（市政工程专业论文）腐殖土SBR工艺处理城市污水试验研究.pdf

摘要 摘要 为了解决传统活性污泥法除污效果不高、活性污泥沉降性能不佳、剩余污 泥脱水性差及后续利用过程中重金属毒害性较强等问题，本研究在序批式活性 污泥工艺( s b r ) 中引入腐殖土反应器( h b r ) ，与普通s b r 进行对比，运用静态和 动态相结合的试验方法研究了腐殖土s b r 工艺对城市生活污水处理效果的提高 以及腐殖土对污泥沉降脱水性能、重金属形态分布的影响作用。 研究结果表明：1 、对于c o d 、b o d 、n h 3 n ，腐殖土s b r 系统的去除 效果比普通s b r 系统略好，而对于t n 、t p ，腐殖土s b r 系统的去除效果显著 高于普通s b r 系统，分别高出约1 0 和2 0 。2 、普通s b r 系统对c u 和n i 的 去除效果略优于腐殖土s b r 系统，平均去除率分别为8 3 9 和6 0 5 ，而腐殖 土s b r 的去除率分别为8 2 3 和5 7 9 。腐殖土s b r 系统对c r 、f e 、m n 、m o 、 p b 和z n 的去除效果略优于普通s b r 系统，去除率分别为4 3 1 、7 1 5 、8 4 7 、 1 0 0 、9 1 9 和7 4 1 ，而普通s b r 系统的去除率分别为3 9 5 、7 1 o 、7 4 5 、 1 0 0 、8 5 5 和6 9 4 。3 、腐殖土的添加可以提高s b r 系统对有机物的降解速 率、氨氮的硝化速率以及好氧吸磷速率，故在相同的运行条件下，可以缩短曝 气时间，提高处理效率，对降低运行费用具有重要意义。4 、投加腐殖土粉末能 显著改善污泥沉降脱水性能，随着腐殖土投加量增加，污泥最初沉速、成层沉 速、s v i 、压缩比t 等表征污泥沉降性能的指标改善幅度均增大，污泥比阻、c s t 、 泥饼含固率等表征污泥脱水性能的指标改善幅度也均增大。5 、腐殖土s b r 系统 活性污泥沉降脱水性能优于普通s b r 系统，腐殖土s b r 系统剩余污泥脱水性能 也优于普通s b r 系统，说明腐殖土反应器的加入有效改善了系统的沉降脱水性 能。6 、将腐殖土投加到污泥中接触反应，污泥中z n 、p b 、n i 和c u 四种重金属 总量不变，但随着腐殖土投加量的增加，四种重金属不稳定态部分( 可交换的离 子态【f 1 1 、碳酸盐结合态 f 2 i 、铁锰氧化物结合态 f a d 所占比重均有不同程度减 少，稳定态部分( 硫化物及有机结合态 v 4 l 和残渣态 v 5 】) 相应有所增加；污泥 与腐殖土接触反应2 1 d 后，其重金属形态分布基本稳定不变。7 、普通s b r 动态 系统和腐殖土s b r 动态系统z n 、p b 、n i 和c u 四种重金属总量差异不大，但腐 殖土s b r 系统每个处理阶段污泥中不稳定念重金属所占比重均比普通s b r 相应 污泥中不稳定态重金属所占比重低，相应地腐殖土s b r 系统每个处理阶段污泥 摘要 中稳定态重金属所占比重均比普通s b r 相应污泥中稳定态重金属所占比重高， 说明腐殖土反应器的加入能够提高系统污泥中重金属的稳定性，降低其毒害性。 8 、 酸浸出实验结果表明，腐殖土能够减少污泥中重金属在酸性条件下的浸出 数量，从而降低了污泥在后续利用中的危害性。 最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。 布 关键词：腐殖土，序批式活性污泥法，污泥沉降脱水性能，重金属形态分 a b s t r a c t a b s t r a c t t h e r ew e r eal o to fp r o b l e m sw i t ht h et r a d i t i o n a la c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ，s u c h a sl o wr e m o v a ll e v e lo fc o n t a m i n a n t s ，p o o rs e t t l i n ga n dd e w a t e r i n gc h a r a c t e r i s t i c so f a c t i v a t e ds l u d g e ，h i g ht o x i cl e v e lo fh e a v ym e t a l si nt h es u b s e q u e n tu t i l i z a t i o no f e x c e s ss l u d g e i no r d e rt os o l v et h e s ep r o b l e m s ，i nt h i sr e s e a r c hak i n do fn e wr e a c t o r c a l l e dh u m u s - s o i lr e a c t o r ( h b r ) w a si n t r o d u c e di n t oat r a d i t i o n a ls b ra saw h o l e c o m p a r e dw i t hat r a d i t i o n a ls b r a n da ne x p e r i m e n tm e t h o dc o m b i n i n gb a t c h e x p e r i m e n t sa n dd y n a m i ce x p e r i m e n t sw a su s e dt os t u d yt h ei m p r o v e m e n to ft h e r e m o v a ll e v e lo f c o n t a m i n a n t sb yt h eh u m u s - s b ra n dt h ee f f e c t so fh u m u ss o i lo nt h e s e t t l i n ga n dd e w a t e r i n gc h a r a c t e r i s t i c so fa c t i v a t e ds l u d g ea n dt h ef r a c t i o nd i s t r i b u t i o n o fh e a v ym e t a l si ne x c e s ss l u d g e t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t ：( 1 ) t h er e m o v a ll e v e lo fc o d 、b o d 、n h 3 - n b yt h e h u m u s - s b rw a sal i t t l eh i g h e rt h a nt h a tb yt h et r a d i t i o n a ls b r ，w h i l et h er e m o v a l l e v e lo ft na n dt pw a ss i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h a tb yt h et r a d i t i o n a ls b r ，b y1 0 a n d2 0 r e s p e c t i v e l y ( 2 ) t h er e m o v a lr a t eo fc ua n dn ib yt h et r a d i t i o n a ls b rw a sa l i t t l eh i g h e rt h a nt h a tb yt h eh u m u s s b r ，a n dt h ef o r m e rw a s8 3 9 a n d6 0 5 w h i l e t h el a t t e rw a s8 2 3 a n d5 7 9 h o w e v e r ，t h er e m o v a lr a t eo fc r 、f e 、m n 、m o 、p b a n dz nb yt h eh u m u s - s b rw a sal i t t l eh i g h e rt h a nt h a tb yt h et r a d i t i o n a ls b r ，a n d t h ef o r m e rw a s4 3 1 、7 1 5 、8 4 7 、1 0 0 、9 1 9 a n d7 4 1 ，w h i l et h el a t t e rw a s 9 5 、7 1 0 、7 4 5 、1 0 0 、8 5 5 a n d6 9 4 ( 3 ) t h ed e g r a d a t i o nr a t eo fo r g a n i c p o l l u t a n t s ，n i t r i f i c a t i o nr a t eo fn h 3 - na n dt h ep h o s p h o r u su p t a k er a t ei na e r o b i cs t a g e o fs b rw a si m p r o v e db yi n t r o d u c i n gah b r ( 4 ) t h es e t t l i n ga n dd e w a t e r i n g c h a r a c t e r i s t i c so fs l u d g ew e r es i g n i f i c a n t l yi m p r o v e db ya d d i n gh u m u ss o i lp o w e r , a n dt h ei n i t i a ls e t t l i n gv e l o c i t y ，t h ez o n es e t t l i n gv e l o c i t y ，s v i ，t h i c k e n i n gr a t i oo ft h e s l u d g e ，s r f ，c s ta n dt h ec a k es o l i dc o n t e n tw e r ei m p r o v e da st h eh u m u ss o i ld o s a g e i n c r e a s e d ( 5 ) t h es e t t l i n ga n dd e w a t e r i n gc h a r a c t e r i s t i c so ft h ea c t i v a t e ds l u d g ei nt h e h u m u s - s b rw e r es u p e r i o rt ot h a to ft h ea c t i v a t e ds l u d g ei nt h et r a d i t i o n a ls b r ，a n d t h ed e w a t e r i n gc h a r a c t e r i s t i c so ft h ee x c e s ss l u d g eo ft h eh u m u s s b rw a sa l s ob e t t e r t h a nt h a to ft h ee x c e s ss l u d g eo ft h et r a d i t i o n a ls b r ( 6 ) t h et o t a la m o u n t so fz n 、p b 、 n ia n dc ui ns l u d g ew e r ec o n s t a n tb e f o r ea n da f t e ra d d i n gh u m u ss o i lp o w e r ，b u tt h e i n s t a b l ef r a c t i o n so ft h et h e s ef o u rm e t a l sd e c r e a s e da st h ed o s a g eo fh u m u ss o i l p o w e ri n c r e a s e d ，w h i l et h es t a b l ef r a c t i o n si n c r e a s e d a n da f t e r2 1 d sr e a c t i o n ，t h e i i i a b s t r a c t f r a c t i o n d i s t r i b u t i o n6 fh e a v ym e t a l si ns l u d g ew a sc o n s t a n t ( 7 ) t h e r ew e r en o s i g n i f i c a n td i f f e r e n c e sb e t w e e nt h et o t a la m o u n t so fz n 、p b 、n ia n dc u i ns l u d g eo f t h eh u m u s s b ra n dt h a to ft h et r a d i t i o n a ls b r ，h o w e v e r ，t h e s ef o u rm e t a l si ns l u d g e o ft h eh u m u s s b rw e r es t a b l et h a nt h a to ft h et r a d i t i o n a ls b r ( 8 ) t h ea m o u n t so f z n 、p b 、n ia n dc ul e a c h i n gf r o ms l u d g eu n d e ra c i dc o n d i t i o n sw e r es i g n i f i c a n t l y d e c r e a s e db ya d d i n gh u m u ss o i l t h u s ，t o x i cl e v e lo fh e a v ym e t a l si nt h es u b s e q u e n t u t i l i z a t i o no fe x c e s ss l u d g ec o u l db er e d u c e db ya d d i n gh u m u ss o i l f i n a l l y t h ei s s u c sa b o u tf u r t h e rr e s e a r c hw e r es i m p l yd i s c u s s e d k e yw o r d s ：h u m u ss o i l ，s b r ，t h es e t t l i n ga n dd e w a t e r i n gc h a r a c t e r i s t i c so f s l u d g e ，t h ef r a c t i o nd i s t r i b u t i o no fh e a v y m e t a l s i v 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年多月眵日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，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，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名：? 耄 雨 伽严 月j5 日 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 活性污泥工艺概述 在当前污水处理领域，活性污泥法是一种处理有机废水的最基本的方法， 也是最广泛使用的技术之一。普遍应用于城市污水和各种工业废水的处理。 自1 9 1 4 年在英国曼彻斯特建成活性污泥法试验场以来，至今已有近百年的 历史。经过不断发展，特别是近几十年来，活性污泥法在生物学、反应动力学 的理论和实践上都取得了长足的发展，出现了多种能够适应各种条件的工艺流 程。当前，活性污泥法已成为生活污水、城市污水以及工业有机废水处理的主 体工艺。 活性污泥法从本质上分析与天然水体( 江、湖) 的自净过程相似，二者都为好 氧生物处理，只是它的净化能力强度大，可以认为活性污泥法实质是天然水体 自净作用的人工化和强化。 1 1 1 活性污泥法的概念和基本工艺流程 1 9 1 2 年英国的克拉克( c l a r k ) 和盖奇( g a g e ) 发现，对污水长时间曝气会产生污 泥，同时水质会得到明显的改善。随后，阿尔墩( a r d e n ) 和罗开特( l o c k e t t ) 对这一 现象进行了深入研究，结果表明，这些沉淀污泥对污水处理具有重要作用，他 们把它称为活性污泥。把曝气后的废水静止沉淀，只倒去上层净化清水，留下 瓶底污泥，供第二天使用，这样大大缩短了废水处理的时间。这个试验的工艺 化便是于1 9 1 4 年建成的第一个活性污泥法污水厂。 在显微镜下观察这些褐色的絮状污泥，可以看到大量的细菌，还有真菌、 原生动物和后生动物，它们组成了一个特有的生态系统。正是这些微生物( 主要 是细菌) 以废水中的有机物为食料，进行代谢和繁殖，才降低了废水中有机物的 含量。所谓普通活性污泥法就是利用这些悬浮生长的微生物处理有机废水的一 类好氧生物处理方法。自1 9 1 2 年开始至今，活性污泥法的研究经过近9 0 年的 发展，在理论和实践上都取得了很大的进；步【1 1 。 作为废水生物处理技术中的重要方面，活性污泥法与其他方法一样，既要 为微生物生长繁殖提供适宜的环境条件，又要为它们设置能够高效发挥其吸附、 第1 章绪论 吸收和氧化污染物能力的场所。依据这种原则，因目的和处理对象不同，活性 污泥法又派生出许多运作方式和工艺，因此成为这一类型的通称。它们的 主要特征表现在： ( 1 ) 用生物絮凝悬浮体作为生化操作的主体； ( 2 ) 利用曝气设备向生化操作系统分散空气或氧气，为微生物提供氧源； ( 3 ) 对体系进行混合搅拌以增加接触和加速生化反应传质过程； ( 4 ) 一般采用沉淀方式去除有机体，降低出水中的微生物固体含量； ( 5 ) 通过回流使沉淀池浓缩的微生物絮凝体返回到反应系统； ( 6 ) 为保证系统内有机体细胞平均停留时间的稳定，经常排出一部分生物固 体。 从上述特征可以看出，一个最基本的活性污泥法生化操作系统，应该由反 应器、沉淀池以及包括曝气、混合、回流、排除剩余有机体等辅助设备组成。 普通活性法工艺流程见图1 1 。 图1 1 酱通活性污泥法：r 艺流样图 1 1 2 常用活性污泥工艺嘲 1 1 2 1 常用连续流活性污泥工艺 ( 1 ) 渐减曝气活性污泥工艺 2 0 世纪4 0 年代，为了克服普通活性污泥法中供氧速率与需氧速率间不平衡 的矛盾，而首先在美国纽约城市污水处理厂出现了“不均匀曝气活性污泥法，的 新运行方式和工艺。该法又称渐减曝气活性污泥法，其流程与普通活性污泥法 一样，只不过是对流程的曝气方式作了改进，把供气沿池长平均分布的曝气方 式改成在曝气池前段供给更多的空气，供气量沿池长逐渐减少的供气方式。 ( 2 ) 分步曝气活性污泥工艺 2 第1 章绪论 在3 0 年代，纽约市污水厂的曝气池空气量供应不足，厂总工程师把入流的 一部分从池端引到池的中部分点进水，见图1 2 ，解决了问题。使同样的空气量， 同样的池子，得到了较高的处理效率。 送水 图1 2 分步曝气示意图 ( 3 ) 完全混合活性污泥工艺 为了适应城市污水在水量、水质变化的规律，人们采取措施，以增大污水 处理系统中的耐冲击负荷能力。因而在5 0 年代国外出现了“完全混合活性污泥 法”新工艺，这种新工艺在曝气池中建立了多点进水、多点进入回流污泥的新运 行方式。 完全混合活性污泥法常采用二种曝气方式，一种是鼓风曝气，一种是机械 曝气。见图1 3 和图1 4 。 曝气泡 图1 3 采用鼓风曝气的完全混合活性污泥法流程 3 第1 章绪论 图1 4 采用机械曝气的完全混合活性污泥法流程 优点： ( a ) 曝气池内流体混合良好，各汽水质几乎相同； ( b ) 进水负荷的变化对污泥的影响可降到极小程度； ( c ) 池内各点水质比较均匀，各处微生物的性质和数量基本l 二相同，池子 各部分的工作情况几乎一致，供气可以恒定。 缺点： ( a ) 连续进出水时，可能产生短流； ( b ) 在进水水质比较稳定及目i j 常用的负荷下出水水质往往不及普通法( 可 用延时曝气池的负荷，获得好的水质) 。 ( 4 ) 浅层曝气活性污泥工艺 1 9 5 3 年，派斯维尔( p a s v e e r ) 曾计算并测定氧在1 0 静止水中的传递特性， 如图1 5 ，他发现了气泡形成和破裂瞬间的氧传递速率最大的特点。在水的浅层 处用大量空气进行曝气，就可获得较高的氧传递速率。为了使液流保持一定的 环流速率，将空气扩散器分布在曝气池相当部分的宽度上，并设一条纵墙，将 水池分为两部分，迫使曝气时液体形成环流。 浅层曝气与一般曝气相比，空气量是增大，但风压仅为一般曝气的1 3 1 4 ， 故电耗并不增加略有下降。浅层池使用于中小型规模的污水厂。但由于布气系 统进行维修上的困难，没有得到推广应用。 4 第1 章绪论 j 警一、 的 ，：。 ： 0 ； | ； t 。，桦飞 。 。#， ， l 气j。 、k ，_ 图1 5 浅层曝气布置原理 ( 5 ) 深层曝气活性污泥工艺 深层曝气法研究起于6 0 年代，一般深层曝气池的水深可达1 0 2 0 m 。这一方 法主要是为了减少处理设备的占地面积和提高氧的转移效率而发展起来的。由 于水深的增加，水压促使混合液中溶解氧也大大增加，同时由于池深，大大减 少了占地面积，并延长了空气与水的接触时间，从而提高了曝气池处理污水的 负荷。七十年代，国外发展了超深层曝气法，又称深井曝气，水深达到1 5 0 3 0 0 m ， 操作中混合液溶解氧浓度为1 0 2 0 m g l ，m l s s8 0 0 0 1 0 0 0 0 m g l 之间。 5 第1 章绪论 优点： ( a ) 耐冲击负荷强，受温度影响小，出水水质稳定； ( b ) 在高负荷下处理效果良好，生物凝絮性、污泥沉降性能均好； ( c ) 剩余污泥的产率低； ( d ) 占地面积小，并可省去初次沉淀池。 缺点： 深井曝气装置受地质条件及施工能力的限制。 ( 6 ) 高负荷曝气或变型曝气活性污泥工艺 有些污水厂只需要部分处理，因此产生了高负荷曝气法。曝气池中m l s s ， 约3 0 0 5 0 0m g l ，曝气的时间比较短，约2 3 h 。处理效率仅约6 5 左右，有别 于传统的活性污泥法，故常称变型曝气。 ( 7 ) 克劳斯( k r a u s ) 法活性污泥工艺 美国有一酿造厂，污水的碳水化合物含量有时特别高，给城市污水厂的运 行造成很大的困难，常引起污泥膨胀。膨胀的活性污泥不易在二沉池中沉淀， 而随水流带走，不仅降低了出水水质，而且造成回流污泥量不足，进而降低了 曝气池中混合液悬浮固体浓度。如不及时采取措施加以解决，就会使系统中的 活性污泥愈来愈少，从根本上破坏曝气池的运行。 克劳斯工程师把厌氧消化的上清液加到回流污泥中一起曝气，然后再进入 曝气池，成功的克服了高碳水化合物的污泥膨胀问题。这个过程称为克劳斯法。 消化池上清液中富有氨氮，可以供应大量碳水化合物代谢所需的氮。此外，消 化池上清液挟带的消化污泥比重较大，有改善混合液沉淀性能的功效。 ( 8 ) 延时曝气活性污泥工艺 延时曝气池采用的f m 比特别小( 常在o 1 0 2 5k g b o d s k g m l s s d 之间) ， 曝气时间长( 水力停留时间约在1 5 3 6 小时，泥龄约在2 0 6 0 天之问) ，可以大 大减小污泥量，理论上可以没有污泥产生，但在反应器的容积上要大得多，且 要消耗较多的空气( 一般约2 倍于普通法所需) ，所以仅适用于少量废水的处理。 由于延时曝气法采用了低的污泥负荷，并且供应了大量空气，在反应器中有可 能引起相当程度的硝化作用。延时曝气法一般采用完全混合的运行方式。 在5 0 年代丌发的氧化沟是延时曝气法的一种变型，其主要特点是受操作工 的熟练程度影响很小。流程见图1 6 。它的池体狭长，池深较浅，在沟槽中设有 表面曝气装置。曝气装置的转动，推动沟内液体迅速流动，取得曝气和搅拌两 6 第1 章绪论 个作用，沟中混合液流速约为o 3 0 6 m s ，使活性污泥呈悬浮状态，卡罗塞式氧 化沟是一种典型的氧化沟，它是由荷兰d h v 公司于6 0 年代开发的使用很广泛 的一种氧化沟，如我国昆明兰化沟污水处理厂，桂林市东区污水处理厂及上海 龙华肉联厂的废水处理都采用这种形式的氧化沟，它不但可以达到9 5 以上的 b o d 5 去除率，还可同时达到部分脱氮除磷的目的。 图1 6 氧化沟流程图 ( 9 ) 吸附再生活性污泥工艺 活性污泥净化水质的第一阶段主要是依靠污泥的吸附作用。良好的活性污 泥同生活污水混合后在1 0 3 0 m i n 的时间内能够基本完成吸附作用，污水的 生化需氧量可被除去8 5 9 0 左右。为了充分利用活性污泥法在去除有机物过 程中具有吸附和稳定两个阶段的规律，提高系统中曝气池的利用效果及缩短曝 气时间，在四十年代、六十年代，分别在美国与我国出现了“吸附再生活性污泥 法”新工艺。图1 7 ( a ) 所示是吸附再生法的流程，其中图1 7 ( b ) 在构造上把吸附池 和再生池合在一起。 7 第1 章绪论 l l l i 堕一_ l 篓魉里 ( a ) l f l 一一一一塑型生一j 型塑塑 ( b ， 图1 7 吸附再生法流程 从图1 7 可以看出废水的吸附和污泥的再生是分别在两个池子罩或一个池 子的两部分进行，这是它的一个特点，其另一个特点是：为了更好地吸附废水中 的污染物质，所用回流污泥量比普通法多，回流比一般在5 0 一1 0 0 。 优点： ( a ) 只有回流的一部分污泥进行了再生( 稳定化) ，所以生物吸附法的吸附池 和再生池的总容积大大小于常规曝气池的总容积，且空气用量不增加： ( b ) 因回流污泥较多，具有一定的调节平衡能力，适应负荷变化； ( c ) 最适于处理含悬浮和胶体物质较多的废水。 缺点： ( a ) 吸附时间短，处理效率不如普通法，一般在8 5 9 0 ； ( b ) 回流污泥多，增加了污泥泵的负荷。 r 第1 章绪论 ( 1 0 ) 纯氧曝气活性污泥工艺 纯氧曝气法是仅对曝气方式的革新。关于纯氧曝气的最早设想是在三十年 代。二战后，“廉价吨位氧气”的出现使纯氧曝气的研究提上了议程。1 9 6 6 年， 联合碳化物公司发明了u n o x 系统，进一步推动了纯氧曝气的发展。1 9 6 8 至 1 9 7 7 年问，e p a 九个大型研究项目的启动，为纯氧曝气的研究提供了大量有用 的数据。利用纯氧曝气，氧的溶解度和氧溶入水中的推动力都得到的提高，从 而大大改变整个生化反应的性能。 优点： ( a ) 能满足较高的氧气要求； ( b ) 曝气池中保持较高的m l v s s 浓度，因此可减小曝气池体积； ( c ) 污泥沉淀性能好； ( d ) 对单位b o d 5 去除而言，最终产污泥量较低； ( e ) 氧的利用率高，节省能源； ( f ) 对水质变化适应性强，耐冲击负荷，不易产生污泥膨胀，处理效果好。 缺点： 氧气曝气装置，在结构、设备材料和自动化仪表控制方面，技术要求较高， 在一定范围内影响其推广和应用。 ( 1 1 ) 活性生物滤池( a b f 工艺) a b f 工艺流程是在通常的活性污泥过程之前设置一个塔式滤池，它同曝气 池可以串联的，又可以是并联的，但主要是串联。塔式滤池滤料表面上附着很 多活性污泥，因此滤料的材质和构造不同于一般生物滤池。通常用耐腐蚀的木 板条做成栅状板，然后平放重叠起来。栅板与栅板之间留有一定间距，塔高4 6 m 。塔的设计负荷率为3 2 k g m d ，去除率约为6 5 ，冬季处理效果较差，和水 温有关。塔的出流含氧量高达6 - 8 m g l ( 2 0 ) ，混合液需氧速率也高，随水浓度 不同，可达3 0 - - 3 0 0 mm g l h 左右。 这里滤池也可以看作采用表面曝气特殊形式的曝气池，塔是一个强烈的充 氧器。因而a b f 可认为是一个复合式活性污泥法。 污水流过滤池的时问不到lm i n ，但由于滤料污泥层附着水的存在，实际上 污水的逗留时间要长的多。对a b f 工艺国内外都作了一些研究，但对它的技术 经济和运行特性的研究还不够充分。 ( 1 2 ) 吸附生物降解活性污泥工艺( a a 法) 9 第1 章绪论 7 0 年代，德国亚深工业大学的b o c h n k e 教授提出了吸附一生物降解工艺， 简称a b 法，其工艺流程如图1 8 所示。a 级以高负荷或超高负荷运行( 污泥负荷 2 o k g b o d s k g m l s s d ) ，b 级以低负荷运行( 污泥负荷一般为 o 1 - 0 3 k g b o d s k g m l s s d ) ，a 级曝气池停留时间短，3 0 - 6 0 m i n ，b 级停留2 4 h 。 该系统不设初沉池，a 级是一个开放性的生物系统。a 、b 两级各自有独立的污 泥回流系统，两级的污泥互不相混。 瓣 图1 8a b 法1 j 艺流科 1 1 2 2 批式活性污泥法( s e q u e n c in gb a t c hr e a c t o r ，s b r ) s b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 法，为序批式反应器，称序批式活性污泥 法。s b r 法的运行方式以间歇操作为主要特征，故我国常称它为序批间歇式活性 污泥法。序批式反应器( s b r ) 由两个池或多个池所构成，在运行操作上一般按进 水、反应、沉淀、排放和闲置五个阶段周期性进行。s b r 法将生化池( 包括厌氧 池、缺氧池、好氧池) 和二沉池集于一装置中，用控制时间程序去完成连续流动 设施所达到的去除b o d 和脱氮除磷的目标。 s b r 简单( 将曝气、沉淀集于一池内，回流污泥及其设备) ，运行方式灵活， 适应城市污水间歇无规律排放，耐冲击负荷，脱氮除磷效果较好。由于它是合 建式构筑物，故其征地和土建费一般较低。由于s b r 中各反应器间歇周期运行， 反应器中的溶解氧和底物含量随时间不断变化，而且微生物处于富营养、贫营 养、好氧、缺氧和厌氧周期性变化的环境中，运行中需要设置溶解氧( d o ) 、氧 化还原电位( o r p ) 测定仪和时问定时器，便根据池中d o 值、运行时间和水位变 化( 由撇水器控制) 来调节风机开启程度，达到降低能耗和保证出水水质达标排 放。由此可见，s b r 工艺运行的自控程度要求较高。 1 0 第1 章绪论 1 2 活性污泥特性概述 活性污泥是污水活性污泥处理系统的反应工作主体，是由细菌、微型动物 为主的微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起所形成的絮状体颗粒，主要由 以下4 部分物质所组成：具有代谢功能活性的微生物群体( m a ) ；微生物( 主 要是细菌) 内源代谢、自身氧化的残留物( m e ) ；由原污水挟入的难为细菌降解 的惰性有机物质( m i ) ；由污水挟入的无机物质( m i i ) 。良好的活性污泥具有很强 的吸附分解有机物的能力和良好的沉降性能，絮体的大小约为0 0 2 , - - - 0 2 m m ，多 为茶褐色，微具土壤味，密度约为1 0 0 5 9 c m ，含水率在9 9 左右。在多数情况 下，活性污泥中的主要微生物是细菌，伴之以营腐生的原生动物构成基本营养 层次，然后是以细菌为食的掠食性原生动物占优势。 第1 章绪论 汾 泥 组 成 彳机相 元黼濂gh n 0 s a 叫 徽一 懑，弗) 粼一 微生物维成 寄生出卵 指示 生生物含嚣 l 剐蛳l 栅f ? 一 图1 9 城市污泥基本组成的描述体系【3 l 城市污泥的组成主要因污水来源及其比例、城市生活及生产结构等的不同 而不同。污泥的组成可以分为固相和流动相两大部分，城市污泥的基本组成的 描述体系如图1 9 所示。 1 2 1 污泥沉降脱水性能 1 2 1 1 污泥沉降比( s v ) 1 2 分水耪 分 分 艄 盼 彬 埘 曙 泳 刚 叠 湎 洽 自 湖 蒯 结 船 珈 溯 蝴 厂，歹i、 第1 章绪论 污泥沉降比是曝气池混合液在l o o m l 量筒中，静止沉降3 0 m i n 后，沉降污 泥与原混合液的体积比( ) 。正常污泥在静止3 0 m i n 后，一般可以到达它的最大 密度，所以沉降比可以反映曝气池正常运行的污泥数量，可以用于控制剩余污 泥的排放，还能反映出污泥膨胀等异常情况。由于s v 测定简单，便于说明问题， 所以是评定活性污泥特征的重要指标之一。一般城市污水的s v 值在1 5 3 0 左右。 1 2 1 2 污泥容积指数( s v i ) 泥水混合液体在静置3 0 r a i n 后，1 9 干污泥所形成的污泥体积，称为污泥体 积指数( s v i ) ，单位m l g ，其值按下式计算： s v i s v ( m g l ) m l s s ( g l ) 污泥容积指数s v i 能够反映活性污泥的凝聚、沉降性能，对生活污水及城 市污水，此值以介于7 0 , - - 1 0 0 之间为宜。s v i 值过低，说明泥粒细小，无机质含 量高，缺乏活性；过高，说明污泥的沉降性能不好，并且已有产生膨胀现象的 可能。 1 2 1 3 污泥比阻( s r f ) 污泥比阻( s r f ) 是表示污泥过滤脱水特性的综合性指标，它的物理意义是： 单位质量的污泥在一定压力下过滤时在单位过滤面积上的阻力。求此值的作用 是比较不同的污泥( 或同一污泥加入不同量的混合剂后) 的过滤性能。污泥比 阻愈大，过滤脱水性能愈差。 过滤时滤液体积v ( m l ) 与推动力p ( 过滤时的压强降，g e m 2 ) ，过滤面积 f ( c m 2 ) ，过滤时间t ( s ) 成正比；而与过滤阻力r ( c m x s 2 m l ) ，滤液粘度m g ( c m x s ) 】 成正比。 阽案( 砒) ( 1 - 1 )“t 过滤阻力由滤渣阻力r ：和过滤隔层阻力r g 构成。而阻力只随滤渣层的厚度 增加而增大，过滤速度则减少。因此将式( 1 1 ) 改写成微分形式： 石dv一告一百pf(1-2),ua 一= 。一i 一 出 6 “口业 1 7 由于只r g 比r z 相对说较小，为简化计算，姑且忽略不计。 1 3 第1 章绪论 d 单位体积污泥的比阻； p 滤渣厚度； c 获得单位体积滤液所得的滤渣体积。 如以滤渣干重代替滤渣体积，单位质量污泥的比阻代替单位体积污泥的比 阻，则( 1 3 ) 式可改写为： 一d v 。型二 ( 1 - 。4 4 1 ) 一l i_i 式中，a 为污泥比阻，在c g s 制中，其量纲为鼎g ，在工程单位制中其量纲为 c m g 。在定压下，在积分界线由o 到t 及o 到v 内对式( 1 4 ) 积分，可得： 三。黑v ( 1 5 ) y2 卵 、 式( 1 - 5 ) 说明在定压f 过滤，t n 与v 成直线关系，其斜率为 b ；业：氅v 口；三匠b ；r b ( 1 - 6 ) “cc 需要在实验条件下求出b 及c 。 b 的求法。可在定压下( 真空度保持不变) 通过测定一系列的t v 数据，用图 解法求斜率( 见图1 1 0 ) 。 1 4 o 乓蛘 生础 业西 第1 章绪论 图1 1 0 图解法求b 示意图 c 的求法。根据所设定义 c 一 ( q o q ) q 式中q 旷亏泥量，； q 厂_ 滤液量，m l ； ( g 滤饼干重m l 滤液) ( 1 - 7 ) c r 滤饼固体浓度，g m l 根据液体平衡q o ，q ，+ 幺 根据固体平衡q o c o = q y c ，+ q q 式中c o - - - - 污泥固体浓度，g m l ； c 。污泥固体浓度，g m l ； q r 蜥泥固体滤饼量，m l 。 可得 q y ；_ o o _ ( c o _ - - _ c , ) 带入式( 1 7 ) 化简后得： “ c ；c , ( o o - o , ) ( g 滤饼干重m l 滤液) ( 1 - 8 ) 鳞 上述求c 值的方法，必须测量滤饼的厚度方可求得，但在实验过程中测量 饼厚度是很困难的且不易量准，故改用测滤饼含水比的方法。求c 值。 c 2 而而i ；_ 1 1 丽j i g 滤饼干重m l 滤液 c t c i 式中c i _ 一1 0 0 9 污泥中的干污泥量； c i l o o g 滤饼中的干污泥量。 1 2 1 4 毛细吸收时间( c s t ) 毛细吸收时间( c s t ) 是指滤液在滤纸上渗透特定距离所需要的时间，可用于 表征污泥的脱水性，c s t 越大意味着污泥的脱水性越差。 1 2 2 污泥中重金属形态及提取方法 重金属有多种定义方法【4 】。通常来讲，c r 、m n 、f c 、c o 、c u 、z n 、m o 、 a g 、h g 、c d 、n i 和原子量大于n a 的金属均被称为重金属。除此之外，元素周 第1 章绪论 期表中的i i a 、l i b 、i v b 和v b 的元素，也就是说，a i 、b e 、t n 、t h 、p b 、b i 以及非金属a s 、s e 和s b 也被包括在有毒重金属之内。目前，被广泛接受的一 个定义是：密度大于5 9 9 e r a 3 的金属元素统称为重金属【5 , 6 1 。根据这一定义，有6 9 种元素属于重金属元素，其中有1 6 种为化学性质变化很大的人造元素。然而， 这一定义的缺陷在于过多地依赖于物理特性。因此，n i e b o e r 和形r i c h a r d s o n l 4 j 建议避免“重金属”一词，而根据金属离子与配合基间的平衡常数将金属分为三类： 即a 类、b 类和中间( 过渡) 元素。a 类是指其离子易于与含氧配合基配合的金属 元素；b 类是指其离子易于与含氮和硫配合基配合的金属元素：中间元素则是介 于a 、b 中间的元素。 本文中采用目前广泛应用的重金属的定义，即密度大于5 9 9 c m 3 的金属元素 称为重金属。 所谓的重金属形态包括重金属的价态、化合态、结合态和结构态四个方面， 即某一重金属元素在环境中以某种离子或分子存在的实际形式【。7 ，8 j 。重金属可以 因形态中某一个或几个方面不同而表现出不同的毒性和环境行为。对环境样品 中重金属的不同物理形态与化学形态的测定与表征则称为重金属的形态分析【9 1 。 金属元素在环境中通常以不同的物理与化学形态存在。物理、化学形态的 不同决定了重金属在环境中的积累、迁移及毒性的不同。这一介于分析化学和 毒理学学科界面的研究j 下越来越多的受到环境化学家和生物学家的关注。其中 坏境化学家主要侧重于以分析化学为手段模拟生物测试结果；而生物学家以生 物测试为主要手段，通过分析影响因素来模拟环境过程【1 0 】。形态分析、生物可 给性与生态毒理研究是三个不同的环境科学研究领域【l l l 。重金属形态分析的重 要环境意义就在于力求形态分析技术与生物有效性及其生物毒性取得一致，使 重金属化学形态的测定能提供有效的生物有效性和生物毒性信息【1 2 1 4 l ；通过对 沉积物、污泥以及土壤植物系统中重金属存在形态的分析来深入了解其迁移转 化机理、阐明其生物毒性效应等。 1 2 2 1 提取剂的选择 重金属的形态分析主要是选择适当的提取剂来模拟各种可能存在的自然或 急剧条件的环境变化，以及在此环境条件下重金属的释放情况。因此，提取剂 的敏感性是重金属形态分析的关键因素，目前应用比较广泛的提取剂上主要有 以下几类【1 3 , 1 5 , 1 6 1 6 第1 章绪论 ( 1 ) 水，用于分离提取土壤、沉积物和污泥中重金属的水溶性部分； ( 2 ) 无机缓冲盐为主的提取剂，如n h 4 0 a c ，c a c l 2 等，用于提取可交换态 的金属元素，即重金属元素的可代换性的阳离子； ( 3 ) 弱酸，如c h 3 c o o h ，h 3 p 0 4 等，在性质上模拟了植物根系有机酸分泌 所造成的微酸性环境，即主要用于提取重金属元素的易于受环境p h 影响的可还 原部分； ( 4 ) 有机络合物，如e d t a 、d t z p a 等，在性质上模拟了土壤重金属元素中 的不稳定( 或可给态) 部分及植物根系有机酸分泌物对重金属元素的络合吸附作 用。 1 2 2 2 提取方法的研究 土壤、沉积物及污泥中重金属的形态提取方法可分为单级提取法和分级提 取法( 连续提取法) 两大类。 单级提取法的基本原理是基于元素以不同的形式结合于土壤组分中，而不 同的结合形式溶解能力不同，因而可用不同的溶剂提取出来阳。单级提取法在 研究重金属有效性方面有着明显的优点，却无法明确污泥施用到土壤后的重金 属在各组分间的形态分配，对重会属的长期生态效应很难进行较准确的预测。 分级提取法是指采用选择性的提取