初三生寫給初二生的信.doc

分類號 密級 分級分相厭氧反應(yīng)器處理污泥的研究南 京 工 業(yè) 大 學(xué)U D C 編號 學(xué) 位 論 文 分級分相厭氧反應(yīng)器處理污泥的研究鄒 堯 指導(dǎo)教師姓名 韓萍芳 教授申請學(xué)位級別工學(xué)碩士 學(xué)科、專業(yè)環(huán)境工程論文提交日期 2010年6月2010年 6月 Study on Staged Multiphase Anaerobic Reactor for Treatment of Residual Activated Sludge Dissertation Submitted toNanjing University of Technologyin partial fulfillment of the requirementsfor the degree ofMaster of EngineeringByYao ZOUSupervisor:Prof. Pingfang HANJune 2010碩士學(xué)位論文 摘 要石化水廠排放的剩余活性污泥，不僅含有硫化氫、鹵族元素及其化合物、重金屬等無機(jī)物，還含有酚、醛、芳香烴類以及雜環(huán)化合物等有機(jī)物以及少量不溶于水的油類物質(zhì)，比一般的城市污泥更容易對土壤、地下水和動植物造成污染和損傷，同時也更難處理。本文開發(fā)設(shè)計了實驗室規(guī)模的污泥處理分級分相厭氧消化反應(yīng)器。對反應(yīng)器的水力學(xué)特性、啟動、以及和單級厭氧消化反應(yīng)器的厭氧消化效能的對比作了初步研究。本文通過停留時間分布（RTD）實驗，發(fā)現(xiàn)分級分相反應(yīng)器的最低水力死區(qū)時只有7.51%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于厭氧濾池（5093）、厭氧消化池等其他厭氧生物反應(yīng)器（80）；其流動模式處于平推流和完全混合的“中間狀態(tài)”，且更接近于平推流。確定了反應(yīng)器降流區(qū)、升流區(qū)面積比值最佳值為1:2；溢流板高度最佳高度為450 mm；水力停留時間最佳值為32h。為了研究反應(yīng)器兩相的分離，重點考察了反應(yīng)器各格室在啟動運行過程中COD、VFA、pH及酸化指數(shù)的變化情況。經(jīng)過約30天的啟動運行，發(fā)現(xiàn)上述指標(biāo)在格室內(nèi)出現(xiàn)明顯分層，產(chǎn)酸菌群和產(chǎn)甲烷菌群分別在各自格室形成優(yōu)勢生長，反應(yīng)器相分離基本實現(xiàn)。通過啟動實驗，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器前面格室主要為污泥厭氧消化的產(chǎn)酸階段，后面格室主要為產(chǎn)甲烷階段。在分級分相厭氧反應(yīng)器和單級厭氧反應(yīng)器厭氧消化效能對比研究中，發(fā)現(xiàn)分級分相厭氧反應(yīng)器污泥COD去除率在污泥消化30天之后達(dá)到45%以上，消化時間比單級厭氧系統(tǒng)縮短30%以上。分級分相系統(tǒng)無論是產(chǎn)氣時間還是產(chǎn)氣的高峰點都比單級厭氧系統(tǒng)提前，且日產(chǎn)氣量和總產(chǎn)氣量都有大幅度的提高，總產(chǎn)氣量比單級厭氧系統(tǒng)提高了30%以上；分級分相厭氧反應(yīng)器的SS去除率從污泥消化開始便保持較高的增長速率，污泥消化30天SS去除率達(dá)到40%以上，大大縮短了消化時間并提高了SS去除率；相比單級厭氧系統(tǒng)污泥經(jīng)過近50天的消化VSS去除率僅在35%以下，分級分相厭氧反應(yīng)器污泥消化30天左右，VSS去除率達(dá)到了40%以上，達(dá)到污泥穩(wěn)定化的要求。關(guān)鍵詞： 剩余活性污泥 分級分相厭氧反應(yīng)器 RTD 相分離 消化效能ABSTRACTResidual activated sludge discharged by petrochemical wastewater treatment plant contains not only hydrogen sulfide, halogen elements, heavy metals and other inorganic matters, but also contains organic compounds such as phenols, aldehydes, polycyclic aromatic hydrocarbons and heterocyclic compounds, and a small amount of oil substances insoluble in water. Compared with those from urban environment these sludge materials cause more pollution to the soil and groundwater, damage plants and animals, and are more difficult to be handled.In this paper, a design of laboratory-scale staged multi-phase anaerobic digestion reactor for sludge treatment was proposed for wastewater treatment plant of Yangzi Petrochemical Inc. The starting and hydrodynamic characteristics of the reactor and comparison with single-stage anaerobic digestion reactor were preliminary determined In this paper, residence time distribution (RTD) experiments were tested and results showed that the minimum hydraulic dead space of staged multi-phase anaerobic reactor was only 7.51%, well below than those in the anaerobic filter (5093%), anaerobic digestion tank and other anaerobic bioreactor (80%). The flow pattern was plug flow and complete mixing of the intermediate state, and more towards plug flow. The data indicate that the optimal ratio value of area of downflow chamber to upflow chamber was 1:2; the fraction of dead space was lowest when the height of overflow was 450mm; the optimal value of the hydrodynamic retention time was 32h.In order to study the situation of two-phase separation, variations of COD, VFA, pH and the acidification index in every compartment of the reactor were investigated including starting period. After 30 day running, compartments of acid bacteria and methanogenic bacteria were formed in their respective dominant growth, phase separation was realized. It was found that there was the anaerobic digestion of acid production phase in front of the main room, and the methane phase was behind the compartment. In the comparative study for staged multi-phase anaerobic reactor and single-stage anaerobic reactor, we found that the removal of sludge digestion COD in staged multi-phase anaerobic reactor after 30 days was more than 45%, higher than that in a single-stage anaerobic digestion system (30%), moreover, the removal time was cut short by 1/3 of the original. The gas yield and peak time of production by means of staged multi-phase anaerobic system were higher and earlier than those by single-stage anaerobic system, and the total gas production was increased by 30% than using single-stage anaerobic system. Using staged multi-phase anaerobic system the removal of SS kept higher rate of more than 40% for 30 days, greatly reduced the digestion time; compared with the single-stage anaerobic system, the VSS removal rate was only 35% after 50 days sludge digestion, meanwhile, the VSS removal efficiency of more than 40% about 30 days by using staged multi-phase anaerobic reactor, which fit the requirements of sludge stabilization.Key Words: Residual activity sludge；Staged multi-phase anaerobic reactor；RTD； Phase separation；Efficiency of anaerobic digestion目 錄摘 要IABSTRACTII第一章 文獻(xiàn)綜述11.1 污泥概述11.1.1污泥的產(chǎn)生11.1.2污泥的數(shù)量、種類及性質(zhì)21.2 污泥的處理處置51.2.1 污泥無害化技術(shù)51.2.3 污泥減量化技術(shù)71.3 污泥的厭氧消化81.3.1 污泥厭氧消化工藝81.3.2 污泥厭氧消化的優(yōu)勢91.3.3 污泥厭氧消化存在的問題91.4 厭氧反應(yīng)器的研究進(jìn)展101.4.1 厭氧反應(yīng)器的發(fā)展歷程101.4.2 現(xiàn)代厭氧反應(yīng)器技術(shù)的發(fā)展方向141.5本課題研究目的、意義和內(nèi)容141.5.1研究目的和意義141.5.2研究內(nèi)容及目標(biāo)151.6 參考文獻(xiàn)15第二章 理論部分182.1 污泥厭氧消化機(jī)理182.2厭氧消化中的微生物及其相互關(guān)系192.3 污泥厭氧消化的影響因素202.3.1 水力停留時間與有機(jī)負(fù)荷202.3.2 溫度212.3.3 攪拌212.3.4 氧化還原電位212.3.5 pH值212.3.6 揮發(fā)性脂肪酸(VFA)與總堿度222.3.7 毒性物質(zhì)222.4 參考文獻(xiàn)23第三章 實驗部分263.1 實驗裝置253.1.1單級厭氧消化裝置253.1.2分級分相厭氧消化裝置253.2實驗原料及試劑263.3 分析方法283.3.1污泥指標(biāo)的測量方法283.3.2實驗室溶液的配置293.3.3 COD的測定方法293.3.4 VFA的測定方法313.4 參考文獻(xiàn)32第四章 實驗結(jié)果與討論334.1 剩余活性污泥的性質(zhì)334.2污泥單級厭氧消化實驗334.2.1 污泥TCOD及COD去除率隨時間的變化334.2.2 污泥產(chǎn)氣量隨時間的變化344.2.3 SS（固體含量）隨時間的變化364.2.4 VSS（揮發(fā)性固體含量）隨時間的變化374.2.5 小結(jié)384.3 污泥分級分相厭氧消化實驗394.3.1反應(yīng)器水力特性的研究394.3.2 小結(jié)484.3.3 反應(yīng)器的啟動研究484.3.4 小結(jié)544.3.5 反應(yīng)器厭氧消化效能研究554.3.6 小結(jié)614.4 參考文獻(xiàn)61第五章 結(jié)論和展望645.1 結(jié)論645.2 問題和展望65成 果66致 謝67V碩士學(xué)位論文第一章 文獻(xiàn)綜述1.1 污泥概述1.1.1污泥的產(chǎn)生1-2 活性污泥法是污水生物處理的一種方法。該法是在人工充氧條件下，對污水和各種微生物群體進(jìn)行連續(xù)混合培養(yǎng)，形成活性污泥。利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有機(jī)污染物。然后使污泥與水分離，大部分污泥再回流到曝氣池，多余部分則排出活性污泥系統(tǒng)。影響活性污泥過程工作效率(處理效率和經(jīng)濟(jì)效益)的主要因素是處理方法的選擇與曝氣池和沉淀池的設(shè)計及運行。典型的活性污泥法是由曝氣池、沉淀池、污泥回流系統(tǒng)和剩余污泥排除系統(tǒng)組成。污水和回流的活性污泥一起進(jìn)入曝氣池形成混合液。從空氣壓縮機(jī)站送來的壓縮空氣，通過鋪設(shè)在曝氣池底部的空氣擴(kuò)散裝置，以細(xì)小氣泡的形式進(jìn)入污水中，目的是增加污水中的溶解氧含量，還使混合液處于劇烈攪動的狀態(tài)，形懸浮狀態(tài)。溶解氧、活性污泥與污水互相混合、充分接觸，使活性污泥反應(yīng)得以正常進(jìn)行。第一階段，污水中的有機(jī)污染物被活性污泥顆粒吸附在菌膠團(tuán)的表面上，這是由于其巨大的比表面積和多糖類黏性物質(zhì)。同時一些大分子有機(jī)物在細(xì)菌胞外酶作用下分解為小分子有機(jī)物。第二階段，微生物在氧氣充足的條件下，吸收這些有機(jī)物，并氧化分解，形成二氧化碳和水，一部分供給自身的增殖繁衍。活性污泥反應(yīng)進(jìn)行的結(jié)果，污水中有機(jī)污染物得到降解而去除，活性污泥本身得以繁衍增長，污水則得以凈化處理。經(jīng)過活性污泥凈化作用后的混合液進(jìn)入二次沉淀池，混合液中懸浮的活性污泥和其他固體物質(zhì)在這里沉淀下來與水分離，澄清后的污水作為處理水排出系統(tǒng)。經(jīng)過沉淀濃縮的污泥從沉淀池底部排出，其中大部分作為接種污泥回流至曝氣池，以保證曝氣池內(nèi)的懸浮固體濃度和微生物濃度；增殖的微生物從系統(tǒng)中排出，稱為“剩余污泥”。事實上，污染物很大程度上從污水中轉(zhuǎn)移到了這些剩余污泥中?；钚晕勰喾ǖ脑硇蜗笳f法：微生物“吃掉”了污水中的有機(jī)物，這樣污水變成了干凈的水。它本質(zhì)上與自然界水體自凈過程相似，只是經(jīng)過人工強(qiáng)化，污水凈化的效果更好?；钚晕勰喙に嚤臼兰o(jì)初出現(xiàn)于英國，之后迅速在歐美得到應(yīng)用。早在20年代初，我國上海就建成了采用活性污泥工藝的污水處理廠。30年代初，日本也開始采用活性污泥工藝處理污水。60年代以前，各地采用的活性污泥工藝與最初形式基本一致，稱為傳統(tǒng)活性污泥工藝。60年代以來，日益嚴(yán)重的水污染問題迫切需要建設(shè)大批污水處理廠，使活性污泥得到了較快的發(fā)展。目前，對活性污泥法也有不少改進(jìn)，有氧化溝法，吸附生物降解法等。3活性污泥法的大量應(yīng)用產(chǎn)生了數(shù)量巨大的剩余活性污泥，對剩余活性污泥減量，降低剩余活性污泥的污染，以及污泥的最終處置都成為迫在眉睫的問題。1.1.2污泥的數(shù)量、種類及性質(zhì)隨著城市的發(fā)展，城市人口的增加，工業(yè)化程度的提高，污水的排放率和處理率大大提高。污水處理后產(chǎn)生的剩余活性污泥量也大大提高。自20世紀(jì)80年代起，我國開始大規(guī)模的建設(shè)現(xiàn)代污水處理廠，但一直忽視了污泥處理、處置的重要性。2007年，我國城鎮(zhèn)污水處理廠每年產(chǎn)生的剩余干污泥約180萬噸(含水80的污泥900萬噸)，預(yù)計未來5年內(nèi)，年干污泥產(chǎn)量將達(dá)540萬噸(含水80的污泥2700萬噸)。污泥的處理、處置在污水處理中是不可或缺的，少了這一環(huán)節(jié)，污水處理就不算真正完成4。剩余污泥處理費用昂貴，一般占污水處理廠總投資和運行費用的25%-65% 5-6根據(jù)污泥來源，可以劃分為：市政污泥（也叫排水水泥)，主要指來自污水廠的污泥，這是數(shù)量最大的一類污泥。管網(wǎng)污泥，來自排水收集系統(tǒng)的污泥。河湖淤泥，來自江河、湖泊的淤泥。工業(yè)污泥，來自各種工業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的固體與水、油、化學(xué)污染、有機(jī)質(zhì)的混合物。7根據(jù)污泥從污水中分離的過程，可將其分為如下幾類：沉淀污泥(primary settling sludge)：初次沉淀池中截留的污泥，包括物理沉淀污泥，混凝沉淀污泥，化學(xué)沉淀污泥。生物處理污泥( biological sludge )：在生物處理過程中，由污水中懸浮狀、膠體狀或溶解狀的有機(jī)污染物組成的某種活性物質(zhì)，稱為生物處理污泥。生污泥(fresh sludge)指從沉淀池(初沉池和二沉池)分離出來的沉淀物或懸浮物；消化污泥(digested sludge)為生污泥經(jīng)厭氧消化后得到的污泥。8污泥的來源和形成過程十分復(fù)雜，不同來源的污泥，其物理、化學(xué)和微生物學(xué)特性都存在差異，正確把握污泥的性質(zhì)是科學(xué)合理地處理處置和利用污泥的先決條件，只有根據(jù)污泥的性質(zhì)指標(biāo)才能正確選擇有效的處理工藝和合適的處理設(shè)備及資源化的趨向。因此，表征污泥性質(zhì)的指標(biāo)愈精確，取得的效益愈顯著9。污泥的性質(zhì)主要包括10：污泥的含水量與含水率，污泥的脫水性能，揮發(fā)性固體與灰分，污泥的可消化程度，濕污泥的比重與干污泥的比重，污泥的肥分，污泥的燃燒價值等。（1）污泥的含水量與含水率污泥中所含水分的多少稱為含水量。污泥含水量用含水率來表示，即單位重量的污泥所含水分的重量百分?jǐn)?shù)。污泥的含水率一般都很大，比重接近于1，一般來說，固體顆粒愈小，其所含有機(jī)物愈多，污泥的含水率愈高。污泥中的水分按存在形式可以分為四種11：與固體顆粒沒有吸附作用，通過重力沉降就可除去的自由水；位于污泥絮體或細(xì)胞間隙之間，通過破壞污泥絮體或細(xì)胞可釋放成為自由水的間隙水；通過范德華力結(jié)合在污泥顆粒表面的結(jié)合水；以及通過化學(xué)鍵結(jié)合在污泥顆粒表面的水合水。 （2）污泥的脫水性能一般污泥的含水率都比較高，體積大，不利于污泥的貯存、輸送、處理、處置及利用，所以必須對污泥進(jìn)行脫水處理。由于污泥含水量較高，污泥的含水率對其體積的影響很大，比如，若污泥的含水率變化1%，其體積則會增縮數(shù)倍到數(shù)十倍12。但是不同性質(zhì)的污泥，脫水的難易程度不同，因此測定污泥的脫水性能，對選擇脫水方法具有重要的意義。污泥脫水目前最常用的方法是過濾，比阻和毛細(xì)管吸附時間是表征過濾脫水性能的兩個重要指標(biāo)。 （3）揮發(fā)性固體與灰分揮發(fā)性固體近似地等于污泥中有機(jī)物的含量，又叫灼燒減重?；曳执頍o機(jī)物含量，又叫固定固體，或灼燒殘渣9。污泥中有機(jī)物含量一般比較高，約為60-80%，容易腐化發(fā)臭，并往往含有許多細(xì)菌、寄生蟲卵，這也是污泥需要處理的一個原因。處理后污泥中有機(jī)物含量是判斷污泥處理程度的重要指標(biāo)。 （4）污泥的可消化程度污泥的可消化程度表示污泥中揮發(fā)性固體被消化分解的百分?jǐn)?shù)，稱為污泥消化的技術(shù)界限10。污泥中的揮發(fā)性固體，有一部分是能被分解的，分解產(chǎn)物主要是水，甲烷和二氧化碳；另一部分是不易或不能被分解的如纖維素，脂肪類，乙烯類，橡膠制品等。 （5）濕污泥的比重與干污泥的比重濕污泥的重量等于其中所含水分重量與固體物重量之和。濕污泥的重量與同體積水的重量之比，稱為濕污泥的比重，也叫污泥相對密度9。污泥干固體物質(zhì)包括有機(jī)物和無機(jī)物。干污泥的比重（亦即污泥干固體相對密度）與其中的有機(jī)物和無機(jī)物比例有關(guān)，這兩者的比例不同，則干污泥的比重也不同。確定濕污泥比重和干污泥比重，對于濃縮池的設(shè)計、污泥運輸及后續(xù)處理，都有實用價值。 （6）污泥的肥分污泥中含有很多植物的營養(yǎng)素，有機(jī)物及腐殖質(zhì)等，營養(yǎng)素主要包括氮（N）、磷(P2O5)和鉀(K2O)9。氮能促進(jìn)植物莖葉的生長，其中硝酸鹽氮可被植物直接利用，氨氮要在土壤中分解和氧化后才能被利用。磷能激發(fā)植物根部的繁殖，加速成熟和增加植物對病蟲害的抵抗能力。鉀能促進(jìn)植物的生長活力，是發(fā)育木質(zhì)枝干、果漿，構(gòu)成葉綠素的重要成分，并能促進(jìn)莖葉的生長和增加抵抗病蟲害的能力。此外污泥中還含有植物生長所需的其它微量元素。污泥中的有機(jī)物、腐殖質(zhì)可改善土壤結(jié)構(gòu)，提高保水能力和抗蝕性能，是良好的土壤改良劑。 （7）污泥的燃燒價值污泥的主要成分是有機(jī)物，可以燃燒9。當(dāng)污泥不符合衛(wèi)生要求，有毒物質(zhì)含量高，不能作為農(nóng)副業(yè)利用；或在衛(wèi)生要求高，用地緊張的大、中城市；并且污泥自身的燃燒熱值高，可以自燃并利用燃燒熱量發(fā)電時，可與城市垃圾混合焚燒并利用燃燒熱量發(fā)電。污泥的燃燒又分為完全焚燒和不完全焚燒：完全焚燒，是指污泥所含水分被完全蒸發(fā)、有機(jī)物被完全焚燒，焚燒的最終產(chǎn)物是CO2，H2O，N2等氣體及焚燒灰的燃燒現(xiàn)象；不完全焚燒（濕式燃燒），是經(jīng)濃縮后的污泥（含水率約96%），在液態(tài)下加溫加壓、并壓入壓縮空氣，使有機(jī)物被氧化去除，從而改變污泥結(jié)構(gòu)與成分，脫水性能大大提高。 1.2 污泥的處理處置1.2.1 污泥無害化技術(shù)污泥中含有大量的微生物、病原菌和寄生蟲卵等，如果直接排放必然給環(huán)境造成二次污染，所以需要對污泥進(jìn)行穩(wěn)定和無害化處理。穩(wěn)定和無害處理的目的就是降解污泥中的有機(jī)物質(zhì)，進(jìn)一步減少污泥含水量，殺滅污泥中的細(xì)菌、病原體等，消除臭味，這是污泥能否資源化有效利用的關(guān)鍵步驟。當(dāng)前，有如下一些污泥穩(wěn)定和無害化方法：（1）生物處理技術(shù)17。生物處理的本質(zhì)是利用微生物的新陳代謝作用，對污染物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定，使之無害化的過程。根據(jù)代謝過程中微生物對氧的需求情況，又可分為好氧消化和厭氧消化。好氧消化是微生物通過其細(xì)胞原生質(zhì)的內(nèi)源或自身氧化取得能量的一種方法，在此過程中，細(xì)胞物質(zhì)中可生物降解的組分被氧化為二氧化碳、水和氨，氨被進(jìn)一步氧化為硝酸鹽。但好氧消化需添加曝氣設(shè)備，能耗大，因此一般只用于小型污水處理廠。厭氧消化即污泥中的有機(jī)物質(zhì)在無氧的條件下被厭氧菌群最終分解成甲烷和二氧化碳的過程，它是目前國際上最為常用的污泥生物處理方法，同時也是大型污水處理廠最為經(jīng)濟(jì)的污泥處理方法。（2）石灰穩(wěn)定技術(shù)18。該技術(shù)始于50年代，在投加石灰的條件下，保持很高的pH值及一定時間，可以殺滅傳染病菌，并防腐與抑制臭氣的產(chǎn)生。雖然該技術(shù)操作簡單、成本也比較低，但污泥的最終處置一般只能農(nóng)用或衛(wèi)生填埋。（3）污泥的濕式氧化（Wet Air Oxidation，簡稱WAO）技術(shù)14：是在高溫（125320）和高壓（0.5-20MPa）條件下，以空氣中的氧氣為氧化劑（或臭氧、過氧化氫）在液相中將有機(jī)污染物氧化為CO2和水等無機(jī)物或小分子有機(jī)物的化學(xué)過程。這種方法需要很高的溫度，而且設(shè)備復(fù)雜，運行和維護(hù)費用高，不便于推廣。（4）超臨界水氧化（Supercritical Water Oxidation，簡稱SCWO）技術(shù)14：是在水的溫度和壓力均高于其臨界溫度TC（374.3）和臨界壓力PC（22.05MP）時，以超臨界水作為反應(yīng)介質(zhì)與溶解于其中的有機(jī)物發(fā)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)，使有機(jī)物最后被氧化成無毒小分子化合物的過程。超臨界水能與空氣、氧氣和有機(jī)物以任意比混溶形成均一相，即汽液的相界面消失，也就是消除了相間的傳質(zhì)阻力，反應(yīng)速度不再受氧的傳質(zhì)控制。超臨界水氧化技術(shù)雖然效率高、處理徹底、反應(yīng)速度快、反應(yīng)容器小、無二次污染，但是它的反應(yīng)條件要求苛刻（高溫、高壓），投資大，且反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)動力學(xué)等還有待深入研究。（5）污泥焚燒14：可最大限度地達(dá)到減量的目的，而且可以破壞全部有機(jī)質(zhì)，殺死一切病原體。但焚燒后產(chǎn)生的灰份還得進(jìn)一步處理，焚燒過程中產(chǎn)生的煙氣還會造成二次污染，并且污泥焚燒處理成本昂貴。歐洲一些國家常采用這種方法。（6）污泥熔化技術(shù)14：是為了避免污泥焚燒過程中存在的二次污染開發(fā)出來的新技術(shù)，該技術(shù)使污泥于焚燒灰熔點溫度（通常為1300-1800）之上燃燒，不僅可完全分解污泥中的有機(jī)物、殺滅病菌，同時所形成的熔渣密度比焚燒灰的高2/3，達(dá)到了灰渣大幅度減容的效果。污泥中的重金屬因被固定在玻璃態(tài)的熔渣中而不具有熔出的活性，所以污泥熔化后的熔渣可用作建材。盡管該技術(shù)有諸多優(yōu)點，但其操作溫度高、一次性投資大且運行成本高于焚燒法。1.2.2 污泥資源化技術(shù)污泥資源化是一個非常熱門的研究領(lǐng)域，國內(nèi)外均有這方面的報道，比如：（1）污泥用于林業(yè)地和城市園林綠化地的建設(shè)13。隨著城市建設(shè)的不斷加速，污泥作為有機(jī)肥料用于林業(yè)地、城市園林綠化地等方面越來越多。污泥中含有大量的有機(jī)物和營養(yǎng)物質(zhì)，但同時也存在大量的重金屬離子、難降解有機(jī)污染物以及病原菌等，因此，污泥在使用前一般都要經(jīng)過預(yù)處理，降低二次污染的風(fēng)險。（2）污泥低溫制油技術(shù)14：屬于熱分解制油的一種，即在300-500、常壓（或高壓）和缺氧條件下，借助污泥中所含的硅酸鋁和重金屬（尤其是銅）的催化作用將污泥中的脂類和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變成碳?xì)浠衔?，最終產(chǎn)物是油、碳、非冷凝氣體和反應(yīng)水。英、美、日等國家主要研究的是熱化學(xué)液化法，即在300、10MPa左右的條件下對脫水污泥進(jìn)行熱化學(xué)液化，使污泥反應(yīng)成油狀物。德國和加拿大以熱分解油化法為主，即把干燥的污泥在無氧條件下加熱到300-500，使之干餾氣化，再將氣體冷卻轉(zhuǎn)換成油狀物。（3）污泥制活性炭技術(shù)14：污泥中含有較多的碳，具備制備活性炭的客觀條件。對污泥進(jìn)行炭化后再活化是制備活性炭的主要途徑。但由于污泥的含炭量比其他制活性炭的原料含炭量低，所以污泥活性炭的質(zhì)量不及商品活性炭。另外，由于污泥活性炭中的重金屬可能丟失，所以這些活性炭僅限于簡單的廢水處理和氣體凈化，其應(yīng)用場合有限。（4）污泥制陶瓷技術(shù)14：同濟(jì)大學(xué)王中平和徐基斑開展了以蘇州河底污泥替代普通粘土燒制陶粒的研究，經(jīng)高溫焙燒后蘇州河底泥中的重金屬污染物被固熔于陶粒中，在普通水中浸泡1周無任何析出，不會對環(huán)境造成新的污染。華南某輕質(zhì)陶粒制品廠采用城市污水廠污泥替代河道淤泥或部分粘土燒制陶粒已應(yīng)用于實際生產(chǎn)，處理污泥量已達(dá)300t/d。污泥制陶技術(shù)應(yīng)該注意和需改善的主要問題是，當(dāng)污泥中含有大量的重金屬時要注意窯爐的煙氣治理與控制，以及產(chǎn)品重金屬浸出性能的監(jiān)控。（5）蚯蚓處理污泥：波蘭的一些化工廠利用蚯蚓處理污泥，得到了一種無氣味的、象腐殖質(zhì)的、含有高營養(yǎng)值的產(chǎn)品。研究表明，蚯蚓能破壞污泥的含脂塊狀結(jié)構(gòu)，生成一種適于作植物生長培養(yǎng)基的蚯蚓肥料15。（6）其他用途比如用作吸附劑，還可以通過污泥的裂解制成可燃?xì)?、焦油、苯酚、丙酮、甲醇等化工原料，還包括用于建筑材料、制備合成燃料、制備微生物肥料、用作土壤改良劑等18。1.2.3 污泥減量化技術(shù)污泥減量化技術(shù)是指將污泥（具有生命的有機(jī)物）作為內(nèi)能源，將其消滅在廢水處理系統(tǒng)中，從而根本上減少污泥的體積。（1）臭氧污泥減量化技術(shù)9：是在普通活性污泥法處理工藝中增設(shè)臭氧氧化槽，回流污泥在臭氧氧化槽中，由于臭氧的作用使其液化，污泥量減少。液化物返回到曝氣池成為微生物的基質(zhì)，一部分礦化，整個處理系統(tǒng)剩余量得到削減，甚至無剩余活性污泥排出。（2）生物污泥減量化技術(shù)9：是利用嗜熱性細(xì)菌或微型動物（原生動物，后生動物）來減少剩余活性污泥量。由于嗜熱菌能分泌胞外酶，使一部分污泥液化，一部分無機(jī)化。污泥的可溶化率一般在30%35%，無機(jī)化率在20%25%，控制合適的可溶化率和無機(jī)化率，可以實現(xiàn)無剩余活性污泥排放。（3）膜分離減量化技術(shù)9：是利用膜的過濾作用，代替二沉池進(jìn)行固液分離。由于膜截留了所有的微生物，實現(xiàn)了水力停留時間與污泥泥齡的分離，從而使生物反應(yīng)器中的污泥濃度高出常規(guī)活性污泥法的10倍以上，污泥有機(jī)負(fù)荷很低而泥齡極長（理論上可以達(dá)到無限長）。污泥負(fù)荷降低，使剩余活性污泥的產(chǎn)量大大減少，如果剩余活性污泥量減少到其濃度相當(dāng)于處理水懸浮固體（SS）允許的排放標(biāo)準(zhǔn)，就可以不需要單獨進(jìn)行污泥處理，實現(xiàn)污泥的零排放。與之相對應(yīng)的，人們開發(fā)出了膜生物反應(yīng)器，但這種技術(shù)污泥處理量有限，只能用于小型污水處理廠。另外，膜的堵塞和膜材料價格也是制約該技術(shù)的難題19。1.3 污泥的厭氧消化1.3.1 污泥厭氧消化工藝厭氧消化工藝種類很多。按消化污泥的溫度的不同可分為中溫消化(3036)和高溫消化(5053)兩種形式10。按運行方式可分為一級消化和二級消化。一級消化，即在一個消化裝置內(nèi)完成消化的全過程，二級消化，即將消化池一分為二，污泥先在第一級消化池中（設(shè)有加溫、攪拌和沼氣收集裝置）進(jìn)行消化，經(jīng)過712天旺盛的消化反應(yīng)后，排出的污泥送入第二級消化池利用余熱繼續(xù)消化；二級消化池中不設(shè)加溫和攪拌裝置，依靠來自一級消化池污泥的余熱繼續(xù)消化，消化溫度2026，產(chǎn)氣量約占總產(chǎn)氣量的20，由于不攪拌，二級消化池兼有濃縮功能。按消化池的效率不同還可分為常規(guī)消化和高效消化。常規(guī)消化的負(fù)荷小于0.9kg/(m3d)，處理系統(tǒng)間歇運行，消化時間一般在3060天；高效消化池的負(fù)荷達(dá)5.3kg/(m3d)，處理系統(tǒng)可間歇也可以連續(xù)運行。兩相消化。兩相消化即按厭氧消化的原理，使消化過程的兩個階段分別在兩個消化池內(nèi)進(jìn)行，即水解和酸化階段在一個池中進(jìn)行，甲烷轉(zhuǎn)化階段在另一個池中進(jìn)行。這一過程己在中試規(guī)模上得到驗證，亦用于大規(guī)模污水處理廠的污泥消化。兩相消化過程可以減少消化池的總體積，但基建費用和操作費用會有所增加。1.3.2 污泥厭氧消化的優(yōu)勢歸納起來厭氧消化有以下優(yōu)勢20：（1）反應(yīng)器效能高、可以減少動力消耗、節(jié)約能源、減少處理成本；（2）有機(jī)物被厭氧消化分解，可使污泥穩(wěn)定化、不易腐敗，消化完全時，可以消除惡臭；（3）可殺滅大部分病原菌或蛔蟲卵，使污泥無害化；（4）隨著污泥的穩(wěn)定化，將產(chǎn)生大量高熱值的沼氣，作為能源利用，使污泥資源化；（5）污泥經(jīng)厭氧消化使最終需要處置的污泥體積減少40%50%；（6）消化污泥容易脫水，污泥經(jīng)消化后，其中的部分有機(jī)氮轉(zhuǎn)化成了氨氮，提高了污泥的肥效，適于改良土壤。1.3.3 污泥厭氧消化存在的問題目前，在我國應(yīng)用最廣泛的厭氧消化技術(shù)是中溫厭氧消化技術(shù)，污泥中溫厭氧消化工藝作為一種傳統(tǒng)的處理工藝存在著一些問題。由于污泥固體屬于難生物降解物質(zhì)，因此厭氧消化停留時間長，一般2030天的停留時間才能達(dá)到中等程度的降解，去除3050的揮發(fā)性固體(VSS)21；污泥在消化池內(nèi)停留時間過長，造成池體體積龐大，操作管理復(fù)雜、產(chǎn)氣中甲烷含量低等。國內(nèi)許多大型污水處理廠一般均建有污泥消化池，但真正能夠正常運行使用的卻不多。Nokie 等22研究表明：厭氧消化的速率取決于污泥中基質(zhì)的種類。廢活性污泥的降解速率一般都很低，并且認(rèn)為厭氧消化過程的限速步驟是水解反應(yīng)23。主要原因是污泥中大多數(shù)有機(jī)物存在于微生物細(xì)胞內(nèi)，微生物細(xì)胞的細(xì)胞壁是一個穩(wěn)定的半剛性結(jié)構(gòu)，起著保護(hù)細(xì)胞的作用。細(xì)胞壁屬于生物難降解惰性物質(zhì)，細(xì)胞壁水解較為困難，導(dǎo)致污泥厭氧消化過程需要較長的時間。1.4 厭氧反應(yīng)器的研究進(jìn)展1.4.1 厭氧反應(yīng)器的發(fā)展歷程厭氧生物處理技術(shù)已經(jīng)有了100多年的歷史，而該技術(shù)的反應(yīng)器主體經(jīng)歷了三個時代。第一代厭氧反應(yīng)器：1860年法國工程師Mouras就采用厭氧方法處理廢水中經(jīng)沉淀的固體物質(zhì)。1896年英國出現(xiàn)了第一座用于處理生活污水的厭氧消化池，所產(chǎn)生的沼氣用于照明24。1904年德國的Imhoff將其發(fā)展成為Imhoff雙層沉淀池(即腐化池)，這一工藝至今仍然在有效地利用25。在1910年至1950年，高效的、可加溫和攪拌的消化池得到了發(fā)展，其比腐化池有明顯的優(yōu)勢。Schroepfer在20世紀(jì)50年代開發(fā)了厭氧接觸反應(yīng)器。這種反應(yīng)器是在出水沉淀池中增設(shè)了污泥回流裝置，增大了厭氧反應(yīng)器中的污泥濃度，處理負(fù)荷和效率顯著提高。上述反應(yīng)器被稱為第一代厭氧反應(yīng)器。由于厭氧微生物生長緩慢，世代時間長，而厭氧消化池?zé)o法將水力停留時間和污泥停留時間分離，由此造成水力停留時間必須較長，一般來講第一代厭氧反應(yīng)器處理廢水的停留時間至少需要2030天26。第二代厭氧反應(yīng)器：高效厭氧處理系統(tǒng)必須滿足以下兩個條件：(1)系統(tǒng)內(nèi)能夠保持大量的活性厭氧污泥。(2)反應(yīng)器進(jìn)水應(yīng)與污泥保持良好的接觸。依據(jù)這一原則，20世紀(jì)60年代末，Mccarty和Young推出了第一個基于微生物固定化原理的高速厭氧反應(yīng)器厭氧濾池。它的成功之處在于在反應(yīng)器中加入固體填料(如沙礫等)，微生物由于附著生長在填料的表面，免于水力沖刷而得到保留，巧妙地將平均水力停留時間與生物固體停留時間相分離，其固體停留時間可以長達(dá)上百天，這就使得厭氧處理高濃度污水的停留時間從過去的幾天或幾十天縮短到幾小時或幾天。在相同的溫度下，厭氧濾池的負(fù)荷高出厭氧接觸工藝23倍，同時有很高的COD去除率，而且反應(yīng)器內(nèi)易于培養(yǎng)出適應(yīng)有毒物質(zhì)的厭氧污泥。1972年，厭氧濾池首次較大規(guī)模地應(yīng)用于小麥淀粉廢水處理。1974年，荷蘭Wagningen農(nóng)業(yè)大學(xué)的Lettinga教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組研究和開發(fā)了UASB反應(yīng)器技術(shù)，其最大特點是反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥保證了高濃度的厭氧污泥，標(biāo)志著厭氧反應(yīng)器的研究進(jìn)入了新的時代。1980年，Switzenbaum和Jewell推出厭氧固定膜膨脹床反應(yīng)器，此外還有厭氧生物轉(zhuǎn)盤和厭氧垂直折流式反應(yīng)器等陸續(xù)問世。為了進(jìn)一步提高厭氧反應(yīng)器的處理效果，1984年由加拿大學(xué)者Guiot等人提出了上流式厭氧污泥床和上流式厭氧濾池結(jié)合型的新工藝，即上流式厭氧污泥床過濾器工藝。后人將上述幾種反應(yīng)器統(tǒng)稱為第二代厭氧反應(yīng)器。第二代厭氧反應(yīng)器的典型代表有：厭氧濾池(AF)，上流式厭氧污泥床(UASB)，下行式固定膜反應(yīng)器(DSFF)，厭氧附著膜膨脹床反應(yīng)器(AAFEB)，厭氧流化床(AFB)。在已開發(fā)的高效厭氧反應(yīng)器中，UASB反應(yīng)器是一種研究最為深入、應(yīng)用最為廣泛的厭氧反應(yīng)器，己大量成功地應(yīng)用于各種廢水的處理。UASB反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)負(fù)荷高，水力停留時間短，處理周期大為縮短；反應(yīng)器無填料，無污泥回流置，無攪拌裝置，成本和運行費用大大降低；初次動后可直接以污泥顆粒接種，目前已成為應(yīng)用最泛的厭氧處理方法。但反應(yīng)器內(nèi)可能出現(xiàn)短流現(xiàn)象，影響處理能力；當(dāng)進(jìn)水中的懸浮物濃度過高時會引起堵塞。對于這些情況，無疑傳統(tǒng)高效UASB系統(tǒng)的設(shè)計需要很大的改進(jìn)，正是對于這些困難問題的研究，導(dǎo)致產(chǎn)生了第三代高效厭氧反應(yīng)器的開發(fā)和利用。第三代厭氧反應(yīng)器：高效厭氧處理反應(yīng)器中不僅要分離污泥停留時間和平均水力停留時間，還應(yīng)使進(jìn)水和污泥之間保持充分的接觸。第二代厭氧反應(yīng)器的發(fā)展主要基于固體停留時間與水力停留時間的分離而發(fā)展產(chǎn)生的一類新型反應(yīng)器。但是對于進(jìn)水無法采用高的水力和有機(jī)負(fù)荷的情況下，例如，在低溫條件下采用低負(fù)荷工藝時，由于在污泥床內(nèi)混合強(qiáng)度太低，以致無法抵消短流效應(yīng)。對于這種情況，第二代反應(yīng)器的應(yīng)用負(fù)荷和產(chǎn)氣率受到限制。為獲得高的攪拌強(qiáng)度，而采用高的反應(yīng)器的設(shè)計以獲得高的上升流速或采用出水回流。正是為了解決上述問題，20世紀(jì)90年代初在國際上以厭氧膨脹顆粒污泥床(EGSB)，內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器(IC)，升流式厭氧污泥床過濾器(UBF)等為典型代表的第三代厭氧反應(yīng)器相繼出現(xiàn)。（1）厭氧膨脹顆粒污泥床(EGSB)：1976 年荷蘭Wageningen農(nóng)業(yè)大學(xué)由Letinga 教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開始研究采用UASB反應(yīng)器來處理生活污水，在其研究過程發(fā)現(xiàn)UASB中污泥與污水之間接觸不夠充分，Lettinga 等人通過采用較大的高徑比，提高液體的上升流速，使顆粒污泥床充分膨脹，這樣就可以保證污泥與污水充分混合，減少反應(yīng)器內(nèi)的死角，同時也可以使顆粒污泥床中的絮狀剩余污泥的積累減少，由此便產(chǎn)生厭氧顆粒污泥膨脹床。Nunez等人研究了中溫(35) 條件下處理屠宰廢水的情況，其總COD濃度為14404200mg/ L，其中可溶解部分占40 %60 %，不可溶解物質(zhì)包括懸浮物和膠體。在有機(jī)負(fù)荷15kgCOD/ m3d，HRT為5h的運行條件下，COD去除率達(dá)到67 %，總懸浮固體去除率為90 %，脂類去除率為85 %，在顆粒污泥上沒有脂類物質(zhì)的積累27 。（2）厭氧內(nèi)循環(huán)(IC)：內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器于20世紀(jì)80年代中期由荷蘭PAQUES公司開發(fā)成功，并推入國際廢水處理工程市場，可用于處理土豆加工、啤酒、檸檬酸等廢水。IC反應(yīng)器是基于UASB反應(yīng)器顆?；腿喾蛛x器而改進(jìn)的新型反應(yīng)器，實際上相當(dāng)于兩個UASB反應(yīng)器的單元相互重疊而成。它分為兩部分，底部為極端的高負(fù)荷；上部為低負(fù)荷。此反應(yīng)器由混合部分、膨脹床部分、精處理部分和回流部分組成。全球已建成的IC厭氧反應(yīng)器大部分用于處理啤酒廢水。我國于1996年引進(jìn)IC技術(shù)以來，到目前已有多家國內(nèi)啤酒廠采用了該技術(shù)，上海富士達(dá)啤酒廠采用容積400m3，高為20.5m，進(jìn)水COD為2g/ L；SS為0.10.6g/ L ；pH為410，HRT為2h，容積負(fù)荷15kgCOD/m3d，COD去除率在80 %以上28 。在荷蘭IC厭氧反應(yīng)器被選為處理大型啤酒廠廢水的工藝。經(jīng)過一年的運行，這套工藝系統(tǒng)對于總COD的去除率為80%，可溶性COD的去除率為93.5%。IC系統(tǒng)的平均容積負(fù)荷為14 kg/(m3d)。（3）升流式厭氧污泥床過濾器(UBF)：該工藝是由美荷Biothane系統(tǒng)國際公司所開發(fā)的一種新型反應(yīng)器，它是介于流化床和UASB反應(yīng)器之間一種反應(yīng)器?？梢栽跇O高的水和氣體的上升流速(二者都可達(dá)到57m/h)下產(chǎn)生和保持顆粒污泥，所以不用采用載體物質(zhì)。由于高的液體和氣體上升流速造成進(jìn)水和污泥之間的良好混合狀態(tài)，因此系統(tǒng)可以采用1530kg/(m3d)的COD負(fù)荷，COD去除率為60%95%29。（4）厭氧序批反應(yīng)器(ASBR)：20世紀(jì)90年代，美國Dague等人將好氧生物處理的SBR工藝用于厭氧生物處理，開發(fā)了厭氧序批式活性污泥法(ASBR)。ASBR工藝目前仍處于試驗階段，其特殊的間歇操作方式在理論上能夠獲得比連續(xù)進(jìn)水的普通厭氧活性污泥法更高效的生物絮凝(甚至顆?；?和固液分離效果。ASBR具有固液分離效果好，出水澄清；運行操作靈活，處理效果穩(wěn)定；工藝簡單，占地面積少；建設(shè)費用低，耐沖擊負(fù)荷，適應(yīng)性強(qiáng)；溫度影響小，適應(yīng)范圍廣；污泥性能好，處理能力強(qiáng)特點。ASBR反應(yīng)器能夠在565范圍內(nèi)有效操作，尤其是能夠在低溫和常溫(525)下處理低濃度(COD90%。（5）折流式厭氧反應(yīng)器(ABR)：ABR(Anaerobic Baffled reactor)反應(yīng)器是由美國Stanford大學(xué)的McCarty等人于20世紀(jì)80年代初在厭氧生物轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器的基礎(chǔ)上改進(jìn)開發(fā)的。ABR反應(yīng)器是在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置一系列垂直放置的折流擋板，反應(yīng)器被分格成幾個串聯(lián)的反應(yīng)室，每個反應(yīng)室都可以看作一個相對獨立的上流式污泥床(Upflow SlugeBed，USB)，折板引導(dǎo)水流上下流動通過整個反應(yīng)器，廢水中的有機(jī)基質(zhì)通過與微生物充分的接觸而得到去除。由于廢水流動和沼氣上升的作用，反應(yīng)室中的污泥上下運動，但是由于污泥自身的沉降性能和折板的阻擋，污泥在水平方向的流速很慢，反應(yīng)器在整體上接近推流式工藝30 。（6）厭氧遷移式污泥床反應(yīng)器(AMBR)：美國愛荷華州大學(xué)Dague和Angenent 教授于1995年在研究UASB和ASBR兩種反應(yīng)器的基礎(chǔ)上開發(fā)了一種新型厭氧工藝厭氧遷移式污泥床反應(yīng)器。AMBR的結(jié)構(gòu)形式多樣，AMBR的結(jié)構(gòu)類似與ABR。AMBR工藝類似ABR工藝，在每個格室里增加了機(jī)械攪拌，通過周期性改變進(jìn)出水的方向來保持大量的污泥，使每個上流式污泥床保持一致，AMBR 處理工藝在15和20時處理脫脂干牛奶，水力停留時間412h，有機(jī)負(fù)荷為1.03.0kgCOD/ m3d，在更高COD負(fù)荷，在15時COD的去除率為59%；在20時，COD負(fù)荷為1.02.0kgCOD/ m3d，COD的去除率為8095%31 。（7）上流式分段污泥床：上流式分段污泥床反應(yīng)器是在UASB反應(yīng)器的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，與UASB反應(yīng)器相比，它是在反應(yīng)器內(nèi)豎向增加了多層斜板代替UASB裝置中的三相分離器，使整個反應(yīng)器被分割成多個反應(yīng)區(qū)間，每個反應(yīng)區(qū)間的產(chǎn)氣分別經(jīng)水封后逸出，相當(dāng)于多個UASB反應(yīng)器串聯(lián)而成。荷蘭Van Li