EGSB反应器处理半化学草浆制浆废水的研究

摘要

半化学浆是介于化学浆和高得率浆（得率为85％～90％）之间的一个浆种。这种制浆工艺由于不使用碱或用碱量低所以浆的得率高，溶出木素及其他有机物低，废液热值也低。由于半化学浆工艺耗水量小，其污染负荷相对较高，CODCr污染发生量400～600kg/t浆，属于中高浓有机废水。
　　 厌氧膨胀颗粒污泥床反应器（Expanded Granule Sludge Bed，简称EGSB）是在UASB的基础上发展起来的第三代厌氧反应器的典型代表。EGSB反应器的主要特点在于其高的上升流速、保持较高的颗粒污泥含量，以及其出水回流的特殊结构，故EGSB反应器不仅适合高浓度有机废水，也同样适合于中、低浓有机废水的处理。
　　 本课题就目前草浆废水存在的主要问题，提出采用厌氧膨胀颗粒污泥床处理工艺处理半化学草浆制浆废水。在对半化学草浆废水性质充分掌握的基础上，对反应器原理和结构分析，设计、制造出外形呈圆柱体的塔式结构的实验室厌氧膨胀颗粒污泥床反应器，主要设计参数为反应器总高度1313mm，反应区高度1000mm，反应区内径110mm，沉淀区内径250mm，反应器有效容积9.6L。
　　 通过对反应器启动阶段和稳定运行的研究表明：厌氧膨胀颗粒污泥床反应器以2.1920kgCOD/m3·d）的容积负荷进行启动，在以浓度和流量逐渐提升容积负荷的过程中，CODCr去除率一直保持在70％以上。最小水力停留时间可缩短至4.9h，最大容积负荷可达到25.820kgCOD/（m3·d），CODCr去除率稳定在68.8％～78.0％范围内。
　　 对厌氧膨胀颗粒污泥床反应器启动、运行过程中的影响因素进行分析：当进水pH保持在7.8左右时CODCr的去除率都处于较高水平，且EGSB反应器出水回流的特殊结构使高碱度的出水与原水混合后再进入反应器底部，减少了调节碱的用量，降低处理成本；温度变化会对厌氧膨胀颗粒污泥床反应器的稳定性带来影响，但随着系统的逐步适应，会逐渐削弱温度变化带来的影响；通过提高水流上升速度，强化水流紊动，可以有效改善有机物污染物与微生物的传质效果，从而提高厌氧膨胀颗粒污泥床反应器的降解效果，当停留时间小于4.9h时，出水CODCr会恶化；反应器出水SS与Vup和HRT有关，Vup增大和HRT减小都会导致出水SS增加。
　　 厌氧膨胀颗粒污泥床反应器运行结束后，颗粒污泥尺寸增大，直径由接种时的1.0～1.5mm和<0.5mm增加到底部污泥1.5～2.8mm和2～2.8mm两个范围，最大沉降速度达到90m/h以上，活性显著提高。厌氧颗粒污泥可保持VSS/TSS为0.714～0.738之间，反应器内颗粒污泥生物量较高。
　　 电镜观察表明，颗粒污泥的表面形态从接种时的粗糙，逐步变光滑，稳定运行期颗粒污泥表面形成凹凸不平孔洞，使颗粒污泥的结构和生物活性更加稳定。颗粒污泥表面优势菌群由最初以甲烷丝菌为主转变成甲烷杆菌、丝菌球菌。污泥对反应器环境的适应性与颗粒的尺寸有关，尺寸适中的颗粒能够很快适应外部环境的改变，并迅速恢复并保持较高活性。
　　 气.质联用仪对综合废水中的有机物结构、种类分析表明：经过厌氧处理过的废水中的有机物含量减少，种类也有所减少。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1我国水环境污染现状

1.2我国制浆造纸工业水污染特点及治理现状

1.2.1制浆造纸废水的污染特点

1.2.2制浆造纸废水的治理现状

1.3我国草浆废水治理存在的问题

1.3.1草浆废水的特点

1.3.2草浆废水治理存在的问题

1.3.3草浆废水处理技术的发展

1.4厌氧生物处理技术

1.4.1厌氧生物处理基本原理

1.4.2厌氧生物处理的技术特点

1.4.3厌氧生物处理技术的发展历程

1.5厌氧膨胀颗粒污泥床反应器

1.5.1厌氧膨胀颗粒污泥床反应器的结构

1.5.2厌氧膨胀颗粒污泥床反应器的基本原理

1.5.3厌氧膨胀颗粒污泥床反应器的技术特点

1.5.4厌氧膨胀颗粒污泥床反应器的应用与研究热点

1.5.5高效厌氧反应器在制浆造纸方面的应用

1.6选题意义及主要研究内容

2厌氧膨胀颗粒污泥床反应器主要参数的确定

2.1基本参数

2.2反应器的容积

2.3反应器的高度

2.4反应器的平面形状

2.5反应器的布水系统

2.4反应器的出水循环系统

2.5反应器的上升流速

2.6反应器的三相分离器

2.6.1沉淀区

2.6.2回流缝

2.6.3气液分离

2.7反应器的出水系统

2.8其它参数的确定

2.8.1反应器取样系统

2.8.2反应器的排泥系统

2.8.3反应器浮渣清除系统

2.9气体收集装置

2.10本章小结

3实验设备、工艺流程及方法

3.1实验设备及材料

3.1.1实验用水

3.1.2接种污泥

3.1.3厌氧膨胀颗粒污泥床反应器的基本构造

3.1.2实验工艺流程

3.2实验测试项目及方法

3.2.1常规废水水质的测定

3.2.2废水有机物种类及官能团的测定

3.2.3颗粒污泥物理性质的测定

3.2.4胞外多聚物的测定

3.2.5颗粒污泥微生物相的测定

4厌氧膨胀颗粒污泥床反应器处理半化学草浆制浆废水的研究

4.1厌氧膨胀颗粒污泥床反应器主要运行参数的确定

4.1.1温度

4.1.2 pH值

4.1.3营养物的添加

4.2厌氧颗粒污泥的接种驯化期的运行状况

4.3稳定运行期反应器的运行状况

4.4启动、运行期相关影响因素

4.4.1不同有机负荷、水力停留时间对CODCr去除效果的影响

4.4.2不同上升流速、回流比对CODCr去除效果的影响

4.4.3不同上升流速对SS去除效果的影响

4.4.4不同温度对处理效果的影响

4.4.5反应器启动、运行过程中进、出水pH值的变化情况

4.5反应器启动、运行过程中厌氧颗粒污泥性质的变化情况

4.5.1颗粒污泥床膨胀程度的变化情况

4.5.2颗粒污泥外形、沉降性的变化情况

4.5.3颗粒污泥粒径的变化情况

4.5.4颗粒污泥胞外多聚物(EPS)的变化情况

4.5.5反应器高度分布上颗粒污泥污泥量的变化

4.5.6颗粒污泥结构及微生物相的变化

4.6反应器高度分布中废水有机物结构的变化

4.7厌氧膨胀颗粒污泥床反应器的预处理和后处理工艺的选择

4.7.1预处理

4.7.2后处理

4.8本章小结

5结论与建议

5.1结论

5.2论文创新

5.3建议

5.4展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表及录用的学术论文目录