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上流式厌氧污泥床(UASB)反应器处理屠宰场废水

摘要

屠宰场的废水是受到严重污染的水体。它含有高浓度的油脂、磷、氮、有机物和悬浮物。本次研究的目的是研究UASB反应器处理屠宰场废水的能力，并确定最佳水力停留时间(HRT)。本研究主要针对上流式厌氧污泥床(UASB)反应器中屠宰场废水的处理，在这些反应器当中，污水上升缓慢，这个特点使得在污水中可以形成悬浮污泥床。污泥颗粒将会聚集在液体表面，而厌氧细菌将会以存留在污水中的有机物为食，在这个适宜的环境下，它们会活跃起来。本次研究内容包括在恒定温度(30plusmn;1)℃下，研究水力停留时间(HRT)对上流式厌氧污泥床反应器处理效率的影响。实验结果表明，当废水温度固定在(30plusmn;1)℃时，上流式厌氧污泥床反应器对高浓度COD(化学需氧量)有较好的去除效果。上流式厌氧污泥床反应器的化学需氧量的去除效率与水力停留时间值变化规律相匹配，水力停留时间值为(6、12、18、24、30、36)小时时，化学需氧量的去除效率分别为(35.78%、48.93%、56.15%、71.3%、76.33%、83.37%)。

关键词:厌氧生物处理，UASB反应器，屠宰场

介绍

如果我们不对其加以处理，工业生产排放的高有机负荷废水将会成为世界上环境污染影响最大的起因之一。它将会污染地下水，并且如果它在没有经充分处理的情况下就直接排放到地下污水管网之中，这时就会导致污水处理厂[1]的有机物处理和水力负荷的增加。这可能会导致污水处理厂出现设备问题，从而导致处理效率下降。

尽管阿拉伯叙利亚共和国的所有省都有屠宰场，但仍有屠宰场并没有设置污水处理厂来处理这些屠宰场的废水。这些废水污染相当严重，因此我们寻找最为恰当的处理方式方法就变得至关重要。

本研究旨在探讨UASB反应器处理屠宰场废水的效率相关情况。其最终目的是确定最佳水力停留时间，并且分析污染物去除过程的效率。

在这儿之所以要选择上流式厌氧污泥床反应器，是因为它不仅降低了污水高有机负荷的特点，而且上流式厌氧污泥床反应器建造成本低廉，运行的条件适合叙利亚的气候条件，而且使用这个设备我们能够比较容易的生成CH₄，而甲烷又可以用以生产电力和用于制造热能。

我们希望本研究的结果有助于解决屠宰场废水对环境造成的影响所导致的污染问题。我们希望能够确定最优上流式厌氧污泥床反应器的运行情况用于改良屠宰废水的处理。

厌氧处理是一个生物处理过程。它是在没有氧气的情况下，能够稳定地将有机物质转化为甲烷和产生无机最终产品，如二氧化碳和氨气 [2]。

厌氧处理是用于处理高有机物负荷废水中的最重要的方法之一。厌氧生物反应器可以在空气反应堆五至十倍有机负荷之下进行处理反应。这各特点可以减少用于处理废水所建造的反应堆的实际大小。这也代表着厌氧处理是食品工业废水和处理屠宰场废水最适合的的处理方法的选择[4]。

复杂大分子在废水的转化的结果是转化成为最终产物，这最终产物包括了甲烷和二氧化碳这些物质。甲烷和二氧化碳的生成是通过一系列代谢阶段的调节，这个过程的具体控制则是由几组微生物进行调控的。

Gujer和Zehnder(1983)确定了七个不同的厌氧消化过程中的国内存在的污泥[2]:

1 -水解。

2-氨基酸和糖的厌氧发酵。

3-长链脂肪酸和醇的厌氧氧化。

4-中间产物的厌氧氧化(短链脂肪酸，如丙酸盐和丁酸但是乙酸除外)。

5-醋酸盐由氢和碳生产二氧化物

6-醋酸产生甲烷。

7-由氢和碳产生甲烷二氧化物

产生能量的典型反应表达式主要是以下列出的集中种类 [5]:

(1)4H₂ CO₂→CH₄ 2H₂O

(2)4HCOOH→CH₄ 3CO₂ 2H₂O

(3)CH3COOH→CH₄ CO₂

(4)4CH₃OH→3CH₄ CO₂ 2H₂O

(5)4(CH₃)3N H₂O→9CH₄ 3CO₂ 6H₂O 4NH₃

产甲烷细菌的有效利用效率是受富硫酸盐废水中硫酸盐和硫酸氧化物存在的影响。这应该在设计处理富含硫元素的污水中的厌氧生物处理单元时纳入考虑的范围之中。高浓度的硫酸盐富集将会降低厌氧生物处理的效率[6]。

在厌氧反应器中，维护充足产甲烷数目是维持该处理系统稳定的关键所在。除了通常监测参数，如化学需氧量的去除率，VFA等级和沼气的含量、数量和组成;那些特殊性的产甲烷活性SMA试验在厌氧污泥处理中的表现越来越重要。[7]

在上流式厌氧污泥床反应器中，废水从反应堆的底部往上方漂浮，并被是由生物形成颗粒的污泥层所携带上来[8]，颗粒在上流式厌氧污泥床（UASB)反应器代表了在甲醇处理之中的一个关键废水处理技术问题。[9]

上流式厌氧污泥床反应器包含两层：其中污泥的第一层被称为污泥床，位于反应堆的下部，而第二层则被称为污泥毯，是位于最上面的第一层——具体情形见图(1)。

上流式厌氧污泥覆盖层(UASB)反应堆已经成功地应用于处理工业废水和生活废水。上流式厌氧污泥床没有设置机械设备，不过上流式厌氧污泥床反应器并不需要初级沉淀和污泥增稠剂，一般而言污泥产量很低，并且具有良好的沉降特性和经济效益[10]，污泥床占反应堆总容积的30% ~ 60%。而总容量的20%到30%则是由污泥毯所占据着，而气-液-固GLS分离器占据了整个空间剩余总量的15%至30%。

利用常规上流式厌氧污泥床生产的沼气生物反应器中含有67%的甲烷(24,963.53kJ / m³) [11]。

气-液-固(GLS)分离器的作用是将固体颗粒从容器中从液体和气体当中分离出来，同时允许液体和气体离开系统。反应堆的最大高度是约8米，但在实际使用中适宜的使用高度一般是在4.5到6米之间。[12]

上流式厌氧污泥床反应器还可以去除重金属，高热上流式厌氧污泥床反应器与中温上流式厌氧污泥床反应器相比实现了去除率提高10-15%的优异成果。 [13]

在重金属去除不明显的情况下值得注意的是，从生物反应器中产生的气体具有很大的提高去除率的潜力。在这种情况下细菌在含有重金属的培养基中生长，由于吸附重金属而引起的部分脱附生物质。为了能够尽量减少重金属对细菌的毒性作用，这样的适应作用可以做到更好，细菌也能够通过这种部分脱附生物质的方法来获得更好的适应性。[14]

方法

本文中所有的实验都是根据标准测试方式而得出的[15]，这些检查的标准方法适用于污水、工业等领域分析。

2.1．实验反应器上流式厌氧污泥床反应器设计:

实验室实验是在电抗器采用镀锌铁板，总高度130厘米。水位最高处为120厘米，并且留下了10厘米用于充当废水表面以上的自由高度。反应器周围污泥床的最大直径是15厘米反应器周围的废水处理出水区是30厘米。这部分的高度为32厘米如图(2)和(3)所示。在气体分离区的上部增加上流式厌氧污泥床反应器的直径，从上到下降低了被处理物在待处理废水的垂直下落速度，同时也防止污泥流入到用流式厌氧污泥床反应器处理的废水之中，并且能够从待处理废水中分离出气体气泡。

实验用设备的纵向剖面图如图(2,3)所示。原始的屠宰场的废水来自给料池的最原始的废水(1)通过一个小型加药泵(2)再通过上流式厌氧污泥床反应器(5)的进料管道(3) 上流式厌氧污泥床反应器，它实际上是一个圆柱体，废水从底部自然地流到顶部。上流式厌氧污泥床的反应器(5)具有向内排放气体(9)的管道接收罐(10)。还有一个圆顶分离气体(4)。

废水保持在30plusmn;1摄氏度的温度下通过恒温器(6)使温度升高在研究中，这个温度对于厌氧细菌的自然生长是十分适宜的。这也是一个理想的温度，因为叙利亚的气候温度条件刚好可以以极低的能耗或不需要外加能量来维持全年的污水处理器供暖。

在处理器中还设置有一根管道(7)用来抽走剩余的污泥。如果需要的话，我们还可以使用阀门(8)来轻松采取来自污泥床的样本。(11)是已经处理过的污水的出口和，(12)为输送管道，该管道会将处理过的废水从上流式厌氧污泥床反应器将已经处理后的废水输送到一个小水箱 (13)。

此处直径为30厘米的反应堆在本段所能处理的污水量是18升。而在去除部分处理器的体积剩下的部分是15.9升，所以上流式厌氧污泥床反应器所能够处理的总的体积废水为33.9升。而这个反应堆的实际总容量核算为是41升。

2.2。屠宰场的特点研究中使用的废水:

屠宰场处理的效率是我们研究的重点，我们重点考察了阿勒颇屠宰场的废水在上流式厌氧污泥床反应器中处理之后所获得的效果进行了研究。具体来说，我们的这项研究关注的是改变水力停留时间对污染物去除率的影响，同时我们还做了别的条件控制，比如当产生的废水温度升高时上流式厌氧污泥床反应器内部保持恒定(30plusmn;1)°C。

未处理屠宰场的实际废水各项指标细节如下表所示:

该污水处理厂进水中各指标所表现出来的浓度值的变化代表着污染的变化，该处理厂的污水污染程度的变化是由每天屠宰的羊的数量所决定的。有时在一天会宰羊100只以上，而在另一天约300只以上，所以所屠宰的羊的数目越高，在当天屠宰场所排放的废水中污染物浓度也就会越高，相似的结果可以从表(1)中的参数对比得到[16][17][18]。

3.结果与讨论

水利停留时间改变会影响上流式厌氧污泥床反应器的效率，反应的条件是在恒定的温度条件下(30plusmn;1)℃:在上流式厌氧污泥床反应器中水力停留时间从6小时调整到12小时，18小时，24小时，30小时，和36个小时。实验中的水流是连续的不间断的。结果如下表所示:

表2。水力学效应研究结果保留时间对处理效果的影响式中:i在参数的末尾表示未处理进入反应器的屠宰场废水，其中e:指经处理后的屠宰场废水离开反应堆。

前面的表的结果还可以通过使用以下曲线来进行表示:

总结表(2)和表(2)中的结果图(4及5):

1- 当水力停留时间增加时，COD去除率是随着时间增加而增加。当HRT增加从24小时增加至36小时，增加上流式厌氧污泥床反应器的容积为50%，平均COD去除率提高10.27%。

2- COD去除率降低为24.17%当水力停留时间从24小时减少到12小时。因此，24小时的水力停留时间值可以是为最优经济时间，当水的温度30⁰C，用于屠宰场处理上流式厌氧污泥床反应器中的废水。任何将水力停留时间减少到低于最优经济水力停留时间将的显著减少COD去除率。在超出水力停留时间的最优值之后水力停留时间的任何增加将伴随出现通过逐步提高处理效率[7]。

3 – 水力停留时间为24H时COD的去除率24小时为75.4%，这与参考号码(12、19)。

以达到去除效率大于73.1%，建议再建立一个具有相同HRT值(即24)的UASB反应器这样反应堆才能按顺序运行。这意味着从第一次排放的废水上流式厌氧污泥床反应器可接入第二个上流式厌氧污泥床反应堆。这种方法(两个序列的上流式厌氧污泥床反应器)比增加HRT更可取只有一个反应堆。这将实现优秀，高效经济的去除效率。结果表明，最佳的HRT达到了很好的效果去除COD的最佳时间是36小时。在这个荷尔蒙替代疗法,COD去除率为83.37%与HRT相比并不经济= 24小时。利用上流式厌氧污泥床反应器的主要目的是屠宰废水的处理是达到良好的COD去除率显著减少后续的有机负荷处理阶段。

4- 水力停留时间与COD的关系去除率可以用曲线表示如图(5)所示，因此我们可以写出以下方程:

(COD)r = -0.0682times;HRT² 4.6882times;HRT

(COD)r:是COD的百分比去除率

水力停留时间：估计为0到36小时。

5- TSS的总去除值范围为水力停留时间=6小时时43.04%，UASB 64.94%当水力停留时间= 36小时。TSS的去除效率与反应器内的水力停留时间成比例，也可以是垂直速度反应器污泥床。水利停留的时间越长反应堆的垂直速度越低，这更有效的去除悬浮物材料。

6 - TS总去除值范围为如图(3)和表所示，24.63%至65.68%这些不同的效果的原因是污泥流出不均匀。样本处理过的废水取自UASB反应器内未受沉降影响的独立的阶段，所以如果污泥的量在UASB反应堆增加，它会增加不规律的流出的可能性，所以其他人也跟着处理从UASB流出的阶段是必要的，用以确保对所有污染物的良好去除效率。去除效率的值总溶解固体的。去除TS和TDS比率总是相似的。本次研究了厌氧处理的效果生物处理在上流式厌氧污泥床反应器上进行TDS、TSS、TS的去除率屠宰场废水。开展这项研究的动机主要是过去的研究已经检验了去除UASB反应器中的COD。在那里似乎缺乏对TDS上上流式厌氧污泥床反应器的生物处理TSS和TS其影响的研究。

7-污泥床内垂直流速为上流式厌氧污泥床反应器适用于所有HRTs0.0532 - -0.32 m / h。这些值对应于Makarand Ghangrekar推荐的值[12]，并已被证明适合实现UASB反应器的污染物去除效果好，特别是在低速时。为了达到UASB对污染物的去除效果好反应器内的最佳水力停留时间UASB反应器应实现与垂直污泥床内

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