1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1.前言

上流式污泥床-过滤器(Upflow Blanket Filter，简称UBF)是加拿大人Guiot^[2]在厌氧滤器(AnaerobicＦilter，简称AF)和上流式厌氧污泥床(Upflow Anaerobic Sludge Blanket，简称UASB)的基础上开发的新型复合式厌氧流化床反应器。UBF具有很高的生物固体停留时间（SRT）并能有效降解有毒物质，是处理高浓度有机废水的一种有效的、经济的技术^[1]。

2.上流式污泥床过滤器

2.1上流式污泥床过滤器原理

复合式厌氧流化床工艺是借鉴流态化技术处理生物的一种反应器械，它以砂和设备内的软性填料为流化载体。污水作为流水介质，厌氧微生物以生物膜形式结在砂和软性填料表面，在循环泵或污水处理过程中产甲烷气时自行混合，使污水成流动状态。污水以升流式通过床体时，与床中附着有厌氧生物膜的载体不断接触反应，达到厌氧反应分解、吸附污水中有机物的目的。UBF复合型厌氧反应器，是中部为生物挂膜污泥床区、下部布水流化区，厌氧处理中率先采用以砂和设备内部为软性填料为载体。设备结构为上部分固液气分离区、下部分循环流化反应区，利用循环泵，使污水和有生物膜的二种载体在中部、下部分流化反应区中进行循环，达到流化的目的。

2.2上流式污泥床过滤器的优点

UBF复合型厌氧流化床的优点是效能高、占地少，适用于较高浓度的有机污水处理工程。在厌氧处理中厌氧微生物分解有机物过程中能产生大量的甲烷、二氧化碳等气体，其中甲烷占75%～85%，1公斤COD产生量为0.5m³。产出的甲烷可供锅炉用燃料，也可供民用，是一种很好的能源^[1]。

该反应器充分发挥了AF和UASB 2种高效反应器的优点^[2-4]。UBF厌氧反应器上部空间架设有填料，不但可以在其表面生长微生物膜，而且在其空隙可以截留悬浮微生物，即利用原有的有效容积增加了生物总量，防止了生物量的突然带出^[5,6]，废水处理系统的负荷能力本质是由保留在反应器里的活性污泥生物量来控制的，因此截留高活性生物量是UBF厌氧反应器的目标，而填料层对COD有20％左右的去除率^[2,7]。据研究报道，采用UBF与UASB，AF等厌氧反应器对比处理不同性质废水时，发现UBF厌氧反应器具有较高的COD去除率^[8]，达90％以上，其抗抑制微生物活性的硫酸根及NH3-N等物质的能力较强^[9-15]。UBF厌氧反应器中总固体质量分数约为4509／kg，大约80％的总固体被固定^[15]，表明UBF厌氧反应器是一种高效稳定的生物处理技术。

2.3上流式污泥床过滤器的工艺特点

（1）有机负荷高，COD容积负荷为10～60kg/(m3#183;d)或BOD容积负荷为7～45kg/(m3#183;d)，COD污泥负荷为0.5～1.5kg/(kg#183;d)或BOD污泥负荷为0.3～1.2kg/(kg#183;d)。

（2）可用来处理多种高浓度有机废水，但该反应器适于处理含溶解性有机物的污水，而不适合处理含SS较多的有机废水，否则填料层容易堵塞。

（3）UBF反应器极大的延长了SRT。污泥与反应器中的停留时间一般均在100d以上，污泥产量低，污泥产率为0.04～0.15kgVSS/kgCOD或0.07～0.25kgVSS/kgBOD。

（4）对水质的适应性高，因为反应器内污泥的浓度高，增强了反应器对不良因素，如有毒物质的适应性，能够高效率、稳定的处理高浓度难降解有机废水。

（5）填料的存在，加速了污泥与气泡的分离，从而降低了污泥的流失，反应器积累生物量的能力大为增强，反应器的有机负荷更高。反应器上部空间所架设的填料既利用原有的无效容积增加了生物量，又防止了生物量的突然洗出，而且对COD有20%左右的去除率^[7]。

3. 应用

3.1 高浓度有机废水的应用

3.1.1印染废水

陈文乐^[15]对UBF处理高浓度印染废水进行了试验研究。温度35℃，进水的pH值在8.5-9.0间(保证进入反应器内经稀释中和后pH值在6.5-7.5间)。厌氧段的HRT(水力停留时间)为15h，容积负荷为2.5 kgCOD/m3#183;d。好氧段的HRT为8h，容积负荷为4.6kgCOD/m3#183;d。进水COD为1500mg/L、色度为600倍的印染废水。以2.5kgCOD/m3#183;d的容积负荷通过厌氧段，可使得COD的去除率在25％以上，色度降到80倍以下，在好氧段曝气8h，即容积负荷为4.6kgCOD/m3#183;d，总去除率可达90％，出水为160mg/L，色度降至60倍，色度去除率在90％以上。

薄国柱等人[16]研究上流式厌氧生物滤池反应器处理难降解印染退浆废水，试验结果表明，在中温（35℃3℃）条件下，用混合酸调节pH值，在水力停留时间为8.9h、CODCr负荷率为13.1kg/m3#183;d情况下，CODCr去除率达到了68%。

3.1.2造纸废水

陈南南等人^[17]对用UBF处理废纸浆造纸废水进行了实验研究。实验表明，UBF反应器经过三个月达到稳定运行，培养出适合水质要求的厌氧污泥，运行结果表明，在进水CODCr为1800mg/L左右的条件下，出水CODCr一般在600-700mg/L，平均去除率稳定在85.7%左右。

3.1.3制药废水

倪利晓等^[18]采用以聚丙烯拉西环为填料的上流式污泥床-过滤器复合式厌氧反应器处理生产病毒唑的制药废水。试验结果表明：当水力停留时间为6.910h，进水COD质量浓度为7000mg/L、有机负荷达25.05 kg/(m3#183;d)时，COD去除率可达72.8％，出水COD质量浓度为1900mg/L左右，同时，填料上生物膜对COD的去除率为32％-47％，且能截留大量污泥。

侯爱东等人^[19]针对某制药业废水的特点，采用了”微电-UBF-CASS”为主体的组合处理工艺。工程运行结果表明：在进水CODCr为10000-12000mg/L，处理后出水CODCr小于200mg/L，平均去除率达到98％以上，系统出水达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的二级标准。

3.1.4酿造废水

苗利等^[20]进行的UBF-SBR工艺处理啤酒工业废水工程应用表明，当UBF的水力停留时间为10h时，UBF的进水和出水CODCr、BOD5、SS分别为1022mg/L，543 mg/L，383 mg/L和290 mg/L，128 mg/L，273 mg/L；UBF出水采用SBR进行处理，当SBR 的运行周期为12h时，SBR出水的CODCr、BOD5、SS分别为67 mg/L，12 mg/L，96 mg/L，出水水质稳定达到国家啤酒工业废水排放标准。此工艺技术具有投资省，电耗和运行费用低，启动速度快，运行稳定可靠，占地面积小，污泥排放量少，管理方便等明显特点。

3.1.5垃圾渗滤液

曹占平等^[21]同对UBF反应器处理垃圾渗滤液进行了中试研究．在2个月内启动完成反应器，系统在常温、HRT=6d的稳定运行期间，对CODCr、BOD的去除率较高。去除率分别为70.6％-73.9％、74.5％-78.1％．同时对SS也有40％作用的去除率，进水CODCr在5431-8723之间，可降到2276.7以下。

温丽丽等人^[22]采用新型复合工艺UBF-BAF固定化微生物系统处理中老龄垃圾渗滤液。实验表明，在渗滤液进水CODCr和NH4 -N浓度范围分别为6000-14500mg/L和880-1500mg/L的条件下，出水CODCr浓度低于400mg/L，NH4 -N浓度低于10mg/L；CODCr、NH4 -N和TIN平均去除率分别达到93.8％、97.3％和84.1％左右。系统最佳水力停留时间为84h．系统中高游离氨浓度没有对污染物去除效率造成影响。采用GC/MS对低分子量有机污染物成分进行分析，结果表明出水中有机污染物种类明显减少，大部分有机物得到了有效去除。另一方面系统中生物量大，生物种类丰富，含有短杆菌、长杆菌和球菌等．该系统在渗滤液没有经过预处理、污染物浓度变化很大的情况下，能实现高污染物去除率，证明其处理垃圾渗滤液是可行的。

3.2 低浓度生活废水的应用

曾国揆^[23]等利用UBF反应器在常温下进行实验小试，处理COD在500-600mg/L的自配废水时发现，在水力停留时间HTR为4.17h、进水负荷为3.08kgCOD/m3#183;d时，其COD去除率可达70%左右，产气率为0.135m3/m3#183;d，反应器中污泥活性很强，整个系统运行稳定。

董良飞^[24]等人针对船舶生活污水的特点，对UBF-接触氧化工艺处理船舶生活污水进行了实验研究，在UBF、接触氧化池、接触沉淀池的有效水力停留时间分别为1.5 h、2.0h、1.0 h时，出水BOD5、SS均小于50 mg/L，并实现了污水、污泥的一体化处理。

3.3 处理高含盐度废水

刘锋等人^[25][26]对利用上流式厌氧生物滤池反应器处理高含盐有机废水的情况进行了试验研究。结果表明，在容积负荷4kgCOD/m3#183;d，进水氯离子浓度在3000 mg/L，水力停留时问24h时，COD去除效率达到85％左右。另外在用厌氧法处理柠檬酸生产过程中产生的pH值低(3-5)、含盐量高(C1-=3000-5000mg/L)的离子交换废水时，遇到颗粒污泥很难形成的问题。为了解决此问题，于是他们设计和建设了4座直径为12m、高为23m、体积为2500m3的大型组合厌氧滤池(UBF)。经过近2年的启动和实际运行，在容积负荷为3-4 kgCOD/m3#183;d、不用碱性物质调节pH值的奈件下，对COD的去除率gt;75％，出水SSlt;200mg／L，污泥量缓慢增加，未出现堵塞现象。

4.养殖废水

4.1养殖废水的特点

养殖废水中不但COD和BOD₅含量高，而且有很高的SS、氨氮和TP，如何有效地去除氨氮、TP和COD是养殖废水的重点和难点。此类废水B/C比较高，生化性好。在现代化的养殖业中，清粪的主要方式有：水冲粪、水泡粪和干清粪。水冲粪用水量为30～40L/头.d，水泡粪用水量为20～25L/头.d，干清粪用水量为5～10L/头.d，各种清粪方法产生污水的水质大致如下^[27]：（此数值仅供参考）

表1 水泡粪原水水质指标

4.2畜禽养殖废水处理的三种模式

我国集约化畜禽养殖场粪污处理主要有三种模式，即以获取沼气能源、将沼液沼渣进行资源化利用为目的的模式Ⅰ、 模式Ⅱ工艺和以废水处理后达标排放为目标的模式Ⅲ工艺。 畜禽养殖废水由于其有机物浓度高及大量致病菌的存在，无论采取何种处理模式，厌氧应是一个必不可少的处理阶段。与城市生活污水和水产养殖废水相比，畜禽养殖废水有其自身特点。畜禽养殖废水含有大量固体大颗粒物质及悬浮物，容易造成污水处理设备的堵塞和破坏。畜禽养殖废水含大量粪尿，污染负荷高，氮磷含量高，排水量和污染物含量随季节变化。因而必须对畜禽养殖废水做预处理。预处理，即采用格栅、沉淀池、筛网等设备，使污水中大颗粒物质沉降，拦截污水中粗大的漂浮物和悬浮固体^[28]。

4.2.1模式Ⅰ适用范围及工艺流程

模式Ⅰ适用于非环境敏感区，当地能源需求量大，有足够可供施用的土地资源的养殖场（区），该模式工艺要求粪尿全进厌氧反应器。其典型的工艺流程见图1。

4.2.2模式Ⅱ适用范围及工艺流程

模式Ⅱ适用于座落于非环境敏感区的养殖场，且沼气能源需求不大，主要以进行污染物无害化处理、降低有机物浓度、减少沼液和沼渣消纳所需配套的土地面积为目的，周围具有足够大的土地面积以全部消纳低浓度沼液。废水进入厌氧反应器之前应先进行固液（干湿）分离，然后再对固体粪渣和废水分别进行处理。其典型的工艺流程见图2。

4.2.3模式Ⅲ适用范围及工艺流程

模式Ⅲ主要是基于受当地沼气能源供求实际情况的限制，周边又没有足够的，可供 消 纳 沼 液、沼 渣 的土 地，其厌 氧 出 水（ 沼 液 ）必 须 再 经 过 进 一 步处 理 ，达 到 国家和地方排放标准。其典型的工艺流程见图3。

4.3 处理模式选择

1）模式Ⅰ、模式Ⅱ强调种养结合，在获取沼气能源的同时，沼液、沼渣应

完全得到消纳，实现粪污”零排放”。当所在地区不具备全部消纳粪污资源的条件时，应选择模式Ⅲ工艺。

2）从环保的角度考虑，干清粪工艺的养殖场不宜采用模式Ⅰ（即粪尿全进）处理工艺，固体粪便宜采用好氧堆肥等技术单独进行无害化处理。

3）从技术经济条件综合考虑，养殖规模在存栏（以猪计）2000头及以下的，应尽可能采用模式Ⅰ或模式Ⅱ处理工艺。而当存栏（以猪计）在1万头及以上的，应采取模式Ⅲ处理工艺。这是因为，从环境安全、二次环境污染防治角度考虑，存栏（以猪计）1万头及以上的养殖场区，其周边通常不会具有如此大面积的可供利用的土地资源来消纳沼液、沼渣，并且这种大规模综合利用工程，一旦发生紧急事故会产生巨大的环境隐患，因此，这种大规模的养殖场区应有相应的环保达标处理设施^[28]。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本课题要研究或解决的问题：

某大型养殖场，生猪存栏量为50000头，日产生养殖废水500吨，废水中codcr=10000mg／l，bod5=5000mg／l，ph7～8，废水温度为25℃，出水codcr=2000mg／l，采用连续、中温、液体发酵工艺，nv（有机负荷）=8 kg/（m3.d），产气率按照0.5m3／kgcod进行计算。

研究手段：