（市政工程专业论文）强化生物絮凝——生物滤池污水处理技术试验研究.pdf

中文摘要 摘要 中小城镇污水处理工艺的选择常常处在环保要求高而初投资和运行维护费用 少的两难境地在我国南方地区( 尤其是三峡库区) 中小城镇量大面广、污水排 放规模小，地质、地形复杂，人口相对分散，经济文化落后，急需开发出了一种 能因地制宜的经济适用型小型污水处理技术。强化生物絮凝生物滤池工艺结 合了生物絮凝吸附和生物膜法的优势，具有效果好，占地省，建设、运行成本低， 管理难度小的特点。 试验以设计的一体化反应装置来处理生活污水，着重研究了缺氧池与絮凝池 的最佳水力停留时间比、絮凝池的最佳溶解氧值、流量( 水力负荷) 对污染物去 除的影响以及变速生物滤池工艺曝气前后的差异，从而确定出最佳运行条件，为 工艺的放大提供有价值的设计参数。 缺氧池与絮凝池的h r t 之比单因素试验表明：在试验条件不变或近似相同( 如 d o 和温度) 的情况下，运用灰色理论，可判断出缺氧池与絮凝池的最佳h r t 之 比为3 6 2 4 1 1 。 絮凝池d o 单因素试验表明：总体而言，污染物的去除曲线里现“双峰”状， n i - 1 3 n 、t n 去除曲线极为相似，它们各自的左右峰值几乎等高( 5 1 2 与5 1 7 、 5 7 7 与5 8 1 ) ，而c o d , , 、t p 去除觑线的左峰值均高于右峰值。另外低曝气量 不仅有利于节约电耗而且还导致发生了好氧反硝化，故而可以认为d o = 0 5 m g l 为絮凝池的最佳d o 值。 流量单因素试验表明：五个指标去除曲线相对平缓，试验的一体化反应装置 具有明显抵抗水力冲击负荷并保持相对稳定的去除率的能力q = 2 0 m 3 d 和 o = 4 0 m 3 d 条件下，污染物的去除率均较高，考虑到水处理的经济性，可以认为 q = 4 0 m 3 d 为最佳流量值。 变速生物滤池工艺曝气试验表明：污染物沿滤层深度逐渐得到去除。曝气与 不曝气相比，浊度去除率前者较后者要高，c o d 和磷的去除率大约相同，由于缺 氧区的形成，在两种情况下均发生了反硝化。试验发现，滤池在冬季适宜采用缺 氧运行，而在夏季可通过加大工作流量( 减少实际h r t ) 或改为工艺曝气( 好氧 运行) 来补偿温度上升造成滤池出水发腐发黑的影响。 在最佳工艺运行参数条件下，c o d 。, 、n h 3 n 、t n 、t p 、浊度的平均去除率 分别为9 5 0 5 、4 4 9 l 、3 9 4 3 、6 3 4 6 、7 1 0 3 ，出水c o d = 、s s 达到城镇 污水厂污染物排放标准一级( b ) 标准。 经济分析表明：该工艺具有有机物去除效率高，除磷效果好，投资及运行费 重庆大学硕士学位论文 用省的特点。 关键词：生物絮凝吸附，强化一级处理，生物膜，生活污水 英文摘要 m i d d l ea n ds m a l lt o w na l w a y sf a c et h ed i l e m m at h a tw i t hl i t t l ei n v e s to r m a i n t e n a n c ef e et oa c h i e v eh i g he n v i r o n m e n tp r o t e c t i o nr e q u i r e m e n t i nt h es o u t ho f c h i n a ( e s p e c i a l l yi nt h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a ) ，t h e r ea r eal o to fm i d d l ea n ds m a l l t o w n sw h i c hh a v et h e s ec h a r a c t e r i s t i c s ：w i d ea r e a ，s m a l ls c a l eo fw a s t e w a t e rd i s c h a r g e , c o m p l e xg e o l o g ya n dl a n d f o r m ，d i s p e r s i v ep o p u l a t i o n ，e c o n o m ya n dc u l t u r el a g s oi ti s ad e f i n i t et r e n dt od e v e l o pe c o n o m i c a la n db e f i t t i n gm i n i t y p cw a s t e w a t e rt r e a t m e n t t e c h n o l o g y e n h a n c e db i o - f l o c c u l a t i o np l u sb i o - f i l t e rp r o c e s sw h i c hi n t e g r a t e dt h e a d v a n t a n g eo fb i n f l o c c u l a t i o na n db i o f i l mh a ss u c hc h a r a c t e r i s t i c s ：1 1 i g he f f i c i e n c y , s m a l lp l a c e ，l o wc o s ta n de a s ym a n a g e m e n t t h ed e s i g e n e di n t e g r a t i o nd e v i c ew a su s e dt ot r e a ts e w a g e ，a n dt h ea r t i c l ei sf o c u s o mo p t i m a lh r tr a t i oo fa n o x i c o x i c , o p t i m a ld i s s o l v e do x y g e no ff l o c c o l a t i o n 舡m 】l f l o wq u a n t i t y ( h y d r a u l i cl o a d i n g ) i m p a c to np o l l u t a n tr e m o v a la sw e l la st e c h n o l o g y a e r a t i o ne f f e c to nv e l o c i t y c h a n g e db i o - f i l t e r t h eo p t i m a lr u n n i n gc o n d i t i o n sc a nb e u s e da sd e s i g nd a t af o r p r a c t i c a lp r o j e c t h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m er a t i o o fa n o x i ca n df l o c c u l a t i o nt a n k s i n g l e f a c t o r e x p e r i m e n ti n d i c a t e dt h a t ：u n d e rt h ei n v a r i a b l eo ra p p r o x i m a t ec o n d i t i o n s ( s u c ha sd o a n dt e m p e r a t u r e ) ，t h em e t h o do fg r e ys y s t e ms u g g e s t su st h a tt h eo p t i m a lh r tr a t i oi s 3 6 2 4 h d i s s o l v e do x y g e ns i n g l ef a c t o re x p e r i m e n to ff l o c c u l a t i o nt a n ki n d i c a t e dt h a t ： g e n e r a l l y , r e m o v a lc n r v e sh a d “d o u b l ea p i c e s ”s h a p e a m m o n i ar e m o v a lc u r v ew a s e x t r a o r d i n a r i l ys i m i l a rw i t ht o t a ln i t r o g e n , e a c ho ft h e mh a san e a r l ye q u a lp e a kv a l u e 0 1 2 a n d5 1 7 ，5 7 7 a n d5 8 1 ) ，w h i l ec o da n dt o t a lp h o s p h o r u sh a dah i g h e r l e f tp e a kv a l u e l o wa e r a t i o ni sn o to n l yg o o df o rs a v i n ge l e c t r i c i t y ，b u ta l s ol e a d i n gt o a e r o b i cd e n i t r i f i c a t i o n , s o0 5 m g l w a sc o n s i d e r dt ob et h eo p t i m a ld ov a l u e h o wq u a n t i t ys i n g l ef a c t o re x p e r i m e n ti n d i c a t e dt h a t ：t h er e m o v a lc u r v e so ff i v e i n d e x sw e r ec o m p a r a t i v e l yf i a t ，i n t e g r e a t i o nd e v i c ec a ne a s i l yr e s i s th y d r a u l i ci m p a c t l o a da n dk e e par e l a t i v e l ys t e a d yr e m o v a lr a t e b o t h2 0 m 3 da n d4 0 m 3 df l o wq u a n t i t y e x p e r i m e n th a dh i g hr e m o v a lr a t i o ，i nv i e wo fc o s to ft r e a t m e n t ，4 0 m 3 db e c a m et h e o p t i m a lf l o wv a l u e t h et e c h n o l o g ya e r a t i o ne x p e r i m e n to fv e l o c i t y c h a n g e db i o - f i l t e rh a si n d i c a t e dt h a t ： p o l l u t a n tg r a d u a l l yr e m o v e dw i t ht h ed e p t ho ff i l t e rm e d i a c o m p a r e dw i t hu n a e r a t e d m 重庆大学硕士学位论文 c o n d i t i o n , t h e r ew a sa p p r o x i m a t e d l yt h es e m er e m o v a lo fc o da n dp h o s p h o r u s ，b u t a e r o b i cc o n d i t i o nh a dah i g h e rt u r b i dr e m o v a lr a t i o d u et ot h ef o r m a t i o no fa n o x i c z o n e s ，n o n s p c c i f i cd e n i t r i f i c a t i o no c c u r r e di nt h ec h a m b e ru n d e rb o t hc o n d i t i o n s t h e e x p e r i m e n ts h o w e dt h a t ：f i l t e ra d a p t st oa n o x i cc o n d i t i o ni nw i n t e r , d e c a y e da n db l a c k e f f l u e n tc a nt h e r e f o r eb es o l v e db yi n c r e a s i n gf l o wq u a n t i t y ( d e c r e a s eh a t ) o rc h a n g i n g t ot e c h n o l o g ya e r a t i o n ( a e r o b i cc o n d i t i o n ) t h u sc o u n t e r a c t i n gh i g ht e m p e r a t u r ei n s u m m e r u n d e rt h eo p t i m a lw o r k i n gc o n d i t i o n s ，t h er e m o v a lr a t i oo fc o d 口w a s9 5 0 5 ， t h o s eo fa m m o n i a , t o t a ln i t r o g e n , t o t a lp h o s p h o r u sa n dt u r b i dd e g r e ew e r e4 4 9 1 ， 3 9 4 3 ，6 3 4 6 ，a n d7 1 0 3 r e s p e c t i v e l y t h eq u a l i t yo ft h ee f f l u e n tc a np a r t i a l l ym e e t t h ef i r s td a a ss t a n d a r do fd i s c h a r g es t a n d a r do fp o l l u t a n t sf o rm u n i c i p a lw a s t c w a t e r t r e a t m e n tp l a n t ( g b1 8 9 1 8 2 0 0 2 ) e c o n o m i ca n a l y s i si n d i c a t e dt h a t ：t h ep r o c e s sh a dm a n ya d v a n t a g e ss u c ha sh i g h o r g a n i cm a t t e rr e m v a l ，h i g hp h o s p h o r u sr e m o v a l ，a n dc h e a pc o s tf o rc o n s t r u c t i o na n d r u n n i n g k e y w o r d s ：b i o l o g i c a lf l o c c u l a t i o na n d a d s o r p t i o n , e n h a n c e dp r i m a r yt r e a t m e n t , b i o f i l m ，s e w a g 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及取 得的研究成果。据我所知，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，也不包含为获得重废太堂 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谢意。 学位敝作者妣矽彳仙签字日期一占年f 猬斗日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废盔堂有关保留、使用学位论 文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆盔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，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“v ”) 学位论文作者虢母p 签字日期：沙b6 年i 上月哆日 导师签名：弓移 签字日期：v 。6 年，) 4 1 0 日 1 前言 1 前言 大型规模的城市污水处理工艺的研究已经相对比较成熟，其污水处理的规模 效应可以得到充分发挥，而中小城镇的污水处理工艺选择却是个难点，往往处在 环保要求高而初投资和运行维护费用少的两难境地。强化一级处理工艺在资金增 加不多的情况下，可以有效地削减污染物总量。生物絮凝吸附生物膜过滤污 水处理，作为一种新型强化一级处理技术，具有明显的优势和潜力。它结合了活 性污泥和生物膜的特点，无需投加化学药剂，启动快，运行稳定，对有机物去除 率高，且有一定的脱氮除磷效果，具有较强的实用性和优越性。 1 1 我国城市污水处理的现状 近年来，。我国的城市污水处理技术、设备有了很大的发展，但与同期国外的 城市污水处理厂相比，始终存在着效率低、能耗高、运转维护费用高等缺点。目 前在我国现有的城市污水处理厂中，有不下3 0 多座引进了外国的新工艺、新技术， 但由于建同样规模的城市污水处理厂，引进技术设备所需投资要比用国内技术设 备增加5 0 以上，且引进技术设备要建立在有外汇和偿还能力的前提下，因此这 些新工艺、新技术在我国不能得到大范围的推广【”。 据建设部关于全国城市污水处理情况的通报( 建城 2 0 0 5 1 4 9 号) ；从污水 厂建设情况来看，到2 0 0 4 年底，全国6 6 1 个设市城市建有污水处理厂7 0 8 座，处 理能力为4 1 9 2 万m 3 d ，全年城市污水处理量1 6 2 8 亿m 3 ，城市污水处理率达到 4 5 7 ，但各地发展很不平衡，截至2 0 0 5 年6 月底，全国3 1 个省( 自治区、直辖 市) 中还有2 9 7 个城市没有建成污水处理厂；从污水厂运行情况来看，到2 0 0 4 年底，全国城市污水处理厂运行负荷率平均为6 5 ，但一部分建成的污水处理厂 没有充分发挥效益，截至2 0 0 5 年6 月底，全国3 6 4 个建有污水处理厂的城市中， 仍有3 8 个城市的污水处理厂运行负荷率低于3 0 ；从污水处理费开征情况来看， 截至2 0 0 5 年6 月底，全国有4 7 5 个城市实行了污水处理收费制度，还有1 8 6 个城 市没有开征污水处理费，目前，已开征污水处理费的城市普遍存在收费标准低、 征缴率低的问题，全国约有1 4 开征污水处理费的城市收费标准不足o 3 元，m 3 。从 中我们可以看出我国城市污水处理存在的不足：建设资金短缺，污水处理率低下， 运营模式封闭。 1 2 中小城镇污水处理的特点 中小城镇排放的污水对水环境的污染不容忽视。我国9 0 以上小城镇的水体 重庆大学硕士学位论文 环境均受到不同程度的污染，小城镇废水处理率不到1 0 1 2 1 。中小城镇市政基础设 施标准普遍很低，配套性差，环保投入严重不足城镇排水管道少，排水体制多 为雨污合流制，污水无组织排放居多，一般没有一座正规污水处理厂，绝大部分 城市污水未经任何处理就直接排入附近水体，造成严重污染。 中小城镇的水环境问题严重，类型十分复杂，潜在危害大。特别是在一些环 境容量小、人口密度高、工业相对集中的小城镇里，水环境问题的严重程度不亚 于大中城市或工业区，近年来由于城镇和私营企业不断发展，一些技术水平低、 能耗高、污染重的项目由大中城市向小城镇转移，产生的工业废水未经处理就直 接排入水体，加重了中小城镇水环境的污染和破坏。 未处理的污水排放量持续增加，超标排放较为普遍，居民生活污水比例大， 污水成分复杂，水质变化大目前全国约9 5 以上的小城镇均未建立污水处理厂 ( 设施) 。中小城镇各种企业的发展导致不少河流、小溪、湖泊等水体污染极为 严重已直接影响到广大居民的生活和生产的正常进行，大大影响了小康社会的建 设。 以重庆为例，重庆市有6 0 0 多个小城镇，目前仅有3 0 多个小城镇正在建设污 水处理设施。根据三峡库区及长江中上游水污染防治规划，2 0 1 0 年前，三峡 库区沿岸1 0 1 个小城镇还将建设污水处理设施由于小城镇量大面广、污水排放 规模小，通常每日仅几千m 3 ，甚至仅几百m 3 ，在选择工艺技术时面临较大困难。 同时，三峡库区地形、地质复杂，人口相对分散，经济文化落后，亟须寻找经济、 适用的小型污水处理方案。 与城市污水处理相比，中小城镇污水处理有以下特点： 污水量较小，一般在0 5 x 1 0 4 3 o x l 0 4 m 3 d ，且污水排放规律也不尽相同， 水量波动较大； 由于各个中小城镇一般都有各自的乡镇企业，不同乡镇企业废水的大量排 入，导致各中小城镇水质波动也很大，并存在复合污染物问题； 城市污水处理厂的污水是经过长距离管网输送的，有一定调解缓冲空间， 中小城镇污水不具备这一有利条件； 中小城镇污水处理工艺应与中小城镇的财力和具体情况相适应，应是低投 入、高效率的处理工艺。 目前，我国中小城镇迫切需要经济、高效、技术可靠的污水处理工艺和技术， 即所谓的“三低一少”技术1 3 】( 低建设费用、低运行费用、低操作管理需求、二次 污染物排放少的城镇污水处理技术) 因此，针对中小城镇污水水量小、水质复 杂、波动性大等特点，并结合中小城镇所在地的具体情况，开展中小城镇污水处 理工艺的系统研究，开发适合中小城镇的、易于推广的、经济、适用的污水处理 2 1 前言 技术是当务之急。 1 3 城市污水强化一级处理简介 1 3 1 化学强化一级处理 化学絮凝强化法原理与给水中的混凝沉淀原理相同，通过投加絮凝剂，使微 小的悬浮固体、胶体颗粒脱稳，聚集形成较大的颗粒，从而提高沉淀效率。yj s h a o 4 1 认为，这种工艺因为需要较低的初投资和运行费，特别适合发展中国家采 用。污水中的磷大多以磷酸根形式存在，它的去除主要不是靠絮凝，而是同投加 的f e 3 , - 、a l “反应生成磷酸盐沉淀。在沉淀过程中，这些沉淀物还能吸附有机磷和 聚合磷，这样对各种形式的磷都有一定的处理效果阁。以f c c l 3 和a 1 2 ( s 0 4 ) 3 为例加 以说明： f c c l 3 + p q _ f e p 0 4 j + 3 c i ” a h ( s 0 4 ) 3 1 4 h 2 0 + 2 p 0 ，- + 2 越p 0 4 i + 3 s 0 4 1 4 h 2 0 化学强化法对污水除磷有较好效果( 一般情况下，出水r p 含量可满足l m g l 的排放要求1 6 1 ) ，水质稳定，受季节温度影响不大，但对氮的去除作用不明显【3 1 在该技术研究中，采用的无机絮凝剂主要有铝盐、铁盐、石灰等：有机高分子絮 凝剂主要有聚丙烯酰胺( p a m ) 和壳聚糖等。由于有机高分子絮凝剂价格较高， 为了减少药剂投加量，充分发挥不同絮凝剂间的协同，往往与无机絮凝剂复配使 用【刀。城市污水化学强化一级处理实例见表1 1 。 表1 1 城市污水化学强化一级处理实例同1 8 】1 9 l 国家 研究者 药剂投加量c o d 去除率s s 去除率t p 去除率 ( 地区) ( m e l ) ( ) )( ) 助凝剂o 1 5 中国武汉姜应和等 6 2 7 9 2 6 7 3 e a c3 5 4 氯化铁1 0 中国香港 ( 1 )9 1 聚合物0 1 5 硫酸铝3 0 中国台湾 c h e r t c h i n - y a n g 6 0 ( 1 )7 0 p a c 3 0 氯化铁1 0 美国 5 1 8 3 高聚物0 1 5 硫酸铝2 5 0 埃及f a e i - g o h a r y 氯化铁2 0 0 8 06 0 石灰8 0 0 英国 m p g a m b d l l 石灰7 2 08 99 19 6 注：( 1 ) 此数据以b o d 计 3 重庆大学硕士学位论文 在我国应用化学强化一级处理技术的主要问题是药剂价格昂贵、运行费用较 高、污泥处理处置难度较大。采用该技术处理的污水厂，其污泥产量将明显增大， 产量可通过工艺计量学关系作初步估算在初沉池投加化学药剂，初沉池产泥量 将增加5 0 1 0 0 ，如设后续生物处理，则全厂污泥总量增加6 0 7 0 。在二 沉池投药，活性污泥量增加3 5 4 5 ，全厂污泥量将增加1 0 2 5 。因此，化 学药剂的投加会使沉淀污泥的产量增加、浓度降低，污泥体积增大，使污泥处理 处置的难度增加。所以，在采用c e it 时除了考虑药剂费用外，还要考虑污泥的 处理处置费用【4 j 。 1 3 2 生物絮凝吸附强化一级处理 生物絮凝吸附强化法的原理主要是利用活性污泥的特性在短期内将污染物吸 附去除，同时伴随少量的氧化。污泥颗粒有着巨大的表面积并覆盖粘质层，使污 染物附聚其上，同时经充氧后的污泥也会有微生物产生，在絮凝中起到促进吸附 和网捕作用，使污水中的胶体得到絮凝f 埘。该法的主要原理就是利用了污泥的“初 期吸附去除”1 1 1 】这一特性，让污水和活性污泥充分接触，使部分呈悬浮、胶体和 溶解性状态的有机污染物为活性污泥吸附，从而使污染物得以去除。其去除机理 既有污染物质的物理吸附、化学吸附和生物吸附、吸收作用，又有吸附架桥、沉 淀物网捕等絮凝作用及微生物氧化作用，相互作用十分复杂 在工艺流程上，污水原水经过絮凝池，在机械搅拌作用下与回流污泥充分混 合，经絮凝吸附反应后，在沉淀池中实现固液分离，出水排放。沉淀污泥回流至 曝气再生池曝气，以改善污泥沉降性能，并降解吸附的有机物，保持污泥的好氧 状态。再生污泥回流至絮凝池，剩余污泥从沉淀池底排1 1 2 1 城市污水生物絮凝 吸附强化一级处理实例见表1 2 。 表1 2 城市污水生物絮凝吸附强化一级处理实例【司【1 0 j 【1 3 1 国家 c o d 去除率s s 去除率 i t 去除率 ( 地区) 研究者 污水类型 ( )( )( ) 中国北京师绍琪等生活污水8 08 0 中国北京尤作亮等 生活污水 6 8 98 6 82 4 2 韩国 配水 4 07 2 日本生活污水9 39 6 生物絮凝吸附强化一级处理实质上是吸收了两种现有改进型活性污泥法处理 工艺的特点，即吸附再生法和a b 法它依靠活性污泥的能力，迅速吸收水中颗粒 及溶解的有机质。所以，它是一种新型污水处理系统，可用作有效的强化污水处 4 1 前言 理，也可提高现有生物处理的性能，亦即缓解超负荷或扩大现有的活性污泥处理 工艺。 1 3 3 化学生物联合絮凝沉淀强化一级处理 化学往物联合絮凝沉淀强化一级处理是一种以化学絮凝沉淀作用为主、 生物絮凝起重要辅助作用的工艺【1 4 1 。它采用空气混合絮凝反应和污泥回流，利用 外加的化学絮凝沉淀剂和污水中的天然生物絮凝剂，可达到经济有效地高程度去 除磷酸盐与s s 、中等程度地去除c o d 、b o d 5 的目的。 在工艺流程上，由絮凝反应池、沉淀池、污泥回流和空气混合系统构成。污 水经过机械处理及提升后进入絮凝反应池，通过投加化学药荆与空气混合实现化 学生物联合絮凝，形成沉降性能良好的污泥絮体和磷酸盐化学沉淀物，然后 在沉淀池完成固液分离。城市污水化学一生物联合絮凝沉淀强化一级处理实例见 表1 3 。 表1 3 城市污水化学生物联合絮凝沉淀强化一级处理实例【1 5 l 【1 6 1 t a b l e1 3 e x a m p l eo f b i o l o g i c a la n dc h e m i c a le n h a n c e dt r e a t m e n t 国家 研究者污水类型 c o d 去除率s s 去除率t p 去除率 ( 地区) ( )( )( ) 中国上海夏四清等 城市污水 7 2 ( 1 )7 08 6 中国上海励建全等 城市污水 4 06 07 5 注；( 1 ) 此数据以b o d 计。 研究结果表明，该技术综合了化学和生物强化絮凝的优势，可以取长补短， 在一定程度上达到处理效果稳定可靠、明显降低药剂消耗量、减小污泥产生量、 降低处理成本的目的。去除率一般为c o d 6 0 一8 0 、b o d 5 6 0 - 8 0 、s s 8 0 9 0 、 t p 7 5 - 9 0 、t n 2 5 左右【1 1 】。另外，化学药剂投加量主要根据进水磷浓度和除磷 的要求确定，这使得药剂费和运行管理费相对增加。 1 3 4 电絮凝强化一级处理 电絮凝法的基本原理是将待处理废水作为电解质溶液，以f c 、作阳极，在 电流的作用下发生电化学反应和化学反应以f e 为例加以说明： 阳极反应： f e 2 e f e 2 + f e z + + 2 0 h - - - - - f e ( o i - i ) 2 f e ( o h ) 2 + 0 2 + 2 h 2 0 _ f e ( 0 田3 阴极反应： 5 重庆大学硕士学位论文 2 h + + 2 e h 2 t 电解过程中铁阳极溶解产生大量f e 2 + ，部分f 铲+ 被氧化生成f e 3 + 进而形成多核 羟基络合物，另一部分f p 直接形成多核羟基络合物，所有这些多核羟基络合物 最终以絮状体形式沉淀析出。同时，阴极反应生成的大量氢气又产生气浮作用， 以上絮凝和气浮两种作用共同完成水样中c o d 的降解。 电絮凝法是一种有效的处理生物难降解的有机废水的方法，其应用已有较长 的历史，在源水和多种行业废水处理中有着广泛的应用。电絮凝，就是在外电压 作用下，利用可溶性阳极产生大量阳离子，对胶体废水进行凝聚沉淀【1 7 1 通常选 用铁或铝作为阳极材料。将金属电极( 如铝) 置于被处理的水中，然后通以矗流 电，此时金属阳极发生氧化反应。产生的铝离子在水中水解、聚合，生成一系列 多核水解产物而起凝聚作用，其过程和机理与化学混凝法基本相同。同时，阴极 上产生的新生态的氢，其还原能力很强，可与废水中的污染物起还原反应。氢气 和氧气以微气泡的形式出现，在水处理过程中与悬浮颗粒接触可获得良好的粘附 性能，从而提高水处理效率。城市污水电絮凝强化一级处理实例见表1 4 。 表1 4 城市污水电絮凝强化一级处理实例【1 8 】【1 9 】【刎【2 1 l 国家c o d 去除率s s 去除率t p 去除率 ( 地区) 研究者污水类型 ( )( )( ) 中国士林张素娟等染料废水 7 7 5 中国- 浙江 杨岳平等 毛纺染废水5 39 8 波兰j n a u m c z y k纺织废水 5 39 8 ( 2 ) 土耳其 a t a n y o l a c 酚类废水 7 0 注：( 2 ) 此数据以色度计 该法的使用以电解为前提，电耗的增加使运行成本猛增，因而多局限于小规 模的特殊污废水处理。另外，电解电压是决定去除效果的重要因素之一，随着电 压的增大，c o d 去除率也随之增高，催化剂的使用加快了氧化的进程，使电解时 间缩短，节省了电能的消耗。 1 4 课题研究的目的、内容和意义 本课题研究来源于中冶赛迪工程技术股份有限公司与重庆大学签订的技术开 发合同( 编号c i s d l 2 0 0 4 - 1 5 ) ，其目的旨在开发出一种污染物去除效率高，投资费 用省的高效低耗的污水处理实用技术。试验考察该技术处理生活污水的实用性和 优越性，确定在试验条件下的应用条件及优化，并为实现该工艺技术的设备化、 6 1 前言 装置化而用于城市污水处理的中、小型污水处理装置和城镇污水处理设施的开发 设计提供试验依据，并为此技术在其它污水处理的推广应用提供可靠的理论依据。 本课题主要有以下几个研究内容： 分析该技术的运用范围，提出试验方案，对试验装置进行设计，确定试验 装置的安装、调试、运行程序。 依据试验数据分析低负荷条件下有机物的去除效果 重点评估该技术运用于高负荷条件下影响去除率的显著因素，考察曝气量、 水力停留时间、污泥负荷对c o d 、s s 等有机物去除率的影响。 依据试验数据考察生物滤池对c o d 、s s 、n h 3 - n 、t p 、t n 污染物去除率 的影响，从而确定较佳生物过滤技术的运行条件。 对不同进水流量( 水力停留时间) 进行试验，考察其污染物的去除率。 研究装置对污染物的去除机理，建立符合实际情况的数学模型，以供反应 器设计、放大及工程实践参考。 本课题试验的污水采用重大b 区学生宿舍的生活污水，试验安排在重庆大学 市政与环境工程实验研究中心进行。针对反应器在脱氮除磷、处理效果以及污泥 膨胀控制等方面进行改善，一体化装置的起端增加了缺氧池，在工况上更加灵活 多变。一般来讲，试验规模越大，工艺的工程放大的准确性越高，试验结果得出 的最优设计参数就越具有指导性。本研究试验规模为q 。= 6 m 3 d ，在一定程度上 达到了较大的规模。因此，试验的成果具有一定的典型性和示范性。 7 2 试验场地与装置及启动 2 试验场地与装置及启动 2 1 试验场地 重庆大学市政与环境工程实验研究中心下面的一块露天场地( 学车场旁边) 作为试验场地，该场地地势较低，污水接入比较方便，处理后的出水也可就近排 入下水道。宿舍区生活污水经过钢丝筛网简单过滤后，引入高位水箱，再由重力 流进入处理流程。 2 2 试验流程及装置 整个污水处理在一体化装置中完成，其流程见图2 1 。鼓风机采用广东生产的 日生牌( r 】强u n ) 电磁式空气泵，型号为a c o 0 0 6 和a c o 一0 0 3 ，前者用于絮凝池 曝气，后者用于变速生物滤池反冲洗及工艺曝气。回流污泥通过潜污泵采用连续 回流的方式，以维持系统的m l s s ，并改善污泥的活性。 图2 1t 艺流程图 f i 9 2 1 f l o wc h a r to ft r e a t m e n t 试验一体化装置采用厚度为3 m m 热轧钢板焊接制作，并作除锈、喷塑等防腐 处理，宽为6 0 0 r a m ，试验装置见图2 2 。试验采用连续流，设计流量为q 。= 6 m 3 d ， q 早= 4 m 3 d 。缺氧池尺寸0 4 0 6 x 1 3 5 m ，絮凝池尺寸0 4 x 0 6 x 1 1 m 。斜板采用厚度 为5 m m 的p p 板，安装角度6 俨。变速生物滤池采用下向流，中间设置工艺曝气区， 其装填的滤料；上层填料采用河南郑州某厂家生产的生物页岩陶粒滤料，粒径为 2 4 r a m ，平均粒径为3 m m ：下层填料采用重庆大学城环学院研制开发的新型酶促 填料【2 2 1 ，粒径4 - 6 r a m ，平均粒径为5 m m 。 9 重庆大学硕士学位论文 图2 2 试验装置 f i 9 2 2e x p e r i m e n ts e t - u p 反应装置中各池的设计有效容积和各池按设计有效容积运行下的水力停留时 间参见表2 1 和表2 2 。调节缺氧池与絮凝池池壁不同水位标高的阀门的开闭得到 不同水力停留时间组合见表2 3 。装填滤料的部分物理参数参见表2 4 和表2 5 。 1 0 2 试验场地与装置及启动 表2 1 各池设计有效容积表 t a b l e2 1 d e s i g na v a i l a b l ev o l u m eo f t a n k s 项目缺氧池絮凝池斜板沉淀池 i 变速生物滤池 有效容积( m 3 ) 0 3 0 2 50 4 6 1 0 2 9 表2 2 各池按设计有效容积运行下的水力停留时间对照表 t a b l e2 2h r to ft a n k su n d e rd e s i g nv o l u m eo p e r a t i o n 、盯( h ) 流量弋 缺氧池絮凝池斜板沉淀池变速生物滤池 o = 2 0 m 3 d 3 6 3 o5 53 5 0 = 3 0 m 3 d2 42 03 72 3 0 - - - 4 0 m d 1 81 52 81 7 o = 5 0 m 3 d 1 4 1 - 22 21 4 q = 6 0 m 3 d 1 2 1 01 81 2 ：垦。一占呻l + 舞萎强 c + 一 、l 显一 ： 、1 f c冲q 、 、l + + 、：、 + c p+ r j 一 “一一一一一一 ， 一 # 翻n d n 2 0 ， 隗! ， 删八 ， ，+ 一 ，c 4 ，r 图2 3 不同标高的出水阀门 f i 9 2 3 o u t f l o wv a l v ei nd i f f e r e n th e i g h t 表2 3 缺氧池与絮凝池水力停留时间组合表 t a b l e2 3h r to f 们t a n k 阀门开闭组合 缺氧池h r t ( h 1絮凝池h r t ( h ) 备注 阀门2 、4 开 3 2 3 oq = 2 0 m 3 d 溷f - j 1 、4 开3 63 oq = 2 0 m 3 d 阀门3 、5 开 2 72 4 o = 2 0 m 3 d 阀门2 、5 开 3 22 4 q = 2 0 m 3 d 阀门1 、5 开3 62 4q ；2 0 m 3 d n 卜l目叫卜l日1，od蜩1r嗣l 重庆大学硕士学位论文 表2 4 页岩陶粒滤科物理参数表 t a b l e2 4 p h y s i c a li n d e x e so fs h a l ec e r a m s i t ep a c k i n g 比重 堆积密度筒压强度 比表面积孔隙率( ) 项目粒径( n a n ) ( g c m s )( k g m 3 )( m p a )( m 2 g ) 页岩陶粒 2 - - 42 5 4 - - 2 5 97 4 0 - 8 8 0 5 m 击5 3 1 4 27 1 - 8 4 表2 5 新型酶促滤料物理参数表 有效孔表有效孔容松散容重 氮密度孔隙率 项目粒径( r a m ) ( m 2 g ) r m l g )( 咖1 ) ( g m 1 )( ) 酶促滤料5o 1 8 6 10 2 4 9 4o 6 5 32 4 8 74 4 6 5 本试验装置的特点： 结合a o 法与生物膜法的特点，将变速生物滤池串联于a o 工艺之后，就 形成了缺氧，好氧强化生物絮凝+ 变速生物滤池复合工艺。 该工艺在絮凝池内可采用低氧曝气以降低能耗，前端设置缺氧池并设内回 流以形成缺氧( 厌氧) 区，可以在运行费用增加不多的情况下，有效地提高脱n 除p 的效果。 斜板沉淀，泥水分离效果显著，可减少“跑泥”，降低滤池的反冲频率。 变速生物滤池中间设计曝气区有独特创新：当曝气头曝气时，实现曝气生 物滤池( b a f ) 的效能( 实现上部好氧和下部缺氧功能分区) ，不曝气时即为普通 变速生物滤池，故又该单元可称为“曝气变速生物滤池”；既可实现水反冲洗又可 实现气水联合反冲洗。 2 3 试验水质及规模 试验进水原水采用重庆大学b 区宿舍区生活污水，冬季水温5 1 0 c ，夏季水 温1 8 2 3 ，p h = 7 1 8 5 。污水中含有大量的颗粒物，如烟头、毛发、塑料袋等， 为了防止堵塞，生活污水经由钢丝筛网过滤后引入处理流程。生活污水水质波动 较大，冬季污染物浓度明显高于夏季，这与学生洗涤和冲凉用水量受季节影响有 关。夏季进水水质：c o d a = 1 0 2 2 3 1 m g l ，n h 3 - n = 3 2 5 4 m g l ，t n = 4 8 9 2 m g l ， t p = 3 4 5 9 r a g l ；冬季进水水质：c o d c t = 3 2 3 6 4 4 m g l ，n h 3 - n = 5 5 1 0 1 m g 1 , ， t n = 8 4 1 8 0 m g l ，t p = 4 2 1 0 1 m g l 。总体上而言，可生化性为b o d s c o d c r = 0 4 0 5 ，n i - - 1 3 n 、t p 浓度较高，c n 、c 伊偏低，影响了氮磷的去除。 一体化装置设计规模为：q 。= 6 m s d ，q 平- _ 4 m s d ，试验流量为2 0 6 o m s d ， 采用转子流量计控制工作流量。 2 试验场地与装置及启动 2 4 试验内容及安排 2 4 1 试验的主要影晌因素 影响试验装置运行效果的因素很多，如p h 值、温度、c n 、c p 、d o 、进水 水质、h r t 、游料类别和装填厚度。然而，在确定了场地、装置及流程的实际运 行中，很多因素无法人为控制。为使本课题研究的工艺适应生产实践中可能出现 的环境因素波动，本试验不对p h 值、温度、c n 、进水水质进行定量控制。因时 间限制，在现有的试验条件下，仅选缺氧池和絮凝池的h r t 之比、絮凝池d 0 、 进水流量( 水力负荷) 作为控制性因素。通过调节池壁上不同水位标高的阀门的 开闭就可控制缺氧池和絮凝池的不同h r t 之比，通过调节空气管路上d n 2 0 的阀 门就可控制絮凝池内的d o ，通过调节