低温厌氧生物处理生活污水研究进展

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1、姓名：任振杰 单位：后勤工程学院营房管理与环境工程系军事环境教研室 地址：重庆市沙坪坝区大学城后勤工程学院 邮编：401311电话：15520082194低温厌氧生物处理生活污水研究进展 基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2008zx07315-001-6-2）；重庆市科技攻关计划项目（CSTC2007AB7032）；2009年军队科研计划项目“基于可再生能源利用污水处理系统研究”作者简介：任振杰（1986-），男，河南商丘人，研究生，主要从事水污染治理技术研究。E-mail：renzhenjie123通讯作者：陈志莉（1971-），女，重庆人，教授，主要从事水处理理论与技术研究。

2、E-mail：Chenzhili518 任振杰1，陈志莉1，王文标1，欧阳琳1，王靖喻1，肖 晓1，张万图2（1.后勤工程学院营房管理与环境工程系，重庆 401311；2.成都军区建筑设计院，成都 610015)摘要：国内外研究表明，低温条件下（1025），厌氧生物处理生活污水可以达到较好的效果。本文归纳了厌氧生物处理的特征与影响因素，着重介绍了低温和低浓度对厌氧生物处理的影响；总结了国内外主要厌氧反应器的研究现状，最后指出一体化两相厌氧反应器具有更加良好的特性，是一项很有吸引力的生活污水处理技术。关键词：低温；生活污水；厌氧生物处理；两相一体化Recent Achievements of A

3、naerobic Treatment of domestic sewage at low temperatureRen Zhen-jie1,Chen Zhi-li1 ,Wang Wen-biao1, Ou Yang-lin1, Wang Jing-yu1, Xiao Xiao1,Zhang Wan-tu2(1Department of Barracks Management and Environmental Engineering, Logistic Engineering College, Chongqing, 401311, China2. Design Institute of Che

4、ngdu Military Region, Chengdu, 610015, China)Abstract：Many domestic and foreign experts, results show that at low temperature (10 25 ), anaerobic treatment of domestic sewage could achieve very good results. This article summarized the characteristics and influent factors of anaerobic biological tre

5、atment，highlighting the impact of low temperature and low concentration on anaerobic biological treatment; and summarized the research status of anaerobic technology for domestic wastewater treatment at home and abroad, and finally pointed out that the integrated two-phase anaerobic reactor is very

6、competitive for domestic wastewater treatment because of its more favorable characteristics.Key words：Low temperature；Domestic sewage；Anaerobic treatment；Integrated two-phase厌氧生物处理与好氧生物处理相比，具有造价低、占地小、能耗小、设备清理周期长、能回收能源等优点，是一种环保型、可持续的污水处理方式。目前国内厌氧生物处理技术在高浓度有机废水处理方面已经投入使用，但在低浓度废水特别是生活污水处理方面还处于科研阶段。生活污水

7、属于复杂水，温度相对低（对于我国大部分地区的冬季），有机物浓度低，厌氧生物处理难以达到很好的效果。而高效厌氧反应器的开发以及颗粒污泥的引入，使得生活污水的厌氧处理成为可能。近年来，国内外许多专家已经对低温条件下厌氧生物处理生活污水进行了大量研究，结果表明，低温条件下（1025）厌氧反应处理生活污水可以达到很好的效果1 2。1厌氧生物处理特征与好氧生物处理相比较，厌氧生物处理的主要特征有3 4：（1）能量需求大大降低，还可产生能量。去除1kgCOD，好氧生物处理大约需消耗0.51.0kWh电能,而厌氧生物处理大约能产生3.5kWh电能。（2）污泥产量极低。因为厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得

8、多,去除每千克COD，好氧生物处理的污泥产量约为250600g VSS；而厌氧生物处理的污泥产量仅为180200gVSS。（3）对温度、pH等环境因素更为敏感。如温度降至10以下，厌氧微生物的活动能力将非常低下。而好氧微生物对温度的适应能力较强，在5以上的温度条件下均能较好地发挥作用。甲烷菌的最适pH范围也较好氧菌为小。（4）出水有机物浓度一般高于好氧处理。（5）厌氧微生物可对好氧微生物所不能降解的一些有机物进行降解(或部分降解)。（6）处理过程的反应较复杂，控制难度大。 （7）有一定的危险性。2 生活污水厌氧生物处理的影响因素分析 厌氧生物处理对环境的要求比较严格。主要影响因素有温度、pH值

9、、氧化还原电位、营养、食料微生物比、有毒物质、搅拌等5。这些因素在以往实践中都做了很深入的研究，这里针对生活污水相对低温、低浓度的特性重点介绍一下温度和污水浓度对生活污水厌氧处理的影响。2.1 温度的影响温度是影响微生物生命活动最重要因素之一，其对厌氧微生物的影响尤为显著，因为温度直接影响厌氧微生物细胞内某些酶的活性从而影响微生物生化反应的速率，另外温度还可能影响剩余污泥的成分与性状。厌氧废水处理可分为低温（520）、中温（2042）和高温（4275）三类，三类不同温度运行区间的厌氧反应器内有着不同类型的微生物。研究表明：高温消化的反应速率约为中温消化的1.51.9倍，产气率也高，如图2.1所

10、示，但气体中甲烷所占百分率却较中温消化低；中温要比低温的消化速率要高6。图2.1 温度对产期量的影响但在工程实践中，当然还应考虑经济因素，采用高温消化需要消耗较多的能量，还产生臭味，当处理废水量很大时，往往不宜采用。比较适宜的温度约为35，即中温消化，据研究报道消化污泥活性在中温35最高5。在能源日益紧缺的情况下要求我们尽量采用低温消化，即520。在低温条件下，污水的粘度变大使得污泥和水的接触程度会降低，产甲烷菌的活性也有所下降，产酸菌与产甲烷菌将失去代谢平衡，从而降低了厌氧处理的效果。另外保持温度的恒定也至关重要，波动范围一般一天不宜超过2。据研究当有3的变化时，就会抑制消化速度，有5的急剧

11、变化时，就会突然停止产气，使有机酸大量积累而破坏厌氧消化7。随着各种新型高效厌氧反应器的开发，温度对厌氧消化的影响由于生物量的增加而变得不再显著。因此处理废水的厌氧消化反应常在常温条件(2025)下进行，以节省能量的消耗和运行费用8-11。2.2 生活污水浓度的影响当污水中有机物浓度很低时，反应器内的底物浓度低。根据Monod微生物基质去除动力学方程，可知基质去除率与微生物浓度和基质浓度有关，当基质浓度很小时，去除率随微生物浓度和基质浓度的升高而升高。而生活废水污泥长期处于饥饿状态，实际污泥活性远低于最佳值。底物浓度低还使产气量减少，结果底物和污泥之间的接触传质作用较差，从而降低污染物的去除效

12、果5。处理低浓度废水要求污泥的流失量要少，这就对反应器保留污泥的能力有很高的要求，另外对三相分离器的设计也有很高的要求。因此，生活污水厌氧反应器的设计体积一般受水力负荷限制，而不像处理中、高浓度废水那样受有机负荷限制7。3生活污水厌氧反应器的研究进展厌氧反应器的发展经历过三个阶段，第一代厌氧反应器，如化粪池和稳化池，主要用于处理生活废水下沉的污泥，特点是污泥龄等于水利停留时间；第二代反应器，如UASB实现了污泥龄与水力停留时间的分离，即HRT15，总COD和SS 去除率分别为71和83；在温度为12，总COD 和SS 去除率分别为51和76。Elmitwalli等人24用AF+AH的两级系统，

13、COD的去除率较单级反应器均有提高，总COD去除率达到71%。芬兰的S. Luostarinen等人，利用两相的UASB反应器处理黑水和厨房废水，温度在1020之间，黑水和厨房废水的COD去除率都达到90%以上23。浦跃武等人自行设计的一体化两相厌氧反应器处理猪场废水，对启动进行研究。在37下，通过交替增加进水COD浓度和缩短HRT来提高系统的VLR，采用动力学控制与pH值调节相结合的方法对产酸相和产甲烷相进行分离，经过68天的运行，系统COD去除率稳定在80%以上26。任南琪等人27开发了新型一体化两相反应器专利设备（专利号zl00206243.7）。它通过内部结构的优化实现了两相的分离，使

14、两相厌氧工艺系统的产酸相和产甲烷相微生物群在同一反应器得让不同空间中发挥各自的降解作用，取得了良好的效果。一体化两相反应器如何很好实现相分离是决定其运行是否成功的关键因素，一般通过动力学控制与pH值调节来实现。4结语一体化两相厌氧反应器与其他厌氧反应器而言具有有机物去除能力强、启动时间较短、占地省、能耗低、运行稳定等特点，在能源危机的日益严重的今天，在我国一些气候适合的地区，无疑是一项很有吸引力的生活污水处理技术。但国内外对于一体化两相厌氧反应器的研究还很少，今后主要的研究方向是：如何更好的实现相分离；常温条件下厌氧反应器的快速启动；一体化两相厌氧反应器动力学和微生物学的研究；缩短水力停留时间

15、，并进一步强化传质效率；与可再生能源相结合提高反应温度来提高反应器的处理效果，扩展厌氧反应的适应地区和适应时间；研究厌氧反应器出水的后续处理技术，以经济的组合实现达标排放1 9 10 28。参考文献1仲海涛，胡勇有，田静.废水低温厌氧处理技术J.科技信息综述，2004，30（2）：98-1102贺延龄.废水的厌氧生物处理M.北京：中国轻工业出版社,1998.13张希衡等.废水厌氧生物处理工程M.北京：中国环境科学出版社,1996.124刘育红.厌氧池的运行与控制探讨J.给水排水,2009,30:199-2015胡继翠等.厌废水厌氧生物处理理论与技术M.北京：中国建筑出版社,2003.056浦跃

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23、740 ,2007 26浦跃武,郭梅君,刘族安.一体化两相厌氧反应器处理猪场废水的启动研究.华南理工大学学报，2009，37（10）：145-14927任南琪，王爱杰等.厌氧生物技术原理与应用，化学工业出版社，2004.0328Last vander A R M , Lettinga G. Anaerobic treatment of domestic sewage under moderate climatic (dutch) conditions using upflow reactors at increased superficial velocities.Wat Sci Tech , 1992 ,25 :167-178