（市政工程专业论文）悬浮填料曝气生物滤池性能试验研究.pdf

北京建筑i ：程学院硕十学位论文摘要 悬浮填料曝气生物滤池性能试验研究 摘要 在全面分析污水生物脱氮机理及曝气生物滤池特点的基础上，试验尝试一种悬浮 填料载体新型曝气生物滤池；填料分别为聚乙烯高分子塑料和a n o x k a l d n e s 。反应器 集曝气生物滤池与生物流化床特点为一体，以建筑灰水为试验对象，重点测试系统在 无反冲洗情况下有机物( c o d ) 与氮( n h 4 + 、n 0 。一) 的去除能力。 聚乙烯填料出水混合液v s s 含量与出水不溶性c o d 浓度呈线性关系，表明出水 中不溶性c o d 主要以v s s 为主。v s s 沉淀性能测试表明，聚乙烯与a n o x k a l d n e s 填料平 均s v i 值分别为1 0 5 和9 6m l g ，显示以生物膜为主的v s s 具有良好的沉降性能。聚 乙烯悬浮填料反应器后续沉淀+ 砂滤组合工艺，对c o d 、s s 、浊度有着很好的去除效 果，平均去除率分别达到9 5 、9 4 $ 1 ：19 6 ；在无出水内循环情况下。聚乙烯悬浮填 料对t n 和n h 4 + 去除率为5 8 、6 4 ，出水中n h 4 + 占t n 约8 0 ；较低的n h 4 + 去除 率首先限制了系统t n 去除率。 a n o x k a l d n e s 填料循环流化床反应器抗冲击负荷能力试验表明，在设计流量( 2 0 l h ) 条件下，进水c o d 平均浓度由2 7 6m g l 增加到3 7 6m g l ，出水中溶解性c o d 浓度仍然可以保持在5 0m g l 以下。为了保证较好的c o d 去除效果，系统最小曝气量 需要达到0 1 5m 3 l 。当曝气量分别为0 2 5m 3 h 、0 2m 3 h 、0 1 5m 3 h 、0 1m 3 h 时， n h 4 + 平均去除率分别为9 4 、6 6 、6 6 $ h7 ，t n 平均去除率分别为2 5 、4 5 、 5 6 和4 。这表明，合理控制曝气量不仅可以获得满意的c o d 去除率，亦可获得较 高t n 去除率。 聚乙烯悬浮填料反应器出水内循环强化脱氮性能试验显示，在内循环比为5 0 、 1 0 0 和1 5 0 情况下，对n h 。+ 的平均去除率分别为6 7 、8 3 和9 4 ，对t n 的平均去 除率分别为6 l 、6 9 和8 1 。试验表明，内循环对n h 。+ 和t n 去除率均能相应提高 2 0 3 5 ，说明内循环可同时强化系统的硝化与反硝化能力。在水温处于2 0 - - 一2 8 。c 范围 内，只要保证出水d o 浓度在5 8 5 6 2m g l 之间，便可获得较高的t n 去除率。聚乙 北京建筑工程学院硕士学位论文摘要 烯填料在底部0 - - 6 0c m 流化态范围内，对c o d 、t n 、和n h 4 + 的去除率占系统总去 除率的百分比分别为9 2 ，9 0 和8 0 ，上部固定床填料实际只起到过滤截流作用。对 聚乙烯填料内部d 0 和p h 分布规律分析后亦证实，系统对t n 去除的确主要集中在填料 层0 - 6 0c m 的中、下层，这是因为c o d 降解主要发生于填料层的中、下部，从而限 制了上部填料的反硝化脱氮作用。 根据试验结果，最后提出了以开发轻质填料为目的循环流化床反应器的构造，丰 要目的是通过内部构造以及进水点的位置强化系统的硝化以及反硝化能力。 关键词：曝气生物滤池 悬浮填料聚乙烯填料a n o x k a l d n e s 填料生物膜 内循环硝化反硝化 北京建筑t 程学院硕士学位论文摘要 e x p e r i m e n t a ls t u d y o nb e h a v i o r so fb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r s w i t hs u s p e n d e dc a r d e r s a b s t r a c t an e ws t y l ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s sw a sd e v e l o p e df o rg r e yw a t e rt r e a t m e n t b a s e do nt h et h e o r yo fb i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a la n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fb i o l o g i c a l a e r a t e df i l t e r s ( b a f ) ，t h a ti sb i o l o g i c a la e r a t e df l t e r sw i t hs u s p e n d e dc a r r i e r s i nt h i sp a p e r , p o l y e t h y l e n ea n da n o x k a l d n e sc a r r i e r sw a su s e da sb i o - c a r r i e rf o rt h eb a f ，w h o s eg r a v i t y s l i g h t l yl e s st h a n1 a f t e rs m r t e dw i t ht h et e s t ，t h er e a c t o ri st h r e e p h a s ef u l lc o n t a c tu n d e r t h ea e r a t i o n w i t h o u tt a k i n ga n ym e a s u r e so fb a c k w a s h i n gd u r i n gt h et r i a l ，i ta l s oa c h i e v e s g o o de f f e c t t h ep a p e rh a sf i r s ts t u d i e dt h eb i o f i l ms l u d g ep e r f o r m a n c e i ti n d i c a t e st h a tt h ev s s c o n t e n th a sal i n e a rr e l a t i o nw i t hi n s o l u b l ec o dc o n c e n t r a t i o ni ne f n u e n t t h er e s u l tf r o m t h es t a t i ct e s t i n gi n d i c a t e st h a tt h ee f f l u e n ts i n k s5m i n u t e ，s u p e r n a t a n tc o dc o n c e n t r a t i o n d r o pt o2 8 m g l ，i nt h e15 t hm i n u t ef a l lt ot h ep e r i g e e ，s u p e r n a t a n tc o dc o n c e n t r a t i o ni s 6 m g l t h es v io fr e s i d u a ls l u d g er e m a i n ss t a b i l i t y ，t h em e a nv a l u ei s10 5 mi ga n d9 4 m l g w h i c hi sa ni n d e xo fg o o ds e t t l e a b ili t y t h e e x p e r i m e n t so nt r e a t m e n tp r o c e s s e so f b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r sw i t hs u s p e n d e dc a r r i e r s + s e d i m e n t a t i o nt a n k + s a n df i l t e ri n d i c a t e d t h i sc r a f th a dag o o dp e r f o r m a n c ei nr e m o v i n gc o d ，s sa n dt u r b i d i t y t h ea v e r a g e r e m o v i n ge f f i c i e n c i e so fc o d ，s sa n dt u r b i d i t yw e r er e s p e c t i v e l ya t9 5 、9 4 a n d9 6 w i t h o u te f f l u e n tr e c i r c u l a t i o ne x e r t e d ，t h et na n dn h 4 + - nr e m o v a le f f i c i e n c yi s5 8 、 6 4 t h er e s u l ti n d i c a t e st h a tn i t r o g e nc o n c e n t r a t i o na c c o u n t sf o rt h et nc o n c e n t r a t i o n 8 0 i ne f f l u e n t ，o b v i o u s l yt h el o we f f i c i e n c yo ft nr e m o v a lr e s u l t sf r o ml o wn i - 1 4 + - n r e m o v a le f f i c i e n c y a n o x k a l d n e sc a r r i e sw a su s e di nn e wb i o f il mr e a c t o rw h i c hh a sas t r o n gt o l e r a n c et o s h o c kl o a d i n g u n d e rt h ed e s i g nc u r r e n tf l o w ( 2 0 l h ) ，i n c r e a s et h ei n t e tw a t e rc o n c e n t r a t i o n o fc o df r o m2 7 6 m g lt o37 6 m g l ，t h es u p e r n a t a n tc o dc o n c e n t r a t i o ns t illm a i n t a i n e d 北京建筑工程学院硕上学位论文摘要 b e l o w5 0 m g l w i t ht h ea e r a t i o nv o l u m eo f 0 2 5m 3 h ，0 1 5m 3 h ，0 1m 3 ht h en h 4 + r e m o v a le f f i c i e n c yw e r ea t9 4 ，6 6 ，t h et nr e m o v a le f f i c i e n c yw e r e 2 5 ，5 6 r e s p e c t i v e l y t h i ss h o w sar e a s o n a b l ea m o u n to fa e r a t i o no ft h er e a c t o rh a sa ng r e a te f f e c t o nt h er e m o v a lo fn i t r o g e n t h eb e s ta e r a t i o ni so 15m h t h ep a p e rs t u d yo n e n h a n c i n gn i t r o g e nr e m o v a lw i t he f f l u e n tr e c i r c u l a t i o ni n a s u s p e n d e dc a r r i e r sb a f w i t he f f l u e n tr e c i r c u l a t i o ne x c e e d ，r e s u l t ss h o w e dt h a tt h e o p e r a t i o n so fr e c i r c u l a t i o nh a v eg r e a te f f e c to nn i t r o g e nr e m o v a l ，u n d e rt h ee f f l u e n t r e c i r c u l a t i o nr a t i o s ( r ) w e r er e s p e c t i v e l ya p p l i e da t5 0 ，10 0 a n d15 0 ，t h er e m o v a lt n e f f i c i e n c i e sw e r ea t61 、6 9 、8 1 r e s p e c t i v e l y t h eo p t i m a le f f l u e n tr e c i r c u l a t i o nr a t i o w i t hc a r r i e r sw a sf o u n da t15 0 f o rt h et nr e m o v a l t h er e s u l t si n d i c a t et h a tw i t he f f i u e n t r e c i r c u l a t i o ne x e a e dc a ne n h a n c en i t r a t i o 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 et nr e m o v a l e f f i c i e n c yw e r ei n c r e a s e db y2 0 3 5 ，w i t ha l m o s tf u l ln i t r i f i c a t i o n ，t h em a x i m a lt n r e m o v a le f f i c i e n c yc o u l dg ou pt o8 0 t h ee x p e r i m e n ti n d i c a t e st h a tw h e nt h ew a t e rf o r t h e d e s i g nc u r r e n tc a p a c i t y ( 2 0 l h ) ，w a t e rt e m p e r a t u r ei su n d e r2 0 - 2 8d e g r e e sc o n d i t i o n s ，t h e e f f l u e n td oc o n c e n t r a t i o nb e t w e e n5 8 5 - 6 2 m g l ，t h et ne l i m i n a t i o nr a t ei sh i g h e s t t h ea v e r a g er e m o v i n ge f f i c i e n c i e so fc o d 、t na n dn h 4 + w e r er e s p e c t i v e l ya c c o u n t f o rt o t a lr e m o v i n ge f f l c i e n c i e s9 2 ，9 0 ，8 0 i nt h ep a c k i n gb e d0 - - 6 0 c mu n d e rf l u i d i z e s c o n d i t i o ni ns u s p e n d e dc a r r i e r sb a f t h ee f f i c i e n c yi s h i g h e rt h a nt h eu p s i d ef i x e db e d s e c t i o nb yf a r t h ep a p e rd i s c u s s e dd oa n dp hd i s t r i b u t i o nc u r v e si nt h ep a c k i n gb e dr e v e a l e dt h a tt h e m a x i m a lt nr e m o v a le f f i c i e n c i e so c c u r r e db e l o w0 - 6 0c mo ft h ec o l u m nh e i g h t t h em a i n r e a s o nw a st h a tc o dw e r ec o n s u m e da tl o w e rh e i g h t s ，w h i c hl i m i t e de f f i c i e n t d e n i t r i f i c a t i o n b a s e do nt h ea b o v ee x p e r i m e n t a lr e s u l t so ft h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fn e ww a t e r t r e a t m e n tt e c h n o l o g y ，w ec a nm a k ead r a f to fn e wb i o f i l mr e a c t o r k e y w o r d s ：b i o l o g i c a l a e r a t e df i l t e r s ，s u s p e n d e d c a r r i e r s ，b i o f i l m ，e f f l u e n t r e c i r c u l a t i o n ，p o l y e t h y l e n ec a r r i e r s ，a n o x k a l d n e sc a r r i e r s ，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 4 北京建筑工程学院 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。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。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：拿纤乞 j 。 日期：2 0 0 8 年1 2 月 北京建筑二i ：程学院硕士学位论文绪论 1 1 课题研究背景 1 绪论 1 1 1 污水回用的意义及回用途径 1 1 1 1 污水回用的意义 随着人口增加和经济快速发展，我国水资源严重短缺，成为制约国民经济发展与 人民生活水平提高的重要因素；同时，城镇污水未加处理便排入水体造成水污染， 或处理为二级标准后排入水体而白白流失。中水回用，不仅可以获得一部分可利用水 资源量，而且还体现了水的“优质优用，低质低用”的原则瞳1 。事实上，并非所有用 水都需要优质水，而是只需满足其水质要求即可。以生活用水为例，其巾烹调饮用的 水约占5 0 左右，而占2 0 3 0 的不与人体直接接触的生活杂用水并无过高水质要 求1 。这一原则可扩大可利用水资源的范围和水的有效利用程度。 污水回用，有利于提高城市水资源利用的综合经济效益。首先污水回用所需的投 资及年运行管理费用一般低于长距离引水所需的相应投资和费用，其次除实行排污收 费外，中水回用所收取的水费可以使污水处理获得有力的经济保障，再次，中水回用 可有效保护水源，相应降低取自该水源的水处理费用。 随着人类社会的发展，由于人类对自然的高消费和高排放，使我们的生存环境正 日益受到破坏，自然资源日益减少，我们如何持续发展下去这，重要问题已经摆在我 们的面前。污水的回用既减少了对水资源的污染，也减少了必须从环境中摄取的水量， 因此，污水的回用就是相对增加了水资源。 1 1 。1 2 污水回用的主要途径 目前我国污水回用的途径主要有以下几个方面。 1 工业用水 面对水资源严重短缺，工j i k 除了实行节水计划，提高水的重复利用率、循环利用 外，必须重视中水回用于工业。因此，中水回用于工业作为工艺用水或补充冷却水， 则会大大缓解供水矛盾。降低了企业的生产成本。 2 农业利用 农业是用水大户，污水应用于农田灌溉，可满足水量的要求，并且污水中含有的 氮、磷、钾等营养元素，可为作物生长提供必需的养分( 农田灌溉水质标准，1 9 9 2 ) 。 粮食蔬菜中有害物质累积、地下水受污染等危害。 l 北京建筑i ：程学院硕士学位论文 绪论 3 城市杂用水 城市用水可分为饮用水和非饮用水。园林绿化、景观、冲厕、建筑施工、道路保 洁等用途一般较少与人体直接接触，对水质要求较饮用水低，范围广泛，是城市污水 回用的主要同标。建筑中水也是污水回用的一种形式，最初是从日本发展起来的，在 回用水总量中用于建筑中水的比重约为4 0 。 4 地下回灌 中水用于回灌是充分利用了大自然的天然净化能力对中水进行进一步的处理，是 补充地下水、防止因超量开采地下水形成地面沉降、海水入侵的好办法。 5 景观环境用水 景观环境用水包括观赏性景观用水( 河道、湖泊、水景) 、娱乐性景观用水( 娱乐性 蓄水池、冲浪) 和恢复自然湿地或营造人工湿地。 1 1 2 国内外污水回用现状 1 1 2 1 国外污水回用现状 目前世界各国都面临着水资源短缺问题，这使得水资源可持续利用与节水回用技 术受到越来越多的重视。据报道在美国、加拿人、同本、欧洲等发达国家，水的重复 利用率已高达8 0 9 0 h 1 。城市污水回用在国内外很普遍晒1 。在国外，南非的温得霍克 市和美国堪萨斯州的查纽特等将城市污水经处理后直接用作生活饮用水源1 ，美国伯 利恒钢厂几十年来一直利用城市污水凹用作工业用水，口本名古屋市的污水经混凝、 沉淀、过滤后供给1 2 个工厂再用。 美国、日本是世界上最早进行污水回用的国家。日本首先创造了中水道系统，在 建筑群内设置双管供水系统，利用再生污水冲刷厕所、浇洒花园和草地、冲洗马路和 汽车或作为景观、消防用水，获得了显著成效。美国于2 0 世纪7 0 年代初大规模地兴 建污水处理厂并丌始了污水回用进程，目前已有几百座污水处理厂的二级出水经适当 再处理后回用作为灌溉用水、景观用水、工艺用水、工业冷却用水、锅炉补水以及回 灌地下水和娱乐养鱼等多种用途。 关于美国的污水资源化情况最值得一提的是美国在污水回灌地下方面走在了世界 前端，尤其是美国己在国内建立了“水银行”( w a t e rb a n k ) 概念，将地面水和地下水 互补使用；将丰水期剩余的自来水以及经深度处理后的达标水回注到地下含水层储存； 当干旱或需要用水时再从“水银行”中调出所需的地下水以满足供水需求。凡是有干 2 北京建筑工程学院硕f ：学位论文绪论 河床可用之处都要利用其作为深度处理场所，以便于将处理后的水回灌地下。利用这 种土地处理的方法，其出水水质与采用膜技术的效果相当。与地面水库相比，地下水 银行具有以下优点：不存在因建水库或大坝而造成对环境的影响；不需要修建长距离 的输水系统；蒸发量远比地面水库少。美国在地下水缺乏地区已经提出了这样的口号： 从地下取出一滴水，就要注回一滴水( d r o po f w a t e ro u t d r o po f w a t e ri n ) 盯1 。 在德国生活污水处理后有两种回用方法，一种是直接排入河道中，作为地表水资 源利用；另一种是再经过适当处理后回用于农田灌溉。德国不伦瑞克市的污水处理厂 是污水回用农田灌溉的典范，该市每天产生的4 万m 3 污水经污水厂处理后送到田间用 于农田灌溉。实验发现，用再生水灌溉后的农作物产量比用地下水灌溉时提高3 0 左 右，品质也较优哺1 。 纳米比业温得和克市的污水经二级处理后进入氧化塘，然后经除藻、加氯等工序 后作为该城市自来水水源，经多年卫生评价证明其水质是合格的四1 。 除以上几个国家之外，世界其他一些国家如阿根廷、巴西、俄罗斯、南非沙特阿 拉伯等国，在污水同用中也做了许多工作，处理精度为一级、二级、三级不等。国外 城市污水回用的事实表明，发达国家的污水回用明显比发展中国家好：污水回用与经济 发展存在一些相互制约的关系；发达国家污水处理与回用进程也需与各国自身的经济 基础与经济发展进程相适应n 伽吖h 1 。 1 1 2 2 国内污水回用的现状 我国从2 0 世纪5 0 年代开始采用污水灌溉的方式回用污水，目前在我国水资源短缺 的情况下，污水同用越来越被人们重视，目前已经有很多污水回用的工程已经投入使 用。 在国内，北京高碑店污水厂处理量的一半回用，主要用于工业冷却、景观河道、 城市绿化和公园用水及城市环境喷洒道路用水等。华能北京热电厂使用高碑店污水厂 出水作冷却水，用水量为2 万4 万m 3 d ，运行情况良好。太钢利用太原市北郊污水厂 的二级出水用作补充冷却水也是成功的例子n 5 1 。此外，青岛市海泊河污水处理厂将二 级出水经深度处理后回用于工业冷却、电厂冲灰、市区景观和生活杂用等方面n 引，石 家庄市桥西污水处理厂的二级出水经深度处理回用十景观用水都取得良好的社会和经 济效益n 7 1 。 我国在城市污水处理及污染防治技术政策中规定，城市污水处理应考虑与污水资 源化目标相结合，积极发展污水再生利用和污泥综合利用技术，并提出2 0 1 0 年污水处 3 北京建筑工程学院硕l j 学位论文绪论 理率要达n 2 5 ，2 0 1 0 年城镇平均达到5 0 ，市级城市不低于6 0 ，重点城市不低于 7 0 。上海等大中城市规定新建小区要设计好污水处理及中水回用设施。随着我国城 市化进程的推进，我国城市污水资源日益丰富，只要有1 的污水回用，将对缓解城市 的缺水起到重要作用。 1 1 3 中水回用工艺的比较选择 1 1 3 1 常见中水回用工艺 污水回用深度处理基本单元有：混凝沉淀( 气浮) 、化学除磷、过滤、消毒等。要 求更高时的处理技术有活性炭吸附、臭氧一活性炭、生物活性炭、脱氨、离子交换、微 滤、超滤、纳滤、反渗透、臭氧氧化等。常用的组合流程有： “二级出水一砂滤一消毒”是最简单的传统处理工艺。二级出水经过砂滤、消毒后 回用，主要用丁对水质要求不高的地方，如补充河湖、农业用水等。该工艺只能达到 进一步去除水中微细颗粒物和杀灭细菌的目的引。 “二级出水一混凝、沉淀一过滤一消毒”是目前采用最多的传统处理工艺，主要是 在“二级出水一砂滤一消毒”工艺的基础上增加了混凝沉淀处理单元，来达到进一步去 除二级生化处理厂未能去除的胶体物质、部分重金属和有机污染物的目的。有资料表 明，该工艺可去除浊度7 3 8 8 ，s s6 0 7 0 ，色度4 0 6 0 ，b o d 31 7 7 ，c o d 2 5 4 0 ， 总磷2 9 9 0 。该工艺的优点是对含有重金属的污水处理效果较好，缺点是对氨氮去除 效果较差n 钾 在我国，污水回用目前采用较多的依然是传统处理工艺，这种工艺技术成熟、对 胶体类杂质的去除率高，出水可满足大多数情况下用户的要求。但这种工艺存在以下 缺点：1 处理流程长、基建投资大；2 药耗高、运行费用高：3 对有机物、氨氮的去除能 力不强。随着更严格污水回用水质标准的出台，该工艺越来越满足不了用户的要求。 而采用活性炭吸附、膜分离等处理工艺时，也同样面临着处理流程长、运行费用高、 维护困难等问题。因此，在我国污水回用大力开展的今天，迫切需要研究开发出适合 我国国情的污水回用新t 艺。该工艺必须具备高效、价廉、流程短、易普及等特点。 只有这样，才能推动我国污水回用事业的发展，从根本上缓解我国水资源紧缺的状况。 1 1 3 2 曝气生物滤池作为中水回用工艺的优势 相比于传统活性污泥法和新兴的膜生物反应器( m b r ) 法，b a f 之所以在中水回用 中广泛的被应用，是因为它有其它工艺所不具备的优势 4 北京建筑丁程学院硕士学位论文绪论 1 投资小，因为可利用空间来布置，而且b a f 是典型的模块化结构，一般来说它比 活性污泥法节省3 0 心0 1 。 2 不需要二沉池，当出水s s 要求高( 如小于3 0 m g l ) 时，需设砂滤段，但若进水s s 负荷低，有时出水可小于1 0 m g l 。 3 节省空间，因为活性生物量大，而且不需要二沉池其面积一般只需活性污泥法 的三分之一。 4 臭味少，因为卜流式出水与空气接触。 5 不会出现污泥膨胀问题，因为不需要二沉池乜。 6 模块化建筑，这是因为每个b a f 自成一体，不像活性污泥法每个曝气池要与二沉 池配合，这样系统的可扩充性很好。 7 自动化操作，由于不存在固体沉淀和废物处理，操作参数只与水头损失、反冲 时间和反冲频率以及运行的反应器数有关乜剁。 因此，该工艺特别适合于我国水工业所面临的资金不足、技术水平低、而环境标 准要求越来越高的现状。对其进行深入研究使之快速国产化，对我国国民经济和社会 发展以及环境保护具有十分重要的意义。 1 2 课题研究目的、内容及方法 1 2 1 课题研究目的 本课题以中水回用于城市杂用为目的，重点研究采用悬浮性填料的新型b a f 工艺 对灰水的处理效果。 前期实验表明，在单级升流式曝气生物滤池中( u b a f ) 工艺中，采用密度大于1 的沉没型填料对灰水水质c o d c r ，n h 4 + ，s s 等均具有良好的处理效果，但是对t n 的 去除率较低。在增加内循环的条件下， i n 的去除率上升，但是势必增加了动力消耗和 运行成本。本实验采用密度略小于1 的聚乙烯填料和a n o x k a | d n e s 填料。目的是利用 气、液提升作用使填料处于流化状态，一方面使氧的利用率、水中有机污染物质的传 质效率等大为提高，另一方面，老化的生物膜易于从填料表面脱落，便于膜的更新， 使膜保持活性。 为了维持曝气生物滤池工艺的正常运行，需要进行定期的反冲洗，这就破坏了工 艺的连续运行，并且所需的能耗和水量都较大。本实验不采用反冲洗措施，而是通过 内循环从底部将处理水回流反应器，寻找合适的内循环比r ，通过固定剪切力来控制 北京建筑工程学院硕十学位论文绪论 生物膜的厚度，同时亦町强化同步硝化反硝化作用提高t n 的去除率。 另外，悬浮填料曝气生物滤池，不仅克服了活性污泥法占地广、易发生污泥膨胀 以及污泥流失等缺点，还继承了生物膜法处理效率高、耐冲击等优点，解决了需定期 反冲洗、清洗滤料和更换曝气器等复杂操作的问题，克服了流化床载体流态化的动力 消耗过大的缺点。 1 2 2 课题研究内容 1 、分别以聚乙烯高分子塑料和a n o x k a l d n e s 为生物填料，在无内循环，不进行反 冲洗的前提下，研究悬浮填料曝气生物滤池对污染物去除效果、对b a f 脱氮性能及影 响处理效能的【大| 素以及反应器所产生的污泥的性能进行研究。 2 、在最佳运行工况下连续运行，增加内循环、考察聚乙烯填料b a f 系统在内循环 比分别为5 0 、1 0 0 、1 5 0 时的出水水质、脱氮性能，确定最佳内循环比； 3 、研究聚乙烯b a f 不同填料高度下各项指标( c o d c r 、t n 、n 1 4 4 + n 0 3 - ) 的变化 情况，以分析确定异养细菌、硝化细菌等在填料层内部的分布情况； 4 、分析聚乙烯b a f 不同填料高度下溶解氧( d o ) 和p h 值分布规律，近而研究 d o 和p h 与各水质指标处理效果的关系； 1 2 3 课题研究方法 l 、利用实验室已有单级升流式曝气生物滤池和沉淀池、砂滤池，进行中试配水试 验： 2 、以化学分析法对水样进行常规水质分析，包括c o d 。、t n 、n h 4 + 、n 0 3 。、p h 值 等的测定分析； 3 、以物理分析法对出水中s s 、温度以及不同填料高度的溶解氧( d o ) 进行测定。 1 3 论文梗概 本课题论文主要分为9 个章节： 第l 、2 、3 章：对课题研究内容及相关理论的阐述，主要包括水资源短缺现状及 曝气生物滤池工艺的发展沿革；课题的实装置、研究方法 第4 - - - 8 章：具体阐述以及试验结果分析；包括试验启动，聚乙烯悬浮填料b a f 组合工艺连续运行阶段，内循环阶段，还包括d o 和p h 的规律分析。后期主要对 a n o x k a l d n e s 填料循环流化床反应器试验结果进行分析研究。 第9 章：将本研究中的主要结论进行总结，提出改造反应器方案。 6 北京建筑工程学院硕 ：学位论文曝气生物滤池i ：艺研究进展及主要特点 2 曝气生物滤池工艺研究进展及主要特点 曝气生物滤池( b a f ) 工艺属于生物膜法污水处理技术。该工艺是2 0 世纪8 0 年代 末9 0 年代初在微污染水源水处理中过滤的基础上，借鉴污水生物接触氧化处理_ t 艺的 思想而产生的一种污水处理新工艺。其工作原理是，在滤池中填装一定量粒径较小的 粒状滤料，滤料表面及滤料内部微孔牛长牛物膜，滤池内部曝气，污水流经时，利用 滤料上高浓度生物量的强氧化降解能力对污水进行快速净化，此为生物氧化降解过程。 同时，污水流过时，利用滤料粒径较小的特点及牛物膜的生物絮凝作用，截留污水中 大量悬浮物，并且保证脱落的生物膜不会随水漂出，此为截留吸附作用。当滤池运行 一段时问后，因水头损失增大，需对其进行反冲洗，以释放截留的悬浮物并更新生物 膜，使滤池的处理性能得到恢复。 从国外工程运行实践可以看出，曝气生物滤池工艺集诸多优点于一身，它在保证 处理效果的前提下节省了二沉池，简化了处理工艺，并且具有有机物容积负荷高、水 力负荷大、水力停留时间短、氧转移和利用率高、基建投资少、占地小、能耗及运行 成本低、出水水质好、模块化设计易于改扩建、反应器沿水流方向呈明显的空间梯度 特征等特点雎3 卜盥6 i 。 2 1 曝气生物滤池主要类型以及研究进展 2 1 1 曝气生物滤池的主要类型和结构 由于b a f 是在结合了给水过滤和污水生物接触氧化处理这两种水处理形式的基础 上发展起来的，因此其最初的结构形式与给水处理中气水反冲洗快滤池基本相同，只 是在滤池内安装了曝气装置连续曝气，从而既达到了过滤的目的又营造了微生物生长 的环境，实现功能一t - _ 的突破。 单纯从污水处理原理的角度来讲，b a f 是属于固定生物膜反应器( f i x e d f i l m r e a c t o r ) 的一种。国外研究者对于这类反应器的研究由来已久，至今己有近1 6 0 年的 历史了。早在1 8 9 2 年w a r i n g 等人就尝试过在填充床内进行强制曝气的试验，其处理 污水的原理与b a f 非常相似。后来由于生物膜反应器在应用中易堵塞，填料性能不理 想，环境卫生条件差，而且同期活性污泥法飞速发展，导致生物膜工艺在各国的应用 一度受到冷落。直到2 0 世纪中期，研究者们在大量试验的基础上，才逐渐认识到生物 膜法与活性污泥法各有千秋，在诸多方面，尤其是在工业废水处理方面，前者具有更 7 北京建筑工程学院硕士学位论文曝气生物滤池工艺研究进展及主要特点 多的优势。先后开发出塔式生物滤池、高负荷生物滤池、生物转盘、接触氧化、曝气 流化床等多种工艺。 很多国外研究者并不直接提“曝气生物滤池”这个概念，而是更多地应“淹没式 生物滤池( s u b m e r g e db i o f i l t e r ) 。因为后者在三十年前已经被人提及过，它包括好氧、 兼氧、厌氧三种形式的生物滤池，而最初的b a f 应该属于好氧的淹没式生物滤池，只 不过为了推陈出新，国际上大型水务公司逐渐将b a f 的概念独立出来。 曝气生物滤池工艺的出现主要受两个因素的影响，第一是1 9 8 9 年欧洲出台了严格 的污水排放标准，对出水中的氮、磷要求提高；第二是在法国南海岸的许多大城市， 无法将庞大的常规活性污泥系统布置在人口密集的城市化地区，而从城市中心远距离 抽送污水需要巨额资金，因此b a f 技术得到了发展的空间。该工艺首先应用于污水的 三级处理，后来由于其处理负荷高、占地小、出水水质稳定等优点而直接发展为_ 级 处理技术。短短十几年时间，欧美等国家己建造了近两百座以b a f 为主体工艺的城市 污水处理厂，其发展势头和研究课题越来越受到各国研究者和世界大型水务公司的关 注。 在b a f 工艺迅猛发展和广泛使用的同时，其改进彤式和名称分类也层出不穷。纵 观b a f 十几年的发展历程，滤料是贯穿其间的核心。因为b a f 的功能和优点主要集中 在滤池中滤料性能上，滤池采取何种运行方式也与滤料直接相关，应用不同滤料产生 了不同的b a f 种类。最早进行实验研究并工业化的b a f 是法国0 t v 公司在2 0 世纪8 0 年代开发的b i o c a r b o n e 滤池，其内滤料为比重大于1 的沉没型填料，先后应用了 石英砂、煤渣、活性炭、膨胀页岩等。 结构形式见图2 - 1 。污水从滤池上部进入，向下流经滤料，曝气管位于滤料层中 下部。后来，研究者和工程师们发现b i o c a r b o n e 在实际运行r f l 纳污量有限、负荷 不够高、水头损失增加过快、反冲洗周期短，因此从1 9 9 4 年以后，o t v 公司逐渐推 广其新型b a f 形式一b i o s t y r 瞳7 1 。这种滤池的滤料为有机悬浮填料一b i o s t y r e n e ， 主要成分是聚苯乙烯，比重小于l ，滤池的结构形式见图2 2 。污水从滤池底部进入， 与空气同向上流经滤料，滤料顶端安装有一定数量滤头的滤板以防止滤料流失，滤板 以上为反冲水储存区，靠重力流向下清洗滤料，曝气管依然位于滤料层中下部，将滤 料层分为好氧区和缺氧区，可设回流泵以进行反硝化。由于其具有占地小、滤料易得、 可与现有污水厂有机结合，也可单独应用实现去除s s 和有机物、硝化除氨、反硝化脱 氮等功能，所以o t v 公司在近几年将其作为拳头产品在世界范围内大力推广，可惜的 r 北京建筑工程学院硕士学位论文 曝气生物滤池工艺研究进展及主要特点 是这一工艺尚未在我国引起研究者的重视，这可能与其结构复杂、自控要求高、未很 好解决曝气管易堵塞有关。 图2 - 1b i o c a k b o n e 结构示意图 l 配承廊道：蝴池逆水和摊琵管： _ 反冲洗循环闸i q ；k 反冲洗气管： 5 铰氧区；6 一工艺空气管；7 季l 氧厦；8 挡板；9 一出水滤关：l d 处理后水的 储存和排出；l l 四漉泵；1 2 迸承管 图2 吨b i o s t y r 结构示意图 2 0 世纪9 0 年代初，由德国p h i l l i pm l l e r 公司开发的另一种 b a f - - b i o f o r ( b i o l o g i c a lf i l t r a t i o no x y g e n a t e dr e a c t o r ，生物过滤氧化反应器) 也在世 界上流行开来。它应用的滤料为比重大于1 的沉没式轻质陶粒b i o l i t e ( 膨胀硅铝酸盐) ， 9 北京建筑工程学院硕士学位论文曝气生物滤池工艺研究进展及主要特点 结构形式见图2 3 瞳8 1 。水流方向与b i o s t y r 相同，污水从滤池底部进入流经滤料从上 部流出。不同的是滤料层以上不需设嚣滤板，曝气管安装在滤层以下的承托层中，避 免了曝气孔的堵塞，反冲洗水流也是从滤池底部进入，与反冲洗空气一起通过滤头进 入滤层。自从1 9 9 4 年欧洲建成第一座生产性b i o f o r 污水处理厂以来，这种b a f 迅 速在各国得到广泛应用。前面提及的我国三座b a f 城市污水处理厂均采用了这种工 艺，而且我国研究者对b a f 的研究除了少数是b i o c a r b o n e 类型之外心制，其它均 为b i o f o r 工艺。当然，这与此种工艺相对简单，且滤料已基本国产化是密切相关的。 卵石承托岳 图2 - 3b i o f o r 结构示意图 虽然在b a f 的发展历程中，应用不同滤料都产生了新的b a f 类型，但是随着近 年来对滤料的深入研究，滤料种类越来越多，应用新型滤料的b a f 的名称也层出不穷， 为了避免混乱，一般根据水流方向不同和滤料比重不同将b a f 分为三大类，即下向流 沉没滤料b a f ( d o w nf l o ws u n k e nm e d i ab i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ) 、上向流沉没滤料 b a f ( u pf l o ws u n k e nm e d i ab i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ) 矛l 上向流悬浮滤料b a f ( u pf l o w f l o a t i n gm e d i ab i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ) 。这样分类的另一个好处是避免了我国自行开 发的b a f 与国外现有的b a f 知识产权的冲突。值得指出的是，b a f 水流方向的不同 直接导致滤池内生物种群分布的不同，致使b a f 所能实现的功能也不尽相同，因此根 据流向分类尤显重要。 1 0 北京建筑i ：程学院硕上学位论文曝气生物滤池：r 艺研究进展及主要特点 2 1 2 曝气生物滤池研究进展 自b a f 诞生至今，国内外尤其是欧洲学者一直在对其进行研究和改进，主要的研 究