（市政工程专业论文）两级曝气生物滤池处理生活污水的试验研究.pdf

中文摘要 曝气生物滤池( b a f ) 是在普通生物滤池的基础上，借鉴给水滤池工艺开发的 污水处理新工艺。曝气生物滤池采用颗粒滤料，集截留悬浮物和生物处理功能于 一体，具有过滤、吸附、生物降解等功能。运行实践表明，它具有占地面积小、 处理效率高、抗冲击负荷强、无需二沉池、出水水质好等优点。 本试验采用两级曝气生物滤池( 上向流下向流) 处理模拟生活污水，研究了两 级曝气生物滤池工艺的去除效率以及运行条件对反应器去除效率的影响。试验中 采用闷曝法挂膜，接种污泥取自天津大学地热浴池的中水车间。闷曝一周后挂膜 成功，此时c o d 去除率为6 7 8 。 试验结果表明，两级曝气生物滤池对生活污水具有良好的净化性能。在水力 负荷为2 8m h 的条件下，反应器对c o d 、b o d 5 、n h 3 - n 和浊度的去除率分别 为8 2 6 2 、9 0 、7 0 和9 0 ，出水c o d 、b o d 5 、n h 3 - n 和浊度的平均值分 别为3 3 2 m g l 、1 0m g l 、1 0m g l 和1 n t u ，都能够满足城市杂用水的水质标 准。 试验考察了温度、p h 值、气水比、水力负荷和有机负荷对反应器处理效能 的影响。同时也考察了去除效果和滤层高度闻的关系，试验结果表明，当水力负 荷为2 8m h 时，c o d 和s s 的去除率与滤层高度呈正相关性，6 0 7 0 的c o d 在- 级反应器中被降解。 试验还考察了反冲洗对反应器处理效能的影响。周期性的反冲洗保证了反应 器的正常运行，本试验采用气水联合反冲洗，压缩空气和反冲洗水的强度均为 1 0 l ( s m 2 1 ，反冲洗时间为五分钟。 试验结果表明，两级曝气生物滤池对有机物和氨氮具有良好的去除效果，适 会应用于污水的深度处理和污水再生回用。 关键词：污水处理曝气生物滤池水力负荷冲击负荷有机负荷反冲洗 a b s t r a c t b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ( b a f ) i sar e c e n t l yd e v e l o p e dp r o c e s sw h i c hi su s e df o rt h e a d v a n c e dw a s t e w a t e rt r e a t m e n t am a j o rc h a r a c t e r i s t i co fb a fr e a c t o r si st h eu s eo f g r a n u l a rm e d i aw h i c hi n t e g r a t e ds o l i d ss e p a r a t i o na sw e l l 勰s e c o n d a r yo rt e r t i a r y b i o l o g i c a lt r e a t m e n ti no n eu n i t i th a st h ef u n c t i o no ff i l t r a t i o n , a d s o r p t i o na n d b i o d e g r a d a t i o n , e t c t h ep r a c t i c a lo p e r a t i o np r o v e st h a ti th a sa d v a n t a g e so f l e s sl a n d o c c u p i e d ，h i g ht r e a t m e n te f f i c i e n c y , h i g h e rc a p a c i t yf o ra b s o r b i n gs h o c k l o a d ， r e q u i r e m e n tf o rs 戗舶d a 巧s e t t l i n gt a n k sa n dt h eq u a l i t yo fe f f l u e n tr e a c h e st h e s t a n d a r d i no r d e rt oi n v e s t i g a t et h et w o - s t a g eb a f ( u p - f l o w & d o w n - f l o w ) p r o c e s s ，as e r i e so f e x p e r i m e n t sh a db e e nc u r r i e do u to i lab e n c h s c a l ew i mas y n t h e t i ce f f l u e n tc o n t a i n i n g o r g a n i cc a r b o na n da m m o n i u mn i t r o g e na ss u b s t r a t e s t h ea i mo ft h i sw o r kw a st o v e r i 母e x p e r i m e n t a l l yt h es u i t a b i l i t yo ft w o s t a g eb a fa n da s c e r t a i nt h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nr e m o v a le f f i c i e n c ya n dp e r f o r m a n c eo fr e a c t o r i no r d e rt oq u i c k e nt h e c u l t u r i n gp r o c e s so fb i o f i l m , t h eb i o f i l t e rw a si n o c u l a t e dw i t l la c t i v a t e ds l u d g ef r o m t h em b rr e a c t o ri nt i 孤j i nu n i v e r s i t y a f t e ro n ew e e kf r o ms t a r t - u p ，s t e a d y - s t a t ew a s r e a c h e da n dt h er e m o v a lp e r c e n tf o rc o dw a s6 7 8 t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ep e r f o r m a n c eo ft w o s t a g eb a ff o rs e w a g e t r e a t m e n ti se x c e l l e n t u n d e rt h eh y d r a u l i cr a t eo f2 8 眺t h ea v e r a g er e m o v a l p e r c e n tf o rc o d 、b o d 5 、n h 3 - na n dt u r b i d i t yi s8 2 6 2 、9 0 、7 0 a n d9 0 r e s p e c t i v e l y , t h ea v e r a g ee f f l u e n tc o n c e n t r a t i o no f c o d 、b o d 5 、n h 3 - n a n d t u r b i d i t y i s3 3 2 m g l 、1 0m g l 、1 0m g la n d1 n t u t h eo b j e c t i v eo f t h ee x p e r i m e n t si st os t u d yt h ei n f l u e n c eo f t e m p e r a t u r e 、p h 、r a t i oo f g a st ol i g u i d 、i n f l u e n th y d r a u l i cl o a d i n ga n dv o l u m e t r i cl o a d i n g t h ec o r r e l a t i v i t y b e t w e e np e r f o r m a n c ea n df i l t e rm e d i u mh e i g h th a db e e ns t u d i e dt o o t h er e s u l t ss h o w ： f o rh y d r a u l i cl o a d i n g2 8 m h , t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o da n ds sh a v ep o s i t i v e c o r r e l a t i o nw i t ht h eh e i g h to ff i l t e rm e d i u m u pt o6 0 7 0 o fc o dw a sr e m o v e di n t h eu p f l o wb a f t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h er e m o v a lo f c o da n db a c k w a s h i n gw a sa t s od e t e r m i n e d p e r i o d i cb a c k w a s h i n gi st h ek e ys t e pt ok e e pu pt h ea e r a t e db i o f l l t e r sp e r f o r m a n c e u n d e rt h i sw o r k i n gc o n d i t i o n , t h ea p p r o p r i a t ei m p u l s eb a c k w a s hp a r a m e t e r sw a s f o l l o w s ：b o t ht h ei n t e n s i t yo fb a c k w a s ha i r - f l o wa n dw a t e r - f l o ww e r e10 l ( s m 2 ) a n d t h eb a c k w a s hd u r a t i o nw a s5m i n t h er e s u l t ss h o w e dt h a tg o o de f f e c to fo r g a n i ca n dn i t r o g e nr e m o v a lc a l lb ea c h i e v e d b yt h i sp r o c e s sa n dt w o s t a g eb a fw a ss u i t a b l ef o rt h er e c l a m a t i o na n dr e u s e t r e a t m e n to f w a s t e w a t e r k e yw o r d s ：w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ， h y d r a u l i cl o a d i n g ，s h o c kl o a d i n g ，o r g a n i cl o a d i n g ，b a c k w a s h i n g 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和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨盗盘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了谢意。 学位论文作者签名：吕褥年 签字日期： 2 即6年，月，护日 学位论文版权用授权书 本学位论文作者完全了解苤洼盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫鲞叁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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 岳德平 导师签名： 彬轰号 签字日期：年f 月坤日签字日期：口年，月，矿日 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 1 1 1 水资源的短缺和水环境的污染 水是生命活动中最为重要的物质之一，是人类文明不断发展的基础条件，和 谐的水环境和丰裕的水资源是人类社会可持续发展的基本前提。然而，近百年来 城市化、工业化和农业集约化的高速发展、人口爆炸增长，给全球资源、环境都 带来了巨大的压力。人类自身发展不仅消耗巨量水资源，而且还向环境中排放大 量的污染物，造成水环境的明显恶化，使全球可利用的淡水资源日益减少，供需 矛盾加剧，而全球气候变化又使水资源利用产生了一系列新问题“1 。在我国，随 着现代工业和城市建设的发展，城市的环境污染特别是水污染问题日趋严重；同 时，我国是一个人均水资源占有量匮乏的国家，目前水资源的短缺和水环境的污 染已经成为严重制约我国社会经济持续发展、危害生态环境、影响人民生活和身 体健康的突出问题，迫切需要解决。 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，但人均占有 量仅为世界人均量的四分之一，而且水资源的时空分布极不均匀”3 。水资源的这 种时间、空间上的分布不平衡，水资源分布和人口分布的不协调，促成和加剧了 我国水资源供需间的矛盾，给我国的水资源综合利用带来了很大的困难。 改革开放以来，随着城市化进程的加快，人口不断增加，工农业生产规模日 益扩大，生活污水和工业废水的排放量迅速增加。达不到排放标准的工业废水和 生活污水排入水体后会污染地表水和地下水。水体旦受到污染，要想在短时间 内恢复到原来的状态是不容易的。水体受到污染后，不仅会使其水质不符合饮用 水、渔业用水的标准，还会使地下水中的化学有害物质和硬度增加，影响地下水 的利用”1 。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。近些年来， 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，然而，由于运行费用较高、管理不善和缺乏专业技术人员等原因， 一些已经建成的大型集中式污水处理厂未能充分发挥作用，而许多小型分散点源 污染源缺乏有效治理。因此，要彻底治理水环境污染、改善水环境质量状况，必 须大力研究发展新型高效经济的污水处理技术，特别是能有效地应用于小型分散 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 点源污染源治理的简易、高效、低耗的污水处理技术，提高污水处理排放率，从 、 源头上控制污染物的排放总量。 总之，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用现 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。 1 1 2 污水处理及回用技术 近些年来世界各国，特别是水资源短缺、城市缺水问题突出的国家，在水领 域的总体战略目标都进行了相应的调整，将单纯的水污染控制转变为全方位的水 环境的可持续发展。我国对当前水资源的严峻形势给予了高度重视，采取了多种 措施来缓解水危机，其中主要包括污水再生利用“1 。城市污水其实也是一种资源， 污水再生利用的目的就是回收淡水资源以及污水中的其它能源和有用的物质。 “污水资源化”将污水作为第二水源是解决水危机的重要途径。从目前情况看， 污水再生利用的目的主要是以回收淡水资源为主。大力开发城市再生水、提高循 环用水率。即进行污水处理和再生利用已是当前缓解水资源危机措簏的第一选 择。 水处理是利用物理、化学和生物的技术方法将水体中的各种污染物去除以使 处理后的水质满足某一特定使用要求的单元操作的组合过程，是水科学与工程学 科的主要研究对象。污水处理是水处理技术在污水处理领域的具体应用，以满足 水体自净条件为主要处理目标：而污水回用则是以使用过的水( 污永或废水) 作 为处理对象，以达到某一特定使用要求的水质条件为处理目标的单元操作过程的 组合，涵盖了传统范畴内的污水处理和给水处理过程。水的回用( r e u s e ) 这类术 语的出现正体现了当代水科学与工程将水源、水处理与用水三者之间视为一个整 体的、关于水的全面的观点“1 。 根据去除对象的不同，现代水处理过程分别采取以物理、化学和生物技术为 主题的单元过程来去除水中的杂质，即物理处理法、化学处理法和生物处理法”1 。 由于污水中成分比较复杂，完整的污水处理系统通常由上述单元过程集合而成。 对于城市污水而言，由于其主要污染物中有机成分含量较高，所以生物处理法在 整个处理系统中占主导地位，也是污水处理中得到广泛研究和应用的处理技术。 污水生物处理就是利用微生物的生命活动使污水中的有机污染物质矿化”。 污水生物处理在保护城市环境和治理工业三废方面起着极其重要的作用，可以改 善水体的物理化学指标和公共卫生指标，通过生物处理可以降低污水的c o d 、 b o d 、s s 值，去除臭味，降低色度，提高水中溶解氧含量。一般来说，生物处 理可以改善水质和水体外观。污水生物处理构筑物中的微生物可以吞食和降解病 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 菌、病毒，使污水中的病菌、病毒基本去除，或通过生物絮凝使其浓缩于剩余污 泥中便于进一步的处理。 生物处理法包括好氧处理和厌氧处理两大类。厌氧生物处理主要用于高浓度 有机废水、污泥消化和生物能源回收等过程：而好氧处理又可以分为活性污泥法、 生物膜法、稳定塘法等”，。 在生物膜法中，微生物附着生长在填料表面，形成胶质相连的生物膜，在处 理过程中，水的流动和空气的搅动使污水和生物膜表面不断接触，污水中的有机 污染物和溶解氧为生物膜所吸附。生物膜上的微生物不断分解这些有机物，在污 水中有机物不断被去除的同时，生物膜本身也不断进行新陈代谢，衰老的生物膜 随反冲洗水流出处理构筑物。1 。生物膜法中，曝气生物滤池是近年来得到广泛研 究和应用的新型生物处理技术“”，可以应用于s s 、有机物和氨氮的去除以及反 硝化脱氮等污水的二级、三级处理，在污水处理及资源化回用中具有良好的发展 和应用潜能。鉴于曝气生物滤池目前尚处于发展完善过程之中，其理论研究和实 践应用中还存在着一些问题和不足，并且国内无论在理论研究还是工程应用方面 都处于起步阶段：因此对该技术进行进一步的理论和工艺研究对于提高我国整体 的污水处理排放率和资源化回用水平、促进我国水环境污染和水资源紧张状况的 根本好转有着重要的现实意义。 1 2 曝气生物滤池污水处理技术 曝气生物滤池( b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ，b a f ) 是一种高效、节能、占地面 积小、运行管理方便的水处理薪技术，是近年来水处理技术中的研究热点之一， 可以进行模块化应用，在对有机物、s s 和氮的去除等方面具有良好的效果。 1 2 1 生物膜法的优点 生物膜法是与活性污泥法平行发展起来的生物处理工艺。在生物膜法中，微 生物附着在载体表面生长而形成膜状，污水流经载体表面和生物膜接触过程中， 污水中的有机物即被微生物吸附、稳定和氧化，最终转化为h 2 0 、c 0 2 、n h 4 和 微生物细胞物质，污水得到净化。 生物膜的吸附作用主要是由于在生物膜的表面附着层薄薄的水层，水中的 有机物被生物膜所氧化( 其浓度要比滤池进水中有机物的浓度低得多) ，当废水 在滤料表面流动时，有机物就会从运动着的废水中转移到附着在生物膜表面的水 中去，被生物膜所吸附。空气中的氧也将经过废水而进入生物膜。生物膜上的微 生物在氧的参与作用下对有机物进行分解和机体新陈代谢，产生了包括二氧化碳 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 等无机物，它们又沿着相反的方向，即从生物膜经过附着水层排到流动着的废水 及空气中去。生物滤池中废水的净化过程是很复杂的，它包括废水中复杂的传质 过程、氧的扩散与吸收、有机物的分解和微生物的新陈代谢等各种过程。 在许多情况下，生物膜法不仅能代替活性污泥法用于城市污水的二级生物处 理，而且还具有一些独特的优点，如运行稳定、抗冲击负荷、更为经济节能、无 污泥膨胀问题、具有一定的硝化与反硝化功能、可实现封闭运转防止臭味等。正 是因为如此，自2 0 世纪7 0 年代以来，生物膜法引起了广大研究者和工程师们的 极大兴趣，于是属于生物膜法的塔式滤池、生物转盘、生物接触氧化法等得到了 较多的研究和工程应用。 与活性污泥法相比，生物膜法主要具有以下优点： ( 1 ) 抗冲击负荷能力强，对进水水质和水量的变化有较强的适应能力，处理效 果较为稳定； ( 2 ) 运行简单、管理方便，没有污泥回流系统，不会出现污泥膨胀现象； ( 3 ) 具有较强的硝化作用，参与污水硝化反应的各种硝化菌属自养型细菌，生 长世代时间长，比增长速率小，容易生长在介质的表面上； “) 可以处理低浓度的污水，取得高质量的出水； ( 5 ) 低能耗，不论是自然曝气充氧还是人工曝气充氧，其能耗都比活性污泥法 低。 ( 6 ) 污泥的沉降和脱水性能好，含水率低“”。 普通生物膜反应器也存在着不足，如需要较多的填料和支撑结构，出水常常 携带较大的脱落生物膜碎片，大量非活性细小悬浮物分散在水中使出水的悬浮物 浓度增加等等。但综合比较起来，生物膜反应器还是有着活性污泥法等其它工艺 不可比拟的优势。 1 2 2 曝气生物滤池的产生和发展 曝气生物滤池( b i o l o g i c a la g r a t c df i l t e r ，b a f ) ，是2 0 世纪8 0 年代末9 0 年代 初在普通生物滤池的基础上借鉴给水滤池工艺而开发的污水处理新工艺，最初应 用于污水的三级处理，后发展成直接用于二级处理“”。与其它生物膜法不同，曝 气生物滤池将生物氧化过程与固液分离过程集于一体，在同- 个单元反应器中完 成碳源去除、固体过滤和硝化过程，对池结构进行改进后增加了厌氧区的生物滤 池还可以进行反硝化脱氮和除磷。 曝气生物滤池研究在二十世纪后期经历了一个快速发展时期，出现了比较有 代表性的b i o f o r 、b i o s n 佩和b i o c a r b o n e 等工艺形式。b i o c a r b o n e 工艺采用的滤料为密度大于水的球形陶粒，顶部进水，底部出水，气水处于逆流 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 状态，其底部出水大部分直接排放，小部分留作反冲洗之用“”。多数情况下，单 个b i o c a r b o n e 滤池中很难同时取得理想的硝化反硝化效果，可考虑两个反 应器串连或二段曝气工艺。b i o s t y r 工艺是法国o t v 公司对其原有 b i o c a r b o n e 工艺的一种改进工艺，它采用密度小于水的球形有机颗粒，底部 进水，顶部出水，出水部分回流至底部，在滤池中段曝气从而实现不同的好氧区 和缺氧区，以达到硝化反硝化的目的。与b i o c a r b o n e 相比，它具有重力流 反冲洗无需反冲泵、不易堵塞滤头、硝化反硝化可在同一反应单元内完成等优 点。b i o f o r 工艺是由d e g r e m o n t 公司开发出来的，它与b i o s t y ri 艺的不同 之处在于它采用了密度大于水的滤料，自然堆积，其余的结构、运行方式、功能 等方面与b i o s t t 大同小异“。 自8 0 年代在欧洲建成的第一座曝气生物滤池污水处理厂后，曝气生物滤池 已在欧美和日本等发达国家广为流行，目前已应用于世雾上数千座大大小小的污 水厂、小区生活污水、生活杂排水和食品加工废水、酿造和造纸等高浓度废水的 处理中，同时也可进行微污染水源的预处理和中水再生回用处理。随着研究的深 入，曝气生物滤池从单一的工艺逐渐发展成系列综合工艺，具有去除s s 、c o d 、 b o d 5 、硝化、脱氮的作用，其最大特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体， 节省了后续二次沉淀池，在保证处理效果的前提下使处理工艺简化。此外，曝气 生物滤池工艺有机物容积负荷高，水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资 少，能耗及运行成本低，同时该工艺出水水质较高。 目前，全球范围内的以曝气生物滤池作为处理主体的污水处理厂已超过1 0 0 座以上，主要分布在欧洲和北美洲地区。亚洲的韩国、中国台湾也有曝气生物滤 池的实际应用，大连马栏河污水处理厂也引进了b i o f o r 形式的曝气生物滤池。 这些曝气生物滤池被应用于处理工业废水、生活污水以及微污染水源水的预处理 中，取得了良好的处理效果，在水处理事业中发挥着越来越重要的作用。然而， 我国对于曝气生物滤池的研究还处于起步阶段，仍需要进行更加深入的研究。 1 2 3 曝气生物滤池的原理及特点 曝气生物滤池是普通生物滤池的一种改良形式，也可看成是生物接触氧化法 的一种特殊形式。即在生物反应器内装填高比表面积的颗粒填料，以提供生物膜 生长的载体，并根据污水流向不同分为下向流和上向流。污水由上而下或由下而 上流经滤料层，在滤料层下部鼓风曝气，使空气与污水逆向或同向接触，使污水 中的有机物通过滤料表面生物膜的生物化学反应得到降解，滤料层同时起到过滤 作用。 曝气生物滤池的主要特点是采用粒径较小的粒状材料作为滤料，滤料浸没在 天津大学硕士学位论文第一章绪论 水中，利用鼓风曝气供氧。滤料层起两方面的作用：一是作为微生物的载体，与 一般的生物滤池相比，由于它具有更大的比表面积，污水与生物膜实际的接触时 间长，可使生物化学反应进行得更为彻底；二是可作为过滤介质，截留进水中的 悬浮固体和新形成的生物固体，从而省去其它生物处理法中的二次沉淀池，取得 优质的出水“。上向流曝气生物滤池与常规处理工艺的比较见表1 1 。 表1 1上向流曝气生物滤池与常规处理工艺的比较 项目曝气生物滤池s b r 工艺a 2 o 工艺 无须二沉池，预处理配斜 无须二沉浊，池体一般较 土建工程 扳沉淀池，效率很高，土土建量最大 投 深，土建量较大 建量最小 资 机电设备及设备量稍大，自控仪表稍 设备闲置浪费大，自控仪 设备投资一般 仪表 多表稍多 费 占地最小，是传统工艺的 用 征地费 占地稍小，征地费较多占地最大，征地费最多 1 5 1 1 0 ，征地费最少 总投资 最小 较大最大 水头损失约3 0 5 m约3 4约1 - 1 5 m 污泥回流 不需污泥回流不需污泥回流1 0 0 - 1 5 0 ，一 比活性污泥法低 趸 曝气量与a 2 o 工艺基本相同大 行 3 0 - 4 0 药剂量 用于预处理，稍大 较低较低 费 处理后出水由于出水水质好，一般不般需要过滤、消毒，消 一般需要过滤、消毒消 用 的消毒 需过滤，消毒剂消耗最少毒剂消耗较大毒剂消耗较大 电耗 很小较高最高 总运行成本较低较高最高 s s 可达1 5 m g l 以下s s 可达1 5 m g l 以下s s 可达l s m g l 以下 b o d 可达1 5 m g l 以下b o d 可达1 5 m g l 以下 b o d 可达l s m g l 以下 出水水质 c o d 可达4 0 m e j l 以下c o d 可达1 0 0 m e l 以下 c o d 可达1 0 0 m g l 以下 t k n 可达1 5 m g l 以下n 可达1 5 m g l 以下t k n 可达1 5 m g l 以下 产泥量相对活性污泥法产泥量与a 2 o 差不多，产泥量一般，污泥相对稳 产泥量 稍大，污泥稳定性稍差污泥相对稳定定 工 有无污泥 容易产生，需加生物选挥 容易产生，需加生物选择 无 艺 膨胀 性物质防止性物质防止 效 流量变化 受过滤速度限制有一定 受每个处理单元的可接受沉淀速度限制有定 果 的影响 影响纳容积限制有一定影响影响 冲击负荷 可承受日常的日冲击负 池容决定了承受冲击负 池容决定了承受冲击负 的影响 荷荷的能力，较强荷的能力，鞍强 温度变化 滤池从底部进水，上部可 封闭，水温波动小，低温 处理效果受低温影响较露天面积大，处理效果受 的影响 大低温影响较大 运行较稳定 天律大学硕士学位论文 第一章绪论 连续迸水系统，可根据出 序批式进水系统，可实现 连续进水系统，可实现戗 自动化 水水质实现供氧量和反 供氧量和回流比的自动氧量和回流比的自动调 程度 冲洗的自动调节和控制， 自动化程度塌高 调节 节 日常维护 设备和管道布置紧密，厂 设备闲置较多，微孔踞气 广区面积大，设备分散， 还 区面积小，采用穿孔管曝微孔曝气头容易堵塞，维 行 和巡视 头容易堵塞，维护量大 气，不堵塞，巡视简单护量最大 管 滤池成组布置，数量较 多，停一个滤池进行依次 需停一个s b r 池进行依需停一条线进行大修，时 理 大修 次大修，时间长，对处理间长，对处理水量和出水 大修对出水水质和出水 水量和出水水质有影响水质有影响 量影响很小 操作和管理 很少较多较多 人员人数 模块化结构，扩建容易， 池体为模块结构。扩建相 由于它为非模块结构。扩 扩正常的增加 对常规工艺容易，但所需建时所有的沉淀池和曝 所需占地和土建工作量 占地和土建工程量大，工气池均需增加个数，所需 建处理量 很小，工期很短 期较长占地和土建工程量最大 环境 生化部分可为封闭式，臭生化部分为敞开式，臭味生化部分为敞开式，臭味 问题 臭气问题 味对周围环境影响很小对周围环境影响很大对周围环境影响很大 根据污水在滤池中流动方向的不同，曝气生物滤池可分为上向流滤池和下向 流滤池，除污水在滤池中的流向不同外，上向流滤池和下向流滤池的池型结构基 本相同。早期曝气生物滤池应用的形式大多是下向流态，但随着上向流滤池与下 向流滤池相比的众多优点被人们所认同，近年来国内外实际工程中绝大多数采用 上向流曝气生物滤池。 曝气生物滤池的典型构造如图1 1 所示。曝气生物滤池从结构上共分成三个 区域：缓冲配水区，承托层及滤料区，出水区及水槽。待处理污水由管道流入缓 冲配水区，污水在向上流过滤料层时，经滤料上附着生长的微生物膜净化处理后 经过出水区和出水槽由管道排出。缓冲配水区的作用是使污水均匀流过滤池截 面。在待处理污水进入滤池后，由鼓风机鼓风，并通过曝气管向池内供给微生物 代谢所需的空气( 氧源) ，生长在滤料上的微生物膜从污水中吸取可溶性有机物作 为其生理活动所需的营养物质，在代谢过程中将有机物分解，使污水得到净化。 在滤池反冲洗时，较轻的滤料有可能被水流带至出水口处，并在斜板沉淀区沉降， 丽回流至滤池内，以保证滤池内微生物浓度。斜板沉淀区的倾斜角度是根据实际 运行经验而设定，以保证脱落的微生物膜在运行或反冲洗时能随水流被带出池 外，而滤料则不会被带出池外。当曝气生物滤池运行到一定程度时，由于滤料上 增厚的微生物膜脱落，出水中会带有部分脱落的微生物膜，使出水水质变差，这 时必须关闭进水管阀门，启动反冲洗水泵，利用储备在清水池中的处理出水对滤 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 池进行反冲洗，反冲洗采用气水联合反冲洗。为保证布水、布气均匀，在滤料 支撑板上均匀布置有曝气生物滤池专用的配水，配气滤头。 1 缓冲配水区，2 承托层，3 滤料层，4 - 出水区，5 出水槽，6 - 反冲洗排水管，7 一净化水排水 管，8 斜板沉淀区，9 - 栅型稳流板，1 0 曝气管，1 1 反冲洗供气管，1 2 _ 反冲洗进水管，1 3 滤池进水管，1 4 _ 滤料支撑板，1 5 长柄滤头 图1 1 曝气生物滤池构造示意图 1 2 4 曝气生物滤池的优点 曝气生物滤池可用作不同目的的污水生物处理。如作为污水的二级生物处 理，可用来去除污水中的b o d 5 、c o d 、s s ，或进一步硝化去除氨氮。用作污水 三级生物处理，主要是硝化去除氨氮，并进一步深度去除污水中有机物和悬浮固 体。若同时在厌氧和好氧条件下运行，还可用作污水的脱氮除磷。 在曝气生物滤池中可以生长许多不同性质的菌群。在距进水端较近的滤层 中，污水中的有机物浓度较高，各种异养菌占优势，主要是去除b o d ；在距出 水口较近的滤料层中，污水中的有机物浓度已经很低，自养型的硝化菌将占优势， 可进行氨氮的硝化反应。硝化菌存在于生物膜的内侧，在滤料上有很强的附着能 力，一旦形成，不易完全脱落，因此曝气生物滤池具有很高的硝化去除氨氮的能 力“”。 除了曝气生物滤池自身的上述优点之外，曝气生物滤池与其它生物处理方法 相比还有一下优点： ( 1 ) 较小的池容和占地面积：曝气生物滤池的b o d 5 容积负荷可达到 天津大学硕士学位论文第一章绪论 5 - - 6 k g b o d s ( m a d ) ，是常规活性污泥法或接触氧化法的6 - 1 2 倍，所以它的池容和 占地面积只有活性污泥法或接触氧化法的十分之一左右，大大节省了占地面积和 大量的土建费用； ( 2 ) 高质量的处理出水：在b o d 5 容积负荷为6 k g b o d s ( m 3 d ) 争j ，其出水s s 和b o d 5 可保持在1 0 m e 江一下，c o d c r 可保持在6 0 m g l 一下，远远低于污 水综合排放标准中的一级标准； ( 3 ) 简化处理流程：由于曝气生物滤池对s s 的生物截留作用，使出水中的活 性污泥很少，故不需设置二沉池和污泥回流泵房，处理流程简化，使占地面积进 步减少； “) 基建费用、运转费用节省：由于该技术流程短、池容积小、节省占地，故 其基建费用大大低于常规二级生物处理。同时，粒状填料使得充氧效率提高，可 节省能源消耗。 ( 5 ) 管理简单：曝气生物滤池抗冲击负荷能力很强，没有污泥膨胀问题，微生 物也不会流失，能保持池内较高的微生物浓度，因此日常运行管理简单、处理效 果稳定； ( 6 ) 设施可间断运行：由于大量的微生物生长在粒状填料租糙多孔的内部和表 面，微生物不会流失，即使长时间不运转也能保持其菌种，如长时间停止运行后 再次启动，可在几天内恢复正常运行。 l - 2 5 曝气生物滤池的应用现状及存在的不足 由于曝气生物滤池的种种优点，国内外很多污水厂都采用了此工艺。1 9 9 6 年投入运行的美国宾夕法尼亚州m o n e s s e n 焦化废水处理厂，曝气生物滤池单元 在滤速1 5 m h 的运行条件下，对硫氰化物、氨和酚类化合物的去除率分别达到 9 9 、7 8 和9 9 9 ，出水中硫氰化物、氨和酚类化合物的浓度分别为3 9 m g l 、 3 6 4 m g l 和0 0 4 m g l 。英国p a e k i n g t o n 污水厂用曝气生物滤池处理含工业废水 的生活污水，在迸水c o d 为5 6 2 m g l ，b o d 5 为2 8 6 m g l ，s s 为1 3 9 m g l ，水 力停留时间1 2 h 的运行条件下，c o d 、b o d 5 、s s 的去除率分别为8 0 、9 1 3 、7 8 。台湾高雄的塑料工业废水处理厂在活性污泥处理工艺后增加了臭氧氧 化单元和曝气生物滤池单元作为三级处理，当滤速为3 1 r n h 时，曝气生物滤池 出水中c o d 可由二级出水中的1 5 0 - , 1 8 0 m g l 降至1 0 0 m g l 以下“”。曝气生物滤 池在处理食糖工业废水、养猪废水和水产养殖废水时也都取得了较好的处理效果 ( 1 i p - i l l 与此同时，国内清华大学、哈工大、同济大学等也对曝气生物滤泡进行了一 些中试研究，出水水质基本可以达到城市杂用水水质标准。”。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 曝气生物滤池的填料床结构特点使得反应器内能够实现固体停留时间( s a t ) 和水力停留时间( h r t ) 的分离，因而在反应器空间内可以形成大量生长缓慢、世 代时间较长的自养菌优势种群，使曝气生物滤池具有良好的硝化效能1 。有关硝 化性能及其相关问题的研究是目前曝气生物滤池研究的热点之一。c r o m p h o u t 等 利用上向流曝气生物滤池处理含氮的富营养化水源水，在气水比为1 ：l ，滤速 5 1 8 m h 的条件下，当温度高于1 0 时，硝化效率可达1 0 0 ，随着温度的下降 硝化效率逐渐下降，但在6 5 时仍可将1 0 m g l 的氨氮在0 4 h 内完全硝化。1 。 t h e g e r s o n 等在生产性中试中发现曝气生物滤池比活性污泥法有着更为稳定的氨 氮去除效果，尤其在水温较低时，前者的硝化效率比后者更加稳定“1 。利用生物 滤池系统进行反硝化脱氮也是近期b a f 研究中比较活跃的研究热点。b a f 中的反 硝化脱氮通常以两种方式来实现：即在滤池中设置缺氧区或单独设一个不曝气的 反硝化生物滤池，并根据有机底物的供应情况决定是否投加碳源物质。p u o i 认 为，反硝化生物滤池在较高的滤速和负荷条件下可以达到1 0 0 的脱氮效能。 p u z n a v a 等研究了低曝气一体化硝化反硝化曝气生物滤池的处理效能，通过调整 曝气量，将反应器内的溶解氧浓度控制在0 5 3 m g l ，这样可控制溶解氧不能充 分扩散到生物膜内部，从而实现同步硝化反硝化“1 。中试研究结果表明，与单一 功能的反硝化滤池相比，实行实时曝气控制可在曝气量减少5 0 的情况下，达到 同样的处理效果。目前，在有关运行参数的影响规律、工艺系统的优化、碳源的 选择、同步硝化反硝化以及反硝化生物膜的特性等方面的研究取得了一定的进 展。生物滤池的反硝化脱氮研究将对污水生物脱氮技术的发展具有一定的促进作 用。污水的脱氮除磷处理是控制水体富营养化的主要措施。目前曝气生物滤池工 艺对磷的去除主要是通过在b a f 进水中直接加入化学除磷剂，再经过反冲洗排 出富磷污泥完成除磷；或是在一级强化过程中通过化学混凝实现除磷。 曝气生物滤池和其它水处理技术进行组合应用，可以充分发挥各自的优势， 通过单元过程的优化组合，逐次去除污水中的各种污染物，达到高效、彻底净化 污水的目的。g o n e a l v e s 等利用u a s b 和曝气生物滤池串联对生活污水进行二级处 理，不但降低了整个系统的污泥产量，使u a s b 的产气量有一定程度的提高，还 提高了系统的处理效能，对s s 、b o d 5 和c o d 的平均去除率分别为9 4 、9 6 和 9 1 ，出水的s s 、b o d 5 和c o d 分别为1 0 m g l 、9 m g l 和3 8 m g l1 2 7 o 台湾高雄塑 料工业废水的三级处理系统由臭氧氧化和曝气生物滤池组成，由活性污泥法二级 处理出水c o d 为1 5 0 - - 1 8 0 m g l ，在经过投j j i 6 k g l 的0 3 预氧化，再经过曝气生物 滤池处理后，c o d 降至1 0 0 m e d l 以下，达到当地的排放标准“”。m e l l n 等在研究 利用不同填料的生物滤池处理经o ，氧化处理后的水源水时发现，整套处理工艺对 腐殖酸和色度有较高的去除效果，o ，氧化过程产生的大部分醛类经生物滤池处理 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 后可降至l “班以下，羧酸类可去除8 3 8 6 。1 。利用曝气生物滤池与臭氧联用， 可以在一定程度上降低制水成本，有望在水源水的预处理中发挥作用。由于曝气 生物滤池具有模块化设计特点，使其特别适合作为现有污水厂工艺改造的中下游 工艺、给水厂的预处理工艺、深度处理回用工艺和膜处理上游工艺等，与其它水 处理技术组合应用。 曝气生物滤池的生物氧化功能是通过生物膜来完成的。关于生物膜特性的研 究一直是生物膜法污水处理技术的研究重点，也是生物膜反应器最重要的运行参 数。随着检测技术的迅速发展，近年来对生物膜形态与结构特征、膜内物质 转移与扩散效率。”、生物膜形成1 、代谢活性、细胞数量及种群构成等方面的 研究取得了很大的进展。由于曝气生物滤池的结构及功能特点，其生物膜特性不 仅决定了反应器的生物氧化能力，还与过滤效能、过滤周期、恢复能力等密切相 关，是影响反应器处理效能的最主要因素。目前有关曝气生物滤池生物膜的研究 还处于前期探索阶段，主要在曝气生物滤池的生物膜形态，微生物活性、生物膜 厚度、微生物种群分析等方面进行了初步研究。这些研究结果对正确理解曝气生 物滤池的处理机理有一定的帮助，并为进一步的深入研究打下了基础。但总的来 看，与反应器运行直接相关的生物膜特性研究报道尚不多见。因此，对曝气生物 滤池生物膜特性的进一步研究将是建立曝气生物滤池处理理论的基础工作之一， 也是今后曝气生物滤池处理机理的主要研究方向。 综上所述，目前曝气生物滤池的研究正处于理论研究逐渐深入、应用范围不 断扩大的发展阶段。其中有关曝气生物滤池在有机物和悬浮物去除、硝化和反硝 化脱氮等方面取得了较好的应用研究成果，新的应用尝试和工艺组合不断出现； 有关反应器运行参数的影响规律研究比较活跃，并在进水负荷对硝化效率的影 响、填料的选择、温度的影响等方面得到了一致的研究结论；有关曝气生物滤池 的生物膜、反应动力学以及曝气生物滤池在饮用水预处理、除磷、难降解有机物 处理、与其它技术的组合应用等方面的研究也逐渐开展。但总的来看，有关生物 膜特性、反应动力学和微生物生态学等曝气生物滤池基本运行特性和处理理论的 研究以及有关一些运行参数的影响、滤池的反冲洗、反冲洗污泥的处理等一些关 键运行特性的研究目前进展还比较缓慢，有关这些问题的研究将是今后曝气生物 滤池的重点研究方向。 存在问题与不足： ( 1 ) 曝气生物滤池的处理理论尚不完善，目前主要强调生物氧化与过滤截留在 处理过程中的作用，而忽视了其它如生物絮凝等方面的作用，因此需要对曝气生 物滤池处理理论进一步深入研究，使之系统化，以便更有效地指导实践。 ( 2 ) 曝气生物滤池应用于污水的二级处理时，一般需要对进水进行预处理以控 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 制进水s s ，延长运行周期；曝气生物滤池对磷