（市政工程专业论文）周期循环式生物膜法（CASBS）处理小区生活污水再生利用的试验研究.pdf

蔫要 摘要 随着城市化进程的加快以及旅游业的快速发展，远离城市的别墅区、度假村、 居住区、生活服务区、饭店、宾馆等纷纷兴建，小区的用水量和污水排放量越来 越大。由于小区位置分散，全部污水由城市污水厂收集输送再处理难度较大；另 外，小区绿化、浇洒道路等引起用水量不断加大，使城市供水能力显得不足，造 成我国水资源危机日益严重。所以发展小区生活污水再生利用，对于缓解水资源 短缺的现状具有积极的现实意义。 本文通过对目前常用的小区生活污水处理工艺进行比较分析，重点针对 c a s s 工艺处理低浓度小区生活污水时存在的问题，提出改进型水处理工艺周 期循环式生物膜法( c a s b s ) ，即在c a s s i 艺主反应区投加填料，将周期循环 活性污泥法与生物膜法相结合的工艺。通过控制不同周期、不同曝气速率、不同 排水比等运行条件，采用c a s b s 工艺和c a s s 工艺处理小区生活污水进行了一系 列平行试验。 本研究得出的主要结论：在满足相同的水量和去除率的要求下，采用c a s b s 工艺可减小反应器容积，降低污泥产量，节省了建设费用和处理费用。根据城 市污水再生利用城市杂用水水质( g b ；r1 8 9 2 0 2 0 0 2 ) 标准，考虑工艺实用性和 经济性，选取石英砂过滤法作为深度处理工艺，经c a s b s 一砂滤组合工艺处理 后的出水水质为c o d - 3 0 m g l 、n h 3 - n4 5m g l 、浊度4 2n t u 。研究认为， 周期循环式生物膜法应用于小区生活污水再生利用是可行的。 关键词：周期循环生物膜法( c a s b s ) ；生活污水；再生利用；试验 a b s t r a c t w i t ht h eu r b a n i z a t i o nd e v e l o p m e n tq u i c k e n i n g ，r e s i d e n t i a la l a sf l o u r i s hb r i n g i n g o nm o r es e w a g ed r a i n a g e i ti sv e r yd i f f i c u l tf o rw a t e rt r e a t r n e n tp l a n tt od i s p o s eo fa l l s e w a g ed u et od i s p e r s i v el a y o u to fr e s i d e n t i a la l e i s i na d d i t i o n , l a w n , t r e ep l a n t i n g a n dw a t e r s c a p ek e 印r a i s i n gt h eb u r d e no fu r b a nw a t e rs u p p l y i n g ，w h i c hr e s u l ti nt h e c r i s i so fw a t e rr e s o u r c e s od e v e l o pt h es m a l la r e al i v i n g d i r t yw a t e rr e b i r t h e x p l o i t a t i o n , f o ra l l e v i a t et h ep r e s e n tc o n d i t i o nt h a tr e s o u r c e so fw a t e rn ms h o r tt o h a v et h ea c t i v e l yr e a l i s t i cm e a n i n g b a s e do nt h ec o m p a r i s o no ft h eu s u a ld o m e s t i cs e w a g et r e a t m e n tt e c h n i q u e si n t h er e s i d e n t i a l d i s t r i c t s ，t h i ss t u d y f o c u s e do nt h e p r o b l e m so ft r e a t i n g l o w c o n c e n t r a t i o nd o m e s t i cs e w a g ew i t hc y c l i ca c t i v a t e ds l u d g es y s t e ma n di m p r o v e dt h e p r o c e s st oc y c l i ca c t i v a t e ds l u d g eb i o f i l ms y s t e m , w h i c hc o m b i n e dc a s st e c h n i q u e w i t hb i o f i l mt e c h n i q u eb ya d d i n gf i l l e r si n t ot h em a i nr e a c t i o nz o n e u n d e rd i f f e r e n t o p e r a t i n gc o n d i t i o n s ，s u c ha sd i f f e r e n tc y c l e s ，d i f f e r e n ta e r a t i o nr a t e sa n dd i f f e r e n t h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e s ，as e r i e so fp a r a l l e lt e s t sw e r ec a r r i e du s i n gc a s sp r o c e s s a n dc a s s p r o c e s sr e s p e c t i v e l y i tw a sc o n c l u d e dt h a t ：t h ec a s b sp r o c e s sc o u l dr e d u c et h ev o l u m eo fr e a c t o r a n ds l u d g e ，w h i c hw o u l dc u td o w nt h ec o s tf o rc o n s t r u c t i o na n ds l u d g et r e a t m e n t d i r e c tf i l t r a t i o nb yq u a r t zs a n dw a sc h o s e nt ob et h ea d v a n c e dt r e a t m e n ta c c o r d i n go f t h ew a t e rq u a l i t ys 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 n s u m p t i o n ( g b t 1 8 9 2 0 - 2 0 0 2 ) n ew a t e rq u a l i t yw a sc o d _ 3 0 m g l ，n h 3 - n _ 5 m g l ，a n dt u r b i d i t y 雯n t u r e s e a r c hs h o w e dt h a tt h ec a s b sw a sf e a s i b l et h a tu s i n gc a s b sp r o c e s si nt h e t r e a t m e n to f d o m e s t i cs e w a g ei nt h er e s i d e n t i a ld i s t r i c t s k e y w o r d s ：c a s b s ；d o m e s t i cs e w a g e ；r e u s eo f r e c y c l e ；t e s t 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我 一同工作的同事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。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ： 杏钮碧 学位论文使用授权说明 2 岬年等月2 q - e l 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术 期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或 电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电 子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ：垄鱼坌z 唧年5 - 月2 牛日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题研究背景 1 1 1 引言 地球上总的水体积大约为1 4 亿k m 3 ，其中只有2 5 是淡水，大部分以永久 性冰或雪的形式封存于南极洲和格陵兰岛，而可供人类利用的部分仅有2 0 万k m 3 【”。中国多年平均水资源总量2 8 1 0 0 亿m 3 ，人均水资源量2 2 0 0 m 3 ，排在世界第 8 8 位，人均水资源仅为世界人均的四分之一口叫。根据“国际人口行动”对我国 水资源进行的总体评价，预计到2 1 世纪中叶我国人口达到1 6 亿高峰时，人均水 资源量将下降到1 7 6 0 m 3 ，全国将接近用水紧张国家的边缘【4 】。 另外，我国水资源的时空分布不均，南方多北方少，更加剧了局部水资源的 短缺状况【5 】。过去缺水城市主要在华北地区和长江以北的沿海城市，近年来南方 城市也相继出现缺水问题，如深圳、海口、三亚、杭州、宁波等城市。江苏、 广东、上海等一大批省市已经面临日益严重的“水质污染”型缺水【6 】。作为我国 经济和城市化发展最发达地区之一的太湖流域曾是我国水资源最丰富的区域之 一，但随着经济和社会的不断发展，节水和治污措施的相对滞后，近2 0 年来全 流域河网水质污染不断加剧，水体环境日趋恶化，出现了3 0 0 0 多万人口守着2 3 0 0 多k m 2 的太湖而n 水多用难”的尴尬局面【7 】。广东向来以雨量充沛著称，但在经济 发达地区形成了“经济发展一水体污染一水质下降”的恶性循环，经济发展越快 这一问题越突出。 经济建设要发展，城市人口要增加，城市用水需求也就必然增长，城市的供 水、节水和水污染防治工作将面临十分严峻的形势。水危机及其衍生的水质与生 态问题不仅将束缚和制约我国经济发展第三步战略目标的实现，而且有可能引发 重大的社会和政治危机，进而影响我国的国家安全格局嘲。要缓解和解决水危机 问题，必须深刻全面地认识我国水资源的特点及问题实质，开源与节流并重、合 理利用和有效保护相结合。 近年来，我国对水的再生利用已逐步开展。在一些水源特别紧张的城市，水 的重复利用率己达到较高水平，但总体水平还很低。如果全国工业用水的平均重 河海大学硕士学位论文 复利用率能在现有基础上提高2 0 个百分点，略低于发达国家水平，则每天就可 节水1 3 0 0 万吨，相应地节省供水工程投资2 6 亿元【9 o l ，节水量和经济效益都相 当可观。 1 1 2 城市污水再生利用的必要性 城市污水的再生利用是开源节流、减轻水体污染程度、改善生态环境、解决 城市缺水问题的有效途径之一【l ”，不仅技术可行，而且经济合理。城市污水的再 生利用本身蕴含着合理性和必然性。其合理性表现在，城市污水再生利用过程是 水自然再生循环过程的模拟与强化。其必然性表现在，城市用水的严重紧缺和水 资源可持续利用的客观需求，要求人们将污水加以净化处理和重新利用，以保证 水资源的开发利用能够满足社会经济可持续发展的需求。 随着我国经济的飞速发展，原始资源型缺水问题日益突出。据统计，全国 6 6 9 个城市中，4 0 0 多个城市常年供水不足【1 2 1 。正常年份缺水达6 0 x 1 0 8m 3 ，预计 2 0 3 0 年缺水量将达到( 4 0 0 5 0 0 ) 1 0 3 m 3 ，而且目前全国城市污水排放量大约为 4 1 4 x 1 0 8m 3 a 。城市污水处理率和二级处理率分别仅达3 0 和1 5 ，污水回用率 则更低。根据“十五”计划纲要的要求，到2 0 0 5 年我国城市污水集中处理率要 达到4 5 。如果污水回用率平均达到2 0 ，那么“十五”末期污水回用量可达到 4 0 x 1 0 8m 3 ，这可解决全国城市缺水量的一半以上1 ”。 污水再生利用产生的经济、社会和生态效益主要体现在 7 ，8 ：降低给水处 理和供水费用；减少城市污水排放及相应的排水工程投资与运行费用；改善生态 与社会经济环境，促进工业、旅游业、水产养殖业、农林牧业的发展：改善生存 环境，促进和保障人体健康，减少疾病( 特别是致癌、致畸、致基因突变) 危害； 增加可供水量，促进经济发展步并避免因缺水造成的损失等。 1 1 3 国外城市污水再生利用现状 日本由于国土狭小，人口众多，水资源严重短缺，污水回用起步较早。在1 9 6 2 年就开始污水再生利用，7 0 年代己初见规模，9 0 年代初，日本在全国范围内进 行了废水再生利用的调查研究与工艺设计，对污水回用在日本的可性行进行深入 的研究和工程示范，在严重缺水的地区广泛推广污水回用技术，使日本近年来的 取水量逐年减少，节水初见成效【l “。在1 9 9 1 年日本的“造水计划”中明确将污 2 第一章绪论 水回用技术作为最主要的开发研究内容加以资助i l 】，开发了很多污水处理工艺， 建立起许多以獭户内海地区为首的许多“水再生工厂”。 在1 9 5 0 年，美国污水研究者俱乐部就利用模型进行了污水深度处理实验研 究，1 9 6 5 年将其成果用于加利福尼亚州的南塔湖污水处理厂，处理能力达 2 8 4 0 0 0 m 3 d 用。目前，美国的城市污水处理等级基本上都在二级以上，处理率达 到1 0 0 1 6 1 。2 0 0 0 年，加利福尼亚州的污水再生利用量为8 6 4 x1 0 8 m 3 ，再生水水 量占平水年份全州城市年用水总量的7 左右；再生水用水总量中农业灌溉约 3 2 ，回灌地下水2 7 ，绿化灌溉1 7 ，工业生产7 ，补充地表径流、营造湿 地和休闲娱乐水面等景观生态用水3 ，屏蔽海水入侵约l ，其余1 3 用于城 市公共建筑和居民家庭的多种非饮用用途【1 刀；马里兰州巴尔德摩市的波利恒钢铁 厂将处理后的城市污水作为冷却水，回用水量达1 4 8 1 0 a 。 以色列位于地中海东岸，大部分为干旱和半干旱地带人1 2 1 6 0 0 多万，水资源 总量1 9 9 亿m 3 ，人均水资源占有量仅为3 0 0 m 3 左右【1 8 1 。因此，污水再生利用也就 成了解决水资源与用水需求间矛盾的重要措施。现有2 0 0 多个污水回用工程， 1 0 0 的生活污水和7 2 的市政污水得到回用，以色列污水利用量在总供水量中 所占比例目前己超过1 0 ，污水利用率之高堪称世界第一【1 9 】。他们采取的污水再 生利用处理过程为口0 1 ：城市污水的收集一传输到处理中心一处理一季节性储存一 输到用户一使用及安全处置。在再生利用方式上，包括小型社区的就地回用，中 等规模城镇和大城市的区域级再生利用。 到1 9 9 5 年，德国有大小污水处理厂1 0 3 9 0 座口1 1 。1 9 9 5 年德国的日排污水量 为l 1 0 7 m 3 ，约有8 0 3 的污水通过下水道送至污水厂处理，余下的1 9 7 则通 过简易的污水处理装置或化粪池处理。 另外，巴西和奥地利在中水回用方面，处理程度比较高，污水处理量和回用 量也高。 1 1 4 国内城市污水再生利用现状 我国的污水再生水利用理论研究和实践经历了“六五”期间的起步阶段 ( 1 9 8 0 1 9 8 5 ) ，“七五”到“九五”期间的技术储备和示范工程引导阶段 ( 1 9 8 6 2 0 0 0 ) 和目前的发展阶段伫2 3 1 ，主要活动如表1 1 所示。 3 河海大学硕士学位论文 表1 ，l 我国污水再生利用历程的概况 阶段时期研究课题政策法规标准、规范 建设部“六 起步 六五五”计划再生 阶段 水利用课题 水污染防治及 七五城市污水资源 北京市中水设施建设管生活杂用水水质标准( c j2 5 1 理试行办法( 1 9 8 7 ) - 8 9 ) 化技术 景观娱乐用水水质标准( g b 引导 污水净化与资建设部“城市中水设施1 2 9 4 1 - - 9 1 ) ；行业规范：建筑 阶段 八五 源化技术管理暂行办法”( 1 9 9 5 )中水设计规范，污水回用设计 规范 污水处理与水 行业标准：再生水回用于景观 九五工业关键技术 水体水质标准 研究 发展 十五 污水资源化利 再生水利用被写入“十国标：建筑中水设计规范，污 阶段用技术与示范五”纲要水回用设计规范 在二十世纪8 0 年代，青岛、大连、太原、北京、天津、西安等缺水的大城 市就相继开展了污水回用的实验研究工作，其中有些城市已修建了回用试点工程 并取得了积极的成果。例如，从1 9 8 4 年起，北京市环境保护研究所和北京市政 研究院先后在机关大院和住宅小区开展了建筑中水回用的设施研究。并在1 9 8 7 年出台的北京市中水设施建设管理试行办法中明确规定：凡建筑面积超过2 x1 0 4 m 2 的旅馆、饭店和公寓以及建筑面积超过3x1 0 4 m 2 的机关科研单位和新建 生活小区都要建立中水设施【2 4 】。天津市“七五”期间已对城市污水回用的政策、 方案、技术、经济等作了大量研究工作，并制定了相应的实施计划；1 9 8 2 年青 岛将中水作为市政及其他杂用水，从而缓解了水资源短缺；太原市北郊污水处理 厂将深度处理后的污水回用于太原钢铁工业冷却水；大庆乘风庄污水处理厂的二 级处理水经深度处理后直接注入地下作为石油开采用水【6 。 1 9 8 2 年青岛市开展了城市生活污水再生利用于养殖和市政用水的试点工作。 天津市近几年也在纪庄子污水厂开展污水再生利用的探索性研究，处理厂出水己 经广泛地用于养鱼。长沙有3 0 万m 3 d 的污水厂出水用于养鱼，鱼塘面积达1 4 3 0 公顷。 1 9 9 9 年落成的全国首座环保住宅小区北京房山北路春小区，在全国范围 内率先实现了“三无”( 无废气、无废水、无垃圾) 2 5 1 。该小区每日排放的6 4 0 m 3 生活污水经过小区内一座污水处理厂处理后进行回用，用于浇绿地、洗汽车、冲 马路，每天多余的水排入该区的一个人工湖中。目前全国只有几个小区达到了这 4 第一章绪论 样的环保高度。北京新世纪饭店地下二层建有污水再生利用处理设旋口6 l 。每间客 房排放的废水汇集到这里，经过微生物氧化、过滤、杀菌、消毒等一系列技术处 理后，再通过回用干管送到大楼顶部的回用水箱，然后再通过回用支管送到各个 客房的卫生问及非饮用水处，并应用于该店的洗车和中央空调的冷却循环水，这 套中水设施一年能为饭店节约近1 0 万m 3 自来水。 北京市东四环的紫南家园，是北京第一个接通市政污水再生利用的居民小 区，每天可节约自来水10 0 0 余m 3 。该小区使用的再生水取自北京市自来水集团 第六水厂的再生利用水源。目前，该厂的用户已达2 7 家，包括陶然亭、大观园等 7 家公园用水：东城、西城、崇文、宣武、朝阳、丰台的1 4 家环卫清洁用水；先 农坛、大观园两家公厕用水及紫南家园居民小区用水等。 天津一小区已铺上了三套管线，一套是饮用的纯净水管线，一套是自来水管 线，另一套为非饮用水管线。现在城市小区居民的用水量有5 0 左右是非饮用水， 如果这些非饮用水通过污水回用替代，即可解决小区5 0 左右的供水量。 1 2 小区生活污水再生利用的可行性及意义 1 2 1 小区生活污水就地处理就地再生利用的可行性 与城市污水集中处理和再生利用相比，小区生活污水再生利用更加合理【2 _ 7 】： ( 1 ) 与从远距离、集中处理的污水处理厂调水相比，污水就近收集和处理、所 生产的再生水就地利用更容易节省管道等输水设备的基建费用；( 2 ) 远距离输 水时必须提供防渗漏和防止再次污染的措施，这样就在一定程度上增大了运行成 本：( 3 ) 污水的就地处理，减少了集中处理厂的污水处理量，从而可以减小其 处理规模。如果缺水城市普及小区生活污水再生利用项目，则可以使集中处理厂 的处理规模减小2 0 - - 3 0 ；( 4 ) 营养物含量较低的小区生活污水就地处理可以缓 解对城市污水的稀释，增大污水处理厂有机物含量，从而增大处理厂运行的经济 合理性。 1 2 2 小区生活污水再生利用的意义 从保障水资源供应的可靠性和改善人民生活质量的来讲，在缺水地区实施小 区生活污水再生利用是最经济、最可靠、见效最快的办法，具有立竿见影效果； 小区生活污水水量稳定，就近可取，进行二次利用，无论从经济上，还是见效速 5 河海大学硕士学位论文 度上，比远距离取水和集中污水处理后再进行污水再生利用都来得合理和快速， 所以首先应发展小区生活污水再生利用，对于缓解缺水的现状具有积极的现实意 义。 小区生活污水再生利用，实现双路供水是建设节水型城市的重要体现；大大 地提高了水的重复利用率，减少城市发展对自然水源的需求压力，对目前市政污 水管道不完善的地区，小区生活污水再生利用设施的建设更具有节水和环保的双 重意义。 实现小区生活再生利用，有利于盘活现有的环保投入，使现有的环保设施更 为有效的发挥作用，可以杜绝污水处理设施虚设，以及在污水处理过程中弄虚作 假的现象，确保了环保投入的有效性，使环保投入更有价值，最大限度的实现了 环保投入的环境效益和经济效益。 小区生活污水再生利用是对小区用水及排水进行的根本变革，改变了原有小 区的用水方式，能全方位节约用水，做到了小区生活污水的自净和自用的闭路循 环。做到了城市开发一片，同时净化一片，克服以往城市建设“先污染后治理” 的弊端。 总之，小区生活污水再生利用是造福于民的，有着巨大的社会效益、环境效 益和经济效益【15 1 。 1 3 j , 区生活污水作为再生水水源特点 小区的生活排水多种多样，综合起来可以分为以下几种：洗浴排水、盥洗排 水、厨房排水、冲厕排水等。按传统的说法，将洗浴排水和盥洗排水合称为优质 杂排水，若包括了厨厕排水( 一般为化粪池出水) 称为生活污水。过去的运行实 践表明，优质杂排水作为荐生利用的原水，要求小区采用分流排水，将增加管网 费用；由于水量变化大，不易调节，需增大调节水池的容积，水处理工程的土建 费用将增大；原水中有机物浓度较低，不能为微生物降解提供充足的养分，降低 生物处理效率，影响出水水质。另外，优质杂排水提供的原水水量偏小，不能满 足小区生态环境对水量的需求。鉴于以上问题，本论文将小区生活污水作为再生 水原水。小区生活污水特点口8 】：( 1 ) 在各时段的污水量有较大差异，具有明显的 间隙性；( 2 ) 水质波动大；( 3 ) 污染物浓度通常比城市污水低，污水可生化性好。 6 第一章绪论 1 4 小区生活污水再生利用处理工艺的要求 1 4 1 小区生活污水再生利用的水质要求 为规范污水再生利用的设计规划和管理工作，国家颁布了城市污水再生利 用分类、城市污水再生利用城市杂用水水质、城市污水再生利用景观环境用 水水质、城市污水再生利用工程设计规范、 建筑中水设计规范。这些法规 提供了再生水不同用途的国家水质标准，为污水再生利用提供了权威性依据。本 文的小区生活污水主要再生利用于洗车、消防、车辆冲洗、城市绿化等几个方面， 因此使用城市污水再生利用城市杂用水水质( g b t 1 8 9 2 0 - 2 0 0 2 ) 标准，见表 2 1 。 表2 1城市污水再生利用城市杂用水水质 项目道路清扫、消防城市绿化车辆冲洗 浊度( n t u ) 1 01 05 溶解性固体( r a g l ) 1 5 0 01 5 0 01 0 0 0 嗅( m g l ) 无不快感觉 嗅无不快感觉 无不快感觉 p h 值 6 0 9 0 b o d 5 ( r a g l ) 1 52 0l o n h 3 - n ( m g l ) l o2 0 1 0 f e ( m g l ) 0 3 m n ( m g l ) 0 1 余氯( m g l ) 接触3 0 r a i n 后1 0 ，管网末端不低于0 2 总大肠杆菌指数( 个几) 3 1 4 2 小区生活污水再生利用的技术要求 由于污水就地再生利用的处理装置位于城区内部，靠近居民，土地昂贵，不 是所有的污水处理技术都适用于就地处理就地再生利用四】。总的来说，污水就地 再生利用技术必须满足下列要求：最终出水要满足所制定的再生水水质标准要 求；由于小区排放水从时段上讲很不均匀，因此所选择的处理工艺必须具有较强 的耐冲击负荷能力；国家的相关污水再生利用标准，对氮、磷有比较高的要求， 为防止出现黑臭等富营养化现象，处理设施所选择的工艺应具备脱氮除磷的功 能：必须消除再生利用装置可能产生的二次污染；工艺流程简练、处理效果稳定、 7 河海大学硕士学位论文 装置紧凑、占地少或不占地，外观与周边环境协调，对住宅区不造成噪音污染； 操作简单，对操作人员的技术要求尽可能低；污泥产量少，污泥易脱水，污泥处 理方式尽可能简便。 1 5 小区生活污水再生利用的处理工艺流程 1 5 1 几种典型的小区污水再生利用的处理工艺流程 通常污水再生技术需多种污水处理技术的合理组合。即各种水处理方法结合 起来深度处理污水。这是因为单一的某种水处理方法一般很难达到再生水水质的 要求。目前，几种典型的小区生活污水再生利用处理工艺流程如下： 1 ) 工艺流程( 一) 混凝剂 污水卜调节池；絮凝沉淀( 或气浮) 过滤消毒再生水 上 污泥 2 ) 工艺流程( 二) 混凝剩 污水卜调节池卜一级生化处理l 沉淀卜过滤卜消毒，再生水 i 污泥 3 ) 工艺流程( - - - ) 混凝剂混凝剂 污水，调节池+ 一级生化处理二沉淀卜二级生化处理土沉淀 过滤卜污水 调节池+ 一级生化处理卜沉淀卜二级生化处理沉淀 过滤卜 0 污泥 消毒再生水 4 ) 工艺流程( 四) 污水卜调节池- 厌氧处理好氧处理卜沉淀- 过滤卜消毒卜再生水 i竺兰 5 ) 工艺流程( 五) 混凝剂 士 污水调节池絮凝沉淀( 或气浮) 过滤 活性碳吸附消毒卜再 生水j 污泥 6 ) 工艺流程( 六) 第一章绪论 混凝剂 污水调节池一级生化处理上过滤，活性碳吸附消毒，再生水 污泥 7 ) 工艺流程( 七) 污水调节池过滤 活性碳吸附 消毒 再生水 8 ) 工艺流程( 八) 混凝剂 i 污水，调节池二絮凝沉淀膜处理，消毒，再生水 i 污泥 9 ) 工艺流程( 九) 混凝剂 0 污水 调节池生化处理沉淀- 活性碳吸附消毒 再生水 污泥 上述工艺流程选择，主要根据原水水质及再生水用途决定。并且每一种流程 的处理步骤也非一成不变，可以根据使用要求进行取舍。流程( 一) 仅适用于原水 为优质杂排水；流程( 二) 、流程( 三) 、( 四) 适用于杂排水和生活污水。以上四种流 程为基本流程，适用范围较广，国内应用较多。流程( 五) 、( 六) 主要增加了活性 炭吸附，其作用是去除难于降解的有机物( 如蛋白质、单宁、木质素、醚、杀虫 剂、洗涤剂等) 、色素和某些有毒的微量金属元素( 如汞、铬、铅、银等) 以及再生 水水质要求较高的场合。流程( 七) 、( 八) 、( 九) 增加了膜处理法，该流程的处理结 果是进一步提高再生水水质，不仅s s 的去除率很高，而且排水中的细菌数和病 毒均得到很好的分离。但设备投资和处理成本均较高。根据小区生活污水的特点 以及处理的要求，小区生活污水的再生利用宜采用小型的组合式生活污水处理工 艺方案。因此，本文选用的工艺流程为： 污水调节池卜生化处理卜沉淀过滤消毒再生水 或是： 污水卜调节池生化处理过滤卜消毒再生水 上述流程中调节池称为预处理；沉淀、气浮、生化处理、膜处理等称为主要 处理工艺；而过滤( 砂滤、碳滤等) 、消毒等称为后处理。其中预处理和后处理在 9 河海大学硕士学位论文 各种流程中基本相同，一般均需要设置，而主要处理工艺则需根据不同要求进行 选择。 1 5 2 主要处理工艺介绍 污水再生利用的关键是污水处理技术。小区生活污水处理工艺中常用的主处 理工艺有生物接触氧化法、a 2 0 法、循环活性污泥法等删。 1 5 2 1 接触氧化法 生物接触氧化法又称淹没式生物滤池，是在生物滤池基础上，通过接触曝气 方式演变成的一种污水生物处理技术p ”。它具备生物膜法的基本特点，典型的工 艺由氧化池( 床或生物反应器) 、填料( 载体) 、布水装置和曝气系统四部分组成， 运行时填料全部浸没在污水中，利用机械装置向水体充氧，生物膜绝大部分附着 在固体填料上，少量悬浮于水中，其浓度小于3 0 0 m l 。 生物膜接触氧化反应器能够去除污水中的污染物，主要在于反应器内填料和 生物膜首先对有机物具有吸附阻留作用，然后在好氧条件下微生物对有机物进行 生物降解：在稳定运行条件下，填料表面所附着生物膜中微生物种群沿水流方向 逐渐形成生物链，分级捕食有机物f 3 2 】。生物接触氧化法反应器处理生活污水的作 用机理可以归结为吸附阻留、生物膜净化和食物链作用三个方面。 接触氧化工艺将生物滤池和活性污泥法有机结合在一起，同时兼有两者的优 点，从水中微生物的附着场所及生存方式来看，类似于生物滤池，从反应器流体 力学特性及曝气方式来看，它又与活性污泥法相似。接触氧化法与传统的活性污 泥法、生物滤池法相比，在处理效率、运行稳定性、工程投资和运行费用等方面 都具有明显的优点【3 3 4 】：如( 1 ) 生物膜法附着在固体填料表面，微生物沿固体表 面生长，生物固体平均停留时间长，即使增殖速度较慢的微生物也能在此生息， 如硝化菌。生物膜成熟后，生物膜的厚度不断加厚，生物膜内侧由于氧不能透入 到形成厌氧性膜，为反硝化作用提供了场所，因此在适宜的条件下生物膜法可以 实现生物脱氮效果。( 2 ) 具有污泥浓度高、泥龄长的特点。对于一些较难降解的 有机物具有较强的分解能力，系统耐冲击负荷强，效率高。( 3 ) 工程投资少，设 备简单易操作，维修方便，运行费用低，综合能耗低。 接触氧化法在九十年代初风行一时，对小区污水回用处理起到了积极作用， 但也暴露了一些问题【3 5 6 】：填料容易堵塞，布水布气不均匀，脱氮工艺不理想， 1 0 第一章绪论 还需设二沉池，增加了处理流程和投资。 1 5 2 2a z o 工艺 a 2 o i 艺厌氧缺氧好氧生物脱氮除磷工艺的简称【3 刀。a 2 o 工艺是在2 0 世纪7 0 年代由美国专家在厌氧好氧除磷工艺( a o ) 的基础上开发出来的，即在 a o _ t _ 艺的基础上增设了一个缺氧区，同时将好氧池流出的部分混合液回流至缺 氧池的前端，以达到反硝化脱氮的目的。工艺具有同步脱氮除磷的功能，因其在 厌氧( 缺氧) 、好氧交替条件下运行，丝状菌不能大量增殖，因而很少发生污泥膨 胀 3 8 1 。该工艺的不足在于流程较长。 1 5 2 3 循环活性污泥法 循环活性污泥法( 简称c a s s 法或c a s t 法) 是s b r 工艺的一种更新变型。与 s b r i 艺相比，c a s s ( 也称周期活性污泥法) 能更有效地防止污泥膨胀以及进行 脱氮除磷，其运行周期短并且可以连续进水。 1 9 6 9 年g o r o n s z y1 3 9 教授，从连续进水间隙运行的氧化沟工艺着手从事可变 容积活性污泥法的研究和开发工作，并于1 9 7 5 年将连续进水间隙运行的工艺方法 应用于鼓风曝气的矩形池子，1 9 7 8 年又利用活性污泥基质积累再生理论、根据基 质去除与污泥负荷的实验结果以及污泥活性组成和污泥呼吸速率之间的关系，将 生物选择器与序批式活性污泥法工艺加以有机的结合，开发成功循环式活性污泥 法。于1 9 8 4 年和1 9 8 9 年分别在美国和加拿大取得周期循环式活性污泥法工艺的 专利( c a s s ) 4 0 “1 1 。典型c a s s 周期工作时间一般为4 h ，曝气2 h 、沉淀l h ，滗水1 h 。 反应池最少设两座，一池充水曝气，另一池沉淀和滗水。在操作循环的曝气阶段 ( 同时进水) 完成生物降解过程；在非曝气阶段完成泥水分离功能；排水装置为 移动式撇水堰，因此可将每一循环操作中所处理的废水经沉淀阶段后排出系统。 图1 1 为c a s s i 艺原理图。生物选择器( 容积约占整个池子的1 0 1 5 ) 【4 2 】 的设置严格遵循活性污泥种群组成动力学的有关规律【4 3 1 ，创造合适的微生物生长 条件，从而选择出絮凝性细菌。生物选择区通常在缺氧一厌氧条件下运行m 。进 入反应池的污水首先在此与来自主反应区的回流污泥( 回流量约为日平均流2 0 ) 充分混合接触，通过酶反应快速去除其中的溶解性易降解有机物并抑制丝状菌的 生长，使回流污泥中的部分硝酸盐氮( 约为n 0 3 - n = 2 o m g a 。) 得以反硝化，同时使 磷得以有效地释放【4 珂：主反应区是进行生物降解和泥水分离的主要区域，在曝气 河海大学硕士学位论文 过程中完成有机物的降解、同步硝化和反硝化以及生物除磷，最后泥水分离的上 清液通过主反应区末端的滗水装置排出池外。 生 捧掘 图1 1c a s s 工艺原理图 与传统的活性污泥处理工艺相比，c a s s 方法具有以下几点特点晰4 刀： ( 1 ) 建设费用低。省去二次沉淀池及污泥回流设备，建设费用可节省2 0 3 0 。 ( 2 ) 工艺流程非常简单，采用组合式模块结构，布置紧凑，占地面积少，分 骺建设和扩建方便。 ( 3 ) 运转费用省。由于曝气是周期性的，池内溶解氧的浓度也是变化的，沉 淀阶段和排水阶段溶解氧降低，重新开始曝气时，氧浓度梯度大，传递效率高， 节能效果显著，运转费用可节省1 0 2 5 。 ( 4 ) 能很好地缓冲进水水量与水质的波动。不仅能有效去除污水中有机碳源 污染物，而且具有良好的脱氮、除磷功能，排出的剩余污泥稳定化程度较高。 ( 5 ) 进水的波动可用改变曝气时间的简单方法即可予以缓冲。管理简单，运 行可靠，不易发生污泥膨胀，一般污泥指数不超过5 0 7 0 i n g 几。 1 5 2 4 新工艺一复合式生物反应器 复合式生物反应器是近年来发展较快、并引起研究者极大兴趣的污水处理工 艺。它是在活性污泥曝气池中投加载体作为微生物附着生长载体，悬浮生长的活 1 2 第一章绪论 性污泥和附着生长的生物膜共同作用去除污水中的有机污染物【4 乱4 9 1 。它在原有 活性污泥工艺的基础上，提高了曝气池内生物量，增强了废水处理能力，克服了 污泥膨胀，提高运行稳定性，克服各自缺点和不足。复合是指反应器中同时存在 悬浮和附着相生物。他们的s r t 是不同的，这对于同时去除有机物和硝化非常 有利。除了对硝化有积极影响外，还常发现可明显改善活性污泥的沉降性能。 吴立波睁卅等人采用投加多孔悬浮体所构成的复合反应器处理生活污水，并与 普通活性污泥法进行比较。试验表明复合反应器的c o d c ，、n i - 1 3 - n 、t n 处理效果 都好于对照反应器，在试验负荷下，复合反应器污泥的反消化活性远大于对照反 应器。林铸炉1 5 l 】等人在普通曝气池中投加一定量的浮动填料可增加曝气池中的生 物体量6 5 鲋，能提高硝化菌的附着量和防止硝化菌的流失。赵庆良【5 2 】等人传统 的活性污泥工艺中加入废弃轮胎颗粒作为生物膜载体形成约5 0 m g g 的生物量，即 在曝气池的2 0 0 0 3 0 0 0 m g l 悬浮生长污泥的基础上，可增加2 0 0 0 m g a 的附着生物 膜量。此时生物膜的厚度为2 5 5 1 a m ，其活性以比好氧速率表示为4 0 7 0 m g g h 。 p c h u d o b a i 毋】等将现有h r t 5 h 的曝气池分割成缺氧区和好氧区两格，在好 氧区投加p e g a z u r 浮动填料( 一种硝化细菌在有机凝胶小球中固定的载体) ，现有 的预处理构筑物和二沉池均可保持不变，使其达到除氮的效果，其所需的占地面 积是传统的活性污泥脱氮工艺的一半。由于硝化细菌被固定在好氧池中，悬浮态 微生物的作用仅用于反硝化。采用这种工艺，可以在b o d 负荷达到0 4k g ， ( k g m l v s s d ) 、氨氮容积负荷达到0 4k g ( o d ) ( 1 2 ) 时，取得出水总氮 1 0 m g l 的效果。 k o l b 5 4 1 等人采用活性炭做填料和微孔膜的序批式生物膜反应器对人工配水 的苯- - 氯酚和三氯乙烷酚废水进行处理，充分利用了活性的吸附性，减少了有 机污染物对细菌的毒性。研究结果表明，在2 4 h 的处理周期内，9 5 的苯- - 氯苯 能被微生物降解，同时在一个周期内加入的三氯乙烷也有5 被降解，而且活性 炭的使用寿命比单纯作为吸附剂可延长至少1 倍。许玫英【5 5 】等人采用膜法s b r 的工艺对高色度、水质水量波动较大、难生物降解的制药废水进行处理的研究表 明，生物膜对不同性质的、不同浓度的制药废水具有较强的抗冲击负荷能力，污 泥性能良好。g a r z o n d 等【5 6 】人进行了序批式生物膜法处理城市污水的研究，采用 的运行的工序为：厌氧，缺氧好氧。运行结果表明：该方法不仅能有效去除有机 物而且还能脱氮除磷，并且效率都挺高。 河海大学硕士学位论文 1 6 课题研究目的与研究内容 随着经济的飞速发展，城市规模不断向周围扩展。在众多城市的边缘地区以 及旅游景区出现了新的建筑小区，有宾馆、住宅、学校、休闲娱乐设施、医院等。 由于这些小区没有市政管网，有的虽然在市政管网规划范围内，但因市政污水处 理滞后于城市的发展，在短期内还无法建设完整的市政系统。有的小区远离城市， 今后也不可能排入市政污水处理厂。小区的污水都就近排入地面水体，污染了周 围环境，特别是有些旅游景点，地面水体水质恶化，与周围环境极不协调，人民 群众要求治理的呼声越来越高。与此同时，各地环保部门加大了对小区污水污染 治理的力度，一般要求进行二级处理，多数要求达到国家污水排放标准中的 一级标准阳。而现有小区生活污水再生利用系统采用的处理方法以生化和物化2 种方法为主，其中又以生化处理工艺居多，根据已有的调查研究表明，其处理水 质不达标，工艺处理能力和处理效果有限，使出水不理想。 课题研究目的： 主要是针对传统污水生物处理方法和深度处理方法的不足，以南方低浓度小区 生活污水作为研究对象，对现有技术进行分析、筛选、组合，建立适合南方低浓 度小区生活污水净化回用的一种更简单、实用、有效、经济的处理和再生利用新 工艺。 主要研究内容； ( 1 ) 通过对已有小区生活污水处理工艺的分析、比较，选择适合小区生活污 水处理及再生利用的工艺方案。 ( 2 ) 分析工艺特点，研究工艺的改进方式，探索小区污水再生利用的新工艺。 ( 3 ) 新工艺处理效果及影响因素研究。 ( 4 ) 分析处理成本、比较应用效果。 1 4 第二章周期循环式生物膜( c a s b s ) 工艺设计 第二章周期循环式生物膜( c a s b s ) 工艺设计 2 1 小区生活污水处理工艺选择 小区生活污水因其b o d j c o d 一- 0 4 5 ，所以可生化性较好，通常均采用生化 法进行处理。生活污水属低浓度有机污水，宜采用好氧生物处理；好氧生物处理 b o d 5 去除率高，可达9 0 9 5 ；稳定性较强；系统启动时间短，很少产生臭 气，不产生沼气；对污水的碱度要求低。 通过前文的讨论分析可知，生物接触氧化法具有停留时间短、易挂膜、可以 实现设备化等优点，但该工艺脱氮效果不理想，同时在末端必须设有沉淀池或气 浮池，增加了处理工艺流程和投资；a 2 o 工艺具有同步脱氮除磷的功能，很少 发生污泥膨胀，但该工艺的不足在于流程较长；循环式活性污泥( c a s s ) 反应 器技术，将序批式活性污泥法( s b r ) 的反应池沿长度方向分为两部分，前部为生 物选择区，后部为主反应区，在主反应区后部安装了滗水装置，使得曝气、沉淀 在同一池子内周期循环进行，占地面积最少，运行费用相对较低等优点，同时又 具有较好的脱氮除磷功能。另外，该工艺的特点也符合小区生活污水处理的要求。 所以本文选定c a s s 工艺作为小区生活污水处理及再生利用的主要处理工 艺。 c a s s i 艺是一种新型污水生物处理工艺，最早是美国川森维柔废水处理公 司于1 9 7 5 年研究成功并推广应用的废水处理新技术专利。目前己广泛应用于欧 美许多国家的城市污水和各种工业废水的处理。随着自动化水平的不断提高，对 c a s s i 艺的研究将日益深化、不断完善。由于具有投资少、运行管理方便、可分 期建设等特点，符合小区污水处理的特点。 2 2 c a s s 工艺处理低浓度小区生活污水存在的问题 c a s s 工艺与传统的活性污泥法工艺或s b r 工艺相比较在处理效果、运行 过程简化及经济性上有一定优势，但是在应用过程中也存在一些问题，例如反应 池容积利用率小高、工程设计主要依靠经验数据等。如果能够对c a s s 工艺做一 些改进，克服原工艺的缺陷，并提高其污水的处理效率及适应性，就可以使c a s s 工艺在污水处理工程中广泛的采用，为生小区生活污水处理提供一种经济可行的 1 5 河海大学硕士学位论文 方法。c a s s 工艺是一种新兴的污水处理工工艺，其应用时间相对于其它污水处 理工艺较短短并且发展并不完善，所以有必要针对c a s s 工艺存在的问题，进一 步发展和完善这种工艺。c a s s 工艺处理低浓度小区生活污水的不足