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学位论文

ASBR-SBR工艺处理高浓度有机废水的

实验研究

×××

导师姓名：×××教授 申请学位级别：工学硕士

专业名称：生物质转化与利用技术

1

论文提交日期：2007年4月10日 答辩日期：2007年6月18日 所 在 单 位：东北农业大学工程学院 学位授予单位：东北农业大学

学位授予日期：

答辩委员会主席：×××

2007年6月20日

教授

Classified Index: U.D.C:

Dissertation for the Master Degree

STUDY ON THE EFFICIENCY OF ASBR-SBR PROCESS FOR THE CONCENTRATED WASTEWATER

TREATMENT

3 Candidate: Supervisor:

Academic Degree Applied for: Speciality: Date of Oral Examination: University:

××× Prof.×××

Master of Engineering Transformation and Utilization of Biobass Engineering June, 2007

Northeast Agricultural University

目 录

中文摘要 ............................................................................................................................................ I 英文摘要 ............................................................................................................................................ i 1 引言 ................................................................................................................................................ 1 1.1 研究的目的和意义 .................................................................................................................1 1.2 本研究的主要内容 .................................................................................................................5 2 ASBR和SBR工艺的研究现状 .......................................................................................................6 2.1 ASBR工艺 ...............................................................................................................................6 2.1.1 ASBR的特点 ....................................................................................................................6 2.1.2 ASBR工艺的发展及应用现状 ........................................................................................8 2.2 SBR工艺的特点 ......................................................................................................................9 2.3 ASBR-SBR工艺的研究现状 ................................................................................................ 11 3 实验装置、材料、仪器与方法 ..................................................................................................13 3.1 ASBR-SBR系统实验装置 ....................................................................................................13 3.2 实验材料 ...............................................................................................................................14 3.3 试验仪器 ...............................................................................................................................14 3.4 各指标的测定方法 ...............................................................................................................15 3.5 实验数据处理方法 ...............................................................................................................15 4 35℃时ASBR处理高浓度有机废水的研究 ................................................................................16 4.1 实验的目的和意义 ...............................................................................................................16 4.2 试验设计 ...............................................................................................................................17 4.3 试验结果与分析 ...................................................................................................................18 4.3.1 ASBR反应器处理牛粪启动的研究 ..............................................................................18

4.3.2 有机负荷对处理效果的影响 ........................................................................................20 4.3.3 进料浓度对处理效果的影响 ........................................................................................28 4.3.4 搅拌对处理效果的影响 ................................................................................................34 5 不同温度时ASBR处理高浓度有机废水的实验研究 ................................................................31 5.1 实验的目的和意义 ...............................................................................................................31 5.2 试验设计 ...............................................................................................................................31 5.3 试验结果与分析 ...................................................................................................................32 5.3.1 日产气量的变化 ............................................................................................................32 5.3.2 单位VS产气量的变化 .................................................................................................33 5.3.3 容积产气率的变化 ........................................................................................................34 5.3.4 气体成分的变化 ............................................................................................................34 5.3.5 pH值的变化 ...................................................................................................................35 5.3.6 COD，SCOD去除率和TS，VS去除率的变化 .........................................................36 5.4 小结 .......................................................................................................................................36 6 室温时ASBR处理高浓度有机废水的探索研究 ........................................................................37 6.1 实验的目的和意义 ...............................................................................................................47 6.2 试验设计 ...............................................................................................................................37 6.3 试验结果与分析 ...................................................................................................................38 6.3.1 搅拌对处理效果的影响 ................................................................................................38 6.3.2 有机负荷对处理效果的影响 ........................................................................................38 7 35℃时ASBR-SBR系统处理高浓度有机废水的实验研究 ........................................................44 7.1 实验的目的和意义 ...............................................................................................................44 7.2 实验设计 ...............................................................................................................................44 7.3 实验结果与分析 ...................................................................................................................45

8 结论 ..............................................................................................................................................46 致谢 ..................................................................................................................................................47 参考文献 ..........................................................................................................................................48 附录 ..................................................................................................................................................52 攻读硕士学位期间发表的学术论文 ..............................................................................................53

CONTENTS

Chinese Abstract ............................................................................................................................... I English Abstract ................................................................................................................................. i 1 Introduction .................................................................................................................................... 1 1.1 Purpose and Significancy .......................................................................................................1 1.2 Contents of Research ..............................................................................................................5 2 Current Situation of Study on ASBR and SBR ...........................................................................6 2.1 ASBR ........................................................................................................................................6 2.1.1 Characteristic of ASBR ...................................................................................................6 2.1.2 The Developing and Application Situation of ASBR .....................................................8 2.2 Characteristic of SBR .............................................................................................................9 2.3 Current Situation of Study on ASBR-SBR ......................................................................... 11 3 Apparatuses, Materials and Methods for Experiments ............................................................13 3.1 Aparatus for ASBR-SBR ......................................................................................................13 3.2 Experimental Materrial........................................................................................................14 3.3 Experimental Aparatuses and Reagent ...............................................................................14 3.4 Measuring Methods of Indexes ............................................................................................15 3.5 Methods of Manage Experimental Data .............................................................................15 4 Study on the Treatment of Concentrated Cattle Wasterwater with ASBR at 35℃ ................16 4.1 The Purpose and Significancy of The Experiment .............................................................16 4.2 The Design of The Experiment ............................................................................................17 4.3 The Result of The Experiment and The Analyses ..............................................................18 4.3.1 Study on Start-up of ASBR ............................................................................................18

4.3.2 Effect of Different OLR on Disposing ..........................................................................20 4.3.3 Effect of Different Feeding Conentration on Disposing .............................................28 4.3.4 Effect of Different Modes Churnning up on Disposing ..............................................34 5 Study on the Treatment of Concentrated Cattle Wasterwater with ASBR at Different

Temperature ...................................................................................................................31

5.1 The Purpose and Significancy of The Experiment .............................................................31 5.2 The Design of The Experiment ............................................................................................31 5.3 The Result of The Experiment and The Analyses ..............................................................32 5.3.1 Variation of Gas Production Per Day ...........................................................................32 5.3.2 Variation of VS Gas Production ....................................................................................33 5.3.3 Variation of Volume Gas Productivity..........................................................................34 5.3.4 Variation of Content of Biogas ......................................................................................34 5.3.5 Variation of PH ...............................................................................................................35 5.3.6 Variation of Removal Rates of COD、SCOD、TS、VS............................................36 5.4 Summary ...............................................................................................................................36 6 Study on the Treatment of Concentrated Cattle Wasterwater with ASBR at Room

Temperature...................................................................................................................37

6.1 The Purpose and Significancy of The Experiment .............................................................37 6.2 The Design of The Experiment ............................................................................................37 6.3 The Result of The Experiment and The Analyses ..............................................................38 6.3.1 Effect of Different Modes Churnning up on Disposing ..............................................38 6.3.2 Effect of Different OLR on Disposing ..........................................................................38 7 Study on the Treatment of Concentrated Cattle Wasterwater with ASBR-SBR at 35℃.......44 7.1 The Purpose and Significancy of The Experiment .............................................................44

7.2 The Design of The Experiment ............................................................................................44 7.3 The Result of The Experiment and The Analyses ..............................................................45 8 Conclusion ....................................................................................................................................46 Acknowledgement ...........................................................................................................................47 Reference .........................................................................................................................................58 Apendix ............................................................................................................................................52 Academic Paper Published During The Master Degree ..............................................................53

独 创 声 明

本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其

他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得

（注：如没有其他需要特别声明的，本栏可空）或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

学位论文作者签名： 日期： 年 月 日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）

学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 导 师 签 名： 日期： 年 月 日

摘 要

随着养殖业的迅速发展，畜禽粪大量堆积造成的环境污染问题已日益严重，通过厌氧发酵技术解决这一环境问题显示了良好的应用前景。厌氧序批式反应器（ASBR）能在控制较短的水力停留时间（HRT）同时保持较长的固体停留时间（SRT），较短HRT就意味着更小的反应器和更好的经济性。但由于ASBR和其它的厌氧处理方法一样不能去除氮，所以结合序批式反应器（SBR）去除污染物和氮。

本论文进行了四个方面的研究分别是：（1）35℃时ASBR处理高浓度有机废水的实验研究；（2）不同温度时ASBR处理高浓度有机废水的实验研究；（3）室温时ASBR处理高浓度有机废水的探索；（4）对ASBR-SBR工艺在35℃时处理高浓度有机废水进行了实验研究，分析各因素在实验过程中对各指标的影响。研究内容及成果主要包括以下几个方面：

1. 在35℃时对ASBR反应器进行不同有机负荷的测试，实验结果表明有机负荷为6g VSLd时，综合效果最好。此时，容积产气率为2.09 LLd，单位VS产气量为0.35 Lg VS，COD去除率和SCOD去除率33.74%和70.43%，TS去除率和VS去除率分别为31.16%和34.46%，CH4的含量82.10%。

2. 在35℃时对ASBR反应器测试了三种不同的进料浓度，实验结果表明在进料浓度46gVSL和61.2gVSL时，甲烷产量几乎相同，前者COD去除率和SCOD去除率稍高于后者，后者TS去除率和VS去除率较高，而且高浓度进料所需配水较少，所以综合效果进料浓度为61.2gVSL较好。

3．在35℃有机负荷为6gVS(L·d)时对ASBR反应器测试了三种不同的搅拌方式，实验结果表明以3min30min的搅拌方式。

4．在本实验条件下探讨了ASBR反应器在35℃，30℃，25℃，21℃变化时处理牛粪的不同效果和产沼气情况，从处理效果看，30℃时各指标的去除率接近35℃时的，21℃时各指标的去除率除SCOD外均略优于25℃时的。所以，各个温度的适用性应根据具体情况来选择，如果想降低能量消耗的同时保证处理效果，30℃时ASBR反应器的运行效果最好；如果

是以降低能量消耗为主，处理效果为辅的话，21℃时ASBR反应器的运行效果要比25℃时的要好。

5. 在21℃时对ASBR反应器测试了3种有机负荷，从4～6gVS(L·d)，实验结果表明在有机负荷为5gVSLd时日产气量最高而且处理效果较好。在有机负荷为5gVS(L·d)时，日产气量、单位VS产气量、容积产气率最大分别为28.12Ld、0.18LgVS、1.08L(L·d)，pH稳定在7.02左右基本不变，CH4的含量最高。

6. 在21℃有机负荷为6gVS(L·d)时对ASBR反应器测试了三种不同的搅拌方式，实验结果表明以搅拌方式3min30min的搅拌方式。

7. ASBR有机负荷为6gVS(L·d)，SBR采用分段进料，对ASBR-SBR工艺处理高浓度牛粪废水进行了实验研究。实验结果表明，ASBR可以很好的去除有机物，SBR生物脱氮效果明显，两种工艺结合可以很好的互相弥补各自工艺的缺点，ASBR-SBR工艺获得了较高的污染物去除率，COD去除率和SCOD去除率分别为58.72%和73.22％，NH3-N的去除率较高，达到了94.37%。SBR出料中NO2-N，NO3-N含量比较理想。

关键词：厌氧发酵；ASBR；SBR；高浓度有机废水；有机负荷；去除率

Study on the Efficiency of ASBR-SBR Process for the

Concentrated Wastewater Treatment

Abstract

With the development of stockbreeding industry, production of dung of animal waste as a reliable energy resource is a promising technology to deal with these problems. Anaerobic sequencing batch reactors (ASBR) can get shorter time (HRT) which means smaller reactor needed and better economic effect, and keep longer solid retention time (SRT). As other anaerobic treatment technology, ASBR can not remove nitrogen, so sequencing batch reactor (SBR) is added.

In this thesis four aspects are studied. The first one is the study on the treatment of the treatment of organic wastewater by ASBR at different temperature. The third one is the study on the treatment of organic wastewater with ASBR at room temperature. The last one is the study on the treatment of organic wastewater with ASBR-SBR at 35℃. The effect of factors on the index is analysed. The following conclusions are achieved.

1. Study on the different organic loading rate (OLR) with ASBR at 35℃. The results indicate that optimal effects are achieved when the OLR is 6gVS(L·d), the volume gas productivity is 2.09 L(L·d), VS gas productivity is 0.35LgVS, the removal of COD and SCOD are 33.74% and 70.43%, the removal of TS and VS are 31.16% and 34.46%, the content of CH4 in biogas is 82.10%.

2. Study on the three different influent concentrations with ASBR at 35℃. The results indicate that when the influent concentration is 46gVSL and 61.2gVSL, the biogas yield is almost the same. Compare the removal of COD and SCOD, the formal is better, but the latter one achieves the better removal of TS and VS.

3. Study on the three different churn up fashion with ASBR at the OLR of 6gVS(L·d) at 35℃. The results indicate that the removal of VS is lower when churn up fashion is 3min the other items. Because of the longevity of the gas pump, the fashion of 1.5min30min is choosed.

4. the effect of treatment of dairy wastewater with ASBR at 35℃、30℃、25℃ and 21℃ is studied. The removals of all items at 30℃ are adjacent to those at 35℃. The removals of all items at 21℃ are better than those at 25℃ except the SCOD. In view of low energy and better treatment effect, the optimal temperature is 30℃. And if just considering the lower energy cost, 21℃ is the optimal temperature.

5. Study on three different OLR with ASBR at 21℃, from 4 to 6gVS(L·d). The results indicate that when the OLR is 5gVS(L·d), the gas yield is best and the treatment effect is better. the gas productivity、VS gas productivity and volume gas productivity are all the best, they are28.12Ld、0.18gVS(L·d) and 1.08L(L·d). the PH is maintained at 7.02, the content of CH4 in biogas is the the three different churn up fashion with ASBR at the OLR of 6gVS(L·d) at 21℃. The results indicate that the removal of TS and VS is lower when churn up fashion is 3min the other items. Because of the longevity of the gas pump, the fashion of 1.5min30min is choosed.

7. The OLR of ASBR is 6gVS(L·d) and the SBR is supplied discontinuously. The treatment of dairy wastewater with ASBR-SBR technics studied. The results show that ASBR is quite suit to the removal of organic, and SBR can achieve obvious effect of biological denitrification. ASBR-SBR technics can get , the removal of COD and SCOD are 58.72% and 73.22%, respectively. The removal of NH3-N achieves 94.37%, the content of NO2-N and NO3-N in the effluent are perfect.

Key words: anaerobic fermentation; ASBR; SBR; organic wastewater; organic loading rate; removal rate

Candidate: ×××

Speciality: Transformation and Utilization of Biobass Engineering

Supervisor: Prof.×××

1 引言

1.1 研究的目的和意义

能源是人类生存和发展的重要物质基础，生产力的发展和能源有着极为密切的关系，因此能源问题是现实社会中一个具有战略意义的重要问题。

自从进入20世纪，世界能源消费增长很快，1900年全世界能源的总消费量相当于7.75亿吨标准煤，到1980年就达到了大约100亿吨标准煤。从能源结构来看，20世纪60年代以前大量应用的能源是煤、石油、天然气。由于石油的开发和利用，60年代石油用量急剧增加，在20世纪70年代末，石油和天然气的消耗量接近全世界能源消耗总量的70%左右。世界已探明的石油储量约为3000亿吨，按现在每年开采40亿吨的水平计算，现有储量只够开采70年。煤的可开采储量为6800亿吨，以目前每年消耗煤炭35亿吨计算，可供全世界使用200年。煤、石油、天然气等常规能源日趋枯竭，开发、研究新能源已是世界各国亟待解决的问题。

我国是能源资源严重短缺的国家。石油、天然气人均剩余可采储量仅有世界平均水平的7.7％和7.1％，储量比较丰富的煤炭也只有世界平均水平的58.6％。按目前探明储量和开采能力测算，我国煤炭、石油、天然气的可采年限分别只有80年、15年和30年，而世界平均水平分别是230年、45年和61年。一个国家的国民生产总值和能源消耗量大致成线性关系，按21世纪前50年内国民经济总产值翻两番的构想和专家的预测，到2050年我国能源的总需求量大约是50亿吨标准煤，而我国的能源资源和生产能力大致只能提供总需求量的80%左右。近年来能源消费急剧增长，供需矛盾日益突出，已经成为我国经济持续发展的最大制约，直接威胁国家经济安全。发展新能源和新能源转化技术对我国经济建设是一个非常重要的课题。

人类能够长久依赖的未来能源，必须是储量丰富、可再生利用、无环境污染。生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量

第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计，生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分，到本世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40％以上。大力开发生物质资源，对于改善我国以石化燃料为主的能源结构，延长石化燃料使用时间，改变能源的生产方式和消费方式，建立持续发展的能源系统，促进社会经济的发展和生态环境的改善具有重大意义。

生物质能开发和利用得到了人们广泛的关注和世界各国政府的重视，但生物质能源的种类很多，目前正在应用或研究中的生物质能源主要有沼气、生物质燃气（秸秆气化）、生物发酵制取氢气等气体燃料；燃料乙醇、生物柴油、生物质裂解液化等液体燃料；炭棒、木炭砖、颗粒燃料等固体燃料。可见生物质能源的种类很多，但目前技术比较成熟、马上可以实现产业化的并不多，大多停留在研究阶段。液体燃料中的燃料乙醇目前已经在使用，但仅以淀粉、糖类为生产原料的话，其产量不会有大的突破，以纤维生产燃料乙醇、以动植物油或其废弃油生产生物柴油虽然还存在许多技术以及成本等问题，但在国外有产业化实例，随着技术的进步和研究的深入，相信相关问题会得到解决进而实现产业化；生物质裂解由于耗能巨大，目前在全球范围内还未见产业化实例；气体燃料中的沼气生产过程不但没有环境污染、而且可降解如农业秸秆、牲畜粪便、厨房垃圾等有机废弃物，并且生产过程不消耗其它能源，因此，是目前最有希望实现产业化的生物质能源之一，推动沼气的产业化和商品化进程，对发展生物质能源具有重大的现实意义。

目前，生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等，其中生物质能源的开发利用占有相当的比重。目前，国外的生物质能技术和装置多已达到商业化应用程度，实现了规模化产业经营，以美国、瑞典和奥地利三国为例，生物质转化为高品位能源利用已具有相当可观的规模，分别占该国一次能源消耗量的4％、16％和 l0％。在美国，生物质能发电的总装机容量已超过10000兆瓦，单机容量达10—25兆瓦；美国纽约的斯塔藤垃圾处理站投资2000万美元，采用湿法处理垃圾，回收沼气，用于发电，同时生产肥料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色

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