（环境工程专业论文）内循环ic厌氧反应器处理果汁废水的研究.pdf

内循环( i c ) 厌氧反应器处理果汁废水的研究 摘要 果汁废水具有可生化性强，污染物种类多，废水的粘性大，c o d 、s s 浓度高，p h 低等特点，果汁厂每加工1 吨原材料，就产生3 8 1 0 5 m 3 废水。 该类废水如果不经过处理就直接向水体中排入，就会导致周围水体有机酸的 大量积累，使水环境质量严重恶化。因此为该类废水寻找一条切实可行的处 理工艺，是现阶段环境保护领域亟待解决的问题。 通过广泛查阅相关资料，结合现有果汁生产厂废水处理工艺的运行现 状，分析废水处理工艺中存在的实际问题，提出采用内循环厌氧反应器 ( i n t e r n a lc i r c u l a t i o na n a e r o b i cr e a c t o r ，简称i c ) 处理果汁废水。i c 反应器 是在u a s b 基础上开发成功的第三代高效厌氧反应器，具有占地面积小、 有机负荷高、出水稳定、耐冲击负荷能力强等特点。采用i c 厌氧反应器对 果汁废水处理具有广阔的前景。 本文根据果汁废水的特点，通过分析废水的c o d c ，、s s 等指标的去除 效果和v f a 、碱度等指标的变化规律，探讨了i c 厌氧反应器的启动过程， 稳定运行过程中最佳参数的控制以及颗粒污泥的变化，为果汁废水处理寻找 一条新途径。主要研究结果如下： ( 1 ) 采用人工鲜榨的苹果汁配制的废水对实验室自制i c 厌氧反应器实 验装置进行启动，启动初始负荷c o d c r 为6 0 k g c o d ( m 3 d ) ，固定h r t = 1 2 h ， 依据反应器运行效果，分阶段逐步提高进水c o d c r 浓度，最终进水c o d c r 浓度达到7 0 0 0 m g l ，c o d c r 去除率稳定在9 0 以上，启动过程中对p h 值、 挥发性脂肪酸( 冶) 和碱度进行连续监测，结果表明：这三个指标的变化 规律与i c 反应器的运行状况密切相关。 ( 2 ) 启动结束后，反应器进入稳定运行阶段，主要以缩短水力停留时 间增大进液量和增加进水c o d c ，浓度i 提高反应器的容积负荷，结果表明： i c 反应器的最小水力停留时间为5 6 h ，最大容积负荷可达3 6 k g c o d ( m 3 d ) ， c o d c ，去除率稳定在8 9 9 0 范围内，表明该装置对有机物有较高的处理 能力。反应器出水s s 与h r t 和产气率有关，h r t 减小和产气率增加都会 导致出水s s 的增加。 ( 3 ) 通过对不同水力停留时间下c o d c ，去除率和出水v f a 变化的探 讨，得出i c 反应器处理果汁废水的最佳水力停留时间为8 3 h 。此时，进水 c o d c r 浓度为7 2 0 0 m g l 左右，容积负荷为2 1 0 9k g c o d ( m 3 d ) 左右，c o d c r 平均去除率为9 4 3 4 。p h 值冲击结果表明，i c 厌氧反应器对低p h 值具有 一定的缓冲能力，当p h 降为5 5 时，进液2 4 h ，经过1 0 天的运行，反应器 恢复正常。但长时间的冲击会使颗粒污泥结构松散，失去活性。 ( 4 ) 颗粒污泥尺寸增大，直径最大可达5 m m ，活性显著提高，v s s t s s 由接种时的6 3 2 3 增加为9 0 4 2 。随着容积负荷的增加，颗粒污泥粒径逐 渐变大并且进行重新分布。比重大的逐渐沉于反应器的底部，比重小的分布 在污泥床的表面，细小颗粒污泥和中空大粒径逐渐被淘汰，中等粒径的颗粒 污泥保留于反应器内。污泥床区上部颗粒污泥的粒径要比下部的小，上部污 泥中粒径为1 - 2 m m 和2 3 m m 的颗粒所占比例最大，而下部污泥中颗粒粒径大 于l m m 的4 种粒径范围内颗粒污泥均存在，而在上部则没有发现大于4 m m 的 颗粒污泥。 关键词：i c 反应器，果汁废水，颗粒污泥，容积负荷，挥发酸 t h es t u d yo fi n t e r n a lc i r c u l a t i o n ( i c ) a n a e r o b i c r e a c t o ri nt r e a t i n g j u i c e 、a s t e w a t e r a b s t r a c t t h ev a r i e t yo fp o l l u t a n t sa r ec o m p l e xc o m i n gf r o mt h ej u i c ep r o d u c t i o n w a s t e w a t e r , t h e c h a r a c t e r i s t i c so fj u i c ew a s t e w a t e rc o n t a i nb i o c h e m i c a l p r o p e r t i e si ss t r o n g ，c o d 、s sc o n c e n t r a t i o na r eh i g h e ra n dt h ep hi sl o w e r i ft h e w a s t e w a t e rw a sn o tt r e a t e da n dd i s c h a r g e dd i r e c t l yi n t ow a t e r ，i tw i l lc a u s et h e a c c u m u l a t i o no fv a r i o u sf o r m so r g a n i ca c i do fs u r r o u n d i n gw a t e r , s of e u d i n ga f e a s i b l ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g yh a sb e c o m eac u r r e n tp r o b l e mo ft h e e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nf e l d t h r o u g hw i d e l yl o o k i n gu pr e l e v a n ti n f o r m a t i o n ，p e r u s i n gw a s t e w a t e r t r e a t m e n to ft h el a t e s tr e s e a r c ha c h i e v e m e n t s ，c o m b i n a t i n gt h ec o n d i t i o n so f j u i c ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s ，a n da n a l y z i n gp r o b l e m s o fp r a c t i c a l p r o c e s s i ti sp r o p o s e dt h a tu s i n gi n t e m a lc i r c u l a t i o na n a e r o b i cr e a c t o rt r e a tj u i c e w a s t e w a t e r i n t e r n a lc i r c u l a t i o n ( i c ) a n a e r o b i cr e a c t o ri st h et h i r dg e n e r a t i o no f a n a e r o b i cb i o l o g i c a lr e a c t o ri nt h eb a s i so fu a s ba n di ti so n eo ft h e r e p r e s e n t a t i v ep r o c e s s e s t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ei cr e a c t o rt h a ti th a v ec o v e r a l la r e as m a l l ，o r g a n i cl o a d i n gh i g h ，o u t f l o ww a t e ri s s t a b i l i t y ，a n di m p a c t r e s i s t a n c el o a da b i l i t yi sb e t t e r , c t c u s i n gi cr e a c t o rt r e a tj u i c ew a s t e w a t e rh a sa e x t e n s i v ef o r e g r o u n d a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fj u i c ew a s t e w a t e r , t h r o u g ha n a l y z i n gt h e r e m o v a le f f e c to ft h ec o d 、s sa n dt h ec h a n g e f u lr e g u l a rp a t t e r no ft h ev o l a t i l e f a t t ya c i d 、a l k a l i n i t y , s t u d i e dt h ef e a s i b i l i t yo ft r e a t m e n tj u i c ew a s t e w a t e rb yt h e i ca n a e r o b i cr e a c t o r t h es t a r t - u pa n ds t a b l eo p e r a t i o no fi ca n a e r o b i cr e a c t o r a n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so f g r a n u l a rs l u d g ew e r es t u d i e d ，t h ep u r p o s ei ss e e kan e w a p p r o a c hf o rf r u i tj u i c ew a s t e w a t e rt r e a t m e n t t h em a i nr e s e a r c hr e s u l t sa r e 嬲 f o l l o w s ： ( 1 ) s t a r t - u po f i ca n a e r o b i cr e a c t o r sa d o p tf l e s h s q u e e z e dj u i c ec o n f e c t i n g e x p e r i m e n t a lw a s t e w a t e r , d u r i n gt h ep e r i o do fs t a r t - u p ，i n f l u e n ta n do u t f l u e n to f t h er e a c t o rw a sc o n t i n u o u sa n d h y d r a u l i cd e t e n t i o nt i m e ( h r t ) w a sk e p ti n12 h f u r t h e r m o r e ，t h ei n i t i a ll o a do fc o d c rw a s6 0 k g c o d ( m 3 d ) a n dt h ec o d c r c o n c e n t r a t i o no fi n f l u e n tw a si n c r e a s e dg r a d u a l l yb a s e do nt h eo p e r a t i n gr e s u l t s o ft h er e a c t o r w h e nt h ec o d c rc o n c e n t r a t i o no ft h ei n f l u e n tw a su pt o 7 0 0 0 m g lf i n a l l y , t h er e m o v a lr a t eo fc o d c rw a ss t a b i l i z e da t9 0 d u r i n gt h e s t a r t - u pp r o c e s so ft h ei cr e a c t o rf o rp hv a l u e ，v o l a t i l ef a t t ya c i d ( v f a ) a n d a l k a l i n i t yo fc o n t i n u o u sm o n i t o r i n g ，a n dt h er e s u l t s s h o w e dt h a t ：t h et h r e e i n d e x e sv a r i a t i o nr u l e so f l cr e a c t o rw i t ht h eo p e r a t i o ns t a t u so fc l o s e l yr e l a t e d ( 2 ) a f t e rt h es t a r t - u p ，t h ei cr e a c t o ri nas t a b l eo p e r a t i o ns t a g e ，m a i n l yt o s h o r t e nt h eh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m et oi n c r e a s ef l u i dv o l u m ea n di n c r e a s e i n f l u e n tc o d c rc o n c e n t r a t i o nt oi m p r o v et h er e a c t o rv o l u m el o a d ，a n dt h er e s u l t s s h o w e dt h a t ：t h em i n i m u mh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ew a s5 6ha n dm a x i m u m v o l u m el o a dc a nr e a c ht h e 36 k g c o d ( m 3 d ) ，t h er e m o v a lr a t eo fc o d c rw a s s t a b i l i z e da t8 9 一9 0 r a n g e ，i ts h o w nt h a tt h er e m o v a lr a t eo fo r g a n i cw a s b e r e ri ni ca n a e r o b i cr e a c t o r s b o t hh r ts h o r t a g ea n dg a sy i e l di n c r e a s e dc a n l e a dt oe f ! f l u e n ts si n c r e a s e d ( 3 ) a c c o r d i n gt od i s c u s s i o no ft h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d e ra n dt h e c h a n g e so fv f ai n d i f f e r e n th y d r a u l i c r e t e n t i o nt i m e ，d e t e r m i n et h eb e s t h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ef o r8 3 hu s i n gi ca n a e r o b i cr e a c t o r st ot r e a tj u i c e w a s t e w a t e r t h ee f f e c to fs o l u t i o np hs h o w e dt h a tt h ei ca n a e r o b i cr e a c t o r sh a s s o m eo ft h eb u f f e rc a p a c i t yt ol o w e rp h , w h e n p hr e d u c e d t o5 5 ，i n f l u e n t2 4 h ， a f t e rt e nd a y so f o p e r a t i o n ，t h er e a c t o rw a s b a c kt on o r m a l b u tl o n gi m p a c tw i l l m a k eg r a n u l a rs l u d g es t r u c t u r eb e c o m el o o s ea n dl o s ta c t i v i t y ( 4 ) a f t e rt h eo p e r a t i o n ，t h e s i z eo fg r a n u l a rs l u d g eb e c o m eb i g ，t h e m a x i m u md i a m e t e rc a nr e a c h5 m m ，t h ea c t i v i t yo fg r a n u l a rs l u d g ei m p r o v e d m a r k e d l y , v s s t s si n c r e a s e df r o m6 3 2 3 t o9 0 4 2 a l o n gw i n lt h ev o l u m e l o a di n c r e a s e d ，t h eg r a n u l a rs l u d g ei n c r e a s i n g l yb e c a m el a r g ea n dp a r t i c l es i z e w a sd i s t r i b u t e da g a i n g r e a tw e i g h tg r a d u a l l yd r o w n e di nt h eb o t t o mo ft h e r e a c t o ra n das m a l lp r o p o r t i o nd i s t r i b u t e dt h es u r f a c eo ft h es l u d g eb e d ，s m a l l g r a n u l a rs l u d g ea n dt h eh o l l o wl a r g ep a r t i c l es i z e t ob eb e i n gw a s h e do u t g r a d u a l l y , m e d i u ms i z eo fg r a n u l a rs l u d g e 。r e m a i n e di nt h er e a c t o r g r a n u l a r s l u d g ep a r t i c l es i z ef r o ms l u d g eb e du p p e ra r e aa r es m a l l e rt h a nt h eb o t t o m ，t h e p a r t i c l es i z eb e t w e e n1 - 2 r a ma n d2 - 3 m mi nu p p e rs l u d g ea r e ao c c u p ys i z a b l e p r o p o r t i o n i nt h eb o t t o mo ft h es l u d g eb e d ，t h e r ea l e4k i n d so fp a r t i c l es i z e r a n g em o r et h a nim mg r a n u l a rs l u d g e ，b u ti ti sn o tf o u n dp a r t i c l es i z eo fg r a n u l a r i v s l u d g em o r et h a n4 m m i nt h eu p p e rs l u d g eb e d k e yw o r d s ：i n t e r n a lc i r c u l a t i o n ( i c ) a n a e r o b i cr e a c t o r , j u i c e a n a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g e ，v o l u m e t r i cl o a d i n gr a t e ，v o l a t i l ef a t t ya c i d v i c v f a c o d h r t p h v s s t s s 符号说明 内循环厌氧反应器( i n t e r n a lc i r c u l a t i o na n a e r o b i cr e a c t o r ) 挥发性脂肪酸( v o l a t i l ef a t t ya c i d ) 化学需氧量( c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ) 水体停留时间( h y d r a u l i cd e t e n t i o nt i m e ) 酸碱度( p o t e n t i a lo fh y d r o g e n ) 挥发性固体悬浮物( v o l a t i l es u s p e n d e ds o l i d s ) 总固体悬浮物( t o t a ls u s p e n d e ds o l i d s ) s s 固体悬浮物( s u s p e n d e ds o l i d s ) 内循环( i c ) 厌氧反应器处理果汁废水的研究 1 绪论 1 1 果汁废水概述 1 1 1 果汁产业现状 浓缩果汁是将成熟的水果经过拣选、清洗、破碎、压榨、浓缩而成的原料性产品， 是果汁类饮料的基础配料。近年来，随着人们健康意识的不断增强，世界饮料市场中碳 酸饮料的增长开始减缓，在欧美一些国家，碳酸饮料由于其过高的含糖量，已经被界定 为不适合青少年和肥胖人群消费的饮料。果汁类饮料由于具有天然、健康的特性，正在 逐步受到人们的青睐，饮料市场己经开始出现果汁饮料、碳酸饮料和矿泉水三分天下的 局面，国际上对高附加值、营养的浓缩果汁的需求正呈逐步上升的趋势f l l 。 浓缩苹果汁由于价格便宜，口味较淡，常常作为多种果汁饮料的基础配料和添加物。 欧美日市场上的1 0 0 纯果汁、蔬菜汁、果菜混合汁、水果啤酒等，都离不开浓缩苹果 汁这一风味特性温和的基料，国外9 0 的饮料生产厂商将浓缩苹果汁用作饮料生产的勾 兑和调味，国际市场上浓缩苹果汁的产销量迅速增长【2 】。 我国苹果产量居世界第一位，并已经成为世界苹果生产中心。目前已形成渤海湾、 西北黄土高原、黄河故道和西南冷凉高地等四大苹果主产区。苹果种植面积近年来已经 超过3 0 0 0 万亩，年产苹果2 5 0 0 多万吨，占世界苹果总产量的5 0 ，资源优势十分明显。 2 0 0 5 年我国果品的年总产量已近7 0 0 0 万t ，预计2 0 1 0 年果品总产量将达到1 亿吨，居 世界第1 位 3 1 。 为了贯彻落实中央“关于实施农业产业战略性结构调整”的发展规划纲要，推动农 村经济的发展，提高农民收入，国家加大了对农产品深加工行业的重点扶持，因此，果 汁加工业近年来得到迅猛发展。我国浓缩苹果汁生产行业的发展，使苹果等果蔬产品得 到深加工和产品结构转化，不仅给国家出口创汇，而且对于农业产业结构性调整，促进 当地及周边地区经济和相关产业的发展，安排职工就业，增加果农的直接收入，都具有 十分重要的作用。 近年来，中国果汁饮料行业呈高速发展态势，2 0 0 9 年中国共计生产果汁饮料产品达 1 4 4 7 6 万吨，同比增长2 2 4 2 ；中商情报网数据显示，2 0 0 4 2 0 0 9 年，我国果汁饮料零 售规模年均复合增长率在1 5 以上，2 0 0 9 年中国纯果汁饮料3 0 亿元左右，在果汁饮料 市场中所占份额较小。随着居民生活水平的提高和生活观念的转变，饮料产品将成为越 来越多的城乡居民生活必需品的重要组成部分。中国饮料市场容量不断扩大，人均饮料 消费量长期保持快速上升的势头。消费者对天然、低糖、健康型饮料的需求，促进了果 汁饮料的崛起。中商情报网预计，到2 0 1 5 年，中国纯果汁饮料市场规模接近7 0 亿元。 陕西科技大学硕士学位论文 1 1 2 果汁废水水质水量特点及污染问题 a ) 果汁废水的特点 果汁废水属于高浓度有机废水，水质水量变化大，总体上说，果汁废水的特点如表 1 1 1 4 5 6 1 ： 表1 1 果汁废水的特点 ! 垫：! ：! ! 生! 塾型巫! 堕12 1 j 坚i 丝翌箜宝丝! 一 有机物浓度有机物浓度高，一般情况下c o d 。 6 0 0 0 m g l , b o d 5 4 0 0 0m g l s s含有大量的果渣、果肉、果屑等物质，一般情况下s s 4 0 0 0m g l 粘性含有果胶等胶体，废水粘性大 水质、水量变化由于加工品种及产量经常变化，导致排放不均匀、水质水量变化大， c o d 变化值高时可达2 0 0 0 - 3 0 0 0m g l ，s s 变化值可达1 0 0 0 - 2 0 0 0m g l 。 可生化性b o d c o d c r - - 0 5 - 0 6 ，可生化性强。 p h果汁废水中含有大量果酸，因此p h 较低，最低时可达4 0 左右。 水温水温为2 0 - 屯5 。 营养元素营养成分单一，c n 较高，缺乏氮、磷元素。 其他受苹果收购季节的影响，果汁加工一般处在7 1 2 月份，其余阶段处于 停产或深加工状态，这段时间果汁废水量很小，几乎不排放废水。 由表1 1 可以看出，果汁废水中含有较高浓度的糖类、果胶、果渣及水溶物和纤维素、 果酸、单宁、矿物盐等，具有固体杂质多，有机物含量高，b o d 、c o d 值高、水质水量 变化大等特点，而且还间断性地排放酸、碱、清洗剂等。大量的果汁废水如不处理就直接 排放，将污染周围水体，使接纳水体的水质严重恶化。 b ) 果汁废水的污染问题 浓缩果汁生产企业在为我国国民经济做出巨大贡献的同时，也带来了严重环境污染 问题，特别是废水污染问题尤为突出，浓缩果汁生产工艺主要包括：水果清洗、榨汁、 灭菌、脱胶、超滤、浓缩、灭菌、无菌罐装等。工艺流程如图1 1 ： 图l - l 浓缩果汁生产流程 f i g 1 - 1 f l o wc h a r to f s y r u pp r o d u c t i o n 整个流程中，果汁废水一部分来源于冲洗水果、粉碎、榨汁等工序，大部分来自罐 2 内循环( i c ) 厌氧反应器处理果汁废水的研究 装工段的洗瓶、灭菌、破瓶损耗、地面冲洗、树脂再生及漂洗水等环节。不同的生产工 艺阶段，所产生的废水具有不同的特点，即使在同一阶段，废水水质也因产品不同而差 异较大。由于果汁生产废水的高有机负荷及酸碱浓度变化使水体内生态系统结构受损， 鱼虾的摄食、生长受到严重影响，甚至使鱼虾中毒、发生疾病或死亡的事件频频发生， 对周边的作物产量和品质都造成严重的影响 7 1 。 1 2 国内外果汁废水处理研究现状 果汁废水属于高浓度的有机废水。由于采用常规的废水处理方法难以净化或无法满 足净化处理的技术和经济要求，使得这类废水的净化处理已成为现阶段国内外环境保护 技术领域有待解决的一个难题。现在已形成了以生化为主、生化与物化相结合的处理工 艺，这些方法与工艺有其各自的特点和不足之处，但都有较为成功的经验。目前还有不 少新的处理方法和工艺优化组合正在试验和研究，有的已取得了理想的成效，不久将应 用于实际当中嗍。由于果汁废水中污染物浓度较高，常采用厌氧和好氧的组合工艺，如 水解酸化接触氧化，u a s b - 接触氧化，水解酸化1 7 a s b 接触氧化等。 1 2 1 国外果汁废水处理研究现状 目前，果汁生产废水的处理主要是生物处理。用生物法处理这类废水时通常需要先 调整它的营养成分及酸碱度，从而适应微生物的生长需求。国外同类废水处理多以厌氧 处理工艺为主，如升流式厌氧污泥床反应器( u a s b ) 、升流式厌氧滤池、生物转盘和中 温、高温厌氧过滤器等。并取得了显著的成果睁t o 】。 在德国，采用厌氧消化系统处理果汁加工废水，整个处理流程由一个粗滤系统( 去 除果皮、砂子等沉淀物) 、两个缓冲池( 调节p h 、氮、磷等营养物) 、一个升流式污泥床 反应器( u a s b ) 以及一个好氧池组成。在u a s b 中，梭状芽胞杆菌、芽胞杆菌、葡萄 球菌等微生物能将废水中的有机污染物最终降解为甲烷及二氧化碳气体，使废水得到净 化。经厌氧消化后，果汁废水中的c o d 被降解到一定程度，再经好氧池进一步降解， 就可以使废水达到排放指标。系统中u a s b 反应器的有机负荷c o d 为l o 1 7 k g ( m 3 d ) ， c o d 去除率达8 0 9 0 t m 。 在土耳其，e m i n ee l m a s l a ro z b a s 等【2 】采用u a s b + s b r 工艺对果汁废水进行试验研 究，结果表明，厌氧段，u a s b 容积负荷为5 k g c o d ( m 3 d ) ，c o d 的去除率大于9 0 ， 好氧段，s b r 水力停留时间为1 2 h ，c o d 的去除率在9 0 以上。 1 2 2 国内果汁废水处理研究现状 目前，由于果汁废水所带来的环境污染日趋严重，国内许多科研单位都把研究目光 投向了果汁废水的处理研究，并取得了一定的成效。果汁废水中大多数的有机物可进行 陕西科技大学硕士学位论文 生化降解，废水可生化性好，有机物在微生物作用下，最终降解为c o = 和h 2 0 及微生物 原生质等。另外生化处理工艺比较经济，所以目前国内果汁废水处理的主体仍是生化处 理法，生化处理一般采用厌氧+ 好氧组合工艺【，】。 周焕祥等【- 4 】采用u a s b 接触氧化工艺处理果汁废水中状况进行了研究，实践表明， 该工艺对c o d m 、b o d 5 、s s 、n h 3 - n 均有较高的去除率，出水水质达到污水综合 排放标准( g b8 9 7 8 1 9 9 6 ) 一级标准。刘子俊【坫】采用u a s b 和e i c + 接触氧化工艺进行处 理，处理后出水水质：p ( c o d ) 为5 8m g l ，p ( s s ) 为1 6m g l ，p ( n h 3 - n ) 为2 6 5m g l ， p ( b o d 5 ) 为1 3 5m e j l ，p ( t p ) 为0 2 0m g l 。均低于污水综合排放标准( g b8 9 7 8 - - 1 9 9 6 ) 中的一级标准。 杨学朝等【1 6 】对某果业有限公司果汁废水，采用厌氧折流板反应器( a b r ) 接触氧 化工艺处理该废水，某果业有限公司果汁废水水量为1 5 0 0m 3 d ，c o d 为4 5 0 0m g l ， b o d 为2 5 0 0m e , l ，s s 为2 5 0 0m e ：l ，p h 为6 - 7 。出水c o d 为7 0m g l ，b o d 为1 0 m e ：l ，s s5 5m g l ，p h 为8 ，达到污水综合排放标准( g b8 9 7 8 - - 1 9 9 6 ) 一级排放标准。韩锋【7 】采用厌氧折流板反应器( a b r ) 接触氧化工艺对果汁废水处理 进行试验研究，结果表明：在a b r 厌氧反应器温度为2 5 4 1 、d o 为o 0 0 1 m g l 、p h 为6 5 7 5 、h r t 2 4 h 和生物接触氧化n v = 2 k g c o d ( m 3 d ) 、h r t = 1 2 h 条件下，该系统运 行稳定，出水水质达到污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 中的一级标准。郑志伟 铮】采用水解酸化一s b r 工艺，对浓缩果汁生产废水处理进行了试验研究，结果表明： 当进水c o d 浓度为35 0 0 50 0 0m g l ，p h 为6 5 7 5 ，在水解酸化池水力停留时间为8h ， s b r 反应池m l s s 浓度35 0 0 - 40 0 0m g l ，进水1 5m i n ，曝气7h ，沉淀1h ，出水1 5r a i n 的条件下，出水c o d 去除率保持在9 7 以上，s s 去除率达9 3 以上。 1 3 课题的提出及研究的目的与意义 我国是世界苹果生产的第一大国，种植面积和产量居世界第一位。我国苹果9 0 以 上是鲜食品种，最主要的加工产品是浓缩果汁。果汁厂每加工1 吨原材料，就产生 3 8 1 0 5 m ? 废水。果汁废水的排放和对环境的污染已经成为突出问题，引起了各有关部 门的重视，解决果汁废水的污染问题势在必行。 由于果汁加工业近年来才兴起，果汁废水处理的研究相对于啤酒废水、酒精废水、 淀粉废水等其它高浓度有机废水处理的研究来说还有些滞后，相关的研究报道和工程实 例较少，已有工艺大多都仿照其它高浓度有机废水处理工艺设计，由于没有考虑到果汁 废水自身特点，很多都在运行过程中产生了一些问题，因此，有必要对果汁废水处理的 工艺及工艺运行参数进行研究，提出高效经济可行的废水处理工艺，为果汁废水处理的 设计和调试提供技术依据。 4 内循环( i c ) 厌氧反应器处理果汁废水的研究 从目前果汁废水处理工艺来看，在厌氧阶段主要以u a s b 工艺、水解酸化工艺为主。 但两者都存在明显缺陷： 厌氧阶段为u a s b 的处理工艺存在问题主要有： ( 1 ) 果汁废水的s s 较高，容易造成反应器布水系统堵塞。 ( 2 ) 上流速度难于控制，容易造成污泥从反应器流失。 厌氧阶段为水解酸化的处理工艺存在问题主要有： ( 1 ) 出水的p u 值比较低，必须调节p h 值后才能进入后续的好氧系统。 ( 2 ) 出水的c o d c r 值较高，对后续处理工艺要求比较高。 通过对现有工艺存在的问题分析可知，处理果汁废水的关键在于如何针对废水水质 合理选择厌氧反应器。 1 4 本论文研究内容 研究课题针对目前i c 厌氧反应器处理工艺中的若干运行特性进行试验研究和理论探 讨，以i c 厌氧反应器处理果汁废水的连续运行试验为主要研究载体，对i c 反应器的反 应机理、运行特性及影响因子进行探讨。主要内容包括： 1 4 1i c 厌氧反应器的启动 l c 厌氧反应器的启动主要有以下几方面内容： 对取来的颗粒污泥用稀释的果汁废水进行静态驯化2 3 d 。采用实际的果汁废水对 反应器进行启动。 保持水力停留时间( 瑚玎) 不变，研究用v f a 浓度来确定是否增加负荷，当v f a 浓度低于4 0 0 m g l 时，说明反应器运行良好。直到连续多日v f a 始终保持在4 0 0 m g l 以下后，增加负荷。 探讨i c 反应器对c o d c r 的去除效果。 探讨进出水p h 和出水v f a 随运行时间的变化。 v f a 与c o d c r 去除率的关系。 1 4 2i c 厌氧反应器处理果汁废水稳定运行的研究 通过对i c 厌氧反应器稳定运行的研究，确定出i c 厌氧反应器最佳运行条件和最 佳水力停留时间等运行参数。 探讨c o d c r 去除率与容积负荷之间的关系。 产气率与容积负荷的关系。 鲫与c o d c r 去除率的关系。 反应器出水s s 的变化。 容积负荷与出水v f a 的关系。 5 陕西科技大学硕士学位论文 1 4 3 影响i c 反应器处理效果因素的探讨 主要对p h 、水力停留时间h r t 等因素进行探讨，寻求最佳的工艺控制参数。 探讨不同水力停留时间下c o d c r 去除率变化和v f a 的变化，从而确定最佳水力停留 时间。 把p h 调到5 5 ，分别进液1 2 h 和2 4 h ，测定c o d c r 去除率，观察反应器出水变化。 1 4 4 颗粒污泥性质的研究 良好的颗粒污泥沉降性能是保持反应器内高的生物量的必要条件。因此，论文对颗 粒污泥的性质进行了研究，主要包括以下方面： 颗粒污泥的沉降性能及活性的变化。 颗粒污泥的粒径分布情况。主要测量同一时间从不同取样口取出的颗粒污泥的粒径分 布情况以及所占的比重和不同时间同一取样口颗粒污泥的粒径分布情况。 颗粒污泥的生物相。运行结束后对成熟的颗粒污泥进行电镜扫描，观察颗粒污泥的表 面及内部结构。 1 5 课题研究方案路线 本研究主要分为三个阶段： 第一阶段为前期工作，主要是对本研究内容的文献查阅，实验方案的设计及其一些 实验前的准备工作。 第二阶段为实验研究阶段，主要是将前期的实验方案依次付诸实践，并依据具体情 况进行适度调整。 第三阶段为总结阶段，主要是对实验研究阶段的实验数据加以分析总结形成结论， 最终以文章的形式展出。 具体方案路线，见图1 2 。 ， 6 内循环( i c ) 厌氧反应器处理果汁废水的研究 图1 - 2 研究方案路线 f i g i - 2t h ew a ya b o u te x p e r i m e n t a lt e c h n o l o g y 7 陕西科技大学硕士学位论文 2 内循环( i c ) 厌氧反应器简介 2 1 厌氧技术 2 1 1 厌氧技术的发展 厌氧处理是废水生物处理中一种经济、节能、有效并且能实现能源化和资源化的方 法【明。早在一百多年前人们就开始采用厌氧工艺处理生活污水污泥，1 8 6 0 年法国工程师 m o u r a s 首次采用厌氧方法处理经沉淀的固体物质，后来德国的k a r li m h o f f 将其发展为 目前仍然在使用的腐化池和双层沉淀池。在1 9 1 0 1 9 5 0 年间，高效的、可加温和搅拌的 污泥消化池得到了进一步的发展，如厌氧接触工艺，这些反应器被称为第一代厌氧反应 器。厌氧微生物具有生长缓慢，世代周期长的特点，这就要求厌氧反应器具有足够长的 停留时间，才能满足厌氧微生物的生长条件。很显然，第一代厌氧反应器无法将污泥停 留时间和水力停留时间分开，使污泥中温消化池的水力停留时间长达2 0 3 0 d ，大大增加 了硝化池的容积和占地面积，提高了建设费用。 为了提高厌氧处理的高效性，人们成功的研究开发了第二代厌氧反应器，例如厌氧 滤池( a f ) 、升流式厌氧污泥床反应器( u a s b ) 、厌氧流化床( a f b ) 和厌氧接触膨胀 床反应器( 丸虹e b ) 等。作为高效厌氧处理系统所必须满足的条件之一，就是能足够保 持大量的活性厌氧污泥。第二代厌氧工艺就是依据这一原则开发的，他们的共同特点是 可以将固体停留时间和水力停留时间分开，这使得反应器内固体停留时间可以长达上百 天，而处理高浓度污水的水力停留时间则从过去的的几十天缩短为几天，甚至几小时。 目前，在已开发的的上述厌氧反应器中，u a s b 已被广泛应用于实际生产中。 虽然第二代厌氧处理工艺在应用中取得了很大成功，但在进一步扩大范围时，仍然 遇到不少问题，迫使人们在其基础上继续进行研究开发，这样相继开发了第三代和新型 厌氧反应器。 高效厌氧反应系统，除了应该满足反应器内能够保持大量的厌氧活性污泥外，还应 该具备进水与反应器内污泥之间的良好接触。在u a s b 反应器中，由于反应器内混合强 度不够，容易形成短流，污染物会对微生物产生抑制和毒害作用。正是对于这一问题的 研究，导致了第三代厌氧反应器的开发和应用。主要包括，膨胀颗粒污泥床( e g s b ) 、 厌氧内循环( i c ) 反应器、厌氧折流板反应器( a b r ) 等。 2 1 2 厌氧技术的机理及特点 厌氧生物处理又被称为厌氧消化、厌氧发酵，是指在厌氧条件下由多种( 厌氧或兼 性) 微生物的共同作用，将有机物分解并产生c h 4 和c 0 2 的过程。 厌氧生物处理的特点： 厌氧生物处理与好氧生物处理相比具有许多优点，简要介绍如下： 8 内循环( i c ) 厌氧反应器处理果汁废水的研究 ( 1 ) 厌氧生物处理减少了有机物的污染。避免了比c 0 2 的温室效应强几乎3 倍的甲烷 气体的污染；避免了能引起水体富营养化的沥出液的污染；避免了对动物、土壤 产生恶性循环的病原体的污染；避免了影响周围环境的臭气和蝇类的繁殖。 ( 2 ) 废水处理工艺中，厌氧消化工艺比传统的好氧工艺产生的污泥量少，并且剩余污 泥脱水性能好，浓缩时可以不使用脱水剂。因为厌氧微生物生长缓慢，因此处理 同样的数量的废水仅产生相当于好氧处理的1 1 0 1 6 的剩余污泥。 ( 3 ) 厌氧生物处理工艺的副产品之一是清洁能源沼气，与传统的管道煤气和天然气相 比：沼气具有较高热值，可作为煤气或汽车的燃料，沼气燃烧后释放的碳氢化合 物较少，可减少对大气环境的污染。 ( 4 ) 厌氧生物处理能够提高废物中营养成分的可利用率，将不易吸收的有机氮转化成 氨或硝酸盐。 ( 5 ) 厌氧生物处理的副产品土壤改良剂，可以极大地改善土壤的持水性、土壤的透气 性，这对半干旱地区具有重要意义。 ( 6 ) 厌氧生物处理对营养物质的需求量小。有机废水一般已经含有一定量的氮、磷以 及多种微量元素，所以厌氧方法可以不添加或少添加营养