（应用化学专业论文）化工综合废水生物膜法污泥减量化研究.pdf

摘要 摘要 目前，超过9 2 的城市污水处理采用活性污泥法，这种方法在处理过程中 会产生大量污泥，污泥量约占处理水量的0 3 o 5 ( 以含水率为9 7 计) 。 随着社会进步和可持续发展的要求，污水处理规模将进一步增加，污水处理过 程中产生的大量污泥处理逐渐成为污水处理过程中的一个制约因素。目前，污 泥处理的主要方法有：土地利用，填埋和焚烧。污泥中的寄生虫卵，未稳定化 的有机物，重金属离子及大量有害病原微生物在填埋和土地利用时会对环境产 生二次污染；焚烧不仅能耗高，而且烟气处理难度大，其处理费用约占污水厂 处理成本的1 0 左右，并仍有产生二次污染的可能。因此，研究开发污泥减量新 技术、新工艺显然是有重要意义。 本课题研究的内容是在处理工艺中实现污泥减量，为减少活性污泥法污水处 理过程中产生的大量污泥，采用b f 生物填料在缺氧一好氧工艺中组成复合生物 氧化池，对其污泥减量效果进行了中间试验。为使中试效果具有代表性，选择 某大型综合污水处理厂进行现场试验，并为污水厂改造提供技术支撑。 试验结果表明：剩余污泥量减少8 9 5 ，c o d 的平均去除率为8 6 8 ，s s 等 水质指标也有较高的去除率。 本试验在处理污水的缺氧一好氧系统中，从清洁生产角度讲，把剩余污泥作 为一种资源，通过把污泥回流到系统的a l 段，对生物膜法实现污泥减量以及污 泥减量对系统处理效果的影响做了研究与分析，实现了污水处理过程中使污泥 减量，为改进污水处理技术提出了颇有发展前景的新途径。 关键词：化工综合废水；b f 生物填料；生物接触氧化；污泥减量 东北电力大学硕士学位论文 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，m o r et h a n9 2 o ft h ec i t ys e w a g et r e a t m e n ta d o p t sa c t i v a t e ds l u d g e m e t h o dw h i c hp r o d u c e sa l a r g em o u n to fs l u d g ei nt h ec o u r s eo fh a n d l i n g ，a n dt h e s l u d g eq u a n t i t ya p p r o x i m a t e l yc o m p o s e so 3 0 5 o ft h ep r o c e s s i n gw a t e r v o l u m e ( t h er a t i oo ft h ew a t e rc o n t e n ti s9 7 1 w i u lt h ep r o g r e s so ft h es o c i e t ya n d t h er e q u e s to ft h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ，t h ea m o u n to ft h es e w a g et r e a t m e n tw i l l h a v eaf u r t h e ri n c r e a s i n g ，a n dt h em a s s i v e s l u d g e w i l l g r a d u a l l yb e c o m et h e r e s t r i c t i o nf a c t o ri nt h ec o u r s eo ft h es e w a g et r e a t m e n t s of a r , u t i l i z a t i o n 。l a n d f i l la n d b u r n i n ga r et h em a i nd i s a p o s a lm e t h o d so ft h es l u d g e i nt h es l u d g e ，t h ep a r a s i t i c w o r m sa n de g g s ，t h eu n s t e a d i l yo r g a n i cm a t t e r , t h eh e a v ym e t a li o na n dt h em a s s i v e h a r m f u lp a t h o g e n i cm i c r o o r g a n i s mc a l l p r o d u c et h es e c o n d a r yp o l l u t i o nt o t h e e n v i r o n m e n tw h e nf i hi nb u r i e sw i t ht h el a n du t i l i z a t i o n ； b u r n i n gn o to n l yh a sah i g h e n e r g yc o n s u m p t i o n ，b u ta l s oe x h a u s tt h ed i f f i c u l t yt r e a t i n gg a s ，i t sp r o c e s s i n g e x p e n s ei sa b o u t 10 o ft h es e w a g ef a c t o r yc o s t ，a n di ti s p o s s i b l et op r o d u c e s e c o n d a r yp o l l u t i o n t h e r e f o r e ，r e s e a r c h i n ga n dd e v e l o p i n gan e wt e c h n o l o g yo f s l u d g ed e c r e m e n to b v i o u s l yh a v et h ei m p o r t a n ts i g n i f i c a n c e t h et o p i co ft h i s s t u d yi st or e a l i z et h es l u d g ed e c r e m e mi nt h ep r o c e s s i n g t e c h n o l o g y t h i s i sab i o l o g i c a lt r e a t m e n ti n d u s t r i a l i z a t i o n p i l o t - t e s tw h i c ha c o m p o u n db i o l o g i c a lc o n t a c to x i d i z i n gp o n d i sf o r m e dw i t hak i n d o fn e w c h a r a c t e r i s t i cb ff i l l e r ，a c c o r d i n gt or e d u c et h ea m o u n to fs u r p l u ss l u d g ei nt h e a c t i v a t e ds l u d g em e t h o d t h er e s u l t so ft h ep i l o t t e s ts h o w st h a ta na p p r o x i m a t e l y8 9 5 o ft h es u r p l u s s l u d g em a yb er e d u c e d ；t h eo p t i m u mr e m o v a lo fc o do na v e r a g ei sa b o u t8 6 8 a n d ah i g hr e m o v a lq u a n t i t yr a t eo ft h eo t h e rc o n s u m p t i o n ss u c ha ss si sa c h i e v e d t h i se x p e r i m e n ti nt h e p r o c e s s i n gs e w a g e 珂e f i c i to x y g e n g o o do x y g e n s y s t e m ，f r o mt h ep o i n to ft h ec l e a np r o d u c t i o n , r e g 铀_ dt h es u r p l u ss l u d g ea sak i n do f h - a b s t r a c t r e s o u r c e ，t h r o u g ht h es l u d g eb a c k f l o wt ot h es y s t e ma 1s e c t i o n ，r e a l i z et h eb i o l o g i c a l e m b r a n em e t h o dt h a th a sm a d em o r ec a r e f u la n a l y s i sa n ds t u d i e di ns l u d g ed e c r e m e n t a n di m p a c to nr e s u l to f h a n d l i n gi nt h es y s t e mo ft h es l u d g ed e c r e m e n t ，h a v er e a l i z e d t h a te n a b l e ss l u d g ed e c r e m e n ti nt h ec o u r s eo fs e w a g ed i s p o s a l i tw i l lm a k ef u r t h e r a d v a n c e sa n dp e r p e c t i v ec h a n n e lo nt h ew a s t ew a t e rt r e a t m e n t k e yw o r d s ：c h e m i c a lc o m p r e h e n s i v ew a s t ew a t e r ：b fb i o l o g i c a lf i l l e r ：b i o l o g i c a l c o n t a c to x i d a t i o n ；s l u d g ed e c r e m e n t i n - 论文原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。 文中依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法 律意义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申 请的论文或成果。 本人如违反上述声明，愿意承担以下责任和后果： 1 交回学校授予的学位证书； 2 学校可在相关媒体上对作者本人的行为进行通报； 3 本人按照学校规定的方式，对因不当取得学位给学校造成的名誉损害， 进行公开道歉。 论文作 律纠纷。 逆年土月盟日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属东北电 力大学。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 署名单位仍然 论文作者签名 导师签名： 期：递年立月烈日 期：年一月日 第1 章绪论 1 1 课题背景 第1 章绪论 1 1 1 我国的污泥产量发展状况 活性污泥法是城市污水处理厂应用最为广泛的生物处理技术，它具有基建投 资省、处理效果好的优点，但它一直存在一个最大的弊端，那就是在运行过程 中会产生大量的剩余污泥。一座日处理1 0 万吨污水的城市污水处理厂，如每日 正常运行，则每日将产生污泥干固体1 0 - 2 0 吨，折合成含水8 0 污泥，将达 5 0 - - 1 0 0 吨。今后几年我国的污水处理厂污泥产量将会有大幅度的上升，主要有 以下几方面的原因。 ( 1 ) 污水量的增加随着我国城市化进程的加快、人口的急剧增加，污水 排放量同益增加。根据有关预测，我国城市污水量在未来1 5 年还会有较大增长， 2 0 1 0 年污水量将达到4 6 0 x 1 0 8 m 3 d ，2 0 2 0 年将达到5 5 0 x 1 0 8 m 3 d 。全国目前共有 污水处理厂9 0 0 多座，年处理污水2 4 0 多亿立方米。建设部计划从现在到2 0 1 0 年，新建城市污水处理厂5 0 0 余座，污水处理能力将由目前的3 0 0 0 万吨日增加 到5 0 0 0 - - 6 0 0 0 万吨日，因此污泥产量将会成倍地增长【lj 。 ( 2 ) 污水处理率提高根据国家环境保护十五规划，2 0 1 0 年，省会及重 点旅游城市不低于7 0 。就吉林市而言，污水处理率达3 0 时，年产污泥就已 达1 5 万吨之多。“十一五”规划纲要明确了吉林市污水处理要达到的总体目 标：至2 0 1 0 年吉林市的城市污水处理率要达到6 5 以上。由此可见，随着人民 生活水平的提高和城市化进程的加快，我国污水处理率必然将进一步提高。 ( 3 ) 处理标准提高，处理功能拓展随着我国排放标准日趋严格及污水处 理功能的拓展，污泥产量随之增加。尤其是现在日益引起重视的无机营养物质n 、 p 的去除，德国脱氮除磷污水处理厂的运行经验表明，若污泥中磷的含量为5 ， 东北电力大学硕十学位论文 污泥量比传统活性污泥法要增加1 3 。般为保证出水磷含量达标，遂常辅以 化学除磷，这样污泥量至少增加3 0 以上。 污泥含有大量的水分( 7 5 9 9 ) ，成分复杂，且有大量的病原菌和寄生虫 ( 卵) 、有害的有枫污染物、重金属等有害成分，伴有恶臭，易腐烂。如不及时 处置，极易造成二次污染。现在大量未稳定处理的污泥已成为城市污水处理厂 的沉重负担和环境的极大威胁。如何处簧这些污泥是一个急待解决的问题。 1 1 2 我国污泥处理处置的现状与问题 我国污泥的产生量快速增长，但与此同时，污水处理厂污泥处理处置且普 遍存在以下问题1 2 j ： ( 1 ) 对污泥处理不够重视，同时污泥处理难度增加。长期以来，国内外对污 水处理技术给予了更多的关注，处理工艺日益成熟。处理标准随着国家对环境 问题的重视逐渐提高。但由于经济、设计、管理等诸多方面的原因忽视了污泥 处理的重要性。同时由于大量工业废水超标排放、农业排水及雨水径流等面源 污染的问题使得污泥成分墨益复杂，污泥存在大量入工合成难生物降解的有机 物、重金属、病原微生物等，使污泥处理难度增加。这些污泥如不妥善处理， 势必会对环境造成二次污染，形成新的公害，使城市污水处理事倍功半。 ( 2 ) 随污水处理排放标准的提离，污泥处理产生新的问题。为防止水体富营 养化的发生，污水处理不仅要进行有机物的去除，而且要进行n 、p 等无视营养 物的去除。同时由于水资源的日益紧张，各囡城市尤其是缺水地区都在寻求新 的水源，污水资源化是其中的主要途径，而满足污水回用需进一步去除污水中 的污染物质，随着这种污水处理功能的拓展，污泥量随之增加，而且生物除磷 脱氮工艺要考虑污泥处理处置中n 、p 的返回负荷，如德国脱氮除磷工艺运零亍情 况表明，污泥处理返回的氮量可达进水含氮量的2 0 ，返回的磷量可达进水含 磷量的6 0 ，具体返回负荷大小与污泥处理工艺有关，这对污泥处理提出了新 的要求。 ( 3 ) 污泥处理处置基建投资大，运行费用高。虽然污泥量约为污水量的1 2 ，但污泥处理设施投资在整个污水处理厂总投资中占约4 0 - 5 0 。我国的污 泥处理技术严重滞后，现有的污水处理设施中，污泥处理工艺和配套设旎极不 第1 章绪论 完善，有污泥稳定处理设施的还不到3 0 ，处理工艺和配套设备完善的不到1 5 。 目前我国污泥的处理大多采用厌氧消化，其前期一次性投资大，而且还有工艺 负荷低、安全性要求高、运行管理难度大、运行经验缺乏等问题。使得部分运 行管理水平较低的污水处理厂索性将消化池闲置，造成很大浪费。有些污水处 理厂被逐渐发展的居民区包围，隔离距离达不到消防部门要求，造成消化池无 法正常运行。因此在实践中要求规模较小的污水处理站应用厌氧消化工艺处理 污泥是不可能的。小型废水处理设施，通常不考虑或弱条件考虑污泥的处置问 题。绝大多数污泥经过重力浓缩、消化、机械脱水这一套简单的工艺处理后， 就送往垃圾场填埋或直接暴露在旷野中，造成严重的二次污染。尽管国家花费 了大量人力、物力、财力治理了污水，但污水处理的伴生产品污泥却得不到充 分有效的控制，大大抵消了污水处理的环境保护意义。 ( 4 ) 现有各种污泥处置方法存在不足。目前大多数国家采用填埋、焚烧、投 海、土地利用等实用性方法。表1 1 列出了一些国家污泥产出情况与处置途径。 表1 1部分国家污泥产量与处理途径 国家污泥产生量填埋焚烧土地利用其它 ( 干重， 千吨日) 美国 6 8 0 03 7 5 06 7 02 3 3 03 5 0 德国 2 7 5 01 7 8 72 7 5 6 8 8| 日本 1 3 6 54 0 38 9 61 4 81 8 英国 1 0 7 51 7 25 45 4 83 0 l 法国 9 0 04 7 71 8 02 4 3| 瑞典 1 8 07 2l6 34 5 瑞士 1 7 0|5 01 2 0| 丹麦 1 3 04 33 64 83 污泥的处理与处置费用一般要占总运行费用的3 0 ( 填埋) 6 0 ( 焚烧) 。 在我国城市污水处理厂中，传统的污泥处理工艺处理费用昂贵，约占污水处理 厂总运行费用的2 0 , - - , 5 0 。投资占污水处理厂总投资3 0 4 0 。在许多国家( 欧 美、中国等) ，常用的污泥处理处置技术中，投海已明令禁止。填埋所需成本最 低，但是它要占用大量的土地资源，而且填埋场周围的环境也会恶化，遭受渗 东北电力大学硕上学位论文 滤水、臭气的困扰，在许多国家和地区，薪建填埋场遭到入们坚决反对，如德 国从2 0 0 0 年起，填埋场将有5 0 0 0 个被关闭。要求填埋污泥的有机物含量小于 5 ；美国环保局估计今后2 0 年内，6 5 0 0 个填埋场将有5 0 0 0 个被关闭。焚烧 处理虽然减量程度很高，但投资运行费用很高，难以处理量大面广的城市污水 处理厂的污泥，而且存在烟气污染的闯题。我国少数成用焚烧装置并试运行的 城市，发现二恶英排放超标而不得不停止运行。土地利用可以将污泥变废为宝， 但是污泥中含有重金属离子、呋喃等有害物质，尤其我国，由于排水沟道建设 的不完备，绝大多数城市生活污水与工业废水混合进入污水处理厂集中处理， 造成剩余污泥中重金属和持久性有机污染物( p o p s ) 普遍超标，难以达到土地 利用标准。 ( 5 ) 大量小型污水处理厂站的污泥问题有待解决。随城市化建设步伐的加 快，大量新建住宅小区、经济技术开发区远离市区，湾水近期难以排入市政管 道集中处理，因此不得不分散、就近建大量小型污水处理厂站，其污泥绝大部 分未能妥善处置，势必对当地环境造成影响。这些小型污水处理厂站污泥问题 亟待解决。 污泥的最终处置越来越困难，污泥处置已成为污水处理厂设计、运行中必 须优先考虑的主要环节。1 9 9 6 年国际水质协会( i a w q ) 对全世界2 4 个国家进 行污泥处理处置调查表明，污泥问题不仅是中国也是全世界面临的技术挑战。 解决污泥的出路闷题是污水处理厂正常运行的前提条件。为了防止污泥的二次 污染，首先，应尽可能通过技术进步和工艺改造等手段减少污泥的产生量，这 是最有效的措施。大力开展促进污泥减量技术的研究，以大幅度降低现有污泥 处理处置基建和运行费用，提高污水处理厂投入产出院，促进污水处理技术的 只益完善。对污水处理厂来说，只有污水污泥两部分都能合理且妥善地去除， 才能达到污染控制和清洁生产的目的。 污泥问题使人们对于能减少污泥产量的生物处理工艺更加关注。从源头着 手，在污水处理过程中想方设法地减少剩余污泥产生的思路受到各国学者的重 视，这也符合绿色生产方案中关于废物处理的原则，即按照减量化、资源化、 无害化顺序考虑。污泥的减量化与减容化有着本质的区别，减容化是通过减低 污泥的含水率来缩小污泥的体积，而污泥中的生物体量几乎得不到减少。剩余 第1 章绪论 污泥减量化是通过物理、化学、生物等手段，主要依靠降低微生物产率以及利 用无生物自身内源呼吸进行氧化分解，使污水处理设施向外排放的生物达到最 少，是从根本上、实质上减少污泥量。若将污水处理看成生产过程，将清洁生 产的理念运用到污水处理，剩余污泥的减量化是从源头进行治理的“绿色生产”。 众所周知，污泥无害化成本之所以高是由于污泥量极大而重金属、p o p s 浓度极 低。经减量化后的污泥中有害物质浓度也将被成倍地浓缩，从而为无害化处理 创造了更好的条件，可以大大降低无害化费用。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 各种污泥减量化工艺评价 1 2 1 1 物理工艺挪威的一个大规模污水处理厂首次采用流通蒸汽直接加热 的方法对污泥进行解体，连续三年污泥减量5 0 ，且稳定性较好【3 】。采用热碱 的方法对污泥进行水解，发现在6 0 和p h = 1 0 时培养污泥2 0m i n ，细胞溶解和 生物降解最稳定 4 1 ，污泥产率是常规工艺的3 8 州3 ；1 0 0 和p h = 1 0 的条件 下培养污泥6 0m i n ，可减量6 0 。热碱技术的不足在于需要投加碱和输入热 能，同时，反应设备易腐蚀也使该技术大规模应用受到了一定的限制。 超声波( 1 0 0 h z 以下) 技术是一种破碎细胞壁的好方法。污泥可以被由超声的 空化作用所分解，细胞壁破碎，释放出细胞内所含的成分和细胞质。超声波具 有无污染、能量密度高、分解速度快等优点。用于污泥回流系统，可减少污泥 的产量。但超声波应用于污泥处理的机理、运行参数的优化、与污水处理工艺 的合理组合等仍需进一步研究。 1 2 1 2 化学工艺( 1 ) 氧化技术 氧化技术联合活性污泥工艺，即在常规的活性污泥工艺中，增加一套臭氧化 处理装置，把部分回流污泥氧化处理后再返回到曝气池中，达到污泥和污水双 重处理的功效【5 】。在臭氧氧化工艺中，污泥回流后可提高废水的可生化性，且为 反硝化提供碳源。造价分析表明，中小型污水处理厂采用臭氧污泥减量比焚烧 污泥处理更经济【6 j 。从运行成本角度讲，氯氧化仅为臭氧化的1 0 ，但氯化过程 中会产生三氯甲烷等具有危害性的副产物，这些给氯氧化技术的工业化应用带 东北电力大学硕士学位论文 来一定的难度1 7 j 。 ( 2 ) 解偶联 解偶联是指基质消耗产生的能量大于生长和维持j 下常生命活动的能量需 求，僵过剩的能量并未被贮存，丽是以无效的热能形式释放到环境中，导致了 污泥的表观产率大大减少。但在曝气池中加入解偶联荆，会影响出水水质。 在污水处理过程中，初始底物浓度初始污泥浓度( s o x o 或c o d 污泥浓度) 是影响污泥产量的重要参数。高s o x o 条件下，存在过剩能量，引起能量消耗。 l i u 霹等人研究了在底物充足条件下s o x o 与能量解偶联系数及表观生物量产率 的模型，为通过控制工艺参数减少污泥产量提供了理论依据。 ( 3 ) 高溶解氧 高溶解氧工艺的优点是仅需提高曝气量，操作简单，但提高了能耗，增加 了运行费用。在穗同的污泥停留时闯下纯氧系统中的污泥产率仅为空气系统的 6 0 ，即使在高污泥负荷率下，也可比传统的空气活性污泥工艺减少污泥量5 4 。 高浓度溶解氧与污泥产量也存在一定关系，当d o 从1 8m g l 增加到6 m g l 时， 剩余污泥产生量可减少2 8 。6 9 1 。 总体来说，采用化学工艺无需对原有设备进行大规模改造，但大多工艺f 除 臭氧工艺) 仍处于实验室研究阶段，离工业化应用还有一段距离。 1 2 1 3 生物工艺( 1 ) 生物膜法 生物膜法是剩蠲附着在露体载体表面上的膜状微生物的代谢作用进行污泥 减量的工艺。污水在流经载体表面的过程中，通过对有机营养物的吸附，溶解 氧向生物膜内部的扩散膜中所发生生物氧化等作用，对污染物进行分解去除。 生物膜法减少污泥量的关键是采用了固定式载体填料。1 9 9 1 年，王宝贞l 翻等人 开发的浸没式生物膜污水处理新技术，成功应用予番禺祁福新树污水处理厂( 处 理量为80 0 0 m 3 d ) ，自1 9 9 8 年5 月份投产以来没有剩余污泥产生，实现了污泥 的零排放。2 0 0 1 年，卫藤俊司【l l l 开发出一种推流式固定床反应器，利用多孔微 生物载体和洒歇曝气装置，在反应器中增加微生物的停留时间，且在污水流动 向上形成好氧一厌氧反复耦合的过程，使剩余污泥实现原位降解。经过一年多 对食品废水( 进水时b o d 5 = 2 2 0 0m g l ，s s = 8 0 0m g l ) 处理的研究，结果表明： 出水b o d s 2 0m g l ，s s 2 0 m g l ，无外排污泥，但该反应器对n 、p 的去除效 第1 章绪论 果不显著。 ( 2 ) 生物强化 生物强化是指在废水的生物处理系统中，通过投加具有特定功能的微生物， 达到提高废水处理效果方法。经筛选、驯化或基因改良的微生物菌株能保持并 强化天然存在菌株的活性，投入活性污泥中可以优化和控制微生物种群的平衡， 同时增加系统中细菌的浓度和代谢活性，减少污泥的产生量。 日本比嘉照夫开发出一种由光合菌类、放线菌类、乳酸菌类、酵母菌类等 五大菌群l o 个属1 2 5 稀微生物组成的复合微生物麓荆【翻。遴过各种微生物相互 共生、增殖形成一个组成复杂、结构稳定的生物菌群。将复合生物菌群引入污 水处理系统后，其与污水天然微生物种群间通过选择性和竞争性的生长与繁殖， 实现种群关系重排，并逐渐形成新的优势种群，这在一定程度上优化了自然活 性污淀生物相的穗群关系，改善了污泥的工作性能，达到了污泥减量的目的。 其内在机理还需深入研究。 ( 3 ) 泥龄控制 污泥表观产量与泥龄及内源呼吸率关系非常密切，且呈一定的反比关系， 故提高污泥的停留时间和内源呼吸率有利于降低污泥表观产量。因此，在废水 的生物处理过程中，可通过调整泥龄来控制污泥产量。 ( 4 ) 膜生物反应器 膜生物反应器( m e m b r a n eb i o r e a c t o r ，简称m b r ) 是将生物降解作用与膜的 高效分离技术结合而成的一种新型高效的污水处理与回用工艺。膜生物反应器 可以将生物污泥全部截留在反应器内，不仅实现了长污泥泥龄，而且加强了微 型动物的捕食作用，使得污泥自身氧化降解，达到了污泥减量的目的。 r o s e n b e r g e r 1 3 1 及w a g n e r 1 4 1 等人对m b r 进行了中试的试验研究，结果表明基本 可实现污泥的零排放。l e e 1 5 1 及g h y o o t 1 6 】等人，采用两阶段膜生物反应器系统来 减少污泥产生，这个系统的第一段是完全混合式的反应器，第二段是浸没式膜 生物反应器，其污泥产量比两段活性污泥法少2 0 8 p - - 3 0 。现在如：日本用其进 行生活污水的处理、净化水作为中水回用；法国有入将其用于给水脱氮的处理； 美囡用m b r 进行含油废水处理；英国用隔离式m b r 进行有毒工业废水处理等。 这使得膜生物反应器的研究内容更加全面而深入。膜生物反应器也己成功地应 东北电力大学硕十学位论文 用于水道污水处理、粪便污水处理、垃圾渗滤液等废水处理中。进入2 1 世纪， 膜生物反应器应用范围不断扩大，其处理对象也从生活污水扩展到高浓度有机 废水和难降解工业废水。但在应用过程中也出现一些新的问题，其中在膜污染 的机理和膜污染的防治方面的研究较多。 ( 5 ) 好氧一沉淀一厌氧 改变污泥所处环境( 例如交替好氧、厌氧) ，使细菌适应过渡时期( 非稳态) 环 境的变化可以对细菌的生长造成影响，从而减小污泥产量。好氧厌氧的交替循 环可促进分解代谢活性，使细菌分解代谢和合成代谢相分离，扶丽达到污混减 量的效果。好氧一沉淀一厌氧( o s a ) 工艺是将厌氧生物反应器设在高效活性污泥 处理工艺流程中，这样能够比传统的活性污泥处理工艺减少近一半的污泥量。 研究表明此工艺的污泥产量比传统活性污泥法减少2 0 0 0 - - - 8 0 。同时，朱振超f 1 7 1 等人将此工艺改进，采用好氧一沉淀一兼氧活性污泥工艺使上海锦纶厂废水处 理站的剩余污泥达到零排放。将o s a 工艺应用于s b r 系统中，可在不影响出水 水质的前提下获得较低的剩余污泥产率，但后期出水中的c o d 、氨氮、总氮等 有升高趋势。 ( 6 ) 生物捕食 废水的生物处理过程相当于一个人工生态系统。除了细菌，活性污泥中还 存在原生动物和后生动物等微型动物。其中，原生动物( 如纤鼍虫) 和后生动物( 如 轮虫、线虫、寡毛蠕虫) 在食物链的最高端，捕食细菌。当能量从低营养级传递 到高营养级，系统中食物链越长，能量损失越多，合成的新生物量越少，污泥 产生量就越少。因此，通过延长食物链或强化食物链中的微型动物的捕食作用， 就可以达到污泥减量的舀的。微型动物和细菌之间的关系，除了捕食者和被捕 食者的关系外，还有互利的关系。微型动物对增强细菌的活性及细菌自身氧化、 代谢能力有一定作用，这些都有利于减少污泥量。在活性污泥系统加入寡毛蠕 虫f 1 8 】、 1 9 1 、红斑瓢体虫口或采用蚯蚓【2 1 j 生态滤池来对污泥进行生物代谢的强化， 生物污泥在生态系统中被吸收和稳定，可达到污泥减量的作用。 生物工艺基本可实现无污泥钋排，且出水水质基本不受影响，也可实现工 业化应用。新建污水处理厂可采用生物膜法或膜生物反应器来减少污泥产量， 但生物膜法填料的选择膜生物反应器的造价较高和膜污染等均是需进一步完善 第1 章绪论 皇量置黑皇曼曼尝黑皇量曼舅麓量鲁量鼍赠皇曼曼嚣拦曼曼兰寰i!,!llll,i , , 舅量葛曩期皇置 的问题；将活性污泥改造为好氧一沉淀一厌氧工艺，也可实现污泥产量的大大 减少，但改造规模较大。 1 2 1 4 组合工艺c a n a l e s 等人用m b r 处理污水的同时，采用热碱处理系统 进行污泥减量化的研究辫l 。结果表明当回流污泥经过9 0 c 加热3 | l 后，可减量 6 0 。y o o n 等入将超声波溶胞装置与膜生物反应器有效组合形成m b r u s 系统 【2 3 】。基本无污泥排放，但是由于污泥解体增加了有机负荷，系统的出水水质有 恶化现象。 组合工艺污泥减量效果及出水水质均较好，但研究最多的是膜生物反应器 与其他工艺的组合。由于膜生物反应器的造价及膜污染问题，使该反应器在大 规模应用较少，故现有组合工艺多处于小试研究阶段，应用到工业也有一定困 难。 1 2 。2 目前污泥减量应用广泛的生物工艺及其缺点 目前应用的污泥减量工艺主要有浸没式生物膜工艺、推流式固定床工艺、 好氧一沉淀一兼氧工艺、氧化沟工艺。浸没式生物膜工艺f l3 1 的大规模培养大大 提高了培养繁殖效率，降低了劳动成本，有良好的商业应用前景，然而该方法 仍然存在不少问题：并不适用于所有物种、污染限制了推广、自动化程度相对 较低、多应用于培养中后期。推流式固定床工艺醛韬的负荷提高受污泥增长速度 的提高的影响，所以此王艺的负荷受污泥增长的限制，且对氮、磷的去除效果 不明显；好氧沉淀一兼氧工艺1 1 7 j 与c a s 工艺相比，系统对温度波动的影响略 显滞后，旦系统内部生态系统受到破坏后，恢复需要很长的时间，更容易受对硝 基苯酚的冲击，其恢复所需的时间也更长，且在处理中后期有c o d 、氨氮、总氮 上升趋势；氧化沟工艺中奥贝尔氧化沟设备及氧化沟建造投资较高，一体他氧 化沟处理效果主要受两方面原因制约：其一，由于固液分离器和氧化沟的体 化设计，使出水易受水质、水量波动的影响，影响出水效果；其二，对固液分 离器的设计和安装要求较高，但工程上往往达不到要求。另外交替运行式氯化 沟存在容积利用率低等闯题。 东北电力大学顾士学位论文 1 。3 污泥减量化的重点发展方向 目前，污水生物处理产生的剩余污泥减量的研究主要集中在3 个方面：( 1 ) 对已经产生的剩余污泥进行处理( 微波处理等) ，使污泥液化后再返回到生化池作 进步的处理【2 4 】 2 5 i ；( 2 ) 在污水生物处理过程中减少污泥产量f 2 6 】；( 3 ) 通过剩余 污泥的原位降解不产生剩余污泥( 解偶联) 犯弼。 | l 。4 课题研究内容及意义 本课题研究的内容是在处理工艺中实现污泥减量，为减少活性污泥法污水 处理过程孛产生的大量污泥采用b f 生物填料( b i o f r i n g e ) ，简称b f 填料，在缺 氧好氧工艺中组成复合生物氧化池，对其污泥减量效果进行了中间试验。为 使中试效果具有代表性，选择某大型综合污水处理厂进行现场试验，并为污水 厂改造提供技术支撑。b f 填料在国外啤酒废水、造纸废水、掩埋渗透水、半导 体废水等领域获得成功应用，污泥减量效果明显。 目前研究和应用的各类污泥减量技术都有一定的污泥减量作用f 2 引，不过主 要还是城市生活废水处理，对于化工综合废水还没有一种可以被广泛推广而又 对环境安全的污泥减量技术。污泥减量化的研究，适应了污水处理系统实现良 性运彳亍，防止污水处理出现二次污染，使污水处理更具有环境效益，同时污泥 减量技术的研究也是实现污泥的无害化、资源化的必要途径。 预期通过我们的工业化中间试验的结果为目前我国污泥减量处理方法开辟 一条新的途径。 第2 章污泥减量化的动态试验机理研究 第2 章污泥减量化的动态试验机理研究 本章在持续进水、持续污泥回流的动态条件下，研究其实现剩余污泥减量 的机理以及影响剩余污泥减量的因素。 2 1 试验的启动与试验方法 本试验采取缺氧好氧的工艺流程，工艺分为两级：一级缺氧段和一级好氧 段采用生物膜法；二级缺氧和二级好氧采用活性污泥法作为辅助工艺。 2 1 1 试验装置与试验流程 工艺流程见图2 1 。 贮水槽 a l 池a 2 池o i 池0 2 池0 2 池 二沉池 图2 1连续式剩余污泥减量化试验工艺流程图 废水从贮水槽，经计量泵泵入缺氧池a l ( 池中挂b f 填料) ，绝大多数的微 生物附着在生物膜上，在这里和来自好氧池0 2 池的硝化回流液混合。经过搅拌 器叶片的搅拌作用，池中厌氧生物膜充分接触，出水进入缺氧池a 2 ，经过搅拌 东北电力人学硕= 二学位论文 器叶片的提升作用在池中形成循环流，与池中厌氧污泥充分混合，同时控制缺 氧池溶解氧d o 3 m g l ) 。o l 池出水进入0 2 进一步进行 有机物的氧化和硝化。经0 2 池处理后的出水流入沉淀槽，上清液排放。下部沉 淀污泥经污泥回流泵全部回流到缺氧池a 1 以提供反硝化所需要的硝酸盐。a 1 池 和o l 池的b f 填料布置如图2 2 所示。 图2 - 2b f 填料现场悬挂布置图 各反应池容积及填料填充情况如表2 1 所示： 表2 1各反应池容积及填料填充情况 反应池尺寸( m )容积( m 3 ) 填料充填量( m m 3 ) a 1 2 4 x 0 6 x 2 73 8 8 8约3 0 0 a 2 2 4 x 0 6 x 2 73 8 8 8 无 o l 2 4 x 0 6 x 2 73 8 8 8 约4 5 0 0 2 2 4 x1 8 x 2 71 1 6 6 4 无 二沉池 上圆直径1 5 3 6 无 上高1 8 下圆直径0 0 6 下高0 7 泥斗高0 o l 第2 章污泥减量化的动态试验机理研究 皇量甍黑皇曼量鼍邕曼曼量嘲皇量舅量黑皇蔓皇鼍舞量量量冀皇皇曼笪黑笪量曼鼍黑舅量詈舅嬲量量詈舅皇詈曼曼黑笪曼曼璺黑舅曼_ i i 皇舅一 2 - l 。2 试验的启动 取本污水处理厂生物处理装置的返送污泥作为一次性投加的污泥，投加量约 为反应器容积的l 2 ，约1 1 7 挂，秀将圊样容积的化工综合废水投入试验装置，浸 泡2 4 小时后，再曝气1 5 小时。从第二天开始在系统进水量为2 4m 3 d 、a l 段的容 积负荷为0 5 4k g c o d c r n 1 3 d 的条件下连续进水进行试验。 2 _ 1 3 试验初期现象 a l 段运行初期，污泥大多吸附在填料上；同时可能是负荷增加的原因，出 水混浊，悬浮物较多，有少量的菌种被淘汰、洗嬲。运行l 周盾出水较透明， a l 段厌氧污泥己经适应连续式的进水方式和增加的负荷。a l 段污泥外观呈黑色， 结构密实，污泥絮体呈球状，有较好的沉降性能，镜检无原生动物。随着生物 膜自身的生长，填料上生物膜逐渐加厚。2 周后，填料纤维表面已完全覆盖了一 层密实的生物膜，厚度较薄，约l m m ，内部为黑色细小颗粒，此时反应器出水 沉淀后透明度良好，各项指标变好，说明污泥已经驯化成功。使反应器中溶解 氧保持在o 2 m g l 以下。 a 2 段运行初期，随着a l 段带来污泥的增加，一些菌种被淘汰，在水力冲利作 用下流出反应器。开始时反应器出水浑浊，悬浮物较多。2 周后，随着a l 池出 水水质的好转，各项指标也逐渐变好。且a 2 池上面形成薄薄的一层内覆盖层， 这污泥层能够隔绝外界空气，为缺氧池中微生物创造良好的缺氧环境，同时 使反应器中溶解氧保持在o 2 m g l 以下。 o l 段保持持续曝气，使溶解氧维持在3 m g l 左右。在连续进水条件下，微 生物的繁殖十分迅速，填料上的生物膜逐渐加厚。约5 d 后，生物膜己完全覆盖 填料纤维表面，形成厚实的生物膜，膜厚度达到2 m m 左右。培养成熟的生物膜 呈灰黄色，镜检时发现生物种群中大量的菌胶团，轮虫也开始出现。另外可见 生物相中占优势的原生动物以固着型的纤毛虫为主，如钟虫；也有游泳型的纤 毛虫如草履虫和漫游虫。此时，o 段对c o d 的去除率达到7 0 以上，说明驯化 挂膜成功。 至此试验进入稳态连续运行。 东北i 乜力大学顾士学位论文 i i 2 。 。4 试验测试方法 为了对剩余污泥减量动态系统进行全面分析，本试验对各反应器的 c o d c ，b o d s ，d o ，m l s s ，m l v s s ，p h ，水温等多项水凄参数进行侧定。其 具体测试方法如表2 2 所示： 表2 2 分析项目及测定方法 分析项目测定方法 c o d c ，重铬酸钾容量法 b o d s 硫代硫酸钠滴定法 d o 氧敏薄膜电极法( o x i 3 3 0 _ 温度精密温度计 m 己s s 和m l v s s重量法 p h 精密p h 电极测定( p h s j 4 a 型电极) 2 。2 连续式动态试验的污泥减量效果与分析 系统内污泥的总量为a l 段、a 2 段、o l 段、0 2 段污泥量和沉淀池中污泥量 的总和。在生物膜工艺中，生物膜上的微生物和悬浮在系统中的微生物絮体共 同担当着降解污染物的作用，由于绝大多数的微生物附着在生物膜上，因此生 物膜上的微生物对系统内污染物的去除起到关键作用。 由于a l 段、o l 段挂有生物膜，在保证系统歪常运行的条件下，a l 段、o l 段的污泥量很难定量。为了研究方便，本论文对a l 段、o l 段生物膜上的污泥量 进行了假设：系统在运行中，生物膜上的微生物量始终保持不变；而游离在系 统中的污泥和附着在生物膜上的污泥性质相同。 a l 段、o l 段挂有生物膜( b f 填料) ，污泥的m l s s 、m l v s s 为游离在生物膜 外的污泥浓度，并不能够代表这两段中真实的污泥浓度；但是它们的比值却可 以反映出两段中污泥的性状。 由于在不破坏生物膜的情况下无法对a l 段、o l 段中的污泥进行定量，大部 分分析是对系统a l 段和回流污泥进行定量，丽根据a l 段、o l 段游离污泥的特 性或其它参数间接表征两段污泥的情况；只在必须对a l 段、o l 段污泥定量的分 析中，才对a l 段、o l 段进行破坏性的污泥定量。 第2 章污泥减量化的动态试验机理研究 i i i 以下是污泥减量系统的试验数据和对试验数搌的分析结果。 连续式反应器启动后，系统运行的6 个月时间内，除了每次取样l o o m l 带 出的污泥样本测试m l s s 外，系统没有排过泥。 首先对系统a l 段污泥浓度和回流污泥量的变化进行研究。 为了保证a l 段的污泥浓度，简化试验难度，通过控制a l 段搅拌器的搅拌速 度，使a 1 段的污泥在出水口以下混合，而在接近出水口的位置污泥和上清液出 现明显分层，出水中不明显带有污泥，这样可以认为主要是在a l 段中实现了对 o 段产生剩余污泥的消减。 o 段游离的悬浮污泥和被气、水冲刷下来的生物膜随出水排到沉淀池，经沉 淀后形成系统产生的剩余污泥。每日从沉淀池排出所有的污泥，对污泥的体积 定量后，测定污泥的m l s s ，m l v s s ，然后将剩余污泥放入装有搅拌器的剩余 污泥回流装置中，通过污泥回流泵用2 4 h 的平均流量回流至a l 段。 统计每周的剩余污泥总量，平均后作为每周的剩余污泥量。 图2 3 为a 1 段污泥浓度与剩余污泥回流量的变化曲线。 l o 毫8 6 釜 4 2 o + a l 段m l s s 浓度 | - 剩余污淀圈滚爨 l3579l 王1 31 51 71 92 l2 32 5 时间- 圈2 3a i 段污泥浓度与剩余污泥网流量的变化曲线 器 v 藕 麓 凰 嬲 袋 由图2 3 中的a l 段污泥浓度变化曲线，在l 周 - 1 3 周时间内，a l 段中的污 泥浓度逐渐增加，第1 3 周时，污泥浓度从第l 周的7 7 8 2 9 l 增加到8 3 8 8 9 l 。 从1 4 周开始，a l 段的污泥浓度开始下降，到2 0 周时，污泥浓度为8 0 4 7 9 l ， 此后，a l 段的污泥浓度基本保