（化工过程机械专业论文）膜法sbr工艺在流化床中处理有机废水的研究.pdf

v 6 5 9 0 6 1 四川大学硕 卜 学位论文 诊黔赘 膜法 s b r工艺在流化床中处理有机废水的研究 化工过程机械专业 研究生:陈小光导师:潘永亮教授 本文简要介绍了s b r技术的发展历史、 i .作原理及其特点、以及s b r工 艺的最新发展。 研究了以多孔高分子颗粒为载体的膜法 s b r c b s b r )工艺在三相流化床 中处理人工合成的有机废水。 普通的s b r工艺在三相流化床中， 以实验周期运 行参数进水期为1 m i n ，反应期为3 h 沉淀期为3 h ，排水期为5 m i n ，闲置期 为1 h ， 总周期时间约为7 . 0 h ， 在曝气量为6 0 l / h ， 处理浓度范围为8 0 0 -1 4 0 0 m g / l ， 容 积负 荷 为1 .2 2- 2 . 1 3 k g c o d / m 3 d 时 ， 该 i 艺 对 废 水c o d c , 和n h 4 + 一的去除率分别在9 0 %和7 0 %以上; b s b r工艺以最佳工况运行参数进水期 为 1 m i n ，反应期为3 h ，沉淀期为 1 h ， 排水期为5 m i n ，闲置期为0 . 5 h ，总周 期时if 日 7 约为4 . 5 h ， 在曝气量为4 0 l 爪 ， p h值为6 .5 ， 处理浓度范围为6 0 0 -1 4 0 0 m 醉， 容 积 负 荷 为1 .7 84 . 1 5 k g c o d / m d 时 ， 该 工 艺 对 废 水c o d s : 和n 1 卜 十 一 n 的去除率分别在9 0 %和7 0 %以上。虽然b s b r与 普通s b r工艺的去除率基本 相同，但b s b r工艺具有曝气量更小、处理浓度范围更广、运行周期更短和容 积负荷更高等优点。 实验对b s b r工艺的c o d s , n h 4 + - n浓度适宜的处理范围 研究表明，该 工艺对c o d c , 浓度的适宜处理范围为6 0 0 -1 4 0 0 m g / l ， 其去除率在9 0 %以 上， 出 水c o d c : 浓 度在1 0 0 m g / l 以 下， 对n i iq - n 适 宜的 处 ft范 围 在1 2 0 m g / l 以 下， 其去除率在7 0 %以上，出水v ill; ( 浓度能达到2 0 m g / l以下。实验表明该工 艺具有良好的出水稳定性和更高的氨氮去除潜力，且该工艺在本实验条件下去 除较高浓度有机废水时，采用 6 0 l/ h的曝气量较为合适。 叫 朴 令 一 从 ，r , 1|月ijj 四川大学硕 七 学位论文 实验还研究了b s b r和普通s b r两工艺的污泥沉降性能， 吸附性能 o d c , / n h q - n值， 耐 容积 负 荷和p h值缓 冲能 力 等。 实 验结 果 表明， 二 艺要优于普通的s b r工艺。 ， 最佳 bs br 关键词: 三相流化床 多孔高分子载体 有机废水 膜法s b r s b r 四川大学硕 i 学位论文 s t u d y o n t r e a t me n t o f o r g a n i c wa s t e w a t e r i n f l u i d i z e d b e d b y a b i o f i l m s e q u e n c i n g b a t c h r e a c t o r ( b s b r ) ma j o r : c h e m i c a l p r o c e s s i n g ma c h i n e ry g r a d u a t e s t u d e n t : c h e n x i a o g u a n g s u p e r v i s o r : p r o f p a n y o n g l i a n g i n t h i s p a p e r t h e a u t h o r b r i e fl y r e a c t o r ( s b r ) i m p r o v e m e n t . t h e b i o f i l m t e c h n o l o g y , t h e i n t r o d u c e s t h e d e v e l o p m e n t o f s e q u e n c i n g b a t c h p r i n c i p l e o f i t s w o r k , f e a t u r e s a n d t h e l a t e s t s e q u e n c i n g b a t c h r e a c t o r ( b s b r ) p r o c e s s , w h i c h u s in g p o r o u s p o l y m e r p a rt i c l e s a s c a r r i e r s , i s s t u d i e d o n t h e t r e a t m e n t o f s y n t h e t i c o r g a n i c w a s t e w a t e r i n a t h r e e - p h a s e fl u i d i z e d b e d ( t f b ) . f i l l i n g d u r a t i o n o f 1 m i n u t e , r e a c t i n g o f 3 h o u r s , s e t t l i n g o f 3 h o u r s , d r a i n i n g o f 5 m i n u t e s a n d i d l i n g o f i h o u r a r e c h a r a c t e r i z e d i n a t r a n d i t i o n l s b r . t h e w h o l e p e r i o d i s a b o u t 7 .0 h o u r s . t h e r e m o v a l r a te s o f c o d t h e r a n g e o f n h 4 + - n i s b e l o w 1 2 0 m g / l , th e r e m o v a l r a t e o f n h 4 + - n e x c e e d s 7 0 % , t h e c o n c e n t r a t i o n o f n h 4 + - n i n e f fl u e n t i s b e l o w 2 0 m g / l . t h e r e s u l t s d e m o n s t r a t e t h a t t h e b s b r p r o c e s s h a s s u p e r i o r s t a b i l i t y i n e f f l u e n t a n d h i g h r e m o v a l p o t e n t i a l i t y o f n h 4 + - n . wh e n t h i s p r o c e s s i s u s e d t o t r e a t h i g h c o n c e n t r a t i o n o r g a n i c w a s t e w a t e r u n d e r t h e c o n d i t i o n o f t h e e x p e r im e n t s , t h e a i r f l o w r a t e o f 6 0 l / h i s a p p r o p r i a t e . t h e s e tt li n g a n d a d s o r p t i o n c h a r a c t e r o f s lu d g e , th e o p t im u m c o d c ,/ n h 4 + - n v a l u e , a n d c h a r a c t e r s o f r e s i s t i n g - c h a n g e o f v o l r a n d p h a r e a l s o s t u d i e d i n t h i s p a p e r . t h e a l l r e s u l t s s h o w t h a t t h e b s b r p r o c e s s i s s u p e r i o r t o t h e s b r p r o c e s s k e y w o r d s : t h r e e - p h a s e f l u i d i z e d b e d , p o r o u s p o ly m e r c a r r ie r , o r g a n i c w a s t e w a t e r , b s b r , s b r 四川大学硕 卜 学位论文 第一章 概论 序 批 式 活 性 污 泥 法( s e q u e n c i n g b a t c h r e a c t o r a c t iv a t e d s l u d g e p r o c e s s ) 简 称s b r ， 属于间歇式活性污泥法的一种。 它不同于传统的活性污泥法， s b r是 采用间歇曝气方式来运行的污水生物处理系统。从目 前的污水好氧生物处理的 研究、应用和发展趋势来看，s b r技术是一种简易、快捷且低能耗的污水处理 技术，该项技术的研究得到国内外不少学者、专家的重视，其应用与推广十分 迅速。 我国是近2 0 年来才开始对s b r污水生物处理工艺 进行研究的 i l a 1 9 8 5 年， 上海市政设计院为上海吴淞肉联厂设计投产了我国第一座s b r污水处理站， 设 计处理量为 2 4 0 0 t / d 。经过几年的实际运行实践表明了良 好的处理效果。目 前 s b r 工艺主 要应用 在以 下几个 污水处理 领 域: 城市污水1 2 7工业 废水， 主 要有味精、啤酒、制药、焦化、造纸、印染、 洗涤、屠宰等工业污水处理。 1 . 1 s b r技术的发展历史 1 9 6 9 年由美国 俄亥俄州n o t r e 大学欧文教授等人提出了s b r 技术 3 7 ， 直到 7 0 年代以 后才陆续引起其他国 家的重视， 特别是澳大利亚， 它是应用 s b r法 最多的国 家之一，目 前大约己 建 成s b r 处理 厂6 0 0 座以 上， 处 理量为2 1 x 1 少 m 勺d 的大型s b r污水厂已 建成 4 1 。 国外， s b r技术广泛应用到工业废水处理 和生活污水处理， 特别是处理含有毒有机物的工业废水， s b r是一种经济高效 的 方 法 5 . 6 1 国内自8 0 年代才开始引进该技术， 目前我国对 s b r的研究处于发展阶段。 自 从1 9 8 5 年我国首次建成用于肉 类加工厂的s b r系统， 在上海市吴淞肉 联厂 投产运行以后，s b r在国内已陆续应用于屠宰、苯胺、含酚、啤酒、绝缘漆、 化工试剂、 造漆、 鱼产品加工、 制药等工业废水和城市污水处理。1 9 9 4 年s b r 技术被国 家环保局列为最佳应用技术推广计划项目 。 1 9 %年在上海市桃浦工业 园区建成大型s b r污水处理厂，处理量为6 0 0 0 0 t / d 。昆明市第三污水厂 1 9 9 7 年竣工， 它采用澳大利亚b h p e公司的s b r改进技术， 采用间歇反应器体系的 连续进水、周期排水、 延时曝气的好氧活性污泥工艺， 简称i c e a s技术， 处理 四川大学硕 七 学位论文 量为3 0 0 0 0 t / d 7 . 1 .2 s b r的工作原理及特点 1 .2 . 1 s b r技术的工作原理 s b r作为一种新型的废水处理技术。 在运行方式和反应过程上有别于传统 的活性污泥法。它集进水、厌氧、好氧、沉淀于一池，可以灵活地变换运行方 式以适应不同类型废水的处理要求。 s b r工艺采用间歇运行方式， 污水间歇进 入处理系统，间歇排出。一般来说，它的一个运行周期包括5 个阶段。 第1 阶段， 进水期( f i l l ) . 污水在该时段内 连续进入处理池， 直到达到最高 运行液位，并且借助于池底泵的搅动，使废水和池中活性污泥充分混合。此时 活性污泥中菌胶团 ( 由 细菌、藻类、原生动物、 后生动物等组成) 将对废水中的 有机物产生吸附作用， c o d和b o d为最大值。 第2 阶段，反应期( r e a c t ) 。 进水达到设定的液位后，开始曝气， 采用推流 曝气或完全混合曝气方式，使废水中的有机物与池中的微生物充分吸收氧气， 水中的溶解氧 d o ) 达到最大值， c o d不断降 低。 第3 阶段， 静置期 ( s e t t l e ) ， 又 称沉淀期。 既 不曝气也不搅拌， 反 应池处于 静沉状态， 进行高效的泥水分离， c o d降至最小值， 随着水中的溶解氧不断降 低，厌氧反应也在进行。 第4 阶段， 排水期( d e c a n t ) 。 上清液由 潍水器排出。 第5 阶 段， 闲 置期 ( i d l e ) 。 活性污泥中 微生 物充分 休息， 恢复 活性， 为了 保 证污泥的活性，防止出现污泥老化现象，还须定期排出剩余污泥，为新鲜污泥 提供足够的空间生长繁殖。 1 .2 .2 s b r技术的特点 与连续流活性污泥法相比，s b r法有以下优势: ( 1 ) 工艺流程简单，设备少，占 地省， 投资小，构筑物少，一般只设反应 池，无需二沉池和污泥回流设备。 广东省高明 县明华化工公司c s 采用的 s b r 技术，删除了初沉池和均化池，使流程大大简化。 ( 2 )反应器在静置阶段属理想静止沉淀，出水带走的活性污泥少，出水质 量高。 ( 3 ) s b r 运行方式灵 活控制， 具 有较强的 脱氮除 磷能 力。 2 四川大学硕士学位论文 ( 4 ) s b r好氧反应过程相当于反应器内 有机物浓度降低是按时间 变化的理 想推流过程仁 9 ， ， 即生化反应推动力大，因 而它能提高生化反应速率。 此外， 它 利用时间上的推流代替空间上的推流，易于实现自 动控制。 ( 5 ) s b r 法可以 有效防止污泥膨胀。由 于s b r具有理想推流式特点，反应 期间反应底物浓度大、缺氧与好氧状态交替变化以及泥龄较短，都是抑制丝状 菌生长的因素。 ( 6 ) s b r虽然在运行稳定性上不如连续流容易控制， 但是s b r利用高的 循 环率有效稀释进液中高浓度的难降解的或对微生物有抑制作用的有机化合物， 因而具有较高的耐冲击负荷的能力。 ( 7 )由 于s b r法本身的间歇运行特点， 很适合处理流量变化大甚至间 歇排 放的工业废水。大量资料显示，小型企业废水量少，不宜采用连续流生物处理 工艺，多采用s b r工艺，既可以 节省基建费用又可灵活操作。 1 .3 s b r技术的机理研究 1 .3 . 1 s b r法的基质降解动力学模型 目 前，对序批式活性污泥法进行动力学分析研究，不只限于有机物降解阶 段，且在硝化及反硝化阶段也进形了动力学研究。通过动力学分析、可以确定 反应级数，并求定其反应速率。只有在确定反应速率后，才能判断它的反应速 度的快慢。动力学是定时描述工艺方法性能的有力工具， 它能揭示工艺过程中 状态变量的变化规律， 在工艺研究和工程设计中都有指导意义。目 前，国外对 序批式活性污泥法的动力学研究很少，因此，对序批式活性污泥法的动力学研 究将成为今后研究的一个热点 叭 ( 1 )序批式活性污泥法降解有机物进行动力学分析 稳定状态下完全混合式活性污泥法动力学基本公式是由 l a w r e n c e和 m c c a r ty 在莫 诺 持 ( m o n o d ) 公 式h i i 的 基 础上 导出 的: ks 9=二 刃 一一二 k ., + s 、 = y 4 一 k , 式 中 :4 一有 机物比 降 解 速 率， 时间 - ; 四川大学硕 学位论文 k 一有 机 物最 大比 降 解 速 率， 【 时 间 丁 ， ; k 、 一饱 和常 数， 质 量 】 容 积 r ， ; s -暖 气 边 小 的 底 物 浓 度， 【 质 量 容 积 r 1 ; 。 一比 污 泥净 增长 速 率， 时 间 一 ; y 一产率系数; k , 一污 泥自 身 氧 化 速 率 常 数 ， 时 间 一 。 ( 2 ) 序批式活性污泥法的 硝化反应进行动力学分析 稳态条件下完全混合式活性污泥法的硝化反应过程可以用 m o n o d动力学 方程表示: q n= k n 陋; 一 、 i k n , + i n h ; 一 n 式中 :9 、 一 氨 氮比 氧 化 速 率 ， 时 间 1 - 1 ; k * 一氨 氮 最 大比 氧 化 速 率 ， 时 间 1 - 1 ; k 、 一 饱 和 常 数， 【 质 量 】 容 积 一 ， ; 陋, 一 川 一 氨 氮 的 浓 度 ， 质 量 容 积 丁 ， ; ( 3 ) 序批式活性污泥法的反硝化反应进行动力学分析 反硝化系统中n o x - - n和有机电 子供体两者的限制类似于好氧系统和有 机物两者的限制。因此，稳定条件下完全混合式活性污泥法的反硝化过程可以 用下述方程来描述: q o n= k d n s n k , + s k m+ n 式 中 :q d n 一硝 酸 氮比 还 原 速 率， 时 间 一 : k ， 一 硝 酸 氮 最 大比 还 原 速 率 ， 时 间 一 ; s 一甲 醇 浓 度， : 质 量 i 容 积 一 ， ; n 一 硝 酸 氮 浓 度， 质 量 【 容 积 i ， : k : 一甲 醇的 饱 和 常 数， i 质 量 容 积 一 ， ; k 。 一 硝 酸 氮的 饱 和 常 数， 质 量 容 积 下 ， 。 四川大学硕 l 学位论文 1 .3 . 2 曝气方式对 s b r降解有机物的影响 s b r工艺的进水期按非限制曝气方式和限制曝气方式运行时， 两者的处理 效果明显不同。限制曝气方式即间歇反应器进水过程中不曝气，而在停止进水 并充满有效容积后才开始曝气。非限制曝气方式是在进水期就开始曝气。研究 表明 1 2 1 , s b r按限 制曝 气方式运行意味 着在 进水阶段反 应器被闲置 不用， 降 低了 设施的利用率， 但是它具有良 好的防止污泥膨胀的 效果。 s b r按非限制曝 气方式运行能缓解高浓度有机废水的冲击负荷; 此外， 池中一定量 c o d能在 进水阶段被降解，不是仅在反应阶段被降解，这样反应器需氧速率均匀，为供 氧的运行控制提供了方便。 已 有研究发现， 曝气方式对废水基质特别是有毒基质的降解效果影响很大。 刘永淞 13 ， 在含酚废水降 解试验中 发 现， 采用限 制曝 气方式可以 最大限 度地 提 高混合液的基质浓度， 使反应过程中有一个较大的浓度梯度， 可以限 制丝状菌 的生长。而非限制曝气是限制基质在混合液中积累的有效方法，尤其适合于有 毒污水处理。但对于污水浓度不高， 无毒性污水和需要脱氮的污水不适用，因 为废水基质浓度低。采用非限制曝气方式，使得系统在进水阶段也存在基质的 降解，在主反应阶段无明显的浓度梯度，降解速率低，且易形成污泥膨胀。 1 . 4 s b r工艺的新发展 1 . 4 . 1 膜法 s b r 将s b r 和接触氧化法相结合可以 组成新的膜法s b r称b s b r o b s b r工 艺 启 动 快、 效 率高、 管 理 简 便。 詹 伯军 等1 14 采用 弹 性立 体 填料的b s b r处 理 印 染 废 水， 使 废水 达 标排 放。 王 乾 扬等n ” 用b s b r处 理 皮 革 废 水， c o d c ， 去 除率达9 0 . 1 %。实验表明，b s b r处理效果好于普通s b r法，这是因为b s b r 法结合了生物接触氧化法和 s b r法的优点。 p a v -s b r法属于膜法s b r的一种。向s b r中投加粉末活性炭，使混合 液中的活性炭保持一定的 浓度。 p a v -s b r法处理氨氮废水，可以为难以 生长 繁殖的硝化菌、反硝化菌提供生物絮凝的载体， 并改善活性污泥的沉降 性。活 性炭吸附了 难降 解的 有机物， 延长了 微生物与基质接触时间 ( 相当 于延长污泥 龄， 并 不 是 废 水的 停留 时间 ) ， 提供了 更 大的 生 物降 解 机会。 a a h - l o n g等 研究了 应用固定膜s b r 技术处理啤酒废水， 并应用溶解氧 ( d o ) 控制反馈系统， 可以实现t b o d去除率为8 6 %一9 2 %0 四川大学硕 卜 学位论文 1 .4 .2 两段 s b r法 两段s b r工艺是由 两个相同的s b r串 联构成的。 彭永臻研究 1 7 ， 了该工艺 处理石油化工废水， 两段s b r与传统的s b r相比， 在两段s b r中能分别培养 出适宜降解石油废水中的两种主要有机物的微生物群体，从而可以克服传统 s b r 法 革 产 生 的 负 效 应 ， 大 大 提 高 了 处 理 效 率 。 1 .4 .3 连续流序批式活性污泥法 普通的s b r工艺系完全间歇式运行，即周期进水， 周期排水和周期曝气。 近年来，出 现了 一种新的s b r运行方式: 连续进水， 周期排水， 周期曝气。以 这种运行方式的s b r工艺有很多名称，如i c e a s , i d e a , t c b f等。下面以 t c b f为例，与普通的s b r作比较。 连 续 流 序批 式 活 性污 泥 法 . . . ( t c b f ) 是8 0 年 代 后期 发 展 起 来的 污 水 处 理 技 术，它由厌氧区、主曝气区、序批区、缺氧区及回流污泥沉淀区组成。普通的 s b r反应器是间歇进水、间歇排水，池中水位是变化的，反应容积得不到充分 利用。t c b f连续进出水，可以处理大流量的污水。并且 t c b f系统主反应单 元( 缺氧池、 厌氧他、主曝气池) 约占 整个池体的二分之一，混合与曝气设备都 是连续工作的，因此设备利用率高，处理同等水量的污水，t c b f比普通 s b r 节省基建投资。另外， t c b f 具备高效的脱氮除磷能力。 1 . 4 .4 厌氧一s b r 厌氧序批式反应器( a s b r ) 是最近几年由d a g u e 和c i w o r k s 在i o w a s t a t e 大学 开 发的 。 s u n g 和d a g u e 发 表了a s b r 工 艺 的 基 本 原 理， 后 来s u n g 和d a g u e 1 19 1 ( 1 9 9 5 年 ) , w irt z 和d a g u e 2 0 1进一 步 研究了a s b r 在中 温 条 件下 处 理高 浓 度的 工 业 废 水 和 农 业 废 水 都 有良 好 处 理 效 果 。 r ic h a r d , d a g u e 和b a n i k 仁 2 1 在 此 基 础 上， 研究 厌 氧s b r 法 在 低 温条 件 ( t 2 5 ) 下， 处 理 稀 释 废 水 ( c o d r 7 w 进水从储料槽中一次性放入流化床内，排水由若干个排水管排出床外。本 次实验的取样方法: 反应期的取样， 选取一个取样管， 采取间隔时间放料进 入同一取样瓶， 每次放量约几十毫升， 间隔十几次， 然后将所得样品均匀混合， 用滤纸过滤后作为最终测试样品; 沉淀期的取样， 选取沉淀后的上清液所接 触的多个取样管， 从每个取样管放料体积相等， 然后均匀混合，作为最终分析 测试样品。 两次取样方法的目 的都是最大限 度地缩小因取样而造成的误差，使 测量结果更接近反应器的真实有机物浓度。 2 .2 实验原料、条件及仪器 实 验 嘎 料 : 以 空 气 为 曝 气 源 ， 新 型h p - 8 - 8 材 料 为 多 孔 高 分 子 载 体 ， 成 都市三瓦窑污水处理厂a -o工艺的活性污泥为接种污泥，试验用水为人工合 成废水， 用自 来水、葡萄糖、 碳酸氢钠、 氯化钱、 磷酸氢二钾、磷酸二氢钾和 微量 硫酸 镁 配置 而 成， 通 过 改 变 投 加 养料 的 比 例， 制 成p h 值 不同 和c o d , n h 4 + - n 浓度不同的 有机废水， 废水营养成分比 例大致为c o d二 n: p =1 0 0 : 5 : i . 实验温度:2 4 .0 -3 1 .8 实验仪器:转子流量计、精密p h s 系列p h计、 水银温度计及生化分析仪 器 。 四川大学硕 上 学位论文 图2 -1 b s b r 工艺实 验装置及流程示 意图 f i g 2 一1 s c h e m a t i c d i a g r a m o f t h e e x p e r i m e n t a l s e t u p a n d p r o c e s s d u r i n g b s b r p r o c e s s 四川大学硕十学位论文 2 .3 测试项目、分析方法和主要计算公式 本次实验主要测试项目 和分析方法有: 用标准重铬酸钾法测c o d ; 标准蒸 馏和滴定 法测n h 4 + - n ; p h s 系列p h计测p h值。 1 、用标准重铬酸钾法测试 c o d浓度的计算公式为 c o d , ., = 1 v . 一 v 卜x 8 x 1 0 0 0 v ( m g / l ) 式中: n -硫酸亚铁钱标准溶液的当最 浓度， m g / l ; v o 空白 滴定时硫酸亚铁钱标准溶液用量，m l ; v , -废水样滴定时硫酸亚铁按标准溶液的用量， m l ; v -废水样的体积，m l a 2 、用标准蒸馏和滴定法n h 4 十 一浓度的计算公式为 n h, 一 n=w v 一 v ) x 1 . 4 x 1 0 0 0 v ( m g 几) 式中:v , 一接受瓶中 所加0 . 1 n h 2 s o ; 标准溶液的毫升数; v 一滴定时消耗o . 1 n n a o h标准溶液的毫升数: v -水样的体积，m l e 3 、有机容积负荷计算公式 n _q s o ( k g c o d / m 3 d ) 式中: q -污水流量， m / d ; s a 一原污水中有机污染物( c o d ) 的 浓度， m g / l ; v -曝 气 池 ( 提 升管 ) 容 积， m 3 0 2 .4 外循环生物流化床反应器的优点 方佩珍等1 2 5 ,2 6 ， 对三相好氧外循环生物流化床反应器的特性进行了 研究: 以 多孔高分子载体为固相的三相循环生物流化床流动特性实验表明，以高比表面 积、低密度的高分子载体作为固相的三相外循环流化床的流化效果好，其最小 流化速度与颗粒起始输送速度较其它载体低得多，从而大大节省了能耗;提升 v 4 1 i 1 大学硕 _ 学位论文 管内颗粒浓度均匀，操作稳定性好;在保持一定气含率下，可有效提高固含率 以增加微生物浓度，从而提高设备的处理能力;保持一定固含率下可适当提高 气含率来提高反应器的处理效率。另外，在这种循环床中，提升管中大量的固 体颗粒被夹带入沉降区，随后通过外循环管回到提升管以维持提升管内的颗粒 浓度从而维持操作的稳定性， 外循环过程还有利于载体表面生物膜的更新， 提 升管内与外循环管内流体的密度差又有利于循环过程的进行。这些优点对三相 循环床在生物化工领域( 如废水处理 ) 的 应用具有重要意义。 本次实验装置外循环生物流化床反应器就是在原三相好氧外循环生物流化 床反应器基础上，去掉结构复杂的三相分离器部件而得。这样使该设备不仅具 有原来的优点，而且使其设计更简单，操作更方便。 2 .5 多孔高分子载体的优点 生物流化床是一种以微生物固定生长为主的生物反应器，其中有少量的悬 浮微生物。生物载体是直接影响到微生物流化床特点是否能够充分发挥的主要 因素之一。本次实验中采用由四川大学环境生物技术研究室与高分子材料研究 所合作开发的代号为 h p -8 -8的多孔高分子载体作为流化床载体，该载体带 弱 负 电 性 2 7 1 该载体经过与颗粒活性炭 g a c ) 等载体的比较试验及生物颗粒的沉降性 能 研究表明c 2 8 ,2 9 j ， 其性能 优良 ， 表 现在以 下 几个 方面: 密度小，易于流化:孔效率和比表而积大，且含有大量亲生物基团， 能固定较多的生物量 ( 生物量最高可达2 0 4 0 g / l ) : 机械强度高， 耐磨性和抗 生物降解性好;合成载体的颗粒可以控制。 反应器中采用了包络法固定化微生物的新技术，微生物菌群丰富，生 态结构稳定;表面生物膜不易脱落，可承受高的水力负荷，载体内部固定大量 微生物，提高了生物膜再生的菌种，因此可实现微生物的自 动再生更迭。 该 载 体符 合生 物 反 应器中 生 物 载体 的 基 木 要 求 3 0 1 : 不溶 于 水、 不 可 生 物降解、 机械强度高、传质阻力小、微生物易于附着、固着的生物量多、 价格 合理等。 h p -8 -8多孔高分子载体和颗粒活性炭 ( g a c )颗粒载体的基本物理参 数比较和图片对照分别见表2 -1 和图2 -2 。木次投加的载体量为 1 .2 l a 四川人学硕 卜 学位论文 第三章 实验的前期研究及目的 实验前期，方佩珍、陈小光己 针对生物膜法工艺在三相循环流化床反应器 中处理低浓度垃圾渗滤液， 采用连续曝气和连续进料方式的情况下进行了研究， 尽管这种处理方法已 体现出不少的 优点， 但也存在一些不足之处。 为此， 本课 题基于前期研究， 开展了膜法s b r工艺在流化床中处理有机废水的研究， 以寻 求一种处理能力强、效果好的低浓度废水处理方法。 3 . 1 实验的前期研究 3 . 1 . 1 实验装置及流程 实验装置及流程如图3 -1 所示，它与图2 -1 不同之处有: 图3 -1 实验装置中的外循环流化床反应器， 是在图2 -1 中的外循环流 化床基础上增加一个结构比较复杂的三相分离器设备: 图3 -1 实验流程是采用高液位槽1 的连续进料方式和对三相分离器1 3 所产生的上清液进行连续出水方式， 而图2 -1 的实验流程均采用序批式的进料 和出水方式。 3 . 1 .2 实验原料、条件及仪器 实验原料:除实验用水为人工合成废水和经厌氧处理的垃圾渗滤液外， 其 余均同2 .2 所述 实验温度: 实验仪器: 0 25 。 转子流量计、精密p h试纸、 水银温度计及生化分析仪器。 3 . 1 . 3 测试项目 及分析方法 本实验主要测试项目 和分析方法有: 用标准重铬酸钾法测 c o d : 标准蒸馏 和滴定法测n h 4 + - n o 3 . 1 .4 实验启动 实 验启动 初期用水c o d s ， 浓 度约为5 0 0 m g / l ， 随 后逐渐增加并控制在1 0 0 0 m g / l以 下，历时1 0 天的挂膜和驯化后，反应器内光载体上附着生物膜情况良 四川大学硕 学位论文 子 流 量 计 架 气 头 样管( 排水管) 体 生物膜 气泡 升管 循环管 降区 相 分 离 器 1 3 图3 -1 实验前期研究装置及流程示意图 f i g 3 一1 s c h e m a t i c d i a g r a m o f t h e e x p e r i m e n t a l s e t u p a n d p r o c e s s d u r i n g t h e s t u d y o f p r e v i o u s e x p e r i m e n t 四川大学硕十学位论文 好， 且出水c o d c , 浓度稳定， 其去除率在9 0 %以上， 此时认为挂膜和驯化结束。 3 . 1 .5 实验结果与分析 3 . 1 .5 . 1 c o d c , 和n h 4 一去除效果及影响因 素分析 历时1 0 天的挂膜和驯化后， 对c o d s 进出水浓度逐日 变化图如图3 -2 所 示， n h 犷 - n进出 水浓度逐日 变 化图 如图3 - 3 所示。 本实 验分 两个阶 段进行 研 究， 第一阶段全部采用人工配制的有机废水，曝气量为1 6 l / h ，平均容积负荷 为2 .2 0 k g c o d / m 3 d , c o d , 平 均 去除 率 为9 1 .6 。 第二 阶 段开 始 加入 少 量的 低浓度垃圾渗滤液厌氧段出水 ( 约3 2 0 m l ) 进行试运行，同时增大曝气量至4 0 l / h 。 此 阶 段 平 均 容 积负 荷为1 .9 6 k g c o d /m 3 d , c o d s 平 均去 除 率 为8 0 .8 % , n h 4 十 一平均去除率为5 8 .7 %. 1 8 0 0 1 6 0 0 1 4 0 0 瓣渔喇占0臼 史旨侧爱才8 0钾一9 6一叫一叫0 肠。一一囚0 卜一叫0 9一1一一9 协一。一一闪0 对.一-.闪0 巴。一叫9 闪一一一囚0 一一一-20 0一一叫自 6。一ino 闭0。一囚0 卜骨一一20 日 期 第 二阶 段 图3 -2 进出水c o d浓度及其去除率逐日 变化图 f i g u r e 3 - 2 t h e c o d c o n c e n t r a t i o n s o f o u t l e t a n d i n l e t w a s t e w a t e r r e mo v a l r a t e s a n d t h e i r d a i l y 四川大学硕十学位论文 浓度的 骤然提高( 即突然提高n v ) 使反应器的 运行超出正常的负荷率范围， 它会 严重影响处理效果和处理的稳定性。 从图3 -6 可考察该工艺虽具有一定的耐容积负荷冲击的能力，如图所示， 从a至b点c o d s , 去除率受冲击负荷变化不大， 均在8 5 %以_ l ， 但到了c点， 突然提高容积负荷时，c o d c : 去除率迅速下降，负荷突变的影响需在三四天内 j恢复正常。 哥渔湘才0. 省乍一。助“，n担召彩韵 0叫洲叫0 6叫叫二囚0 的曰二-。囚0 卜叫叫0 9一囚0 功一二一丙0 寸一一例0 价一11为0 以一一1凶0 一一一闷叫0 0洲曰州9 60一凶0 的0一no 卜0一1囚0 l i期 第 一 阶 段 第 止阶 段 图3 -6 容积负荷及c o d c r 去除率的关系图 f i g u r e 3 -6 t h e r e l a t i o n d i a g r a m b e t w e e n t h e l o a d o f v o l u m e c a p a c i t y a n d t h e r e mo v a l r a t e o f c o d c , 3 . 1 .6 结论 该工艺在采用人工配制的有机废水，曝气量为 1 6 l / h ，平均容积负荷 为2 .2 0 k g c o d / m 3 d , c o d c 平 均去 除 率 为9 1 .6 % 。 于 人 工 废水中 加 入 少 量的 低浓度垃圾渗滤液厌氧段出水 ( 约 3 2 0 m l )进行试运行，同时增大曝气量至 4 0 l / h ， 平 均 容 积 负 荷 为1 .9 6 k g c o d / m 3 d 时 ， 其c o d c r 平 均 去 除 率 为8 0 .8 % , 四川大学硕 卜 学位论文 n h 4 十 一平均去除率为仅为5 8 . 7 %. 因进料控制难、曝气时iru i 过长等原因，该工艺容易出现污泥膨胀或污 泥脱氮现象。 该工艺虽具有一定的耐容积负荷冲击能力，但随着污泥膨胀或污泥脱 氮现象和水质变化的出现，这种能力下降，需要一定的适宜时间。 3 . 2 实验的目的 采用连续性操作的生物膜法处理人工合成废水和经厌氧处理并稀释后的低 浓度垃圾渗滤液出水结果表明，该方法虽能有效去除废水中的大部分有机污染 物， 但其总氮 ( t n ) 去除效率、容积负荷并不高，同时处理过程中存在污泥膨 胀或污泥脱氮、曝气时间过长、操作困难等现象。 s b r工艺集曝气池，沉淀池于一体，是一种简易、快捷且低能耗的污水处 理技术。序批式反应器要求具有操作方便，投资低廉等优点，而三相流化床是 一种能耗低、 操作方便、 成本低、 处理能力大、 占 地面积小的 废水处理设备1 2 5 1 极具发展前途。 为了克服该工艺在处理废水过程中存在的不足， 本文将膜法s b r工艺与三 相流化床反应器两者有机结合，在原有三相外循环生物流化床的基础上，开发 出适合该工艺研究的三相流化床反应器和实验流程，进行探索性的研究。 四川人学硕 : 学位论文 第四章 膜法s b r工艺处理有机废水的实验 4 . 1 实验的启动和实验结果 4 . 1 . 1 s b r工艺的启动和实验结果 为探索性研究膜法 s b r工艺，笔名在启动膜法 s b r工艺前，首先对普通 s b r工艺进行研究，以便对两种工艺进行比较。 4 . 1 . 1 . 1 买验的p动 实验所用接种污泥量为 1 .4 l ,污泥取自 成都市三瓦窑污水处理厂的a -o 工艺活性污泥， 其中含有大量的兼性厌氧菌， 所以该污泥对s b r工艺有良好的 适应能力。该污泥置于外循环流化床中驯化一周后，微生物迅速成长，活性污 泥 量 达 到4 .8 l ， 此时 对c o d c r 浓 度为6 0 5 .6 m g / l ， 容 积负 荷为。 .9 2 k g c o d /m 3 d 的有机废水进行处理，其去除率为9 2 .7 %，认为该工艺驯化完毕。 表4 -1 s b r 工艺实验结果表 t a b l e 4 一i r e s u lt s o f e x p e r i m e n t d u r i n g s b r p r o c e s s s i : 7u 号 c od c r ( m 留l ) 去除率 进 水出 水 n h 4 + 一 n ( m g / l ) 进 水出 水 去除率 p h值 进 水出 水 304070肠刀7880 又氏丘其二，生物膜表面 和胶体颗粒表面一样，也存在双电层现象，由于水体中存在大量的碳酸氢钠、 氯化按、磷酸氢二钾、 磷酸二氢钾等强电 解质， 起到压缩双电 层的作用， 为减 少了颗粒间的电斥力， 加强范德华吸力创造了条件，从而促进了胶体间的吸附 凝聚;其三，从水