垃圾初期滲濾液EGSB反應(yīng)器厭氧發(fā)酵制氫的研究碩士畢業(yè)論文

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1、中圖分類號： 單位代號：11903密 級： 學(xué) 號： 碩 士 學(xué) 位 論 文SHANGHAI UNIVERSITYMASTERS Dissertation題目垃圾初期滲濾液EGSB反應(yīng)器厭氧發(fā)酵制氫的研究作 者 學(xué)科專業(yè) 環(huán)境工程導(dǎo) 師 完成日期 I上海大學(xué)本論文經(jīng)答辯委員會全體委員審查,確認(rèn)符合上海大學(xué)碩士學(xué)位論文質(zhì)量要求。答辯委員會簽名：主任：委員：導(dǎo) 師：答辯日期： 原 創(chuàng) 性 聲 明本人聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已發(fā)表或撰寫過的研究成果。參與同一工作的其他同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明

2、并表示了謝意。 簽 名： 日 期： 本論文使用授權(quán)說明本人完全了解上海大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留論文及送交論文復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容。（保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）簽 名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 上海大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文垃圾初期滲濾液EGSB反應(yīng)器厭氧消化制氫的研究姓 名： 許 惠導(dǎo) 師： 劉 強(qiáng) 學(xué)科專業(yè)：環(huán)境工程上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院二OO九年五月A Dissertation Submitted to Shanghai University for the Degree of Master in EngineeringB

3、iohydrogen production from anaerobic digestion of MSW earlier leachate using an EGSB reactorMDCandidate：Xu HuiSupervisor：Liu QiangMajor：Environmental EngineeringShanghai UniversityCollege of Environmental and Chemical Engineering, May, 2009摘 要發(fā)酵法生物制氫技術(shù)，以生物質(zhì)為原料進(jìn)行可再生能源物質(zhì)一氫氣的生產(chǎn)，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，已成為世界各國競相開發(fā)

4、的高新技術(shù)之一。垃圾初期滲濾液作為一類高濃度有機(jī)廢液，又是一種具有極高資源化潛力的、廉價(jià)的能源生產(chǎn)原料。本課題從垃圾初期滲濾液的高COD特點(diǎn)出發(fā)，以厭氧膨脹顆粒污泥床（EGSB）技術(shù)為主要手段，以反應(yīng)器產(chǎn)氫性能、廢水處理性能為主要研究內(nèi)容，在充分調(diào)查初期滲濾液水質(zhì)特性的基礎(chǔ)上，對生物制氫反應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)酵類型及其產(chǎn)氣能力進(jìn)行了分析，同時(shí)采用實(shí)際廢水成功啟動(dòng)了反應(yīng)器，揭示了中溫條件下EGSB厭氧發(fā)酵垃圾初期滲濾液的可行性；同時(shí)通過對最佳反應(yīng)條件和工藝參數(shù)的摸索，進(jìn)一步優(yōu)化了系統(tǒng)運(yùn)行性能，這對進(jìn)一步提高系統(tǒng)的產(chǎn)氫能力，加速發(fā)酵法生物制氫技術(shù)的工業(yè)化進(jìn)程具有重要意義。具體結(jié)論如下：(1) 以堆肥廠垃圾初

5、期滲濾液為底物，以厭氧顆粒污泥為接種物，在溫度為351，水力停留時(shí)間30 h，液體上升流速3.0 m/h，系統(tǒng)pH和有機(jī)負(fù)荷范圍分別為5.05.5、7.016.7 g/Ld的條件下，可實(shí)現(xiàn)EGSB反應(yīng)器厭氧發(fā)酵制氫連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。且EGSB反應(yīng)器厭氧消化產(chǎn)氫穩(wěn)定運(yùn)行期COD的去除率50%69%，總磷、總氮的去除率穩(wěn)定在40%70%、32%65%之間，平均產(chǎn)氫速率和最高產(chǎn)氫速率分別為1 025mL/(Ld)、1 460mL/(Ld)，氫氣含量約為19%33%。液相末端發(fā)酵產(chǎn)物VFAs中乙醇和乙酸的總含量占揮發(fā)酸總含量的80%以上，表明生活垃圾堆肥廠初期滲濾液EGSB制氫發(fā)酵類型以乙醇型發(fā)酵為主。(

6、2) 在溫度為351，進(jìn)水COD濃度為12 0001 000 mg/L，水力停留時(shí)間為24h條件下，隨著液體上升速度（Vup）的階梯式上升，系統(tǒng)的出水pH、COD去除率、氫氣的產(chǎn)生速率均呈先升高后降低的趨勢。在Vup為3.7 m/h時(shí)，系統(tǒng)的COD去除率、氫氣產(chǎn)生速率達(dá)到最大值，分別為49.6%51.6%、1 996 mL/Ld2 183 mL/Ld，即此時(shí)系統(tǒng)廢水處理性能達(dá)到最佳，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，產(chǎn)氣中氫氣含量保持在26%32%之間。Vup的改變并未較大影響各種VFAs的比例分布，未改變系統(tǒng)的發(fā)酵類型，系統(tǒng)發(fā)酵類型以乙醇型發(fā)酵為主。系統(tǒng)的最佳Vup為3.7 m/h。(3) 在溫度為351，

7、進(jìn)水COD濃度為10 0001 000 mg/L，Vup為3.7 m/h條件下，隨著HRT的階梯式下降，系統(tǒng)的出水pH、COD去除率、氫氣的產(chǎn)生速率均呈先升高后降低的趨勢，在HRT為12h時(shí)，系統(tǒng)的COD去除率、氫氣產(chǎn)生速率達(dá)到最大值，分別為48.6%58.5%、2027 mL/Ld2265 mL/Ld，即此時(shí)系統(tǒng)廢水處理性能達(dá)到最佳，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，產(chǎn)氣中氫氣含量保持在27%31%之間，HRT對氫氣含量的影響不大。HRT的改變并影響了各種VFAs的比例分布，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中乙醇、乙酸兩者總含量乙醇和乙酸兩者總含量從最高值92%降低至59%，系統(tǒng)發(fā)酵類型從以乙醇型發(fā)酵為主轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌纤岚l(fā)酵特征，

8、HRT的改變對系統(tǒng)產(chǎn)生了顯著影響。系統(tǒng)的最佳HRT為12 h。(4) P作為微生物一種重要的營養(yǎng)元素，對EGSB垃圾滲濾液厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫過程的產(chǎn)氫能力量有明顯影響。當(dāng)初始pH=4.8，底物COD濃度10 566 mg/L時(shí)，調(diào)整P濃度，P濃度達(dá)到120 mg/L時(shí)得到最大氫氣產(chǎn)率和最大COD去除率；投加P的濃度對產(chǎn)氣中氫氣的最大濃度影響不大，最大氫氣含量基本維持在24.9%25.5%左右。關(guān)鍵詞：EGSB，垃圾初期滲濾液，厭氧發(fā)酵，制氫ABSTRACTKeywords: EGSB, MSW earlier leachate, Anaerobic digestion, Biohydrogen pr

9、oduction上海大學(xué)碩士學(xué)位論文目 錄摘 要IABSTRACTIII目 錄IV圖形清單VII表格清單IX第一章 緒 論11.1 研究課題的背景及意義11.1.1 氫能意義11.1.2 垃圾滲濾液研究意義21.2 國內(nèi)外研究及應(yīng)用進(jìn)展31.2.1生物制氫研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景31.2.2 厭氧顆粒污泥膨脹床（EGSB）反應(yīng)器51.2.3垃圾滲濾液水質(zhì)特性及研究現(xiàn)狀101.3 微生物厭氧消化產(chǎn)氫理論121.3.1生物制氫方法121.3.2產(chǎn)氫細(xì)菌的種類141.3.3微生物厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的反應(yīng)原理151.4 研究目的、主要內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)251.4.1 研究目的251.4.2 主要研究內(nèi)容251.4.3

10、研究技術(shù)路線251.4.4 研究課題的創(chuàng)新點(diǎn)26第二章 實(shí)驗(yàn)材料與方法272.1 EGSB反應(yīng)器的啟動(dòng)特性研究272.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置272.1.2 實(shí)驗(yàn)材料282.1.3 實(shí)驗(yàn)方法282.1.4 分析項(xiàng)目及測定方法292.2 EGSB反應(yīng)器的運(yùn)行特性研究302.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置302.2.2 實(shí)驗(yàn)材料302.2.3 實(shí)驗(yàn)方法302.2.4 分析項(xiàng)目及測定方法312.3 P對垃圾滲濾液靜態(tài)厭氧發(fā)酵制氫的影響312.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置322.3.2 實(shí)驗(yàn)材料322.3.3 實(shí)驗(yàn)方法322.3.4 分析項(xiàng)目及測定方法33第三章 EGSB反應(yīng)器的啟動(dòng)特性研究343.1 廢水處理性能343.1.1 pH

11、變化343.1.2 COD去除效果363.1.3 總氮、總磷、氨氮、硝酸鹽氮的變化373.2 液相末端產(chǎn)物揮發(fā)性脂肪酸的比例分布403.3氫氣產(chǎn)量與氫氣含量變化413.4本章小結(jié)43第四章 EGSB反應(yīng)器的運(yùn)行特性研究444.1液體上升速度對系統(tǒng)的影響444.1.1 pH變化454.1.2 COD處理效果464.1.3液相末端產(chǎn)物的比例分布474.1.4系統(tǒng)產(chǎn)氫能力484.2水力停留時(shí)間對系統(tǒng)的影響504.2.1pH變化504.2.2COD處理效果514.2.3液相末端產(chǎn)物的比例分布524.2.4系統(tǒng)的產(chǎn)氫能力534.3本章小結(jié)55第五章 P對垃圾滲濾液靜態(tài)厭氧發(fā)酵制氫的影響565.1 P元素

12、的投加對產(chǎn)氫的促進(jìn)作用565.2本章小結(jié)59第六章 結(jié)論與展望606.1 結(jié)論606.2 建議與展望62參考文獻(xiàn)65作者在攻讀碩士學(xué)位期間公開發(fā)表的論文73致 謝7433圖形清單圖1-1 EGSB反應(yīng)器結(jié)構(gòu)5圖1-2填埋場垃圾穩(wěn)定化過程10圖1-3有機(jī)物厭氧降解過程15圖1-4碳水化合物厭氧發(fā)酵途徑19圖1-5通過丙酮酸產(chǎn)氫的兩種方式20圖1-6氫化酶活性中心示意21圖1-7 生境中pH值對NADH+與H2電勢差的影響22圖1-8 NADH作用下產(chǎn)氫23圖1-9研究課題的技術(shù)路線25圖2-1 EGSB反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)裝置27圖2-2 EGSB反應(yīng)器系統(tǒng)流程27圖2-3實(shí)驗(yàn)裝置圖31圖3-1啟動(dòng)階段系

13、統(tǒng)pH變化34圖3-2COD處理效果35圖3-3進(jìn)出水中總磷含量變化36圖3-4進(jìn)出水中總氮、氨氮、硝酸鹽氮含量變化37圖3-5液相末端產(chǎn)物揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）的組成38圖3-6系統(tǒng)的產(chǎn)氫能力39圖4-1Vup優(yōu)化階段系統(tǒng)pH變化42圖4-2Vup優(yōu)化階段COD處理效果44圖4-3Vup優(yōu)化階段液相末端產(chǎn)物揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）的組成45圖4-4Vup優(yōu)化階段系統(tǒng)的產(chǎn)氫能力46圖4-5HRT優(yōu)化階段系統(tǒng)pH變化48圖4-6 HRT優(yōu)化階段COD處理效果49圖4-7HRT優(yōu)化階段液相末端產(chǎn)物揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）的組成50圖4-8 HRT優(yōu)化階段系統(tǒng)的產(chǎn)氫能力51圖5-1pH變化54圖5

14、-2 COD去除率變化55圖5-3氫氣產(chǎn)率隨時(shí)間變化55圖5-4 P對最大產(chǎn)氫濃度影響56表格清單表1-1厭氧消化污泥的等級劃分8表1-2垃圾初期滲濾液與填埋場滲濾液的水質(zhì)比較11表1-3產(chǎn)氫發(fā)酵細(xì)菌的產(chǎn)氫速率及其產(chǎn)氫能力14表4-1Vup優(yōu)化階段反應(yīng)器運(yùn)行參數(shù)匯總表41表4-2 HRT優(yōu)化階段反應(yīng)器運(yùn)行參數(shù)匯總表47表5-1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)53第一章 緒 論1.1 研究課題的背景及意義能源是人類賴以生存的基礎(chǔ)，是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力，它與社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類的生活息息相關(guān)，開發(fā)和利用能源資源始終貫穿于社會文明發(fā)展的整個(gè)過程。能源不僅是人民生活的必需品，也是現(xiàn)在工業(yè)的重要支柱，為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供動(dòng)力。能

15、源的人均占有量、能源構(gòu)成、能源使用效率和對環(huán)境的影響，是很亮一個(gè)國家現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，因此世界各國都把能源的開發(fā)和利用作為發(fā)展經(jīng)濟(jì)的前提。從能源構(gòu)成情況來看，包括我國在內(nèi)的世界絕大多數(shù)國家都把石油和煤炭等礦物性燃料做作為基本能源，把發(fā)展石油和煤炭工業(yè)作為能源開發(fā)和利用的基礎(chǔ)【】世界能源理事會.新的可再生能源M. 第一版. 北京：海洋出版社，1998.。誠然，石油和煤炭具有還能量高，易于開發(fā)和利用等多方面的優(yōu)點(diǎn)，但它們是不可再生能源，且由于大規(guī)模開發(fā)和廣泛應(yīng)用，已經(jīng)嚴(yán)重影響了人類生存環(huán)境的質(zhì)量，破壞了生態(tài)平衡。1.1.1 氫能意義化石燃料資源的日趨匱乏以及化石燃料的使用對環(huán)境產(chǎn)生的巨大危

16、害要求人類加速研發(fā)潔凈、高效、可再生的能源，改善能源結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)可持續(xù)發(fā)展。由于氫能作為一種高效、可再生的燃料，在燃燒時(shí)只生成水，不產(chǎn)生任何污染物，甚至也不產(chǎn)生CO2，可以實(shí)現(xiàn)真正的“零排放”，是一種理想的清潔能源，正日益受到人們的重視。國際上的氫能制備工藝主要有電解制氫、熱解制氫、光化制氫、放射能水解制氫、等離子電化學(xué)法制氫、礦石燃料制氫和生物制氫等【】王繼華，趙愛萍，生物制氫技術(shù)的研究進(jìn)展與應(yīng)用前景J. 環(huán)境科學(xué)研究，2005，18(4)：130-135. 。在這些方法中，96%的氫氣都是從天然的碳?xì)浠衔锾烊粴?、煤、石油產(chǎn)品中提取出來的，4%是用水電解制氫技術(shù)制取的。生物制氫是一項(xiàng)利用微生

17、物的生理代謝作用分解有機(jī)物從而產(chǎn)生氫氣的生物工程技術(shù)，它是一種符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的可再生能源，除了生物制氫技術(shù)外，其他的制氫技術(shù)都要消耗大量的化石能源，而且也要在生產(chǎn)過程中造成環(huán)境污染，所以采用生物制氫技術(shù)，可減少環(huán)境污染，節(jié)約不可再生能源。發(fā)展生物質(zhì)的微生物制氫對我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和可持續(xù)發(fā)展具有非常迫切和重要的意義，對于解決未來能源的可持續(xù)發(fā)展問題也具有十分重要的普遍意義【】梁建光，吳永強(qiáng).生物產(chǎn)氫研究進(jìn)展J.生物學(xué)通報(bào)，2002, 29 ( 6 ) : 81-85.,【】Momirlan M, Veziroglu T. Recent directions of world hydrogen

18、 productionJ. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 1999, 3: 219-231.。1.1.2 垃圾滲濾液研究意義垃圾滲濾液作為一種高濃度有毒有害有機(jī)廢水，是生活垃圾處理過程中產(chǎn)生的二次污染之一，成分復(fù)雜、污染物濃度高，其含有大量的有機(jī)污染物、氮磷類物質(zhì)和種類繁多且含量超標(biāo)的重金屬類物質(zhì)，對生態(tài)環(huán)境和人類健康都存在一定危害。如不及時(shí)對其進(jìn)行收集、理，將造成對地下水、地表水及周圍環(huán)境的污染和影響，尤其對下水和土壤的污染更為嚴(yán)重。有關(guān)垃圾滲濾液污染地下和地表水源使得周圍居民被迫搬遷的報(bào)到已有不少【】徐壯. 我國城市垃圾性質(zhì)及污染狀況的

19、綜合分析J，環(huán)境科學(xué)，1987：8(5)：80-84，因此近年來其對生態(tài)環(huán)境和人類健康的危害受到了國內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注，相關(guān)處理技術(shù)與工藝也成為研究熱點(diǎn)之一【】Castillo E, Vergara M., Moreno Y. Landfill leachate treatment using a rotating biological contactor and an upward-flow anaerobic sludge bed reactorJ. Waste Management, 2007, 27(5): 720-726.,【】Osman N A, Delia T S. Anaero

20、bic/aerobic treatment of municipal landfill leachate in sequential two-stage up-flow anaerobic sludge blanket reactor (UASB)/completely stirred tank reactor (CSTR) systemsJ. Process Biochemistry, 2005 40(2): 895902.,【】Wang Y, Yang M, Yu H Q. Comparative performance of two upflow anaerobic biohydroge

21、n-producing reactors seeded with different sludgesJ. International Journal of Hydrogen Energy, 2007, 32(8): 1086-1094.。但它的處理又難于一般的高濃度有機(jī)廢水，這要是因?yàn)槔鴿B濾液水質(zhì)水量的不穩(wěn)定性。生活垃圾初期滲濾液產(chǎn)生于垃圾穩(wěn)定化堆酵的早期階段，是由垃圾自身原有的含水和垃圾中的有機(jī)物經(jīng)微生物作用而轉(zhuǎn)化生成的水組成。其有機(jī)污染物濃度遠(yuǎn)高于以填埋場滲濾液為典型代表的垃圾發(fā)酵成熟階段所產(chǎn)生的滲濾液【】鄧黛青，夏鳳毅，李光明UASB法處理城市生活垃圾焚燒場滲濾液J. 環(huán)境工程，200

22、6，24(2): 11-13.。并且，由于我國生活垃圾含水率及有機(jī)物比重遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)達(dá)國家【】張進(jìn)鋒，聶永豐垃圾處理領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和啟示J環(huán)境科學(xué)研究，2006，19(1)：57-63.，致使垃圾初期滲濾液具有水量大、污染物濃度高、處理難度大的特點(diǎn)。然而，從資源利用角度出發(fā)，垃圾初期滲濾液作為一類高濃度有機(jī)廢液，又是一種具有極高資源化潛力的、廉價(jià)的能源生產(chǎn)原料。因而，在我國發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排和建設(shè)資源節(jié)約環(huán)境友好型社會的重大背景需求下、根據(jù)我國生活垃圾初期滲濾液的特性、研究符合可持續(xù)發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟(jì)要求的資源化處理技術(shù)、以實(shí)現(xiàn)滲濾液污染處理與能源轉(zhuǎn)化相結(jié)合的目的，是一項(xiàng)十分迫切的工作。利用厭氧

23、生物技術(shù)處理高濃度有機(jī)廢水已成為當(dāng)今世界環(huán)境污染治理的重要手段之一，其實(shí)質(zhì)是利用厭氧微生物的代謝特性，分解有機(jī)污染物，同時(shí)產(chǎn)生甲烷氣體。其中，厭氧膨脹顆粒污泥床（Expanded Granular Sludge Bed，EGSB）是以厭氧生物處理為理論依據(jù)開發(fā)的第三代高效厭氧反應(yīng)器。具有有機(jī)容積負(fù)荷高、生物截留量高、固液傳質(zhì)好、投資省能耗低、占地小產(chǎn)泥少等優(yōu)點(diǎn)【】Lucas S, Grietje Z, Jules B, et al. A review: The anaerobic treatment of sewage in UASB and EGSB reactorsJ. Bioresour

24、ce Technology,1998, 65(3): 175-190.,【】Nicolella C, Heijnen J J, et al. Wastewater treatment with particulate biofilm reactorsJ. Journal of Biotechnology, 2000, 80(9): 1-33.，目前已廣泛應(yīng)用于釀酒廢水、食品加工廢水、化工廢水、石油冶金廢水處理等領(lǐng)域，是一項(xiàng)效能極高的處理技術(shù)【】Maria A P, Kees R, Alfons J M., et al. Molecular monitoring of microbial div

25、ersity in expanded granular sludge bed (EGSB) reactors treating oleic acid J. FEMS Microbiology Ecology, 2002, 41(2): 95-103.,【】Li X M, Guo L, Yang Q, et al. Removal of carbon and nutrients from low strength domestic wastewater by expanded granular sludge bed-zeolite bed filtration (EGSB-ZBF) integr

26、ated treatment conceptJ. Process Biochemistry, 2007, 42(8): 1173-1179.,【】Chu L B, Yang F L, Zhang X W. Anaerobic treatment of domestic wastewater in a membrane-coupled expended granular sludge bed (EGSB) reactor under moderate to low temperatureJ. Process Biochemistry, 2005, 40(3-4): 1063-1070.。本課題利

27、用EGSB反應(yīng)器處理生活垃圾初期滲濾液，目的在于充分利用滲濾液的高COD特點(diǎn)對其進(jìn)行厭氧發(fā)酵制氫，將廢水處理與能源回收利用相結(jié)合，在污染嚴(yán)重、能源短缺的現(xiàn)今時(shí)代具有巨大的社會意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。并且，在垃圾滲濾液處理領(lǐng)域，目前國內(nèi)針對填埋場滲濾液厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼的研究較少，國外開展了相關(guān)研究，而針對垃圾初期滲濾液的厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫還沒有相關(guān)報(bào)道，因此，垃圾初期滲濾液厭氧發(fā)酵制氫方面的研究可以為垃圾滲濾液資源化利用提供參考。1.2 國內(nèi)外研究及應(yīng)用進(jìn)展1.2.1生物制氫研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景當(dāng)今世界，人們對促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已形成共識。尋求能源合理利用的新途徑，開發(fā)其它新能源，已成為人類

28、迫切需要解決的課題。由于清潔、高效、可再生等突出的特點(diǎn)，在21世紀(jì)，氫氣有著十分光明的應(yīng)用前景，它的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)大。當(dāng)前，氫能源的開發(fā)和利用技術(shù)已成為科學(xué)研究中的熱點(diǎn)課題，日本的東京電器公用事業(yè)公司已經(jīng)建設(shè)了第二條氫燃料電池發(fā)電生產(chǎn)線11MW的燃料電池發(fā)電廠；日本豐田汽車公司研制出了氫燃料電池汽車，日本武藏工業(yè)大學(xué)先后研制了8個(gè)型號的系列氫能汽車，德國的Dalmler-Benz公司也開發(fā)出了貯氫材料型的氫能汽車；美國的波音公司對超音速飛機(jī)適用液氫燃料的可行性進(jìn)行了研究【】申伴文. 21世紀(jì)的動(dòng)力：氫與氫能M南開大學(xué)出版社，2000：1-10。氫的應(yīng)用已不僅僅局限于能源領(lǐng)域，氫氣在其它領(lǐng)

29、域也有廣泛的用途，如化工合成、煉油重整、甲醇合成、煤的液化和甲烷化、航空航天以及金屬冶金、電子、焊接、食品等領(lǐng)域。隨著氫氣用途的增加，氫氣的需求量在迅速增長，常規(guī)的制氫方法已經(jīng)無法適應(yīng)社會發(fā)展的需要，尤其是面臨嚴(yán)峻的世界性環(huán)境危機(jī)，從國內(nèi)到國外都在大力推進(jìn)和支持廢物綜合利用、節(jié)能高效的清潔生產(chǎn)項(xiàng)目，研究開發(fā)適應(yīng)社會發(fā)展需求的制氫技術(shù)已是當(dāng)務(wù)之急。生物制氫技術(shù)因其具有清潔、節(jié)能和不消耗礦物資源等許多突出優(yōu)點(diǎn)而倍受世人關(guān)注，有關(guān)的技術(shù)研究在世界各國的共同努力下，不斷取得進(jìn)展。在人類進(jìn)入21世紀(jì)之際，考慮到所面臨的資源短缺和環(huán)境問題，開發(fā)清潔的生物制氫技術(shù)，其重要意義是毋庸置疑的，其發(fā)展前景是令人鼓

30、舞的。有理由相信在不遠(yuǎn)的將來，生物制氫的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)就會成為現(xiàn)實(shí)，該項(xiàng)技術(shù)的研究開發(fā)及推廣應(yīng)用，將帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。目前人們對發(fā)酵法生物制氫的研究越來越多，常用葡萄糖、蔗糖、淀粉廢水等【】Ueno Y, Otsuka S, Morimoto M. Hydrogen production from industrial wastewater by anaerobic microflora in chemostat cultureJ. Journal of Fermentation and Biogeneering，1996，83(2)：194-197,【】Yokoi H, M

31、aki R, Hirose J, et al. Microbial production of hydrogen from starch manufacturing wastes J. Biomass and Bioenergy, 2002，22(5)：389-395來厭氧發(fā)酵法生物制氫，也有人采用秸稈【】Lay J J, Lee Y J, Tatsuya N. Feasibility of biological hydrogen production from organic fraction of municipal solid wasteJ. Water Research, 1999,

32、33 (11)：2579-2586 ,、餐廚垃圾【】Nielsen A T, Amandusson H, Bjorklund R. Hydrogen production from organic wasteJ. Hydrogen Energy, 2001, 26（6）：547-50 、城市有機(jī)固體廢棄物【】周俊虎，戚峰，程軍，等秸稈發(fā)酵產(chǎn)氫的影響因素研究J環(huán)境科學(xué)，2007，28（5）：1153-1157 和生活垃圾【】Shina H S, Younb J H, Kima S H. Hydrogen production from food waste in anaerobic mesoph

33、ilic and thermophilic acidogenesisJ. International Journal of Hydrogen Energy, 2004, 29(13)：1355-1363等。如我國哈爾濱工業(yè)大學(xué)任南琪教授是利用糖廠有機(jī)廢水以厭氧活性污泥為接種體進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)氫，在發(fā)酵產(chǎn)氫代謝類型、高效產(chǎn)氫菌株及其生理生態(tài)學(xué)、連續(xù)流廢水制氫設(shè)備等方面取得了許多卓有成效的研究成果【】林明，任南琪，王愛杰等.混合菌種在發(fā)酵法生物產(chǎn)氫中的協(xié)同作用J.環(huán)境科學(xué)， 2003, 24(2): 54-59.,【】任南琪，李建政，林明等.產(chǎn)酸發(fā)酵細(xì)菌產(chǎn)氫機(jī)理探討J. 太陽能學(xué)報(bào)，2002, 23(1

34、): 124-128.,【】李建政，任南琪，林明等.有機(jī)廢水發(fā)酵法生物制氫中試研究J. 太陽能學(xué)報(bào)，2002,23(2): 252-256.，1999年率先在國際上完成中試研究，最高穩(wěn)定產(chǎn)氫速度達(dá)到5.7 m3/（m3反應(yīng)器d）【】王勇，任南琪，孫寓嬌等.乙醇型發(fā)酵與丁酸型發(fā)酵產(chǎn)氫機(jī)理及能力分析J.太陽能 學(xué)報(bào)，2002, 23(3): 366-373.,【】任南琪，趙丹，陳曉蕾等. 厭氧生物處理丙酸產(chǎn)生和積累的原因及控制J. 中國科學(xué)B輯，2002，32(1)：83-89,其中利用糖蜜廢水連續(xù)運(yùn)行生物制氫反應(yīng)器已獲得了連續(xù)制氫生產(chǎn)的小試 【】宮曼麗，任南琪，邢德峰丁酸型發(fā)酵生物制氫反應(yīng)器的運(yùn)

35、行特性研究J環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，25(2)：275-278,【】任南琪，宮曼麗，邢德峰連續(xù)流生物制氫反應(yīng)器乙醇型發(fā)酵的運(yùn)行特性J環(huán)境科學(xué)，2004，25(6)：113-116,【】Ren N Q，Guo W Q，Wang X J，et alHydrogen energy recovery from high strength organic wastewater with ethanol type fermentation using acidogenic EGSB reactorJ. Journal of Harbin Institute of Technology(New Series

36、)，2005, 12(6)：603-607和中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果【】Wang X J，Ren N Q，Xiang W S，et alThe start-up of biohydrogen producing process by bioaugmentation in the EGSB reactorJ. High Technology Letters. 2006, 12(3)：328 -332,【】嚴(yán)永紅，任洪強(qiáng)，祁佩時(shí). EGSB反應(yīng)器與UASB反應(yīng)器處理有機(jī)廢水的性能比較研究J. 中國沼氣，2005，23(3)：3-6.,【】Jeison D，Chamy R. Comparison of the

37、behaviour of expended granular sludge bed and upflow anaerobic sludge blanket reactor in dilute and concentrated wastewater reatment J. Water and Techology，1999，40(8)：91-97。日本東京大學(xué)等【】Lay J J, Lee Y J, Noike T. Feasibility of biological hydrogen production from organic Fraction of municipal solid wast

38、eJ. Water Research, 1999, 33(11):2579-2586.曾將餐廳剩菜與糞便污泥和污水處理廠的污泥混合配成培養(yǎng)基料，利用兩種菌株(預(yù)熱處理的活性污泥和制氫菌)在37下進(jìn)行發(fā)酵制氫，發(fā)現(xiàn)在這兩種產(chǎn)氫菌作用下固體有機(jī)廢棄物的產(chǎn)氫潛力分別高達(dá)140 ml/gTVS和180 ml/gTVS。Okamoto等【】Okarnoto M, Miyahara T, Mizuno O, et al. Biological hydrogen potential of materials characteristic of the organic fraction of municipa

39、l solid wastesJ. Water Science and Technology, 2000, 41 ( 3):25-32.對米飯、卷心菜、胡蘿卜、雞蛋、瘦肉、脂肪和雞皮進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)氫試驗(yàn)，結(jié)果為胡蘿卜產(chǎn)氫率是44.970.7 ml/gVS，卷心菜產(chǎn)氫率為26.361.7 ml/gVS，米飯產(chǎn)氫率為19.396.0 ml/gVS，其余各種產(chǎn)氫比較少。胡蘿卜、卷心菜和米飯發(fā)酵產(chǎn)氣中氫氣含量分別為27.746.8%，33.955.1%和44.045.6%。云南師范大學(xué)的張無敵，盧怡等【】盧怡，張無敵，宋洪川等.豬糞發(fā)酵產(chǎn)氫潛力的研究J，可再生能源，2003, 2: 11-13.,【】盧怡，

40、張無敵，宋洪川等.稻草發(fā)酵產(chǎn)氫潛力的研究J，新能源及工藝，2003, 2: 26-28.研究了農(nóng)村固體廢棄物如豬糞、稻草和秸稈的發(fā)酵產(chǎn)氫的潛力。 生物制氫的研究雖然在機(jī)理及實(shí)用系統(tǒng)的開發(fā)方面有很大的進(jìn)展，但基本上仍處于開發(fā)階段上。研究剛剛起步，很多問題尚有待深入研究，特別是關(guān)于各種不同固體底料的產(chǎn)氫能力、高效產(chǎn)氫菌株的篩選、高效產(chǎn)氫反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、產(chǎn)氫代謝機(jī)理的研究以及如何克服目前生物質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)氫中存在的三大難點(diǎn):能源轉(zhuǎn)化率太低，農(nóng)村固體有機(jī)廢棄物的發(fā)酵產(chǎn)氫研究發(fā)現(xiàn)其能源轉(zhuǎn)化率僅為發(fā)酵產(chǎn)甲烷的40%左右；有機(jī)酸累積問題，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，美國城市生活垃圾發(fā)酵過程中有機(jī)脂肪酸累積到1300020000 m

41、g/L，時(shí)酸化反應(yīng)就會停止，而此時(shí)固體物料的氣化率尚不到4%，所以如何解決有機(jī)酸問題是提高能源轉(zhuǎn)化率的一個(gè)關(guān)鍵問題；如何抑制產(chǎn)甲烷菌同時(shí)激活產(chǎn)氫菌。1.2.2 厭氧顆粒污泥膨脹床（EGSB）反應(yīng)器1.2.2.1 EGSB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)（1）反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)EGSB反應(yīng)器的主要組成部分有反應(yīng)器主體部分、進(jìn)水分配系統(tǒng)、氣液固三相分離器以及出水循環(huán)部分，其結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示。圖1-1 EGSB反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖Fig 1-1 The chart of EGSB reactor EGSB反應(yīng)器主體部分可分為兩個(gè)區(qū)域，即反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)。在反應(yīng)區(qū)下部，是由沉淀性能良好的污泥形成的厭氧污泥床。當(dāng)廢水通過反應(yīng)器進(jìn)

42、水系統(tǒng)進(jìn)入反應(yīng)器后，由于水的向上流動(dòng)和產(chǎn)生的大量氣體上升形成了良好的自然攪拌作用?；旌弦哼M(jìn)入沉淀區(qū)后，氣體首先進(jìn)入集氣室被分離，含有懸浮物的廢水進(jìn)入沉降室，由于氣體已被分離，在沉降室擾動(dòng)很小，污泥在此沉降，由斜面返回膨脹床區(qū)，上清液通過出水管排出反應(yīng)器。進(jìn)水分配系統(tǒng)的主要作用是將進(jìn)水均勻地分配到整個(gè)反應(yīng)器的底部，并產(chǎn)生一個(gè)均勻的上升流速。三相分離器是EGSB反應(yīng)器最關(guān)鍵的構(gòu)造，其主要作用是將出水、沼氣、污泥三相進(jìn)行有效分離，使污泥在反應(yīng)器內(nèi)有效持留。它同時(shí)具有兩個(gè)重要的功能：收集分離器下的反應(yīng)室內(nèi)產(chǎn)生的氣體；使分離器之上的懸浮物沉淀下來。出水循環(huán)部分的主要目的是提高反應(yīng)器內(nèi)的液體上升流速，使顆

43、粒污泥床層充分膨脹，污水與微生物之間充分接觸，加強(qiáng)傳質(zhì)效果，還可以避免反應(yīng)器內(nèi)死角和短流的產(chǎn)生。（2）反應(yīng)器的特點(diǎn)與UASB反應(yīng)器相比，EGSB工藝主要具有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)6,【】Boca R. New and broader applications of anaerobic digestionJ. Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 1999, 29(2): 151-155,【】George R. Z, Peter B. The Biobed EGSB (expanded granular sludge bed

44、) system covers shortcomings of the upflow anaerobic sludge blanket reactor in the chemical industryJ. Water Science and Technology,1997, 35(10): 183-188：1) 能在高負(fù)荷下取得高處理效率，尤其是在低溫條件下對低濃度有機(jī)廢水的處理。EGSB反應(yīng)器在處理COD濃度低于1000 mg/L的廢水時(shí)仍能有很高的負(fù)荷和去除率。2) EGSB反應(yīng)器內(nèi)維持很高的液體上升流速。在UASB反應(yīng)器中液體最大上升流速僅為l m/h，而EGSB反應(yīng)器中液體上升流速可達(dá)

45、2.510 m/h，最高可達(dá)15 m/h。3) EGSB反應(yīng)器可采用較大的高徑比（1540），生產(chǎn)規(guī)模的反應(yīng)器高度可達(dá)1520 m。這種細(xì)高型的反應(yīng)器構(gòu)造，可有效的減少占地面積。4) EGSB反應(yīng)器中的顆粒污泥性能良好，顆粒污泥床呈膨脹狀態(tài)。在高水力負(fù)荷條件下，顆粒污泥的粒徑較大，凝聚和沉降性能好，顆粒沉速可達(dá)6080 m/h，機(jī)械強(qiáng)度也較高，可達(dá)3.2104 N/m2。5) EGSB反應(yīng)器對布水系統(tǒng)要求較為寬松，但對三相分離器要求比較嚴(yán)格。因?yàn)殡m然高水力負(fù)荷使得反應(yīng)器內(nèi)攪拌強(qiáng)度非常大，保證了顆粒污泥與廢水的充分接觸，強(qiáng)化了傳質(zhì)，有效地解決了UASB常見的短流、死角和堵塞問題，但是高水力負(fù)荷和

46、生物氣浮力攪拌的共同作用，容易發(fā)生污泥流失。因此，三相分離器的設(shè)計(jì)成為EGSB高效穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。6) EGSB采用出水回流技術(shù)，這是它區(qū)別于UASB工藝最為突出的特點(diǎn)之一。對于低溫和低負(fù)荷有機(jī)廢水，回流可增加反應(yīng)器的水力負(fù)荷，保證處理效果；對于超高濃度或含有毒物質(zhì)的有機(jī)廢水，回流可以稀釋進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)濃度和有毒物質(zhì)濃度，降低其對微生物的抑制和毒害。7) EGSB反應(yīng)器比UASB反應(yīng)器具有更強(qiáng)的抗溫度和進(jìn)水pH值變化的能力，且其處理效果恢復(fù)也更快。1.2.2.2 影響反應(yīng)器性能的因素影響EGSB反應(yīng)器產(chǎn)沼能力以及廢水處理效果的因素有很多，除了厭氧生物處理技術(shù)所共有的影響因素：溫度、pH值、

47、營養(yǎng)物質(zhì)、抑制物等之外，培養(yǎng)高性能的顆粒污泥與保持合適的液體上升流速（Vup），同樣也對反應(yīng)器高效運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。（1）顆粒污泥性能EGSB反應(yīng)器通過對污泥的顆?；?，能在反應(yīng)器中保持足夠的生物量，使活性污泥停留時(shí)間與廢水停留時(shí)間分離，從而從根本上保證了反應(yīng)器的性能。 Hulshuff 【】Hulshuff P. The phenomenon of granulation of anaerobic sludge Ph.D.Thesis, The Netherlands: WAU, 1989. 提出污泥的顆粒化具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）細(xì)菌形成顆粒狀的聚集體是一個(gè)微生態(tài)系統(tǒng)，不同類型的種群組成了共

48、生或互生體系，有利于形成細(xì)菌生長的生理生化條件并利于有機(jī)物的降解；2）顆粒的形成有利于其中的細(xì)菌對營養(yǎng)的吸收；3）顆粒使發(fā)酵菌的中間產(chǎn)物的擴(kuò)散距離大大縮短，這對復(fù)雜有機(jī)物的降解是重要的；4）在廢水性質(zhì)突然變化時(shí)（例如pH、毒性物質(zhì)的濃度等），顆粒污泥能維持一個(gè)相對穩(wěn)定的微環(huán)境，使代謝繼續(xù)進(jìn)行。迄今為止顆粒污泥只在升流式厭氧反應(yīng)器中發(fā)現(xiàn)，說明升流條件是顆粒污泥形成的必要條件【】郭曉磊，胡勇有，高孔榮. 厭氧顆粒污泥及其形成機(jī)理J. 中國給水排水，2000，26(1): 33-40。而高活性的厭氧顆粒污泥只有在甲烷菌和產(chǎn)酸菌共存時(shí)才能容易且快速地形成【】Lettinga G. Sustainabl

49、e integrated biological wastewater treatmentJ.Water Science Technology, 1996, 33(3): 8598。因而有研究者認(rèn)為，EGSB反應(yīng)器啟動(dòng)初期宜采用低進(jìn)水濃度、高水力負(fù)荷，從而使大量產(chǎn)酸菌快速生長。但由于產(chǎn)甲烷菌生長緩慢，在經(jīng)歷初期高水力負(fù)荷后，接著需降低進(jìn)水流量，提高進(jìn)水濃度，促進(jìn)產(chǎn)甲烷菌的生長，以在較短時(shí)間內(nèi)形成固定的平衡微生態(tài)系統(tǒng)，盡快形成高活性顆粒污泥【】董春娟，呂炳南接種厭氧消化污泥EGSB反應(yīng)器的快速啟動(dòng)J環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2006，l7(10)：118-123. 。除此以外顆粒污泥形成還受廢水性質(zhì)

50、、污泥負(fù)荷、水力負(fù)荷、接種污泥、堿度、溫度、pH值、微量元素和營養(yǎng)元素等因素影響【】胡紀(jì)萃，周孟津，左劍惡，等. 廢水厭氧生物處理理論與技術(shù)M. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002. 。顆粒污泥的外觀不規(guī)則，有球形，也有棒形，絲狀形以及板狀形。直徑變化在0.145mm，最大可達(dá)7mm【】白彩華EGSB反應(yīng)器中SRB污泥顆?；头磻?yīng)器的工藝特性D.太原理工大學(xué)碩士論文，2006.。其所能維持的最大尺寸取決于所受到的外力、內(nèi)部的強(qiáng)度和營養(yǎng)與產(chǎn)氣的傳質(zhì)作用等因素。顆粒污泥中有機(jī)組分一般以VSS濃度表達(dá)，主要由細(xì)胞和胞外有機(jī)物組成。廢水水質(zhì)不同，組成顆粒污泥的有機(jī)組分含量也不同，其相對含量以VSS/S

51、S比值計(jì)。VSS/SS的變化較大，通常情況下VSS占污泥總量的比例是70%90%【】張希衡，王寶泉，劉新榮廢水厭氧生物處理工程M北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1996117121。顆粒污泥沉降性能好壞主要取決于顆粒污泥的有效直徑和密度。據(jù)報(bào)道顆粒污泥的沉降速度范圍為18100 m/h，典型值在1850 m/h之間40。顆粒污泥的凝聚性能取決于廢水性質(zhì)、有機(jī)物濃度、反應(yīng)器負(fù)荷高低、運(yùn)行條件等。過大的顆粒污泥由于外部營養(yǎng)物質(zhì)較難傳遞到顆粒中心，導(dǎo)致內(nèi)部細(xì)胞進(jìn)行內(nèi)源代謝，甚至引起細(xì)胞自溶形成空腔，因而顆粒內(nèi)部凝聚性減弱，易被氣體或水流剪切成碎片。另外，當(dāng)廢水中缺少N，P時(shí)，顆粒污泥會因營養(yǎng)不足而部分解體

52、或退化為絮狀污泥。顆粒污泥的產(chǎn)甲烷活性可通過比產(chǎn)甲烷活性（Specific methanogenic activity）這一指標(biāo)來評價(jià)【】Tay J H, Yan Y G. Influence of substrate concentration on microbial selection and granulation during start-up of upflow anaerobic sludge blanket reactorsJ. Water Environment Research, 1996, 68(7): 114050.,【】Timur H, Zturk I. Anaero

53、bic sequencing batch reactor treatment of landfill leachateJ. Water Research, 1999, 33(15): 3225-3230.。該指標(biāo)是產(chǎn)甲烷菌的一項(xiàng)重要生理活性指標(biāo)，最早由荷蘭Zeeum等人（1983）提出。它被定義為：單位質(zhì)量污泥在單位時(shí)間內(nèi)對可溶性基質(zhì)轉(zhuǎn)化形成的最大甲烷產(chǎn)率，常以符號Vmax-CH4表示。厭氧污泥性能的等級劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1-1【】任南琪，王愛杰厭氧生物技術(shù)原理與應(yīng)用M第一版北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.。表1-1厭氧消化污泥的等級劃分Table 1-1 Anaerobic digestion s

54、ludge gradingSMA值LCH4/(gVSS.d)0.40.30.40.20.30.10.20.1活性等級優(yōu)上中下劣（2）液體上升速度選擇合適的液體上升速度（Vup）是保證反應(yīng)器高效遠(yuǎn)行的關(guān)鍵因素之一。通過提高液體上升速度能夠使污水與微生物良好接觸，促進(jìn)顆粒污泥內(nèi)外高效傳質(zhì)，而從形成更加穩(wěn)定高效的微生物群落結(jié)構(gòu)。Sean Connaughton【】Sean Connaughton, Gavin Collins, Vincent OFlaherty. Psychrophilic and mesophilic anaerobic digestion of brewery effluent

55、: A comparative studyJ. Water Research,2006, 40(13): 2503-2510等在研究啤酒廢水低溫厭氧消化時(shí)發(fā)現(xiàn)，通過增加液體上升流速，可使低溫條件下運(yùn)行的EGSB反應(yīng)器的沼氣產(chǎn)量大幅增加。逐步提高液體上升流速還有利于對污泥的水力篩選，沉降性能好的污泥留在了反應(yīng)器內(nèi)，而沉降性能差的污泥被洗出反應(yīng)器，從而對污泥的顆粒化進(jìn)程起到了促進(jìn)作用【】Yu L. State of the art of biogranulation technology for wastewater treatmentDNanyang Technological Universi

56、ty, 2004.。較高的液體上升流速可以形成水動(dòng)力學(xué)壓力, 從而使顆粒污泥更加規(guī)則、密實(shí)、穩(wěn)定、強(qiáng)度更高【】顏智勇，胡勇有，謝磊EGSB處理高濃度有機(jī)廢水的啟動(dòng)與微生物相J工業(yè)用水與廢水，2007，38(3): 20-23.。但液體上升流速不宜過大，否則將導(dǎo)致顆粒污泥的解體。左劍惡【】左劍惡，王妍春，陳浩等膨脹顆粒污泥床（EGSB）反應(yīng)器處理高濃度自配水的試驗(yàn)研究J中國沼氣，2001，19(2): 8-11.等對EGSB反應(yīng)器處理高濃度自配水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)提出：液體上升流速的增加沒有對反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥的穩(wěn)定及其生長產(chǎn)生不利影響。但當(dāng)液體上升流速提高到6 m/h或8 m/h時(shí)，并沒有提高反應(yīng)器的運(yùn)

57、行效果，相反地，使得反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥所受剪切力加大，顆粒表面細(xì)菌大量脫落，出水中懸浮物濃度明顯升高，反應(yīng)器內(nèi)的顆粒污泥大量減少，最終導(dǎo)致運(yùn)行效果下降。1.2.2.3 EGSB反應(yīng)器的研究與應(yīng)用國內(nèi)外對EGSB反應(yīng)器的研究主要集中在以下一些領(lǐng)域：EGSB反應(yīng)器處理某些難處理廢水（如中高濃度有機(jī)廢水、較低濃度有機(jī)廢水、高硫酸鹽廢水、含難降解有機(jī)物廢水等）時(shí)的啟動(dòng)和運(yùn)行特性，環(huán)境因素（如低溫、波動(dòng)溫度、低pH值等）對EGSB反應(yīng)器性能的影響，以及提高處理性能的技術(shù)方法（如投加溶解氧、微量元素、營養(yǎng)元素等）等三方面。EGSB反應(yīng)器的應(yīng)用在國外得到了較為廣泛的普及【】Austermann HU, Mey

58、er H, Seyfried C F, et al. Full scale experiences with anaerobic/ aerobic treatment plants in the food and beverage industryJ. Water Science Technology, 1999, 40 (1): 305-312.,【】George R, Zoutberg, Zerrin E. Anaerobic treatment of potato processing waste-waterJ. Water Science and Technology, 1999, 4

59、0(1): 297-304.。德國第一座EGSB反應(yīng)器用于處理淀粉廢水，該反應(yīng)器高度為14 m，體積為750 m3，進(jìn)水COD濃度為3500 mg/L，去除率可達(dá)到70%85%，沼氣中甲烷的含量達(dá)到80%。荷蘭Peka Kroef廠在土豆和蔬菜加工過程中產(chǎn)生的高濃度廢水溫度低、COD高、懸浮物含量高，且水質(zhì)波動(dòng)大，采用EGSB反應(yīng)器處理，COD去除率約為70%。90年代以來荷蘭Biothane System公司與Wageningen大學(xué)合作，推出了一系列工程規(guī)模的厭氧膨脹顆粒污泥床（商品名為Biobed EGSB）反應(yīng)器，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及釀酒、食品、化工等行業(yè)，占到工業(yè)規(guī)模厭氧反應(yīng)器市場的32%

60、份額。荷蘭喜力啤酒公司、丹麥嘉士伯啤酒公司和中國的深圳金威啤酒公司等都是EGSB反應(yīng)器的用戶。我國對于EGSB反應(yīng)器的應(yīng)用還剛剛起步，主要局限于釀酒廢水的資源化處理。例如，某玉米酒廠酒精廢液的治理工程采用EGSB+接觸氧化工藝【】張振家，周偉麗膨脹顆粒污泥床處理玉米酒精糟液的生產(chǎn)性試驗(yàn)J環(huán)境科學(xué)，2001，22(4):114-116.，進(jìn)水COD為1200030000 mg/L，溫度5070，運(yùn)行3個(gè)月后，在容積負(fù)荷升至29 kg/m3.d時(shí)，反應(yīng)器一直保持90%的COD去除率。四川某谷物釀酒廠廢液的治理采用EGSB+CASS工藝【】胡濱，馬林，王軍勝等四川省某酒業(yè)集團(tuán)廢水處理工程J水處理技術(shù)

61、，2006，32(10): 84-86.，EGSB反應(yīng)器有效容積10200 m3，進(jìn)水COD=12000 mg/L左右，OLR=12.5 kgCOD/m3.d。出水COD濃度低于2000 mg/L，去除率達(dá)到90%。除了釀酒廢水處理領(lǐng)域外，近年來，國內(nèi)利用EGSB技術(shù)對酒精生產(chǎn)廢水【】龔云鋒，杜建村酒精廢液治理工程實(shí)例EGSB+生化+物化處理工藝J寧波化工，2005，(1): 33-35.、高濃度變性淀粉廢水【】張振家，李克勛，張揚(yáng)高濃度變性淀粉生產(chǎn)廢水的處理J中國給水排水，2003，19(4): 86-87.、有機(jī)顏料廢水【】蔡立根采用EGSB+TCBS工藝處理有機(jī)顏料廢水的實(shí)例J江蘇環(huán)境科技，2007，20(2): 45-47.的大規(guī)模處理進(jìn)行了有益嘗試，并獲得了初步成功。有研究利用糖蜜廢水連續(xù)運(yùn)行生物制氫反應(yīng)器獲得了連續(xù)制氫生產(chǎn)的小試和中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果31,32。1.2.3垃圾滲濾液水質(zhì)特性及研究現(xiàn)狀20世紀(jì)80年代末起步的我國垃圾填埋處理較國外晚了許多，滲濾液的處理也歷經(jīng)了幾個(gè)不同時(shí)期。早期的滲濾液處理工藝沒考慮到滲濾液的特殊水質(zhì)，主要采用好氧生物法為主，處理效果不是很好，這個(gè)時(shí)期以北京阿蘇衛(wèi)垃圾填埋場為典型代表。90年代中后期的處理工藝，以深圳下坪垃圾填埋場為代表，開始針對滲濾液的特殊水質(zhì)采用脫氮、厭氧、好氧相結(jié)合的處理工藝，運(yùn)行效