膨脹顆粒污泥床EGSB反應器的啟動與運行存在的主要問題

目前對EGSB反應器的研究和應用還比較有限。雖然EGSB反應器擁有眾多的UASB反應器不具備的優(yōu)點，但由于反應器結構和設計思想的不同，以及微生物只能在一定的溫度范同內生長、發(fā)育、繁殖、分解，當低于某個溫度時，微生物就失去活性，處于被抑制狀態(tài)等原因。EGSB反應器在其應用的領域、操作技術、污泥特性及機理方面還存在較多完善的地方。

（1）顆粒污泥的培養(yǎng)問題

不同溫度下EGSB反應器啟動而臨的首要問題是種泥的選擇。顆粒污泥、厭氧消化污泥、牛糞和下水道污泥均可作為EGSB反應器的種泥。處理某一溫度下廢水的接種污泥，最佳選擇是選擇這一溫度下EGSB反應器的顆粒污沈，因為在經過短的啟動期后，EGSB反應器即能獲得理想的運行效果。但現在，在許多國家獲取能用于啟動大型EGSB反應器處理相似廢水的狀氧顆粒污泥是非常困難的，甚至是不可能的，購買和運輸的費用也較高。而接種處理不同廢水的顆粒污泥需很長一段時間的適應期。因此，需要考慮選擇其他種泥來啟動EGSB反虛器。一般來講，市政消化污泥不僅是最易獲取的，而且也是較適宜的接種污泥。市政消化污泥不僅具有較高的產甲烷活性，而且也具有復雜的微生物生態(tài)系統(tǒng)，適于處理多種廢水。

但接種市政消化污泥時，由于厭氧菌生長緩慢（尤其是產甲烷菌），反應器啟動期很長，一般需要60～240h才能正常運行。因此，形成高活性、穩(wěn)定的顆粒污泥所需的較長的啟動期仍是EGSB反應器所面臨的一個主要問題，這也正是限制其實際應用的關鍵因素。因而對于污水厭氧生物處理工業(yè)來說，迫切需要尋求不同溫度下厭氧顆粒污泥的大量、快速培養(yǎng)技術。

（2）EGSB反應器的啟動

與其他厭氧工藝一樣，EGSB反應器處理裝置的啟動時間長。其投產測試時間要比好氧工藝長得多，有時甚至需要1年的時間，這是因為厭氧微生物合成新細胞所需有機物的數量比好氧微生物要多，繁殖周期也比后者長。在18～30℃條件下，好氧菌世代時間為20～30min；而大部分厭氧菌的世代時間為5d，甚至更長一些。

EGSB反應器能否在不同溫度下穩(wěn)定、高效地運行，在很大程度上取決于反應器內的污泥性能。好的污泥應該具有良好的沉淀性和高產甲烷活性，并且應呈顆粒狀。為此，EGSB反應器的啟動越來越受到研究者和工程者的重視。

（3）對難降解有毒物質的高效降解

采用厭氧技術處理不同溫度的工業(yè)廢水已成趨勢，但由于許多工業(yè)廢水中有一些難降解、有毒或可通過各種方式影響生物處理系統(tǒng)的物質，最終造成系統(tǒng)處理效率低甚至失敗。已有許多有關厭氧、好氧生物技術能降解多種毒性和難降解物質的報道，但有一點值得注意，毒性物質的消失并不意味著這些物質完令轉化為無毒物質或礦化。有可能這些物質僅被轉化為一些中間產物，而且在某些情況下，這些中間產物比原來的物質具有更大毒性，更難降解。這已在高氯乙烯、五氯苯酚、多氯聯苯等物質在中溫條件下的降解過程中得到證實。

中溫條件下，當廢水中含有對微生物有毒害作用的物質或是難于生物降解的物質時，采用UASB反應器都很難獲得較好的效果。由丁EGSB反應器具有很高的出水循環(huán)比率，它可以將原水中毒性物質的濃度稀釋到微生物可以承受的程度，從而保證反應器中的微生物能良好生長；同時反應器中液體上升流速大，廢水與微生物之間能夠充分接觸，可以促進微生物降解能力。因此，采用EGSB反應器處理毒性或難降解的廢水可以獲得較好的效果。

厭氧——好氧技術已被人們普遍接受并用于工業(yè)廢水的處理，以降解有毒性、難降解物質。但由于這些物質的厭氧轉化常常是不完全的，而且厭氧代謝中間產物的積累也會對產生甲烷菌產生抑制，從而造成厭氧處理效率降低，以致增加后續(xù)好氧處理系統(tǒng)的負荷。最終使整個系統(tǒng)處理效率降低。在EGSB反應器中創(chuàng)造好氧菌與厭氧菌共存、氧化與還原作用同時發(fā)生的環(huán)境能夠將一些難降解的毒性物質有效降解，使多種污染物可同時作為基質被微生物利用，降低毒性中間代謝的聚集。這樣不但可以用一個反應器代替原來的兩個反應器，減少投資，而且微生物的多樣性和代謝物的及時交換使處理系統(tǒng)更加穩(wěn)定 。

EGSB反應器在結構及運行特點上集UASB和AFB的特點于一體，具有大顆粒污泥、高水力負荷、高有機負荷等明顯優(yōu)勢。均有保留較高污泥量。獲得較高有機負荷，保持反應器高處理效率的可能性和運行性。該工藝還具備區(qū)別于UASB和AFB的特點：

（1）與UASB反應器相比，EGSB反應器高徑比大，液體上升流速(4～10m·h^-1)和COD有機負荷(40 kg/(m³·d))更高，比UASB反應器更適合中低濃度污水的處理。

（2）污泥在反應器內呈膨脹流化狀態(tài)，污泥均是顆粒狀的，活性高。沉淀性能良好。

（3）與UASB反應器的混合方式不同，由于較高的液體上升流速和氣體攪動，使泥水的混合更充分；抗沖擊負荷能力強，運行穩(wěn)定性好。內循環(huán)的形成使得反應器污泥膨脹床區(qū)的實際水量遠大于進水量，循環(huán)回流水稀釋了進水，大大提高了反應器的抗沖擊負荷能力和緩沖pH值變化能力。

（4）反應器底部污泥所承受的靜水壓力較高，顆粒污泥粒徑較大，強度較好。

（5）反應器內沒有形成顆粒狀的絮狀污泥，易被出水帶出反應器。

（6）對SS和膠體物質的去除效果差 。

EGSB反應器主要是由進水系統(tǒng)、反應區(qū)、三相分離器和沉淀區(qū)等部分組成，如圖1所示。污水從底部配水系統(tǒng)進入反應器，根據載體流態(tài)化原理，很高的上升流速使廢水與EGSB反應器中的顆粒污泥充分接觸。當有機廢水及其所產生的沼氣自下而上地流過顆粒污泥床層時，污泥床層與液體間會出現相對運動，導致床層不同高度呈現出不同的工作狀態(tài)；在反應器內的底物、各類中間產物以及各類微生物間的相互作用，通過一系列復雜的生物化學反應，形成一個復雜的微生物生態(tài)系統(tǒng)，機物被降解，同時產生氣體。在此條件下，一方面可保證進水基質與污泥顆粒的充分接觸和混合，加速生化反應進程；另一方面有利于減輕或消除靜態(tài)床（如UASB）中常見的底部負荷過重的狀況，從而增加了反應器對有機負荷的承受能力。

三相分離器的作用首先是使混合液脫氣，生成的沼氣進入氣室后排出反應器，脫氣后的混合液在沉淀區(qū)進一步進行同液分離，污泥沉淀后返回反應區(qū)，澄清的出水流出反應器。為了維持較大的上升流速，保障顆粒污泥床充分膨脹，EGSB反應器增加了出水再循環(huán)部分。使反應器內部的液體上升流速遠遠高于UASB反應器，強化了污水與微生物之間的接觸，提高了處理效率。

膨脹顆粒污泥床（EGSB）是在UASB反應器的基礎上發(fā)展起來的第三代厭氧生物反應器。從某種意義上說，是對UASB反應器進行了幾方面改進：①通過改進進水布水系統(tǒng)，提高液體表面上升流速及產生沼氣的攪動等因素；②設計較大的高徑比；③增了出水再循環(huán)來提高反應器內液體上升流速。這些改進使反應器內的液體上升流速遠遠高于UASB反應器，高的液體上升流速消除了死區(qū)，獲得更好的泥水混合效果。在UASB反應器內，污泥床或多或少像是靜止床，而在EGSB反應器內卻是完全混合的。能克服UASB反應器中的短流、混合效果差及污泥流失等不足，同時使顆粒污泥床充分膨脹，加強污水和微生物之間的接觸。由于這種獨特的技術優(yōu)勢，使EGSB適用于多種有機污水的處理，且能獲得較高的負荷率，所產生的氣體也更多。

第1章 概述

1.1 厭氧顆粒污泥

1.1.1 厭氧顆粒污泥的發(fā)現

1.1.2 厭氧顆粒污泥的定義

1.1.3 厭氧顆粒污泥的優(yōu)點

1.2 厭氧顆粒污泥的形成

1.2.1 厭氧顆粒污泥的形成過程

1.2.2 厭氧顆粒污泥形成的幾種假說

1.2.3 厭氧顆粒污泥形成的影響因素

1.3 厭氧顆粒污泥的形態(tài)結構、組成、微生物相及特性

1.3.1 厭氧顆粒污泥的外觀形態(tài)

1.3.2 厭氧顆粒污泥的結構

1.3.3 厭氧顆粒污泥的微生物相

1.3.4 厭氧顆粒污泥的化學組成

1.3.5 厭氧顆粒污泥的特性

1.4 吸附

1.4.1 吸附的類型

1.4.2 生物吸附

參考文獻

第2章 厭氧顆粒污泥吸附有機物的性能及機理

2.1 厭氧顆粒污泥吸附有機物的性能

2.1.1 實驗目的

2.1.2 吸附實驗裝置

2.1.3 厭氧顆粒污泥初期吸附實驗方法

2.1.4 厭氧顆粒污泥對廢水中有機物COD的初期吸附去除

2.1.5 厭氧顆粒污泥吸附去除廢水中有機物過程中VFA的變化

2.1.6 厭氧顆粒污泥吸附去除廢水中有機物過程中CH4的變化

2.1.7 結果分析

2.1.8 小結

2.2 厭氧顆粒污泥的吸附機理

2.2.1 吸附等溫線

2.2.2 吸附熱力學參數

2.2.3 同種厭氧顆粒污泥經不同處理后對有機污染物的吸附

2.3.4 不同種厭氧顆粒污泥經相同處理后對有機污染物的吸附

2.2.5 紅外光譜

2.3 結論

參考文獻

第3章 厭氧顆粒污泥的吸附動力學

3.1 吸附過程

3.2 吸附動力學模型

3.2.1 膜傳質

3.2.2 顆粒間的擴散

3.2.3 準一級動力學模型和準二級動力學模型

3.3 厭氧顆粒污泥吸附的動力學

3.3.1 膜傳質和顆粒間的擴散模型擬合

3.3.2 準一級反應動力學及準二級反應動力學模型擬合

3.4 小結

參考文獻

第4章 影響厭氧顆粒污泥吸附性能的因素

4.1 厭氧顆粒污泥特性對有機污染物初期吸附性能的影響

4.1.1 污泥粒徑及比表面積

4.1.2 污泥生物活性和比產甲烷活性

4.1.3 污泥沉降性

4.1.4 污泥疏水性

4.1.5 污泥胞外多聚物

4.1.6 污泥表面Zeta電位

4.1.7 污泥微生物組成

4.1.8 污泥濃度

4.1.9 厭氧顆粒污泥良好吸附性能評價

4.2 廢水特性對有機污染物初期吸附性能的影響

4.2.1 有機污染物濃度

4.2.2 不同粒徑有機污染物COD

4.2.3 不同溶解態(tài)有機污染物COD

4.2.4 溶解態(tài)有機物葡萄糖

4.2.5 修正后不同溶解態(tài)有機污染物COD

4.2.6 離子強度

4.2.7 重金屬離子

4.2.8 毒性物質

4.2.9 小結

4.3 環(huán)境條件對厭氧顆粒污泥初期吸附性能的影響

4.3.1 pH值

4.3.2 溫度

4.3.3 攪拌

4.3.4 小結

參考文獻

第5章 厭氧顆粒污泥吸附特性的工程應用

5.1 厭氧顆粒污泥對有機污染物的吸附

5.1.1 AB-ASBR工藝的提出

5.1.2 AB-ASBR工藝流程

5.1.3 AB-ASBR工藝的生物學基礎

5.1.4 AB-ASBR工藝特點

5.1.5 AB-ASBR對啤酒廢水的處理

5.1.6 AB-ASBR和ASBR工藝運行效果對比

5.2 厭氧顆粒污泥對染料的吸附

5.2.1 染料廢水及其來源

5.2.2 染料廢水的危害

5.2.3 染料廢水污染特性

5.2.4 染料廢水的處理現狀

5.2.5 厭氧顆粒污泥對染料的吸附

5.2.6 厭氧顆粒污泥對亞甲基藍的吸附

5.2.7 AB-ASBR反應器處理低濃度的亞甲基藍廢水

5.3 厭氧顆粒污泥對廢水中難降解有機物的吸附

5.3.1 難降解有機物

5.3.2 難降解有機物的來源及危害

5.3.3 難降解有機物的特性

5.3.4 難降解有機物廢水的處理現狀

5.3.5 厭氧顆粒污泥對難降解有機物的吸附降解

5.3.6 厭氧顆粒污泥對鄰苯二甲酸二丁酯的吸附

5.4 厭氧顆粒污泥對廢水中重金屬的吸附

5.4.1 重金屬廢水及其來源

5.4.2 重金屬廢水的危害

5.4.3 重金屬廢水污染特性

5.4.4 重金屬廢水的處理現狀

5.4.5 重金屬廢水的生物吸附機理

5.4.6 厭氧顆粒污泥對重金屬的吸附

5.4.7 厭氧顆粒污泥對Hg2 的吸附

5.4.8 厭氧顆粒污泥對Cr6 的吸附

5.4.9 填充柱工藝處理重金屬污染廢水

參考文獻

離子交換劑床層膨脹率(ion exchange bed expansion)反洗時，水逆流通過交換劑層時，交換劑層發(fā)生膨脹的百分率。2100433B

《厭氧顆粒污泥的吸附特性及工程應用》較為詳細地闡述了厭氧顆粒污泥的組成結構、特性、吸附理論基礎及相關研究進展，借助生物學手段和熱力學方法揭示了厭氧顆粒污泥吸附有機污染物的機理，并就吸附過程進行了吸附動力學模型擬合；同時，從吸附劑、吸附質以及環(huán)境條件等方面全面系統(tǒng)地分析了厭氧顆粒污泥吸附有機污染物的影響因素，提出了具有優(yōu)良吸附性能的厭氧顆粒污泥的特征，總結了厭氧顆粒污泥吸附特性在工程中的應用。本書拓展了廢水厭氧生物處理的理論基礎，拓寬了厭氧顆粒污泥技術的應用范圍，也為實際工程的設計、操作提供了有力的依據，具有較強的實用性和參考價值，可供環(huán)境科學與工程、市政工程等領域的工程技術人員、科研人員和管理人員參考，也可供高等學校相關專業(yè)師生參閱。