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厌氧折流板反应器（ABR）系统的特性及调控研究

作　者: 徐金兰
导　师: 王志盈
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 环境工程
关键词: ABR反应器启动颗粒污泥酸化调控动力学模型生物学特性难降解有机物
分类号: X703
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

ABR反应器是在反应器中沿水流方向设置一系列折流板，将反应器分隔成若干个串联的反应室，废水以上向流和下向流的方式流经整个反应器，该反应器具有结构简单，截留污泥能力强，稳定性高等许多优点而一经出现即引起广大研究者的注意，近年来成为厌氧反应器内研究的热点之一。但国内外迄今对ABR反应器的研究大多集中在应用处理方面，关于ABR的启动，ABR反应器中厌氧颗粒污泥与微生物的特性，动力学模型，尤其在ABR反应器酸化调控过程基本没有深入系统的研究，为此本文在试验的基础上进行了ABR反应器的特性及控制技术的相关研究工作。研究了ABR的启动技术及培养颗粒污泥的条件及调控技术；系统深入地研究了ABR反应器的酸化过程的特点，揭示ABR反应器中酸化过程pH、COD、VFA及污泥变化的特征，并进行了长达2个多月的酸化调控试验，提出有效的酸化恢复措施；进行了ABR的水力特性的示踪剂试验分析，给出了ABR内的水力模型，结合ABR反应器污泥床内特殊的运动规律，建立了ABR内的反应动力学模型；对ABR各隔室厌氧颗粒污泥的微生物学特性进行了研究，提出了各隔室颗粒污泥中微生物的分布规律；通过改变有机负荷和水力停留时间(HRT)不同运行条件对ABR反应器稳定运行的影响，系统分析了进、出水及各隔室出水的pH、COD、VFA及产气量等指标，研究了ABR反应器及各隔室的运行规律，并提出各种运行方式要保持反应器高的去除效率应采取的控制方式；对难降解有机物聚乙烯醇(PVA)的厌氧生化降解特性进行了试验，获得了重要结果和参数，对指导工程实践具有重要价值。本文的研究结果表明： (1)经试验得出，负荷控制在0.85kgCOD／(m~3·d)到1.50kgCOD／(m~3.d)，稳定运行50d，便可出现颗粒污泥初体，进而提高负荷，进入正常运行，即能实现启动的完成。负荷过高，会引起反应器酸化和污泥大量流失导致启动失败，因此可以得出低负荷启动是ABR反应器成功启动的关键。适宜菌群、水力负荷、适宜碱一-一里望翌里之鳖鳖里组一华一度等是ABR反应器中颗粒污泥形成的条件。本研究得出颗粒污泥以丝状菌、杆菌为核心菌，连接成网络，启动的水力负荷是。.13一0.198ms/(ml·h)，出水碱度控制在500mgcaco3几以上能成功地培养出颗粒污泥。 (2)经过对ABR系统酸化过程试验研究，考察了ABR系统酸化的原因、特点及恢复的调控措施。结果表明:ABR的构造特征会引起1#隔室酸化，1#隔室酸化后，若不加控制，将会使整个反应器处于完全酸化，这是ABR这一高效反应器广泛应用的关键问题之一，ABR体系酸化后，各隔室pH、CoD、VFA、污泥浓度、污泥活性、污泥中细菌数量与正常运行期相比，表现出不同的特征。pH值降到3.5一4.5，vFA累积到1200m岁L以上，在以产酸发酵为主的ABR系统中，发现甲酸的浓度较高。各隔室出水与进水coD接近，污泥组成以水解产酸菌为主(其中产酸发酵细菌数量达到1护~7个/mL，梭状芽抱杆菌数量达到1护碱个/mL)，sVI增至3omL/g，比厌氧系统正常情况下高出一倍，粘度增加，污泥床内存在“死区”范围大，酸化过程加剧，四个隔室污泥的产甲烷活性为0.188一0.547 mIJgVSS.h，远低于正常厌氧甲烷发酵的污泥产甲烷活性(20一50 mL/gVSs.h)，碱度极低，无法实现自然恢复，因此认为，ABRI#隔室承受的局部负荷过高和碱度不足是引起ABR酸化的原因。采用单独调控碱度或降低负荷的方式，无法达到系统恢复正常的目的，只有采用在碱度和负荷同时调控时，连续调控60d后，反应器恢复正常运行。 (3)在试验基础上对ABR各隔室厌氧颗粒污泥生物学特性进行了研究，综合电镜扫描及各隔室颗粒污泥利用葡萄糖、甲酸、乙酸和丙酸的产甲烷活性分析得出:1#、4#隔室颗粒污泥中有明显优势菌，2#、3#隔室颗粒污泥中没有明显优势菌，菌群多样复杂，ABR各隔室微生物分布不同，组成良好的生态幅，在容积负荷1一7kgCoD/(时.d)的交替变化过程中，c0D的去除率一直稳定在99%左右，表明这种自然形成的稳定生物群落分布对ABR反应器的高效稳定运行起着重要的作用。 (4)考虑到ABR反应器的水力特性对其运行特性有很大影响，折流板的加入，使ABR下向流室和上向流室的过水断面交替变化，造成水流的快速和慢速的交替变化，避免了堵塞，同时又实现了大量的污泥的截留。水力试验表明截面流速和雷诺数的不断变化，增强了水流的紊动作用，加强了基质与微生物的传质作用。另一方面由于有机物在生物作用产生气体，气体逸升过程中，使废水与基质充分混合，引起水力流态发生变化，因此造成进水有机物浓度对流态也发生较大的影响。本论文中联系ABR反应器中流体流动、混合过程及生化反应过程进行了有机物降解的分析和研究，以示踪剂试验为基础建立了的ABR流态模型，并结合ABR净化有机物的特征，在流态模型的基础上建立了ABR反应器的反应动力学模型。以局部的完全混合为特征建立了多级全混流模型，能较好的描述ABR局部完全混合，整体摘要巴思巴巴巴巴巴巴巴巴巴巴三巴巴巴巴巴巴巴巴巴巴巴巴巴巴巴推流的

全文目录

1 文献综述  16-35
  1.1 废水厌氧生物处理基本原理  16-22
    1.1.1 厌氧生物处理基本原理  16-18
    1.1.2 厌氧反应热力学分析  18-20
    1.1.3 厌氧硫化过程的微生物学  20-22
  1.2 厌氧工艺处理技术发展史  22-23
  1.3 开发厌氧折流板反应器(ABR)工艺的理论基础  23-24
  1.4 厌氧折流板反应器(ABR)国内外研究现状  24-31
    1.4.1 ABR反应器类型  25-26
    1.4.2 厌氧折流板反应器(ABR)的工艺特征及处理性能  26-30
      1.4.2.1 厌氧折流板反应器(ABR)的特征  26-28
      1.4.2.2 ABR反应器在几种废水条件下的运行性能  28-30
    1.4.3 厌氧折流板反应器(ABR)的国内研究现状  30-31
  1.5 本章小结  31
  参考文献  31-35
2 试验研究的目的、内容和方法  35-46
  2.1 试验研究的目的和内容  35-37
    2.1.1 问题的提出  35-36
    2.1.2 课题的目的和意义  36-37
    2.1.3 本文的研究内容  37
  2.2 试验方法  37-44
    2.2.1 试验装置  37-40
    2.2.2 化学分析项目  40-44
  参考文献  44-46
3 ABR的启动与颗粒污泥形成特征  46-58
  3.1 问题的提出  46-48
    3.1.1 厌氧反应器的启动  46-47
    3.1.2 UASB反应器启动过程中存在的问题  47
    3.1.3 ABR反应器的启动  47-48
  3.2 试验材料与研究方法  48-49
  3.3 启动试验  49-51
  3.4 污泥特性  51-54
    3.4.1 颗粒污泥粒径分析  51
    3.4.2 污泥的特性与产甲烷活性  51-52
    3.4.3 颗粒污泥的特征与性能  52-54
  3.5 讨论  54-55
    3.5.1 颗粒污泥的形成过程  54
    3.5.2 培养颗粒污泥的条件  54-55
      3.5.2.1 良好的水力特性  54
      3.5.2.2 适宜的微生物群体  54-55
      3.5.2.3 惰性颗粒的作用  55
      3.5.2.4 水力负荷的影响  55
      3.5.2.5 碱度的影响  55
  3.6 本章小结  55-56
  参考文献  56-58
4 ABR系统中酸解过程试验研究  58-78
  4.1 问题的提出  58-60
    4.1.1 非产甲烷菌与产甲烷菌之间的相互关系  58-60
    4.1.2 厌氧反应器的酸化  60
    4.1.3 ABR反应器的酸化  60
  4.2 装置与研究方法  60-61
    4.1.1 试验装置  60
    4.1.2 试验方法  60-61
      4.1.2.1 试验方法采用连续动态方法  60-61
      4.1.2.2 分析项目及方法  61
  4.3 ABR酸解过程的特征及调控措施  61-69
    4.3.1 “酸溺”的特征  61-66
      4.3.1.1 pH值的变化特征  61-62
      4.3.1.2 酸化过程COD的变化特征  62-63
      4.3.1.3 酸化过程VFA的变化特征  63-65
      4.3.1.4 酸化过程的污泥形状的变化特点  65-66
    4.3.2 酸解过程恢复调控试验结果  66-69
      4.3.2.1 酸解过程恢复pH值的调控  66-67
      4.3.2.2 解过程恢复COD的调控  67
      4.3.2.3 解过程恢复VFA的调控  67-68
      4.3.2.4 调控后污泥性状的变化  68-69
  4.4 ABR系统中酸解过程的污泥特性及分析  69-75
    4.4.1 酸化污泥特征  69-73
      4.4.1.1 污泥的外观特征  69
      4.4.1.2 污泥细菌数量变化特征  69-70
      4.4.1.3 污泥沉降特性  70-71
      4.4.1.4 污泥活性特征  71-72
      4.4.1.5 污泥中细菌形态特征  72-73
    4.4.2 影响过酸化的因素分析  73-75
      4.4.2.1 碱度的影响  73-74
      4.4.2.2 混合程度的影响  74
      4.4.2.3 酸化污泥的恢复措施与特征  74-75
  4.5 本章小结  75-76
  参考文献  76-78
5 ABR反应器水力特性及反应动力学模型  78-102
  5.1 试验概要  78-80
    5.1.1 试验装置  78
    5.1.2 废水水质  78
    5.1.3 分析方法  78-79
    5.1.4 试验条件和试验方法  79-80
  5.2 ABR反应器水力特性研究  80-87
    5.2.1 污泥特征  80
    5.2.2 ABR反应器内颗粒污泥床特征  80-81
    5.2.3 ABR基质降解特点分析  81-82
    5.2.4 ABR水力特性分析  82-87
  5.3 ABR反应器动力学模型  87-95
    5.3.1 模型的建立  87-88
      5.3.1.1 模型建立的思路  87-88
      5.3.1.2 模型建立的假设  88
    5.3.2 流态模型  88-93
      5.3.2.1 局部的多级全混流模型  88-91
      5.3.2.2 整体的轴向分散模型  91-93
    5.3.3 ABR反应器动力学模型  93-95
      5.3.3.1 局部的多级全混流模型  93-94
      5.3.3.2 整体的轴向分散模型  94-95
  5.4 模型检验  95-100
    5.4.1 局部的多级全混流模型  95-97
    5.4.2 整体的轴向分散模型  97-100
  5.5 本章小结  100-101
  参考文献  101-102
6 有机负荷和HRT对ABR运行性能的影响试验研究  102-117
  6.1 问题的提出  102
  6.2 试验材料与研究方法  102-103
    6.2.1 试验装置  102-103
    6.2.2 试验方法  103
  6.3 试验结果分析  103-109
    6.3.1 有机负荷对ABR反应器运行性能的影响试验研究  103-109
      6.3.1.1 有机负荷与pH的关系  103-105
      6.3.1.2 处理水质与有机负荷的关系  105-106
      6.3.1.3 有机负荷与VFA产生量的关系  106
      6.3.1.4 有机负荷与产气量的关系  106-108
      6.3.1.5 有机负荷与污泥浓度的关系  108-109
  6.4 水力停留时间(HRT)对ABR运行性能的影响试验研究  109-114
    6.4.1 不同HRT下的COD去除效果  109-110
    6.4.2 不同进水浓度对COD去除负荷的影响  110-112
    6.4.3 相同负荷运行条件对COD去除率及去除负荷的影响  112-114
  6.5 本章小结  114-115
  参考文献  115-117
7 ABR反应器中厌氧颗粒污泥微生物学特性研究  117-128
  7.1 试验材料和方法  118
    7.1.1 厌氧颗粒污泥的来源与培养系统  118
    7.1.2 分析方法  118
      7.1.2.1 厌氧颗粒表面菌丝电镜扫描  118
      7.1.2.2 厌氧颗粒污泥中辅酶F_(420)的含量  118
      7.1.2.3 颗粒污泥比产甲烷活性的测定  118
  7.2 酸解过程污泥特征  118
  7.3 厌氧颗粒污泥的微生物学特性  118-123
    7.3.1 ABR各隔室颗粒污泥微生物学特征  118-122
    7.3.2 ABR各隔室厌氧颗粒污泥在不同基质中的产甲烷活性  122
    7.3.3 ABR各隔室颗粒污泥中辅酶F_(420)的含量  122-123
  7.4 ABR反应器试验运行过程  123-126
  7.5 本章小结  126-127
  参考文献  127-128
8 ABR处理难降解聚乙烯醇(PVA)试验研究  128-142
  8.1 试验材料及试验装置  129-130
    8.1.1 试验材料与装置  129
    8.1.2 试验方法  129-130
    8.1.3 试验用水  130
    8.1.4 分析方法  130
  8.2 ABR处理难降解PVA废水的试验研究  130-137
    8.2.1 污泥驯化启动过程  130-132
    8.2.2 连续运行阶段污染物去除效果  132-134
      8.2.2.1 PVA去除效果  132-133
      8.2.2.2 COD去除效果  133
      8.2.2.3 PVA去除机理分析  133-134
    8.2.3 处理PVA废水的污泥特征  134-137
      8.2.3.1 污泥浓度及表征活性的F_(420)  134-135
      8.2.3.2 污泥中产酸菌的数量  135
      8.2.3.3 污泥表面元素分析  135
      8.2.3.4 处理PVA废水的污泥表面的微生物组成  135-137
  8.3 聚乙烯醇(PVA)厌氧生物降解特性试验研究  137-140
    8.3.1 污泥特性对PVA厌氧生物降解的影响  137-139
      8.3.1.1 颗粒污泥微生物组成对PVA降解特性的影响  139
      8.3.1.2 颗粒污泥粒径对PVA降解特性的影响  139
    8.3.2 碱度与pH对PVA生物降解特性的影响  139-140
      8.3.2.1 碱度对PVA降解的影响  139-140
      8.3.2.2 pH对PVA降解的影响  140
  8.4 本章小结  140-141
  参考文献  141-142
结论  142-145
致谢  145-146
攻读博士学位期间发表的论文  146

厌氧折流板反应器（ABR）系统的特性及调控研究

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