（环境工程专业论文）高校校园污水生物接触氧化处理与回用的试验研究.pdf

a b s t r a c t c h i n ai sac o u n t r yl a c k i n gw a t e rr e s o u r c e s i nr e c e n ty e a r s ，t h ew a t e rs h o r t a g ei n n o r t h e r nc i t i e sh a si n c r e a s i n g l yb e c o m es e r i o u s ，e s p e c i a l l yi nt h eb i gc i t i e sa n dt h e d e v e l o p m e n to fe c o n o m ym a yb ed e c e l e r a t e ds e r i o u s l yb e c a u s eo fw a t e rs h o r t a g e s o ， i n t e r m e d i a t ew a t e rr e u s ei sa ne f f i c i e n tw a yt os o l v et h ep r o b l e ma n da d o p t e db yl o t so f n a t i o n s t h ev o l u m eo f u s i n gw a t e r i sl a r g ea n dt h ew a t e r q u a l i t yi sg o o d ，o t h e r w i s et h eu s i n g t i m ei sc e n t r a l i z e d ，s oi ti sf e a s i b l et oe s t a b l i s hi n t e r m e d i a t ew a t e rr e u s ee n g i n e e r i n gi n c o l l e g e s a tp r e s e n t ，t h eb c o ( b i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o n ) p r o c e s si sm o s t l yu s e di n c o l l e g e s t h eb c o p r o c e s sw a st e s t e di nt r e a t m e n to ft h ec o l l e g ei n t e r m e d i a t ew a t e ri no r d e rt o o b t a i nt h eb e s to p e r a t i o np a r a m e t e r s ，r e d u c et h ec o n s t r u c t i o nc o s ta n dt h eo p e r a t i o nc o s t d u r i n gt h ee x p e r i m e n m lp e r i o d ，t h ep e r f o r m a n c eo ft h ep r o c e s ss t u d i e df r o mt h ea s p e c to f h r t ( h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ) ，g a sw a t e rr a t i o ，t e m p e r a t u r ea n dt h ed e g r a d a t i o nr a t eo fc o d t h ed y n a m i c sm o d e lo ft h eb c o p r o c e s sw a sa n a l y z e di nc o n d i t i o no ft h et e s t t h r o u g ht h er e s u l t so ft h et e s tw ec o u l dc o n c l u d ea sf o l l o w s ：( 1 ) w h e nt h er e a c t o r o p e r a t e di nt h em o d eo fc o n t i n u o u si n f l u e n ta n dc o n t i n u o u sa e r a t i o n ，w i t ht h eh r t o f2 h ，4 h ， 6 h ，1 0 ha n d1 4 hr e s p e c t i v e l y , t h er e m o v m e n to f c o d w a s5 9 1 ，6 4 1 ，6 7 8 ，7 1 6 ，7 5 i t w a si n d i c a t e dt h a tt h eh r tb e t w e e n2 ht o4 hw a sa p p r o p r i a t e ( 2 ) - h e nt h er e a c t o ro p e r a t e d w i t ht h eh r to f14 0 m i n ，16 0 m i n ，18 0 m i n ，2 0 0 m i na n d2 2 0 m i nr e s p e c t i v e l y , t h er e m o v m e n to f c o dw a s5 9 1 ，6 4 1 ，6 7 8 ，7 1 6 ，7 5 s ot h eh r to f1 8 0 m i na n d2 0 0 r a i nc a n a c h i e v ew a t e rq u a l i t ys t a n d a r df o ru r b a nm i s c e l l a n e o u sw a t e rc o n s u m p t i o n ( 3 ) w h e nt h e h r tw a s1 8 0 m i na n dt h eg a sw a t e rr a t i ow a s2 ：1 ，3 ：1 ，4 ：1 ，5 ：1 ，6 ：1 ，1 0 ：1 ，1 5 ：1r e s p e c t i v e l y ， t h er e m o v m e n to fc o dw a s5 3 8 ，6 1 4 ，7 0 7 ，7 0 5 ，7 1 7 ，6 9 8 ，6 7 7 s ot h eg a s w a t e rr a d i oo f4 ：1c a nm e e tt h ed e m a n d s ( 4 ) w h e nt h eh r tw a s2 0 0 m i na n dt h eg a sw a t e r r a t i ow a s2 ：1 ，3 ：1 ，4 ：1 ，5 ：1 ，6 ：1 ，1 0 ：1 ，1 5 ：1r e s p e c t i v e l y , t h er e m o v m e n to fc o dw a s 5 7 ， 6 4 8 ，7 4 9 ，7 5 8 ，7 5 9 ，7 3 ，7 0 9 t h eg a sw a t e rr a t i oo f4 ：1a l s oc a nm e e tt h e d e m a n d si nt h e s ec o n d i t i o n s ( 5 ) w h e nt h ew a t e r t e m p e r a t u r ew a sb e t w e e n12 ct o13 c t h e i i h r tw a s18 0 m i na n dt h eg a sw a t e rr a t i ow a s4 ：1 ，t h er e m o v m e n to fc o dw a s6 9 5 ；w h e n t h eh r tw a s2 0 0 m i n ，t h er e m o v m e n to fc o dw a s7 3 ( 6 ) w cs u g g e s tt h eo p t i m a l h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ei s2 0 0 m i na n dt h eo p t i m a lg a sw a t e r r a t i ow a s4 ：1 k e y w o r d s ：c o l l e g e ；i n t e r m e d i a t ew a t e rr e u s e ；b i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o n ；h y d r a u l i c r e t e n t i o nt i m e ；g a sw a t e rr a t i o i i i 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：笨p 气穆 口7 年6 月j ，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，知识产权归属学 校。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，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：箕p 钍气悠 别帷辄粥莎i 玛 ，埘q ，iv 弋 口7 年6 月j 日 d 7 年月6 日 长安人学硕上学位论文 第一章绪论 水资源问题不仅影响、制约现代化社会的可持续发展，而且直接威胁到人类的生存 与发展，已成为全球环境资源的首要问题。中国水资源问题更加严峻：一方面，我国是 世界上严重缺水的1 2 个国家和地区之一，人均拥有淡水量居世界第8 8 位，全国近8 0 0 5 的城市均有不同程度的缺水，年缺水量达6 0 亿m 3 ，北方尤为严重；另一方面，大量污水 未经处理或部分处理排入各大小水体，造成水环境污染，形成恶性循环。毫无疑问，水 资源不足将成为制约我国国民经济和社会发展的重要因素，水资源问题能否得到安全解 决关系到中华民族的复兴大计。因此，开辟非传统水资源，改善水环境成为倍受关注的 热点。实施中水回用，属于污水再生利用，是“开源节流”，一举多得的节水措施，从 而成为世界节水方式的一大趋势之一。对于中水这个术语的解释，在污水处理方面称为 再生水，在工业生产领域叫作循环水或回用水，一般以水质作为划分标志。中水，顾名 思义，即指水质界于上水与下水之间，经过一定深度处理后，可回用于冲洗、喷洒、绿 化、冷却等范围内的非饮用水。 作为第二水源，城市污水回用可以缓解水资源的紧张问题，减轻江河、湖泊污染， 保护水资源不受污染。目前，一些国家和地区己出现因水源污染不能使用而引起的“水 荒”，被迫不惜付出高昂的代价进行海水淡化n 1 。污水经处理后回用，不仅可以回收水资 源，保护水资源不受破坏，污水回用也是对污水的一种回收和削减，而且污水中相当一 部分污染物质只能在水回用基础上回收瞳1 。以污水为原水的回用，净水厂的制水成本要 低于以天然水为原水的自来水厂，尤其以远距离输水的能耗与建设费用等口1 。1 9 9 2 年我 国第一个污水回用示范工程在大连市投产运行，该工程基建投资比从碧流河引入同等水 量节省投资2 3 ，深度处理成本为0 1 5 元t ，比大连市自来水成本低4 5 ，具有较好的 经济效益、环境效益和社会效益h 1 。 目前随着我国高校扩招、扩建，校园用水量与日俱增；同时，校园用水集中、排水 水质又优于普通居民用户排水水质。因此，建立高校中水回用系统具有现实的意义和迫 切性，并切实可行啼】。 1 1 我国高校中水回用的现状和发展趋势 1 1 1 我国高校近年发展状况 改革开放2 0 多年来，我国高等教育发展较快，特别是1 9 9 9 年党中央、国务院做出 第一章绪论 了高校扩招重大决策后，我国的高等教育实现了跨越式发展，在校生人数不断增加，2 0 0 5 年全国各类高等教育总规模超过2 3 0 0 万人叩3 ( 详见图1 1 ) 。高等教育由精英教育阶段跨 入大众教育阶段。 为适应扩招的需要，各高校加大了基础设施建设。同时，伴随教育部高等教育管理 体制改革和布局结构调整，高校基础设施建设得到了突飞猛进的发展。以陕西省为例， 2 0 0 4 年省属高校累计完成基本建设投资1 2 亿元，新增校舍7 5 万平方米n 1 。 _ 9 0 柬距6 0 , - - 8 0 盾状填料聚乙烯、维伦纤维长1 2 0 , - - 1 6 0易1 0 0 0 2 5 0 09 8 9 9 柬距6 0 8 0 半软性填料变性聚乙烯单片1 2 0 1 6 0较易8 7 9 3 9 7 波纹填料硬聚氯乙烯 1 6 0 0 x8 0 0 较易1 1 肛2 0 09 9 - 9 6 组合填料塑料和醛化维纶d 1 2 0 2 0 0易1 2 3 09 9 片距4 0 - 0 0 从上表我们可以看到，不同的填料具有不同的特点，在具体的实际应用中我们要根 据污水性质、达标要求、地区特点等多方面的因素综合考虑所要选择的填料种类，即选 择不同处理方式的生物接触氧化工艺。 2 1 3 生物接触氧化法特点 生物接触氧化工艺作为一种成熟的污水处理工艺，经过国内外几代人的研究与大量 1 4 长安大学硕十学位论文 工程实践证明其有以下优点n 引。 ( 1 ) 体积负荷高，处理时间短，节约占地面积 处理污水时，在b o d 5 去除率大致相同的情况下，生物接触氧化工艺的b o d 5 体积 负荷比活性污泥法可高5 倍，最高达3 6 k g b o d 5 ( m 3 d ) ，而所需处理时间却只有活性 污泥法的1 5 。由于缩短了处理时间，同样大小体积的设备，处理能力可提高几倍，使 污水处理工艺向高效和节约用地的方向发展。 ( 2 ) 生物活性高 国内采用的生物接触氧化池中，绝大多数的曝气管设在填料下，不仅供氧充分，而 且对生物膜起到了搅动作用，加速了生物膜的更新，使生物膜活性提高。另外，曝气会 形成水的紊流，使固定在填料上的生物膜可以连续、均匀地与污水相接触，加上空气搅 动，增强了传质效果，提高了生物代谢速度。 ( 3 ) 有较高的微生物浓度 一般活性污泥法的污泥浓度为2 3 9 l ，微生物在池中处于悬浮状态，而接触氧化池 中绝大多数微生物附着在填料上，单位体积内水中和填料上的微生物浓度可达 1 0 2 0 9 l ，由于微生物浓度高，有利于提高容积负荷。 ( 4 ) 污泥产量低，不需污泥回流 与活性污泥法相比，接触氧化法的体积负荷高，污泥产量较低。主要是由于氧化池 内溶解氧高，微生物的内源呼吸进行得较充分，合成物质被进一步氧化：氧化池内的微 生物食物链比较完全和稳定；生物膜中的厌氧层将部分生物膜分解、溶化，转化成甲烷 和有机酸，这些都是减少污泥量的因素。生物接触氧化工艺由于微生物附着在填料上形 成生物膜，生物膜的脱落和增长可以自动保持平衡，所以不需要污泥回流，给管理带来 方便。 ( 5 ) 耐冲击负荷能力强，出水水质好而稳定 在进水短期内突然变化时，出水水质受的影响很小，在毒物和p h 值的冲击下，生 物膜受影响小，而且恢复快。 ( 6 ) 动力消耗低 由于接触氧化池内有填料存在，能够起到切割气泡、增加紊动作用，增大了氧的传 递系数，并且由于没有污泥回流，使电耗下降，因此采用生物接触氧化工艺处理污水， 较普通活性污泥法一般能节省动力3 0 。 ( 7 ) 挂膜方便，可以间歇运行 第二章生物接触氧化技术 生物接触氧化工艺处理生活污水时不需专门培养菌种，连续运转4 5 天生物膜就可 成熟。对含菌种少的工业废水，挂膜时接入菌种，运行十多天生物膜就可成熟。当停电 或发生事故不能供气时，只要将氧化池中的水放完即可，附着填料上的微生物可以从空 气中获得氧气而维持生命较长时间。 ( 8 ) 不存在污泥膨胀问题 在活性污泥法中容易产生膨胀的菌种，如丝状菌，在接触氧化法中附着在填料上， 不但不产生污泥膨胀，而且能充分发挥其分解、氧化能力高的优点，提高废水的净化效 果。 当然，任何一种事物在其具有某种优点的同时，又不可避免的会出现其不利的一面， 生物接触氧化工艺也不例外，其缺点如下： ( 1 ) 当采用蜂窝填料或其他不规则填料( 如碎石等) 时，若负荷过高，则生物膜较厚， 脱落的生物膜会堵塞填料； ( 2 ) 若生物膜瞬时大块脱落，则易影响出水水质； ( 3 ) 组合状的填料有时会影响曝气与搅拌，影响传质； ( 4 ) 如需要较多的填料和支撑结构，有时会引起较高的基建投资。 2 1 4 生物接触氧化法的控制要点 影响生物接触氧化法处理效果的主要因素有三大类：环境特征( 废水中的p h 值、温 度、溶解氧及水力流态等) 、所使用载体的性质( 载体的种类、化学组成、表面亲水特性、 表面粗糙度及表面带电特性等) 及微生物本身的性质( 微生物的活性、浓度、种类及培养 条件等) 。 2 1 4 1 环境特征 环境因素对废水生物处理的影响因素颇多。由于采用的处理工艺不同、所处理的废 水性质的不同、工艺设计参数的不同以及所需达到的处理要求和目标的不同等，都将使 微生物处于不同的环境条件中，从而影响着处理效果。 ( 1 ) 酸碱度 一般来讲，微生物的生理活动与环境的酸碱度密切相关，只有在适宜的酸碱度条件 下，微生物才能进行正常的生理活动。每种微生物的生长与繁殖都通常有一个最适p h 值范围，p h 值能影响微生物细胞上的电荷性质。v i l l a r e r d e 等人研究认为不适的p h 值 会使微生物失活，底物受限制和游离氨受到抑制硷。一般细菌、放线菌、藻类及原生动 1 6 长安大学硕士学位论文 物的p h 值适应范围为6 8 。对硝化过程来说，当p h 值低于6 或高于9 6 时，硝化反应 将停止，硝化菌的最适p h 值为8 8 4 乜副。 经实践表明：生物接触氧化法对p h 值的适应性比较强。当污水的p h 值为8 1 0 时， 微生物仍有较强的适应能力，对处理效果没有多大影响。p h 值为1 0 - - - 1 0 5 或5 “时， 对处理效果有一定影响。当受到高p h 冲击时( p h 1 1 ) ，微生物相不再适应，钟虫呈呆滞 状态或消失，菌胶团解体，呈松散模糊，游离茵、豆形虫、草履虫增多乜们。c o d 和b o d 去除率下降。但是，若此时及时采取措施将污水p h 调整至1 0 以下，则生物相的恢复比 活性污泥法快。一般只需3 5 天氧化池的工况即可恢复。 ( 2 ) 温度 在影响微生物生理活动的各项因素中，温度的作用非常重要。生化处理温度以2 0 3 0 最佳，1 5 3 5 可行，低于8 出水水质变差。在污水脱氮工艺中，温度对硝 化菌有强烈的抑制作用，1 2 。c 1 4 c 时易出现亚硝酸盐积累汹1 。当温度低于5 c 时，硝化 反应几乎停止，细胞处于休眠状态。对于同时去除有机物和进行硝化反应的系统，温度： 低于1 5 。c 时，硝化速率迅速降低汹1 。另外，温度对生物接触氧化法的挂膜启动也是非常 重要的因素，在低于1 5 的水温时生长繁殖缓慢，难以形成生物膜，尤其是当水温低于 l o ，由于蛋白质合成的启动受阻，不能合成蛋白质，微生物既不生长也不死亡，代谢 极弱，处于休眠状态瞳7 1 ，这样即使微生物粘附到填料上，因为不能生长繁殖，也就不能 形成生物膜。 ( 3 ) 溶解氧( d o ) d o 是影响废水生物处理工艺的一个重要因子。对于以去除有机物为主的生化处理， 一般建议反应器中的溶解氧不低于2 m g l n 引；d o 对硝化作用也有很大的影响，一般建 议硝化反应中出水d o 含量为2 4 m g l 心引，当d o 浓度低于0 5 , - 0 7 m g l 时氨的转化过 程将受到抑制。 ( 4 ) 有机负荷( 体积负荷) 氧化池的体积负荷是影响生物处理效果的又一个重要因子。有机负荷增加会使c o d 去除率和硝化速率减少，一般认为，生物接触氧化池中的体积负荷一般在3 5 k g b o d s m 3 填料d ，可满足处理水质c o d 达标排放，但并不满足硝化反应要求，硝化反应只有在 系统中的b o d 5 质量浓度低于2 0 m g l 时，硝化作用才能有效地完成，同时系统的b o d 5 应维持在0 0 6 0 1 k g b o d 5 ( k g m l s s d ) 较低的水平上啪3 。当有机物浓度较高时，异养菌 与硝化菌会竞争生物膜表面的空间和溶解氧，从而抑制硝化菌的增殖，而异养菌数量会 1 7 第二章生物接触氧化技术 大大超过硝化菌，从而阻碍氨向硝化菌的传递，硝化菌能利用的溶解氧也因为异养菌的 利用而减少。 ( 5 ) 水力流态 对生物膜法处理工艺而言，不同的水流速度将产生不同的水力剪切作用。而水力剪 切力的强弱决定了生物膜反应器启动所需要的时间和运行期间所固定的微生物数量n 。 k u g a p r a s a t h a m 等2 1 认为，在基质浓度不至于使微生物的生长受到限制的情况下，液相 中流体扰动程度增加将使生物膜的密度增加。t a r a r e 等b 3 3 的实验表明，表观气速对微生 物的固定有很大影响，高气速会生成薄而致密的生物膜，但是高气速对提高c o d 去除 率没有多大影响。 ( 6 ) 水力停留时间 水力停留时间h r t 对能否生成完整的生物膜有着重要的作用，水力停留时间也决 定了生物膜反应器去除效果。h e i j n e n 等m 1 认为，在其它条件恒定的情况下，h r t 短则 有机容积负荷大，当稀释率大于最大生长率时，反应器内载体上能生成完整的生物膜。 t i j h u i s 等口5 1 的实验证明了这种观点。在醋酸盐c o d 负荷为2 5 k g ( m 3 d ) ，h r t 为4 h ， 载体上几乎没有完整的生物膜，而缩短水力停留时间为l h ，相同操作时间内几乎所有的 载体上都长有完整的生物膜，且较高的载体表面c o d 有机负荷更易生成较厚的生物膜。 但是，h r t 过份缩短将会影响到去除效率，微生物对有机物的转化过程同微生物机体的 化学过程紧密地联系着。 2 1 4 2 载体的种类 填料是微生物赖以栖息的场所，影响微生物的生长、繁殖、脱落和形态。填料不仅 与去除效果有关，而且填料的选用还与氧化池工程造价、运行费用密切相关，价格高昂 的填料将增加工程投资啪1 。 载体种类以及载体浓度对反应器内生物膜的挂膜以及处理效率都很重要；不同的填 料其使用寿命各不相同，不同填料对充氧性能有着显著的影响，有的填料起着促进氧转 移的作用，有的则起着阻碍氧转移的作用，y d t 填料具有将大气泡切割成小气泡，弹 性丝可吸附众多的小气泡，延长气水的接触时间，提高氧的利用率，而纤维软性填料对 气水混合流体的碰撞和切割作用很微弱，不足以将大气泡切割成小气泡，反而将小气泡 聚合成大气泡，因而使氧的转移速率下降，相同的环境条件下，y d t 填料比纤维软填 料的氧的利用率可提高一倍以上 。 2 1 4 3 微生物的浓度与活性 长安大学硕士学位论文 在废水生物处理工艺中，微生物的浓度与活性都是影响生物处理出水水质的非常重 要的影响因子。微生物的浓度在工程上往往被用来表示微生物数量的相对值，一般认为 微生物浓度与微生物数量是成正比关系。微生物活性对生物处理的净化作用影响颇大。 生物膜活性除与水中基质浓度、水温、p h 值等因素有关外，还与生物反应池内的流态、 传质条件等密切相关。填料类型、工程运行措施对微生物量和微生物的活性均有影响。 填料类型决定生物量的大小，工程运行方式对生物膜的生长产生影响，并通过改变传质 条件而影响生物膜的活性。微生物在填料表面的附着、生长不仅与填料的物理和化学 性质有关，还与填料的比表面积、孔隙率、表面的孔径分布有关。填料表面孔洞的大小， 除容纳微生物个体之外，还必须留有供细胞与基质之间进行扩散和交换的空间汹1 。微生 物活性通常用微生物比增长率来加以描述，微生物活性高，其比增长率越高，相应微生 物的能量水平也高，加速有机底物的去除。微生物浓度与处理效果无直接关系，微生物 活性可反应处理效果的好坏。 2 2 生物接触氧化技术的国内外研究现状及研究趋势 2 2 1 国内为研究现状 生物接触氧化法是在生物滤池的基础上，从接触曝气法改良演化而来的，早在十九 世纪末韦林( b l a r i n g ) ，迪特( d i t t e r ) 等人就试验研究了接触氧化法处理污水，1 9 1 2 年克洛 斯( c l o s s ) 在德国获得了专利。但是，发展为正规的污水处理法，还是分别在德国、美国、 日本等国的实际应用之后。虽然形成了正规的生物接触氧化法污水处理技术，但是，当 时在接触填料、氧化池构造与设计、运行管理等方面存在着缺陷，限制了它的进一步推 广应用。二十世纪七十年代，日本的小岛贞南采用了所谓“管式接触氧化法”净化方法， 在填料和供氧方式上有了很大的改进，使得接触氧化法获得新的生命力，开始迅速地发 展起来h 们。随后，国外又不断地研制与开发各种技术性能良好的接触填料和氧化池型式， 逐渐扩大了生物接触氧化法的应用范围，使之得到了较为迅速地发展。1 9 8 8 年，s e l e n s e l 等学者对生物曝气滤池进行了分析研究和评价n 。19 9 0 年c o n d r e n 等对生物曝气滤池进 行技术评价“州驯。1 9 9 2 年c r o m p h o u t 采用上流式生物膜反应器处理高浓度含氮废水h 4 i ； 1 9 9 3 年g o n c a l v e s 等学者采用淹没式生物反应器进行了生物脱氮除磷研究h 引；t s h u i 用 曝气生物滤池作为三级硝化反应器h 刮；1 9 9 4 年p u i 0 1 等学者提出生物滤池是一种灵活而 可靠的生物反应器h n ；1 9 9 8 年a e s l y 等学者用固定生物膜反应器，对不同碳源有机物进 行了反硝化试验研究h 8 1 ；m a n n 等学者对悬浮和固定介质填料生物曝气滤池的硝化特性 1 9 第二章生物接触氧化技术 进行了比较试验研究h 训。近几十年来，国外的生物接触氧化法不仅用于水体富营养化的 治理，而且广泛用于生活污水、杂排水、印染废水、染色废水、纤维加工废水和酿造等 工业废水的处理。 国内，于1 9 7 5 年由北京环境保护科学研究所的郑元景和邬扬善等人首先进行了生 物接触氧化法处理城市污水的试验研究，取得良好的效果。1 9 7 8 年生物接触氧化法就以 它的高效而闻名全国，由于其管理方便在工业废水处理中获得广泛应用。1 9 9 9 年乌区扬 善发表文章，提出“生物接触氧化法处理城市污水只需- d , 时左右 ，并从理论和实践 进行了分析。大庆油田化工总厂谢晓丽采用a i a i o ( 生物接触氧化1 法处理含氰废水；同 济大学肖羽堂、许建华采用生物接触氧化+ 混凝法处理水中致突变污染物；中国矿业大 学邵武、李中和采用接触氧化十膜分离进行中水回用，同济大学梅翔、高廷耀对y d t , t a 及p w t 3 种填料的生物接触氧化法处理效果进行了初步比较试验。 随着近年来新型填料不断的开发应用，克服了传统填料的堵塞问题。新型填料具有 比表面积大、组装方便、成本较低等优点。新型填料的开发使用使生物接触氧化技术在 我国也广泛应用起来，逐渐应用在生活污水、纺织印染、粘胶纤维、造纸、石油化工、 食品加工与酿造等工业废水的处理中。近年来，生物接触氧化法又被用作微污染水源水 的生物预处理技术。研究表明生物接触氧化技术确实是一种有发展前途的处理方法。 2 2 2 研究趋势 接触氧化技术发展方向是：( 1 ) 开展接触氧化技术基础理论研究，继续从各角度深 入研究污水中有机物生物降解机理、氧扩散机理生物膜微生物的增长及能量代谢规律。 ( 2 ) 生物反应器朝着节能和自动化控制方向发展，对反应器数学模型的研究，包括动力 学模型、基质降解模型的建立及修正、模型在工业上放大及应用；对反应器流体力学、 停留时间分布、氧传质特性对水处理效果影响等方面研究：复合生物反应器研制与开发 等方面也是近年来人们开展工作的热点之一。( 3 ) 在现有研究成果的基础上，对工艺流 程形式及运行条件最优化，使其整体技术日趋完善，包括开发综合能耗降低措施和技术。 ( 4 ) 和其他新型污水处理技术的组合以及运行方式的最优化研究；反冲洗方法的改进； 设计规范及气水比、污水p h 值、溶氧值等工艺参数的优化。( 5 ) 研究污水处理过程中 的智能控制技术如专家控制系统、模糊控制系统、神经网络控制系统、仿人智能控制系 统，进行模拟仿真和数据采集，实现不可测参数和状态识别，对处理过程进行模型化、 离线或在线自适应最优化控制，对水质检测手段自动化等。( 6 ) 作为微生物在水中的附 长安大学硕士学位论文 着载体，填料结构性能及表面特性的优劣将直接影响微生物膜的形成及生长，控制处理 效率高低，影响着技术经济性及进一步推广应用。以提高和改善填料的整体性能为目的， 开发与研制出具有高比表面积、高空隙率、水阻力小、不堵塞、易挂膜、比重轻、强度 大、价格低廉、不结团、化学生物性稳定等性能优越的新型填料，也是今后生物接触 氧化技术的重要研究方向之一。 作为接触氧化技术的研究趋势，重点应放在改善出水水质的前提下，进一步以强化 传质，提高生物反应效率，减少污泥量，缩短水力停留时间，以达到简化、缩小处理反 应器体积，减少占地，降低基建与运行管理费用，改善管理条件等为目的。从总体上看， 、其发展趋势应朝高效率、高难度、低成本、多功方向拓宽。随着科学技术的不断发展， 对其基础理论的研究、工艺流程及运行条件最优化、运行过程及检测手段自动化、新型 载体研发等方面的工作显得十分重要。 2 1 第三章生物接触氧化实验 3 1 实验设计 第三章生物接触氧化实验 3 1 1 原水水量水质 根据水量平衡计算中水原水主要来自学生宿舍盥洗间洗涤水以及学生澡堂洗浴水， 处理水量为9 0 0 m 3 d 。经监测原水水质：c o d 为1 2 0 1 9 0 m g l ，b o d 。为5 0 - 8 5 m g l ，n h 。一n 为3 2 - 8 5 m g l ，s s 为4 0 - 1 0 0 m g l ，p h = 7 5 ，p 为o 1 8 0 3 6 ，阴离子表面活性剂为 1 1 2 5 m g l 。 3 1 2 处理目标 中水用于冲厕、道路清扫、消防、城市绿化、车辆冲洗、建筑施工等杂用的水质按 城市污水再生利用分类( g b t 1 8 9 1 9 _ _ 2 0 0 2 ) 中城市杂用水类标准( 见表3 1 ) 执行。 表3 1 城市杂用水水质标准 序号项目指标冲蒯 道路清扫、消防城市绿化车辆冲洗建筑施工 l p h0 6 - - 9 0 2 色( 度) 3 0 3 嗅无不快感 4浊度( n t u ) 51 0 1 052 0 5 溶解性固体( r a g l ) 1 5 0 01 5 0 01 0 0 01 0 0 0 6 5 日生化需氧量b o d s ( m g l ) 1 01 52 01 01 5 7 氨氮( m g l ) 1 01 02 01 02 0 8 阴离子表面活性剂( m g l ) 1 01 o1 oo 5o 1 9 铁( m g l ) o 3o 3 1 0 锰( m g l ) o 10 1 1 l 溶解氧( m g l ) 1 o 1 2 总余氯( m g l ) 接触3 0 r a i n 后1 0 ，管网末端 1 0 2 1 3 总大肠杆菌( m g l ) 3 综合考虑原水中主要污染物以及考虑冲厕，道路清扫、消防，城市绿化等用途，并 参照生活杂用水水质标准( c j 2 5 1 8 9 ) 确定本试验主要水质指标如下： c o d 弋 5 5 时，即认为反应器挂膜成功。本试验挂膜期间的水温为1 9 3 2 3 5 。 3 2 2 控制参数确定阶段 本阶段实验的目的是针对特定的水质确定生物接触氧化的最佳水力停留时间和气水 比。根据影响生物接触氧化处理效果的主次关系，首先确定水力停留时间，然后确定气 水比。 在原水水质、水温、p h 值基本一定， 并保证生物接触氧化模池内溶解氧足够的情 况下，分别将水力停留时间设置为1 4 h ，1 0 h ，6 h ，4 h ，2 h ，根据实际处理效果和目标的 第三章生物接触氧化实验 接近程度，确定最佳水力停留时间的范围；确定范围后，把此范围按2 0 m i n 间隔细分成 若干小区间，在其它条件不变的情况下，分别做不同水力停留时间下对原水的处理效果， 考虑到气水比对处理效果存在一定的影响，所以确定最接近目标值的两组水力停留时间 为待选最佳水力停留时间。 对两组待选的最佳水力停留时间，在原水水质、水温、p h 值基本一定的情况下，分 别将气水比设置为2 ：1 ，3 ：1 ，4 ：1 ，5 ：1 ，6 ：l ，1 0 ：l ，1 5 ：1 ，根据其处理效果确 定与两组水力停留时间相对应的最佳气水比。 3 2 3 低温校核 污水生物处理是依靠自然界中的微生物，通过人工优化其生存环境，强化其新陈代 谢，来完成对有机物质的降解。有机物通过细胞分泌的胞外酶，将大分子有机污染物转 化为小分子物质，在此过程中酶是主要的降解激发物质，而酶由蛋白质构成，对温度比 较敏感，随着温度的降低其活性明显变弱。研究还表明，温度对微生物种群组成、微生 物细胞的增殖、活性污泥的絮凝性能、曝气池充氧率以及水的粘度都有较大影响。因此， 温度对处理效率存在一定的影响。本实验第二阶段确定的两组水力停留时间和气水比是 在夏秋季节水温相对较高时确定的，而在实际条件下系统在冬季水温较低时仍必须满足 处理要求，所以必须对这两组控制参数进行低温校核即判断其在低温时是否能达到处理 目标，从而最终确定最佳水力停留时间和气水比。 长安大学硕士学位论文 第四章实验结果与分析 4 1 确定待选最佳水力停留时间 在生物接触氧化法中，污染物氧化速度取决于污水与微生物的有效接触时间和基质 的浓度，接触时间越长，处理效果越好，但时间过长，附着的微生物自身发生氧化分解， 处理效果降低。另外，时间过长会增加能源的消耗，提高运行成本。因此，必须寻求污 水与微生物最佳的有效接触时间。 4 1 1 确定最佳水力停留时间范围 4 1 1 1 不同水力停留时间下c o d 的去除效果 分别考察h r t 为1 4 h ，1 0 h ，6 h ，4 h 和2 h 生物接触氧化设备对c o d 的去除效果。 ( 1 ) 水力停留时间为1 4 h 时对c o d 的去除效果 水力停留时间为1 4 h 时，进水流量为6 8 l h ，反应器内的d o - - - 4 “m g l ，进水 c o d = 1 2 0 , - , 1 9 0 m g l ，进水c o d 平均= 1 5 2 8 m g l ，反应器内温度t = 1 9 5 - 2 3 4 c ，p h 5 - 7 0 。 出水c o d 平均= 1 7 5 m g l ，去除率= 8 8 5 。试验结果见图4 1 。 图4 1h r t = 1 4 h 时c o d 去除效果图 ( 2 ) 水力停留时间为1 0 h 时对c o d 的去除效果 水力停留时间为1 0 h 时，进水流量为9 6 l h ，反应器内的d o = 4 , - 6 5 m g l ，进水 c o d = 1 2 0 , - , 1 9 0 m g l ，进水c o d 平均= 1 5 6 m g l ，反应器内温度t = 1 8 2 c - 2 2 3 ， 2 7 第四章实验结果与分析 p h = 6 5 - 7 0 。 出水c o d 平均= 2 0 2 m g l ，去除率平均- - - 8 7 1 。试验结果见图4 2 。 图4 2h r t = 1 0 h 时c o d 去除效果图 ( 3 ) 水力停留时间为6 h 时对c o d 的去除效果 水力停留时间为6 h 时，进水流量为1 6 l h ，反应器内的d 泔6 5 m g l ，进水 c o d = 1 2 0 , d 9 0 r n g l ，进水c o d 平均= 1 5 6 4 m g l ，反应器内温度t = 2 0 5 - 2 3 5 c ，p h = 6 5 - 7 0 。 出水c o d 平均= 3 0 。i m p j l ，去除率平均= 8 0 8 。试验结果见图4 3 。 图4 3h r t = 6 h 时c o d 去除效果图 ( 4 ) 水力停留时间为4 h 时对c o d 的去除效果 2 8 长安大学硕士学位论文 水力停留时间为4 h 时，进水流量为2 4 l h ，反应器内的d o = 4 6 5 m g l ，进水 c o d = 1 2 0 - - , 1 9 0 m g l ，进水c o d 平均= 1 4 5 m g l ，反应器内温度t = 1 9 6 - - - 2 2 7 ，p h - - 6 5 7 0 。 出水c o d 平均= 3 1 3 m g l ，去除率平均= 7 8 4 。试验结果见图4 4 。 图4 4h r t = 4 h 时c o d 去除效果图 ( 5 ) 水力停留时间为2 h 时对c o d 的去除效果 水力停留时间为2 h 时，进水流量为4 8 l h ，反应器内的d o - - - 4 , - - 6 5 m g l ，进水 c o d = 1 2 0 - - 1 9 0 m g l ，进水c o d 平均= 1 4 5 m g l ，反应器内温度t = 1 8 5 2 2 8 c ，p h - - 6 5 7 0 。 出水c o d 平均= 7 1 5 m g l ，去除率平均- - 5 4 5 。试验结果见图4 5 。 第四章实验结果与分析 图4 5h r t = 2 h 时c o d 去除效果图 4 1 1 2h r t 与c o d 去除关系分析 本阶段试验进水c o d 平均值为1 5 3 5 m g l ，在h r t 为1 4 h ，1 0 h ，6 h ，4 h ，和2 h 的情况 下，出水c o d 平均值以及去除率见表3 1 ，出水c o d 值和c o d 去除率与h r t 的关系 见图4 6 。 表4 1 不同h r t 时c o d 去除效果 h r t ( h )进水c o d 平均值( m g l )出水c o d 平均值( m g l ) c o d 去除率( ) 21 5 7 37 1 55 4 5 41 4 53 1 37 8 4 61 5 6 43 0 18 0 8 1 0 1 5 62 0 28 7 1 1 4 1 5 2 81 7 58 8 5 3 0 长安大学硕士学位论文 图4 6i t r t 与c o d 去除关系图 从以上的试验结果我们可以看到，在进水c o d 基本恒定( 平均值1 5 2 8m g l ) ，水温、 d 0 和p h 值基本不变的情况下，随水力停留时间的增大，生物接触氧化工艺对有机污染 物的去除效果越来越好，出水c o d 平均值从开始的6 0 6 m g l 一直降低到1 7 5 m g l ，c o d 的平均去除率也从5 4 5 提高到8 8 5 。另外从图4 6 中我们还可以看到，当水力停留 时间从2 h 提高到4 h 时，c o d 去除率增加很快，出水c o d 平均值降低也非常明显，但从 4 h 提高到1 4 h ，c o d 去除率增加非常缓慢，出水c o d 平均值降低也不明显。原因是：根据 生物反应动力学，在c o d 浓度较低的情况下，反应速度和底物浓度成正比，水力停留时 间少，则有机物底物浓度较高，反应速度快，因此c o d 去除率改变明显，当水力停留时 间增加到一定值后，底物浓度降低，反应速度减慢，因此c o d 去除率改变不明显。 根据实验结果，当水力停留时间为2 h ，c o d 去除率为5 4 5 ，水力停留时间为4 h 时，c o d 去除率为7 8 4 ，而目标去除率为7 0 ，因此本实验的最佳水力停留时间范围为 2 - 4 h 。 4 1 2 确定两组待选水力停留时间 4 1 2 1 不同水力停留时间下c o d 的去除效果 本阶段试验分别考察h r t 为1 4 0 m i n ，1 6 0 m i n ，1 8 0 m i n ，2 0 0 m i n ，2 2 0 m i n 时生物接触氧 化设备对c o d 的去除效果。 ( 1 ) 水力停留时间为1 4 0 m i n 时对c o d 的去除效果 水力停留时间为1 4 0 m i n 时，反应器内的d o = - 4 6 5 m g l ，进水c o d = 1 2 0 - - , 1 9 0 m g l ， 第四章实验结果与分析 进水c o d 平均= 1 6 4 3 m g l ，反应器内温度t = 2 0 3 2 4 2 c ，p h ：6 5 7 0 。 出水c o d 平均= 6 7 2 m g l ，去除率平均= 5 9 1 。试验结果见图4 7 。 图4 7h r t = 1 4 0 m i n 时c o d 去除效果图 ( 2 ) 水力停留时间为1 6 0 m i n 时对c o d 的去除效果 水力停留时间为1 6 0 m i n 时，反应器内的d o = - 4 , - 6 5 m g l ，进水c o