厌氧膨胀床处理城镇污水工艺和机理研究

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1、摘要厌氧处理工艺以其低能耗、建设和运行费用省、污泥产量低、占地面积少、能产生甲烷气体为能源回收提供可能等特点而成为一种可持续的污水处理技术。在我国一些气候适合的地区，利用厌氧工艺处理城镇污水将是一项很有吸引力的技术。厌氧处理与合适的后续处理相结合，不仅可以削减有机污染负荷，还可进一步净化城镇污水并达到严格的排放标准。本课题立足于目前的现状，研究了低能耗，易管理的厌氧膨胀床+接触氧化及厌氧膨胀床+土地处理组合工艺。通过小试实验研究了以颗粒污泥和矿化垃圾分别作为厌氧膨胀床生物载体处理城镇污水的效果，研究了进水COD波动、温度突

2、变、进水SS等对反应器稳定性的影响；以中试装置及组合工艺研究了处理实际城镇污水的效果及机理，分析了颗粒污泥的特性，并对厌氧膨胀床的水力学特征和组合工艺能耗进行了探索．以颗粒污泥与矿化垃圾分别作为厌氧膨胀床的污泥载体，对比研究了低浓度高上升流速和高浓度低上升流速两种启动方式，出水COD、颗粒污泥的生成量及粒径等表明，低浓度高上升流速启动要比高浓度低上升流速方式快10d使出水低于100mg／L。颗粒污泥床只需要45d顺利启动，矿化垃圾床需要55d才能成功启动。评价城镇污水厌氧可生化性的结果表明，厌氧处理可能达到的处理效率为81

3、．5％；城镇污水中的悬浮物能通过吸附、拦截及降解作用较好地去除悬浮物，CODss去除率稳定在60％左右。停留时间增加，COD去除率提高，停留时间Gp与有机负荷去除量(Ⅵ的关系为：对颗粒污泥床反应器，Y=0．2619Ln(X)+2．1662：对矿化垃圾床反应器，Y．=o．2715Ln(X)+1．9799。在系统长期运行时，厌氧膨胀床对进水COD变化有较好的适应能力．当温度发生变化，会对厌氧膨胀床系统的稳定性带来影响，但随着系统的逐步适应，会逐渐降低温度变化带来的影响。增加回流比、提高水流上升速度，可有效提高厌氧膨胀床降解效果

4、。由于单位体积中颗粒污泥床比矿化垃圾床生物量要丰富，在面对温度变化、有机负荷冲击和水力负荷冲击时，颗粒污泥膨胀床适应能力较强；而由于在单位体积内矿化垃圾的cas+、M矿等阳离子要比颗粒污泥床反应器多，矿化垃圾膨胀床对磷的去除效果较好。在现场建立了中试装置，具体探讨了低温下厌氧膨胀床启动和二次启动特性，并进一步考察了上升流速、停留时间、温度和碱度对厌氧膨胀床处理城镇污水的效果。在处理低温或常温的城镇污水时，当进水水力停留时间HRT为6hr，污泥膨胀床对进水中的COD去除率可达80一90％，实现了仅用厌氧膨胀床工艺一次性处理就

5、能使出水COD值达到城镇污水二级排放标准的要求。在进行二次启动时，通过较大的进水量来满足厌氧细菌对营养的需要。可以在一星期内启动成功，并且达到出水COD低于100me／L的良好效果。随着水温上升，颗粒污泥的平均粒径逐渐增大，但污泥总量有所下降．探讨了接触氧化及士地法进一步去除厌氧膨胀床出水中的剩余污染物。HRT对接触氧化去除氨氮的效果影响很大，当排放要求为二级标准时，HRT=3hr就可以达到；而当排放要求为一级标准时，HRT≥6hr时才能达到要求。在接触氧化池中COD容积负荷与氨氮去除率存在明显的相关性，其关系式为Y一81

6、7．32()()+126．52．复合垂直流渗滤土地处理系统去除COD的一级反应速率方程为—d—[C—O·Dcr]：1．014[COD。]，其反应速率常数K；1．014’d"l。讲对于厌氧膨胀床中的颗粒污泥，当进水水温保持在25—30℃范围内，有利于污泥的颗粒化，即使进水基质很低(COD<300rag／L)也不会影响污泥颗粒化的过程；上升流速对污泥量的保持至关重要，当出现跑泥现象时可以通过减小回流水量来减缓或消除。在同一反应器内，辅酶F420的含量可以有效的指示甲烷菌产甲烷菌活性，从污泥接种到稳定运行阶段，污泥中胞外聚合物的

7、量明显增加。厌氧膨胀床各上升流速的示踪剂浓度历时曲线呈偏正态分布，利用RTD模型可以准确地分析出厌氧膨胀床反应器的水力特征。厌氧膨胀床可以看成N个CSTR反应器的叠加，随着上升流速的升高，N个数在增加。在v。o-O．71m／h时，N为2；当vu产1．89m／h时，N为3．提高水力上升流速可以减小死水区容积率，当上升流速为1．89m／h时，死水区容积率可降至3．7％左右。综合考虑污泥膨胀度、反应区死区容积和动力消耗因素，厌氧膨胀床处理城镇污水的最佳上升流速约为1．9m／h。在设定处理规模为1000m3／d时，厌氧膨胀床+接触

8、氧化组合工艺运行的吨水能耗为O．177元，为传统城镇污水处理吨水能耗的75％左右；厌氧膨胀床+复合垂直流土地处理系统组合工艺运行的吨水能耗为0．084元，约为传统城镇污水处理吨水能耗的36％左右。关键词：低能耗；厌氧膨胀床；颗粒污泥；矿化垃圾；城镇污水；常温2ABSTRACTAnaerobictreat