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1、浙江大学硕士学位论文 序 言 分类号： X703 单位代码： 10335 密 级： 学 号： 20714068 硕 士 学 位 论 文 中文论文题目：中文论文题目：高效厌氧反应器工作特性的研究高效厌氧反应器工作特性的研究 英文论文题目：英文论文题目：The Performance of High Rate Anaerobic Reactor 申请人姓名： 余 一 指导教师： 郑 平 专业名称： 环境工程 研究方向： 废物生物处理 所在学院： 环境与资源学院 论文提交日期论文提交日期 二一年一月二一年一月 浙江大学硕士学位论文 序 言 高效厌氧反应器工作特性的研究 高效厌氧反应器工作特性的研究
2、论文作者签名论文作者签名: 指导教师签名指导教师签名: 论文评阅人 1： 评阅人 2： 评阅人 3： 评阅人 4： 评阅人 5： 答辩委员会主席： 委员 1： 委员 2： 委员 3： 委员 4： 委员 5： 答辩日期： 浙江大学硕士学位论文 序 言 浙江大学研究生学位论文独创性声明 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。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， 也不包含为获得 浙江大学浙江大学 或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。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
3、意。 学位论文作者签名： 签字日期： 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 浙江大学浙江大学 有权保留并向国家有关部门或机构 送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 浙江大学浙江大学 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和传播，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： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 浙江大学硕士学位论文 序 言 致致 谢谢 众里寻他千百度，暮然回首，那人却在灯火阑珊处。曾经，浙江大学如同天 上明月高不可攀；曾经，研究
4、生如同梦中蝴蝶遥不可及。俯仰之间，在浙江大学 两年多的硕士生涯却将结束。回首往事，岁月如梭，欢声笑语依然历历在目。在 华家池畔的时光，如悠悠流水般静默。如今，对所遇见的人和物，所经历的事与 情，纵有千言万语，也化成轻轻一句：谢谢！ 谢谢导师，尊敬的郑平教授的谆谆教诲。我从一个对科研一窍不通的毛头小 子，到如今的略有所悟，不知花费了郑老师多少个日日夜夜，多么的呕心沥血。 为此，我向郑老师表示最衷心的感谢！和诚挚的歉意！三生有幸，能成为郑老师 的学生，是我今生的福分和前世的修为。郑老师治学严谨、求真求是，是人生路 上的一面旗帜，郑老师低调谦逊、踏实勤奋，是人生之旅的典型模范；而郑老师 废寝忘食、不
5、畏艰难的科研精神，和宽容待人、高瞻远瞩的思想修养，以及不拘 小节、平易近人的生活作风，更是如同前行路上的一盏长明灯，指引着我，照耀 着我，温暖着我！ 谢谢母校，浙江大学为我提供的学习场所和科研平台。是你，你所秉承的求 是、创新精神，赋予我神圣的使命感和责任感，赐予我不断进取的力量和希望。 谢谢环资学院领导和老师给予的关照和帮助，在你们的支持下，我顺利完成学业； 在你们的指引下，我散发光芒热量；在你们的呵护下，我得以茁壮成长。在此， 一并感谢你们。我会牢记承诺，以更加优异的成绩来回报学校，回报社会。 谢谢课题组，胡宝兰老师、吴东雷老师给我的关怀和鼓励。谢谢实验室的兄 弟姐妹们给我的帮助和支持，他
6、们有孙建平、曾江宁、金仁村、李金页、张蕾、 胡安辉、蔡靖、陈小光、唐崇俭、陈建伟、汪彩华、陈婷婷、楼菊青、季军远、 张吉强、丁爽、沈李东、陆慧峰、张萌等。这里，一道感谢你们，祝愿大家事业 有成，兴旺发达！ 最后，谢谢我的爸爸妈妈、爷爷奶奶、弟弟妹妹、史念和雅芳。你们成功时 与我分享、快乐时同我欢畅、失败时给我鼓励、困难时给我力量！你们就是我脚 下的大地，也是头顶的蓝天。大美而不言的你们，是世上最可爱的人！ 已丑牛年 于杭州华家池畔 浙江大学硕士学位论文 序 言 序序 言言 本论文的完成受到了本论文的完成受到了 国家国家 863 项目（项目（2006AA06ZZ332） 浙江省重大科技攻关项目（
7、浙江省重大科技攻关项目（No. 2005C1004）的资助，）的资助， 谨此致谢！谨此致谢！ 谨以此文献给所有助我成长的人们！ 谨以此文献给所有助我成长的人们！ 浙江大学硕士学位论文 ABSTRACT 摘摘 要要 我国水体污染严重，迫切需要高效厌氧生物处理技术来控制有机污染，推动 节能减排。厌氧生物反应器是厌氧生物处理技术的核心载体，其功效综合反映了 厌氧生物处理技术的现实水平。若以生产性高效厌氧生物反应器已经达到的容积 有机负荷（OLR）的先进水平作为标准，可将 OLR 高于 40 kgCOD/(m3d)的厌氧 生物反应器称为超高效厌氧生物反应器。以超高效厌氧生物反应器为模型，探明 厌氧生物
8、反应器的工作特性，将有助于厌氧生物反应器的过程优化和操作控制。 本课题测试了厌氧生物处理中几种常见中间产物的毒性，并以蔗糖、乙醇和乙酸 为基质考察了超高效厌氧生物反应器的工作特性。主要研究结果如下： 1) 常见的四种厌氧消化中间产物对生物均具毒性，但毒性各不相同。单独毒 性试验发现， 乙醇、 乙酸、 丙酸和丁酸对发光杆菌的半抑制浓度 IC50值分别为 27.1 gL-1、3.96 gL-1、2.49 gL-1 和 6.00 gL-1，毒性大小依次为：丙酸乙酸丁酸乙 醇。非解离态挥发性脂肪酸（VFA）是其主要抑制形态，非解离态乙酸、丙酸和丁 酸的 IC50值分别为 23.4 mgL-1、 19
9、mgL-1和 37 mgL-1， 分别相当于汞 IC50值的 234 倍、190 倍和 370 倍。四种厌氧消化中间产物同时存在具有联合毒性，其联合毒性 作用方式皆为相加作用。 2) 以蔗糖、乙醇和乙酸为基质，厌氧反应器（分别称为反应器 I、II 和 III） 均可呈现超高效性能。厌氧消化过程可分为水解发酵、产氢产乙酸和产甲烷三个 阶段。以水解发酵基质（蔗糖） 、产氢产乙酸基质（乙醇）和产甲烷基质（乙酸） 运行厌氧反应器 I、II 和 III，OLR 分别高达 75 kg/(m3d)、100 kg/(m3d)和 100 kg/(m3d)。以 Monod 方程拟合，求得反应器 I 、II 和 I
10、II 的最大容积去除率分别为 89.01 kg/(m3d)、170.6 kg/(m3d)和 227.5 kg/(m3d)。简化厌氧消化食物链，有助于 提高厌氧反应器的容积效能。 3) 以三种基质运行厌氧反应器， 可导致其中微生物混培物 （分别称为污泥 A、 污泥 B、污泥 C）活性的显著分化。污泥 A、污泥 B、污泥 C 对葡萄糖的降解能力 依次为 55.53 kg/(m3d)、 29.05 kg/(m3d)和 22.26 kg/(m3d)； 若以污泥 A 的最大比基 质转化速率 Vmax为 100，则三者的相对活性为 100、52.3 和 40.1。对乙醇的降解能 力依次为 45.57 kg
11、/(m3d)、86.47 kg/(m3d) 和 36.56 kg/(m3d)；若以污泥 A 的最大 比基质转化速率 V乙醇为 100，则三者的相对活性为 100、189.8 和 80.2。对丙酸的 浙江大学硕士学位论文 ABSTRACT 降解能力依次为 34.58 kg/(m3d)、24.64 kg/(m3d)和 14.87 kg/(m3d)；若以污泥 A 的 最大比基质转化速率 V丙酸为 100，则三者的相对活性为 100、71.3 和 43.0。对丁酸 的降解能力依次为 42.45 kg/(m3d)、25.17 kg/(m3d)和 20.61 kg/(m3d)；若以污泥 A 的最大比基质转
12、化速率 V丁酸为 100，则三者的相对活性为 100、59.3 和 48.6。对乙 酸的降解能力依次为 22.41 kg/(m3d)、34.21 kg/(m3d)和 63.78 kg/(m3d)；若以污泥 A 的最大比基质转化速率 V乙酸为 100，则三者的相对活性为 100、152.7 和 284.6。 从污泥 A 对水解发酵基质（蔗糖） 、产氢产乙酸基质（乙醇、丙酸和丁酸）和产甲 烷基质（乙酸）的降解能力判断，产甲烷阶段易成为厌氧消化过程的瓶颈步骤； 但从三种污泥对五种基质的降解能力判断，若水解发酵阶段的主要产物为丙酸或 丁酸，则产氢产乙酸阶段易成为厌氧消化过程的瓶颈步骤；若水解发酵阶段的
13、主 要产物为乙醇，则水解发酵阶段易成为厌氧消化过程的瓶颈步骤。 4） 厌氧生物反应器的容积效能与碱度及 VFA 浓度密切相关。 随着容积去除速 率的增加，总碱度和有效碱度下降。反应器、和容积去除率达到最大值时 所对应的有效碱度分别为 1540 mg/L、1150 mg/L 和 1082 mg/L；所对应的 ALKcom/CODrem分别为 0.12、0.11 和 0.10。与最大容积去除率和最大容积产气率对 应的 VFA 浓度分别为 1057 mg/L、 908 mg/L 和 1145 mg/L， 显著高于常效厌氧反应 器；与临界值对应的出水碱度与出水 VFA 之比分别为 1.25、1.40
14、和 1.13，显著低 于常效厌氧反应器。 关键词：关键词：厌氧反应器；中间产物；生物毒性；运行性能；动力学性能 浙江大学硕士学位论文 ABSTRACT ABSTRACT Water pollution has become a serious problem in China. Anaerobic biotechnology is of particular concern in organic pollution control due to its low operational cost and energy saving. Bioreactor is the core of anaerobic biotechnology, which marks the level of anaerobic biological treatment systems. It has been reported that the maximum o
