（土木工程专业论文）污水厂二级出水的生物滤池深度处理试验研究.pdf

， 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，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 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：李牡日期：二翌坦必 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、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) 罂 、 摘要 摘要 水资源是人类生存不可缺少的物质基础。随着经济的快速发展，人民生活水 平的提高，水资源危机日益显露，并严重制约着社会的可持续发展。污水厂是市 政水处理的最后一环，它的升级改造关系到最终出水的水质指标，并直接影响着 服务区域内的生态环境。 污水厂的升级改造一方面是对原有工艺进行优化，另一方面是直接增加深度 处理工艺。生物滤池集生物降解和物理截留作用于一体，它具有出水水质好，占 地面积小，运行灵活，抗冲击能力强等优点，尤其适合c o d 盯浓度低的污水厂二 级出水，是良好的深度处理工艺。 试验采用北京市高碑店污水处理厂的二级出水，根据不同时期水厂二级出水 的水质特点，围绕生物滤池，分别采用单级曝气生物滤池( b a f ) 、臭氧( 0 3 ) + b a f 、碳源+ 缺氧生物滤池的组合方式，并对其可行性和处理效果进行评价和比 较，确定最佳的运行参数。 单级b a f 对水力负荷变化有较强的抗冲击能力。滤速在1 m 3 i l 忱变化时， 处理效果均较好。b a f 对底物浓度负荷也有很强的抗冲击能力，当进水c o d 盯 浓度在2 1 0 6 m g l 5 5 1 3 m g l 范围内变化时，平均去除率接近4 0 ，出水c o d 盯 浓度保持在2 0 l i l g l 左右。当进水n h 4 - n 浓度的变化范围为0 2 m 【广5 m g l 时， 出水n h 4 - n 平均浓度基本保持在0 3 m g l 左右。 单独臭氧对于二级出水中的c o d 盯去除效率很低，最高去除率仅为2 4 1 2 ， 出水为3 4 1 5 m l ，无法达到地表四类水体要求，但对色度和u 5 4 的去除效果 则较好。当臭氧投加浓度为1 0 m l ，接触时间为1 5 n l i i l 的时候，最为经济有效， 此时的c o d 盯去除率为1 9 1 2 ，u 5 4 去除率为4 0 ，出水色度在1 0 倍以内， s u v a 降低了4 4 ，t o c i m 5 4 ( 可生化性) 提高了1 5 9 倍。臭氧( 0 3 ) + b a f 组合工艺在高水力负荷( 4 m h ) 情况下，当进水c o d 。，浓度为3 7 7 m g l 时，出 水达到2 2 6 2 m g l ，去除率较单独b a f 提高了1 3 倍。 缺氧滤池以乙酸钠作为外加碳源时，随着投加浓度的增加，t n 去除效果逐 步提高。当进水混合液c o d c ，浓度达到9 5 om g l 以上时，t n 去除率在9 3 以 上。由于二级出水中d 0 较高，碳源首先用于d o 的消耗，当进水混合液c o d c ， 平均浓度达到5 7 7 m g l 的时候，d o 降到0 8 m l 左右，反硝化现象才逐渐明显。 碳源投加不足时会导致亚硝酸盐的积累，特别是当进水混合液c o d 汀浓度为 8 1 1 m g l 时，亚硝酸盐积累最高，达到6 o m g l 。以工业用纯度为5 8 6 0 的乙 酸钠价格( 2 9 0 0 元吨) 计算投加成本，如果出水t n 浓度达到地表四类水体 ( 1 5 m 玑) 要求，则每吨水的成本为o 2 3 元。 北京t 业大学t 学硕士学位论文 针对二级出水的水质特点，生物滤池可以灵活的运行，出水完全满足地表四 类水体水质标准，对于北京市高碑店污水厂的升级改造是合理而有效的。 关键词：深度处理；生物滤池；臭氧；碳源 r e s o l l 】e sc n s i sh a db e c o m em o r ea n dm o r eo b v i o u s ，w k c ha l s or e s 仃i c t e d l e s 磷妇i l l a b l ed e 、，e l o p m e mo fs o c i e 吼s e w a g ep l a n tw 弱n l ef i n a ls e g m e n ti i lt l l e1 1 1 b a n w 栅ss y s t e m ，、7 l ，：h o s eu p 伊a d ei m p a c t e dn o to n l yt 1 1 eq u a l n yo fe m u e 鸲b u ta l s 0 也e e c 0 - 州r o n m e n to fm e 缸e a 缸ne l l _ ta r e a l o p t i n ：l i z i i l gm ee x i s t e i l t 缸e 棚e n tp r o c e s s 铭w a so i 地w a yf o rp l a n t su p 可a d e ；吐圮 o n l 盯w a yw 嬲 t 0b u i l dt h ea d v 锄c e d 仃e a 恤l e n t p r o c e s s b a fc o m b i n e d b i o d e g r a d a t i o nw i t l lp h y s j c a li i l t e r c 印t i o i l ，w 1 1 i c hh 勰m 甜l ys 旬r o n gp o i n t s ，s u i 出鹞1 l i g h 小l a l i t ) ，e m u e m ，s m a l lf o o 印r i i 嵋n e x i b l e0 p e r a t i o n ，a n dl l i 曲c a p a b i l i t yt 0r e s i s t a 】n c e l o a d ，b c 丘tf o rs e c 0 n d a 巧e m u e n t i tw a sar e a s o n a b l ea d v 趾c e d 骶舳耐 t h eb 刨i n gg a ob e id i 锄s e w a g ep l 觚t ss e c o n d a 巧e m u e n tw 嬲u s e df o rm e e ) 【p e r i n l e n t a c c o r d i n g t 0d i 行e r e r l t s e c o n d a r ye m u e n tq l l a l i 哆i i ld i 岱b r e n t 缸e s ， s i i l 百e - s t a g eb a f 0 3 + b a f ，c 抽o nr c s 0 1 瑾c e + 锄o x i c b i o 丘l t c rw e r e a d o p t c d r c s p e 甜v d y 如rf e 嬲i b i l i t ) r 鹊s e s s m e n t 嬲d 獭n o v a le 毹c tc o m p 耐s o l l ，f h l a l l yt 0g e t n l e0 p t i m a lp 猢e t e l s i l l 哲e - s t a g eb a f h a ds 仃c n gr e s i s t 锄c ec 印a d t yf o rh y d r 眦l i cl o a d sv 耐a t i o n w k lf i l 仃a t i o nr a t 懿c h a i l g e d 丘0 ml n l l lt 03 i n l l ，t l l e 豫n o v a le 毹c t sw e r ca l l9 0 0 d b 越h a da l s os 们n gr e s i s t a i l c ec a p a d t ) ，f o r 妯s 仃a t ec o n c 仃a t i o n sl o a d sv 耐撕0 n w 1 瑚i n n u 雌t sc o d c rc o n c e n n 们o nc h a l l g e d 舶m2 1 0 6 m g lt 05 5 1 3 m l ，圮 a v e r a g er 锄o v a lw 勰c l o s et 04 0 ，e m u 锄tc 0 n c c n 删o nw 嬲a b o u t2 0 i n g l ， n h 4 - nc o n c e l l t r a 缸0 nc h 锄g c d 舶m0 2 m l t 0 5 i i 呵l ，t l l ea v e r a g e 胡1 u e n t c o n c 删o nr a m a i n e d1 u 】【d e r0 3 m g l s i l l 酉eo z o n a l i o nh a d1 1 i l f a v o r a b l ee f f 融0 nc o d m el l i 曲c s tr 锄0 v a lw 舔j 喊 2 4 12 ，锄de m u e i l tc o n c 朗纽a t i o nw 弱3 4 15 m g l ，w h i c hd i d1 1 0 tr c ht l l ed i s c b 鹕e s t 锄d 莉f o r 眦f a c ew a t e f b u t ，0 z o n a t i o nh a dg o o de 仃e c t 叩c o l o r 舭i d 叭厂2 5 砌n o v a l a c c o r d i n gt 0d i 侬嬲l tr e l n o v a lr e s u l t sw i 也s e v e m lo z o n ed o s a g 锶a n d c 0 n t a 烈廿m e c o m b i r 川w i me c o n o m i c a le m c i e n c y t l l ed o s a g eo f1o m g la 1 1 dc o n t a c t t i i i l eo fl5 i n j l lw e r eb 甜e rm 纽o m e r s w i me x p 醯n e n tc o n d i t i o no fm eb o m p a r 姐l e t e r s ，c o d c r 獭n o v a lw 勰l 9 12 ，e 筒u e n tc o l o rw 弱1 e s sm 锄1od e g r e e ， u v 2 5 4 瑚l o v a lw 勰4 0 ，s u 、厂a 豫n o v a lw 鹤4 4 ，a n du 5 4 厂i o c ( b i o d e 莎a d a b i l i t y ) w a s1 5 9t i m e sa s 如【u c ha sm ew a t e rw i 也o u to z o n a 石o n 0 1 + b a fc 0 u l dr c s i s t a l l c e n i 北京t 啦大学t 学硕七学位论文 h i g l lf i l t r a t i o nr a t e ( 4 删q ，w r h e n 廿l ei n n u e i l ta v e m g ec o d c rc o n c e i l 咖t i o nw 鹤 3 7 7 m g l ，廿l ee 御u 髓tw 鹪2 2 6 2 m g l ，n l er e m o v a lr a t ei i l c r e a s e d1 3t i i l l 锱m 姐 s i l l 酉e s t a g eb a f n a a cw 雒u s o d 鹊c a r b o nr 馏o u r c ef o r 觚o x i cb i o f i l t e r t h et nr e ：i n o v a l i n c r e 嬲e dw 洫m ei n 泺嬲eo fi n n u e n tc o d c rc o n ce l l _ h a t i o n w l 髓m ec o d 盯 c o n c e i l 仃a t i o no fi i l n 啪te x c e e d e d9 5 0 i 】= l g l ，t h et nr e m o v a lr e a c h e do v e r9 3 b e c a l i s en l ed oi ns e c 0 i l d a 巧e m u e n tw 嬲l l i g h ，l ec a r b o nr e s o u r c ew 弱p a m yl l s e d f o fd or 伽l o v a l 啪m ec o d c rc o n c 锄仃a t i o 船o f 砌u e n tw 鹤5 7 7 m 班，e m u 咖 d od e c r e a s e dt 00 8 m g 化1 ed e l l i t r i f i c a t i o nw 鹊0 b 访。璐莎a d u a l l y1 1 1 ec a 】由0 n r e s o u r c e ss h o r t a g er e s u l t e di n1 1 i t r i t e s a c c l m m l a t i o i l ，e s p e c i a l l yw h e nm eo o d 汀 c o l l c c l i 仃a t i o no fi l l n u e n tw 鹤8 1 1 m l ，t 1 1 ec o n c e n 眦i o no fl l i t r i t 鹤w 弱6 o m la t m o s t w i mn a a co fi n d u s t r i a lu s e ，w h o s ep u r i t yw 勰5 8 6 0 t 0e s t i i i l a t en l ec o s t i f e m u e n tt nr e a c hm ed i s c h a r g es t 觚d 舡do f 刚渤c ew 蛔( 1 5 m 班) ，m cc o s t w a s o 2 3 ”砒价 a c c o r d i i l gt 0w a t e rq u a l i t ) ro fs e c o n d a 巧e m u 吼t ，m eb i 0 1 0 西c a lf i l t e rc o u l db e a d o p t e df l e x i b l y 砌c hm a d em ee m u 饥tr e a c hn l ed i s c h 鹕es t a i l d 莉s ，s ob i 0 1 0 西c a l 6 l t 盯w 鹤ar e a s o n a b l e 斫i v a n c e d 仃e a 廿n e n t 向rb e i j i n gg b c id i a ns e w a g ep l a n t s u p g r a d e k e y w o r d s ：a d v a n c e d 讹a t i i l e n t ；b i o l o 百c a lf i l t 0 z o n e ；c 抽o nr e s o u r c e 同录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论l 1 1 研究背景l 1 1 1 水资源危机l 1 1 2 污水厂升级改造2 1 2 国内外研究现状的总结和分析2 1 2 1 生物膜法2 1 2 2 曝气生物滤池2 1 2 3 臭氧及其组合工艺在水处理中的应用5 1 2 4 碳源对生物滤池脱氮性能的研究6 1 3 研究目标和研究内容7 1 3 1 研究目标7 1 3 2 研究内容7 第2 章工艺流程和研究方法9 2 1 试验装置和工艺流程。9 2 1 1 试验装置9 2 1 2 工艺流程1 1 2 2 试验进水水质12 2 3 试验分析方法1 2 第3 章单级b a f 对二级出水的深度处理1 3 3 1 曝气生物滤池的净化机理1 3 3 2 试验结果分析1 5 3 2 1 水力负荷对c o d 盯去除效果的影响1 5 3 2 2 水力负荷对n h 4 _ n 的去除效果影响1 7 3 2 3 污染负荷对c o d 。，去除效果的影响1 8 3 2 4 污染负荷对n h 4 - n 的去除效果影响1 9 3 2 5 曝气与非曝气状态的比较2 l 3 3 曝气生物滤池中的生物膜特性2 2 3 4 本章小结2 3 第4 章臭氧+ b a f 组合工艺对二级出水的深度处理2 5 4 1 臭氧反应机理2 5 4 2 试验结果分析2 7 4 2 1 单独臭氧对二级出水c o d 盯的去除效果2 7 4 2 2 单独臭氧对二级出水色度的去除效果2 9 4 2 3 单独臭氧对二级出水u v 2 5 4 的去除效果3 0 4 2 4 单独臭氧对二级出水d o c 的去除效果3 l 4 2 5 单独臭氧对二级出水s 叭，a 变化的影响3 2 4 2 6 臭氧+ b a f 组合工艺的处理效果。3 3 4 3 本章小结3 5 第5 章碳源+ 缺氧生物滤池对二级出水的深度处理3 7 北京工业大学工学硕士学位论文 5 1 反硝化作用对碳源的需求3 7 5 2 试验结果分析3 8 5 2 1 进出水p h 的变化3 8 5 2 2 进出水d o 的变化3 9 5 2 3 进出水t n 和c o d 。，浓度的变化3 9 5 2 4 进出水硝酸盐氮和亚硝酸盐氮浓度的变化4 0 5 2 5 投加成本估算4 l 5 3 本章小结4 2 结论。4 3 参考文献。4 5 攻读硕士学位期间发表的学术论文。4 9 致 射。5 1 1 1 1 水资源危机 水是生命的源泉，不仅是地球生命赖以生存的重要物质基础，又是社会发展 和工业生产不可替代的自然资源。通过大自然的自净作用和生态系统的循环作 用，水资源可以源源不断的供给人类社会。但是，由于地球人口数量的爆炸式增 长以及全球经济的快速发展，尤其在一些不发达国家，粗放型的发展模式严重破 坏了生态系统。当水资源的污染程度超过了水环境的自净能力，污染速度大于其 循环再生速度，那么水资源危机就不可避免了。 我国是一个水资源相对贫乏的国家，尽管水资源总量上居世界第6 位【l j ，但 是由于人口众多，我国水资源的人均占有量仅仅为2 2 0 0 m 3 ，只有世界人均水资 源平均值的1 4 。供水不足和地下水资源的过度开采，给城市发展带来很多隐患， 比如从本世纪六十年代，内蒙呼和浩特市地下水位累计下降达到5 0 i i l 【2 j 。2 0 0 6 年政府公布的国家环境安全评估报告显示，我国水环境安全状态总体上处于 预警状态，水环境安全压力很大，单位g d p 用水量过高、废水排放量过高已经 严重威胁我国水环境安全【3 】。另外，我国的水资源分布与土地资源、人口分布以 及经济发展也不协调。南方( 指长江以南) 人均水资源占有量达到了3 6 0 0 矗以 上，而北方人均水资源量却只有7 2 0 m 3 。西南流域，平均水资源量为全国2 0 8 ， 而g d p 却占不到全国的1 【4 】。首都北京的水资源形势更为严峻，人均水资源量 仅相当于全国水平的1 8 ，不到世界人均水资源量的1 2 0 。随着我国城市化进程 的加快，水资源的相对不足会日渐明显，越来越成为社会发展的限制性因素。 面对如此严峻的水资源形势，我们必须加快水资源的可持续利用，开发新型 水源，解除水资源危机，为经济社会发展提供保障。一方面通过引进先进的节水 设备和管理理念进行“节流”。另一方面要“开源 ，利用雨水和城市污水，实现 污废水的资源化。特别是对于北京市，这种大型的城市，每日的用水量极其庞大， 通过污水资源化降城市污水厂常规处理出水进行深度处理、回用，不仅减少 环境的污染，又可增加可利用的水资源的数量，同时具有明显的经济效益、社会 效益和环境效益p j 。 北京t 业大学t 学硕七学位论文 1 1 2 污水厂升级改造 北京市高碑店污水处理厂是北京市城市总体规划拟建的1 6 座城市污水厂中 规模最大污水处理厂，承担着北京市中心区及东郊地区总计9 6 6 1h a 流域范围内 的污水治理，服务人口2 4 0 万，占地面积1 0 2 0 亩，远期建设规模2 5 0 万o d ， 近期建设规模1 0 0 万m 3 d ，处理水量中工业废水占4 9 ，生活污水占5 1 ，总 处理水量占全市污水处理总量的4 0 。 随着出水指标的不断提高，作为传统a 2 o 、o 工艺典型代表的高碑店污 水处理厂面临诸多问题：如碳源不足导致脱氮效果差、出水c o d 。，和n h 4 - n 浓 度不稳定等，所以在原有二级处理工艺升级改造的基础上，增加后续的深度处理 工艺，以达到进一步提高出水水质，并保证出水稳定性的目的。 目前高碑店污水厂的二级出水直接排入通惠河，而计划深度处理后的水质将 达到地表四类水体标准，部分出水将被送至水源六厂作为中水水源 1 2 国内外研究现状的总结和分析 1 2 1 生物膜法 生物膜法是相对于活性污泥法的一种水处理工艺，两者的共同点都是利用微 生物的异化、同化作用，将水体中污染物质，通过捕捉、吸附、氧化分解等作用 进行降解，进而达到水质的净化。不同的是，活性污泥法中的微生物是以悬浮的 状态存在于曝气池中，而生物膜法中的微生物，附着于填料和载体上，属于附着 型生长。不同的结构和运行方式，使得生物膜法较活性污泥法具备更多的优点。 首先是微生物的附着生长不受污泥停留时间( s l 汀) 的影响，类似于硝化细菌这 样世代时间长的微生物可以不断增殖。第二，生物膜会随着运行时间的延长而不 断变厚，老化、活性差的膜会通过水力剪切作用和曝气的扰动脱落，被出水带走， 无需排泥，不存在活性污泥法中的污泥膨胀问题。第三，生物膜内部与膜表面存 在d o 的浓度梯度，形成好氧、缺氧、厌氧的环境更替，使得生物膜中微生物种 类增多，食物链延长，营养等级升高，使得生物膜法有更强的抗冲击能力。 1 2 2 曝气生物滤池 曝气生物滤池( 简称b a f ) 是一种典型的生物膜法。在生物反应器( 滤柱) 中装填高比表面积( 以保证微生物足够的附着空间) 的颗粒填料，并在填料层下 部通过空气压缩机曝气，用以提供微生物生长的需氧量。污水流经填料层时，空 第1 章绪论 气与污水逆向或同向进行接触，并发生生化反应，有机物得以去除；同时滤料颗 粒间的空隙具有物理筛滤作用，可以去除部分粒径较大的悬浮物。微生物新陈代 谢作用产生的多糖类、酯类等粘性物质可起到起吸附架桥作用，这样使得粒径较 小的胶体物质物质和悬浮颗粒粘结在一起【6 1 ，也可以被滤层截留去除，强化了筛 滤的作用。 b a f 具有接触时间短，出水水质高、占地面积小、投资省、运行灵活、易于 管理、抗冲击负荷能力强等优点，所以适用于生活污水以及工业废水等多种水质。 由于生物膜对低浓度负荷的污水也有很好的去除效果，b a f 还可以用于污水的深 度处理。如果b a f 和臭氧接触等化学氧化工艺进行连用，可以进一步提高水质。 滤料是b a f 的核心，不仅是微生物粘附生长的骨架，还对水中粒径较大的悬 浮物质有截留的作用。滤料的差异从外观看主要体现在材质、粒径、均匀程度、 堆积高度以及装填的方式的不同。常见的载体材料有无机和有机两类r 7 】：无机类 载体有沙子、碳酸盐类、沸石、轻质陶粒、膨胀粘土、活性炭、石英砂、炼钢炉 渣，有机载体有p v c 、p e 、p s 、p p 等。它们可以被制作成各种形式，比如聚乙 烯可以被制作成环状，悬浮式，或者悬挂式的。粒径的大小对处理效率的影响较 大【8 】，一般说粒径小，对于s s ，t n 等指数的去除都会较好，但是反冲洗频繁、 抗负荷能力低；粒径大反冲洗和抗负荷的能力较强，但是处理效果较低，而且处 理效果不太稳定。k e n t 【9 】在试验中发现粒径为2 - 4 n l l i l 时，曝气生物滤池的硝化性 能较好。装填方式的不同也是试验和工程中要考虑的，刘旭阳【l o 】等人对于同为 聚乙烯材质的六种滤料进行了试验，发现两种堆积型填料( 阶梯状和多面空心球 状) 较其他形式的有更好的去除效果。a 1 1 觚t 【l l 】等人研究结果表明：上浮式填料 比沉没式填料对s s 、有机物的去除率高，对有机负荷和水力负荷的抗冲击性能 更高。在试验中也有使用上层为废旧瓷料下层为废旧塑料的双层滤料【1 2 】，不仅 实现了废旧材料的再利用，而且对于n h 4 - n 的去除可以实现更大的负荷冲击。 各种滤料对污染物的去除率之所以会存在差异，主要是因为滤料的比表面 积、空隙率等物理参数各有不同，这导致微生物的附着环境和底物的传质条件有 所不同，使得各条件下生物膜的厚度、微生物的数量、以及微生物的种类产生差 异，进而对处理效果产生影响。所以没有绝对的哪种滤料最优，比如轻质陶粒在 很多学者的试验中都表现出了较其他滤料更好的去除效果，但y a n 曲e l ly u l 乃j 在试 验中就发现陶粒对于n h 4 - n 的去除效果较炉渣差。 进水底物浓度对b a f 的处理效能是有影响的。生物法去除污染物，本质就是 人为的控制和改变环境因素，使得有利于降解污染物的微生物( 包括异养菌，硝 化细菌，反硝化细菌，除磷菌等) 优势生长。要根据处理的目的不同，使得需要 的菌群处于优势地位，这样才能达到工业生产的标准。总的来说，当进水污染物 浓度小于该曝气生物滤池的容积或表面负荷时，去除率随污染物浓度的增加而增 际运行中，控制反应器的容积或表面负荷是很重要的。b a f 的一大优点就在于它 抗冲击能力很强，王岽【1 4 j 在试验中发现只要进水n h 4 - n 浓度处于 3 0 k 、1 0 k _ 3 k 分子量区域的t o c 有大幅度的降低，而3 k ，1 k 区域的1 o c 会有明显的上升【3 2 】。e 1 d i n m g 【3 5 】等在采用臭氧预氧化处理造纸 废水的研究中发现，当臭氧的投加量为2 3 0 m g l 的情况下，废水中c o d 的去除 率仅为2 2 ，但其b o d 5 值却增加了3 2 0 。i t y e o m 掣3 6 】人采用臭氧预处理和 生化组合工艺处理污水处理厂的剩余活性污泥，当消耗量为0 1 9 0 3 g - s s 的条件 下，经过5 天的时间，污泥的生化性提高了2 3 倍，后续生物处理对有机物的去 除率由原来的3 6 上升至7 7 。吴红伟阳在试验中发现由于预臭氧对有机物的 氧化，减小了有机物的分子量，增加了可生物降解的有机物，从而强化了后续的 生物处理和活性炭对有机物的去除，整个工艺对有机物的控制能力很好，u 5 4 、 d o c 、b d o c 、a o c 、t h m f p 和h a a f p 的去除率分别达到9 5 1 、9 2 5 、9 8 4 、 8 5 8 、6 3 1 和8 9 1 。谢曙光【3 8 】使用组合工艺处理黄河微污染水的研究表明， 生物预处理和常规处理能有效去除c o d m n 和u v 2 5 4 ，而臭氧的投加能有效提高 深度处理工艺对c o d m n 和u v 2 5 4 的去除效果。e k a a j k 舳n 扩刿等人对常规处理后 的二级出水采用了臭氧预氧化+ 生物活性炭的组合工艺进行了深度处理，对t o c 的去除率仅为2 7 3 ，而b o d 5 却提高了1 倍多，臭氧预氧化后再经过生物活性 炭处理后对t o c 的去除率由31 增加到6 2 5 。 1 2 4 碳源对生物滤池脱氮性能的研究 人们生活水平的普遍提高以及洗涤和工业废水的排放，导致城市污水中氮磷 含量偏高，而c o d 含量相对偏低。在污水厂二级处理过程中，由于碳源( c o d ) 不足致使t n 、1 1 p 去除率偏低。1 1 p 可以通过投加化学药剂的方式去除；而t n 的去除就必须依靠微生物的硝化和反硝化作用，但是碳源的匮乏却导致反硝化过 程功能不足，t n 去除率较低，因此投加碳源脱氮是一种最直接有效的方式。 关于各种碳源的选择、适应时间和反硝化速率有很多的研究和分析【钺h 引，碳 源的优选顺序依次为甲醇、乙酸钠和葡萄糖，以甲醇为碳源时反硝化脱氮效果最 佳，乙酸钠略次之，二者作为外碳源时反硝化效果差别不大，以葡萄糖为碳源时， 第1 章绪论 反硝化脱氮效果明显下降，不宜作为外加碳源。 由于甲醇有一定的生物毒性，所以反硝化细菌对于甲醇要有一段时间的适应 时耐矧，而其他碳源适应时间很短。 使用乙酸钠时有明显的亚硝酸盐积累现象【4 习；乙酸、丙酸属挥发性脂肪酸， 可以直接被反硝化细菌利用，所以使用乙酸钠和丙酸钠为碳源时表现出了较高的 m s d r ( 最大比反硝化速率) ；而甲醇为碳源时的m s d r 高于葡萄糖【删。 1 3 研究目标和研究内容 1 3 1 研究目标 针对北京市高碑店污水厂的升级改造，根据不同时期污水厂二级出水的水质 特点，围绕生物滤池，分别采用单级曝气生物滤池( b a f ) 、臭氧( 0 3 ) + b a f 、 碳源+ 缺氧生物滤池的组合方式，并对其可行性和处理效果进行评价和比较，确 定最佳的运行参数，为污水厂的改造提供试验依据，积累运行经验。 ( 1 ) 对单级b a f 的去除效果进行研究，考察其对水力负荷和污染负荷的抗 冲击能力，目标是将出水c o d 。，和n h 4 - n 浓度稳定到地表四类水体标准。 ( 2 ) 研究臭氧对二级出水的氧化特性，考察其对各污染指标的去除效果和 对二级出水的可生化性改变。从去除效果和经济性综合评价各臭氧投加浓度和接 触时间，选定最适合臭氧投加量和最佳臭氧接触时间。比较臭氧( 0 3 ) + b a f 组 合工艺和各单独工艺的处理效果。 ( 3 ) 研究碳源+ 缺氧生物滤池脱氮的可行性，比较不同投加量的处理效果， 并进行投加成本核算，目标是将出水t n 浓度稳定到地表四类水体标准。 综合考虑各阶段试验结论，提出污水厂升级改造的各种方案和运行参数。 1 3 2 研究内容 1 1 1 1 单级b a f 的处理效果 调整滤速( 1 1 1 1 h2 l 曲3 n 讹删，在每个滤速下，调整气水比到2 ：1 ，研究 水力负荷对污染物去除效果的影响，得到最佳工况；固定滤速( 2 m ) 和气水比 ( 2 ：1 ) ，调整进水c o d 盯和n h 4 - n 的表面负荷，考查b a f 对污染负荷的抗冲击 能力。 北京工业大学t 学硕十学位论文 1 1 1 2 单独臭氧的氧化效果 调整臭氧投加浓度( 3 m l7 m 班1 0 i i l 舡1 2 m l ) ，研究其对各水质指标去 除效果的影响；调整臭氧接触时间( 1 m i n2 m i i l3 m i i l5 幽1 0 i i l i n2 加血3 0 m i n ) ， 研究其对处理效果的影响；研究臭氧对二级出水生化性的改变。 1 1 1 3 臭氧+ b a f 组合工艺的处理效果比较 在前面试验所得各个工艺的最佳参数基础上，串联臭氧和b a f ，研究其处 理效果；比较臭氧( 0 3 ) + b a f 组合工艺和各单独工艺的处理效果。 1 1 1 4 碳源+ 缺氧生物滤池脱氮效能研究 以乙酸钠为外加碳源，研究投加碳源进行反硝化脱氮的可行性；调整碳源投 加量，研究对脱氮效果的影响；研究反硝化过程中，硝酸盐和亚硝酸盐的变化。 第2 章= r 艺流程和研究方法 第2 章工艺流程和研究方法 2 1 试验装置和工艺流程 2 1 1 试验装置 土 图2 1 试验装置示意图 f i g2 - 1s 仇l c t u r ed i a g r a mo f 懿胁td e 、，i 朴管 慧水管 图2 - 2 试验装置照片 f i g2 2p h o t oo f 既脚e n td e 、，i 9 北京工业大学丁学硕十学位论文 试验装置如图2 1 所示，砂滤柱和曝气生物滤池滤柱材质为透明有机玻璃， 内径为2 2 0 m m 。砂滤柱高3 m ，内装填直径1 m m 2 n u n 的石英砂填料，石英砂滤 层高度1 2 5 m ；曝气生物滤柱柱高3 1 m ，滤层高度2 1 m ；滤料为直径2 m m 4 m m 的轻质陶粒，其具体参数如表2 土所示，图2 3 为陶粒填料的电子扫描照片和表 观外形照片。水箱均采用不锈钢制作，直径约4 4 c m ，高约1 2 m 。 表2 j 陶粒物理性能指标 1 - a b 2 1p h y s i c a lp r o p e n ) ri i l d e xo fc e m m i s i t e 轻质陶粒物理性能指标 粒径范围 主要原料 外观 视密度 堆积密度 清洁滤头的水头损失 堆积孔隙率 比表面积 盐酸可容率 摩擦损失率 抗压强度 不均匀系数 溶出物 灼烧减量 啦4 m m 优质粘土 球型颗粒，表面红褐色或深褐色、表面粗糙多微孔 1 5 0 1 9 0 9 c ：m 3 1 o o 1 5 0 c m 3 3 0 - 1 - 2 5 1 0 4 3 0 5 2 m p a 1 2 5 不含对人体有害的微量元素 o 1 0 图2 3 陶粒填料表面s e m 扫描照片 f i g2 - 3 地s e mp h o 北o f 跚矗c eo f 删d e d d a y m e d j a 1 0 f i g2 4 m ep h o o f o z o n eg 饥咖雒dt i t a l l i u m r a t o r 表2 2 臭氧发生器技术参数一 1 a b 2 2o z o n eg e n e r a t o rt e c l u l i c a lp 硪吼e t 盯 2 1 2 工艺流程 试验分三部分进行。单级b a f 对二级出水深度处理部分，原水通过水泵直 接提升反应器滤柱内。 臭氧( 0 3 ) + b a f 部分，进水首先经水泵提升至氧化接触柱内，然后重力自 流至中间水箱，再经电磁泵提升至b a f 柱。 碳源+ 缺氧滤池部分，关闭臭氧接触柱的进水阀门，原水直接进入中间水箱， 在中间水箱处用蠕动泵加入碳源，通过电磁泵混合并提升到缺氧滤池中。反冲洗 时，将进水阀关闭，开启空气压缩机( 调节气体流量) ，首先进行气洗，然后开 北京t 业大学i t 学硕十学位论文 曼曼曼皇曼曼量曼舅喜曼曼量曼量量量曼! 曼曼量皇曼曼量曼曼曼曼曼! 曼曼皇曼曼曼曼鼍曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼量皇量曼曼曼量曼曼量曼量曼舅量曼皇舅 启反冲洗电磁泵( 调节水流量) 进行气水联合反冲，最后关闭空气压缩机，反冲 洗出水由滤柱顶部自流排出。反冲洗结束后，重新启动装置进行正常工作。 2 2 试验进水水质 试验期历时1 年多，期间高碑店污水厂c o d 。，和n h 4 n 波动较大。单独b a f 试验阶段c o d 。，为2 1 0 6m g l 一5 5 1 3 m l ，平均值3 3 m l 左右，n h 4 n 为0 1 7 m l 5 m g l ，平均值为1 5 m g l 左右； 在缺氧生物滤池试验阶段：c o d 盯为2 5 m g l ，n h 4 - n 为0 2 5 m l 左右。 其他指标的平均值为分别为：色度为1 8 9 7 倍，u v 2 5 4 为0 1 54 i c m ，d o c 为 11 5 m l ，n 0 3 - n 为2 5 o m g l ，n 0 2 n 为o 0 3 m g l ，t n 为2 6 2 m g l 。 2 3 试验分析方法 表2 3 为试验阶段所测指标的检测方法。 f 表2 j 测试指标及分析方法 1 l a b2 3m o n i t o r i i l gi i l d e x 锄da n 4 l y t i ct e d m i q u e 项目分析方法仪器 c o d 。c o d 快速测定仪5 b 1 型和5 b 3 型c o d 快速测定仪 t o ct o c 测定仪 n h 4 + n纳氏试剂比色法v i s 7 2 3 g 可见光分光光度计 t n过硫酸钾氧化紫外分光光度法u v r - 2 6 0 2 分光光度计 n 0 3 - - n酚二磺酸光度法s 7 2 3 g 可见光分光光度计 n 0 2 - nn ( 1 奈基) 乙二胺光度法s - 7 2 3 g 可见光分光光度计 p h便携p h 计 色度比色法 浊度浊度仪 t p 氯化亚锡还原光度法s 7 2 3 g 可见光分光光度计 臭氧浓度 n a 2 s 4 0 4 滴定法 第3 章单级b a f 对二级出水的深度处理 第3 章单级b a f 对二级出水的深度处理 曝气生物滤池( b a f ) 是2 0 世纪8 0 年代到9 0 年代发展起来的一种新型生物 膜法污水处理工艺。其特点是集生物氧化和截留悬浮固体与一体，污水，空气和 生物膜三相在反应器中进行生化反应，微生物生长在颗粒状填料上，空气经压缩 曝气供给，氧气转移效率高，它具有出水水质高，占地面积小，投资省，运行灵活方 便，易于管理，抗冲击负荷能力强等优点【4 7 4 9 】。b a f 不仅可单独用做二级处理，也 可以作为后续的深度处理工艺。曝气生物滤池工艺在我国呈现着良好的应用前 景。尤其是针对国内很多污水厂升级改造面临的诸多困难厂区占地的限制以 及进一步提高的出水水质标准，曝气生物滤池是一种很好的选择。 曝气生物滤池( b a f ) 对于有机负荷和水力负荷的抗冲击能力很强。b a f 对污 染物的去除靠的是物理截留作用和生化作用：其中截留作用与水力停留时间关系 不大，其主要与水流剪切力和生物膜网捕作用有关；生化作用主要发生在滤料的 生物膜上和滤料颗粒间隙的活性污泥中，其中的微生物与污水中的基质进行生化 作用，一般反应时间越长，去除越彻底，但不能无限制地延长水力停留时间，否 则会导致构筑物规模过大，基建投资增加 3 1 曝气生物滤池的净化机理 曝气生物滤池是一种典型的生物膜法，污水在流经载体表面的时候，如图 3 1 所示，生物膜会膜捕、捉吸附并氧化分解通过流动水层和生物膜表面附着水 层的有机污染物。通过同化作用，完成生物膜的增殖。当生物膜增殖时，膜的厚 度增加，底物穿过滤膜的阻力随之增加，水中的d o 就不能完全扩散至生物膜的 内部，于是就产生了多氧化还原环境的交替，这样就使得生物膜中形成了分别以 好氧细菌和缺氧细菌为主的微生物群落。 当d o 充足时，生物膜内部的厌氧和缺氧层将会被压缩，形成的有机酸就会 被异养菌降解成水和二氧化碳，而其他各种营养物质经自养菌氧化分解形成盐 类。当生物膜的增殖达到了一定程度，内部厌氧菌生活所需要的营养物质被耗尽 后，生物膜内部的厌氧微生物大量死亡，会造成生物膜大量脱落，脱落后的滤料 表面上会很快生成新的生物膜。在新陈代谢过程中，