分段組合式厭氧生物反應(yīng)器工作性能的研究.pdf

1、全球面臨能源緊缺與環(huán)境污染的雙重壓力，將厭氧消化技術(shù)用于有機(jī)廢水處理，可同時實(shí)現(xiàn)污染治理與能源生產(chǎn)，在“節(jié)能減排”中發(fā)揮重大作用。厭氧反應(yīng)器是厭氧消化技術(shù)的核心載體，高效厭氧反應(yīng)器的研發(fā)有力推動了厭氧消化技術(shù)的發(fā)展。
　　 分段組合式厭氧反應(yīng)器（Compartmentalized Anaerobic Reactor，CAR）是本課題研發(fā)的新型厭氧反應(yīng)器。本論文系統(tǒng)研究了該反應(yīng)器的運(yùn)行性能、縱向分布特性、預(yù)警性能、流態(tài)特性和抗生素

2、類制藥廢水及其厭氧消化中間產(chǎn)物的急性毒性，主要成果如下:
　　 (1)探明了分段組合式厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行性能。
　　 ①分段組合式厭氧反應(yīng)器具有較高的容積效能。容積負(fù)荷可達(dá)100.46gCOD·L-1·d-1，容積去除率可達(dá)84.35gCOD·L-1·d-1，容積產(chǎn)氣率可達(dá)57.00L·L-1·d-1，效能指標(biāo)處于國內(nèi)外文獻(xiàn)報道值的前列。
　　 ②分段組合式厭氧反應(yīng)器具有較大的反應(yīng)動力。高負(fù)荷運(yùn)行時，反應(yīng)器平均出水

3、COD濃度和出水揮發(fā)性脂肪酸(VFA)濃度分別為2447mg·L-1和1638mg·L-1，它們是反應(yīng)器常負(fù)荷運(yùn)行時相應(yīng)值的18.49倍與37.52倍，可提供較大的反應(yīng)推動力。
　　 ③高負(fù)荷厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行穩(wěn)定性低于常負(fù)荷厭氧反應(yīng)器。在常負(fù)荷工況下，進(jìn)水COD濃度的提升（平均相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為23.92％）基本上與出水COD濃度（平均相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為24.57％）和出水VFA濃度(平均相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為23.03％)的增大同步，而在高負(fù)

4、荷工況下，進(jìn)水COD濃度的小幅提升（平均相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為8.08％）可引起出水COD濃度（平均相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為32.95％）和出水VFA濃度（平均相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為40.46％）的大幅增加。
　　 (2)探明了分段組合式厭氧反應(yīng)器縱向特性及預(yù)警性能。
　　 ①分段組合式厭氧反應(yīng)器具有顯著的容積效能縱向分布特征。在高負(fù)荷工況下，區(qū)段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平均容積負(fù)荷和平均容積效能依次為327.6gCOD·L-1·d-1、221.2gCOD·

5、L-1·d-1、153.3gCOD·L-1·d-1和106.4gCOD·L-1·d-1、67.9gCOD·L-1·d-1、32.0gCOD·L-1·d-1。與常負(fù)荷工況相比，高負(fù)荷工況下容積效能的縱向分布特征弱化，有利于均衡基質(zhì)負(fù)荷、挖掘各區(qū)段的反應(yīng)潛能。
　　 ②分段組合式厭氧反應(yīng)器具有顯著的基質(zhì)濃度縱向分布特征。在高負(fù)荷工況下，區(qū)段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平均VFA濃度、平均COD濃度及兩者之比依次為1267.7mg·L-1、1006.

6、1mg·L-1、922.9mg·L-1,2867.8mg·L-1、1988.1mg·L-1、1573.5mg·L-1和0.44、0.51、0.58。與常負(fù)荷工況相比，高負(fù)荷工況下容積效能的縱向VFA和COD濃度分布特征弱化，區(qū)段Ⅱ、Ⅲ和出水的平均VFA濃度以及平均VFA濃度與平均COD濃度之比增大，需重視VFA對厭氧消化（特別是產(chǎn)甲烷）反應(yīng)的抑制作用。
　　 ③高效厭氧反應(yīng)器的負(fù)荷飽和度和VFA飽和度具有預(yù)警性。容積負(fù)荷飽和度和

7、VFA飽和度分別低于0.89與0.40時（即常負(fù)荷工況），反應(yīng)運(yùn)行性能穩(wěn)定;容積負(fù)荷飽和度和VFA飽和度趨近1時（即滿負(fù)荷工況），反應(yīng)運(yùn)行性能波動增大;容積負(fù)荷飽和度和VFA飽和度超過1時（即超負(fù)荷工況），反應(yīng)運(yùn)行性能惡化。
　　 (3)探明了分段組合式厭氧反應(yīng)器流態(tài)特性。
　　 ①容積負(fù)荷可顯著影響CAR的流態(tài)。在常負(fù)荷下該反應(yīng)器的返混程度較小，流態(tài)偏向平推流，以軸向擴(kuò)散模型表征的Pe準(zhǔn)數(shù)為7.94與5.66，以多釜串

8、聯(lián)模型表征的串聯(lián)釜數(shù)為4.55與3.44;在高負(fù)荷與超高負(fù)荷下該反應(yīng)器的返混程度較大，流態(tài)偏向全混流，以軸向擴(kuò)散模型表征的Pe準(zhǔn)數(shù)為4.02、2.57與3.93、3.77，以多釜串聯(lián)模型表征的串聯(lián)釜數(shù)為2.66、2.00與2.62、2.51。
　　 ②沼氣分段排出可顯著改善CAR的性狀。CAR的總死區(qū)平均值為33.58％，其中污泥死區(qū)的平均值為20％，水力死區(qū)的平均值為13.58％。水力死區(qū)Vh(％)與水力負(fù)荷L(m3·m-3·

9、d-1)和產(chǎn)氣速率G(m3·m-3·d-1)之間的相關(guān)關(guān)系為:Vh=3.75L+0.19G-9.47(相關(guān)系數(shù)R2=0.953)。在CAR中，容積產(chǎn)氣速率對水力死區(qū)的影響小于容積水力負(fù)荷。
　　 ③產(chǎn)氣速率和進(jìn)水速率顯著影響CAR的效能。不產(chǎn)沼氣工況下反應(yīng)器的水力效率高于產(chǎn)沼氣工況下反應(yīng)器的水力效率。高負(fù)荷（進(jìn)水速率較大）下反應(yīng)器的水力效率低于常負(fù)荷（進(jìn)水速率較?。┫路磻?yīng)器的水力效率。CAR采用分段排氣方式可有效遏制返混作用，弱

10、化所產(chǎn)沼氣對反應(yīng)器水力效率的影響。
　　 (4)探明了抗生素類制藥廢水及其厭氧消化中間產(chǎn)物的急性毒性。
　　 ①制藥廢水所含抗生素金霉素、多粘菌素、氯霉素對發(fā)光桿菌發(fā)光強(qiáng)度的半抑制濃度IC50分別為12.06、6.24和429.90mg·L-1，其毒性大小順序?yàn)?多粘菌素＞金霉素＞氯霉素。厭氧消化中間產(chǎn)物乙醇、乙酸、丙酸和丁酸對發(fā)光桿菌發(fā)光強(qiáng)度的半抑制濃度IC50分別為19.40、20.71、10.47和12.17g·L