（市政工程专业论文）强化生物除磷技术在汽车废水处理工艺中的应用.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随着工业化和城市化程度的不断提高，合成洗涤剂、化肥和农药的广 泛使用，大量磷营养物进入水体，水体富营养化f 1 益严重。因此废水中的 磷的去除已成为废水处理的热点。生物除磷工艺的研究和应用工作同益得 到重视。 汽车生产加工过程中会产生多种废水，其中含磷量高是其重要特征， 一般采用化学除磷法。但由于化学法除磷运行费用高，污泥产量大，存在 二次污染隐患，而生物法除磷则可克服上述缺点。汽车废水具有b o d 5 不高 的特点，如何达到强化生物除磷效果是生产实践中急需解决的问题，有较 好生产应用意义。 针对上述情况，取汽车生产制造厂的生产废水进行s b r 法处理污水 除磷效果的试验研究工作。通过实验确定的s b r 法处理汽车生产废水除 磷的运行方式为：瞬时进水，厌氧搅拌2 h ，好氧6 h ，沉淀l h ，排泥排水 0 5 h ，运行周期为9 5 h 。本论文通过水中各种污染物的变化情况，分析了 各种污染物的去除机理，并对p h 值、温度、外加碳源等影响因素进行了研 究，得出以下结论： 1 在保证污泥浓度和t p 去除率的前提下，试验选择适宜泥龄为1 2 天。 2 系统p h 值增至8 ，将明显提高磷的吸收率。 3 进水t p 浓度宜控制在6 m g l 左右。 4 厌氧阶段采用厌氧搅拌方式，有利于提高最终出水t p 去除率。 5 在曝气最初的o 5 小时内，保持d o 浓度的迅速上升，将会提高整 个好氧阶段磷的吸收速率。 6 温度对生物除磷的影响较小。 7 在厌氧最初阶段添加易降解物质是汽车废水进行生物除磷的必要条 件。 西南交通大学硕士研究生学位论文第l l 页 8 当进水c o d 、t p 、n h 3 n 浓度分别为4 2 2 m g l 、6 , 7 m g l 、2 8 m g l 时，出水浓度分别为5 0 m g l 、0 s m g l 、4 8 m g l ，去除率分别达到8 8 2 、 8 8 0 、8 2 8 。出水达到一级排放标准。 关键词：生物除磷；间歇式活性污泥法：汽车废水 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 ll 页 a b s t r a c t t h eu s eo fs y n t h e t i cd e t e r g e n t s ，f e r t i l i z e r sa n dp e s t i c i d e si n c r e a s e sw i t ht h e c o n t i n u i n gi n d u s t r i a l i z a t i o na n du r b a n i z a t i o no fc h i n a , a n dt h i si sa c c o m p a n i e d b yr e l e a s eo fl a r g ea m o u n to fp h o s p h o r n si n t ot h ea q u e o u ss y s t e m t h er e s u l t e d e u t r p h i c a t i o no f w a t e rp r e s e n t sag r o w i n gr i s kt ot h ee n v i r o n m e n t t h e r e f o r e ，t h e ： r e m o v a lo fp h o s p h o r u si si m p o r t a n ti ns e w a g et r e a t m e n t d u et oi t su n i q u e a d v a n t a g e s ，b i o l o g i c a lr e m o v a lo fp h o s p h o r u sr e c e i v e di n t e n s i v ea t t e n t i o l i 篱 - t h ea u t o m o b i l e m a n u f a c t u r i n gp r o c e s sp r o d u c e sm u l t i p l et y p e s o f w a s t e w a t e ra n ds o m eo ft h e mp r e s e n th i 曲p h o s p h o r u sc o n t e n t c h e m i c a l r e m o v a li sc o m m o n l yu s e df o rt r e a t i n gt h e s ew a s t e w a t e r sb u ts u f f e r sf r o m d i s a d v a n t a g e so fh i g hc o s t ，c r e a t i o no fs l u d g ea n dp o t e n t i a ls e c o n d a r yp o l l u t i o n b i o l o g i c a lr e m o v a lh a sb e e np r o p o s e da san e wt e c h n i q u et oo v e r c o m et h e s e p r o b l e m s h o w e v e r , s i n c et h ea u t o m o b i l ew a s t e w a t e r st y p i c a l l yh a v el o wb o d 5 t h ep e r f o r m a n c eo fb i o l o g i c a lr e m o v a lp r o c e s sn e e d st ob eo p t i m i z e d i nt h i sr e s e a r c h ，w a s t e w a t e r sf r o ma l la u t o m o b i l em a n u f a c t u r i n g p l a n tw e r e s u b j e c t e dt ot h es b r r e m o v a lp r o c e s s t h ep r o c e s s i n gc y c l ei s9 5 ha n dt h e p a r a m e t e r sw e r ee x p e r i m e n t a l l yd e t e r m i n e dt ob e ：r a p i dw a t e rf e e d ，a n a e r o b i c s t i r r i n g ( 2 h ) ，a e r a t i o n ( 6 h ) ，p r e c i p i t a t i n g ( 1 h ) ，d i s c h a r g eo fw a t e r a n ds l u d g e ( 0 5 h ) t h ec h a n g e so fp o l l u t a n t si nw a t e rw e r em o n i t o r e da n dt h e i rr e m o v a l m e c h a n i s m sw e r ea n a l y z e d t h ee f f e c to fp a r a m e t e r ss u c ha sp h ，t e m p e r a t u r e ， a n da d d i t i o n a lc a r b o ns o u r c e sw e r ea l s oi n v e s t i g a t e di nt h i ss t u d y t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sw e r ea c h i e v e df r o mt h ep r e s e n ts t u d y ： 1 w h e na p p r o p r i a t em l s sa n dt pr e m o v a lr a t ea r em a i n t a i n e d ，t h e o p t i m a ls l u d g ea g ei s1 2d a y s 2 i n c r e a s i n gt h es y s t e mp ht o8c a ns i g n i f i c a n t l ye n h a n c ea b s o r p t i o no f 西南交通尢学硕士研究生学位论文第1v 页 - _ _ _ - 。- _ _ - _ _ - - _ _ - 。1 。- 。- _ 。_ 。- 。一 p h o s p h o r u s 3 t h e t i m a l t pc o n c e n t r a t i o no ft h eo r i g i n a lw a s t e w a t e ri sa b o u t6m l 一 4 a n a e r o b i cs t i r r i n gs h o u l db ea d o p t e da tt h ea n a e r o b i cr e a c t i o ns t e pt o i m p r o v et h ef i n a lt p r e m o v a lr a t e 5 q u i c ki n c r e a s eo fd oc o n c e n t r a t i o nd u r i n gt h ef i r s t0 5 hc a ni m p r o v e t h ea b s o r p t i o nr a t eo f p h o s p h o r u s 6 c h a n g eo ft e m p e r a t u r e ，w i t h i nt h er a n g eo ft h ep r e s e n ts t u d y , h a st j t t l e e f f e c t0 1 1p h o s p h o r u sr e m o v a l 7 a d d i t i o no fo r g a n i cm a t e r i a la tt h ee a r l ys t a g eo ft h ea n a e r o b i cr e a c t i o n i se s s e n t i a l f o r b i o l o g i c a l r e m o v a lo f p h o s p h o r u s f r o ma u t o m o b i l e m a n u f a c t u r i n gw a s t e w a t e r s 8 w h e nt h ec o n c e n t r a t i o n so fc o d ：4 2 2m g 化t p ：6 7m 班a n dn h 3 一n ： 2 8m g ，l t h ee f f l u e n tc o n c e n t r a t i o n sa r er e d u c e dt o5 0m g 几0 8m g la n d4 8 m g l ，o rc o r r e s p o n d i n gr e m o v a l r a t e so f8 8 2 ，8 8 0 a n d8 2 8 ，r e s p e c t i v e l y t h ee f f l u e n tm e e t st h ec l a s s1s t a n d a r d k e yw o r d s ：p h o s p h o r u sr e m o v a l ；s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o ra c t i v a t e ds l u d g e p r o c e s s ；m o b i l ew a s t e w a t e r 西南交通大学硕士研究生学位论文 第l 负 1 1 研究背景 第一章绪论 l 。1 1 我国水环境形势 随着工业的飞速发展和农村城市化水平的不断提高，供水紧张和污水 净化将成为我国乃至世界各地面临的主要难题之一。占世晃总人d 4 0 的 8 0 个国家现在正出现严重缺水现象，而这种情况还会持续发展“j 。 据国家环保总局发布的2 0 0 4 年中国环境状况公报显示口i ，中国扛 河湖泊7 0 被污染，7 5 出现不同程度的富营养化；七大水系干流中，有 5 8 2 的断面未达到国家地表水环境质量标准i i i 类；2 7 个重点湖库中，满 足i i i 类水质的湖库仅占2 6 ，劣v 类水质湖库占3 7 0 ，其中“三湖”( 太湖、 巢湖、滇池) 水质均为劣v 类。据统计，2 0 0 4 年废水排放量为4 8 2 4 亿吨， 其中工业废水排放量为2 2 1 1 亿吨；化学需氧量排放量为1 3 3 9 ，2 万吨，其中 工业排放量为5 0 9 7 万吨。水体污染的进一步加剧，导致可采用的源水量、 水质的急剧下降和一系列水污染灾害的频频发生。其中水污染的氮、磷污 染也越来越引起人们的重视。 1 1 2 水体中磷的存在形态和主要来源 污水中所存在的含磷物质基本上都是不同形式的磷酸盐( 简称磷或总 磷，用p 或t p 表示) 吲。废水中磷的存在形态取决于废水的类型，最常见的 是磷酸盐( h 2 p 0 4 一、h p 0 4 ：一、p 0 4 3 一) 、聚台磷酸盐和有机磷酸盐1 4 l 。生活污 妖的含磷量一般在l o 1 5 m g l 左右，其q b 7 0 是可溶性的。常规二级生物处 里的出水中，9 0 左右的磷以磷酸盐的形式存在。 污水所含的磷来源于多方面，其中人类活动造成的磷来源有以下几个 号面： 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2m ( 1 ) 含磷的工业污水未经处理直接进入河道或水体：这类污水具有一 定的磷含量，如进入江、湖和海洋，造成藻类过度生长，危害较大： ( 2 ) 污水处理厂出水：采用常规处理工艺的污水处理厂( 包括生活污 水和工业污水) ，其排放水都含有相当数量的磷； ( 3 ) 面源性的农业污染物，包括肥料、农药和动物粪便等：肥料和农 药从农田中流失，包括通过雨水冲淋、农业排水和地表径流流入河道和水 体，成为直接的营养源： ( 4 ) 城市来源：生活污水中的含磷有机物、合成洗涤剂以及各类动物 的排泄物等是城市社会进入天然水体磷素的重要来源。 1 1 3 污水中过量磷的危害与水质富营养化现象 污水中过量磷的主要危害是刺激藻类和光合水生物的生长，从而使藻 类繁盛，夺走水中溶解氧。当植物死亡腐烂继续夺走水中的溶解氧时，就 会出现富营养化现象。如此恶性循环的结果，使水体外观呈红色或其它色 泽，引起水质恶化，鱼类死亡，严重的还可能导致水草丛生，湖泊退化【( i 。 磷是藻类和水生植物的营养源，其含量通常决定着藻类的收获量，已 有的研究表明口i ，引起水体富营养化的各类营养物资中，通常以磷为限制因 子，水体中浮游植物的生物量与磷的相关性远大于氮。尤其是当水中含磷 量( 以p 0 4 3 。计) 超过0 3 m g l ，则藻类生长繁殖将明显加快。美国国家水体 富营养化调查组在1 9 7 2 一1 9 7 3 年间调查了不同类型的湖泊和水库4 6 6 个， 在发现富营养化的湖库中，6 5 的控制因素是磷；1 9 7 4 年，米勒( 川l l e r ) 对美国4 9 个湖泊的调查结果是，控制性因索是磷的有3 5 个，约占7 l 。因 此控制湖库富营养化的关键是控制磷的输入w 。 1 1 4 污水除磷技术概述 污水中的磷一般仅能通过物理、化学或生物方法使溶解的磷化合物转 化为固体形态后予以分离。除磷的方法主要分为包括物理法、化学法以及 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 负 生物法三大类。物理法因成本过高、技术复杂而很少应用，因此这早主要 介绍化学法和生物法。 1 化学法除磷 化学法是最早采用的一种除磷方法。它是以磷酸盐能和某些化学物质 如熟石灰、铝盐、铁盐等反应生成不溶的沉淀物为基础进行的，反应如表 1 1 所示。这些反应常有伴有副反应发生，产物常具有凝聚作用，有助于磷 酸盐的分离。 表1 1 化学法除磷过程中发生的化学反应m 化学反应化学污泥的成份 石灰 1 5 c a 2 + + 3 p 0 4 3 。+ o h 一c a 5 ( t 0 4 ) 3 ( o c a 5 ( p 0 4 ) 3 ( o h ) 2 c a 2 + + c 0 3 2 一c a c 0 3c a c 0 1 铝盐 1 a 1 3 + + p 0 4 。一a i p 0 4 a i p o 。 2 a 1 3 + + 3 0 h 一一a i ( o h ) 3a i ( o h ) 3 铁赫 1 f e 3 + + p 0 4 3 一f e p o df e p 0 4 2 f e 3 + + 3 0 h 一一f e ( o h ) 3f e ( o h ) 3 化学法的特点是磷的去除率较高，成本低，速度快，易操作，处理结 果稳定，污泥在处理和处置过程中不会重新释放磷而造成二次污染，但污 泥的产量比较大。 2 牛物法除磷 生物除磷是利用活性污泥中聚磷菌一类的微生物，超量地从污水中摄 取磷，将磷以聚合形态储存在菌体内，形成高磷污泥，通过排除剩余污泥 到系统外，以达到从污水中除磷的效果。 聚磷菌是一类好氧菌，通常好氧条件下生长f 常，厌氧条件下生长受 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 贝 到抑制嗍。聚磷菌在厌氧一好氧交替运行的系统中具有摄磷和释磷的作用， 在与其它微生物的竞争中能取得优势，构成活性污泥的主体，从而使除磷作 用向正反馈的方向发展。 ( 1 ) 聚磷菌的放磷并进行p h b 的合成( 即厌氧、释磷) 在厌氧状态时，污水中有机物在产酸菌的作用下转化为甲酸、乙酸、 丙酸等低分子脂肪酸( v f a ) ，而聚磷菌在厌氧的不利状态下，将体内积 聚的聚磷酸盐分解，产生的能量部分作为生存所需，另一部分供给聚磷菌 用以吸收v f a ，并将v f a 转化为有机储备物质p h b ( 聚合羟基一1 3 一丁酸) 。 此时表现为聚磷菌的放磷，即磷酸盐由微生物体内向污水中的转移。 ( 2 ) 聚磷菌对磷的过剩摄取( 即好氧、吸收) 进入好氧状态后，聚磷菌将储藏于体内的p h b 进行好氧分解并释放出 大量能量，一部分能量提供聚磷菌增殖，另一部分能量提供其主动吸收污 水中的磷酸盐，以聚磷酸盐的形式积聚于体内，这就是好氧吸磷，即“磷 的过剩摄取”。 ( 3 ) 剩余污泥的排除 由于活性污泥在运行中不断增殖，为了系统的稳定运行，必须从系统 中排出和增殖量相当的活性污泥，也就是剩余污泥。剩余污泥中包含过量 吸收磷的聚磷菌，从系统排除剩余污泥的过程，也就是从污水中去除含磷 物质的过程。 ( 4 ) p h b 的重要作用 由生物除磷的机理可知，p h b 的合成和降解，作为一种能量储存和释 放的过程，在聚磷菌的摄磷和释磷过程中起着十分重要的作用，即聚磷菌 对p h b 的合成能力的大小将直接影响其摄磷能力的高低。在厌氧状态下放 磷愈多，合成的p h b 愈多，则在好氧状态下聚磷菌增殖愈多，合成的聚磷 酸盐愈多，除磷效果也愈好。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 负 1 1 5 国内外污水生物除磷常见方法 生物除磷_ 丁艺有多种，按照磷的最终去除方式和构筑物的组成，现有 的除磷工艺流程可以分成侧流除磷工艺和主流除磷工艺两类m 。 1 侧流工艺 侧流工艺以l e v i a 首先提出的p h o s t r i pt 艺为代表。 该工艺将部分回流污泥分流到厌氧池脱磷并用石荻沉淀，厌氧池在回 流污泥的侧流中，除磷过程在污泥回流流径上完成，因此称为侧流工艺。 p h o s t r i p 工艺流程见图l 一1 。 图1 - 1 p h o s t r i p 工艺流程 2 主流上艺 主流工艺的厌氧池在污水水流方向，磷的晟终去除通过剩余污泥排放。 主流工艺有多个系列，主要包括a o 系列、b a r e n p d o 系列以及s b r 系列。 f 1 ) a o 工艺 a o ( a n a e r o b i c o x i c ) 工艺，即厌氧好氧工艺。本工艺是使污泥和污 水顺次进入厌氧和好氧交酱循环虽简单的方法，是单元组成蛀简单的生物 除磷工艺。a o 工艺流程见图l 一2 。 ( 2 ) a 2 o j 二艺 ( 2 ) a 2 o 工艺 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 负 在a o 工艺的基础上增设一个缺氧区，并使好氧区中的混合液回流至 缺氧区，构成既除磷又脱氮的厌氧缺氧好氧系统( a n a e r o b i c a n o x i c o x i c s y s t e m ) ，其工艺流程见图1 3 。 图i - 2a i o 工艺流程 内回皖l 鞠 目无圬泥0 离 捌袅圬泥 1 - 3a 2 o 工艺流程 0 q 图 ( 3 ) b a r d e n p h o 工艺 b a r d e n p h o 工艺以四个完全混合活性污泥反应池串联而成，其中1 、3 池不曝气，2 、4 池好氧曝气。该工艺流程见图1 - 4 t 一0 1 。 圈_ 览污泥幔霭 刺囊圬泥 图1 - 4b a r d e n p h o 工艺流程 0 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 负 ( 4 ) 氧化沟工艺 设置厌氧、缺氧段的c a r r o u s e l 氧化沟( 中文简称：a 2 c 氧化沟) 具 有生物除磷的功能，是目前城市生活污水处理的主流工艺之一。a 2 c 氧化 沟将厌氧、缺氧、好氧过程集中在一个池内完成，各部分用隔墙分丌自成 体系，但又彼此联系。该工艺充分利用污水在氧化沟内循环流动的特性， 把好氧区和缺氧区有机结合起来，实现了无动力回流m j 。 ( 5 ) s b r 工艺 间歇式活性污泥法即序批式反应器( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ，简称 s b r ) ，工艺流程见图1 5 。 图1 - 5s b r 工艺流程 s b r 处理系统的流行始于7 0 年代未8 0 年代初，并出士见，多种受彤工 艺，具有：投资少，操作简单，效率高，有效防止污泥膨胀和高b o d 、高 p 0 4 3 - 一p 去除率的优点 1 2 - h 5 l 。 s b r 是一个间歇式的活性污泥系统，活性污泥的曝气、沉淀、出水排 放和污泥回流均在同一个池子中完成。s b r 反应器在处理废水时的操作过 程包括如下五个阶段：进水、反应、沉淀、出水、闲置，称为一个运行周 期，如图1 - 6 所示。这种操作是周而复始反复进行的，以达到不断进行污水 处理的目的。在个运行周期中，各个阶段的运行时阳j 、反应器内混合液 体积的变化以及运行状态等都可以根据具体污水性质、出水质量与运行功 能要求等灵活掌握。随着研究的不断深入，该工艺方法的机理和优越性逐 渐被认识，同时随着污水处理设施的小规模分散化发展以及磷排放标准的 日益提高，能适应这种趋势的s b r 丁i 艺得到前所未有的发展，成为人们采 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 负 用厌氧好氧法除磷的选择对象。 + 目斗国圄啼冒国 进水阶段反内阶段扛淀阶段 排永( 排挝) 阶段用置蚧段 图1 - 6s b r 一个运行周期内的操作过程 i i 6 国内外生物除磷技术研究的发展状况 早在1 9 5 5 年，g r e e n b u r g 等人就提出活性污泥可吸收超过微生物正常 生长所需要的磷量6 】。最早报道污水处理厂污泥出现生物除磷现象的是 1 9 5 9 年印度的s f i n a t h 、d i l l a 等人和1 9 6 1 年美国的a l a r c o n ，他们各自独立 观测到活性污泥从液相去除磷量超过正常的代谢需求的特殊现象 3 1 。 二十世纪7 0 年代，有关学者丌展了生物除磷所需运行条件的研究工作， 并有意识地将其工程化，设计、建成了许多生产性污水生物除磷工程m 。8 0 年代以后，通过全面的基础研究、生产性实验和工程运行总结，污水生物 除磷技术不论是理论还是实际都有重大的进展和突破。华东师范大学对生 物除磷技术进行了大量相关研究：朱怀兰等】考察了s b r 生物除磷工艺模 型中活性污泥的微生物组成及其在除磷系统中的功能：徐亚同m 】对除磷机质 假说、生物诱导化学沉淀作用、生物过量摄磷作用和生物除磷的原理进行 了总结。进入二十一世纪，随着磷污染问题的尖锐化以及公众环境意识的 加强，提高废水的磷去除能力已成为污水处理领域研究开发和应用的热点， 许多学者对生物除磷技术进行了更加深入的研究。天津大学用淑媛等m ，利用 氧化还原电位控制整个反应过程，研究了厌氧、好氧状念下磷酸豁和p h b 、 c o d 之间的关系，并根据生化模型，较深入地探讨了生物除磷过程的尘化 机理： 广州市市政工程设计研究院的陈贻龙m 】从影响污水生物除磷的诸多 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 负 因素出发，探讨了提高生物除磷的对策；赵耘挚等m 总结了影响s b r 除磷 效率的碳源、聚磷菌与非聚磷菌竞争、p h 值、好氧曝气、污泥龄、水力停 留时间等因素，对s b r 工艺中脱氮与除磷之间的相互影响进行了探讨，最 后建议了一种可以同时脱氮除磷的s b r 运行方式；清华大学施汉昌等1 2 1 对基于生物除磷预测的化学强化除磷优化控制算法进行了研究并进行了实 际应用；赵庆等人研究了在s b r 系统内，不同电子受体条件下聚磷菌的 聚磷特性。 近年来，在对磷酸盐含量较高的工业废水进行处理的工程实践中，强 化生物除磷技术得到了有效的应用。同时，研究人员还将各种方法结合使 用，如生物一化学协同除磷 z 3 m l 、生物一生念协同除磷1 2 s 2 6 1 等。但针对汽车废 水，结合具体工艺开展生物除磷影响的研究在国内外皆报道不多。总体柬 看，随着环境标准的日益严格，强化生物除磷与化学、生态结合除磷将是 污水除磷的发展趋势。 1 2 汽车废水的特性及处理工艺现状 1 2 1 汽车生产工业高浓度含磷废水来源 汽车生产：工艺流程大致为： ( 1 ) 冲压：将钢板材料压平、剪成适用的尺寸，然后将钢板冲压成各 车身部件和压盘部件： ( 2 ) 焊接：将冲压成形后的各部件焊接成车身： ( 3 ) 涂装；将车身等主要部件清洗、化学处理、打磨、磷化、喷漆和 烘干。 ( 4 ) 总装：将各部件( 包括发动机和向外采购的零部件) 组装成车。 ( 5 ) 检测：测试汽车各技术指标，其中包括发动机空转车速、方向、 排气和车厢密封等项。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0m 汽车工业生产废水( 以下简称汽车废水) 可分为涂装废水和机加工废 水两大类，前者包括前处理废水、电泳涂漆废水和喷漆废水，后者包括乳 化液和清洗机废水。在涂装前对车身金属表面用磷酸、磷酸二氢盐 ( m e ( h 2 p 0 4 ) 2 ) 和促进剂进行磷化处理时，产生了含有高浓度磷酸盐的汽 车前处理废水l ，这也是汽车废水中高浓度磷酸赫的主要来源。汽车废水除 了含有高浓度磷酸盐，还主要含有表面活性剂、油类、醇类、醚类、苯类 等物质【2 9 】，其水质污染指标如表1 2 所示。 表1 - 2 汽车工业废水水质i 2 9 i c o d 。， b o d ，p 0 4 “l i 油类 乙 ( r a g i ) ( r a g i ) ( r a g i )t m 鲥) ( r a g 1 ) 5 - 1 02 0 0 2 0 0 0 5 0 6 0 0 1 0 5 01 0 - 3 02 “ 1 3 本文研究意义、内容及技术路线 1 3 1 研究意义 当今汽车生产对环境造成的污染月趋严重，已引起高度关注。在汽车 生产过程中，由于脱脂、磷化等工艺的特点，出水中往往含有高浓度的磷 酸盐( 1 0 - 5 0 m 1 ) 。传统的汽车废水二级处理出水中，9 0 左右的磷未能 去除并以磷酸赫形式存在。随着汽车产量的迅速增加，大量禽有磷酸盐的 汽车废水将t 4 f a 自然界中，加速水体的富营养化过程。同时，国家对磷排 放标准在不断改进，对磷排放的考核标准越来越严格，允许排放的数量和 浓度越来越低。我国污水综合扫 放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 中规定：磷酸 盐( 以p 计) 的一级标准为o 5 m g l ，二级标准为1 0 m g k 。因此有效降 低汽车工业废水中磷的含量已成为现代废水处理技术的一项新课题。 汽车废水具有污染物种类较多、成分复杂、磷酸盐浓度高、可尘化性 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 不强、处理难度大等特点。针对产生汽车废水的工艺特点，国内外学者展 开了各项试验研究。跃进汽车集团公司安全环保部的张宁远m 一在对南汽集团 公司所属南维柯车身厂涂装废水处理时，选择了两级物化加水解酸化，再 加s b r 生化处理方法，实践表明，工程净化效果稳定。并达到相应排放标 准。东南大学的张林生、黄瑛耐汽车电泳磷化废水进行两级混凝处理后， 获得了满意的处理效果。陈金华1 3 2 1 、蒋宏国、潘剑波等”对汽车废水的处理 技术进行了相关的研究。然而目前系统、有效、深入地利用生物除磷技术 处理汽车废水的工艺还欠成熟，对汽车废水生物除磷的强化效果还不够理 想a 近年来我国汽车市场保持着持续平稳地增长，国内汽车生产量和保有 量以2 位数递增。根据我国汽车工业发展计划提出的奋斗目标，我国2 0 1 0 年汽车生产能力远景目标是达到6 0 0 万辆，有关专家提出，在未来几年中 我国将成为世界汽车消费大国，如不加强防治汽车废水对环境的污染，将 会对我国经济的持续发展带来不利影响。我国新的污东综合排放标准对排 放污水中的磷提出了更高要求。因此，削减汽车废水中磷的排放量，探索 适合我国国情且经济有效的方法有很重要的实际意义。 1 3 2 研究内容 本论文以汽车废水作为s b r 反应器生物除磷工艺的试验研究对象，针 对汽车废水的显著特点，与化学除磷方法相结合，研究在不同试验运行条 件下的生物除磷特性及效果，以达到s b r 反应器强化汽车废水生物除磷效 果的目的。同时考察该系统对有机污染物的除去效果，探讨研究在模拟试 验条件下汽车废水生物除磷的影响因素。 主要研究内容包括： 1 结合实际，寻找现有工程中存在的主要问题； 2 ，选择运行参数，实现强化s b r 反应器对汽车废水的生物除磷效果： 3 探讨研究在模拟试验条件下汽车废水生物除磷的各项影响因素。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 负 1 1 3 3 技术路线 本论文以模拟试验为研究基础，利用汽车废水作为s b r 反应器的生物 除磷工艺的试验对象。研究工作遵循资料收集一模拟试验一数据统计一理 论分析一优化运行一分析数据的思路，主要通过现场测试、试验模拟和理 论分析相结合的研究方法，在充分考虑s b r 工艺特色和生物除磷机理的前 提下，选择运行参数，实现汽车废水的强化生物除磷：并对试验监测数据 进行系统分析，确定影响汽车废水生物除磷效果的因素。通过对工艺处理 阶段总磷指标的周期测试。分析汽车废水生物除磷的规律，结合相关理论， 综合分析生物除磷效果的影响因素。具体研究技术路线见图l 一7 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 负 图1 7 技术路线 西南交通大学硕士研究生学位论文 第二章试验组织及实施 2 1 现有工程概况 本试验选择位于四川省成都市的“成都一汽汽车有限责任公司”( 以 下简称成都一汽公司) 污水处理站为试验场地。成都一汽公司是由原四川 旅行车制造厂在2 0 0 2 年1 0 月与一汽集体重组而成的，总投资8 亿元，该 公司以生产小型旅行车为主，去年生产量为8 3 5 l 辆，销售量8 5 7 8 辆，实 现销售收入2 4 6 1 5 8 万元，赢利2 5 0 2 3 万元，是我国中轻型客车定点制造企 业之一，是四川省、成都市的优势重点企业、强势企业。 成都一汽公司于1 9 9 3 年修建了污水处理厂，初期采用的运行方式为： 进水一絮凝沉淀池一絮凝沉淀池一气浮池一砂滤一活性炭一出水。初期工 艺设计、运行均按去除c o d 。，为主要原则，随着排放标准的进一步严格， 出水中t p 也需达标排放。2 0 0 4 年经成都市环境监测站监测，成都市环保 局鉴定：成都一汽公司污水站出水水质未能到达g b 8 9 7 8 - - 1 9 9 6 二级排放 标准。同年，西南交通大学扬华公司对该污水站进行扩建改造。 2 i i废水来源 成都一汽公司生产所排出的废水由前处理线的脱脂水洗液、磷化液和 涂装废水组成。废水主要来自脱脂水洗问、磷化间和喷漆室等。废水中合 有大量的磷酸盐，其特点是水质波动较大，t p c o d ；1 ：值较大。 2 1 2 进水水质参数 1 ，处理水量：处理汽车废水约为7 m 3 d 。 2 进水水质指标：见表2 i 。 3 排放标准： 处理后出水水质达到g b l 3 4 5 7 - - - 9 2 二级标准，详见表2 2 。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第15 负 该厂汽车生产多集中于正常工作时间，即上午8 ：3 0 - - - 1 2 ：0 0 及下午 1 4 ：0 0 - - - 1 7 ：0 0 ，相应的污水排放也多集中于这个时间。此外，随季节、节假 e 1 及市场需求量大小的不同，汽车产量的变化较大，相应地废水排放量、 水质波动亦较大。 表2 - 1 进水水质指标 污染物c o d 。 b o ds s p h t p m e , l 3 0 0 8 0 07 0 1 4 0 3 0 0 7 81 0 8 0 表2 - 2 二缀捧放标准 2 1 3 处理工艺 由表2 1 可知汽车工业废水主要污染指标是c o d 。，和p 0 4 ，可生化 性一般。经过一系列方案对比，成都一汽公司采用化学除磷和生物降解相 结合的处理技术，即化学除磷方法和连续式活性污泥法相结合的工艺。扬 华公司在进行扩建改造时，保留了污水站建设初期的部分处理设施。处理 工艺、处理设施及其流程如图2 1 。 其中，调节池、砂滤池和活性炭为原有未改造的：碱反应池、斜管沉 淀池和曝气池为改造后新建的。 化学除磷采用石灰混凝法，即在废水中投加石灰 c a ( o h ) z 】，其中的磷 酸盐在碱性条件下与钙离子反应生成碱式磷酸钙沉淀而得以去除。反应式 如下： 3 h p 0 4 。+ 5 c a z + + 4 0 h 一c a s ( p 0 4 ) 3 ( o h ) + 3 h 2 0 已有的经验表明，c a ( o h ) 2 在p h 值l o b1 3 时除磷效果较好。为提高 磷的去除效果，成都一汽公司污水站采取的是投加n a o h 的方法，以提高 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 儿 原水的p h 值至1 0 1 3 ，后在中和池加入硫酸回调p h 值至7 8 ，之后废 水进入生化池，通过曝气进一步去除汽车废水中的有机污染物。生物处理 后的废水，流经斜管沉淀池、砂滤池和活性炭罐，最终排放。 进水 j圬坭粮鲔池 i i圬i l 邑干他场 图2 - 1 成都一汽公司污水站工艺处理流程 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 负 2 1 4 现场运行中存在的主要问题 污水站自2 0 0 4 年重新改造投入运行以来，连续稳定运行，处理效果良 好。 改造后，操作运行方式以化学除磷方法为主，使得出水达到排放标准。 但由于局限于仅采用化学除磷的方法，成都一汽公司污水站每天需投入大 量化学药剂，导致成本较高。因此充分发挥生物除磷的特性，灵活采用化 学除磷与生物除磷相结合的方法，是降低运行成本，。确保出水水质的有效 途径。 经过现场勘察和总结，存在的问题还表现在以下几个方面： ( 1 ) 运行操作不规范。操作技术人员有变动，现有操作人员没有经过 系统专业培训，致使操作不规范： ( 2 ) 周期运行不稳定。成都一汽公司每逢节假f j 或周末放假，都关闭 机组，导致曝气池内活性污泥活性降低，出现污泥膨胀现象； ( 3 ) 污泥龄过长。工程运行至今很少排泥，导致曝气池活性污泥老化 污泥量较大，导致出水水质中s s 偏高。 2 2 模拟试验组织及实施 2 2 1 s b r 工艺试验材料与方法 2 2 1 1 试验目的 本论文拟开展s b r 工艺模拟试验研究。通过试验，确定除磷目标条件 下的最佳运行模式，找出s b r 工艺运行过程中影响去除率的主要因素，改 变运行参数，以c o d 。和t p 的去除率为考核指标，确定进一步提高汽车废 水除磷效率的措施途径。 2 2 2 2 试验方案 首先进行污泥接种驯化，以培养出高效的聚磷菌：而后在维持进水水 西南交通大学硕士研究生学位论文 第18 _ ! ；j _ 质相对稳定的情况下，改变s b r 各运行阶段时问，根据出水水质确定最佳 运行工况；然后在此基础上改变泥龄、p h 值、进水t p 浓度、水温等运行 参数，确定其最佳运行参数；最后根据影响因素提出建议。 2 2 2 3 试验装置 s b r 反应器由体积4 0 l 的玻璃j f 方体、曝气系统、搅拌系统和时削控 制器组成。反应器为有机玻璃制成，有效容积3 0 l ，曝气系统采用鼓风曝气， 用转子流量计调节曝气量，搅拌采用7 3 2 1 型电动搅拌机，时间控制器控制 反应过程的曝气和搅拌交替进行。各项水质指标及测定方法见表2 3 。试验 装置如图2 2 所示。 表2 - 3 常规参数测定法”4 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 负 溶 l e 。俐 敌 d o 传感器 晖气器 图2 - 2s b r 实验装置图 2 2 2 4 试验用水 由于原水水质的c o d 。，较低，可生化性一般，而t p 的含量则相对较高， 考虑到本试验研究的主要目的是减少化学药品投加量，故取中和池的出水 ( 8 l ) 为主要除磷目标，再加入其厂区内化粪池的生活污水( 2 l ) ，在培养 初期投加适量葡萄糖，充分混匀后作为进行除磷研究的进水，其水质情况 为： p h = 7 8 t p = 4 10 m g l 2 , 2 2 5 试验主要仪器 c o d “= 3 0 0 - 5 0 0 m g l s s = 2 0 - 1 5 0 m g l “ ( 1 ) 7 2 1 型分光光度计 ( 2 ) 便携式p h 计 ( 3 ) 便携式溶解氧测定仪 ( 4 ) 转子流量计 ( 5 ) 蠕动计量泵 b o d s 2 1 5 0 2 0 0 m g l n h 3 - n 2 2 5 3 5 m g l 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 0m 第三章s b r 工艺模拟试验最佳工况的确定 3 1 污泥培养及驯化 3 1 1 污泥来源及驯化方法 s b r 反应池去除有机物的机理与普通活性污泥法基本相同，主要靠大 量繁殖的微生物群体来降解污水中的有机物。s b r 处理系统在正式运行之 前的首娄工作是培养和驯化活性污泥，培养驯化出适合该废水条件下生长 并具有很强净化能力的菌种是决定后续处理效果的关键步骤。培养活性污 泥需要有菌种和菌种所需要的营养物，活性污泥的培养目 化可归纳为异步 培驯法、同步培驯法和接种培驯法。异步法为先培养后驯化，同步法则培 养和驯化同时进行或交替进行，接种法系利用其它污水处理厂的剩余污泥， 再进行适当的培训m 】。 本试验研究直接采用成都一汽公司污水站s b r 反应池回流污泥5 l ，作 为种泥进行聚磷菌种驯化。其回流污泥呈黄褐色，其s v = 9 0 ，s v i = 3 8 4 3 ， 显微镜下观察菌胶团较少，无丝状菌。综合分析产生污泥膨胀的原因有： 1 进水c o d 。，较低，s b r 反应池内曝气量不均匀且偏大，污泥中的细菌消 耗自己体外包裹的糖类等粘性物质后，较难聚集形成菌胶团：2 因营养物质 较少，细菌无法快速生长，致使污泥中细菌量少，大大降低了菌胶团形成 的几率，故而有污泥膨胀现象发生 7 圳。系统启动时，在s b r 反应器中，添 加适量营养物质，合理调整曝气量和曝气时间，两星期后镜检结果表明污 泥膨胀现象得到有效的控制。待污泥性状稳定后，再进行降解有机物的适 应运行，而后改变运行方式进行聚磷菌的培养驯化阶段。 3 1 2 驯化中指示微生物变化 培养期间，每天通过镜检观测污泥中微生物的变化状况，从而了解污 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 负 泥的生长情况。镜检结果表明，在驯化启动和稳定运行期，试验装置内活 性污泥混合液中细菌种类存在明显差异。 随着培养驯化的深入，菌胶团形成并逐渐长大，出小到大，由薄到厚， 结合由疏松到紧密，沉降性能也越来越好。指示生物种类和数量也发生了 根本变化。试验表明，活性污泥成熟期，指示生物主要以钟虫、累枝虫等 固着型纤毛虫和后生动物轮虫、线虫为主，种类减少了，但数量增多且异 常活跃。 3 1 - 3 驯化启动阶段主要运行结果 污泥驯化期间，对s b r 反应系统的运行情况，进行连续指标检测，其 结果见表3 1 。 表3 - ls b r 反应系统的变化情况1 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 负 通过以上数据可见，m l s s 出现先降后升的情况，分析存在以下三个原 因：1 由于加入了生活污水和葡萄糖，进水水质发生变化，c o d 。，和b o d 都有所提高，造成污泥中微生物因不适应而死亡：2 通过镜检观测到原污泥 中有较多絮凝剂等无机物质，其中小部分被污泥中的微生物吸收，大部分 随出水排泥逐渐排出s b r 系统；3 由于发生污泥膨胀现象，污泥沉降性能 差，上清液中不能及时沉淀的污泥随出水排出，造成了污泥的流失。但随 着时间的推移，污泥中的