水解酸化—两级厌氧工艺处理甲醇废水的试验研究

论文摘要

随着厌氧工艺的处理效果不断提高、运行稳定性增加、抗冲击负荷能力增强、控制方式更趋于自动化,其适用范围也不断扩大,尤其是在高浓度有机废水处理领域的优势越来越明显。但与此同时,现有厌氧工艺存在的一些弊端也逐渐显露出来,如在处理水质变化剧烈的高浓度有机废水时,单相厌氧反应器易出现“酸化”现象,进而降低反应器的处理效能,甚至导致系统出现运行异常。本课题以自主研发的外循环厌氧反应器为处理单体;以两相厌氧原理和SMPA理论为基础,研发水解酸化-两级厌氧工艺,对其处理效能和运行稳定性进行深入研究;对影响工艺运行的生态因子进行探讨,并通过控制主要生态因子来实现反应器运行的优化;以实验室研究结果为指导,建立处理高浓度甲醇废水的中试工程,在实践中不断优化设计和运行参数,为该类废水的处理提供良好的技术支持。实验室研究阶段,采用在水解酸化反应器中接种厌氧颗粒污泥和控制启动容积负荷、负荷提高幅度、pH值等生态因子,对反应器乙醇型发酵的形成情况进行考察,结果表明反应器在34d内完成快速启动,并形成稳定的乙醇型发酵。乙醇+乙酸质量浓度之和占液相末端产物总量的75.9%以上。在两级厌氧反应器中接种厌氧颗粒污泥,并对其处理效能进行研究。试验结果表明,1#反应器在VLR=46.78kgCOD/m3·d、HRT=5.62h条件下,COD去除率达到93.2%;2#反应器COD去除率达到85.2%,两级厌氧反应器总去除率高达98.9%。同时,两级厌氧反应器表现出了良好的VFA去除能力,出水VFA保持在10mg/L以下。试验对水解酸化反应器内所接中的厌氧颗粒污泥的物理特性及微生物群落组成的变化情况进行研究。同时,对酸化颗粒污泥的形成途径进行初步阐述。试验结果证明通过控制启动容积负荷及其提高方式和较低的pH值条件可实现由厌氧颗粒污泥向酸化颗粒污泥的转型。酸化颗粒污泥表观呈土黄色、淡黄色、乳白色和青灰色,颗粒污泥的粒径大小适中,沉降性能良好,有利于水解酸化反应器内保持足够的微生物量。对工艺中各反应器颗粒污泥上的微生物相进行观察发现,水解酸化反应器酸化颗粒污泥中以短杆菌和芽孢菌为主;1#反应器颗粒污泥中以巴氏甲烷八叠球菌为优势菌属;2#反应器颗粒污泥中以索氏甲烷丝菌为优势菌,其他种属的产甲烷菌也有出现,但数量较少。对影响工艺稳定运行的主要生态因子如温度、水力停留时间、pH值、容积负荷等进行研究,确定工艺高效稳定运行的最佳参数范围。同时初步建立水解酸化-两级厌氧工艺中各反应器的动力学模型,并分别推导出其动力学参数。以实验室研究结果为指导,建立水解酸化-两级厌氧工艺处理高浓度甲醇废水的中试工程,全面考察工艺的启动情况和处理效能。结果表明,以颗粒污泥作为两级厌氧反应器的接种污泥,在50d内完成快速启动。水解酸化反应器的发酵类型为混合型发酵,液相末端产物的顺序为:乙酸>丙酸>丁酸>戊酸;出水VFA最高值为14.6mmol/L,较低的水解出水VFA浓度与甲醇废水的水质特点和厌氧分级处理有关。两级厌氧反应器的有机物去除能力随容积负荷的提高而增加,启动结束时,ECA反应器COD去除率可稳定在85%左右;ECB反应器COD去除率可稳定在80%左右,两级厌氧反应器总的COD去除率可达到95.3～98.1%。当水解酸化-两级厌氧工艺的进水COD在7000～11000mg/L时,出水COD浓度可降低到300mg/L以下。水质骤然升高所导致的冲击负荷并没有对水解酸化-两级厌氧工艺的稳定运行造成大的影响,系统出水COD始终低于450mg/L,出水水质较为稳定,工艺表现出了良好的抗冲击负荷的能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 废水厌氧生物处理的研究现状
• 1.1.1 厌氧生物处理理论的发展
• 1.1.2 参与厌氧消化过程的微生物菌群
• 1.1.3 厌氧处理工艺的研究现状
• 1.2 分级多相厌氧工艺的研究现状
• 1.2.1 分级多相厌氧工艺及其特点
• 1.2.2 基于分级多相厌氧工艺研发的新型厌氧反应器
• 1.2.3 国内分级多相厌氧工艺的研究及应用现状
• 1.3 高浓度甲醇废水厌氧处理的研究现状
• 1.3.1 厌氧生物处理工艺
• 1.3.2 厌氧-好氧组合工艺
• 1.4 课题来源
• 1.5 本课题研究目的和意义
• 1.6 本课题主要研究内容
• 第2章 工艺选择与实验方法
• 2.1 试验流程及装置
• 2.1.1 动态试验装置
• 2.1.2 静态实验装置
• 2.2 试验用水及接种污泥
• 2.2.1 试验用水
• 2.2.2 接种污泥
• 2.2.3 试验条件
• 2.3 试验中主要分析方法
• 2.3.1 碱度和挥发性脂肪酸的测定
• 2.3.2 氧化还原电位的测定
• 2.3.3 气相组分分析
• 2.3.4 液相末端产物分析
• 2.3.5 反应器内污泥浓度的测定
• 2.3.6 颗粒污泥粒径分配的测定
• 2.3.7 颗粒污泥沉速的测定
• 2.3.8 厌氧污泥活性的测定
• 2.3.9 扫描电镜观察
• 第3章 水解酸化反应器产酸发酵类型的研究
• 3.1 产酸发酵的主要类型及最佳发酵类型的选择
• 3.1.1 废水厌氧产酸发酵的主要类型
• 3.1.2 最适液相末端产物的选择
• 3.1.3 发酵类型的运行稳定性分析
• 3.1.4 最佳发酵类型的选择
• 3.2 水解酸化反应器的试验研究
• 3.2.1 接种污泥的选择
• 3.2.2 容积负荷及负荷提高方式
• 3.2.3 pH值调节
• 3.2.4 液相末端产物的变化情况
• 3.2.5 pH值的变化情况
• 3.2.6 ORP的变化情况
• 3.2.7 COD去除率的变化情况
• 3.2.8 污泥的变化情况
• 3.2.9 酸化度的变化情况
• 3.3 本章小结
• 第4章 两级厌氧反应器的处理效能及其微生物相
• 4.1 工艺处理效能的研究
• 4.1.1 水解酸化反应器的处理效能
• 4.1.2 两级厌氧反应器的处理效能
• 4.1.3 pH值和VFA的变化情况
• 4.1.4 产气量的变化情况
• 4.1.5 两级厌氧反应器污泥性质研究
• 4.2 酸化颗粒污泥及其形成途径研究
• 4.2.1 酸化颗粒污泥
• 4.2.2 酸化颗粒污泥特性及其形成途径
• 4.3 水解酸化-两级厌氧工艺的微生物群落组成及演替规律
• 4.3.1 水解酸化反应器微生物群落组成
• 4.3.2 两级厌氧反应器中微生物群落组成
• 4.3.3 水解酸化-两级厌氧工艺种群演替规律
• 4.4 本章小结
• 第5章 水解酸化-两级厌氧工艺的影响因素及动力学研究
• 5.1 温度对于工艺处理效能的影响
• 5.2 pH值对工艺处理效能的影响
• 5.3 容积负荷对工艺处理效能的影响
• 5.4 水力停留时间对工艺处理效能的影响
• 5.5 上升流速对工艺处理效能的影响
• 5.6 水解酸化-两级厌氧工艺动力学研究
• 5.6.1 厌氧甲烷化动力学研究现状
• 5.6.2 水解酸化反应器动力学模型
• 5.6.3 两级厌氧反应器动力学模型
• 5.7 本章小结
• 第6章 水解酸化-两级厌氧工艺的中试研究
• 6.1 高浓度甲醇废水处理工程概况
• 6.1.1 废水来源与水质特点
• 6.1.2 工艺流程
• 6.1.3 主要设计参数和关键设备
• 6.2 水解酸化-两级厌氧工艺的启动
• 6.2.1 水解酸化反应器的污泥驯化
• 6.2.2 两级厌氧反应器的污泥驯化
• 6.2.3 水解酸化-两级厌氧工艺负荷提高阶段
• 6.2.4 水质波动对水解酸化-两级厌氧工艺的影响
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历