ABR-MBBR組合工藝處理制糖與造紙廢水的中試效能及機理探究一、引言1.1研究背景與意義制糖和造紙行業(yè)作為我國重要的工業(yè)支柱，在經(jīng)濟發(fā)展中扮演著舉足輕重的角色。制糖工業(yè)是農(nóng)產(chǎn)品加工領(lǐng)域的關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展不僅關(guān)乎農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收，還與食品、飲料等眾多下游產(chǎn)業(yè)緊密相連，為國民經(jīng)濟提供了不可或缺的基礎(chǔ)原料。近年來，隨著人們生活水平的提高，對食糖及含糖食品的需求持續(xù)增長，推動了制糖工業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國食糖產(chǎn)量在過去幾年中保持著穩(wěn)定的增長態(tài)勢，2023年全國食糖產(chǎn)量達到了[X]萬噸，同比增長[X]%，這反映出制糖工業(yè)在市場需求的拉動下具有較強的發(fā)展活力。造紙工業(yè)同樣是與國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活息息相關(guān)的重要基礎(chǔ)原材料產(chǎn)業(yè)，具有資金技術(shù)密集、規(guī)模效益顯著的特點，產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度強，能有效拉動上游林業(yè)、農(nóng)業(yè)、機械制造等行業(yè)發(fā)展，以及下游印刷、包裝、快遞物流等產(chǎn)業(yè)的繁榮。隨著我國經(jīng)濟總量的持續(xù)增長以及消費結(jié)構(gòu)的升級，紙及紙板的消費量穩(wěn)步上升。2023年我國紙及紙板生產(chǎn)量達到12965萬噸，較上年增長4.35％，消費量達到13165萬噸，較上年增長6.14％，人均年消費量為93.37千克，這表明造紙工業(yè)在滿足社會日益增長的用紙需求方面發(fā)揮著重要作用。然而，這兩個行業(yè)在生產(chǎn)過程中都會產(chǎn)生大量的廢水，對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。制糖廢水主要來源于制糖生產(chǎn)過程中的甘蔗清洗、榨汁、蒸發(fā)、結(jié)晶等環(huán)節(jié)，以及糖蜜綜合利用過程中產(chǎn)生的酒精廢水、味精廢水、酵母廢水等。這些廢水具有水量大、色度高、懸浮物含量大、有機物濃度高、組分復(fù)雜等特點，其中含有大量的糖類、蛋白質(zhì)、纖維素、果膠等有機物質(zhì)，以及氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素和少量的重金屬離子。若未經(jīng)有效處理直接排放，廢水中的有機物質(zhì)會在水體中發(fā)酵、氧化、分解，消耗大量的溶解氧，導(dǎo)致水體缺氧，使魚類、貝類等水生生物無法生存；廢水中的懸浮物會堵塞河道、影響水體的透明度，進而破壞水生生態(tài)系統(tǒng)的平衡；此外，廢水中的重金屬離子還會在生物體內(nèi)富集，通過食物鏈傳遞，對人體健康造成潛在威脅。造紙廢水主要來自造紙工業(yè)生產(chǎn)中的制漿和抄紙兩個過程，大體可分為制漿廢水、中段廢水及紙機白水三類。制漿過程中產(chǎn)生的蒸煮廢水（如堿法制漿的黑液和酸法制漿的紅液）屬于超高濃度有機廢水，含有大量的木質(zhì)素、纖維素、碳水化合物的降解產(chǎn)物、色素、殘堿及其他溶出物；中段廢水是紙漿黑液被提取后，對紙漿進行洗滌和漂白產(chǎn)生的廢水，這部分廢水量大，總有機負(fù)荷高，是造紙廢水的主體部分，含有大量的纖維素、木質(zhì)素、無機堿、蛋白質(zhì)、單寧類等物質(zhì)，還含有二價硫，表現(xiàn)為堿度大、色度大、難降解物質(zhì)含量高、污染性強；抄紙過程中產(chǎn)生的白水主要含有細小纖維、填料和膠料等，雖然負(fù)荷較低，但如果大量排放，也會對環(huán)境造成一定的污染。造紙廢水若未經(jīng)妥善處理排入江河，會使河水濁黑、惡臭，水草不生，魚蝦滅跡，蚊蠅叢生，蛆蟲遍地，嚴(yán)重威脅沿岸居民的身體健康，造成痢疾、腸炎、疥瘡等疾病盛行，同時也不利于農(nóng)田灌溉和人畜飲水。傳統(tǒng)的廢水處理工藝在處理制糖和造紙廢水時存在諸多局限性。例如，活性污泥法對水質(zhì)、水量的變化較為敏感，抗沖擊負(fù)荷能力較弱，容易出現(xiàn)污泥膨脹、污泥上浮等問題，導(dǎo)致處理效果不穩(wěn)定；生物膜法雖然具有耐沖擊負(fù)荷、泥齡長、剩余污泥少等優(yōu)點，但存在生物膜脫落難以控制、處理效率相對較低等問題；厭氧處理工藝如UASB（上流式厭氧污泥床）雖然能夠有效去除廢水中的有機物，但對廢水的預(yù)處理要求較高，且出水水質(zhì)難以直接達標(biāo)，需要后續(xù)的好氧處理工藝進行進一步處理。ABR-MBBR組合工藝作為一種新型的廢水處理技術(shù)，融合了ABR（厭氧折流板反應(yīng)器）和MBBR（移動床生物膜反應(yīng)器）的優(yōu)勢，具有良好的應(yīng)用前景。ABR具有獨特的折流式結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)廢水的逐級處理和生物相的分離，使其在處理高濃度有機廢水時具有較高的有機物去除率、較強的抗沖擊負(fù)荷能力和良好的污泥截留性能。MBBR則通過向反應(yīng)器中投加懸浮載體，增加了反應(yīng)器中的生物量和生物種類，使微生物生長的環(huán)境為氣、液、固三相，具有處理效率高、占地面積小、運行靈活等優(yōu)點。將ABR和MBBR組合起來，能夠充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，實現(xiàn)對制糖和造紙廢水的高效處理。通過ABR的厭氧處理階段，可將廢水中的大分子有機物分解為小分子有機物，降低廢水的有機負(fù)荷，提高廢水的可生化性；再通過MBBR的好氧處理階段，進一步去除廢水中的有機物、氮、磷等污染物，使出水水質(zhì)達到排放標(biāo)準(zhǔn)。本研究通過中試實驗，深入探究ABR-MBBR組合工藝在處理制糖和造紙廢水方面的性能和效果，對于推動制糖和造紙行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、解決環(huán)境污染問題具有重要的現(xiàn)實意義。一方面，該研究成果可為制糖和造紙企業(yè)提供一種高效、經(jīng)濟、可行的廢水處理技術(shù)方案，幫助企業(yè)降低廢水處理成本，提高廢水處理效率，實現(xiàn)達標(biāo)排放，從而減少企業(yè)因環(huán)境污染問題面臨的法律風(fēng)險和社會壓力，增強企業(yè)的市場競爭力；另一方面，從環(huán)境保護的角度來看，有效處理制糖和造紙廢水可以減少對水體、土壤和大氣等環(huán)境要素的污染，保護生態(tài)環(huán)境的平衡和穩(wěn)定，維護人類的健康和生存環(huán)境，促進經(jīng)濟與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1ABR在制糖和造紙廢水處理中的研究ABR作為一種高效的厭氧反應(yīng)器，在制糖和造紙廢水處理領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。在制糖廢水處理方面，諸多研究聚焦于ABR對不同類型制糖廢水的處理效果及運行特性。倪佳以實現(xiàn)ABR系統(tǒng)高效處理高濃度制糖廢水為目的，采用一個有效容積為28.75L的四格室厭氧折流板反應(yīng)器，分兩個時期進行研究。第一時期通過分階段提高進水COD的方法，研究ABR在啟動期的運行特征及進水COD濃度提高對系統(tǒng)廢水處理效能的影響；第二時期通過COD/HRT的同步調(diào)控，探討有機負(fù)荷率改變對系統(tǒng)運行特征和效能的影響。結(jié)果表明，在一定條件下，ABR系統(tǒng)能夠適應(yīng)進水COD濃度的變化并達到相對穩(wěn)定狀態(tài)，且投加微量金屬元素可提升系統(tǒng)的有機物去除能力。在造紙廢水處理中，ABR同樣展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。有研究針對草漿造紙中段廢水開展研究，分析ABR對中段廢水的處理工藝。在特定的試驗條件下，考察ABR對廢水中化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、懸浮物（SS）等污染物的去除效果。研究發(fā)現(xiàn)，ABR能夠有效去除中段廢水中的部分有機物，提高廢水的可生化性，為后續(xù)的好氧處理創(chuàng)造有利條件。此外，ABR的折流式結(jié)構(gòu)使其具有較強的抗沖擊負(fù)荷能力，能夠適應(yīng)造紙廢水水質(zhì)和水量的波動。1.2.2MBBR在制糖和造紙廢水處理中的研究MBBR在制糖和造紙廢水處理方面也有不少研究成果。在制糖廢水處理應(yīng)用中，有研究關(guān)注MBBR對制糖廢水中有機物和氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的去除效果。通過向反應(yīng)器中投加懸浮載體，增加微生物附著面積，強化微生物對污染物的降解作用。實驗結(jié)果顯示，MBBR能夠在較短的水力停留時間下，實現(xiàn)對制糖廢水中有機物的高效去除，同時對氮、磷的去除也有一定效果，出水水質(zhì)能夠滿足相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。在造紙廢水處理領(lǐng)域，MBBR工藝的應(yīng)用研究更為廣泛。梁洪指出，MBBR生物膜技術(shù)在污水處理領(lǐng)域已有超過20年的應(yīng)用歷史，在制漿造紙行業(yè)的污水處理中有近百個成功運行的業(yè)績。其原理是通過向反應(yīng)器中投加一定數(shù)量的懸浮載體，提高反應(yīng)器中的生物量及生物種類，從而提高反應(yīng)器的處理效率。由于填料密度接近于水，在曝氣時與水呈完全混合狀態(tài)，微生物生長環(huán)境為氣、液、固三相，這種獨特的環(huán)境使得MBBR在處理造紙廢水時，能夠有效克服傳統(tǒng)活性污泥法和固定床生物膜法的缺點，如污泥膨脹、生物膜脫落等問題。山東遠通紙業(yè)、揚州的永豐余紙業(yè)等采用MBBR工藝進行改造后成功運行，進一步證明了該工藝在造紙廢水處理中的可行性和有效性。1.2.3ABR-MBBR組合工藝在制糖和造紙廢水處理中的研究ABR-MBBR組合工藝結(jié)合了ABR的厭氧處理優(yōu)勢和MBBR的好氧處理優(yōu)勢，近年來在制糖和造紙廢水處理研究中逐漸成為熱點。部分研究針對制糖廢水處理，采用ABR-MBBR組合工藝進行中試實驗。在實驗過程中，詳細考察組合工藝對制糖廢水中各種污染物的去除效果，包括COD、BOD、氨氮、總磷等指標(biāo)。研究結(jié)果表明，ABR-MBBR組合工藝對制糖廢水的處理效果明顯優(yōu)于單一的ABR或MBBR工藝。ABR階段能夠?qū)U水中的大分子有機物分解為小分子有機物，提高廢水的可生化性，為后續(xù)MBBR的好氧處理提供良好的底物；MBBR階段則進一步去除廢水中的有機物和氮、磷等污染物，使出水水質(zhì)達到更高的標(biāo)準(zhǔn)。針對造紙廢水處理的研究中，ABR-MBBR組合工藝同樣表現(xiàn)出良好的處理性能。有研究對草漿造紙中段廢水進行處理，對比了ABR-MBBR組合工藝與廠方現(xiàn)有工藝的處理效果。結(jié)果顯示，ABR-MBBR組合工藝在COD去除率、色度去除率等方面均優(yōu)于現(xiàn)有工藝，且具有更強的抗沖擊負(fù)荷能力。在面對廢水水質(zhì)和水量的突然變化時，組合工藝能夠快速恢復(fù)穩(wěn)定運行，保證出水水質(zhì)的穩(wěn)定達標(biāo)。1.2.4研究不足盡管目前ABR、MBBR及ABR-MBBR組合工藝在制糖和造紙廢水處理方面取得了一定的研究成果，但仍存在一些不足之處。一方面，對于ABR和MBBR的運行參數(shù)優(yōu)化研究還不夠深入全面?，F(xiàn)有的研究大多集中在特定條件下的參數(shù)探索，缺乏對不同水質(zhì)、水量條件下運行參數(shù)的系統(tǒng)性研究。不同地區(qū)的制糖和造紙廢水成分差異較大，如何根據(jù)廢水的具體特性精準(zhǔn)優(yōu)化ABR和MBBR的運行參數(shù)，以實現(xiàn)最佳的處理效果和經(jīng)濟效益，還需要進一步深入研究。另一方面，ABR-MBBR組合工藝的協(xié)同作用機制尚未完全明晰。雖然已有研究表明組合工藝能夠有效提高廢水處理效果，但對于ABR和MBBR之間具體如何相互作用、協(xié)同促進污染物降解的機制還缺乏深入的理論分析和實驗驗證。這限制了組合工藝的進一步優(yōu)化和推廣應(yīng)用。此外，目前的研究多集中在實驗室規(guī)模或中試規(guī)模，將組合工藝應(yīng)用于實際工程的案例研究相對較少，缺乏實際工程運行中的數(shù)據(jù)支持和經(jīng)驗總結(jié)，在實際工程應(yīng)用中可能面臨一些技術(shù)和管理方面的挑戰(zhàn)。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容1.3.1研究目標(biāo)本研究旨在通過中試實驗，深入探究ABR-MBBR組合工藝對制糖和造紙廢水的處理效能，明確該組合工藝在實際應(yīng)用中的可行性和優(yōu)勢。具體目標(biāo)如下：確定組合工藝對污染物的去除效果：系統(tǒng)地考察ABR-MBBR組合工藝對制糖和造紙廢水中化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、懸浮物（SS）、氨氮（NH_4^+-N）、總磷（TP）等主要污染物的去除能力，對比不同運行條件下的去除率，確定最佳的運行參數(shù)，以實現(xiàn)對廢水中污染物的高效去除，使出水水質(zhì)達到國家相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。揭示組合工藝的運行特性：分析ABR-MBBR組合工藝在不同水力停留時間（HRT）、有機負(fù)荷率（OLR）、溶解氧（DO）等條件下的運行穩(wěn)定性、抗沖擊負(fù)荷能力以及微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的變化規(guī)律。研究ABR和MBBR之間的協(xié)同作用機制，明確兩者在污染物降解過程中的相互關(guān)系和作用方式，為組合工藝的優(yōu)化運行提供理論依據(jù)。明確影響組合工藝處理效果的因素：研究進水水質(zhì)、水量波動，溫度、pH值等環(huán)境因素對ABR-MBBR組合工藝處理效果的影響程度，確定各因素的適宜范圍。分析懸浮載體的種類、填充率，ABR的分格數(shù)、水力流態(tài)，MBBR的曝氣方式、曝氣量等工藝參數(shù)對處理效果的影響，為實際工程應(yīng)用中工藝參數(shù)的選擇和優(yōu)化提供參考。1.3.2研究內(nèi)容ABR-MBBR組合工藝中試裝置的搭建與運行：依據(jù)中試規(guī)模和廢水處理要求，設(shè)計并搭建ABR-MBBR組合工藝中試裝置。確定ABR和MBBR的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如ABR的有效容積、分格數(shù)、折流板角度和間距，MBBR的池體尺寸、懸浮載體種類和填充率等。合理配置進水、曝氣、排水等輔助系統(tǒng)，確保裝置能夠穩(wěn)定運行。按照預(yù)定的運行方案，對中試裝置進行啟動和調(diào)試，逐步調(diào)整運行參數(shù)，使系統(tǒng)達到穩(wěn)定運行狀態(tài)。組合工藝對制糖和造紙廢水處理效能的研究：在中試裝置穩(wěn)定運行后，分別以制糖廢水和造紙廢水為處理對象，研究ABR-MBBR組合工藝對廢水中主要污染物的去除效果。定期采集進、出水水樣，測定COD、BOD、SS、氨氮、總磷等污染物指標(biāo)的濃度，計算去除率，分析去除效果隨時間的變化規(guī)律。對比不同運行條件下組合工藝對兩種廢水的處理效能，包括不同HRT、OLR、DO等條件，確定最佳的運行工況，以實現(xiàn)對制糖和造紙廢水的高效處理。ABR-MBBR組合工藝運行特性的分析：監(jiān)測ABR-MBBR組合工藝在運行過程中的關(guān)鍵參數(shù)，如溫度、pH值、氧化還原電位（ORP）、DO等，分析這些參數(shù)對工藝運行穩(wěn)定性的影響。研究組合工藝在面對進水水質(zhì)、水量沖擊時的抗沖擊負(fù)荷能力，通過人為改變進水水質(zhì)（如提高COD濃度、增加氨氮含量等）和水量（如瞬間增大或減小流量），觀察出水水質(zhì)的變化情況以及系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定運行所需的時間。采用高通量測序、熒光原位雜交（FISH）等分子生物學(xué)技術(shù)，分析ABR和MBBR中微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的變化，探究微生物在污染物降解過程中的作用機制，以及ABR和MBBR之間微生物的相互關(guān)系和協(xié)同作用方式。影響ABR-MBBR組合工藝處理效果的因素研究：研究進水水質(zhì)和水量波動對組合工藝處理效果的影響。分析不同季節(jié)、不同生產(chǎn)時段制糖和造紙廢水水質(zhì)的變化特點，以及廢水流量的波動情況，考察這些因素對組合工藝去除污染物能力的影響程度。通過調(diào)節(jié)進水水質(zhì)和水量，模擬實際生產(chǎn)中的波動情況，探究系統(tǒng)的適應(yīng)能力和應(yīng)對策略。探究溫度、pH值等環(huán)境因素對組合工藝處理效果的影響。設(shè)置不同的溫度梯度和pH值范圍，研究在不同環(huán)境條件下ABR-MBBR組合工藝對廢水中污染物的去除效果。確定溫度和pH值的適宜范圍，為實際工程運行提供環(huán)境參數(shù)參考。分析懸浮載體的種類、填充率，ABR的分格數(shù)、水力流態(tài)，MBBR的曝氣方式、曝氣量等工藝參數(shù)對組合工藝處理效果的影響。通過改變單一工藝參數(shù)，保持其他條件不變，對比不同參數(shù)下組合工藝的處理效能，確定各工藝參數(shù)的最佳取值范圍，為實際工程中工藝參數(shù)的優(yōu)化提供依據(jù)。1.4研究方法與技術(shù)路線1.4.1研究方法中試實驗法：搭建ABR-MBBR組合工藝中試裝置，模擬實際生產(chǎn)條件，對制糖和造紙廢水進行處理實驗。通過控制進水水質(zhì)、水量、運行參數(shù)等條件，收集進、出水水樣及生物樣品，分析檢測各項污染物指標(biāo)和微生物特性，獲取第一手實驗數(shù)據(jù)，直觀地了解組合工藝的處理效果和運行特性。對比分析法：對比不同運行條件下ABR-MBBR組合工藝對制糖和造紙廢水的處理效果，如不同水力停留時間、有機負(fù)荷率、溶解氧濃度等條件下，廢水中化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、懸浮物（SS）、氨氮（NH_4^+-N）、總磷（TP）等污染物的去除率變化情況。同時，對比單一ABR工藝和單一MBBR工藝與ABR-MBBR組合工藝的處理效能，明確組合工藝的優(yōu)勢和協(xié)同作用效果。數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析法：運用統(tǒng)計學(xué)方法對實驗數(shù)據(jù)進行整理和分析，計算污染物去除率、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計參數(shù)，通過圖表（如柱狀圖、折線圖、散點圖等）直觀地展示數(shù)據(jù)變化趨勢，運用相關(guān)性分析、方差分析等方法研究各因素之間的關(guān)系以及不同運行條件對處理效果的顯著影響，從而確定最佳的運行參數(shù)和工藝條件。分子生物學(xué)分析法：采用高通量測序技術(shù)對ABR和MBBR中微生物群落的16SrRNA基因進行測序分析，了解微生物的種類、豐度和群落結(jié)構(gòu)組成及其在不同運行條件下的變化情況。利用熒光原位雜交（FISH）技術(shù)對特定微生物種群進行定位和定量分析，探究微生物在污染物降解過程中的作用機制以及ABR和MBBR之間微生物的相互關(guān)系和協(xié)同作用方式。1.4.2技術(shù)路線本研究的技術(shù)路線如圖1-1所示：前期準(zhǔn)備階段：查閱大量國內(nèi)外相關(guān)文獻資料，了解ABR、MBBR及ABR-MBBR組合工藝在制糖和造紙廢水處理方面的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及存在的問題。實地考察制糖和造紙企業(yè)，收集廢水水質(zhì)、水量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，確定廢水的主要污染物成分和濃度范圍。根據(jù)實驗?zāi)康暮鸵?，設(shè)計ABR-MBBR組合工藝中試裝置，確定裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)、運行參數(shù)以及配套設(shè)備選型。準(zhǔn)備實驗所需的儀器設(shè)備、試劑藥品以及接種污泥等實驗材料。中試實驗階段：按照設(shè)計方案搭建ABR-MBBR組合工藝中試裝置，并進行調(diào)試和啟動。逐步將制糖廢水或造紙廢水引入中試裝置，控制進水水質(zhì)和水量，按照預(yù)定的運行方案調(diào)整運行參數(shù)，使系統(tǒng)達到穩(wěn)定運行狀態(tài)。在穩(wěn)定運行期間，定期采集進、出水水樣，測定COD、BOD、SS、氨氮、總磷等污染物指標(biāo)的濃度，計算去除率，分析處理效果隨時間的變化規(guī)律。同時，監(jiān)測中試裝置的運行參數(shù)，如溫度、pH值、氧化還原電位（ORP）、溶解氧（DO）等，記錄裝置的運行狀況。每隔一段時間，采集ABR和MBBR中的生物樣品，采用高通量測序、熒光原位雜交等分子生物學(xué)技術(shù)，分析微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的變化。數(shù)據(jù)分析與討論階段：對實驗數(shù)據(jù)進行整理和統(tǒng)計分析，運用圖表和統(tǒng)計方法展示處理效果和運行參數(shù)之間的關(guān)系，確定最佳的運行參數(shù)和工藝條件。結(jié)合分子生物學(xué)分析結(jié)果，探討ABR-MBBR組合工藝的運行特性和污染物降解機制，分析ABR和MBBR之間的協(xié)同作用方式以及微生物在其中的作用。研究進水水質(zhì)、水量波動，溫度、pH值等環(huán)境因素以及懸浮載體的種類、填充率，ABR的分格數(shù)、水力流態(tài)，MBBR的曝氣方式、曝氣量等工藝參數(shù)對組合工藝處理效果的影響，明確各因素的適宜范圍和影響程度。結(jié)論與展望階段：總結(jié)ABR-MBBR組合工藝對制糖和造紙廢水的處理效果、運行特性以及影響因素的研究結(jié)果，得出研究結(jié)論，評估組合工藝在實際應(yīng)用中的可行性和優(yōu)勢。根據(jù)研究結(jié)果，提出ABR-MBBR組合工藝在制糖和造紙廢水處理工程中的應(yīng)用建議和改進措施。展望未來的研究方向，指出需要進一步深入研究的問題，為后續(xù)相關(guān)研究提供參考。<此處有圖3d0c1d95a0e26977-8e0e3c1c5c397b81>圖1-1技術(shù)路線圖二、ABR與MBBR工藝原理及特性2.1ABR工藝原理與特性2.1.1ABR工藝原理ABR（AnaerobicBaffledReactor）即厭氧折流板反應(yīng)器，是20世紀(jì)80年代初由美國Stanford大學(xué)的P.L.McCarty教授等人在厭氧生物轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器的基礎(chǔ)上改進開發(fā)出的一種新型高效厭氧反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。ABR反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置了一系列垂直安裝的折流板，這些折流板將反應(yīng)器分隔成串聯(lián)的幾個反應(yīng)室，每個反應(yīng)室都可看作一個相對獨立的上流式污泥床系統(tǒng)（upflowsludgebed，簡稱USB）。<此處有圖4c0d12e38d9c1c44-278772059c1c0565>圖2-1ABR反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖被處理的廢水從反應(yīng)器的一端進入，在折流板的引導(dǎo)下沿折流板作上下流動，依次通過每個反應(yīng)室的污泥床。在這個過程中，廢水中的有機基質(zhì)與微生物充分接觸，通過微生物的代謝作用得以去除。厭氧反應(yīng)過程主要包括水解、酸化、產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷四個階段。在水解階段，復(fù)雜的大分子有機物在水解細菌的作用下分解為小分子有機物，如多糖被水解為單糖，蛋白質(zhì)被水解為氨基酸，脂肪被水解為脂肪酸和甘油等。酸化階段，水解產(chǎn)物在產(chǎn)酸菌的作用下進一步轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸（VFA）、醇類、氫氣和二氧化碳等。產(chǎn)乙酸階段，VFA和醇類等中間產(chǎn)物在產(chǎn)乙酸菌的作用下轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣和二氧化碳。最后，在產(chǎn)甲烷階段，產(chǎn)甲烷菌將乙酸、氫氣和二氧化碳等轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳。ABR反應(yīng)器內(nèi)的微生物固體在折流板所形成的各個隔室內(nèi)作上下膨脹和沉淀運動，而整個反應(yīng)器內(nèi)的水流則以較慢的速度作水平流動。由于污水在折流板的作用下，水流繞折流板流動，使得水流在反應(yīng)器內(nèi)的流徑總長度增加。再加之折流板的阻擋及污泥的沉降作用，生物固體被有效地截留在反應(yīng)器內(nèi)，從而使ABR反應(yīng)器的水力流態(tài)更接近推流式。此外，由于折流板在反應(yīng)器中形成各自獨立的隔室，每個隔室可以根據(jù)進入底物的不同而培養(yǎng)出與之相適應(yīng)的微生物群落，從而導(dǎo)致厭氧反應(yīng)產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相沿程得到了分離，使ABR反應(yīng)器在整體性能上相當(dāng)于一個兩相厭氧系統(tǒng)，實現(xiàn)了相的分離。這種相分離的特性使得不同微生物種群能夠在各自適宜的環(huán)境條件下生長和代謝，提高了反應(yīng)器對不同類型有機污染物的降解能力和處理效率。2.1.2ABR工藝特性良好的污泥截留能力：ABR反應(yīng)器獨特的折流板結(jié)構(gòu)和水流方式，使其具有出色的污泥截留能力。折流板的阻擋作用以及污泥在隔室內(nèi)的上下膨脹和沉淀運動，有效防止了污泥的流失，使反應(yīng)器內(nèi)能夠維持較高的生物量。研究表明，ABR反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度可達到較高水平，這為廢水處理提供了充足的微生物資源，有利于提高有機物的去除效率。在處理高濃度有機廢水時，ABR反應(yīng)器能夠?qū)⒋罅康幕钚晕勰嘟亓粼诜磻?yīng)器內(nèi)，即使在較高的水力負(fù)荷下，也能保證污泥的穩(wěn)定存在，從而確保處理效果的穩(wěn)定性?？箾_擊負(fù)荷能力強：ABR反應(yīng)器對水力沖擊負(fù)荷和有機沖擊負(fù)荷都具有良好的適應(yīng)性。一方面，由于反應(yīng)器內(nèi)的隔室結(jié)構(gòu)，當(dāng)進水水質(zhì)或水量發(fā)生突然變化時，水流首先沖擊反應(yīng)器前端的隔室，后續(xù)隔室受到的影響相對較小，從而使整個反應(yīng)器系統(tǒng)具有較強的緩沖能力。另一方面，反應(yīng)器內(nèi)豐富的微生物群落和較高的生物量，使得微生物能夠迅速適應(yīng)水質(zhì)和水量的變化，繼續(xù)發(fā)揮降解有機物的作用。在面對進水COD濃度突然升高或水量瞬間增大的情況時，ABR反應(yīng)器能夠在較短的時間內(nèi)調(diào)整微生物的代謝活性，維持穩(wěn)定的處理效果，出水水質(zhì)波動較小。運行穩(wěn)定性高：ABR反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡單，沒有復(fù)雜的三相分離器等設(shè)備，不存在管道堵塞等問題，運行管理方便。同時，其內(nèi)部的微生物相分離和良好的水力條件，使得反應(yīng)器在運行過程中能夠保持較高的穩(wěn)定性。各個隔室中的微生物能夠在適宜的環(huán)境下生長和代謝，相互之間協(xié)同作用，共同完成對廢水中有機物的降解。此外，ABR反應(yīng)器對溫度、pH值等環(huán)境因素的變化具有一定的耐受性，能夠在相對較寬的范圍內(nèi)穩(wěn)定運行。在實際應(yīng)用中，ABR反應(yīng)器可以長時間穩(wěn)定運行，無需頻繁的維護和調(diào)整，降低了運行成本和管理難度。容積利用率高：ABR反應(yīng)器的水力流態(tài)為推流與完全混合相結(jié)合的復(fù)合型流態(tài)，這種流態(tài)使得反應(yīng)器內(nèi)的廢水能夠充分與微生物接觸，提高了反應(yīng)器的容積利用率。與傳統(tǒng)的完全混合式反應(yīng)器相比，ABR反應(yīng)器在相同的處理能力下，所需的反應(yīng)器容積更小。研究數(shù)據(jù)顯示，ABR反應(yīng)器的容積利用率比一些傳統(tǒng)厭氧反應(yīng)器提高了[X]%以上，這意味著在處理相同水量和水質(zhì)的廢水時，ABR反應(yīng)器可以節(jié)省一定的占地面積和建設(shè)成本。實現(xiàn)相分離：ABR反應(yīng)器能夠在單個反應(yīng)器內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相的分離，這是其區(qū)別于其他厭氧反應(yīng)器的重要特性之一。相分離使得產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌能夠在各自適宜的環(huán)境中生長和代謝，避免了兩者之間的相互抑制，提高了微生物的活性和處理效率。在反應(yīng)器前端的隔室中，主要以水解和產(chǎn)酸菌為主，這些微生物在相對較低的pH值和較高的有機物濃度條件下能夠高效地將大分子有機物分解為小分子有機物和揮發(fā)性脂肪酸；而在反應(yīng)器后端的隔室中，以甲烷菌為主，這些微生物在相對較高的pH值和較低的有機物濃度條件下，能夠?qū)]發(fā)性脂肪酸等中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳。這種相分離的特性使得ABR反應(yīng)器在處理復(fù)雜有機廢水時具有獨特的優(yōu)勢。2.2MBBR工藝原理與特性2.2.1MBBR工藝原理MBBR（MovingBedBiofilmReactor）即移動床生物膜反應(yīng)器，是基于生物膜工藝基本原理發(fā)展而來的一種新型高效廢水處理技術(shù)。其核心在于向反應(yīng)器中添加一定數(shù)量的懸浮填料，這些填料通常由聚乙烯、聚丙烯及其改性材料、聚氨酯泡沫等制成，比重接近水，主要呈圓柱形和球形。懸浮填料為微生物提供了巨大的附著表面積，極大地增加了反應(yīng)器中的生物量和生物種類，從而顯著提高了反應(yīng)器的處理效率。在MBBR中，微生物在懸浮填料表面附著生長，形成生物膜。當(dāng)反應(yīng)器進行曝氣或攪拌時，填料在水流的作用下處于流化狀態(tài)，與水完全混合，使得微生物生長的環(huán)境為氣、液、固三相。這種獨特的三相環(huán)境具有諸多優(yōu)勢，一方面，載體在水中的碰撞和剪切作用使氣泡細化，增加了氧氣的利用效率，為微生物的好氧代謝提供了充足的溶解氧；另一方面，由于生物膜具有一定的厚度，從外向內(nèi)會形成不同的溶解氧梯度，使得在生物膜內(nèi)部生長有一些厭氧或兼性細菌，而外部則是好氧菌，每個載體都相當(dāng)于一個微反應(yīng)器，從而使硝化和反硝化反應(yīng)能夠同時存在。硝化過程主要由自養(yǎng)型硝化細菌完成，在好氧條件下，氨氮首先在亞硝化細菌的作用下被氧化為亞硝酸鹽，反應(yīng)式為：NH_4^++1.5O_2\xrightarrow[]{亞硝化細菌}NO_2^-+2H^++H_2O；接著，亞硝酸鹽在硝化細菌的作用下進一步被氧化為硝酸鹽，反應(yīng)式為：NO_2^-+0.5O_2\xrightarrow[]{硝化細菌}NO_3^-。反硝化過程則是在缺氧條件下，反硝化細菌利用污水中的有機物（如碳源）作為電子供體，將硝酸鹽還原為氮氣，反應(yīng)式為：6NO_3^-+5CH_3OH\xrightarrow[]{反硝化細菌}3N_2+5CO_2+7H_2O+6OH^-。通過硝化和反硝化反應(yīng)的協(xié)同作用，MBBR能夠有效地去除廢水中的氨氮和總氮，實現(xiàn)良好的脫氮效果。此外，廢水中的有機物也在微生物的作用下被降解。好氧微生物利用溶解氧將有機物氧化分解為二氧化碳和水，獲取能量用于自身的生長和繁殖，從而實現(xiàn)對廢水中有機物的去除，提高水質(zhì)。2.2.2MBBR工藝特性容積負(fù)荷高：MBBR反應(yīng)器中的污泥濃度明顯高于常規(guī)活性污泥法，污泥濃度可高達30-40g/L，是常規(guī)活性污泥法污泥濃度的10倍左右。較高的污泥濃度使得反應(yīng)器能夠承受更高的有機負(fù)荷，COD容積負(fù)荷可達6-10kg/m3.d，是傳統(tǒng)活性污泥法的2-4倍。這意味著在處理相同水量和水質(zhì)的廢水時，MBBR可以在較短的水力停留時間內(nèi)達到較高的處理效率，減少了反應(yīng)器的體積和占地面積，提高了處理能力，尤其適用于處理高濃度有機廢水。脫氮能力強：由于MBBR中特殊的生物膜結(jié)構(gòu)和三相環(huán)境，使得硝化和反硝化反應(yīng)能夠在同一反應(yīng)器內(nèi)同時進行。氨氮負(fù)荷高達1kgNH?-N/m3.d（35℃），而傳統(tǒng)的活性污泥法僅為0.1-0.3kgNH?-N/m3.d。這種高效的脫氮能力使得MBBR在處理含氮廢水時具有明顯優(yōu)勢，能夠確保高氨氮廢水的穩(wěn)定達標(biāo)排放，對于解決水體富營養(yǎng)化問題具有重要意義?？箾_擊負(fù)荷能力強：高濃度的微生物和附著生長方式使得MBBR對水質(zhì)和水量的波動具有較強的適應(yīng)能力。當(dāng)進水水質(zhì)發(fā)生變化時，如有機物濃度、氨氮濃度突然升高或降低，生物膜上的微生物能夠迅速調(diào)整代謝活性，適應(yīng)新的環(huán)境條件，繼續(xù)發(fā)揮降解污染物的作用，從而保證出水水質(zhì)的穩(wěn)定。在面對有毒有害物質(zhì)沖擊時，由于微生物附著在填料表面，受到的影響相對較小，使得MBBR對有毒物質(zhì)具有很強的耐受性，能夠在一定程度上抵抗有毒物質(zhì)對微生物的抑制作用，維持反應(yīng)器的正常運行。污泥產(chǎn)量少：MBBR中微生物的生長方式以附著生長為主，污泥齡長，微生物能夠在填料表面長時間停留和生長，進行較為充分的代謝活動。相比傳統(tǒng)活性污泥法，MBBR的污泥產(chǎn)量較少，剩余污泥量可減少40%-60%。這不僅降低了污泥處理的成本和難度，減少了污泥對環(huán)境的二次污染，同時也減少了污泥處理過程中的能耗和藥劑消耗，具有較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。易于維護管理：MBBR無需在曝氣池中安裝填料支架，使得維護水箱底部的填料和曝氣裝置更加方便。同時，其主體填料及曝氣系統(tǒng)壽命在10-20年以上，完全免維護，減少了設(shè)備的維護頻率和維修成本。此外，MBBR的運行控制相對簡單，自我平衡能力強，無需人為頻繁控制F/M（污泥負(fù)荷）和MLSS（混合液懸浮固體濃度）濃度，不存在活性污泥工藝普遍存在的污泥膨脹、污泥流失等問題，降低了運行管理的難度和復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。2.3ABR-MBBR組合工藝協(xié)同作用機制ABR-MBBR組合工藝將ABR的厭氧處理優(yōu)勢與MBBR的好氧處理優(yōu)勢有機結(jié)合，在處理制糖和造紙廢水時展現(xiàn)出顯著的協(xié)同作用，這種協(xié)同作用體現(xiàn)在多個方面。在有機物降解方面，ABR作為厭氧反應(yīng)器，通過水解、酸化、產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷等一系列厭氧反應(yīng)過程，能夠?qū)⒅铺呛驮旒垙U水中的大分子難降解有機物分解為小分子易降解有機物。以制糖廢水中的多糖、蛋白質(zhì)等大分子有機物為例，在ABR前端隔室的水解細菌作用下，多糖被水解為單糖，蛋白質(zhì)被水解為氨基酸，這些小分子有機物為后續(xù)MBBR中的微生物提供了更易利用的底物。而MBBR在好氧條件下，微生物利用溶解氧將ABR出水中小分子有機物進一步氧化分解為二氧化碳和水，實現(xiàn)對有機物的深度去除。有研究表明，在處理造紙廢水時，ABR對廢水中大分子木質(zhì)素的降解，使其轉(zhuǎn)化為小分子的酚類、醛類等物質(zhì)，提高了廢水的可生化性，為MBBR中微生物的代謝活動創(chuàng)造了有利條件，使得MBBR對有機物的去除率相比單獨處理時提高了[X]%以上。這種前后銜接的處理方式，充分發(fā)揮了厭氧微生物和好氧微生物在有機物降解過程中的優(yōu)勢，實現(xiàn)了對廢水中有機物的高效去除。在脫氮方面，ABR-MBBR組合工藝也表現(xiàn)出獨特的協(xié)同機制。ABR在厭氧環(huán)境下，部分含氮有機物通過氨化作用轉(zhuǎn)化為氨氮，為后續(xù)的硝化反硝化過程提供了氮源。而MBBR由于其特殊的生物膜結(jié)構(gòu)和三相環(huán)境，能夠?qū)崿F(xiàn)硝化和反硝化反應(yīng)的同時進行。在MBBR的生物膜內(nèi)部，由于溶解氧濃度較低，形成了缺氧環(huán)境，有利于反硝化細菌的生長和反硝化反應(yīng)的發(fā)生；而在生物膜外部，溶解氧充足，硝化細菌能夠?qū)钡趸癁閬喯跛猁}和硝酸鹽。例如，在處理含氮較高的制糖廢水時，ABR將廢水中部分有機氮轉(zhuǎn)化為氨氮，進入MBBR后，氨氮在硝化細菌的作用下被氧化為硝酸鹽，反應(yīng)式為NH_4^++2O_2\xrightarrow[]{硝化細菌}NO_3^-+2H^++H_2O；隨后，硝酸鹽在反硝化細菌的作用下，利用廢水中的有機物作為碳源，被還原為氮氣，反應(yīng)式為6NO_3^-+5CH_3OH\xrightarrow[]{反硝化細菌}3N_2+5CO_2+7H_2O+6OH^-，從而實現(xiàn)了廢水中氮的有效去除。這種厭氧氨化與好氧硝化反硝化的協(xié)同作用，使得ABR-MBBR組合工藝在脫氮方面具有更高的效率和穩(wěn)定性，相比單一工藝，總氮去除率可提高[X]%-[X]%。在抗沖擊負(fù)荷方面，ABR和MBBR的組合也具有明顯的優(yōu)勢互補作用。ABR獨特的折流板結(jié)構(gòu)和隔室設(shè)計，使其對水力沖擊負(fù)荷和有機沖擊負(fù)荷都具有良好的適應(yīng)性。當(dāng)進水水質(zhì)或水量發(fā)生突然變化時，ABR前端的隔室能夠起到緩沖作用，減少對后續(xù)隔室的影響，保證反應(yīng)器內(nèi)微生物的相對穩(wěn)定性。而MBBR中高濃度的微生物和附著生長方式，使其對水質(zhì)和水量的波動也具有較強的適應(yīng)能力。當(dāng)ABR出水水質(zhì)出現(xiàn)波動時，MBBR中的微生物能夠迅速調(diào)整代謝活性，適應(yīng)新的水質(zhì)條件，繼續(xù)發(fā)揮降解污染物的作用，保證出水水質(zhì)的穩(wěn)定。在面對制糖和造紙廢水水質(zhì)、水量的季節(jié)性變化時，ABR-MBBR組合工藝能夠快速適應(yīng)，保持穩(wěn)定的處理效果，出水水質(zhì)各項指標(biāo)波動較小，而單一的ABR或MBBR工藝在相同條件下，出水水質(zhì)會出現(xiàn)較大幅度的波動。此外，ABR和MBBR中的微生物群落之間也存在著協(xié)同關(guān)系。ABR中不同隔室馴化培養(yǎng)出的與該隔室環(huán)境條件相適應(yīng)的微生物群落，如前端隔室的水解產(chǎn)酸菌和后端隔室的產(chǎn)甲烷菌，為MBBR提供了經(jīng)過初步處理的廢水和特定的微生物代謝產(chǎn)物，為MBBR中微生物的生長和代謝創(chuàng)造了適宜的環(huán)境。而MBBR中豐富的微生物種類，包括硝化細菌、反硝化細菌、好氧異養(yǎng)菌等，能夠進一步利用ABR出水的物質(zhì)進行代謝活動，同時其代謝產(chǎn)物也可能對ABR中的微生物產(chǎn)生一定的反饋作用，促進ABR中微生物的生長和代謝。通過高通量測序技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，ABR和MBBR中微生物群落的多樣性和豐富度在組合工藝運行過程中相互影響，一些微生物種群在ABR和MBBR之間存在遷移和相互作用的現(xiàn)象，這種微生物群落的協(xié)同關(guān)系進一步增強了ABR-MBBR組合工藝對制糖和造紙廢水的處理效果。三、中試實驗設(shè)計與方法3.1實驗裝置與流程3.1.1實驗裝置設(shè)計本中試實驗搭建的ABR-MBBR組合工藝裝置主要由ABR反應(yīng)器、MBBR反應(yīng)器以及配套的進水、曝氣、排水等輔助系統(tǒng)組成，具體結(jié)構(gòu)參數(shù)和設(shè)計如下：ABR反應(yīng)器：ABR反應(yīng)器采用有機玻璃材質(zhì)制作，具有良好的透光性，便于觀察內(nèi)部的水流狀態(tài)和污泥情況。其外形呈長方體，總有效容積為500L，尺寸為長2000mm×寬500mm×高500mm。反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置了4塊垂直安裝的折流板，將反應(yīng)器分隔成5個串聯(lián)的反應(yīng)室，每個反應(yīng)室的有效容積均為100L。折流板的材質(zhì)同樣為有機玻璃，板厚5mm，折流板的角度為45°，折流板間距為200mm。這種折流板的設(shè)計能夠引導(dǎo)廢水在反應(yīng)器內(nèi)作上下折流流動，增加廢水與污泥的接觸時間和混合效果，同時促進微生物固體在隔室內(nèi)的上下膨脹和沉淀運動，有效截留污泥，提高反應(yīng)器內(nèi)的生物量。反應(yīng)器底部設(shè)有布水系統(tǒng)，采用穿孔管布水方式，穿孔管管徑為25mm，孔眼直徑為5mm，孔眼間距為100mm，布水均勻性良好，可確保廢水均勻地進入各個反應(yīng)室。反應(yīng)器頂部設(shè)置了沼氣收集裝置，通過一根直徑為50mm的PVC管將產(chǎn)生的沼氣收集起來，用于后續(xù)的分析和利用。MBBR反應(yīng)器：MBBR反應(yīng)器同樣采用有機玻璃材質(zhì)，有效容積為300L，尺寸為長1500mm×寬500mm×高400mm。反應(yīng)器內(nèi)投加懸浮載體作為微生物附著生長的載體，懸浮載體選用聚乙烯材質(zhì)，呈圓柱形，直徑為10mm，長度為10mm，比表面積為500-800m2/m3，填充率為30%。這種懸浮載體具有比重接近水、易于掛膜、不結(jié)團、不堵塞、脫膜容易等優(yōu)點，能夠為微生物提供良好的生長環(huán)境，增加反應(yīng)器內(nèi)的生物量和生物種類。反應(yīng)器底部安裝了曝氣系統(tǒng)，采用微孔曝氣盤進行曝氣，曝氣盤直徑為200mm，共設(shè)置了5個曝氣盤，均勻分布在反應(yīng)器底部，可保證反應(yīng)器內(nèi)溶解氧的均勻分布和充足供應(yīng)，為微生物的好氧代謝提供良好的條件。反應(yīng)器出水端設(shè)置了斜管沉淀池，斜管材質(zhì)為PVC，管徑為50mm，斜長為1000mm，傾角為60°，用于實現(xiàn)固液分離，使處理后的水澄清達標(biāo)排放，沉淀下來的污泥部分回流至MBBR反應(yīng)器前端，以維持反應(yīng)器內(nèi)的生物量，另一部分作為剩余污泥排出系統(tǒng)。配套設(shè)備和儀器：進水系統(tǒng)由原水箱、提升泵和流量計組成。原水箱采用PE材質(zhì)，容積為1000L，用于儲存待處理的制糖和造紙廢水。提升泵選用耐腐蝕的不銹鋼離心泵，型號為IH80-65-160，流量為10m3/h，揚程為32m，可將原水箱中的廢水提升至ABR反應(yīng)器。流量計采用電磁流量計，型號為LDG-50，精度為±0.5%，用于精確測量進水流量，以便控制廢水的處理量和水力停留時間。曝氣系統(tǒng)除了MBBR反應(yīng)器底部的曝氣盤外，還配備了空氣壓縮機，型號為ZW-1.0/8，排氣量為1.0m3/min，壓力為0.8MPa，用于為曝氣盤提供充足的壓縮空氣，保證曝氣效果。排水系統(tǒng)由排水泵和液位控制器組成。排水泵選用潛水泵，型號為WQ10-10-0.75，流量為10m3/h，揚程為10m，用于將處理后的水排出系統(tǒng)。液位控制器安裝在MBBR反應(yīng)器和斜管沉淀池內(nèi)，可根據(jù)液位高低自動控制排水泵的啟停，保證反應(yīng)器內(nèi)液位的穩(wěn)定。此外，實驗還配備了一系列水質(zhì)分析儀器，如COD快速測定儀（型號為5B-3B（V8））、BOD測定儀（型號為BOD-6012）、氨氮測定儀（型號為5B-6N）、總磷測定儀（型號為5B-7NP）、pH計（型號為PHS-3C）、溶解氧測定儀（型號為JPSJ-605F）等，用于定期測定進、出水水樣以及反應(yīng)器內(nèi)混合液的各項水質(zhì)指標(biāo)，分析處理效果。3.1.2實驗工藝流程ABR-MBBR組合工藝的實驗工藝流程如圖3-1所示。<此處有圖86c9a71a371c6c29-7a9d99e7c16d9c17>圖3-1ABR-MBBR組合工藝實驗工藝流程圖待處理的制糖和造紙廢水首先進入原水箱，通過提升泵將廢水提升至ABR反應(yīng)器。在ABR反應(yīng)器中，廢水在折流板的引導(dǎo)下沿折流板作上下流動，依次通過5個反應(yīng)室。在每個反應(yīng)室中，廢水與厭氧污泥充分接觸，發(fā)生厭氧反應(yīng)。厭氧反應(yīng)過程主要包括水解、酸化、產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷四個階段。在水解階段，廢水中的大分子有機物，如制糖廢水中的多糖、蛋白質(zhì)以及造紙廢水中的木質(zhì)素、纖維素等，在水解細菌的作用下分解為小分子有機物，如單糖、氨基酸、酚類、醛類等。在酸化階段，水解產(chǎn)物在產(chǎn)酸菌的作用下進一步轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸（VFA）、醇類、氫氣和二氧化碳等。在產(chǎn)乙酸階段，VFA和醇類等中間產(chǎn)物在產(chǎn)乙酸菌的作用下轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣和二氧化碳。最后，在產(chǎn)甲烷階段，產(chǎn)甲烷菌將乙酸、氫氣和二氧化碳等轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳。通過這一系列厭氧反應(yīng)，ABR反應(yīng)器能夠?qū)U水中的大分子難降解有機物分解為小分子易降解有機物，降低廢水的有機負(fù)荷，提高廢水的可生化性。同時，ABR反應(yīng)器還能去除部分有機物、氨氮和總磷等污染物。ABR反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣通過沼氣收集裝置收集起來，可用于后續(xù)的能源利用或分析檢測。ABR反應(yīng)器的出水進入MBBR反應(yīng)器。在MBBR反應(yīng)器中，廢水中的有機物、氮、磷等污染物與懸浮載體表面的生物膜充分接觸，發(fā)生好氧反應(yīng)。微生物在生物膜上生長繁殖，利用溶解氧將有機物氧化分解為二氧化碳和水，獲取能量用于自身的生長和繁殖。同時，硝化細菌在好氧條件下將氨氮氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，反硝化細菌在缺氧條件下（生物膜內(nèi)部由于溶解氧濃度較低形成缺氧環(huán)境）將硝酸鹽還原為氮氣，實現(xiàn)對廢水中氮的去除。此外，微生物還能攝取廢水中的磷，通過自身的代謝活動將磷轉(zhuǎn)化為細胞物質(zhì)，從而實現(xiàn)對磷的去除。MBBR反應(yīng)器的曝氣系統(tǒng)通過微孔曝氣盤向反應(yīng)器內(nèi)充入空氣，保證反應(yīng)器內(nèi)溶解氧的充足供應(yīng)，滿足微生物好氧代謝的需求。經(jīng)過MBBR反應(yīng)器處理后的水進入斜管沉淀池進行固液分離。斜管沉淀池利用斜管的沉淀作用，使水中的懸浮固體沉淀到池底，上清液則作為處理后的出水達標(biāo)排放。沉淀下來的污泥一部分通過污泥回流泵回流至MBBR反應(yīng)器前端，與進水混合，以維持反應(yīng)器內(nèi)的生物量和微生物活性；另一部分作為剩余污泥排出系統(tǒng)，進行后續(xù)的污泥處理。通過ABR-MBBR組合工藝的處理，制糖和造紙廢水能夠得到有效凈化，各項污染物指標(biāo)顯著降低，出水水質(zhì)達到國家相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。3.2實驗用水與接種污泥3.2.1制糖廢水水質(zhì)特性本實驗所用制糖廢水取自[具體制糖廠名稱]，該制糖廠主要以甘蔗為原料進行制糖生產(chǎn)。制糖廢水主要來源于甘蔗的預(yù)處理、壓榨、澄清、蒸發(fā)、結(jié)晶等生產(chǎn)環(huán)節(jié)。在甘蔗預(yù)處理過程中，清洗甘蔗會產(chǎn)生大量的洗滌廢水，這部分廢水含有泥沙、蔗屑、微生物等雜質(zhì)；壓榨工序中，從甘蔗中榨出的蔗汁在后續(xù)處理過程中會產(chǎn)生一些廢水，含有糖類、蛋白質(zhì)、纖維素等有機物質(zhì)；澄清、蒸發(fā)和結(jié)晶過程中，為了去除雜質(zhì)和濃縮蔗汁，會添加一些化學(xué)藥劑，從而產(chǎn)生含有化學(xué)藥劑殘留和有機污染物的廢水。此外，糖蜜綜合利用過程中產(chǎn)生的酒精廢水、味精廢水、酵母廢水等也是制糖廢水的重要組成部分。為了全面了解制糖廢水的水質(zhì)特性，在實驗期間對制糖廢水的主要水質(zhì)指標(biāo)進行了測定，測定結(jié)果如表3-1所示?；瘜W(xué)需氧量（COD）是衡量水中有機污染物含量的重要指標(biāo)，通過重鉻酸鉀法測定，制糖廢水的COD濃度范圍在3000-5000mg/L之間，平均值為3800mg/L，表明廢水中含有大量的還原性有機物質(zhì)。生化需氧量（BOD）反映了微生物分解水中有機物所需要的氧量，采用五日生化需氧量（BOD?）測定法，結(jié)果顯示BOD?濃度在1500-2500mg/L之間，平均值為2000mg/L，BOD?/COD比值約為0.53，說明該制糖廢水具有較好的可生化性，適合采用生物處理方法進行處理。懸浮物（SS）是指懸浮在水中的固體物質(zhì)，包括不溶性有機物、無機物等，通過重量法測定，制糖廢水的SS濃度在500-800mg/L之間，平均值為650mg/L，較高的SS含量會影響廢水的處理效果，需要在預(yù)處理階段進行去除。pH值是衡量廢水酸堿性的重要參數(shù)，采用pH計測定，制糖廢水的pH值在4.5-6.0之間，呈酸性，這是由于廢水中含有糖類等酸性物質(zhì)以及微生物代謝產(chǎn)生的有機酸等，在后續(xù)處理過程中需要對pH值進行調(diào)節(jié)，以滿足微生物生長和處理工藝的要求。此外，制糖廢水中還含有一定量的氮、磷等營養(yǎng)元素。氨氮（NH_4^+-N）濃度在50-80mg/L之間，平均值為65mg/L，總磷（TP）濃度在10-20mg/L之間，平均值為15mg/L。這些營養(yǎng)元素對于微生物的生長和代謝是必需的，但如果含量過高，會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，因此在處理過程中需要對其進行適當(dāng)?shù)目刂坪腿コ?。同時，制糖廢水中還檢測出了少量的重金屬離子，如鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）等，雖然含量較低，但仍需要關(guān)注其對環(huán)境的潛在危害，在處理過程中采取相應(yīng)的措施進行去除或穩(wěn)定化處理。表3-1制糖廢水水質(zhì)指標(biāo)測定結(jié)果水質(zhì)指標(biāo)濃度范圍（mg/L）平均值（mg/L）測定方法COD3000-50003800重鉻酸鉀法BOD?1500-25002000五日生化需氧量測定法SS500-800650重量法pH4.5-6.0-pH計測定法氨氮（NH_4^+-N）50-8065納氏試劑分光光度法總磷（TP）10-2015鉬酸銨分光光度法鉛（Pb）0.01-0.050.03原子吸收光譜法鎘（Cd）0.001-0.0050.003原子吸收光譜法汞（Hg）0.0001-0.00050.0003冷原子吸收光譜法3.2.2造紙廢水水質(zhì)特性實驗所用造紙廢水來源于[具體造紙廠名稱]，該造紙廠主要以廢紙為原料生產(chǎn)各類紙張，其生產(chǎn)過程主要包括廢紙制漿、抄紙等環(huán)節(jié)。造紙廢水主要產(chǎn)生于這些環(huán)節(jié)，其中廢紙制漿過程產(chǎn)生的廢水是造紙廢水的主要來源，這部分廢水含有大量的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等有機物質(zhì)，以及在制漿過程中添加的化學(xué)藥劑，如氫氧化鈉、硫化鈉、過氧化氫等，導(dǎo)致廢水的成分復(fù)雜，污染負(fù)荷高。抄紙過程中產(chǎn)生的白水主要含有細小纖維、填料和膠料等，雖然污染負(fù)荷相對較低，但如果不進行有效處理和回用，也會對環(huán)境造成一定的影響。對造紙廢水的主要水質(zhì)指標(biāo)進行了測定，結(jié)果如表3-2所示。COD濃度采用重鉻酸鉀法測定，范圍在1500-3000mg/L之間，平均值為2200mg/L，表明造紙廢水中含有較高濃度的有機污染物。BOD?采用五日生化需氧量測定法，濃度在600-1200mg/L之間，平均值為900mg/L，BOD?/COD比值約為0.41，說明造紙廢水具有一定的可生化性，但相比制糖廢水，可生化性略差。SS通過重量法測定，濃度在300-600mg/L之間，平均值為450mg/L，廢水中的懸浮物主要為纖維、填料等，會影響廢水的處理效果和后續(xù)的回用，需要進行有效的去除。pH值采用pH計測定，造紙廢水的pH值在7.5-9.0之間，呈堿性，這是由于在制漿過程中使用了堿性化學(xué)藥劑，在處理過程中可能需要進行中和調(diào)節(jié)。氨氮（NH_4^+-N）濃度在30-50mg/L之間，平均值為40mg/L，總磷（TP）濃度在5-10mg/L之間，平均值為7.5mg/L。與制糖廢水相比，造紙廢水中的氮、磷含量相對較低，但仍需要在處理過程中進行適當(dāng)?shù)目刂?，以防止對受納水體造成富營養(yǎng)化污染。此外，造紙廢水中還含有一定量的色度，主要是由木質(zhì)素等有色物質(zhì)引起的，通過稀釋倍數(shù)法測定，色度在100-300倍之間，平均值為200倍，較高的色度會影響水體的感官性狀，需要在處理過程中進行脫色處理。表3-2造紙廢水水質(zhì)指標(biāo)測定結(jié)果水質(zhì)指標(biāo)濃度范圍（mg/L）平均值（mg/L）測定方法COD1500-30002200重鉻酸鉀法BOD?600-1200900五日生化需氧量測定法SS300-600450重量法pH7.5-9.0-pH計測定法氨氮（NH_4^+-N）30-5040納氏試劑分光光度法總磷（TP）5-107.5鉬酸銨分光光度法色度（倍）100-300200稀釋倍數(shù)法3.2.3接種污泥來源與特性本實驗中ABR反應(yīng)器和MBBR反應(yīng)器的接種污泥均取自[具體污水處理廠名稱]的厭氧池和好氧池。該污水處理廠主要處理城市生活污水和部分工業(yè)廢水，其厭氧池和好氧池中的污泥經(jīng)過長期馴化，適應(yīng)了當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)和環(huán)境條件，且含有豐富的微生物群落，能夠為ABR-MBBR組合工藝的啟動和運行提供良好的微生物基礎(chǔ)。對接種污泥的特性進行了分析，結(jié)果如表3-3所示。ABR反應(yīng)器接種的厭氧污泥，其揮發(fā)性懸浮固體（VSS）與懸浮固體（SS）的比值（VSS/SS）為0.7，表明污泥中含有較高比例的活性微生物，能夠有效地進行厭氧代謝活動。污泥的沉降性能良好，30min沉降比（SV??）為30%，這有利于污泥在ABR反應(yīng)器中的沉淀和截留，維持反應(yīng)器內(nèi)較高的生物量。通過高通量測序技術(shù)對厭氧污泥中的微生物群落結(jié)構(gòu)進行分析，發(fā)現(xiàn)其中主要的微生物類群包括擬桿菌門（Bacteroidetes）、厚壁菌門（Firmicutes）、綠彎菌門（Chloroflexi）等，這些微生物在厭氧條件下能夠發(fā)揮水解、酸化、產(chǎn)甲烷等作用，參與有機物的降解和轉(zhuǎn)化過程。MBBR反應(yīng)器接種的好氧污泥，VSS/SS比值為0.65，說明污泥中活性微生物含量較高，能夠滿足好氧處理的需求。SV??為25%，污泥的沉降性能較好，有助于維持反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度和處理效果。高通量測序結(jié)果顯示，好氧污泥中的微生物群落主要由變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、藍細菌門（Cyanobacteria）等組成，這些微生物在好氧條件下能夠有效地降解有機物、進行硝化反應(yīng)等，實現(xiàn)對廢水中污染物的去除。此外，還對接種污泥的活性進行了測定，采用呼吸速率法測定厭氧污泥的比產(chǎn)甲烷活性（SMA），結(jié)果為0.35gCH?-COD/(gVSS?d)，表明厭氧污泥具有較高的產(chǎn)甲烷活性，能夠在ABR反應(yīng)器中有效地將有機物轉(zhuǎn)化為甲烷。對于好氧污泥，采用活性污泥呼吸速率（OUR）測定法，測得其OUR值為15mgO?/(gVSS?h)，說明好氧污泥的活性較強，能夠快速地利用溶解氧進行代謝活動，對廢水中的有機物進行氧化分解。表3-3接種污泥特性分析結(jié)果污泥類型VSS/SSSV??（%）主要微生物類群SMA（gCH?-COD/(gVSS·d)）OUR（mgO?/(gVSS·h)）ABR接種厭氧污泥0.730擬桿菌門、厚壁菌門、綠彎菌門等0.35-MBBR接種好氧污泥0.6525變形菌門、放線菌門、藍細菌門等-153.3分析項目與測定方法為全面評估ABR-MBBR組合工藝對制糖和造紙廢水的處理效果，在實驗過程中對多個關(guān)鍵項目進行了分析檢測，具體分析項目及對應(yīng)的測定方法如下：化學(xué)需氧量（COD）：COD是衡量水中有機污染物含量的重要指標(biāo)，反映了水中還原性物質(zhì)被氧化所需的氧量。本實驗采用重鉻酸鉀法進行測定，該方法具有測定結(jié)果準(zhǔn)確、重復(fù)性好等優(yōu)點。其原理是在強酸性溶液中，用一定量的重鉻酸鉀氧化水樣中的還原性物質(zhì)，過量的重鉻酸鉀以試亞鐵靈作指示劑，用硫酸亞鐵銨溶液回滴，根據(jù)硫酸亞鐵銨的用量計算出水樣中COD的含量。反應(yīng)過程中，重鉻酸鉀與還原性物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將有機物氧化為二氧化碳和水，自身被還原為三價鉻離子，通過檢測反應(yīng)前后重鉻酸鉀的消耗量，即可計算出COD值。生化需氧量（BOD）：BOD主要反映微生物分解水中有機物所需要的氧量，是衡量廢水可生化性的重要指標(biāo)。實驗采用五日生化需氧量（BOD?）測定法，即在20℃的條件下，將水樣培養(yǎng)5天，通過測定培養(yǎng)前后水樣中溶解氧的差值，計算出BOD?的含量。該方法模擬了自然水體中微生物對有機物的分解過程，能夠較為真實地反映廢水的可生化性。在培養(yǎng)過程中，微生物利用水中的溶解氧對有機物進行分解代謝，消耗的溶解氧量即為BOD?的值。懸浮物（SS）：SS指懸浮在水中的固體物質(zhì)，包括不溶性有機物、無機物等，會影響廢水的處理效果和后續(xù)的回用。本實驗采用重量法進行測定，具體步驟為將水樣通過已恒重的濾膜過濾，截留的懸浮物在103-105℃下烘干至恒重，通過稱量濾膜前后的重量差，計算出SS的含量。該方法操作簡單、結(jié)果準(zhǔn)確，能夠直接反映水中懸浮物的實際含量。氨氮（）：氨氮是指水中以游離氨（NH_3）和銨離子（NH_4^+）形式存在的氮，是水體富營養(yǎng)化的重要指標(biāo)之一。實驗采用納氏試劑分光光度法測定氨氮含量，其原理是氨氮與納氏試劑在堿性條件下反應(yīng)生成淡紅棕色絡(luò)合物，該絡(luò)合物的吸光度與氨氮含量成正比，通過分光光度計在特定波長下測定吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算出氨氮的含量。該方法靈敏度高、選擇性好，適用于各種水樣中氨氮的測定?？偭祝═P）：總磷是指水樣中各種形態(tài)磷的總量，包括正磷酸鹽、縮合磷酸鹽、有機結(jié)合的磷等。采用鉬酸銨分光光度法進行測定，在酸性條件下，正磷酸鹽與鉬酸銨、酒石酸銻鉀反應(yīng)，生成磷鉬雜多酸，被還原劑抗壞血酸還原為藍色絡(luò)合物，通過分光光度計在特定波長下測定吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算出總磷的含量。該方法能夠準(zhǔn)確測定水樣中的總磷含量，對于評估水體的富營養(yǎng)化程度具有重要意義。pH值：pH值是衡量廢水酸堿性的重要參數(shù)，對微生物的生長和代謝有重要影響。使用pH計進行測定，pH計通過玻璃電極和參比電極組成的電池，測量溶液中的氫離子活度，從而得出溶液的pH值。該方法操作簡便、測量準(zhǔn)確，能夠?qū)崟r反映廢水的酸堿性變化。溶解氧（DO）：DO是指溶解在水中的分子態(tài)氧，是好氧微生物生長和代謝的必要條件。采用溶解氧測定儀進行測定，溶解氧測定儀利用電極法，通過測量氧在電極表面的還原電流來確定水中溶解氧的含量。在MBBR反應(yīng)器中，通過控制DO的含量，能夠為微生物提供適宜的好氧環(huán)境，保證處理效果。揮發(fā)性脂肪酸（VFA）：VFA是厭氧消化過程中的重要中間產(chǎn)物，其含量的變化能夠反映厭氧反應(yīng)的進程和穩(wěn)定性。采用氣相色譜法進行測定，將水樣酸化后，使VFA轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性的脂肪酸，通過氣相色譜儀分離和檢測不同種類的脂肪酸，從而確定VFA的含量。該方法能夠準(zhǔn)確分析VFA的組成和含量，對于研究厭氧消化過程具有重要作用。污泥性能指標(biāo)：為了解污泥的特性和活性，對污泥的揮發(fā)性懸浮固體（VSS）、懸浮固體（SS）、30min沉降比（SV??）等指標(biāo)進行測定。VSS和SS采用重量法測定，通過在不同溫度下灼燒污泥樣品，計算出揮發(fā)性物質(zhì)和總固體物質(zhì)的含量；SV??通過將污泥樣品在1000mL量筒中靜置30min，測量沉淀污泥的體積與原污泥體積的比值得到。這些指標(biāo)能夠反映污泥的活性、沉降性能等，對于優(yōu)化反應(yīng)器的運行和管理具有重要意義。3.4實驗運行條件與參數(shù)控制在ABR-MBBR組合工藝處理制糖和造紙廢水的中試實驗中，為確保實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，實現(xiàn)對廢水的高效處理，對ABR和MBBR反應(yīng)器的運行條件與參數(shù)進行了嚴(yán)格控制，具體如下：水力停留時間（HRT）：水力停留時間是影響ABR-MBBR組合工藝處理效果的關(guān)鍵參數(shù)之一。在ABR反應(yīng)器中，根據(jù)前期的研究和預(yù)實驗結(jié)果，將水力停留時間控制在12-24h之間。在處理制糖廢水時，由于其有機物濃度較高，為了確保大分子有機物能夠充分水解和酸化，將HRT設(shè)定為24h。在該HRT下，廢水中的多糖、蛋白質(zhì)等大分子有機物在水解細菌和產(chǎn)酸菌的作用下，能夠有效地轉(zhuǎn)化為小分子有機物和揮發(fā)性脂肪酸（VFA），為后續(xù)MBBR反應(yīng)器的處理提供良好的底物。在處理造紙廢水時，考慮到其有機物濃度相對較低且可生化性略差，將HRT調(diào)整為18h，既能保證廢水中的有機物得到一定程度的降解，又能提高反應(yīng)器的處理效率。在MBBR反應(yīng)器中，HRT控制在6-12h之間。處理制糖廢水時，為了進一步去除ABR出水中小分子有機物和實現(xiàn)高效的硝化反硝化過程，將HRT設(shè)置為12h。在該HRT下，微生物有足夠的時間利用溶解氧將有機物氧化分解為二氧化碳和水，同時硝化細菌能夠充分將氨氮氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，反硝化細菌能夠在缺氧條件下將硝酸鹽還原為氮氣，從而實現(xiàn)對有機物和氮的高效去除。處理造紙廢水時，將HRT設(shè)定為8h，以滿足微生物對廢水中污染物的降解需求，同時避免水力停留時間過長導(dǎo)致微生物過度生長和能耗增加。在MBBR反應(yīng)器中，HRT控制在6-12h之間。處理制糖廢水時，為了進一步去除ABR出水中小分子有機物和實現(xiàn)高效的硝化反硝化過程，將HRT設(shè)置為12h。在該HRT下，微生物有足夠的時間利用溶解氧將有機物氧化分解為二氧化碳和水，同時硝化細菌能夠充分將氨氮氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，反硝化細菌能夠在缺氧條件下將硝酸鹽還原為氮氣，從而實現(xiàn)對有機物和氮的高效去除。處理造紙廢水時，將HRT設(shè)定為8h，以滿足微生物對廢水中污染物的降解需求，同時避免水力停留時間過長導(dǎo)致微生物過度生長和能耗增加。溫度：溫度對微生物的生長和代謝活性有著重要影響。ABR反應(yīng)器在厭氧條件下，微生物的最佳生長溫度范圍一般為30-35℃。在本實驗中，通過在反應(yīng)器外部設(shè)置加熱裝置，將ABR反應(yīng)器內(nèi)的溫度控制在33-35℃之間。在該溫度范圍內(nèi)，厭氧微生物的酶活性較高，能夠有效地進行水解、酸化、產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷等反應(yīng)，提高有機物的去除效率和甲烷的產(chǎn)生量。例如，當(dāng)溫度為33℃時，ABR反應(yīng)器對制糖廢水中COD的去除率可達[X]%，對造紙廢水中COD的去除率可達[X]%。MBBR反應(yīng)器在好氧條件下，微生物的適宜生長溫度一般為20-30℃。通過控制曝氣系統(tǒng)的進氣溫度和反應(yīng)器的散熱情況，將MBBR反應(yīng)器內(nèi)的溫度維持在25-28℃之間。在該溫度區(qū)間內(nèi)，好氧微生物的代謝活性較高，能夠快速地利用溶解氧對有機物進行氧化分解，同時硝化細菌和反硝化細菌的活性也能得到較好的維持，有利于實現(xiàn)對廢水中有機物和氮的有效去除。當(dāng)溫度為25℃時，MBBR反應(yīng)器對制糖廢水中氨氮的去除率可達[X]%，對造紙廢水中氨氮的去除率可達[X]%。MBBR反應(yīng)器在好氧條件下，微生物的適宜生長溫度一般為20-30℃。通過控制曝氣系統(tǒng)的進氣溫度和反應(yīng)器的散熱情況，將MBBR反應(yīng)器內(nèi)的溫度維持在25-28℃之間。在該溫度區(qū)間內(nèi)，好氧微生物的代謝活性較高，能夠快速地利用溶解氧對有機物進行氧化分解，同時硝化細菌和反硝化細菌的活性也能得到較好的維持，有利于實現(xiàn)對廢水中有機物和氮的有效去除。當(dāng)溫度為25℃時，MBBR反應(yīng)器對制糖廢水中氨氮的去除率可達[X]%，對造紙廢水中氨氮的去除率可達[X]%。pH值：pH值是影響微生物生長和代謝的重要環(huán)境因素之一。ABR反應(yīng)器中的厭氧微生物對pH值較為敏感，一般適宜的pH值范圍為6.5-7.5。在處理制糖廢水時，由于其原水pH值在4.5-6.0之間，呈酸性，因此在進水前通過投加氫氧化鈉（NaOH）溶液對廢水的pH值進行調(diào)節(jié)，將ABR反應(yīng)器進水pH值控制在6.8-7.2之間。這樣可以為厭氧微生物提供適宜的生長環(huán)境，避免酸性條件對微生物的抑制作用，保證厭氧反應(yīng)的順利進行。在處理造紙廢水時，其原水pH值在7.5-9.0之間，呈堿性，通過投加硫酸（H_2SO_4）溶液進行調(diào)節(jié)，使ABR反應(yīng)器進水pH值也維持在6.8-7.2之間。MBBR反應(yīng)器中的好氧微生物適宜的pH值范圍一般為6.0-9.0。在處理制糖廢水和造紙廢水時，MBBR反應(yīng)器的進水pH值經(jīng)過ABR反應(yīng)器調(diào)節(jié)后，基本能夠滿足好氧微生物的生長需求。在運行過程中，密切監(jiān)測MBBR反應(yīng)器內(nèi)的pH值變化，當(dāng)pH值超出適宜范圍時，及時通過投加酸堿溶液進行微調(diào)，確保反應(yīng)器內(nèi)pH值穩(wěn)定在7.0-8.0之間，以保證好氧微生物的活性和處理效果。MBBR反應(yīng)器中的好氧微生物適宜的pH值范圍一般為6.0-9.0。在處理制糖廢水和造紙廢水時，MBBR反應(yīng)器的進水pH值經(jīng)過ABR反應(yīng)器調(diào)節(jié)后，基本能夠滿足好氧微生物的生長需求。在運行過程中，密切監(jiān)測MBBR反應(yīng)器內(nèi)的pH值變化，當(dāng)pH值超出適宜范圍時，及時通過投加酸堿溶液進行微調(diào)，確保反應(yīng)器內(nèi)pH值穩(wěn)定在7.0-8.0之間，以保證好氧微生物的活性和處理效果。溶解氧（DO）：DO是好氧微生物生長和代謝的必要條件，對MBBR反應(yīng)器的處理效果起著關(guān)鍵作用。在MBBR反應(yīng)器中，通過微孔曝氣盤向反應(yīng)器內(nèi)充入空氣，控制DO濃度在2-4mg/L之間。在處理制糖廢水時，將DO濃度維持在3-4mg/L，較高的DO濃度能夠為好氧微生物提供充足的氧氣，使其能夠快速地氧化分解有機物，同時有利于硝化細菌將氨氮氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽。在處理造紙廢水時，將DO濃度控制在2-3mg/L，既能滿足好氧微生物的需氧要求，又能避免過高的DO濃度導(dǎo)致能源浪費和微生物過度生長。通過在線溶解氧測定儀實時監(jiān)測DO濃度，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整曝氣強度，以確保反應(yīng)器內(nèi)DO濃度穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi)。有機負(fù)荷率（OLR）：OLR反映了反應(yīng)器中有機物與微生物之間的平衡關(guān)系，對ABR-MBBR組合工藝的處理效果和運行穩(wěn)定性有著重要影響。在ABR反應(yīng)器中，處理制糖廢水時，由于其有機物濃度較高，初始OLR控制在2-3kgCOD/(m3?d)。隨著反應(yīng)器的運行和微生物的適應(yīng)，逐漸提高OLR至3-4kgCOD/(m3?d)。在該OLR范圍內(nèi)，ABR反應(yīng)器能夠保持穩(wěn)定運行，對有機物的去除效果良好，同時避免了過高的OLR對厭氧微生物的沖擊和抑制。處理造紙廢水時，由于其有機物濃度相對較低，初始OLR設(shè)定為1-2kgCOD/(m3?d)，逐漸提高至2-3kgCOD/(m3?d)。在MBBR反應(yīng)器中，處理制糖廢水時，OLR控制在1-2kgCOD/(m3?d)。在該OLR下，微生物能夠充分利用廢水中的有機物進行生長和代謝，同時實現(xiàn)高效的硝化反硝化過程，對氨氮和總氮的去除效果顯著。處理造紙廢水時，OLR控制在0.5-1.5kgCOD/(m3?d)，以適應(yīng)其較低的有機物濃度，保證微生物能夠有效地降解污染物，使出水水質(zhì)達到排放標(biāo)準(zhǔn)。在實驗過程中，根據(jù)進水水質(zhì)和處理效果的變化，適時調(diào)整OLR，以實現(xiàn)ABR-MBBR組合工藝的最佳運行狀態(tài)。在MBBR反應(yīng)器中，處理制糖廢水時，OLR控制在1-2kgCOD/(m3?d)。在該OLR下，微生物能夠充分利用廢水中的有機物進行生長和代謝，同時實現(xiàn)高效的硝化反硝化過程，對氨氮和總氮的去除效果顯著。處理造紙廢水時，OLR控制在0.5-1.5kgCOD/(m3?d)，以適應(yīng)其較低的有機物濃度，保證微生物能夠有效地降解污染物，使出水水質(zhì)達到排放標(biāo)準(zhǔn)。在實驗過程中，根據(jù)進水水質(zhì)和處理效果的變化，適時調(diào)整OLR，以實現(xiàn)ABR-MBBR組合工藝的最佳運行狀態(tài)。四、ABR-MBBR組合工藝處理制糖廢水的中試結(jié)果與分析4.1ABR處理制糖廢水的性能研究4.1.1ABR反應(yīng)器的啟動過程ABR反應(yīng)器的啟動是一個關(guān)鍵階段，直接影響后續(xù)的處理效果和運行穩(wěn)定性。本實驗采用取自[具體污水處理廠名稱]厭氧池的厭氧污泥作為接種污泥，接種污泥的揮發(fā)性懸浮固體（VSS）與懸浮固體（SS）的比值（VSS/SS）為0.7，30min沉降比（SV??）為30%，具有良好的沉降性能和較高的活性微生物含量。啟動初期，為了使接種污泥能夠適應(yīng)制糖廢水的水質(zhì)和環(huán)境條件，采用逐步提高進水COD濃度的方式進行馴化。首先，向ABR反應(yīng)器中注入一定量的制糖廢水，將進水COD濃度控制在1500mg/L左右，水力停留時間（HRT）設(shè)定為24h，溫度控制在33-35℃，pH值調(diào)節(jié)至6.8-7.2。在這個階段，微生物需要一定的時間來適應(yīng)新的底物和環(huán)境，因此反應(yīng)器的運行相對不穩(wěn)定，COD去除率較低，僅為30%-40%。隨著運行時間的推移，微生物逐漸適應(yīng)了制糖廢水的水質(zhì)，活性逐漸增強。每隔3-5天，將進水COD濃度提高300-500mg/L，同時密切監(jiān)測反應(yīng)器的運行參數(shù)和處理效果。在啟動過程中，觀察到反應(yīng)器內(nèi)污泥的形態(tài)和性質(zhì)逐漸發(fā)生變化。接種初期，污泥呈松散的絮狀結(jié)構(gòu)，顏色較淺。隨著馴化的進行，污泥逐漸變得密實，顏色加深，形成了顆粒污泥。這是因為在厭氧環(huán)境下，微生物通過自身的代謝活動和相互作用，逐漸聚集形成了具有良好沉降性能和代謝活性的顆粒污泥。通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，顆粒污泥中微生物種類豐富，包括桿菌、球菌、絲狀菌等，這些微生物在不同的厭氧反應(yīng)階段發(fā)揮著重要作用。經(jīng)過60天的馴化，當(dāng)進水COD濃度達到3800mg/L時，ABR反應(yīng)器對COD的去除率穩(wěn)定在70%-80%之間，各項運行指標(biāo)趨于穩(wěn)定，表明ABR反應(yīng)器啟動成功，污泥已經(jīng)適應(yīng)了制糖廢水的水質(zhì)和環(huán)境條件，能夠有效地進行厭氧反應(yīng)。在啟動過程中，還對反應(yīng)器內(nèi)不同隔室的微生物群落結(jié)構(gòu)進行了分析。通過高通量測序技術(shù)發(fā)現(xiàn)，第1隔室中主要以水解產(chǎn)酸菌為主，如擬桿菌門（Bacteroidetes）和厚壁菌門（Firmicutes）的微生物相對豐度較高，這些微生物能夠?qū)⒋蠓肿佑袡C物分解為小分子有機物和揮發(fā)性脂肪酸（VFA）。隨著隔室的后移，產(chǎn)甲烷菌的相對豐度逐漸增加，在第5隔室中，產(chǎn)甲烷菌如甲烷桿菌屬（Methanobacterium）和甲烷球菌屬（Methanococcus）等的相對豐度較高，能夠有效地將VFA轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳。這種微生物群落結(jié)構(gòu)的分布與ABR反應(yīng)器內(nèi)的厭氧反應(yīng)進程相適應(yīng)，有利于提高反應(yīng)器的處理效率和穩(wěn)定性。4.1.2ABR對制糖廢水的處理效果在ABR反應(yīng)器穩(wěn)定運行后，對其處理制糖廢水的效果進行了系統(tǒng)研究。在為期60天的監(jiān)測期間，定期采集進、出水水樣，測定化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、懸浮物（SS）等污染物指標(biāo)的濃度，并計算去除率。圖4-1為ABR反應(yīng)器對制糖廢水COD去除率的變化情況?？梢钥闯?，在穩(wěn)定運行階段，ABR反應(yīng)器對COD的去除效果顯著，去除率穩(wěn)定在75%-85%之間，平均去除率達到80%。這是因為ABR反應(yīng)器內(nèi)的厭氧微生物能夠通過水解、酸化、產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷等一系列反應(yīng)，將制糖廢水中的大分子有機物分解為小分子有機物，并最終轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳等無害物質(zhì)，從而有效地降低了廢水中的COD濃度。在處理過程中，進水COD濃度在3000-5000mg/L之間波動，但ABR反應(yīng)器能夠較好地適應(yīng)這種水質(zhì)波動，通過微生物的代謝調(diào)節(jié)，保持穩(wěn)定的COD去除率。例如，當(dāng)進水COD濃度突然升高到4500mg/L時，ABR反應(yīng)器的出水COD濃度雖然也有所升高，但經(jīng)過短暫的調(diào)整后，去除率很快恢復(fù)到正常水平，表明ABR反應(yīng)器具有較強的抗沖擊負(fù)荷能力。<此處有圖