EGSB-SBR处理果汁废水联合工艺及厌氧颗粒污泥物化特性研究

论文摘要

随着我国果汁行业持续快速的发展，果汁废水作为新兴的行业废水所带来的环境污染问题日益突出。目前，果汁废水已成为渭河流域紧排在造纸废水之后的第二大工业污染源。本论文基于我国果汁废水处理技术现状，针对高浓度果汁废水开展了以厌氧生物技术为核心，厌氧—好氧联合处理工艺的试验与相关理论研究。在成功启动EGSB反应器、完成EGSB反应器快速二次启动以及EGSB反应器驯化的基础上，本论文研究了EGSB-SBR联合工艺处理实际果汁废水的特点与规律，通过控制反应器回流比解决了酸性果汁废水低碱量条件下的稳定运行技术难题；同时研究过程中考察了各阶段厌氧颗粒污泥的微生物相、比产甲烷活性以及机械强度等物化特性参数的变化规律，尤其对厌氧颗粒污泥机械强度的测定方法进行了改进、完善与规范并对影响其大小的因素进行深入地分析与总结。通过本论文研究以期为相关工程实际应用提供理论指导，探寻一条经济、有效地解决该行业废水的可循环技术路径。通过长期生物系统运行及相关实验、理论研究，本论文主要结论如下：（1）以颗粒污泥接种、采用葡萄糖配水EGSB反应器经过174天的运行容积负荷从0.33kgCOD·m-3·d-1提升至13.1kgCOD·m-3·d-1，产气量达到100L·d-1，COD去除率稳定在90%以上；在较高的颗粒污泥浓度与有机负荷条件下，以水力负荷与有机负荷交替提升的方式，经过16天的运行反应器容积负荷从2.27kgCOD·m-3·d-1提升至11kgCOD·m-3·d-1，COD去除率达到92%，产气量80L·d-1，EGSB反应器实现了快速二次启动；（2）通过逐步提高果汁废水在葡萄糖配水中的比例成功地完成了处理浓缩果汁废水厌氧反应器的驯化过程；控制回流比为3:1，EGSB反应器即可在低碱度条件下（无须添加NaHCO3）对果汁废水进行有效处理并在高负荷条件下稳定运行；（3）采用联合工艺处理浓缩果汁废水，稳定运行阶段EGSB平均进水COD、BOD5、SS分别为5968mg·L-1、2130mg·L-1、1020mg·L-1，SBR出水分别为131mg·L-1、10.8mg·L-1、50.2mg·L-1，其COD、BOD5、SS的去除率分别为96%、99.5%和95.1%，出水COD达到陕西省《浓缩果汁加工业污染物排放标准》（DB61/421-2008） B级排放标准，BOD5、SS均达到其A级排放标准；（4）随着低碱度酸性果汁废水进液pH的逐渐降低，厌氧颗粒污泥比产甲烷活性显著下降，颗粒污泥的耐酸性得到驯化，反应器中的优势菌种逐渐改变。颗粒污泥的机械强度随反应器运行状态的改变而变化，作为一个重要的厌氧颗粒污泥品质参数可间接反映反应器实际运行状况；（5）通过对厌氧颗粒污泥样品进行筛分，然后测定其机械强度的方法解决了实际操作过程中现有抗压实验法出现的精确度与重现性较差的技术难题。通过对不同来源厌氧颗粒污泥样品机械强度的测定、对比分析发现，厌氧颗粒污泥的机械强度大小与反应器的规模、反应器所采用水力负荷存在一定的正相关性，与其主要金属元素（Ca、Fe、Mg）含量的大小存在着密切的关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 浓缩果汁行业概述
• 1.2 浓缩果汁废水的来源及特点
• 1.2.1 浓缩果汁废水的来源
• 1.2.2 浓缩果汁废水特点
• 1.3 果汁废水生物处理技术及研究现状
• 1.3.1 好氧生物技术
• 1.3.2 厌氧生物技术
• 1.3.3 厌氧─好氧联用技术
• 1.3.4 果汁废水处理中的现代生物处理技术
• 1.3.5 果汁废水清洁生产下末端治理技术的研究与突破
• 1.4 研究意义
• 1.5 研究内容
• 第二章 实验装置及方法
• 2.1 果汁废水处理工艺流程的选择
• 2.1.1 厌氧反应器的选择
• 2.1.2 好氧反应器的选择
• 2.2 实验装置的设计
• 2.2.1 EGSB 反应器
• 2.2.2 SBR 反应器
• 2.3 实验材料
• 2.3.1 种泥来源
• 2.3.2 实验用水
• 2.4 实验内容
• 2.4.1 果汁废水对厌氧微生物的驯化
• 2.4.2 联合工艺对果汁废水的处理
• 2.5 实验分析项目及测定方法
• 2.5.1 废水性质及反应器运行参数的测定
• 2.5.2 污泥性质的测定
• 2.5.3 实验测定方法
• 2.5.4 主要仪器、设备
• 第三章 EGSB 反应器的启动及运行
• 3.1 EGSB 反应器的启动
• 3.1.1 有机负荷的提升及 COD 去除率
• 3.1.2 挥发性脂肪酸的变化
• 3.1.3 氧化还原电位 ORP 的变化
• 3.1.4 颗粒污泥比产甲烷活性
• 3.1.5 颗粒污泥粒径分析
• 3.1.6 颗粒污泥微生物相分析
• 3.2 SBR 反应器的运行
• 3.3 小结
• 第四章 EGSB 反应器的快速二次启动及运行
• 4.1 EGSB 反应器的快速二次启动过程
• 4.1.1 EGSB 反应器有机负荷的提升及 COD 去除率
• 4.1.2 颗粒污泥微生物相分析
• 4.1.3 颗粒污泥 ICP 分析
• 4.1.4 颗粒污泥能谱分析
• 4.1.5 颗粒污泥强度分析
• 4.2 小结
• 第五章 联合工艺处理果汁废水的研究
• 5.1 果汁废水对厌氧反应器的驯化
• 5.1.1. 有机负荷的提升及 COD 去除率
• 5.1.2. 驯化阶段反应器 pH 的变化
• 5.1.3. 颗粒污泥微生物相分析
• 5.1.4. 颗粒污泥能谱分析
• 5.1.5. 颗粒污泥强度分析
• 5.2 联合工艺处理果汁废水的稳定运行
• 5.2.1. 联合工艺对 COD 的去除
• 5.2.2. 联合工艺对 BOD5及 SS 的去除
• 5.3 反应器循环水量及进水碱度、pH 的控制
• 5.3.1 循环水量与 COD 去除率
• 5.3.2 反应器进水碱度的控制
• 5.3.3 稳步运行阶段反应器进水 pH 的控制
• 5.4 小结
• 第六章 厌氧颗粒污泥机械强度的测定与影响因素研究
• 6.1 方法简介
• 6.2 方法的讨论与完善
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 抗压试验法厌氧颗粒污泥的机械强度的测定结果
• 6.3.2 反应器规模与反应器所采用水力负荷对颗粒污泥机械强度的影响
• 6.3.3 不同基质下颗粒污泥机械强度差异的分析
• 6.4 结论
• 第七章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 攻读学位期间发表文章
• 致谢