（市政工程专业论文）轻质填料曝气生物滤池的试验研究及工程应用.pdf

中文摘要 本试验将经过改性的聚苯乙烯轻质填料应用于上流式两级曝气生物滤池中， 并对其充氧性能，挂膜启动以及处理生活污水的效果进行了分析。结果表明：填 料有利于提高氧的传递速率和氧利用率。在填料填充比为3 0 条件下，氧的传递 速率较空塔条件下提高了3 0 - 7 0 ：当填料填充比增加为6 0 时，氧的传递速率 有所下降，但相对于空塔而言仍有提高。改性填料比较容易挂膜，在温度范围为 1 1 7 1 3 4 c 条件下，1 3 天即可完成挂膜。利用改性填料的出水稳定性和平均去 除率均高于未改性填料。 两级曝气生物滤池对有机物和浊度有较好的去除效果。除个别情况外，一级 出水c o d 值维持在1 0 0 m g l 以下，c o d 的平均去除率为6 8 0 9 ，最高为9 0 5 3 ； 二级出水c o d 均维持在6 0m g l 以下，总c o d 平均去除率为7 7 7 5 ，最高为 9 1 3 9 。第一级反应器的浊度平均去除率为8 0 5 4 ，总去除率为8 7 5 2 。另外， 当进水氨氮浓度小于3 5 m g l 时，出水氨氮浓度变化不大，氨氮平均去除率为 7 9 6 8 ：当进水氨氮浓度大于3 5 m g l 时，氨氮去除率明显下降。 气水联合反冲洗可以有效地对曝气生物滤池进行反冲洗。反冲洗过后1 5 小 时出水水质即可恢复到正常水平，出水c o d 可达到6 0 m g l 以下，浊度可达到 1 0 n t u 以下。氨氮的去除几乎不受反冲洗过程的影响。 另外，成功研制了一套处理水量为2 0 0 m 3 d 的轻质陶粒曝气生物滤池一体化 再生水处理设备，并在天津市肿瘤医院的中水示范工程中得到应用。经过调试运 行，经天津市城市排水监测站化验，出水水质满足城市污水再生利用生活杂 用水水质( 冲厕) g b t 1 8 9 2 0 - - 2 0 0 2 ) ) 要求，取得了较好的经济效益和社会效益。 关键词：曝气生物滤池聚苯乙烯轻质填料表面改性充氧性能轻质陶粒 a bs t r a c t t w os t a g eu p - f l o wb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r sw i t hm o d i f i e dp o l y s t y r e n eh a v eb e e n u s e di ne x p e r i m e n t ，a n do x y g e n a t i o nc a p a c i t y , b i o f i l ma t t a c h m e n ta n dt h ee f f e c to f s a n i t a r yw a s t et r e a t m e n ta l ea n a l y z e d t h er e s u l t ss h o wt h a t ：m e d i u mc a l li m p r o v et h e o x y g e nt r a n s f e rr a t ea n do x y g e nu t i l i z a t i o nr a t eo fb a f t h eo x y g e nt r a n s f e rr a t eo f b a fw i t h3 0 p a c k i n gr a t i oi s3 0 0 o - 7 0 l a r g e rt h a nw i t hn om e d i u m t h eo x y g e n t r a n s f e rr a t eo fb a fw i t h6 0 p a c k i n gr a t i oi sb e g i nf a l l ，b u ti t ss t i l ll a r g e rt h a n 、) i r i m n om e d i u m p o l y s t y r e n em e d i u mi se a s yt ob ea t t a c h e db yb i o f i l m , a n dt h ep e r i o do f b i o f i l ma t t a c h m e n ti so n l y13d a y s b o t ho ft h es t a b i l i t ya n da v e r a g er e m o v a lr a t eo f t l l ef o r m e r sa r eb e t t e rt h a nt h el a t t e r s c o da n dt u r b i d i t ya l er e m o v e dw e l lb yt w o - s t a g eb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r s t h e e f f l u e n tc o do fp r i m a r yr e a c t o rb e l o wlo o m g le x c e p te s p e c i a lc o n d i t i o n ；t h e a v e r a g ea n dt h em a x i m u mr e m o v a lo fc o d a l e6 8 0 9 a n d9 0 5 3 t h ee f f l u e n t c o do fs e c o l l d a l yr e a c t o rb e l o w6 0 m g l t o t a lr e m o v a la n dt h em a x i n l u mr e m o v a l o f c o da r e7 7 7 5 a n d9 1 3 9 t h ea v e r a g et u r b i d i t yr e m o v a lo f p r i m a r yr e a c t o ri s 8 0 5 4 ，a n dt o t a lr e m o v a lr a t ei s8 7 5 2 b e s i d e s ，t h ee f f l u e n ta m m o n i an i t r o g e ni s s t a b l ea n dt h ea v e r a g er e m o v a li s7 9 6 8 i nt h ec o n d i t i o nt h a tt h ei n f l u e n ta m m o n i a n i t r o g e ni sl e s st h a n3 5 r a g l ；o re l s e ，t h er e m o v a lo f i tf a l le v i d e n t l y g a s w a t e rb a c h w a s hi se f f e c t i v ef o rb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r t h ee f f l u e n tc a n r e c o v e r yt on o r m a li no n eh o u ra n dah a l a n dt h ee f f i u e n tc o da n dt u r b i d i t ya l e b e l o w6 0 m g la n d10 n t ur e s p e c t i v e l y n er e m o v a lo fa m m o n i an i t r o g e ni s l i t t l e a f f e c t e db yb a e h w a s hp r o c e s s b e s i d e s ， as e to fi n t e r g r a t e de q u i p m e n th a sb e e nm a n u f a c t u r e da n du s e di n r e c l a i m e dw a t e rp r o j e c to ft i a n j i nc a n c e ri n s t i t u t ea n dh o s p i t a l ，t h em a i ns e c t i o no f w h i c hi sb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e ru s i n gc e r a m i s i t em e d i u m a f t e rd e b u ga n do p e r a t e ， e f f l u e n tm e e t st h er e q u i r e m e n to ft h er e u s eo fu r b a nr e c y c l i n gw a t e r - w a t e rq u a l i t y s t a n d a r df o ru r b a nm i s c e l l a n e o u sw a t e rc o m s u m p u t i o n ( f l u s h i n gw a t e r ) o f g b 厂r 1 8 9 2 0 一2 0 0 2 a c c o r d i n gt oe x a m i n a t i o nr e s u l t so ft i a n j i nd r a i n a g em o n i t o r i n g s t a t i o n t h i sp r o j e c th a sa c q u i r e dg o o de c o n m i ce f f e c t sa n ds o c i e t ye f f e c t s k e yw 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 , p o l y s t y r e n em e d i u m ， o x y g e n a t i o nc a p a c i t y , l i g h t w i g h tc e r a m i s i t e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨垄盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 彳角橱 签字日期： 洳7 年月矽日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫盗盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 彳夤嘶 导师 签字日期：司年 月n 日 签字日期：加叼年月o 日 天津大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 曝气生物滤池的发展及其特点 1 1 1 曝气生物滤池开发的背景和意义 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 ，它是在普通生物滤池的基础 上，借鉴给水滤池工艺而开发出来的污水处理新工艺，最初用于污水的三级处理， 后发展成直接用于二级处理【l 】。最早于2 0 世纪8 0 年代末由法 c g e ( c o m p a g u i n e g e n e r e l ed e se a n x ) 公司所属的o r v ( l o l n n i u nd ef r a i t e m e n t se td ev a l o r i s a t i o n ) 公 司开发，是一种使用具有高比表面积的滤料来进行污水处理的生物膜法污水处理 装型2 1 。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。美国和加拿大等美洲国家在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【2 1 。以曝气生物滤池为主体技术的水处理厂已经 在全世界多个国家和地区广泛发展起来，主要分布在欧美和日本【3 ，4 】。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 它作为拳头产品在全世界推广。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是我国第一个采用曝气生物滤池工艺的城市污水处理厂。 一些实际工程如上海周家渡水厂黄浦江原水的预处理工艺【5 】，北京燕山石化公司 炼油污水的深度回用处理等【6 】也采用了曝气生物滤池处理单元。国内外对曝气 生物滤池的研究有很多，例如英国c r a n f i e l d 大学的t c l a r k 等在曝气生物滤池化学 除磷方面进行了研究【7 】，美国n o r t hc a r o l i n as t a t e 大学的p w w e s t e r m a n 等研究了 曝气生物滤池对养猪废水的处理效果f 8 】：国内对该技术也进行了相当多的研究， 如清华大学对曝气生物滤池处理啤酒废水【9 1 、生活污水【1 0 】进行了处理效果及机理 方面的研究：哈尔滨工业大学对曝气生物滤池的短程硝化反硝化机型1 1 】及亚硝酸 盐积累及影响因子i - z j 方面进行了研究。 我国的大部分城市污水处理厂都是采用传统活性污泥法及其变形工艺、氧化 沟工艺js b l 艺等，这些工艺普遍存在着占地面积大、基建投资高、处理负荷 低、能耗高等缺点，不能满足高效低能的要求。因此，研发一种高效低能、节省 用地、管理方便、出水水质能达到回用水标准的污水处理新工艺，降低污水处理 的投资和运行费用，将对我国的环保事业具有十分重要的意义。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 2 曝气生物滤池的工艺特征 曝气生物滤池是普通生物滤池的一种改良形式，也可看成是生物接触氧化法 的一种特殊形式。应用于微污染饮用水源水预处理，污水深度处理以及生活污水 二级处理等【1 3 】。在生物反应器内装填高比表面积的颗粒填料，以提供生物膜生长 的载体，并根据污水流向不同分为下向流和上向流。污水由上而下或由下而上流 经滤料层，在滤料层下部鼓风曝气，使空气与污水逆向或同向接触，使污水中的 有机物通过滤料表面生物膜的生物化学反应得到降解，滤料层同时起到过滤作 用。 进水 冲进水 水 图1 1b i o c a r b o n e 结构示意图图1 - 2b i o s t y r 结构示意图 图1 3b i o f o r 结构示意图 按进水方式、滤料和使用功能可以把曝气生物滤池分为多种形式，有上向流 曝气生物滤池和下向流曝气生物滤池；悬浮滤料曝气生物滤池和沉没滤料曝气生 2 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 物滤池；去碳曝气生物滤池、硝化曝气生物滤池、反硝化生物滤池、水源水预处 理曝气生物滤池和组合曝气生物滤池等【3 1 。本文主要介绍三种曝气生物滤池工 艺，各自构造见图1 1 ，l 一2 ，1 3 。三者的水流方向、反冲洗方式以及填料都有所 不同。 ( 1 ) b i o c j u m o n e 早期的b i o c a r b o n e 工艺采用的是下向流方式【1 4 1 ，其结构如图1 1 所示。采 用的滤料为密度大于水的球形陶粒，顶部进水，底部出水，在滤池中下部设曝气 管进行曝气，底部设反冲洗气水装置，滤料上层起生物降解作用，下层主要起截 留s s 及脱落生物膜的作用。气水处于逆流状态，其底部出水大部分直接排放，小 部分留作反冲洗之用【l 引。因为它具有简单的操作、高处理效率和不受污泥龄的限 制等优点，在二十世纪八十年代初期被广泛应用于处理生活污水和工业污水【1 6 1 。 实际运行中发现，下向流滤池的纳污能力不强，容易在滤层上部形成表面堵塞层， 阻止气泡的释放，导致水头损失迅速上升，使得滤池的运行周期短，反冲洗频率 高。 ( 2 ) b i o s t y r 目前已经开发出的上向流曝气生物滤池有b i o s t y r 、b i o f o r 、 b i o p u r 、c o l o x * 、d e e p b e d t m 等形式【1 7 m 】。b i o s 删工艺是法国o t v 公司 对其原有的c a r b o n e 工艺的一个改进，其结构见图1 - 2 ，与其它工艺不同的是， b i o s 珊i 工艺采用的滤料是相对密度小于1 的球形有机颗粒，这种有机颗粒滤 料比水轻，可以漂浮在水中，这使得其与其它类型的曝气生物滤池相比具有以下 优点：反冲洗采用重力流反冲洗方式，无需反冲洗泵，节省了动力；滤头位 于滤池顶部，与处理后的清洁水接触，不易堵塞且易于更换；可以根据实际情 况调整工艺，使硝化和反硝化反应在同一池内完成。这种滤池目前在国内应用的 并不太多，限制其发展的一个主要因素是该工艺使用的轻质有机滤料需要进行特 殊处理才能保证在滤料上附着有足够的生物膜，迄今为止只有法国的、小便n d i ( 原o t v 公司) 公司成功的将经过表面改性处理的聚苯乙烯类滤料应用到实际工 程中。 ( 3 ) b i o f o r 上向流中另一种应用较多的形式是b i o f o r 固工艺，它与b i o s 删工艺不同 的是采用了密度比水大的滤料( 主要是陶粒滤料) ，这使得其底部的长柄滤头需 要与未处理的污水接触，容易导致堵塞，而且其反冲洗时需要配备专门的反冲洗 泵，动力消耗较b i o s 聊 工艺大。但是由于目前陶粒滤料已经实现国产化，因 此这种类型的滤池在国内比较多见，大部分实际工程和研究项目中应用的都是这 种类型。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 曝气生物滤池具有很高的灵活性，无论是上述哪种工艺，其处理能力都可以 根据实际情况来调整，因此，曝气生物滤池不仅可以作为大型污水处理厂的关键 处理工艺来满足曰处理几十万吨污水的要求，也可以作为小型污水处理回用装置 来满足日处理几百吨污水的要求【l 引。 除此之外，曝气生物滤池还有一些新工艺，例如b 2 a 工艺，b i o p u r i 艺和 b i o s i v i e d i 工艺。b 2 a i 艺【2 】是生物膜法处理废水的一项革新，经过了o t v 公司 在生物膜法处理废水方面多年的研究与发展。此工艺属于b i o c a r b o n e 和 b i o s t y r 的联合工艺，在法国甚至全世界都有广泛的应用。b 2 a 工艺保证了c o d 及t n 的去除率，可以满足较高的出水要求。b 2 a i 艺结合了几乎所有传统b a f 工艺的优点，可在预处理和二级处理中使用相同的结构达到更好的硝化反硝化 作用。 b i o p u r s e 艺【2 0 】【2 l 】【2 2 1 是瑞士v a t at e c hw a b a gw i n t e r t h u r ( 原苏尔寿环境 技术部) 研发的一种新型曝气生物滤池，其填料采用规整波纹板和颗粒载体，并 可根据污水类型和出水水质，选择不同的生物填料、曝气量、生物处理负荷及处 理工艺。b i o p u r 工艺可以处理城市污水和工业废水，也可用于废水的深度处理 ( 硝化、脱氮、除磷) 。 b i o s m e d i 2 3 是上海市政研究院的专利产品。对不同材质的滤料进行筛选， 最后采用人工合成轻质颗粒滤料( 粒径一般在3 5 r a m ) 。它具有来源广泛、滤料 比表面积大、表面适宜微生物生长、价格便宜( 3 0 0 - - 5 0 0 甜) 、化学稳定性好、 密度较小等一系列优点。根据滤料密度小的特点，研究开发出与之相适应的池型。 i i 3 曝气生物滤池的优缺点 曝气生物滤池的主要特点是采用粒径较小的粒状材料作为滤料，滤料浸没在 水中，利用鼓风曝气供氧。滤料层起两方面的作用：一是作为微生物的载体，与 一般的生物滤池相比，由于它具有更大的比表面积，污水与生物膜实际的接触时 间长，可使生物化学反应进行得更为彻底；二是可作为过滤介质，截留进水中的 悬浮固体和新形成的生物固体，从而省去其它生物处理法中的二次沉淀池，取得 优质的出水i l 引。上向流曝气生物滤池与常规处理工艺的比较见表1 1 。 曝气生物滤池具有很多优点【1 4 】：采用气水平行上向流，使气、水进行极好 的均分，防止了气泡在滤层中凝结，氧气利用率高，能耗低；与下向流过滤相 反，上向流过滤持续在整个滤池高度上提供正压条件，可以更好地避免沟流或短 流；上向流形成了对工艺有好处的半柱推条件，即使采用高过滤速度和负荷仍 能保证工艺的持久稳定性和有效性：采用气水平行上向流，使空间过滤能被更 好的运用，空气能将固体物质带入滤床深处，在滤池中能得到高负荷、均匀的固 4 天津大学硕士学位论文第一章绪论 体物质，延长反冲洗周期，减少清洗时间和清洗时的用水、用气量。 表1 1曝气生物滤池与其他常规处理工艺的比较 1 5 】 项目曝气生物滤池s b r 工艺a 2 o - i - 艺 无须二沉池，预处理 无须二沉池，池体一 土建工程配斜板沉淀池，效率土建量最大 很高，土建量最小 般较深，土建量较大 投 机电设备设备量稍大，自控仪设备闲置浪费大，自 资设备投资一般 费 及仪表表稍多控仪表稍多 用 占地最小，是传统工 征地费艺的1 5 1 1 0 ，征地 占地稍小，征地费较占地最大，征地费最 费最少 多 多 总投资最小 较大 最大 水头损失约3 3 5 m约3 4约1 1 5 m 污泥回流不需污泥回流不需污泥回流1 0 0 - 1 5 0 比活性污泥法低 运 曝气量与a 2 o 工艺基本相同大 3 0 4 0 行药剂量用于预处理，稍大较低较低 费由于出水水质好，一 用 处理后出 般不需过滤，消毒乔 一般需要过滤、消毒，一般需要过滤、消毒， 水的消毒消毒剂消耗较大消毒剂消耗较大 消耗最少 电耗很小 较高 最高 总运行成本较低较高最高 工s s1 5 m g l 以下 s s1 5 m g l 以下s s1 5 m g l 以下 艺b o d1 5 m g l 以下b o d1 5 m g l 以下 b o d1 5 m g l 以下 效 出水水质 c o d4 0 m g l 以下 c o d 1 0 0 m g l 以下 c o d1 0 0 m g l 以下 果 t k n 1 5 m g l 以下 i t k n1 5 m g l 以下r k n 1 5 m g l 以下 产泥量相对活性污 产泥量与a 2 o 差不产泥量一般，污泥相 产泥量 泥法稍大，污泥稳定 性稍差 多，污泥相对稳定对稳定 有无污泥容易产生，需加生物 容易产生，需加生物 膨胀 无 选择性物质防止选择性物质防止 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 流量变化受过滤速度限制有一 受每个处理单元的可 接纳容积限制有一定 受沉淀速度限制有一 的影响定影响 定影响 影响 冲击负荷可承受日常的日冲击池容决定了承受冲击 池容决定了承受冲击 的影响负荷负荷的能力，较强 负荷的能力，较强 温度变化 滤池从底部进水，上 部可封闭，水温波动 处理效果受低温影响露天面积大，处理效 的影响较大 果受低温影响较大 小，低温运行较稳定 连续进水系统，可根 自动化 据出水水质实现供氧序批式进水系统，可连续进水系统，可实 量和反冲洗的自动调实现供氧量和回流比现供氧量和回流比的 程度 节和控制，自动化程的自动调节自动调节 度最高 设备和管道布置紧 廷 日常维护密，厂区面积小，采 设备闲置较多，微孔 厂区面积大，设备分 行 和巡视用穿孔管曝气，不堵 曝气头容易堵塞，维 散，微孔曝气头容易 管塞，巡视简单 护量大 堵塞，维护量最大 理 滤池成组布置，数量需停一个s b r 池进行需停一条线进行大 较多，停一个滤池进依次大修，时间长，修，时间长，对处理 大修 行依次大修对出水水对处理水量和出水水水量和出水水质有影 质和出水量影响很小质有影响响 操作和管 理人员人很少 较多较多 数 模块化结构，扩建容 池体为模块结构，扩由于它为非模块结 扩正常的增易，所需占地和土建 建相对常规工艺容构，扩建时所有的沉 建加处理量工作量很小，工期很 易，但所需占地和土 淀池和曝气池均需增 建工程量大，工期较 加个数，所需占地和 短 长 土建工程量最大 环 生化部分可为封闭生化部分为敞开式，生化部分为敞开式， 境 臭气问题式，臭味对周围环境臭味对周围环境影响臭味对周围环境影响 问 题 影响很小很大很大 6 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 除了上面介绍的之外，与其它生物处理方法相比，曝气生物滤池还具有以下 优点： ( 1 ) 池体体积小，占地面积不大。在出水主要指标为c o d 时，曝气生物滤池 的b o d 负荷可以高达6 k g b o d m 3 d ，是常规活性污泥法或接触氧化法的6 1 2 倍， 即使需要考虑去除氨氮，滤池的b o d 负荷也可以达到2 3 k g b o d m 3 d ，因此在 相同的处理能力下，曝气生物滤池的池容和占地面积都远低于普通活性污泥法或 接触氧化法，可以节省大量的基建费用。 ( 2 ) 处理效率高，出水水质好。曝气生物滤池所采用的粒状滤料能够提高充 氧效率，因此能节省滤池日常运行的能耗。根据国内外许多采用曝气生物滤池的 污水处理厂实际运行结果【2 4 1 ，当进水b o d 容积负荷为6 k g b o d m 3 d ，s s 负荷为 2 k g s s m 3 - d 时，其出水b o d 可以保持在2 0 m g l 以下，s s 可以保持在1 5 m g l 以下。 ( 3 ) 处理流程简单。集生物氧化和物理截留于一身是曝气生物滤池的最大特 点，经滤池处理后出水中的s s 很低，因此采用曝气生物滤池的污水处理工艺不 需要再设置二沉池和污泥回流泵房，简化了处理流程，进一步节省了基建和运行 费用。 ( 4 ) 管理简便，滤池可间断运行。曝气生物滤池具有很强的抗冲击负荷能力， 由于大量的微生物是附着在滤料的表面上生长的，因此滤池不存在污泥膨胀问 题，滤池内能保持较高的微生物浓度而不会流失，这也使得滤池即使长时间不运 行也能保持足够的生物量，而再次需要运行时可以在几天的时间内恢复正常。 作为一种高效、低成本的污水处理新技术，曝气生物滤池在我国的应用还刚 刚起步，随着社会的发展和水资源的紧缺，对污水处理后的水质要求必将日益提 高，更高的污水排放水质标准和污水回用水源标准也将会逐步出台，这为曝气生 物滤池技术在已有的污水处理厂作深度处理，或在新建的污水处理厂中应用创造 了条 牛【2 0 1 。如何通过对曝气生物滤池运行特征、处理效能等方面的深入研究以及 对曝气生物滤池与其他工艺组合的优化研究，将拓宽曝气生物滤池的应用范围， 对曝气生物滤池在我国污水处理中的进步推广应用有积极的促进作用。曝气生 物滤池目前存在的主要问题有以下几点： ( 1 ) 曝气生物滤池工艺的系统性研究还不是很深人，尽管曝气生物滤池的工 艺不断进步，但其处理效能也只是各有所长，有关曝气生物滤池运行方式对处理 效能影响的认识还不统一，究竟是上向流曝气生物滤池对氨氮和悬浮物的去除好 于下向流，还是下向流好于上向流还存在争论，如何将各种工艺形式相互融合， 从而发挥其最大去污效能有待进一步研究。 ( 2 ) 通常情况下，为了延长滤池的运行周期，减少反冲洗频率以降低能耗， 曝气生物滤池处理污水时需对进水进行预处理。因此，高性能、低价位、截污能 天津大学硕士学位论文第一章绪论 力强的填料将在其推广应用中起到重要作用，研究填料对污染物去除的影响，寻 求改善填料性能的工艺和方法，制定适于我国国情曝气生物滤池的填料标准将是 下一步研究重点。此问题解决不好，会制约曝气生物滤池除污性能的发挥。 ( 3 ) 曝气生物滤池生物法除磷效果较差，从目前的b a f 运行工艺看，完全用 生物除磷是很难达到排放标准的，同时脱氮除磷会使系统变得更为复杂。这是因 为脱氮和除磷本身是一对矛盾，如d o 太低除磷率会下降，硝化反应受到抑制； 如d o 太高，则由于回流厌氧区d o 增加，反硝化受到抑制。如何深入研究其除磷 机理，从而创造良好的厌氧好氧环境将有待进一步探索。 ( 4 ) 目前，曝气生物滤池生物空间梯度特征以及底物去除动力学规律还很不 完善，尤其是有关曝气生物滤池生物膜的生长，生物膜的组成，生物膜的活性， 微生物生态学特征等方面需进行针对性研究。 ( 5 ) 由于曝气生物滤池工艺本身固有的结构特点，在直接处理污废水时需采 用物化法或化学氧化法进行预处理，操作复杂、成本高。能否在同一复合床式曝 气生物滤池内完成多种污染物的高效去除将是下一步研究应用的重点。另外，如 何将曝气生物滤池与合适的预处理技术有机结合或者采用多级曝气生物滤池联 合的形式，从而进一步发挥曝气生物滤池本身高效去污能力，将在城市废水的深 度处理回用方面发挥作用。 1 2b i o s t y r 曝气生物滤池的应用现状 b i o s n 瓜工艺在欧美应用较为普遍。对于已实现有机碳降解、硝化的处理 厂，该工艺可在外加有机碳源的情况下，完成反硝化【2 5 1 。也可对只进行有机碳降 解的二级处理厂进行升级，达到脱氮的水平。在具备一级强化处理的条件下，该 工艺又能完全胜任工业废水、市政污水的二级处理。此外，与化学混凝沉淀结合， 还能有效除磷。从功能上讲，在去除废水中b o d 、s s 以及硝化、脱氮等方面， 该工艺已经系列化【2 刮，通过具体工艺形式的改变( 是否设置回流、改变工艺空气 管在滤池内的高度以及曝气量等) ，b i o s f 限即可单独实现去除s s 和降解b o d 、 完成硝化和反硝化的功能。下面介绍几种b i o s n 限工艺在国外的工程应用情况。 1 2 。1 法国的c e r g y 污水厂 c e r g y 污水厂将曝气生物滤池用于三级深度处理实现脱氮目的【2 】 处理流 量为4 万立方米天，原水经过格栅、除油、沉砂预处理后，进入曝气生物滤池， 在曝气生物滤池中主要去除有机污染物，同时将氨氮氧化为n 0 3 - - n ，完成硝化 反应，出水进入斜板沉淀池，沉淀出水c o d 、氨氮已经达标，二级处理出水进入 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 b i o s t y r 滤池进行反硝化，在b i o s n 瓜滤池进水处需要外加碳源，供反硝化之 用，最终实现脱氮的目的。 1 2 2d a v y h u l m e 污水处理厂 英国曼彻斯特d a v y h u l m e 污水处理厂( w w n 聊1 是英国西北地区最大的 污水处理厂。服务居民入口7 0 万，再加上工业人口，其当量人口可达1 3 5 万，进 水量达3 6 x 1 0 4m 3 d 。1 9 9 8 年该厂设计了3 6 座上流式b i o s t y r 生物滤池设备，处 理活性污泥系统的出水，使其排入曼彻斯特运河前进行脱氮处理。d a v y h u l m e 污 水处理厂运行期1 泪- 9 5 以上采样点t s s 3 0m g l ，b o d 5 8 5 ，氨氮去除率 9 0 。 4 该套设备处理吨再生水运行费用约为1 元。一体化设备的总体积仅为 3 9 m 3 。如果采用生物接触氧化法，其工艺流程一般为：初沉池一生物接触氧化 池= 沉池过滤出水。生物接触氧化池停留时间6 h ，二沉池2 h ，处 理2 0 0 m 3 d 的接触氧化法处理工艺池总体积大约需要9 0 - 1 0 0 m 3 ，接触氧化池的气 水比一般为1 0 ：1 。曝气生物滤池技术与传统的生物接触氧化法相比，具有出水水 质好、处理效果稳定、设备紧凑、投资低、运行费用少的优点。膜生物反应器是 新型的污水处理技术，具有出水水质好的特点，但膜生物反应器一般水力停留时 间为4 6 h 气水比一般为2 0 - 3 0 ：1 ，需要定期进行膜清洗和换膜。曝气生物滤池 技术与膜生物反应器工艺比较，具有工艺投资少、运行费用低的特点。 天津大学硕士学位论文第七章结论 第七章结论 1 在各填充比条件下，氧的总传质系数与曝气量有较好的相关性；3 0 填充 比条件下，氧的总传质系数随曝气量增长的速度最快，空塔其次，6 0 填充比条 件最慢；轻质填料填充比的增加没有加快氧的传递速率。 2 应用聚苯乙烯滤料的曝气生物滤池比较容易挂膜，在温度范围为 1 1 7 1 3 4 条件下，1 3 天即可完成挂膜。滤料改性前与改性后的去除效果有一 些不同，改性后的c o d 和氨氮去除率都略高于改性前。 3 并联对比试验期间，水力负荷为l m h ，气水比为5 ：1 8 ：1 ，进水c o d 和 氨氮波动较大。填料改性前后出水c o d 值都在1 0 0 m g l 以下，且出水都比较稳 定。其中改性前出水c o d 平均值为6 1 2 4 m g l ，c o d 平均去除率为8 0 1 1 ；改 性后出水c o d 平均值为5 5 2 6 m g l ，c o d 平均去除率为8 2 1 9 。改性后出水稳 定性和平均去除率均高于改性前。填料改性前后对氨氮的去除率没有明显区别。 4 应用聚苯乙烯填料的两级曝气生物滤池对有机物的去除效果显著，在污水 碳有机物去除应用中潜力较大。除各别情况外，一级出水c o d 值维持在1 0 0 m g l 以下，c o d 的平均去除率为6 8 0 9 ，最高为9 0 5 3 ；二级出水c o d 均维持在 6 0m g l 以下，总c o d 的平均去除率为7 7 7 5 ，最高为9 1 3 9 ，满足城镇二级 污水处理厂排放标准。c o d 的降解主要发生在一级反应器内，二级反应器起稳 定出水作用。在突然增大进水c o d 值的情况下，出水c o d 值明显增大，难以 满足排放标准。因此要想达到较好的出水效果，进水c o d 值不应大于4 0 0 m g l 。 5 两级曝气生物滤池对浊度有较好的去除效果。其中第一级反应器的浊度平 均去除率为8 0 5 4 ，总去除率为8 7 5 2 ，是悬浮物的主要截留段；第二级反应 器起稳定运行的作用。 6 两级曝气生物滤池对氨氮的去除效果不是很稳定，出水氨氮浓度波动较 大，处理效果并不总是很理想。第一级反应器氨氮平均去除率为3 6 3 2 ，第二 级反应器氨氮平均去除率为2 2 3 2 ，总去除率为5 8 6 4 。第二级反应器中的填 料在某些阶段出现不同程度的脱落现象，因此影响了出水效果，从而影响了平均 去除率。 7 污染物容积负荷对两级曝气生物滤池有一定影响。当一级c o d 容积负荷小 于1 6 k g m 3 d 时，c o d 的去除率变化不是很明显，但是突然加大进水c o d 浓度后， c o d 去除率迅速降低；c o d 容积负荷对氨氮的影响不太明显；总氮的去除率随 着c o d 容积负荷的增加而提高。当进水氨氮浓度小于3 5 m g l 时，出水氨氮浓度 天津大学硕士学位论文第七章结论 变化不大，氨氮平均去除率为7 9 6 8 ；当进水氨氮浓度大于3 5 m e d l 时，氨氮去 除率明显下降，平均去除率仅为2 9 8 1 。 8 水力负荷对曝气生物滤池也有一定影响。进水c o d 浓度为1 7 5 , , - 4 3 0 m g l 范围内，水力负荷对c o d 的去除率几乎没有影响；水力负荷在一定范围内的增 加对硝化作用是有利的。 9 c o d 和浊度的去除主要取决于第一级曝气生物滤池下层的8 0 e r a 滤料层， 8 0 c m 处出水c o d 和浊度分别为9 3 4 1 m g l 和3 2 n t u ，去除率分别为6 4 9 2 和 7 4 1 9 ；而氨氮的去除主要取决于8 0 c m 之后的滤料层，去除率达5 5 7 2 。 1 0 气水联合反冲洗可以有效地对曝气生物滤池进行反冲洗。反冲洗过后1 5 小时即可恢复到正常水平，出水c o d 可达到6 0 m g l 以下，浊度可达到1 0 n t u 以下。氨氮的去除几乎不受反冲洗过程的影响。 1 1 曝气生物滤池反冲洗污泥成分比较复杂，包括大量的颗粒物和生物活性 成分组成。m l s s 为6 0 0 - 1 3 0 0 m g l ，s v i 值偏高，沉降性能稍差。 1 2 。曝气生物滤池系统中生物膜生长较密实，微生物相复杂，种类繁多，包 括大量的原生动物和后生动物：曝气生物滤池系统中微生物的生物量分布与生物 活性分布不一致，一级反应器下部生物量较上部高，但是活性低于上部。 1 3 研制成功处理水量为2 0 0 m 3 d 的曝气生物滤池一体化再生水处理设备一 套，并在天津市肿瘤医院的中水示范工程中得到应用。经过调试运行，出水经天 滓市城市排水监测站化验，出水水质出水满足城市污水再生利用生活杂用水 水质( 冲厕) g b t 1 8 9 2 0 - - 2 0 0 2 ) 要求，取得了较好的经济效益和社会效益。 1 4 该套处理设备中一级曝气生物滤池的水力负荷2 2 7 m 3 m 2 h ，b o d 容积负 荷2 6 7 k g m 3 d ，空池水力停留时间1 4 t l ：二级曝气生物滤池的水力负荷 2 5 6 m 3 m 2 h ，氨氮容积负荷0 6 4 k g m 3 - d ，空池水力停留时间1 0 h 。曝气生物滤 池正常运行时气水比为6 ：1 。b o d 去除率 9 0 ，c o d 去除率 8 5 ，氨氮去除率 9 0 。 天津大学硕士学位论文 参考文献 参考文献 【1 徐亚明，蒋彬，曝气生物滤池的原理及工艺，工业水处理，2 0 0 2 ，2 2 ( 6 0 ) ： 1 5 【2 王炜亮，毕学军，张波，曝气生物滤池的特点、应用及发展，青岛建筑工 程学院学报，2 0 0 4 ，2 5 ( 4 ) ：6 2 - 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