厌氧生物反应器处理生活污水的性能优化和机理研究

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1、ByYinLiuADissertation／ThesisSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofEngineeringInstituteofUrbanEnvironmentChineseAcademyofSciencesMay,2013J㈣ifI㈣IIllHillllll㈣ggrilllairf删illY2370169本研究得到以下项目的经费支持1．中国

2、科学院：“优秀博士学位论文、院长奖获得者科研启动专项资金”2．国家自然科学基金：“膜生物反应器膜污染层微观过程与控制研3．福建省科技计划项目“九龙江流域典型村镇生活污水综合治理技术与示范应用”(2011Y0054)独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：刭芝日关于论文使

3、用授权的说明本人完全了解中国科学院研究生院及中国科学院城市环境研究所有关保留、使用学位论文的规定，即：中国科学院研究生院和中国科学院城市环境研究所有权保留送交论文及复印件，允许论文被查阅和借阅；可以公布论文的全部或部分内容，可以采用复制或其他手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)作者签名：到墨导师签名：日期：2生：匠2日期：摘要厌氧生物反应器处理生活污水的性能优化和机理研究刘尹(环境工程)指导教师：张凯松研究员随着城市化进程的加快，我国城镇生活污水的排放量逐年增加，约占废水总排放量的65％(2011年环境统计年报)，

4、目前的污水处理设施不能完全满足处理需要。另一方面，对生活污水的处理主要采用好氧工艺，使得我国污水处理的能耗远远高于发达国家污水处理的平均能耗。厌氧生物技术用于污水的处理及回用，有利于污染治理、资源和能源的回收。研究厌氧生物处理技术的性能、影响因素及机理，有利于技术的优化和新技术的开发。本论文针对我国市政污水处理中存在的能耗高、部分地区处理率低的现状，研究了上流式厌氧污泥床反应器(Up．flowAnaerobicSludgeBlanket，UASB)处理生活污水的性能优化策略；探讨了厌氧膜生物反应器(AnaerobicMembr

5、aneBioreactor,AnMBR)处理生活污水的可行性和系统性能提高机制；同时，考察了AnMBR系统中膜污染的形成机制。1)通过考察F／M的影响、污泥运动和微生物群落结构，研究了UASB反应器处理生活污水的性能优化策略。F／M的升高不利于有机物的去除，有机酸积累和污泥洗脱影响系统处理效果。F／M影响颗粒污泥生长和污泥产甲烷活性。在受试条件下，F／M=0．4gCOD／gMLSS．d是最佳的污泥负荷条件。UASB反应器中污泥运动主要受产气率影响，同时污泥的沉降性能及进料速率也影响污泥分布。污泥传输效率是衡量污泥运动的重要指标

6、。随着系统运行稳定和污泥性质的提高，UASB反应器中床层污泥的传输效率降低，有利于在反应器中维持高浓度的颗粒污泥。在受试UASB反应器中，硫酸盐还原菌Thermoplasmatales是系统中的优势菌，并通过竞争底物抑制嗜酸产甲烷菌如Methanomicrobia等的生长。F／M对产甲烷菌的影响较大，较高的负荷有利于Methanosaeta的生长，厌氧生物反应器处理生活污水的性能优化和机理研究有利于污泥性质的提高。因而，在高负荷运行时，需要加强对系统pH和碱度的调控。2)通过对比UASB和AnMBR反应器在不同负荷条件下处理生

7、活污水的运行效果和污泥性质，研究了AnMBR反应器系统性能的提高机理。在高负荷条件下，膜过滤可以显著提高厌氧系统的处理效果和稳定性。在稳定运行阶段，系统有机物的去除主要依靠微生物降解，膜及其上生物膜的作用较小。系统性能提高的主要原因是：在高负荷AnMBR反应器的运行初期，膜过滤提高了反应器内污泥活性。膜截留悬浮生长的小颗粒污泥被认为是在高负荷条件下AnMBR维持高效运行的主要原因。污泥的截留使得系统负荷率降低到最佳的经验值2gCOD／gMLSS．d，有利于产甲烷丝菌作为优势菌的微生物群落的建立。研究表明，在负荷较高不利于污泥积

8、累，或在水质标准特别严格时，AnMBR可以作为UASB反应器的改进工艺以提高系统性能。3)比较研究了F／M=3．8和0。1gCOD／gMLSS．d时AnMBR的膜污染性能及污染机制。在高负荷条件下的膜污染更严重，滤饼层污染是主要的污染因素。F／M对滤饼层污泥，反应器污泥和上清