相厌氧处理系统。一般认为，两相厌氧工艺通过产酸相和产甲烷相的分离， 两大类厌氧菌群可以各自生长在最适宜的环境条件下，有利于充分发挥厌氧菌 群的活性，提高系统的处理效果和运行的稳定性【5 5 巧7 】。该反应器因具有结构简 单、污泥截流能力强、稳定性高等多种优点，而一经出现即引起了广大研究者的 注意，2 0 多年来对它的研究一直没有间断过，近年来更是成为厌氧反应器领域内 的研究热点之一 2 0 1 。 目前，国外将a b r 反应器应用于处理各种中、高浓度的有机废水的研究日 趋增多。这些中、高浓度的有机废水主要是屠宰废水、制糖废水、酿酒废水、酒 糟废液及木釜馏废水等【5 8 巧9 】。有关研究表明，a b r 反应器的容积负荷可达 1 0 - 3 0 k g c o d ( m 3 d ) 甚至更高，其c o d 去除率可达7 0 9 0 。国内有关报道在 实际工程中应用a b r 处理印染和制药废水取得了良好的效梨6 0 9 。 4 s a b r 反应器处理生活污水的效能研究 张波等【6 l 】对a b r 处理化纤厂棉浆粕综合废水进行了研究，在h r t 为1 d ，有 机负荷( o l r ) 为3 3 6k g c o d ( m 3 d ) 的条件下，c o d 去除率能够达至f j 7 1 5 ， 出水c o d 降至9 5 8m g l 。贺嵩邡，易辰俞 6 2 1 等利用a b r 处理有机磷农药废水，在 有效容积2 7 6l 的厌氧折流板反应器中，处理预处理后的农药中间体甲基氯化物 生产废水，当进水c o d 为6 4 2 1 5m g l 、h r t 为9 4h 时，c o d 的去除率可达6 8 。 李清雪，华玉芝【1 3 1 研究了厌氧折流板反应器处理高浓度有机废水，在温度为 2 5 2 8 ，水力停留时间为2 2 8 2 9 5 h ，容积负荷4 7 4 1 9 1 k g c o d m 3 d ，a b r 反应 器c o d 的去除率达n 8 0 以上。胡小兵等【6 3 】运用a b r 对焦化废水进行了处理， 进水c o d 质量浓度中等( 1 6 0 0 - 2 5 0 0m g l ) ，c o d 容积负荷d , - 于2 k g c o d ( m 3 d ) ， 水力停留时间大于4 0h ，温度在3 4 3 8 。c 范围内，p h 为7 7 6 时，c o d 和n h 3 _ n 去 陈率均可达7 0 。 目前，对于a b r 处理各种废水的研究应用日趋增多。应用厌氧折流板反应器 处理豆制品废水的研究发现 6 4 1 ，a b r 处理豆制品废水具有启动快、易培养出颗 粒化的活性污泥的特点。稳定运行时，c o d 容积负荷可达到1 4 3 k g ( m 3 - d ) ，c o d 去除率能保持在8 0 以上，具有良好的抗冲击负荷和抗低p h 值的能力。沈耀良【贷1 应用a b r 法处理垃圾渗滤混合废水的研究发现，a b r 可获得明显的水解酸化作 用，提高废水的可生化性。混合废水的b o d 5 c o d 为0 2 、0 6 6 5 时，绱r 反应 器处理后出水的b o d 5 c o d 值可提高n 0 3 7 、0 6 8 ，且进水的b 0 0 5 c o d 越低， 其提高幅度越大。 a b r 与目前广泛应用的u a s b 反应器相比，不需要复杂的三相分离器和较 昂贵的布水系统，具有工艺技术简单、建设投资费用低、固液分离效果好、运行 管理方便、对有毒物质适应性强等优点，是一种极具开发应用前景的废水生物处 理新技术1 6 6 - 6 7 。 1 3 2 存在问题 目前单侧进水的a b r 反应器内，废水流动呈现上下推流运动，致使在反应 器第一格室内的c o d 负荷过高，郭静【1 9 1 等在a b r 反应器的性能及水力特性研 究表明，由于这种进水方式导致a b r 第一格室内有机负荷过高，易造成挥发性 脂肪酸( v f a ) 的过度积累，使p h 值减小。由于p h 值的降低，抑制了微生物 5 江苏大学硕士学位论文 的活性，对环境要求严格的产甲烷菌更是难以生存，对反应器的运行产生不利的 影响。因而降低a b r 第一格室有机负荷即可减少v f a 的积累问题，从而增强 反应器内生物的活性。 解决以上问题最经济有效的方法就是改变反应器进水形式，即由原来的单侧 推流式进水改为按不同比例分区多点同时进水。这样即可减小反应器第一格室的 有机负荷，又同时向反应器其它各个格室的厌氧菌提供充足的底物。 1 3 3 发展趋势 s a b r 反应器作为一种新型高效厌氧反应器，能够处理各种难降解有机废 水，在我国的废水处理中有着广泛的开发应用前景。另外，对于城市生活污水和 其他一些低浓度工业废水，传统的处理方法是采用好氧的活性污泥法，若以 s a b r 法替代传统的好氧生物处理，则可大大节省建设和运行费用。高浓度有机 废水如酿造废水、造纸废水、制革废水和医药废水等是我国水污染防治的重点， s a b r 法能够直接处理此类废水，因此具有很大的开发应用价值【缛7 0 1 。 高效厌氧反应器的不断开发应用和其内在机理不断被发现，将进一步加深对 污水厌氧处理的理解和对新型反应器更广泛的应用【7 1 7 2 】。总之，通过结构及工艺 的继续改进，将有更多的难降解废水可以利用s a b r 反应器得以处理，这在我 国高浓度工业有机废水和有毒废水的处理中具有良好的研究开发价值和广阔的 应用前景【7 3 1 。 1 4 本课题研究的背景及意义 随着我国经济建设的发展，废水排放量逐年增加，水环境受到严重污染，急 需建设大批水处理设施，但却面临着资金和技术上的困难。我国是一个污染严重、 资源短缺的发展中国家，选择的污水处理工艺应该是适合我国国情的、具有高效、 低耗和低成本的优点【6 9 1 。各类具有以上优点的并可达到一定治理深度的城市污 水处理新技术，都应该积极研究并加以应用，以促进我国现代化建设。污水厌氧 处理技术与其它污水处理技术相比，无需动力曝气，这样极大程度的节省了运行 的成本；此外，它还是一种生态的和绿色的技术，有可利用的能源( 沼气) 产生， 并且该技术仍在迅速发展以不断适应污水处理要求。因此，高效的厌氧反应器适 6 s a b r 反应器处理生活污水的效能研究 合我国现在的国情，具有广阔的应用前景。 本课题的创新点在于将传统厌氧折流反应器单侧推流式进水的形式改进为 新型按不同比例分段多点同时进水模式，降低了a b r 第一格室的有机负荷，克 服了传统厌氧折流反应器耐冲击负荷不稳定的缺点以及v f a 的积累问题。 s a b r 反应器作为a b r 反应器的改进，具有比传统厌氧处理工艺更灵活、易管 理的特点，反应器易高效、稳定地运行。 但对于s a b r 的试验研究目前还主要处在实验室阶段，所以s a b r 反应器 在实际工程中进一步推广之前，仍需要进行大量的试验，结合机理分析，以便深 入地了解其工艺特性。例如，关于反应器构造的优化设计研究，进水方式和比例 分布以及反应器内生物的分布状况还需要进一步深入探讨。针对上述存在的问 题，本研究拟对s a b r 反应器的水力混合特性，处理生活污水的效能以及厌氧 生物特性等做以研究，为s a b r 反应器在污水处理的实际应用奠定基础。 目前，高效厌氧反应器由于具有占地面积小、除污效率高的优点，同时能 够节约造价和运行费用，且管理方便，因此它的应用和开发受到世界各国越来越 多的重视【7 1 】。s a b r 反应器作为一种新型的高效厌氧反应器，适合于我国高浓度 工业有机废水和有毒废水的处理，对于经济尚不发达的我国，其应用前景更为广 阔，因此此课题的研究有着显著的社会意义和经济意义。 1 5 本课题研究内容和技术路线 1 5 1 主要研究内容 1 水力条件对反应器处理效果起着关键作用，s a b r 反应器内的流态决定 着基质和微生物的接触程度，控制着反应器内物质的传输，因而水力特性是影响 其处理效率的重要因素。水流在s a b r 反应器内的流动可近似认为是一种推流 运动，而在单独的格室内，水流分为向上流和向下流两种形式，并在自身所产生 的气流作用下不断地搅动，又与完全混合流态相类似。 s a b r 流态试验根据表征流态性能的特征参数( 水力死区容积比v d 、串 级模型参数n 等) 和特征曲线，分别对s a b r 反应器在清水条件下和实际运行条 件下的水力特性进行了研究，并分析了在一定的停留时间下，进水方式和进水比 7 江苏大学硕士学位论文 例，以及回流比对其流态和水力特性的影响，为s a b r 反应器的应用和进一步 研究提供理论基础。 2 s a b r 反应器的启动对于其运行是一个关键步骤，即通过污泥接种和污泥 培养驯化，最终实现高负荷、稳定的运行。反应器的成功启动，能够为生活污水 的处理培养最适宜的微生物，从而为反应器高效稳定的运行提供有利条件。因此， s a