（市政工程专业论文）竖向流曝气生物滤池处理城市污水特性研究.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 水资源短缺是制约我国经济和社会发展的重要因素，而大量的城市污水未 经任何处理或略加处理直接排入水域是造成水环境质量在总体上继续恶化的主 要原因。因此，研究开发符台我国国情的简易高效低耗城市污水处理新工艺是 当务之急，曝气生物滤池就是解决这一问题的重要技术途径之一。本文对采用 酶促生物填料的曝气生物滤池处理城市污水进行了试验研究，试验内容包括滤 池的挂膜启动、滤池在各个水力停留时间( h r t ) 下处理城市污水的性能及相关 参数对处理效果的影响等。 试验结果表明：曝气生物滤池在2 2 1 2 7 8 条件下以二沉池污泥为接种 污泥，1 4 d 左右完成启动挂膜过程：当迸水c o d 在3 0 0 5 0 0 m g l 范围内变化， 水力停留时间取8 h ，气水比为7 时，出水达到g b l 8 9 1 8 - - 2 0 0 2 中的一级b 类标 准，且能耗较低，处理效果稳定；同时，滤池对n 、p 也有一定的去除效果。试 验结果还表明：有机物和悬浮物的去除受填料层高度影响；上向流滤池对城市 污水的去除效果优于下向流滤池。 对滤池填料上生物膜进行镜检，观察到生物膜呈绒毛状的伸展状态，填充了 颗粒间的大空隙通道内的空间，加强了生物膜对悬浮物的捕捉作用，强化了生物 絮凝作用。 通过推导建立了曝气生物滤池有机物降解的动力学模型，经验证说明，所建 立的底物降解动力学模型能在工程允许误差范围之内对出水有机物浓度进行较好 的估计，具有较强的预测性。 u=243瓦gx硼(se-sn)3299 ( ( m 2 d ) ) + l & 一如i “ 关键词：曝气生物滤池，水力停留时间，生物膜 重庆_ 人学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t s h o r t a g eo f w a t e rr e s o u r c ei sa ni m p o r t a n tr e s t r i c t i n g - f a c t o ro ft h ee c o n o m ya n d s o c i e t yd e v e l o p m e n t i nc h i n a ，a n da g r e a td e a lo fm u n i c i p a ls e w a g ed i r e c t l yd r a i n i n g i n t ow a t e rb o d yw i t h o u ta n yt r e a t m e n to rw i t hl i t t l et r e a t m e n ti sam a i nc a u s ew h yt h e q u a l i t yo fw a t e re n v i r o n m e n th a sb e e nd e t e r i o r a t i n g a saw h o l e s oi ti s u r g e n tt o r e s e a r c ha n d d e v e l o ps i m p l e 、h i g h - e f f i c i e n t 、l o w c o n s u m p t i v et r e a t m e n tt e c h n i q u e sf o r m u n i c i p a ls e w a g ec o r r e s p o n dt ot h es i t u a t i o no f c h i n a a e r a t e db i o f i l t e ri so n eo ft h e i m p o r t a n t t e c h n i c a la p p r o a c h e st or e s o l v et h ep r o b l e m t h es t u d yf o c u s e so n m u n i c i p a l s e w a g e t r e a t m e n tu s i n ga na e r a t e db i o f i l t e ri nw h i c he n z y m e - p r o m o t e dm e d i ai su s e d i t i n c l u d e ss t a r t u po f t h ef i l t e ru n d e rc o n d i t i o no f n a t u r a lt e m p e r a t u r e ，a n dp e r f o r m a n c eo f t h ef i l t e rt r e a t i n gm u n i c i p a ls e w a g eu n d e rs o m eh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ( h r t ) ，a n dt h e e f f e c t so f t h e p a r a m e t e r sc o r r e l a t e d t ot h ef i l t e r t h er e s u l t sd e m o n s t r a t e ：i tt a k e sa b o u t1 4 dt oc o m p l e t et h es t a r t u pu n d e rt h e c o n d i t i o no f2 2 1 2 7 8 。cw i t ht h es l u d g eo fg r a v i t yt h i c k e nt a n ka ss e e d w h e nt h e c o di ni n f l u e n tv a r i e sb e t w e e n 3 0 0 5 0 0 m g l ，a n dh r ti s8 h ，t h er a t i oo f a i rf l o wr a t e t ow a s t e w a t e rf l o wr a t ei s7 ，t h ee f f l u e n tc a nr e a c hf i r s ts t a n d a r dbs p e c i e so f g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 b e s i d e s ，n 、pi ni n f l u e n tc a nb er e m o v e t os o m ed e g r e e t h er e s u l t s a l s oi n d i c a t et h a tt h eh e i g h to fm e d i al a y e ra f f e c tt h er e m o v a lo fo r g a n i cs u b s t r a t ea n d s u s p e n d e ds o l i d ；t h eu p f l o wb a f i sb e t t e rt h a nd o w n - f l o wb a fi nt r e a t i n gm u n i c i p a l s e w a g e a tt h es a m et i m e ，d y n a m i cm o d e lo ft h ea e r a t e db i o f i l t e rt r e a t i n gm u n i c i p a l s e w a g e i sd e d u c e da c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a ld a t e t h em o d e li s ： u = 2 4 3 9 x 忸一s n ) 3 2 9 9 + ( s e s n ) ( ( 1 1 1 2 d ) ) b a s e do i tt h em o d e l ，e f f l u e n t q u a l i t y c o u l db ef o r e c a s t e d k e y w o r d s ：b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r , h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ，b i o f i l m 重庆大学硕士学位论文 l前言 1 1 概述 随着经济的发展，人口的增加，生活水平的不断提高，世界范围的淡水资源 的需求和消耗不断增多，相应的城市污水和工业废水的排放量也在不断增多。由 于污水处理设施的滞后和非点源污染控制不够得力，使全球淡水资源正面临两大 问题：水环境污染和水资源短缺。缺水将成为全球粮食生产的关键因素，到2 0 2 5 年，全世界人口的一半将生活在缺水地区，粮食难以自给“1 。淡水资源危机的日 益加剧，不仅影响了人们的正常生活，甚至威胁着人们的生存，也同样孕育着国 家和地区之间的冲突和战争“1 。 中国是发展中国家，水资源、水环境问题相当严重。据1 9 9 8 年统计：我国 水资源总量为2 8 0 0 0 亿m 3 a ，居世界第6 ，但人均占有量仅2 2 0 0 m 3 a ，居世界第 8 8 位，相当于世界平均水平的i 4 ，缺水量1 6 0 0 万m 3 d 。全国共6 6 6 个城市， 有3 3 3 个缺水，1 0 8 个严重缺水；全国近1 2 河流受到污染，1 1 0 河流严重污染； 全国9 0 的水域受到污染，1 3 的大河干流、5 5 的支流被污染。长江流域污 水排放量达1 4 2 亿m 3 a ，黄河流域1 9 9 6 年断流达1 3 6 d 。由于污染事故我国每年 损失3 7 7 亿元“1 。 我国污水处理设施落后，污水处理率低是造成我国水环境污染的主要原因之 一。加之我国城市供水设施的建设要比排水设旅完善得多，据统计1 9 9 6 年我国 城市供水设施服务人口的普及率达9 4 5 ，而同年城市污水处理率仅1 3 1 ， 且供水能力的增加远大于污水厂处理能力的增加，照此发展下去，城市的水环境 将每况愈下“1 。因此，作为发展中国家，结合我国国情，对我国水污染防治和水 资源保护采取综合治理措施，开发和推广经济、节能、高效的污水处理技术显得 尤为迫切。实践表明，淹没式曝气生物滤池( b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ，b a f ) 工艺是最为经济有效的处理方法之一。b a f 是2 0 世纪8 0 年代末开发的新型粒状 填料之后兴起的污水处理新工艺，其最大特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一 体，节省了后续二沉池，有去除s s 、c o d 、b o d 、硝化、脱氮、除磷的作用 5 - - t 2 1 目前b a f 在欧美和日本广为流行，已有百座b a f 处理设施投入运行1 ，国内尚 处于开发应用初期。 重庆大学硕士学位论文1 前言 1 2 曝气生物滤池( b a f ) 工艺 1 2 1b a f 的原理 b a f 工艺类型和操作方式有多种，各具特点，但其基本原理是一致的。曝气 生物滤池处理污水的原理是反应器内填料上所附生物膜中微生物氧化分解作用， 填料及生物膜的吸附阻留作用和沿水流方向形成的生物链分级捕食作用“”以及 生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用。 b a f 水流流向主要分为下向流和上向流，其中下向流以o t v 公司的 b i o c a r b o n e 工艺为代表；上向流以o t v 公司的b i o s t y r 工艺为代表。b a f 反应器 为周期运行，从开始过滤到反冲洗完毕为一个完整的周期。具体过程如下：在 b i o c a r b o n e 工艺中，经预处理的污水从滤池顶部进入，在滤池底部进行曝气， 气水处于逆流。在反应器中，有机物被微生物氧化分解，n h 3 一n 被氧化成n o 。一n ， 另外由于在生物膜的内部存在厌氧兼氧环境，在硝化的同时实现部分反硝化。 在无脱n 要求的情况下，从滤池底部的出水可直接排出系统，一部分留做反冲洗 之用。 在b i o s t y r 工艺中，经预处理的污水与经硝化的滤池出水按一定回流比混 合后进入滤池底部。在滤层中进行曝气，曝气系统将滤池分为好氧和缺氧两部分。 在缺氧区，一方面反硝化菌利用进水中的有机物作为碳源，将滤池中的n 0 3 一n 转化为n 2 ，实现反硝化。另一方面，填料上的微生物利用进水中的溶解氧和反 硝化产生的氧降解b o d ，同时，一部分s s 被吸附截留在滤床内，这样便减轻了 好氧段的固体负荷。经过缺氧段处理的污水然后进入好氧段，氧进一步降解 b o d ，硝化菌将n h 3 - n 氧化为n 0 3 - n ，滤床继续截留在缺氧段没有被去除的s s 。 流出滤层的水经上部滤头排出滤池，出水按需求分为：( 1 ) 排出处理系统；( 2 ) 按回流比与原水混合进行反硝化；( 3 ) 用作反冲洗水。随着过滤的进行，滤层中 新产生的生物膜和s s 积累不断增加，水头损失与时间成线性正相关。当水头损 失达到极限水头损失时，应及时进入反冲洗以恢复滤池的处理能力。由于在 b i o s t y r 工艺中没有形成表面堵塞层，使得b i o s t y r 工艺比b i o c a r b o n e 工艺运行时间要长。 2 重庆大学硕士学位论文 l h 吾 1 2 2b a f 的工艺特点 与活性污泥法相比，具有以下特点：( 1 ) 具有更高的生物浓度和更高的有机 负荷。b a f 中采用的粗糙多孔的粒状填料为微生物提供了更佳的生长环境，易 于挂膜及稳定运行，可在填料表面保持较多的生物量，单位体积内微生物量远远 大于活性污泥中的微生物量( 可达1 0 1 5 9 l ) 。高浓度的微生物量使得b a f 的 容积负荷增大，进而减少了池容积和占地面积，使基建费用大大降低1 5 1 。( 2 ) 占地面积小。由于在b a f 反应器中，处理效果与填料高度成正相关1 1 6 1 ，因此可 以通过增加填料高度来减少占地面积。( 3 ) 1 1 1 艺简单，基建费用低。由于填料的 机械截留作用以及滤料表面的微生物和代谢中产生的粘性物质形成的吸附架桥 作用“”，因此，可省去二沉池，进而降低基建费用，在稳定运行情况下，去除 s s 的机理类似于普通快滤池，只要没有发生穿透，出水b a f 均较为理想。( 4 ) 受气温影响小。由于b a f 滤池为半封闭或全封闭构筑物，其生化反应受外界温 度影响较小，因此适合于寒冷地区进行污水处理。( 5 ) 菌群结构合理。传统的活 性污泥法，微生物的分布相对均匀，而在b a f 中从上到下形成了不同的优势生 物菌种 1 7 1 ，因此使得除c 、硝化反硝化能在同一个池子中发生，简化了工艺流 程。( 6 ) 耐冲击能力强。b a f 滤池对有机负荷、水力负荷、温度的变化不像活 性污泥法那么敏感。 1 2 3 国内外曝气生物滤池( b a f ) 的研究进展 国内外对生物滤池均有较长时间的研究，如法国得利满公司的b i o f o r 滤池 是由d e g r e m e l l t 推出的专利，主要采用相对密度 l 的单层生物滤料( b i o l i t e ) ，正常运 行时布水采用滤头，布气采用专用布气头，气承同向流，从下部进入，反冲洗时采用 滤头布气布水，该滤池应用于原水的预处理时，必须解决滤层堵塞问题；b 1 0 s t y r 是由法国o t v 公司推出的新型专利，采用悬浮型轻质滤料，气水同向流，滤料比表 面积大，可防止原水中杂质堵塞，但需有效地解决滤池反冲洗问题。在各种生物滤 池中，填料是影响其正常运行的关键。应用固定型填料，容易导致滤层堵塞，反冲洗 困难；软性填料则容易导致填料之间相互粘结，造成比表面积减少；颗粒状滤料具 有比表面积大、生物量较大的特点，但颗粒滤料相对密度 l 时，若采用气水逆向流， 则水流阻力较大，滤速难以提高，滤层阻力增大，且反冲洗时耗水量较大，若采用气 水同向流，则容易造成滤池堵塞。经过较长时间的研究，上海市政工程设计研究 重庆大学硕士学位论文 院开发了一种适用于微污染原水预处理及污水深度处理的新工艺一一 b 1 0 s m e d i 滤池，它以轻质滤料为过滤介质，采用与填料相适应的独特滤池构造， 同时采用脉冲反冲洗、气水同向流。该滤池具有滤料比表面积大，不易堵塞，滤层 阻力小，滤速高，反冲洗耗水、耗气小等优点。试验表明，该生物滤池在i o 。c 以上时 氨氮的去除负荷o 5 k g n h 3 - n ( m 3 d ) 。 1 3 研究课题的提出 b a f 技术最早由法国c g e ( c o m p a g u i n eg e n e g a l ed e se a n x ) 公司所属的 o t v ( l o m n i u md ef r a i t m e n t se td ev a l o f i s s a t i o n ) 开发 1 5 1 0 目前，在欧美、日 本等地已有数百座大小各异的污水处理厂采用了b a f 技术。我国北京已有5 个 示范工程。从b a f 工艺的开发到曰趋成熟，国内外出现了多种基于b a f 技术的 水处理工艺。 在我国水污染治理领域，现有建成运行的污水处理厂( 站) ，特别是城市污 水处理厂，基本上都是采用传统活性污泥法及其变形工艺、氧化沟工艺、a b 法 工艺、s b r 法等工艺，虽然这些工艺处理效果尚可甚至也比较好，但普遍也存 在着占地面积大、基建投资高、处理负荷低、运行启动慢、经常出现污泥膨胀、 不能承受冲击负荷等不足之处，同时工艺设备处理效能低、能耗高，不能满足高 效低能的要求，因此近十几年来，各种污( 废) 水处理新技术工艺不断涌现。目 前来说，最经济有效的方法仍然是生物处理法。由于污水处理主要是一项侧重于 环境效益和社会效益的工程，在建设和实际运行过程中常常受到资金的限制，使 得治理技术与资金问题相连成为解决我国水污染的“瓶颈”。因此，开展经济有 效的污水处理新工艺、新设备的研究与开发，研究一种适合我国国情的污水处理 新工艺，从而降低污水处理的投资和运行费用、节省用地、管理方便、出水水质 好、能达到城市一般回用水标准，将对我国国民经济和社会发展及环境保护具有 十分重要的意义，而且也必将有其巨大的应用范围和市场。 在此背景下提出了“十五攻关项目”水环境安全关键技术研究与示范。 本研究属于该课题下属的子专题，即“城镇污水高效低耗曝气生物滤池技术研 究”。该子专题的攻关目标是研究适合三峡库区地理与经济状况的高效低耗污水 处理生物滤池工艺与设备，采用自然曝气或间歇曝气方式供氧，采用新型需氧催 化生物填料作滤料，使曝气生物滤池具有高效、低耗、投资省、易管理的特点， 4 重庆大学硕士学位论文j 前言 以便于在三峡库区推广使用。 重庆大学硕士学位论文 2 试验条件 2 试验条件 2 1 试验模型 2 1 1 下向流试验模型 本试验b a f 结构如图2 1 、2 2 所示，曝气生物滤池由有机玻璃加工而成， 平面尺寸为4 7 0 m m x6 4 0 m m ，总高为1 7 0 0 m m ，底部为角钢焊接带孔钢板的承托层， 高度为2 5 0 m m 。填料层高度1 0 0 0 m m ，采用酶促生物填料，该填料以黏土为骨料、 粉煤灰作掺合料，煤粉为发泡剂并加入适量的微生物生长促进剂经高温烧结而 成。该填料表面粗糙度高，有大量微孔可作为微生物生存和繁殖的载体，所含促 进剂具有激发微生物生长活性的特点，较陶粒或炉渣有更好的挂膜特性。填料粒 径选用两个级配6 8 m m 和9 6 1 6 舢，至上而下装填，装填高度分别为6 5 0 m m 和3 5 0 m m 。b a f 超高为2 0 0 m m ，承托层以上每隔1 5 0 m m 设一个取样口，共设五个， 以测定滤层高度对c o d 及n h 。一n 去除的影响。b a f 与初沉池、二沉池合建在一起， 在初沉区也设了同样高度的五个取样口。把这十个取样口编号，分别为l 。1 0 4 。 b a f 有效容积为0 3 4 m 3 。迸气口位于b a f 底部，空气经曝气扩散器进入反应器。 b a f 运行时水流方向由上而下，曝气空气由下而上，形成气和水的逆向流。 _ 厂、 5 0 雾鋈蓁 填料层 曼 侄 7山 一 8 ： 水 打 一 点 承托层 办 3 1 06 4 0 1 0 0 初沉区 b a f 沉淀区 图2 1 试验装置结构示意图 f i 9 2 1t h es k e t c hm a po f f i l t e r 6 方向一 方向一 重庆火学硕士学位论文 2 试验条件 图2 2 试验模型示意图 f i 萨2t h em o d e jo f t e s t 2 1 2 上向流试验模型 曝气生物滤池开始在学校实验室进行试验，历时六个月，经历了秋季、冬季 两个工况。试验中发现，进水氨氮值偏高，而且水量不稳定，无法保证进水量。 故试验场地改在重庆市渝北区城南污水处理厂。根据前期试验结果，可知下向流 反应器对c o d e r 、s s 的去除效果良好，但对氮、磷的去除效果不理想。针对此 情况，对反应器作了改进，改为上向流反应器作对比试验。图2 3 为改进后的上 向流反应器示意图。由图可看出，模型曝气生物滤池由有机玻璃加工而成，尺寸 为6 4 0 m m 4 8 0 m m 1 7 0 0 m m ，底部为角钢焊接带孔钢板的承托层，填料选用粒径 为9 5 1 6 m m 的陶粒，填充高度为1 0 0 0 m m 。承托层以上每隔1 5 0 m m 设个取 样口，共设五个。b a f 与配水区、出水区合为体。进气口位于填料底部的1 3 处，压缩空气经曝气扩散器进入反应器。运行时下部进水，水流方向由下而上， 曝气空气由下而上，形成气和水的同向流。在反应器内部自下而上形成厌氧段、 重庆大学硕士学位论文2 试验条件 好氧段。图2 4 为改进后的上向流反应器模型示意图。 出水 翻水 。 翟 0 名 取样口 o o 0 填料o 0 卜o 0+ 进氐o - - 一 出水区 进水 b a f配水区 图2 3 实验装置示意图 f 1 9 2 3 t h es k e t c h m a po f f i l t e r 图2 4 试验模型示意图 f l 口4t h em o d e lo f t e s t 8 进水 承托层 重庆大学硕士学位论文2 试验条件 2 2 试验流程 2 2 1 下向流试验流程 原水经格栅去除粗大杂物后进入贮水池。再经污水泵提升进入调节池， 自流进入初沉池，翻水进入曝气生物滤池，出水再经沉淀池沉淀。初沉池、曝气 生物滤池和二沉池合建在一起，试验流程如图2 5 所示。 燮翌l 乜翌p 塑咂至l 旦鎏匝互瑁必 图2 5 试验流程示意图 f i 9 2 5t h ep r o c e s so f t e s t 2 2 2 上向流试验流程 原水来自于重庆市城南污水处理厂的初沉池出水，经污水泵提升进入调节 池，自流进入进入曝气生物滤池。试验流程如图2 6 所示。 臣垂互p 堡匦旦臣里_ 水 图2 6 试验流程示意图 f i 9 2 6t h ep r o c e s so f t e s t 2 3 滤料的选择 填料作为曝气生物滤池的核心组成部分，影响着曝气生物滤池的发展。我国 对曝气生物滤池填料的研究以陶粒为最多，这是因为陶粒作为填料的一种，不仅 材料低廉易得，而且显示出的优良特性，特别适合我国的国情。早期的陶粒大多 采用页岩直接烧制、破碎、筛分而成，为不规则( 片状居多) 。最近出现的球形 轻质陶粒，采用粘土( 主要成分为偏铝硅酸盐) 为原材料，加入适当化工原料作 为膨胀剂，经高温烧制而成。朱乐辉等人耵以粘土为主要原料，结合其他化工 原料在温度为1 1 8 0 时烧制的轻质陶粒用作曝气生物滤池污水处理的研究表明： 9 重庆大学硕士学位论文2 试验条件 球形轻质陶粒强度大、孔隙率大、比表面积大、化学稳定性好，与玻璃钢、聚 氯乙烯、聚丙烯、维纶等滤料相比，具有生物附着性强、挂膜性能良好、水流流 态好、反冲洗容易进行、截污能力强等优点；形状规则，粒径可大可小，密度 适宜，克服了不规则粒状滤料水流阻力大，易引起氧化池堵塞，反冲洗强度大， 易冲刷破碎的缺点：加工过程完全不同于传统的片状陶粒滤料。表面结铀直 是传统片状陶粒滤料没有解决的难题；而球形轻质陶粒主要以粘土为原料，控制 适当的配料和烧制工艺，可改变陶粒的密度，且使其表面粗糙、多微孔、不结铀。 以球形轻质陶粒作接触原料，采用淹没式曝气生物滤池处理污水，可以起到深 度处理的作用，处理后的水能重新利用并节约用地。齐占强、王占生等人“9 1 以 球形轻质陶粒作为曝气生物滤池填料处理生活污水时发现：尽管在很高的滤速 ( 6 5 8 m h a ) 下，其处理水质仍然很商，而且曝气量小，氧利用率高；此外， 该臻气生物滤池系统水头损失增加缓慢，反冲洗周期长，节约了能源和操作费用。 从曝气生物滤池填料的发展来看，在以后的研究中，主要的方向将在以下几 个方面：研究填料对污染物去除的影响及污染物去除机制。目前，对b a f 运 行的工艺条件研究很多，但是对于污染物的转移和代谢途径没有深入的研究；填 料上生物相分布、生态结构缺乏系统的分析和解释；另外，填料如何影响污染物 去除机制不明。开发以天然材料为主要成分的无机填料，如轻质陶粒的研究开 发。合成的高分子填料与微生物之间相容性较差，所以在挂膜时生物量少，易脱 落，而以天然材料为原料的无机填料可以克服以上不足，但是需要重点解决的问 题是如何增加强度、增大孔隙率和减小密度。寻求改善填料性能的工艺和方法。 填料加工过程中的工艺非常重要，为了获得优质填料，生产工艺和方法需要不断 改进。制定适于曝气生物滤池的填料标准。欧美国家对曝气生物滤池用填料均 有较为严格的标准，但在我国目前还没有，在系统掌握填料的尺寸、性状、密度 等因素对污染物去除的影响后，制定适于我国曝气生物滤池的填料标准意义深 远。这不仅使得填料的生产规范化，而且极大促进b a f 污水处理技术在我国的 应用和推广。 本实验中选用的新型酶促生物填料，它以黏土为骨料、粉煤灰作掺合料，煤 粉为发泡剂并加入适量的微生物生长促进剂经高温烧结而成。该填料表面粗糙度 高，有大量微孔可作为微生物生存和繁殖的载体，除了满足以上的各点，而且所 l o 重庆大学硕士学位论文2 试验条件 含促进剂具有激发微生物生长活性的特点，具有更好的挂膜效果。 2 4 试验水质 2 4 1 下向流试验水质 试验原水来自重庆某大学的学生宿舍区，主要是生活污水。污水水质如表1 所示。出水以国家排放标准g b l 8 9 1 8 - - 2 0 0 2 中的一级b 类标准值控制。 表2 1生活污水水质及处理要求 t a b l e 2 iw a t e r q u a l i t y a n dt r e a t m e n tr e q u e s to f w t e w a t e r c o d 口踟眦s s n h 。- n t p 项目 p h ( m g l 1 )( m g l 。)( m g l 1 )( m g l 1 ) ( m g l 1 ) 进水水质2 7 2 5 3 3 1 4 5 2 5 31 3 0 1 0 22 7 5 3 7 4 7 8 7 0 7 4 平均值3 6 2 1 8 71 1 54 47 67 2 处理要求 6 0 2 0 2 0 8 1 5 6 9 2 4 2 上向流试验水质 试验原水来自重庆市城南污水处理厂的初沉池污水，主要是城市污水。污水 水质如表2 2 所示。 表2 2原水进水水质 t a b l e 2 2t h eo d g i n a lw a t e rq u a l i t y c o d c ，s s n h 4 n t p t n 项目 p h ( m g l 一1 ) ( m g l 1 )( m g l 1 )( m g l - )( m g l - 1 ) 进水水质1 8 9 5 5 3 7 4 7 81 0 0 1 4 93 0 4 75 9 8 64 5 7 7 2 5 试验安排及内容 2 5 1 试验影响因素及水平确定 本实验的目的是对各种运行工况下反应器运行情况进行分析，研究滤池对 c o d 、n h 。- n 、t n 、t p 的去除率，求出最佳工况。 实验安排采用单因素实验，以便于分析数据及影响效果。根据相关资料确定 重庆大学硕士学位论文2 试验条件 反应器的影响因素水平，并确定实验顺序为 ( 1 ) 曝气量 选定水平为曝气区曝气量为l m g 1 ，2 m g 1 ，3 m g 1 ，4 m g 1 ，5 m g 1 ，6 m g 1 ，7 m g 1 ，在连续曝气，水力停留时间( h r t ) 为l o h ，工作负荷为3 6 1 h 情况下进行。 ( 2 ) 水力停留时间 选定水力停留时间( h r t ) 为1 2 h ，l o h ，9 h ，8 h ，7 h ，逐渐减小h r t ，考察对 实验结果的影响。 ( 3 ) 滤池高度 考察不同滤池高度对c o d 和n h 。一n 的去除效果。 2 ，5 2 试验安排 ( 1 ) 液龄分布函数的确定： 利用脉冲信号法，瞬时加入1 0 0 克食盐，用电导仪测定出口处食盐浓度， 求出反应器e 及f 函数。 ( 2 ) 实验装置的启动 启动实验装置就是要滤池的滤料上有生物膜的生长，通过生物膜的代谢作 用将污水中的有机物加以有效降解。 ( 3 ) 进行各工况下的试验 在各种运行工况下对反应器运行进行试验分析，研究滤池对c o d 、n h 。一n 、 t n 、t p 的去除率，求出最佳工况。 2 6 试验测试项目与方法 试验测试项目与方法分别如表2 3 、2 4 所示。 重庆大学硕士学位论文2 试验条件 表2 。3启动期闯测试项目 t a b l e 2 3t h e t e s t i n gi t e mi ns t a r t u p 项目测定方法或仪器取样测定频率 气温温度计、溶解氧测定仪室温1 次日 水温温度计、溶解氧测定仪进水1 次日 流量量筒及秒表反应器出水不定时 s s1 0 3 1 0 5 烘干重量法 进水、滤池区、出水1 次日 p h 值精密p h 试纸或p h 仪进水、滤池区、出水1 次日 d 0 j v s 5 6 0 5 溶解氧分析仪进水、滤池区、出水1 次日 c o dh a c h - c o d 测定仪进水、滤池区、出水 1 次日 生物镜检显微镜滤料及生物膜不定期 表2 ，4正常运行期间测试项目 t a b l e 2 4t h e t e s t i n gi t e mi nf u n c t i o n 项目测定方法或仪器取样测定频率 气温温度计、溶解氧测定仪室温1 次日 水温温度计、溶解氧测定仪进水1 次日 流量量筒及秒表反应器出水不定时 s s1 0 3 1 0 5 烘干重量法进水、滤池区、出水2 次周 p h 值精密p h 试纸或p h 仪进水、滤池区、出水2 次日 d oj p s j - 6 0 5 型溶解氧分析仪 曝气区4 次日 c o dh a c h c o d 测定仪进水、滤池区、出水1 次目 n k n 纳氏试剂分光光度法进水、出水1 次日 n 鸥一nh a c h 标准法进水、出水1 次日 t n 紫外分光光度法进水、出水1 次日 t p镅锑抗分光光度法进水、出水1 次日 p 0 4 3 - _ p铝锑抗分光光度法 进水、出水1 次日 重庆大学硕士学位论文 3 试验过程与结果 3 试验过程与结果 3 1 试验过程 3 1 1 下向流曝气生物滤池的启动 反应器启动时投加3 4 l 浓度为2 9 l 的硝化污泥作为种泥，同时加入污水淹 没滤料，闷曝2 4 h 后换水。连续闷曝3 d 后开始小流量进水运行( 设计流量q = 2 8 1 h 的一半，即o = 1 4 1 h ) 。在小流量运行的同时，逐步加大流量，使反应器逐渐适 应污水水质，直至完全满负荷运行。进水流量按设计流量q = 2 8 1 h 控制，连续运 行两周。运行期间测定了进出水c o d 值，并进行了生物相观察。前两周进出水的 c o d 变化见图3 1 。 从图3 1 看出，前3 d 的出水c o d 非常低，分别为5 6 m g l ，6 7 m g l ，5 8 m g l ， 出水c o d 的降低主要是填料的物理吸附作用。由于所选填料表面非常粗糙，具有 很多肉眼可见的小孔，为内部的微孔提供了通道，因此吸附能力强。出水c o d 值 从第4 天开始逐渐上升，第9 天又开始降低，说明生物膜已开始生长，发生了生 物降解作用。第二周出水稳定在7 0m g l 左右并继续降低，对c o d 的去除率达到 7 0 。同时取填料颗粒进行了生物镜检，发现填料上有粘状污泥，颜色为泥土褐 色，在显微镜下可以观察到钟虫、轮虫、草履虫或等枝虫等原生或后生动物，至 此标志挂膜基本成功。 l234 5 6 7891 0l l1 2 1 3 1 4 时间d 图3 1d b a f 启动初期对c o d 的去除 f i 9 3 1t h er e m o v a lo fc o di ns t a r t u p + 进水 o fd b a f 十出水 1 4 枷枷垂毫咖渤啪啪m伯蚰 1普v趔口ou 重庆大学硕士学位论文3 试验过程与结果 3 1 2 上向流曝气生物滤池的启动 生物滤池的启动是指在处理污水时由最初的进水直至达到要求运行负荷时 所经历的过程，其实质是利用滤池内滤料的载体作用，使微生物在滤池内逐步适 应新的环境，并随着微生物种群及特性的变化而建立起某种特定的生态系统。本 次试验生物滤池的启动采用城南污水处理厂的= 沉池活性污泥接种，因实验反应 器处理污水与污水厂处理污水致，故对反应器启动十分有利，调试初期向池内 投加少量活性污泥，同时加入废水至淹没滤料，闷曝2 4 h 后换水。连续闷曝3 d 后开始小流量进水以避免过强的水力剪切力破坏初生态生物膜。进水第五天出水 水质明显提高，进而逐步提高水力负荷至所需运行负荷。二十天后经光学显微镜 观察，滤料表层已经出现黄褐色初生态生物膜，出水水质外部感觉更为良好，检 测c o d c r 的去除率可以达到5 0 以上，证明生物滤池启动已经成功。 3 1 3 曝气生物滤池的负荷运行 试验测试主要有三个阶段，第一阶段是在下向流滤池启动挂膜结束时，按照 试验设计调整滤池工作流量为0 6 8 m 3 d ，h r t 为l2 h 开始进行每天的常规监测， 以便大致了解滤池在该水力负荷下的运行工况，继而进行下一个水力停留时间的 试运行。当基本了解下向流滤池运行规律之后，进行第二阶段的上向流滤池对比 性试验测试，这一阶段的测试工作在改进后的上向流反应器中进行，h r t 为1 0 h 开始进行每天的常规监测。第三阶段是在第二阶段完成，滤池运行规律已有所掌 握的基础之上进行验证性试验，确定出滤池最佳的运行工况，规范滤池的运行管 理制度等等。 为方便计算与讨论，表3 1 列出了水力停留时间( h r t ) 、工作流量、平均滤 速和水力负荷之间的对应关系。 表3 1h r t 、流量、水力负荷对照表 t a b l e 3 1t h ec o n v e r s i o nt a b l eo f h r t 、f l u x 、w a t e r p o w e rl o a d h r t c a ) 1 21 0987 工作流量( m 3 d ) 0 6 8o 8 2o 9 21 0 21 1 8 水力衰s i p 荷( m 3 2 滤料d ) 2 2 62 7 33 0 63 4 13 9 3 重庆大学硕士学位论文3 试验过程与结果 3 2 下向流b a f 的运行结果 3 2 1c o d c r 、s s 试验测试结果 在研究曝气生物滤池对c o d c r 、s s 的去除效果时，主要考察滤池在各水力停 留时间( 即h r t ) 下对c 0 b c r 、s s 的去除效果逐时逐层变化规律反映出滤池对污 染物的物理去除作用( 沉降或截留) 和生物降解作用。 3 2 1 1h r i = 1 2 h 试验 1 2 h 作为起始水力停留时间，流量控制在7 8 7 8 0 2m l s ，在此流量下滤 池正常运转，各项测试数据如下。试验数据见表3 2 。 表3 2h r t = 1 2 h 试验数据 t a b l e 3 2t e s t i n gd a t ai nh r t = 1 2 h 滤层 进水1 # 5 抖6 #7 #8 #9 #1 0 9 出水1 l # ( m g l )( m g l )( m g l )( m g l )( m g l )( m g l )( m g l )( m g l ) 项目 范围2 5 l 2 9 21 8 9 2 1 31 7 4 1 9 71 4 3 1 5 81 0 2 1 2 17 8 9 78 1 8 94 8 7 1 c o d 均值2 8 32 0 21 8 01 5 01 1 69 08 55 6 范围1 2 1 1 3 0 5 1 5 41 7 2 51 l 1 54 84 73 “3 5 s s 均值1 3 0 5 32 l1 4654 4 根据试验数据，作图3 2 、3 3 ，反映出该水力停留时间下滤池逐层对c o d c r 、 s s 去除的变化规律。( 滤料高度方向为至上而下) 1 6 重庆大学硕士学位论文3 试验过程与结果 1 7 重庆人学硕上学位论文3 试验过程与结果 3 2 1 2h r t = 1 0 h 试验 h r t = l o 的试验结果见表3 - 3 ，由表可知，滤池在该水力停留时间下对 c o d e r 、s s 的去除效果具有以下特点：( 1 ) 较之h r t = 1 2 h ，滤池的c o d e r 起 始去除率有所降低，但随运行时闯增加，c o d e r 去除率呈上升趋势。( 2 ) 进水 水质波动幅度较大( 最大为3 5 9 m g l ，最小为1 7 5 r a g l ) ，但在整个运行时 期内，出水c o d e r 指标能达到排放标准。 表3 2h r t = 1 0 h 试验数据 t a b l e 3 2t e s t i n gd a t ai nh r t = 1 0 h 撼层 进水l #5 #6 #7 #8 #9 #1 0 # 出水l l # ( m g l )( m g l )( m g l )( m g l )( m g l ) ( m g l )( m g l )( m g l ) 项目 范围1 7 5 3 5 91 7 8 ，2 1 31 1 5 1 3 11 0 1 1 1 48 1 9 77 1 8 i5 8 7 i 4 7 - - 6 6 c o d 均值 2 6 51 9 41 2 31 0 38 77 96 8 5 8 范围1 0 1 1 2 15 1 一6 71 7 2 71 4 1 97 1 77 】35 - - 9 5 8 s s 均值 1 0 56 22 31 71 1 977 根据试验数据，作图3 4 、3 5 ，反映出该水力停留对阁下滤池逐层对c o d e r 、 s s 去除的变化规律。 重塞奎兰堡主堂堡笙塞 ! 蔓矍垫型量竺墨 3 2 1 3h r t = 9 h 试验 h r t = 9 h 试验结果见表3 3 ，从表可以看出滤池在该水力停留时间下对 c o d c r 、s s 仍有较强的去除效果，出水c o d c r 、s s 指标基本达到排放标准。 重庆大学硕士学位论文3 试验过程与结果 表3 3h r t = 9 h 试验数据 t a b l e 3 。3t e s t i n gd a t ai nh r t = 9 h 汰 进水1 # 5 辩6 #7 #8 肆9 #1 0 # 出水儿# ( m g l )( m g l )( m g l )( m g l )( m g l ) ( m g l ) ( m g l )( m g l ) 范围2 7 9 - - 3 8 9 1 9 8 2 1 39 7 1 2 1s 9 1 1 27 8 9 86 7 8 25 8 7 i4 7 6 9 c o d 均值 3 7 82 0 31 0 49 68 17 16 25 8 范围 9 7 1 2 85 0 6 72 0 2 71 i 1 76 1 l4 - - 94 73 “ s s 均值 1 0 25 72 31 38544 根据试验数据，作图3 6 、3 7 ，反映出该水力停留时间下滤池逐层对c o d c r 、 s s 去除的变化规律。 fi 3 5 0 r 一2 9 0 p 52 3 0 人 l l l o k 2 5 05 5 08 5 0 滤料高度( m ) 图3 6h r t = 9 的生活污水c o d 处理曲线 f i 9 3 6b e h a v i o ro fw a s t e w a t e ri nh r t = 9 h 【。，一 重庆大学硕士学位论文3 试验过程与结果 陲 0 一 02 5 05 5 08 5 0 1 0 0 0 滤料高度( r a n ) 图3 7h r t = 9 的生活污水s s 处理曲线 f i 9 3 7b e