（市政工程专业论文）组合生物滤池反硝化脱氮技术工艺研究.pdf

捅要 摘要 生物滤池尝诞生以来，以其稳定的处理效能，优良的耐冲击负荷性能而被广 泛应用。其中曝气生物滤池高效的硝化性能是最大优势，但是在广泛的工程实践 中，该工艺的反硝化性能却一直比较低下，究其原因是由于生物膜反硝化厌氧层 的结构和电子供体碳源缺乏的结果。本论文通过对曝气生物滤池工作机理鹘深入 研究，采用生物滤池工艺对生活污水进行处理，主要是要去除污水中的有机物和 总氮等。本试验将生物滤池好氧与缺氧段分离，研究好氧硝化与缺氧反硝化的特 性，对其中的好氧段与缺氧段的硝化反硝化和脱氮处理效果等进行观察和比较， 从蔼研究组合生物滤池处理生活污水中氮的迁移转化规律，使出水的总氮达到国 家污水排放标准一级a 的要求，为采用生物滤池实现高效脱氮奠定基础。 对组合生物滤池工艺处理生活污水的试验研究发现，曝气生物滤池对c o d 黼 的去除率与滤速并不是简单的线性关系。随着滤速的增加，c o d 留的去除效果先 是升高，然后又下降，在滤速2 t h n h 时达到最大值。在1 0 m h 、2 0 m h 、3 0 m h 三神水力负荷的条件下，由于第级好氧柱出水中的可生化性有机物的量不足， 使得在最佳水力负荷条件下，总氮最大的去除率也只有4 3 7 。所以，要想达到 良好的去除效果，需要向缺氧柱投加碳源。通过对好氧柱的有机物降解和硝化的 关系可以看出，当水力负荷较小时，在第一级好氧柱上层有机物被大部分去除， 所以第一级好氧桂底部硝化菌占优势，硝化效果显著；当水力负荷较大时，在第 一级好氧柱底部出水中的c o d e r 的量仍然很高，在此情况下，硝化效率低甚至几 乎没有硝化效果。试验数据表明，当c o d 大子7 0 m g l 时，进水有机物浓度对 硝化效果的影响较大。 在向缺氧柱不投加碳源、投加甲醇和引入生活污水的情况下，投加甲酵获得 最大的脱氮效率，脱氮率在9 9 8 5 以上。反硝化进行的过程中，当碳源不充足 时，会出现亚硝酸盐氮的积累现象。当碳源充足时，亚硝酸盐氮积累现象消失。 试验数据表明，以甲醇为碳源，最佳碳氮比为3 5 4 3 ( c o d e r ：田吣之闯，即可 实现完全的反硝化。在向缺氧柱弓l 入生活污水的情况下，保证反硝化区碳氮比在 。1 5 ：l 时，取得最大的脱氮效率为6 9 。锄。反硝化去除负荷能达粼为1 9 9k g m 3 。矗。 在本实验条件下，引入原污水时的反硝化区的净脱氮率是未投加碳源的2 o 倍以 上。 应用组合生物滤池工艺对污水进行处理，具有脱氮效率高、降低能耗、处理 装置结构紧凑等优点，改善了单级生物滤池易气堵和短流、处理效果不高的状况， 是一种能够产生一定环境效益和经济效益的污水处理技术。 关键词：组合生物滤池工艺；碳源；反硝化；脱氮 托京工监大学= 学硕士学位论文 a bs t r a c t s i n c et h eb i r t ho fb i o l o g i c a lf i l t e r , i tw a sw i d e l yu s e db e c a u s eo fi t ss t a _ b l e p r o c e s s i n gp e r f o r m a n c ea n de x c e l l e n tr e s i s t a n c et oi m p a c tl o a d i n gp e r f o r m a n c e e f f i c i e n tn i t r i f i c a t i o n p e r f o r m a n c eo fb i o l o g i c a l a e r a t e df i l t e ri st h eb i g g e s t a d v a n t a g e ，b u tt h ed e n i t r i f i c a t i o np e r f o r m a n c eo fp r o c e s sh a sb e e nr e l a t i v e l yl o w i na 谳& r a n g eo fe n g i n e e r i n gp r a c t i c e ，w h i c hi sd u et ot h el a c ko fc a r b o ni nb i o f i l mo f d e n i t r i f i c a t i o na n a e r o b i cl a y e r a f t e rs t u d y i n gt h eb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e rw o r k d e e p l y ，t h i sp a p e ru s e db i o l o g i c a lf i l t e rp r o c e s sa ss e w a g et r e a t m e n t , m a i n l yt o r e m o v eo r g a n i cm a t t e ra n dn i t r o g e no fs e w a g e t 嫩se x p e r i m e n td i v i d e dt h eb i o f i l t e r i n t oa e r o b i cz o n ea n da n o x i cz o n e ，s t u d y e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fa e r o b i cn i t r i f i c a t i o n a n da n o x i cd e r f i t r i f i c a t i o n , o b s e r v e da n dc o m p a r e dt h ee f f e c to fa e r o b i cn i t r i f i c a t i o n , a n o x i cd e n i 硒f i c a t i o na n dn i t r o g 锄r e m o v a l ，s t u d y e dt h el a wo fn i t r o g e nm i g r a t i o n , t r a n s f o r m a t i o na n dr e m o v a l t no fo u t f l o wi sa c c o r d i n gt ot h es t a n d a r do f ( 潞8 9 7 8 一l9 9 6 l a i dt h ef o u n d a t i o nf o rt h eu s eo f b i o l o g i c a lf i l t e rf o ra c h i e v i n gh i g h l y e f f i c i e n c yn i t r o g e nr e m o v a l 强em a t u r eb i o f i l t e rc o d = r e m o v a la n df i l t r a t i o nr a t ei sn o tas i m p l el i n e a r r e l a t i o m h i pt h r o u g hs t u d ya t s e w a g ee x p e r i m e n to fc o m b i n e db i o f i l t e rp r o c e s s w i t h t h ei n e r e a s e i n go ff i l t r a t i o nr a t e , c o d = r e m o v a lf i r s ti n c r e a s ea n dt h e nd e c r e a s e 1 赫 r e m o v a lr a t ei sm a x m u mw h e nt h ef i l t r a t i o nr a t ei s2 0m h i n1 0m b , 2 o m h , 3 o m ho ft h et h r e eh y d r a u l i cl o a d i n gc o n d i t i o n s ，t h el a r g e s tr e m o v a lr a t eo f1 ni s a c 脚r d i n gt o4 3 7 a tt h eb e s th y d r a u l i cl o a d i n gc o n d i t i o n s d u et ot h el 缸i ko f b i o d e g r a d a b i l i t yo fo r g a n i cm a t t e ri nt h ef i r s t - c l a s sa e r o b i cc o l u m n t h e r e f o r e , i n o r d e rt oa c h i e v eg o o dr e m o v i n gr e s u l t sn e e dt oa d d 翻t r b o ns o u r c e s 。t h r o u g h c o m p a r i n g t h er e l a t i o m h i po ft h e d e g r a d a t i o no fo r g a n i cm a t t e ra n dn i t r i f i c a t i o ni nt h e f i r s t - c l a s sa e r o b i cc o l u m n , i tc 觚b es e e nt h a tm o s to ft h ea b o v eo r g a n i cm a t t e rh a d b e e nr e m o v e di nt h ef i r s tr a n kc o l u m n , s on i t r o b a c t e r i ai sd o m i n a t e da tt h eb o t t o m o f a e r o b i cc o l u m n , n i t r a t i o ne f f e c t si n c r e a s e d 。w h e nt h eh y d r a u l i cl o a d i n gi sl a r g e r , 拍e c o d 嚣i ss t i l lh i g ha tt h eb o t t o mo ff i r s t - c l a s sc o l t m m i nt h i sc a s e , t h e r ei sl o w e 箍e i e n c yo fn i t r i f i c a t i o no rn oe f f e c tn i t r i f i c a t i o ni nf i r s t - c l a s sc o l u m n e x p e r i m e n t d a t as h o w st h a t , w h e nt h ec o d c ri sg r e a t e rt h a n7 0m 班，o r g a n i cc o n c e n t r a t i o no f i n f l u e n tb r i n g sag r e a t e ri m p a c to nt h er e m o v a lo fa m m o n i a 。 c o m p a r i s o nw a sm a d eo nt h ee f f i c i e n c i e so fd e n i t r i f i c a t i o nw h e na d d i n gn o c a r b o n s o t l r c , a d d i n g s o m em e t h a n o la n da d d i n gt h er a ww a s t e w a t e rt o d e n i t f i f i c a t i o nz o n e ) t h er e s u l t ss h o w st h a tw h e na d d i n gs o m em e t h a n o lt h eg r e a t e s t e f f i c i e n c yo fn i t r o g e nr e m o v a li sm o r et h a n9 9 8 5 i nd e n i t r i f i e a t i o np r o c e s s ，w h e n t h ec a r b o ni sn o ts u f f i c i e n t , t h e r ew i l lb et h ea c c u m u l a t i o np h e n o m e n o no fn i t r o g e n ； w h e no a r b o l li ss u f f i e i e n t , n i t r i t en i t r o g e na c c u m u l a t i o nd i s a p p e a r 。t e s td a t as h o w s 1 i a b s 黜c 室 i j i l l i 1 l l l l l ! l l i i i i n ! l l l l l i i i i i i i i i i i i i i i i l i l l l 崮 t h a tw h e nu s i n gm e t h a n o la sc a r b o ns o u r c e ，t h eb e s tc a r b o na n dn i t r o g e nr a t i oi s b e t w e e n3 5a n d4 3 ( c o d 捌) ，a n di tc a na c h i e v et h en i t r i f i c a t i o na n d d e n i t r i f i c a t i o nc o m p l e t e l y w h e nt h er a ww a s t e w a t e rw a sa d d e da n dt h ec a r b o na n d n i t r o g e nr a t i oi s1 5 ：1 ，m a x i m u mn i t r o g e nr e m o v a lr a t ei s6 9 6 ，t h er e m o v a lo fl o a d c a l lr e a c hl 。9 9k g m 3 & i nt h i se x p e r i m e n t , n i t r o g e nr e m o v a lr a t ei nd e n i t r i f i e a t i o n z o n ew a st w i c 2a sh i g ha sw h e nn oc a r b o ns o u i c ew a sa d d 穗 c o m b i n e db i o f l i t e l p r o c e s si su s e dt ot r e a ts e w a g e , i th a v es o m ea d v a n t a g e s , s u c ha sh i l g he f f i c i e n c 3 o fn i t r o g e nr e m o v a l ，l o w e re n e r g yc o n s u m p t i o n ，f a c i l i t y c o m p a c te t c 。i ti m p r o v e dj a m ls h o r t - g a sf l o w , a n dt h el o w e rt r e a t m e n te f f e c ts t a t u si n t h es i n g x e - s t a g eb i o l o g i c a lf i l t e r hi sas e w a g et r e a t m e n t ，t e c h n o l o g yw h i c hi sa b l et o p r o d u c eac e r t a i ne n v i r o n m e n t a lb e n e f i t sa n de c o n o m i cb e n e f i t s k e yw o r d s - c o m b i n e db i o f i l t e rp r o c e s s , c a r b o ns o u r c e s ，7d e n i t r i f i c a t i o n , - n i t r o g e n 0 i i _ 独创性声明 本人声明所呈交的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，也不包含为获得j 邑塞王些塞堂或其它教育机构 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。 签名：数嗍进；窆习二 关于论文使用授权的说明 本人完全了解j 塞王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：龃导师签名：址吼逊：垒i 第一鬃绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 随着社会的不断发展，全球城市纯和工泣纯程度不断提高，人类对水的需求 量越来越大，水的供需矛盾也日益增加，并且水环境也在不断恶化。目前，严重 的水污染和水资源短缺状况已经影响到人类的生存和进一步的发展，成为亟待解 决的全球性问题瑟1 。水环境闯题一方面是水环境污染，另一方面则是水资源短缺。 我国社会经济的快速发展使资源短缺的矛盾霹益突出，其中水资源短缺表现的龙 为明显，已经成为影响我国经济发展和提高人民生活水平的制约因素。我国是世 界上公认的1 3 个水资源匮乏的国家之一，入均水资源占有量低于世界人均水平 的1 1 4 ，全国6 0 0 多个大中城市中，3 0 0 多个城市缺水，1 0 8 个城市严重缺水，全 国城市的日缺水量约为1 6 0 0 万吨【1 1 。随着经济的发展，人民生活水平的提高， 我国水资源供需矛盾将进一步加剧。据预测【1 1 ，2 0 1 0 年全国总供水量为6 2 0 0 亿 6 5 0 0 亿吨，相应的总需水量将达7 3 0 0 亿吨，供需缺口近1 0 0 0 亿吨。我国水资 源面临如此严峻的形势，若在水资源开发利用土无大的突破，水资源将难以支撑 国民经济迅速发展的要求，水资源危机将成为所有资源问题中最为严重的问题。 1 1 。l 水环境污染 水是生命之源，是地球上一切生态环境存在的基础。人类生存离不开水，水 是人类生活和生产不可替代的宝贵资源。随着科学技术的不断进步，工业文明的 迅猛发展，人口的持续增加，人类社会正面晒着严重的水危机，具体表现为严重 的水环境污染和水资源短缺，已经成为影响翻制约人类社会发展的主要因素。水 环境污染和水资源短缺状况在发展中国家尤其严峻。以我国为例，改革开放以来， 随着城市化进程的加快，人口不断增加，工农业生产规模的扩大，生活污水和工 业废水酶摊放量迅速增加。由于资金和技术的原因，污水处理设施严重不足，大 量污水未经处理直接排入自然水体，使我国的大部分江河湖水域都遭受了严重的 污染。 全球性的水环境严重污染状况已经引起了各国政府、科学家和广大民众的高 度重视，我国政府在中国2 l 世纪议程入口、环境与发展自皮书中提出了 人口、经济、环境和资源相互协调的可持续发展战略【甜，特别强调了水环境保护 与水资源合理使用的重要性，为水环境保护工作提供了政府政策指南。与此同时， 北京忑业大学正学硕士学位论文 许多大中城市相继兴建了一些污水处理厂，水环境质量持续下降的趋势得到了一 定程度的遏制。然丽，由于运行费用较高、管理不善和缺乏专业技术入员等原因， 一方顽一些已经建成的大型集中式污水处理厂未能充分发挥作雳；另一方面数量 众多的小型分散点源污染源，出于缺乏资金和技术，一直难于有效治理。因此， 要彻底治理水环境污染，改变水环境矮量状况，必须大力研究发展新型高效经济 污水处理技术，特别是能有效地应用于小型分散点源治理的简易、高效、低能耗 污水处理技术，提高污水处理捧放率，从源头上控制污染物酌排放总量。 薹。薹。2 水资源短缺 水环境问题的产生一方面是由于水环境的污染，另一方面则源于人类用水量 的增加所导致的水资源短缺。我国社会经济的快速发展使资源短缺的矛盾日益突 出，其中水资源不足表现地戈为明显，已经成为影响我匿经济快速发展和提高人 民生活水平的瓶颈因素。目前我国现在年用水总量约为5 5 0 0 亿l n 3 左右( 2 0 0 6 年资料) 。经分柝，我国实际可能利用的水瓷源约炎8 0 0 0 亿 - 9 5 0 0 亿m 3 。据预 测，随着我国人i e l 的增长，城市化进程的加速，工业、农业的发展需求，在大力 节约用水的前提下，我国用水高峰将在2 0 3 0 年前后出现，年用水总量为7 0 0 0 亿 8 0 0 0 亿岔，需水量已向可能利用的水资源量的极限逼近，形式极为严峻f 3 1 。我 国水资源利用工作中存在的主要问题是水质普遍下降，水量供不应求。具体表现 为：城市水体普遍污染；部分城市水资源短缺；用水浪费相当严重；供水设施明 显不足；污水处理率和回用率较低。我国是一个水资源相对匮乏的国家，尽管水 资源总量较为丰富，但入均占有量仅为世界人均的四分之一，面且水资源的时空 分布极不均匀【4 】。我国的用水总量与美国相滥，但g p a 仅为美豳的l 8 。我国农 业灌溉水的利用系数平均约为0 4 5 ，而发达国家为o 7 甚至o 8 。我国工业万元 产值用水量超过1 0 0 m 3 ，是发达国家的5 , - 、, 1 0 倍。我国工业用水的重复利用率为 3 0 4 0 ，实际可能更低，而发达国家为7 5 8 5 。生活用水的跑、冒、滴、 漏十分普遍，特别是我国城市绘水管道的漏失率有的甚至超过2 0 。所以节约用 水、提高用水效率、杜绝浪费，是缓解水资源危机的首要任务。水资源的匮芝致 使许多地区供水不足，暖前已有超过3 0 0 个以上的城市缺水，其中严重缺水的城 市有5 0 个，城市日均缺水1 0 0 0 万m 3 。随着我国经济的快速发展，人民生活水 平的不断提高，生活用水和工业用水量迅速增加，许多地区的缺水问题越来越严 重。而根据有关预测【5 l 在努力作好生活和工业节水的前提下，到2 0 1 0 、2 0 3 0 和2 0 5 0 年城市需水量将分别达到1 2 9 0 、1 7 3 0 、和2 0 7 0 亿m 3 ，比现状的8 6 0 亿 m 3 分别增加4 3 0 、8 7 0 和1 2 1 0 亿o ，在城市地区将相应地增加3 0 0 、6 1 0 和8 5 0 亿甜的污水处理量，污水总量将分别达到6 5 0 、9 6 0 和1 2 0 0 亿m 3 。这不仅对水 环境是个很大的猛力，也势必导致东资源供需矛盾的进一步加剧。污水的直接排 一乏一 第一犟绪论 放一方面造成了水环境质量的下降，加剧了水资源的短缺现状另一方面大量污水 自自流掉，严重地浪费了污承资源。因此，发展高效节水农业，发展节水型工业， 节水型城镇，采用节水型生产工艺，采用节约用水器具，提高质量，加强管理， 减少跑、冒、滴、漏，减少管道漏损。另外，开发研制高效、经济、稳定的污水 处理和资源化回用技术，应视污水为城市的第二永源，是一种稳定的淡水资源， 将具有广阔的市场应用前景，并将带来良好的环境效益、社会效益和经济效益。 以工业用水和生活用水为例，工业用水中8 0 为水质要求不高的冷却水，如采用 蒋生回用水中有3 0 ! 以上为冲厕水，完全可以在小区内建中水处理回用站，进行 中水处理回期冲厕，节约效果和经济效益不言两喻。因此，研究开发基建投资省、 运行管理费用低、占地面积小、简单易行、符合我国国情的污水处理及回用新工 艺，不仅可以有效地利用丰富的城市污水资源，减轻供水压力，还可以保护有限 的水环境资源，键进整个水环境生态系统的哥持续发展。发展经济和提高人民生 活水平需要持久的资源保障和和谐的自然环境，可持续发展的人文和自然环境的 构建和保护已经成为关系到我国社会经济健康发展的重要研究课题。水环境作为 自然环境的重要组成成分，更有着举足轻重的作用。大力提高水环境保护工作的 力度，合理调配水资源，加速促进污水处理事业现代化进程，研究探讨适合我国 国情的污水处理及资源化回用技术，使水环境资源保护走向高效和谐、持续发展 的道路，为社会经济的可持续发展提供坚实的基础，是我国现代化建设得以顺利 进行的基本前提保证，也是提高人民生活质量麓搬本途径。 一 总之，建立循环型经济，是世界各国社会发展的方向。地球上的资源是有限 的，只有资源循环型的社会，才能取得永续的发展。鉴于我国现阶段的经济技术 发展水平和污水处理及污水资源化回蔫现状，研究开发一些高效率、低能耗、占 地省、投资低、运行管理方便的污水处理技术是我国水环境保护和水资源利用事 业的当务之急。 l 。2 好氧生物膜法处理技术一曝气生物滤池 曝气生物滤池( t h eb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r , b a f ) 是一种构造新颖的废水生 物处理技术，是将生物接触氧化法与给水过滤相结合的一种好氧生物膜法废水处 理工艺，属于生物过滤技术，它主要是刹用滤料的拦截和滤料上生物膜的生物降 解双重作用来将污染物加以去除。它最初发展的思路源于2 0 世纪初，几经开发 完善，至2 0 世纪8 0 年代中期成为一种日趋成熟的废水生物处理技术，并得到日 益广泛的推广应用。它不僵具有对废永进行二级生物处理的功能，同时还具有深 度处理的功能：例如对废水中氨氮进行硝化及脱氮，丽且净化能力强，占地丽积 小，耐冲击负荷能力强，优点较为明显。 北京工业大学工学硕士学位论文 i,j i l l 穹詈曼曼曼皇量皇皇鼍 1 2 1 曝气生物滤池的发展历史 b a f 是生物膜法技术深入发展的结果。它是2 0 世纪3 0 年代开发应用的。淹 没式接触曝气滤( s u b m e r g e dc o n t a c ta e r a t o r ，s c a ) 是曝气生物滤池的前身 1 9 2 5 1 9 2 8 年初次应用于美国的l a w r e n c e ，后于德国建成1 0 座s c a 池。日本于 1 9 7 1 年开始使用，我国始用于1 9 7 5 年，称之为生物接触氧化法。 s c a 处理装置无反冲洗设备，后面需设置沉淀池。为防止固体在填料内聚积 而造成堵塞，通入空气冲堵。初时采用焦炭或灌木枝作为填料，后又改为本板条。 2 0 年代由德国设计，加拿大兴建的淹没接触氧化池，其处理能力为8 0 0 0 人 口当量，设计流量2 2 0 0 m 3 d ，滤料比表面积_ _ 1 0 k g c o d ( m 3 d ) 。池内生物固体停留时间长，浓度高，因此需要定时反冲 洗以去除聚积在池内的固体，确保生物固体的健康生长。 法国o t v 公司的研究中心曾开发了单项介质降流式b i o c a r b o n eb a f 。 1 9 8 2 年，第一台b a f 在巴黎s o i s s o n s 废水处理厂投入运行，处理最大流量达 2 4 x 1 0 4 m 3 d 。以后有1 0 0 余b i o c a r b o n eb a f 在世界各地应用，其中欧洲国家 应用最多。 第一章绪论 不久前o t v g w p ( k r u g e r ，丹麦) 公司开发的b i o s t i 疆型b a f ，为一种 升流式b a f ，滤池内填料为聚苯乙烯圆体，密度比水轻，名为b i o s t y r e n e 滤料。 薏来o t v - k r u g e r 公司又开发出一种多孔介质滤料的曝气生物滤浊b 2 b a f 。它基 于b i o s t r y 型b a f ，于滤池底部铺设直径4 0 r n m 粗颗粒介质，向上颗粒粒径逐 渐减小，到顶部时为1 - - 4 r a m 。这种布设的介质结构改善了填料的过滤 垒能，充 分发挥了不同粒径介质的不同功能，提高了整个过滤层的截污能力，为微生物扩 大栖息空闻提供了适宜的条件，使滤池内布水更加均匀，生物量的分布也更加合 理，滤池增添了灵活性，而且能节省运行管理费用。 b i o s l 、r y 型b a f 与b 2 b a f 一样，两者都能在同一反应器内进行硝化和反 硝化反应。 法国另家著名的水务公司d 6 9 r e m o n t 也开发了升流式b a f ，为b i o f o r 系列，采用特殊制造豹膨胀硅铝酸盐填料b i o l i t e ，可按进水水囊及出水要求进行 组合以去除b o d 5 、c o d 、s s 和进行硝化、反硝化和除磷。 我国于1 9 9 6 2 0 0 0 年国家科技攻关( 九五，项目) 课题中将b a f 技术的研究列 入了计划，中雷市政工程西南设计研究院承担此项研究，同时，北京市环境科学 研究院与清华大学环境科学与工程系也开展了b a f 技术的开发与应用，完成了 9 0 0 1 0 0 0 m 3 d 处理规模的废水处理装置，用于处理城市废水与工业废水。 1 2 2 曝气生物滤池的工艺原理及基本类型 ( 1 ) 曝气生物滤池的工艺原理 b a f 工艺类型和操作方式有多种，各具特点，但其基本原理是一致的。曝气一 生物滤池的基本原理在于在一级强化的基础上，以颗粒状填料及其附着生长的生 物膜为主要处理介质，充分发挥生物代谢作用、物理过滤作用、生物膜和填料的 物理吸附律爝以及反应器蠢食物链的分级捕食作用，实现污染物在同一单元反应 器内去除【1 1 。曝气生物滤池借鉴了生物接触氧化反应器和深床过滤器的设计原 理，省却了二次沉淀设备，大大减少了占地面积t 3 2 1 。反应器内存在着不同的好氧、 缺氧区域，可同步实现硝化和反硝化，在去除有机物的同时达到脱氮的目的。随 糟滤池的运行，滤料截留了大量的s s ，同时微生物大量繁殖，生物膜增厚，水 头损失增加，这时需要对滤池进行反冲洗。 ( 2 ) 曝气生物滤池基本类型 曝气生物滤池根据水流方向霹以分为两类，即：升流式b a f 与降流式b a f ； 根据填料密度可分为悬浮填料曝气生物滤池和淹没填料曝气生物滤池。目前按工 程中使用的形式曝气生物滤漶可以分为四大类：即b i o c a r b o n e 、b i o f o r 、 b i o s t y r 、b i o p u r ，其各自构造特点如图i o 3 3 1 3 5 】： b l o c a r b o n e 滤池 j 衮篷大学工学磺掌傻论交 l llilll,lllli j i l l i 嬲量| 舅 1 3 i l o c a r b 渊e 反应池示意图如图1 薹，b i o c 5 船洲e 采罱下向流，污水 从反应池上部流入，在靠近滤池底部( 一般距底部2 0 - 4 0 c m ) 进行曝气，滤池 上部主要起生物降解的作用，下部主要起截留s s 和脱落生物膜的作用。在滤池r 内部，由予生物膜内存在兼氧厌氧鳇环境，在进行硝化的同时可实现部分的反 硝化。随着滤池运行，水头损失会越来越大，当达到设计值时，需要进行反冲洗。 反冲洗一般采用气水联合反冲洗，底部布设反冲洗气、水装置。 醒1 - 1b i o c a r b o n e 滤池示意图 f i g 1 1b i o c a r b o n ef i l t e rd i a g r a m b i o s t y r 滤池 圈1 2b i o s t y r 滤泡的示意图 f i g 1 - 2b i o s t y rf i l t e rd i a g r a m b i o s t y r 滤池的示意图如墅1 2 。它与b i o f o r 的一个区鄹在于采用不丽 密度的滤料，b i o s t y r 采用密度小于水的滤料，一般为聚苯乙烯小球。运行采 用上向流，在滤池的顶部设格网或滤板以阻止滤料流出，正常运行时滤料呈压实 状态，反冲洗时采用气水联合反冲洗，反冲洗采用下向流以冲散被压实的滤料小 球，反冲出水从滤池底部流出，与b i o f o r 相比，无需反冲洗泵。另外，b i o s t y 与b i o f o r 最主要的区别是b i o s t y r 滤池将曝气管设于滤床中，人为地将滤床 分为缺氧和好氧区，并设有回流泵将出水回流至进水端。曝气位置的不同可以控 制硝化和反硝化反应进行的程度，也可以单独进行硝优反应，具有硝化和反硝化 功能的b i o s t y r 生物滤池，其曝气管位于滤床中的经过计算的位置，将滤床分 为厌氧区和好氧区，对有机物、固体悬浮物、氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮等有 很好的去除作用。 b i o f o r 滤池 b i o f o r 滤池的示意图如图1 。3 ，底部为气水混合室，之上为长柄滤头、曝 气管、垫层、滤料。一般采用上向流，所用滤料密度大子水，自然堆积淹没在水 中。一般采用上向流，污水从底部进入气水混合室，经长柄滤头配水后，透过垫 层进入滤层，在此进行c o d 、b o d 、氨氮、s s 的去除。出于气水同向，截留在 第一章绪论 底部的s s 可在气泡上升的过程中被带入滤池的中上部，从而增大了滤池的纳污 能力，减少了反冲洗频率。 图l 3b i o f o r 滤池的示慈图 f i g 1 3b i o f o r f i l t e rd i a f l t m b i o p u r 滤池 b i o p u r 的形式与b i o f o r 的形式基本相同，只是b i o p u r 的填料根据不 同水质采用波纹板、陶粒或砂，以取得不同的处理效果。根据曝气生物滤池不同 的处理功能又有不同的划分：同时去除c o d 和氮化合物( 主要是n m + - n 的单 级b a f 系统；分别去除c o d 和氮化合物( 时- n ) 的两级b a f 系统；去除c o d 和脱氮的两级b a f 系统；去除c o d 、氮和除磷的b a f 组合系统。 1 2 3 曝气生物滤池的重要特征和存在的主要问题 ( 1 ) 曝气生物滤池的重要特征： 曝气生物滤池属于生物膜系统，具有生物膜反应器的一般特征，具体主要表 现在以下几个方面： 微生物相多样化，生物的食物链长，并能存活世代时间较长的微生物； 生物量多，处理能力大，净化功能显著； 污泥沉降性能良好，易于固液分离，剩余污泥量少； 耐冲击负荷，对水量水质变化具有较强的适应性，并能处理低浓度的污 水； 易于运行管理，不产生污泥膨胀问题。 另外，曝气生物滤池还具有一般生物膜法没有的独特的工艺特征： 需要强化预处理，以满足进水需要； 为了延长曝气生物滤池的运行周期，减小滤池反冲洗频率，应对进水有 一定的要求，主要是s s 和c o d 不宜过高。 j 艺索董鲎大学工学硕士学锭论文 r, i l li l l i i 将去除s s 和生物降解结合在同一反应器内，省掉了二沉池； 氧的传输效率高，曝气量小，供氧动力消耗低： 在b i o f o r 中，氧的利用效率可达2 0 - - 3 0 曝气量明显低于一般生物处理 法。其主要原因是：填料粒径小，气泡在上升过程中，不断被切割成小气泡，加 大了气液接触藤积，提高了氧气利用率：气泡在上升过程中，受到了填料的阻力， 延长了停留时间，同样有利于氧气的传质。 具有比一般生物膜法更高的水力负荷、容积负荷。 f 2 ) 曝气生物滤池存在的闷题 曝气生物滤池在实际应用中主要存在以下问题： 曝气生物滤池对进水悬浮物要求比较严格i 瑚。根据国外运行经验，进水 的s s 一般不超过l o o m g l ，最好控铡在6 0 m g l 以下。这对曝气生物滤滟前的 预处理工艺提出了较高的要求； 曝气生物滤池生物除磷的作用有限，因此一般采用化学除磷； 对于进行脱氮的污水，如果采用单独豹曝气生物滤池工艺，在碳源充足 的情况下采用前置反硝化，可以缩短流程节省投资。如果碳源不足，就需要投热 碳源，这样就会使运行管理更加复杂，能耗增加，运行成本提高。 l 。2 4 曝气生物滤池的研究发展和应用情况 ( 1 ) 曝气生物滤池的研究发展 从曝气生物滤池的特点可以看出，将其用于城市污水回用方面具有许多别的 处理工艺所无法比拟的优势： 由于城市污水在经过二级处理磊悬浮物蠢经降到了一个较低的水平 ( 2 0 3 嘶l ) ，因此不必担心悬浮物对滤池产生堵塞的问题，可以充分发挥曝气 生物滤池处理出水水质高、抗冲击负荷能力强等优点； 曝气生物滤池能实现对污水的有机物去除、硝化去氨、反硝纯脱氮、除 磷，占地面积小、基建投资省，为新建或已建污水处理厂增设回用工艺解决了资 金短缺问题，有利于污水回用的开展； 曝气生物滤池的模块化结构设计便予聒期回用工程的改建、扩建； 曝气生物滤池易挂膜、启动快。该技术特别适合我国水处理事业所面l 强 的现状。 二级出水的有机物浓度较低，可生化性较差，采用生物膜法深度处理是适宜 的。因为活性污泥王艺对微生物的生长不利，而在生物膜法中微生物固着生长在 填料上，生物流失量小，有利予微生物的培养。该法不但能将有机物去除，还能 同时去除氨氮【3 6 】。曝气生物滤池在城市污水深度处理用于回用方面的研究国内外 已有相关报道。在国外，s k u r i b a v a s h i 在1 9 9 2 年发表了b a f 用于污水深度处 第一章绪论 理的研究结果，并将其和砂滤进行了对比，结果表明b a f 和砂滤在去除s s 上没 有明显区别，但在去除b o d 、c o d 方面b a f 处理效果明显高于砂滤【3 7 1 。 d h a b e y s i n g h e 应用两个交替曝气的生物滤池对水产养殖业废水进行处 理，发现有很好的硝化、反硝化效果并且发现在交替周期为4 小时，对磷有4 0 的去除率，处理后的水继续回用于养殖用水【3 8 1 。在国内，天津大学对生物过滤( 实 。际上是下向流曝气生物滤池) 处理纪庄子污水处理厂二级出水后回用进行了研 究，结果表明，该工艺处理出水效果良好，特别是其对有机物色度能够达到较高 的去除效果，而且该工艺经济可行。近年来，在对曝气生物滤池处理功能不断拓 展的同时，在城市污水深度处理方面的研究再次成为研究的热点。清华大学对升 流式曝气生物滤池深度处理城市污水的工艺特性进行了研究，结果表明：u b a f 用于城市污水的深度处理有着良好的处理效果，处理后的污水在c o d 、b o d 5 、 s s 、n h 4 + - n 和浊度上完全达到污水综合排放的级标准和生活杂用水水质标准 【3 9 1 。哈尔滨工业大学也对升流式曝气生物滤池处理污水厂二级出水后回用于景观 用水进行了研究，取得了预期的效果【加】。 ( 2 ) 曝气生物滤池的应用情况 国内应用情况 目前我国b a f 技术的研究与部分应用见表卜l 。在国内比较有代表性的大 连马栏河污水处理厂工程，它应用两级曝气生物滤池工艺( 二级处理采用了由 b i o f o rc n 和b i o f o rn 组成的二级过滤系统) 。出水水质达到了城市污 水再生利用城市杂用水水质标准，目前已回用作城市绿化、住宅小区冲厕、 建筑施工用水以及厂区内绿化、消防、冲厕、清扫、车辆冲洗用水【4 1 】。表1 2 为 其进、出水水质。 表卜1 我国b a f 部分应用实例 项目名称处理规模m 3 d废水种类b a f 类型 升流式 大连马栏河污水处理厂 1 2 x 1 0 4 城市废水 b i o f o r 北京三元乳品厂9 0 0 乳品废水 降流式 北京丰台桥梁厂 5 0 0 生活污水+ 含油废水 北京东方国际文化交流中心1 0 0中水回用降流式 重庆铁路职工医院 2 5 0医院废水降流式 青岛发电厂 6 0 0 电厂水处理及回用升流式 国外应用情况 国外在8 0 年代以前便开始启用曝气生物滤池这种工艺，表1 3 为国外部分 应用工程实例【4 2 】。 北寒工业大学工学硕士学位论文 表1 2 码栏河污水处理厂进、出水水质 t a b l e 。l 一2i n f l u e n ta n do u t f l o w q u a l i t yo fm al a nh ew a s t e w a t e rp l a n t 项目 c o d b o d s s sn 0 n p h ( r a g l ) ( r a g l ) ( r a g l )( m e l ) 进水 2 5 0 3 8 0 1 2 0 1 8 01 8 m 之8 0 2 0 3 07 4 7 6 出水 3 379 9 0 ，在冬季( 1 2 烛i 6 0 ) 时，其负荷须s o 6 k g m 3 d ；在夏季f 2 0 1 + 3 。3 0 。c ) 时，其 负荷须 7 。o k l o 28 。6 2 3 实验内容 2 3 1 实验检测项目及分析方法 依据永和废水监测分析方法所歹誉主要指标的测试方法，分别开展以下各 指标的测试。实验中主要测试项目见表2 3 。 其中，需要对c o d = 的测量方法进行以下说明：实验中采用了连华科技的 c o k 快速测定仪，c o d = 快速测定仪一次最多可测定1 2 3 6 个样，具有快速、准 确、可靠的特点。仪器使用之前先做纯化学物质实验取3 5 4 9 邻苯二甲酸氢钾配 制成c o d c r