（市政工程专业论文）缺氧好氧生物滤池处理城市污水试验研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 缺氧一好氧生物滤池处理城市污水试验研究 摘要 曝气生物滤池在污水处理及回用中的应用已经比较广泛，它具有去除 s s 、c o d 、b o d 、脱氮、除磷的作用，其特点是集生物氧化和截留悬浮固 体于一体，节省了后续沉淀池( - - 沉池) ，其容积负荷、水力负荷大，水力 停留时间短，所需基建投资少，出水水质好，运行费用低。为强化脱氮效 果，本试验增加缺氧段，组成缺氧好氧生物滤池工艺( 好氧生物滤池由两 级曝气生物滤池组成) ，本论文研究该工艺的启动与影响因素、脱氮工艺与 过程控制的相关内容以及反冲洗特性。 本试验挂膜分两个阶段：闷曝阶段( 3 d ) 、自然挂膜阶段( 1 7 d ) ，c o d q 及 n h ，一n 的去除率达到7 5 左右，挂膜成功。 通过试验证明该工艺能有效进行脱氮，其出水水质好，基本上满足城 镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 中的一级a 标准，并且该 工艺具备较强的抗冲击负荷能力，当容积负荷在0 0 5 - - - 0 9 1k g r , a a ，一n ( m 3o d ) 之问变化时，系统对n h ，一n 的平均去除率约为9 0 8 ，出水n h ；一n 浓度大 部分在5 m g l 以下。由于硝化液的大量回流，使得缺氧滤柱的功能较特殊， 具有去除有机物、硝化及反硝化多种功能，c o d 凸去除率均值3 2 1 、平均 硝化率2 3 9 4 ，平均反硝化率5 7 0 3 。碳化柱完成了对大部分n h ，一n 、有 机物的去除，平均硝化率3 8 5 8 ，平均c o d q 去除率2 4 4 。后面硝化柱的 同步硝化一反硝化效果明显，n i l ，一n 平均减少2 7 6 m g l ，但n o ：一n 平均增 加只有0 8 7 m g l 。试验中城市污水的c o d c , n h ；一n 均值7 1 5 ，适合微生物硝 化一反硝化过程的进行，故在试验过程中未发现n o i n 积累问题。通过试验 确定该系统较优化的运行参数：总h r t = 4 8 m i n = 0 8 h ( 缺氧段2 0 m i n ，好氧 i 太原理工大学硕士研究生学位论文 段2 8 m i n ，均是最短玎) ，气水比1 ：1 2 ：1 ，系统回流比1 ：1 2 ：1 。 反冲洗是维持曝气生物滤池功能的关键性操作，本试验采用的反冲洗 程序：单独气洗强度为8l ( s - m ：) 、单独气洗时间为3 m i n 、联合气洗强度 为8l ( s - m ：) 、联合水洗强度为3l ( s m 2 ) 、联合冲洗时间6 m i n 、单独水 洗强度为3l ( s m ：) 、单独水洗时间为4 r a i n 。通过试验确定反冲洗周期， 柱l ：2 4 - - - 3 6 h ，柱2 ：2 3 d ，柱3 ：5 “db a f ；反冲洗用水量约占产水量的 7 - - - 9 。对缺氧滤池( 柱1 ) 进行气水联合反冲洗，在一定程度上破坏了缺 氧环境，使得反硝化效率不是很高( 只达到了5 7 0 3 ) 。 关键字：缺氧一好氧生物滤池，滤池挂膜，气水联合反冲洗，生物脱氮，同 步硝化反硝化，城市污水 太原理工大学硕士研究生学位论文 t r i a i ，s t u d yo nt h ea n o c o cb i o l o g i c a l f i i j e r sf o r n 庙c i p a l 後s t e 硷t e rt r e a t n 匝n t a b s t r a c t t h ea e r a t e db i o l o g i c a lf i l t e rh a sb e e ne x t e n s i v e l yu s e di nt r e a t m e n ta n d r e u s eo fs e w a g ew a s t e w a t e r i th a sf a c t i o no fr e m o v i n gs s ，c o d ，b o d ， n i t r o g e n ，p h o s p h o r u s ，w h i c hi sc h a r a c t e r i z e db ys e t t i n gb i o l o g i c a lo x i d a t i o na n d s u s p e n d e d s o l i d si no n e i n t e r c e p t i o n ，s a v i n g af o l l o w u ps e d i m e n t a t i o n t a n k s ( s e c o n d a r ys e d i m e n t a t i o nt a n k ) t h ev o l u m el o a d ，h y d r a u l i cl o a do fb a f i s s t r o n g t h eh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ei ss h o r t t h ei n v e s t m e n to fn e c e s s a r y i n f r a s t r u c t u r ei sl e s st h a no t h e r s i t 、sd i s c h a r g ew a t e ri sg o o d i t so p e r a t i o n c o s t si sp r o v i n c e t os t r e n g t h e nt h ee f f e c to fn i t r o g e n ，w ea d dt h ea n a e r o b i c p a r a g r a p ht oc o m p o s et h ea n o x i c o x i cp r o c e s s ，w h o s eo x i cb i o l o g i c a lf i l t e r i s c o m p o s e db yt w oa e r a t e db i o l o g i c a lf i l t e r s h o wt os t a r t - u pt h ep r o c e s sa n d i m p a c tf a c t o r so ft h i sp r o c e s s ，t h er e l e v a n to fd e n i t r i f i c a t i o np r o c e s sc o n t r o l t e c h n o l o g ya n df e a t u r e so fb a c k w a s h i n gw e r es t u d i e di nt h i sp a p e r t h el i n k e dm e m b r a n ei nt h i st e s tw a ss e p a r a t e di nt w op h a s e s ：n a u s e a e x p o s u r e sp h a s e ( 3 d ) ，n a t u r a lb i o f i l mf o r m a t i o np h a s e ( 1 7d ) ，a n dt h er e m o v a l r a t eo fn h 3 - na n d c o d c rw e r ea b o u t7 5p e r c e n t ，h a n g i n gf i l mi ss u c c e s s t h e p r o c e s s h a sb e e n p r o v e d t ob ee f f e c t i v ef o r n i t r o g e n i nt h i s e x p e r i m e n t t h es y s t e md i s c h a r g ew a t e rq u a l i t yi sg o o de n o u g ht om e e tt h e a l e v e ls t a n d a r d si nt h e p o l l u t a n t d i s c h a r g es t a n d a r d so fu r b a ns e w a g e t r e a t m e n tp l a n t ( g b18 918 - 2 0 0 2 ) t h es y s t e mh a ss t r o n gi m p a c tc a p a c i t y ，w h e n t h ev o l u m el o a dc h a n g e si n0 0 5 - 0 91k g n h 3 一n ( m 3od ) ，t h ea v e r a g er e m o v a l r a t eo fn h 3 - ni nt h i ss y s t e mi sa b o u t9 0 8 ，t h ee f f l u e n tc o n c e n t r a t i o no f n h 3 - ni sl e s st h a n5m g lm o s t l y c o n s i d e r i n gt h el a r g en u m b e ro fr e t u r n i n g i i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 n i t r i f i c a t i o n ，t h ea n o x i cf i l t r a t i o n ( c o l u m n1 ) h a st h em u l t i p l ef u n c t i o n so f r e m o v i n gc o d o ，n h 3 一na n dd e n i t r i f i c a t i o n ，t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo f c o d oi s3 2 1p e r c e n t ，t h ea v e r a g er a t eo fn i t r i f i c a t i o ni s2 3 9 4p e r c e n t ，t h e a v e r a g e r a t eo fd e n i t r i f i c a t i o ni s5 7 0 3 p e r c e n t c a r b o n a t i o n ( c o l u m n 2 ) c o m p l e t e dt h er e m o v a lo fm o s tc o d c r ，n h 3 - n t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo f c o d c ，i s2 4 4p e r c e n t ，t h ea v e r a g er a t eo fn i t r i f i c a t i o ni s3 8 5 8p e r c e n tt h e n i t r i f i c a t i o n f i l t r a t i o nh a se v i d e n tr e s u l t i ns i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n d d e n i t r i f i c a t i o n ，n h 3 一nc o n c e n t r a t i o nr e d u c e d2 7 6 m g lb ya na v e r a g e ，b u t n o ：- nc o n c e n t r a t i o no n l yi n c r e a s e d0 8 7 m g lb ya na v e r a g e b e c a u s eo f u r b a ns e w a g e c o d o n h 3 一n a v e r a g e v a l u ei s7 15 ，w h i c hi s g o o d f o r m i c r o b i a ln i t r i f i c a t i o n d e n i t r i f i c a t i o np r o c e s s ，t h ea c c u m u l a t e dp r o b l e m si sn o t f o u n di nt h ee x p e r i m e n t a lp r o c e s s t h es y s t e mo p t i m i z e do p e r a t i n gp a r a m e t e r s ： h r t = 4 8 m i n = o 8 h ( 2 0 m i ni na n o x i cp a r a g r a p h ，2 8m i ni na e r o b i cp a r a g r a p h ， i st h es h o r t e s th r t ) ，t h er a t i oo fg a sa n dw a t e rc h a n g ef r o m1 ：1t o2 ：1 ，t h e s y s t e mb a c kr a t i oa l s oc h a n g ef r o m l ：lt o2 ：1 b a c k w a s h i n gi st h ek e yo p e r a t i o nt om a i n t a i na e r a t e db i o l o g i c a lf i l t e r f u n c t i o n t h eb a c k w a s h i n g p r o c e d u r ei s ：t h ei n d i v i d u a lg a sw a s h i n gs t r e n g t hi s8 l ( son 1 2 ) ，t h es e p a r a t eg a sw a s h i n gt i m ei s3m i n ，t h ej o i n tg a sw a s h i n gs t r e n g t h i s8 l ( s - m 2 ) ，t h ej o i n tw a s h e ds t r e n g t hi s3l ( s o m 2 ) ，t h ej o i n ti r r i g a t i o n w a s h i n gt i m ei s6m i n ，t h es e p a r a t ew a s h e ds t r e n g t hi s3l ( s - m 2 ) ，t h es e p a r a t e w a s h i n gt i m ei s4m i n t h eb a c k w a s h i n gc y c l e i s ：c o l u m n1 ：2 4 - - 3 6 h ，c o l u m n 2 ：2 - 3 d ，c o l u m n3 ：5 - 一6 d ；t h er a t i oo fb a c k w a s hw a t e ra n dp r o d u c t i o ni sa b o u t 7 - 9 t h eb a c k w a s hw a t e ra n dg a si nt h ea n a e r o b i cf i l t e r ( c o l u m n1 ) ，t oa c e r t a i n e x t e n t ，u n d e r m i n e t h ea n a e r o b i ce n v i r o n m e n t ，r e s u l t i n gi nt h e d e n i t r i f i c a t i o ne f f i c i e n c yi sn o tv e r yh i g h ( o n l yr e a c ht o5 7 0 3 ) k e yw o r d s ：t h ea n o x i c - o x i cb i o l o g i c a lf i l t e r , l i n k e dt of i l t e rm e m b r a n e ， t h eb a c k w a s h i n go fw a t e ra n dg a s ，b i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a l ，s i m u l t a n e o u s i v 太原理工大学硕士研究生学位论文 n i t r i f i c a t i o n d e n i t r i f i c a t i o n ，m u n i c i p a lw a s t e w a t e r v 太原理工大学硕士研究生学位论文 符号说明 1 a o ( a n o x i e a e r o b i cb i o l o g i c a lr e a c t o r ) 缺氧一好氧生物反应器 2 b a f ( b i o l o g i c a la e r a t e df u t e r ) 曝气生物滤池 3 b o d ( b i o c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ) 生化需氧量，b o d 5 为五日生化需氧量 4 c n ( c a r b o n - n i t r o g e nr a t i o ) 碳氮比，本以c o d o n h 3 一n 计 5 c o d ( c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ) 化学需氧量，本文以c o d c f 计 6 d o ( d i s s o l v e do x y g e n ) 溶解氧 7 h r t ( h y d r a u l i cr e m a mt n n e ) 水力停留时间 8 n h 3 一n ( a m m o n i a c a l - n i t r o g e n ) 氨态氮，也写作n h 4 + - n 9 n o ；一n ( n i t r i t e n i t r o g e n ) 亚硝酸盐氮 10 n o ；一n ( n i t r a t e - n i t r o g e n ) 硝酸盐氮 1 1 n o ：一n 亚硝酸盐氮和硝酸盐氮总称 1 2 s n d ( s i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n ) 同步硝化一反硝化 1 3 t n ( t o t a ln i t r o g e n ) 总氮 v i i 声明尸明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名： 胜盈 日期：垫! 星：里至2 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签 名：座童旦日期：坐丞三3f 导师签名：日期：遂萝：f ? 宣： 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 课题提出的背景及意义 第一章引言 1 1 1 课题提出的背景 2 0 0 6 年国家环保总局公布的全国环境统计公报显示：全国废水排放总量为5 3 6 8 亿吨，比上年增加2 3 。其中，工业废水排放量2 4 0 2 亿吨，占废水排放总量的4 4 7 ， 比上年减少1 1 ；城镇生活污水排放量2 9 6 6 亿吨，占废水排放总量的5 5 3 ，比上年 增加5 8 。废水中化学需氧量排放量1 4 2 8 2 万吨，比上年增加1 o 。其中，工业废水 中化学需氧量排放量5 4 1 5 万吨，占化学需氧量排放总量的3 7 9 ，比上年减少2 4 ； 城镇生活污水中化学需氧量排放量8 8 6 7 万吨，占化学需氧量排放总量的6 2 1 ，比上 年增加3 2 。废水中氨氮排放量1 4 1 3 万吨，比上年减少5 7 。其中，工业氨氮排放 量4 2 5 万吨，占氨氮排放量的3 0 o ，比上年减少1 9 o ；生活氨氮排放量9 8 8 万吨， 占氨氮排放量的7 0 0 比上年增加1 6 。工业废水排放达标率9 2 1 比上年下降o 5 个百分点，工业用水重复利用率8 0 6 ，比上年提高4 5 个百分点。虽然环保工作取得 了积极进展，但环境形势依然严峻，不断发生的污染事件给群众生产生活带来严重的影 响，环境压力持续加大。 山西是全国水资源贫乏省份之一，全省水资源总量只有1 4 2 亿立方米，地下水资源 储量约9 3 1 亿立方米，但可开采水资源只占4 5 ，且多分布于盆地边缘及省境四周， 在全国各省区中居倒数第二位，人均占有量不足全国的1 5 ，相当于世界人均占有水量 的4 3 ；亩均占有水量只有全国的9 3 。目前，全省供水量已经占到水资源总量的7 7 3 ，可用水资源几乎开发殆尽。在中等干旱年份，全省缺水量已达2 0 亿立方米左右； 已有2 2 个城市、7 0 个县城缺水、数百万农村人口饮水困难。 在水资源严重贫乏的同时，山西水资源还受到严重的污染和破坏。据第二次水资源 评价结果，全省受污染河长3 7 5 3 公里，占评价总河长的6 7 2 ，其中严重污染的超五 类水占评价总河长的4 5 8 ；在全省2 8 个重点水源中，晋祠等8 个水源地的水质监测 结果为五类，属严重污染。山西省污水排水量1 9 9 9 年达到1 0 3 9 亿立方米，占总用水量 的1 8 ，污水处理回用量仅为4 8 9 9 万立方米，仅占排放量的4 7 6 。污水的大量排放 使地下水也遭受不同程度的污染，沿河地区的浅层地下水有的已丧失饮用功能。同时， 1 太原理工大学硕士研究生学位论文 山西水资源还受到严重的破坏，据专家论证，在现有技术条件下，山西每挖1 吨煤就要 破坏2 4 8 吨的水资源。按目前的实际产量，山西因挖煤每年就有1 2 亿立方米的水资源 遭到破坏。 近三年来，随着工业用水、城市生态用水和农村生活用水需求的不断增长，使得水 资源供需矛盾更加尖锐：所以，落实科学的发展观与循环经济相结合实施城市污水资源 化，不仅可以缓解水污染和水资源短缺的压力，而且可以充分的利用二次资源，对促进 水资源的可持续发展战略的实现，具有重要的经济效益、社会效益和环境效益。 按照国家“十一五”规划的内容，从2 0 0 6 年到2 0 1 0 年将有3 0 0 0 多亿资金投向污水 处理设施建设。该规划的实施，除了政策指引、市场调节外，还需要先进的污水资源化 及优化技术强有力的支持，建立技术经济的实用技术与质量评价体系，以利于规划的顺 利实施。本课题的研究是在此背景下开展起来的。 1 1 。2 城市污水回用技术的研究意义 山西省的长处在煤，短处在水。煤和水的关系是典型的“木桶理论”型关系，山西的 快速发展不取决于煤炭资源优势有多大，而是取决于水资源的保障能力有多强。要保证 山西的可持续发展，首要任务是要解决好山西的水资源可持续开发利用问题。 目前山西省城市污水的处理程度不高，多数污水处理厂没有污水深度处理及回用设 施，不达标处理水的排放造成了环境的污染，水资源的严重浪费，加剧了山西省水资源 短缺的紧张状况。且污水的深度处理及回用存在水处理规模选择不当及工艺选择不合理 的问题，出现这些问题的原因是对城市污水的排放量及水质不清楚。因此，很有必要通 过对城市污水排放量的预测及水质调查分析，提出合理的深度处理工艺，并经过技术经 济比选，提出技术先进，经济可行的资源化及优化处理工艺。 研究城市污水的处理工艺，使出水c o d 、氨氮、t n 、t p 达到国家城镇污水处理 厂排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 中的一级a 标准。这对大大减轻氮、磷对受纳水体的富 营养化，保护和改善水体水质、实现污水回用、缓解水资源危机等都具有重大而深远的 意义。 1 2 课题研究的目的及内容 1 2 1 研究目的 开发一套适合山西省城市污水处理的生物反应器，优化工艺并确定其优化设计参 数。使得出水水质达到城镇污水处理厂排放标准( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 中一级a 标准， 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 以便实现污水回用，实现污水资源化利用。 1 2 2 研究内容 本试验是以太原市河西北部污水处理厂细格栅出水作为试验用水，系统分析了“缺 氧好氧生物滤池”工艺对污水中污染物质的去除效果，并进行了反冲洗试验。研究的主 要内容包括： l 、选定水力停留时间、回流比、气水比三个因素进行试验，考察“缺氧好氧生物滤 池”工艺对污水的处理效果，确定该工艺的最优运行参数。 2 、单体反应器去除效果研究：确定进水水质、水力停留时间、回流比、气水比和 温度等对氨氮和硝态氮去除效果的影响，以及脱氮和去除c o d 之间的影响，提出各单体 反应器的优化运行参数和控制条件； 3 、研究“缺氧一好氧生物滤池”工艺的脱氮机理，对缺氧池的效能作深入研究。 4 、比较研究“缺氧好氧生物滤池”工艺与“a o 活性污泥法”，深入明确“缺氧一好氧 生物滤池”工艺的优缺点。 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 1 城市污水处理技术 第二章文献综述 随着我国城市化进程的加快和国民经济的高速发展，水环境污染和水资源短缺日趋 严重。为了保护水体环境，国家已把城市给排水列为基本建设领域重点支持的产业，并 提出至2 0 t 0 年污水处理率达到4 0 的总体目标，要求“七大流域 、“三大潮泊 和重 点沿海城市及其近岸海域城市、非农业人n 5 0 万以上的城市都要建设城市污水处理厂。 污水的资源化、污水的再生和利用既提高了水的利用率，又有效地保护了水环境，有利 于实现城市水系统的健康、良性循环，从长远来看，这将是有效地解决我国水资源短缺 和水环境恶化问题的优化途径。 我国城市污水处理技术从“七五 国家科技攻关开始逐步进行研究。经过“七五 、 “八五”和“九五”期间的努力，我国在城市污水处理技术方面取得了较大的成就，成 果丰硕。同时，近2 0 年来，随着改革开放也不断引进国外新的工艺技术。就工艺技术而 言，与国际上的差距已经缩小。目前，我国共有2 6 6 个城市污水处理厂投入正常运行。 其中，绝大多数城市污水处理厂都采用运行稳定、操作简便、处理费用低廉的生化处理 工艺，包括普通活性污泥法、a o 、a 2 o 、氧化沟法、曝气生滤池、a b 法以及s b r 法等。 2 1 1 传统活性污泥工艺和其改进型a 0 、a 2 0 工艺 传统活性污泥法去除有机物和悬浮物的效率很高，对于城镇污水，可确保出水b o d 。和 s s 达至u 3 0 m g 以下，在1 9 9 6 年前在我国尚未要求去除氮磷，该工艺是城镇污水处理厂的主 体工艺。随着城镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 的颁布实施，我国对 城镇污水处理厂的出水水质，尤其是对出水的氮、磷指标要求更加严格。传统的活性污 泥工艺已经不能满足国家标准对氮、磷的去除要求，必须加以改造，于是出现了活性污泥 法的改进型 o 法和a 2 o 法。a o 工艺( 缺氧好氧) 法对于大型活性污泥法污水处理厂来说， 处理效果较稳定，且实现了脱氮或除磷的目标，能耗和运营费用也较低；其缺点是处理单 元多，管理较复杂，且不能同步脱氮和除磷。用于除磷的a o 工艺的最主要特征是高负荷 运行、泥龄短、水力停留时间短；用于脱氮的a o 工艺的负荷很低，泥龄长、水力停留时 问长n 一。沈阳北部污水处理厂设计处理的4 0 万m 3 d 污水中的2 0 万面溯采用的是a o 脱氮的 污水处理技术0 3 。a s o ( 厌氧缺氧好氧) 工艺同时具有脱氮除磷的效果，其工艺原理是磷 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 在厌氧区被释放，在好氧区被吸收，达到除磷目的；污染物在好氧区被氧化降解，去除c o d 和b o d 。，同时在硝化菌作用下，有机氮转化的氨氮继续转化为亚硝酸氮和硝酸氮，含有硝 酸氮的大量混合液回流到缺氧区进行反硝化脱氮。该工艺主要优点是对c o d 、b o d 5 、s s 也具有较高的去除效果，具有运行费用低、占地少，出水水质好等特点：其缺点是运行管 理要求较高，投资较大，节能差n 2 1 。广州大坦沙污水处理厂就是采用了该工艺h 1 。 2 1 2a b 法工艺 a b 法是吸附生物降解法的简称，是联邦德国亚琛大学b b o h n k e 教授于2 0 世纪7 0 年代 中期，在传统两段活性污泥法和高负荷活性污泥法基础上开发的一种新工艺，属超高负 荷活性污泥法，在技术上有所突破。该工艺不设初沉池，由污泥负荷较高的a 段和污泥负 荷较低的b 段串联组成，并分别有独立的污泥回流系统。该工艺从8 0 年代开始应用于生产 实践，由于具有技术成熟、处理高浓度生活污水效果好，出水稳定、水质高的特点，越来 越受到污水处理界的青睐。但a b 法也存在污泥量大、构筑物及设备较多，运行管理复杂， 脱氮除磷效果不理想的缺点晦3 。青岛海泊河1 2 万m 3 d 污水处理厂采用了该工艺n 1 。 2 1 3s b r 及其改进工艺 s b r 工艺也叫序批式活性污泥法，其最根本的特点是处理工序不是连续的，而是间歇 的、周期的，污水一批一批地经过进水、曝气、沉淀、排水，然后又周而复始。s b r 技术 的核心是s b r 反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系 统，该工艺具有以下优点：出水水质稳定、水质好；耐冲击负荷；运行管理简单、自控水 平高；占地面积小、造价低、操作灵活。但s b r 法存在的曝气系统易堵塞，故障率高，人 工操作管理繁琐，监测手段要求高等缺点也影响了其使用晦引。美国c n m d y 3 0 0 0 m 3 d 污水处 理厂和澳大利亚的t m m w q d t h 污水厂采用了该工艺u 1 。 传统s b r 是间歇进水，切换频繁，并且至少需要两池以上来回倒换，很不方便，于是出 现了连续进水的i c e a s 工艺。该工艺的主要改进是在反应池中增加一道隔墙，将反应池分 隔为小体积的预反应区和大体积的主反应区，污水连续流入预反应区，然后通过隔墙下 端的小孔以层流速度进入主反应区。在保持传统的s b r i 艺特点的同时，该工艺省去了间 歇进水的麻烦旧。昆明市1 5 万m 3 d 第三污水处理厂是我国第一个i c e a s 污水处理厂，也是 我国最早采用s b r 工艺的污水处理厂之一n 1 。 c a s t i 艺是s b r i 艺中脱氮除磷效率最好的一种，它对s b r i 艺最大的改进是在反应 池前段增加一个选择段，污水首先进入选择段，与来自主反应区的回流混合液混合，在厌： 氧条件下，选择段相当于前置厌氧池，为高效除磷创造了有利条件陆1 。该工艺的另一个特 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 点是利用同步硝化反硝化原理脱氮，在主反应区，反应时段前期控制溶解氧不大于 0 5 m g l ，处于缺氧工况，利用池中原有的硝态氮反硝化，然后利用同步硝化产生的硝态 氮反硝化；到反应时段后期，加大充氧量，使主反应区处于好氧工况，完成生物除磷反应， 并保证出水有足够的溶解氧口1 。贵阳市8 万m 3 d 的小河污水处理厂采用了该工艺砼1 。 u n i t a n k t 艺是2 0 世纪9 0 年代比利时西格斯公司在三沟式氧化沟的基础上开发出来 的。它由三个矩形池组成，其中外边两侧的矩形池既可做曝气池，又可做沉淀池，中间一 个矩形池只做曝气池。该工艺连续进水、连续出水、常水位运行，具有脱氮功能及流程 简单的特点，同时还有容积利用率低、设备闲置率高、除磷功熊差等不足，要求除磷时则 需要化学除磷阻1 。石家庄高新区l o 万珥3 d 污水处理厂、上海石洞e l4 0 万矗d 污水处理厂及 广西梧州污水处理厂均采用此工艺拉1 。 m s b r 工艺即改良型的s b r ( m o d i f i e ds b r ) ，是a 2 o 法和s b r 法工艺组合合成的工艺系 统，它具有二者的一些优点，因而出水水质稳定n 驯。m s b r 是一种可连续进水、高效的污水 处理工艺，且简单、容积小、单池，易于实现计算机自动控制。在较低的投资和运行费用 下，能有效地处理含高浓度b o d s , t s s 、氮和磷的污水。但m s b r 的结构复杂，各种设备较多， 操作管理也比较麻烦，这些都有待进步优化改进n 引。加拿大的e s 2 t e v a n 污水处理厂、 深圳市盐田污水处理厂、北京海淀区某医院污水处理项目均采用了该工艺瞳3 。 2 1 4 氧化沟工艺 氧化沟又称循环曝气池、无终端曝气池，是活性污泥法的一种变型，通常采用延时曝 气，在污水净化的同时污泥得到稳定处理。常见的氧化沟有c a r r o u s e l 氧化沟、交替工作 式氧化沟、o r b a l 氧化沟、一体化氧化沟等口一。与活性污泥法相比，它具有处理工艺及构 筑物简单、无初沉池和污泥消化池( 一体式氧化沟还可以取消二沉池和污泥回流系统) 、 泥龄长、剩余污泥少且容易脱水、处理效果稳定等特点；但也存在着负荷低、占地大的 缺点m 1 。邯郸市东污水厂处理水量为1 0 万m 3 d 污水处理厂采用了该工艺乜1 。 2 1 5 曝气生物滤池 曝气生物滤池是当前发展较快的一种新型生物处理技术，具有占地面积小、出水水 质高、投资省、运行灵活方便、易于管理、抗冲击能力强等特点1 ，在污水的有机物去除、 硝化去氨、反硝化脱氮、除磷以及微污染水源水的预处理过程中有着较好的应用前景。 该工艺存在的主要问题包括：进水一般要求进行预处理，增加了工艺的复杂性；进水悬浮 物较多时；运彳亍，周期短，反冲洗频繁；产生的污泥稳定性差，进一步处理比较困难；同步 生物除磷效果不好，一般多采用化学法进行，增加了药剂的使用量瞄1 等等。在我国，目前 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 曝气生物滤池正处于推广阶段，大连市马栏河污水处理厂采用了该工艺嘲。 2 2 曝气生物滤池 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 ，简称b a f ) ，是在生物接触氧化的基础上引入 给水快滤池的思想而产生的一种好氧废水处理工艺。该技术集过滤、生物吸附和生物氧 化三合一，可同时起到普通曝气池，二沉池和砂滤池的作用、固定化微生物，生物膜组 成丰富，并有空间分布，生物量大。该工艺在一级强化处理的基础上，将生物氧化与过 滤结合即在生物反应器内装填高比表面积的颗粒填料，提供微生物膜生长的载体，在滤 料中曝气，污水在流过滤床时，污染物首先被过滤和吸附，进而被好氧氧化，通过过滤 和生物方法处理污水1 1 2 j 。 利用曝气生物滤池处理污水，污水由上向下或由下向上流过滤料层，在滤料层下部 鼓风曝气，使空气与污水逆向或同向接触，污水中的有机物与滤料表面生物膜发生生化 反应，污染物质被转化。同时，由于滤料的截留作用，一些粒状物质被清除，水质得以 改善，当生物滤池系统运行一段时间以后，会滤出一定量的固体杂质并产生脱落的生物 膜，通过定期反冲洗再生实现滤池的周期运行。 2 2 1 曝气生物滤池处理工艺的产生及发展 曝气生物滤池7 0 年代末8 0 年代初出现于欧洲，由于其良好的性能，应用范围不断扩 大，在经历了8 0 年代中后期的较大发展后，到9 0 年代初已基本成熟。9 0 年代以后，b a f 的发展方兴未艾，工艺形式不断推陈出新 1 3 j 。 b a f 技术最早由法匡 c g e ( c o m p a g u i n eg e n e r e 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 e m e n tse td ev a l o r i s a t i o n ) 公司开发【1 4 1 。目前世界上较大的环保公 司如法国得利满公司、德国菲力普穆勒公司、法国o t v 公司均把它作为主打产品在全世 界推广。 世界上首座曝气生物滤池于1 9 8 1 年在法国投产，随后在欧洲各国得到广泛应用。美 国、加拿大、丹麦等国家在2 0 世纪8 0 年代末引进此工艺，日本、韩国和中国台湾也先后 引进了此项技术。在中国内地，曝气生物滤池正处于推广阶段。大连市马栏河污水处理 厂、沈阳仙女河污水处理厂是我国采用曝气生物滤池工艺的城市污水处理厂，上海周家 渡水厂、辽河油田机械修造总厂等都采用该工艺处理一定的生活、工业污水l l5 。清华大 学、同济大学、太原理工大学等科研单位对曝气生物滤池也进行了试验研究。随着曝气 生物滤池在世界范围内不断推广和普及，很多学者在其结构形式、功能、启动和滤料等 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 方面进行了详细的研究，取得了很多成果。另外一些学者对除c 、除c 硝化工艺、除c 硝化反硝化工艺、除c 除p 脱n 工艺等一级、二级、一段、二段的工艺组合进行了研究， 也取得了一定的成果。 在形式上，根据水流方向不同，曝气生物滤池可分为上向流和下向流两种，早期的 曝气生物滤池多采用下向流，以o t v 公司的b i o c a r b o n e t 艺为代表。下向流曝气生 物滤池缺点较多，如纳污效率较低、易堵塞、运行周期短、易产生负水头等，因此目前 采用上向流方式( 即采用气水同向流) ，使布水、布气更加均匀。采用上向流，在水气上 升过程中可把底部截留的s s 带入滤池中上部，增加了滤池的纳污能力，延长了工作周期。 上向流曝气生物滤池以o t v 公司的b i o s t y r 工艺为代表，还有b i o f o r 、c o l o x 、 d e e p b e d t m 、b i o p u r 等多种形式i l 引。 2 2 2 曝气生物滤池处理工艺的优缺点 欧洲在1 9 8 9 年出台的出水排放标准，要求处理出水达到脱氮除磷的要求。同时，污 水处理设施被建在离城区越来越近的地方，土地的使用受到严格限制。此外，还要避免 气味和噪音的产生。常规二级生物处理难以实现这些目标，b a f 技术就是在这种大环境 下发展起来的，成为当代新型污水处理技术f 1 7 1 。该技术集过滤、生物吸附和生物氧化三 合一，可同时起到普通曝气池，二沉池和砂滤池的作用；同时固定化微生物，生物膜组 成丰富，并有空间分布，生物量大。b a f 的这些特点使其成为常规二级处理的替代工艺， 主要优点如下【1 2 , 1 4 , 1 彻】： 1 、结构紧凑，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， 因此可以通过增加填料高度来减少占地面积，通常为常规处理占地面积的1 5 - 1 1 0 可达 二级标准，若要达回用水要求，为常规处理占地面积的1 3 - - 1 5 ，厂区布置紧凑，美观。 这一点对于沿海城市，或土地较昂贵的开发区或经济发达的地区具有重要意义。而对于 一些厂区用地紧张的情况，也可找到解决的办法。 2 、总体投资省工艺简单，基建费用，低包括机械设备、自控电气系统、土建和征 地费，直接一次性投资比传统方法低1 4 ；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物理截留作用，可省去二沉池，进而降低基 建费用，处理流程简化，使占地面积进一步减小。 3 、由于污染物、生物膜和填料之间的接触更理想，粒状填料使得充氧效率提高， 一般氧利用率可增加1 0 1 5 ；供氧动力消耗下降，单位污水处理电耗低，运行费用 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 较常规方法处理低1 1 5 左右，降低了运转费用。 4 、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，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10 15 9 l ) 。高浓度的微生物量使得b a f 的容积负 荷增大，曝气生物滤池的b o d 5 容积负荷可达到5 6 k g b o d 5 ( m 3 d ) ，是常规活性污泥法 或接触氧化法的6 1 2 倍 5 、易挂膜，启动快。b a f 的微生物生长在粗糙多孔的填料表面，属固定化微生物， 易于挂膜，曝气生物滤池在水温1 0 - - - 1 5 时，2 , - - 3 周即可完成挂膜过程。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，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。抗冲击性能好，受水量和水质变化影响小。受气温影响小是由于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