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灰水在UASB反应器中生物处理
灰水在上流式厌氧污泥床（UASB）反应器中的厌氧生物降解性处理
TarekA.Elmitwallia&RalfOtterpohlb
收稿日期：
2006年5月8日
审稿日期：
2006年12月7日
网络出版日期：
2007年2月5日
©2007爱思唯尔有限公司.2007
摘要：
上流式厌氧污泥床（UASB）反应器中灰水处理的可行性分别在在不同的水力停留时间（HRT）的16，10和6小时运行并且控制在30℃的温度进行了研究。
此外，最大的厌氧生物降解去除了没有接种和化学需氧量的去除率最高的灰水的分数，确定一批实验。
取得了最大的高值厌氧生物降解性（76％）和最大的UASB反应器的COD去除率（84％）的满意效果。
结果表明，胶体COD最高纪录也有类似的厌氧生物降解性（86％）及悬浮和溶解的化学需氧量最大的厌氧生物降解的70％。
此外，UASB反应器的结果表明，52~64％的总COD去除率在HRT的获得需6至16小时。
UASB反应器中分别去除主要是由于颗粒养分的去除具有22~30％的总氮和含15~21%的总磷的灰水。
在UASB反应器中的污泥特性证实，反应器具有稳定的性能，最低的污泥停留时间和最大的产甲烷活性污泥活性介于27天0.18千克COD/（公斤VSD）和93天，0.28千克COD/（公斤VSD）。
关键词:
厌氧消化池生物降解生活污水处理生态卫生灰水UASB反应器
1.绪论
虽然生活污水是一种污染物，它可以妥善处理后作为肥料，水和能源被资源利用，（Otterpohl等人，1999年，2003年。
Elmitwalli等，2003年）。
灰水，这是家庭中产生的废水不包括厕所污水（黑水），代表主要生活污水量（60~75％）
，营养物质和病原体含量低（Otterpohl等。
1999年，杰斐逊等人，1999年;埃里克森等人，2002年）。
大部分灰水的处理厂，包括一个或两个步骤处理前的化粪池系统（Otterpohl等，2003）。
灰水处理需要物理性和生物性方法，去除颗粒和溶解有机物的过程（Jefferson等人，1999年）。
近日，灰水已通过研究应用高效率有氧系统，如旋转生物接触器（诺尔德，1999年），流化床（诺尔德，1999年），有氧过滤器（Jefferson等人，2000年），膜生物反应器（Jefferson等人，2000年），或由应用设备,如慢速砂过滤器，（杰弗逊等，1999）和垂直流人工湿地（Otterpohl等，2003）处理。
生活污水中相当数量的有机碳（41％）来源于灰水（Otterpohl等，2003）。
因此，作者（2006B）在上流式厌氧污泥床（UASB反应器）处理灰水。
他们发现，反应器在室温下（14—24℃）在23℃水力停留时间（HRT）12小时41％CODt可以实现清除，同时，停留时间在20小时和18℃可去除31％。
最大甲烷转化率（SMAmax）是一种评估任何废水厌氧处理的一个重要参数（Elmitwalli等，2001）。
测定SMAmax是分批次实验进行接种或不接种，接种代表由于不精确的方法生产的溶解有机质和沼气接种的衰减，而没有接种要经历更长的试验时间。
（elmitwalli等人。
2004年）确定的SMAmax的提前处理（在化粪池中）灰水在30℃接种。
他们发现了在提前处理灰水时一个高SMAmax值（86%），因此，需要一个长期的HRT为其提供足够的颗粒使废水有机水解（塞曼国内废水和Lettinga，1999;Elmitwalli等，2002a）。
灰水相比于生活污水有相对较高温度（18~38℃），因为灰水来源于热水，如淋浴（29.℃）厨房（27~38℃），和洗衣（28~32℃）（埃里克森等人，2002）。
因此，高速率厌氧处理灰水系统的高效运行应在低温地区。
这项研究的主要目标是研究UASB反应器中的灰水处理的可行性和在UASB反应器的最大去除率的测定及灰水的SMAmax及其馏分。
2.材料和方法
2.1。
连续实验
德国汉堡科学技术大学废水管理与水资源保护研究所安装一个UASB反应器（7升）
图1显示该系统原理图
该系统安装在温度控制在30℃下的房间。
灰水收集了从“Flintenbreite¡¯安装在德国吕贝克1的存储容量的容器收集的进化粪池的污水管道里的灰水。
收集的灰水代表了一天的废水，是直接运送到研究所，它被存放在4℃直到反应器供应的使用。
表1显示了灰水的特性。
UASB反应器为期272天的运作，除去了污泥厌氧处理沼气池初级和中级的污泥后开始运作。
UASB反应器在16，10和6hHRT下的操作时间为95，91和86天。
2.2.批次实验
SMAmax在30℃一式两份，每份取原料，纸张，过滤和膜过滤灰水获得代表值，生物降解被确定为两次不同的废水样本，实验是在血清瓶中完成。
用氮气冲洗每个瓶子5分钟，保证厌氧条件。
实验接种的情况另外进行。
于是SMAmax在第一次第二次分别为125和121天的时间长的后被确定COD的分数
（悬浮，胶体和溶解）在启动和每次实验结束时测量。
在UASB反应器连续运行的结束，一批循环试验共进行两次，以确定在灰水在每一批循环实验中最大去除COD的分数，储罐充满了灰水28升（4倍UASB反应器体积）。
然后，UASB反应器一个时期三个HRT的废水供养无废水再循环。
这一步的目的是保证，在反应器中的废水将类似废水的循环。
在此之后，在储罐剩余灰水再循环在UASB反应器为期五天。
储罐的循环废水COD分数被及时测量进行厌氧消化，污泥SMAmax测试在在温度为30℃,UASB反应器中每个运行阶段结束,消化率和SMAmax从反应堆在每个采样口。
厌氧消化测试，每250毫升血清瓶瓶子里装的150毫升的污泥，冲洗氮气为5分钟，以保证厌氧条件。
没有除去接种进行测试。
因此，厌氧消化在长达76，84和79天，1，2和第3阶段后确定。
是据以（Elmitwalli测量的SMAmax等。
2002），通过测量CODdis枯竭（而不是醋酸消耗），以简化测试。
在SMAmax基于CODdis枯竭在第二吸收醋酸浓度为1.5gCOD/L，初始每个填料污泥浓度2克VS/L，对每个样品重复厌氧消化。
SMAmax测试进行
2.3。
分析
TKJ氮，化学需氧量，氨氮，邻和总P，TS和VS分别为确定标准方法（APHA1998）。
原材料的样本进行CODt使用，4.4毫米折叠纸过滤CODf样品和0.45毫米的膜过滤样品用于测定CODdis。
由不同的CODt和CODf，CODf和CODdis，计算CODss和CODcol
2.4.计算
对于UASB反应器，它是假设的75％测量沼气是甲烷（沼气的组成在UASB反应器中预前的生活污水处理研究，Halalsheh，2002年;马哈茂德，2002年;elmitwalli等，2002年b）。
污水溶解的甲烷量计算根据亨利定律。
计算水解或甲烷的基础上进水和去除COD的目的再评估，分别为整体表现在反应器和生物质的能力。
在废水厌氧消化反应器，作为解释由（Elmitwalli等。
（2002a））计算的SRTmax，假设污水VS为进水VS等于在HRT与停留时间的一部分，而在计算SRTmin，它被认为与污水VS有相同的作为剩余污泥的SRT。
由于渠道的存在，在厌氧反应器的污泥床，关键在UASB的实际SRT是SRTmax和SRTmin之间值。
3.实验结果与分析
3.1.最大厌氧生物降解
结果表明，灰水具有很高的SMAmax值（7674％），这是报道的荷兰生活污水（72％）中，Elmitwalli等，在2001年发布的。
表2显示了的COD分数的在灰水中SMAmax和产量之间的分数。
结果显示，CODcol具有SMAmax（86％）并且的CODss和CODdis有70％的类似最SMAmax。
这些值类似由Elmitwalli等提出的报告。
（2001年）这是一份关于关于荷兰生活污水COD的分数，77%，86%和62％的CODss，CODcol和CODdis。
SMAmax_col的值较高是灰水的SMAmax值比生活污水值大的原因。
灰水包含30~35％CODcol，而生活污水为25~30％（Elmitwalli等，2001）。
结果表明：
CODcol厌氧降解产生更高分数的CODss和CODdis。
此外，CODss和CODdis的厌氧降解生产较高分数CODcol。
更高的的CODss，CODcol从进水的产生可能是由于生产和厌氧菌絮凝胶体和产生的细菌。
众所周知，许多生活的微生物有絮状生长习性和产生胞外聚合物，通常是多糖，多肽或肽聚糖，从而加强粒子吸附（杜根，1987）。
3.2在UASB反应器的COD组分的最大去除量
图2显示了一批循环实验的结果。
结果表明，UASB反应器是一个高效的最大灰水量处理系统，
表3平均浓度和去除COD的分数在UASB反应器中的灰水处理的效率
括号内为标准偏差。
CODt，CODss，CODcol和CODdis为最大去除效率分别是84%，99.5%，79%和74％，最大的灰水COD组分的去除率需要1~2天废水再循环比报道的灰水是相对更高（Lettinga（1992年），王（1994）和Elmitwalli等。
（2001）计算前，预先分别处理和原始的生活污水，。
在一批循环实验中，通过沉淀物理去除CODss和CODcol并在UASB反应器污泥床过滤不包括厌氧降解获得比SMAmax更高最大COD值的的原因。
因此，最大的CODss和CODcol去除比其SMAmax较高这一批循环实验的结果表明，CODdis比其SMAmax（70%）值有较高的去除率（74%）由于细颗粒物（0.45毫米）可能在长期污水再循环后被物理包埋移除。
3.3。
UASB反应器的性能
3.3.1。
COD的去除分数
表3显示了在UASB反应器中的灰水处理化学需氧量的浓度和去除分数。
结果表明，CODss是由CODcol为代表的灰水CODt的重要组成部分。
在
生活污水和黑水中，其CODt的主要成分是CODss，由CODdis（Levine等，1985;盖拉德2002）微粒（悬浮+胶体）化学需氧量代表约80％的灰水CODt，而它对应65~75％生活污水的CODt（王，1994）。
灰水颗粒含量较高，是由于CODcol比例增加（30~35%的CODt），而这是生活废水25~30％的CODt（Elmitwalli等2002年b）。
灰水中相对高比例的CODcol可能是由于表面活性剂的存在，及废水中的血液和油脂。
CODss百分比几乎是类似灰水和生活污水（40~50％的CODt），而生活污水的CODdis（25~35％）相比于灰水（18~20％）比例较高。
结果表明，最高CODt去除（64％）取得了停留时间最长（16小时）。
然而，停留时间减少到6小时，只减少CODt去除的52％。
灰水CODt的去除比在其中的生活污水处理率略低，这与在UASB反应器中类似，通常情况下，UASB反应器，在热带地区（在温度＞25℃）HRT的4~8的Ĥ去除60¨C70%的CODt（Leitao，2004年）。
灰水CODt比生活污水去除率略低可能是由于生活污水CODcol含量高以及灰水中的表面活性剂。
CODt在UASB反应器的去除率在6小时的停留时间显著高于报告由Elmitwalli等提出（2006A）化粪池和UASB反应器在较低的运行温度。
它表明，UASB反应器中33%的灰水COD去除率在低温18.℃为20小时的停留，而化粪池中在20℃去除11~14%CODt的停留时间为3天（Elmitwalli等人，2006年）。
化粪池具有的最低CODt去除，因为它消除的只是CODss，而UASB反应器中的所有化学需氧量分数可通过物理（沉底和和过滤）及生物（厌氧消化）方法
3.3.2。
养分去除
表4显示的在灰水中平均浓度和营养物质（N和P）在UASB反应器中的有效清除
结果表明，灰水有数量有限的氮，这主要是在颗粒形式（80~90％），而在黑水和生活污水大部分的溶于灰水中氮铵浓度，磷浓度与生活污水是几乎相似，（6.8~8.6毫克总磷酸盐-P/L，为荷兰城市污水中，Elmitwalli等人，2002年a，b）条。
UASB反应器中去除的只有通过沉淀和过滤的颗粒养分，因此，它有相对低的营养物质的去除率（Aiyuk等，2004）。
在最长水力停留时间（16小时），氨氮和邻-P由于负去除分别水解氮和磷颗粒。
3.3.3。
污泥特性，水解和甲烷
图3和表5分别，在UASB反应器中最每个操作阶段最终的污泥的外观和的污泥特性HRT的减少导致污泥浓度降低。
平均污泥在UASB反应器中的浓度（12.6~14.1ĞVS/L的）略低于报道在处理市政污水（415ĞVS/L时，Leitao，2004年）的浓度。
相对在UASB反应器处理灰水的污泥浓度低主要是由于与城市污水相比较低的VS/TS比值，（60~85％，Elmitwalli等人，2002年a，B;艾哈迈迪-2002年）。
UASB反应器处理灰水有一个相对较低的VS/TS比，因为反应器处理原始灰水，无沉砂。
因此，在原始的灰水中砂砾像细沙和无机非金属材料，在反应器中沉淀导致VS/TS比值低。
在污泥的外观上，目视观测和COD/VS中的比例证实了前面的假设COD/VS中的比例是相似的报道UASB反应器在城市污水处理上（马哈茂德2002）。
三个运作阶段的污泥消化率低表明，污泥在反应器中几乎稳定。
这些值是类似在热带条件下UASB反应器中处理生活污水获得的的数据的（Leitao，2004年）。
结果表明，SMAmax增加，减少16至6小时的停留时间。
这也获得了由Leitao（2004年）在热带UASB反应器中处理生活污水的的数据。
不过，这种现象不能一概而论。
在低温条件下混合厌氧UASB反应器中处理生活污水处理中，SMAmax降低使水力停留时间上减少（Elmitwalli等人，2002年a，B）。
虽然SMAmax调高了，在停留时间的减少使CODt去除下降。
因此，似乎在降低颗粒去除率和水解降低HRT的可能是原因。
SRT结果表明：
在水力停留时间6小时SRTmin是相对较低（27天）。
但是，该系统有足够的CODt去除和甲烷（表6）。
因此，真正的SRT应该在SRTmin和SRTmax之间。
表6显示了甲烷的比例和UASB反应器中水解比例。
降低的MT和HR在减HRT的减少，，而MR是几乎不变。
因此，较低的CODt去除和更短的水力停留时间下更高SMAmax是由于在颗粒去除和水解及有机加载速率在较低的水力停留时间的增长。
之间的差异在CODt和Mt是有限的（已去除24％的CODt）并且由于厌氧细菌的生长和慢慢地生物降解积累和颗粒在反应器中非生物降解。
然而，这种差异在批次实验（SMAmax和在一批循环试验中最大去除率）最大的是10％的COD的CODt去除率。
因此，在UASB反应器中去除的10~14%CODt是缓慢的可生物降解的COD，这是不在UASB反应器中的灰水处理转换生成的。
消化率的试验结果证实了以前的结论。
总之，作为7~12%的CODt的污泥在UASB消化反应器批次消化后的长达76~84天的时间。
表4在UASB反应器中平均浓度和的灰水处理营养素率（氮和磷的去除效率）
括号内为标准偏差。
图3-在每个运行阶段结束时，UASB反应器的污泥外观。
表5在每个阶段结束时，在UASB反应器的污泥特性
括号内的标准偏差。
表6计算UASB反应器中处理灰水中的甲烷和水解量和38℃（埃里克森等人，2002），它可以被视为类似该应用在此研究中，如果灰水水源和UASB反应器之间有短暂的接触，并适当设定HRT甲烷水解应就此隔离连接。
3.4。
在灰水的厌氧消化处理的潜在应用
所获得的在UASB反应器中SMAmax（76％）和最大的COD移除率表现出在UASB反应器中处理灰水的潜在应用，此外，结果表明,获得高CODt去除（52~64的％）需要6至16小时和废水UASB反应器在HRT反应堆温度30℃。
因此，UASB反应器相比于化粪池有着显著短的停留时间CODt去除率，常见的灰水预处理系统。
灰水的温度范围介于18~38℃。
UASB反应器处理窖中的灰水建筑物将是一个合适的选择。
因此，在废水温度中的损失可以减少，并且在构筑物里从温水中的能源损失可以用于反应堆的额外加热，当它需要的时候。
为了保持反应堆在约30℃温度减少热损失，保温性好是必需的。
因此，绝缘体的热电阻应X5K平方米/W。
每个为绝缘体，被称为热阻，因此，其厚度是可以决定的。
UASB反应器的上限应设计保持上行速度（小于0.5米/h的建议马哈茂德（2002）和2米的高度，作为在本研究中的应用，作为构筑物将是合适的。
由于灰水因子高洪峰流量为6.2（Imuraetal.,1995）UASB反应器处理灰水本应该相比国内，处理生活污水有一个相对较长的停留时间。
据此，并根据UASB反应器表现，6和8h之间的停留时间，可以考虑为适合于UASB反应器处理灰水的水利停留时间。
它假定，当应用厌氧消化符合生态卫生标准，产生的沼气将用于电力生产和加热。
在UASB反应器中的污水溶解甲烷的沼气损失将是30℃时的有限的值（10％的进水由Elmitwalli等中提到的化学需氧量。
，2006b）。
在UASB反应器预前处理灰水的应用中，如果它结合从黑水的和厨房厨房有机废水的厌氧消化所产生的沼气，产生的沼气可以用于取暖和生产电力。
例如，在解决“®Flintenbreite¡¯在德国吕贝克，，黑色的水和厨房有机废物厌氧消化产生的沼气用于供热和电力生产（Otterpohl等。
1999年，2003年）。
4.结论
1.灰水在UASB反应器中高值最大的厌氧生物降解性（76±4％）和最大COD去除率（84±4％）在30℃。
2.CODcol最高最大的厌氧生物降解（8674％），也有类似的的CODss和CODdis
（70±5）％的最大厌氧生物降解。
3.在UASB反应器中处理灰水在30℃，CODt52~64的％的去除率的水力停留时间在6~16Ĥ取得。
4.在UASB反应器处理灰水利停留时间为6~16h30℃，以及在灰水中通过过滤和吸附粒子分别总氮和总磷去除率为22~30％和15~21％，
5.在UASB反应器处理灰水的污泥在水力停留时间为6~16h和30℃是稳定和有足够的最大甲烷活性比的（0.18~0.28公斤的COD/（公斤VSD））以及污泥停留时间（最小和最大的污泥停留时间分别在在27~93天和338~481天，）。
致谢
首先作者向亚历山大·冯·洪堡给他开展这项研究的经费致谢
作者感谢斯特凡·延斯·尼尔森，感谢deegener，克劳迪亚Wendland和Moataz的技术Shalabi的技术支持：
可在网上在得到这篇论文
期刊主页：
通讯作者:
a.埃及Benha大学，Benha高级研究所，土木工程学部，邮政信箱13512，埃及Benha大学El—Gedida，
b.汉堡科技大学.废水管理和水资源保护系，德国汉堡D-21073Eissendorfer大街42号，
电话：
+20133230297传真：
+20133229263。
E-mail地址：
t_elmitwalli@（助教Elmitwalli）。
0043—1354/$—看前面的事项
©2007爱思唯尔有限公司.保留所有权利.
DOI：
10.1016/j.watres.2006.12.016
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