（环境工程专业论文）高速公路服务区污水处理工程设计及运行控制优化研究.pdf

河北科技大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。对本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。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品或成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：蓄f 自备 指导教师签名 如，年3 月砂日2 乙l d 年乡月如日 河北科技大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论。文被查阅和借阅。本 人授权河北科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 口保密，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 一不保密。 ( 请在以上方框内打“4 ) 学位论文作者签名：董1 百香 秒降岁月z d 日 指导教师签名： 一 、i 、 0 、- 舢 摘要 摘要 高速公路服务区污水特点为有机物浓度较高，水质水量波动大，可生化性强。 主要污染物为悬浮物、碳氢化合物、蛋白质、动植物油、氮和磷的化合物、表面活 性剂、微生物和无机盐机物等。随着社会环保意识的提高，建设单位对高速公路服 务区污水处理设施的要求目益提高。主要表现为：工艺先进；污水处理设施占地面 积小，投资少；中水回用，减少二次污染，节能降耗：运行稳定，易于操作和维护。 本文以唐津高速唐山服务区为研究对象，在原有占地基础上进行污水处理设施改造， 进行污水处理工艺控制设计，通过调节水力停留时间、气水比等参数进行运行控制 参数优化。以达到排放标准从改造前执行的城镇污7 j ：处理厂污染物封。放标准 ( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 三级提高到城市污水再生利用城市杂用水水质标准 ( g b t 1 8 9 2 0 2 0 0 2 ) 绿化用水标准，运行稳定可靠的目的。 研究结果表明： 1 高速公路服务区污水的b o d 5 c o d c r = 0 4 ，可生化性强生，采用连续进水生物 接触氧化法，接触氧化法具有容积负荷高，停留时间短，有机物去除效果好，运行 简单和占地面积小等优点。 2 分别对水解酸化处理水力停留时间，曝气生物氧化水力停留时间，气水比， 沉淀池水力停留时间这几个对系统运行效果有显著影响的参数进行调试、监测。当 水解酸化处理阶段水力停留时间为5 h ；曝气生物氧化水力停留时间为7 h ，气水比为 1 5 ：1 ；沉淀池水力停留时间为3 h 时系统运行稳定，处理效果最高，c o d 去除率为 9 3 2 ，b o d 去除率为9 6 1 ，氨氮去除率7 4 9 ，s s 去除率9 0 9 ，设计预定 的处理效果目标为c o d 去除率为9 0 ，b o d 去除率为9 0 ，氨氮去除率6 0 ， s s 去除率8 1 7 ，达到设计目标。 3 出水水质满足城镇污水处理厂污染物排放标准( g b t 1 8 9 2 0 2 0 0 2 ) 绿化用 水标准：c o d 6 0m g l ；b o d 5 2 0m g l ；氨氮2 0m g l ；s s 3 0m g l ， 此指标高于城镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 二级排放标准。 c o d 1 0 0m g l ：b o d i 3 0m g l ；s s 3 0m g l ，达到设计目标。 关键词工程设计；水解酸化；运行优化；水力停留时间；气水比 河北科技大学硕十学位论文 a b s t r a c t t h e r ea r ec h a r a c t e r i s t i c so fl o wc o n c e n t r a t i o n so f o r g a n i cm a t t e r 、v a r i a t i o n a lw a t e r q u a l i t y , w h i c hh a ss t r o n gb i o d e g r a d a b i l i t y t t h em a i np o l l u t a n t so fs u s p e n d e ds o l i d sa r e h y d r o c a r b o n s ，p r o t e i n s ，a n i m a la n dv e g e t a b l eo i l s ，n i t r o g e na n dp h o s p h o r u so m p o u n d s ， s u r f a c t a n t s ，m i c r o o r g a n i s m s ，i n o r g a n i cs a l t sa n ds oo n w i t ht h ei m p r o v e m e n to fs o c i a l a w a r e n e s so fe n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n ，t h ec o n s t r u c t i o nu n i t sr e q u e s tt h e s t a n d a r do f h i g h w a ys e r v i c ea r e a o fs e w a g et r e a t m e n tf a c i l i t i e s i n c r e a s i n g t h et h e s t a n d a r di s a d v a n c e ds u b s o n i ct e c h n o l o g y ，l o wr e q u i r e df l o o rs p a c e ，m i n i m u mi n v e s t m e n t ，r e u s eo f t r e a t e dw a s t e w a t e r , l e s ss e c o n d a r 3 一p o l l u t i o n ，e f f i c i e n c 3 e n e r g ) ，r e l i a b l e r u f i n i n g ，e a s i l y h a n d l ea n dm a i t a n c e t a n g - j i ne x p r e s s w a yt a n g s h a ns e r v i c ea r e aw a s t e w a t e rt r e a t m e n t f a c i l i t i e sw a ss t u d i e di nt h i sp a p e r i no r d e rt oa c h i e v ee m i s s i o n st a r g e t st o i m p r o v e s e w a g et r e a t m e n t ，r u n n i n gs t a b l ea n dr e l i a b l ep u r p o s e ，t h e yd e s i g e nt h ew a s t e w a t e r t r e a t m e n tf a c i l i t i e sw i t h “c o n t i n u o u sw a t e rb i o c o n t a c t o x i d a t i o n ”b yr e g u l a t i n gt h e h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ，g a s w a t e rr a t i oa n do t h e rp a r a m e t e r s ，r u nc o n t r o lp a r a m e t e r o p t i m i z a t i o n t h er e s u l t ss u g g e s tt h a t ： j f i r s t l y ，t h ee x p r e s s w a yt i n g s h a ns e r v i c ea r e aw a s t e w m e r w i t hb o d 5 c o d e r0 4 h a s s t r o n gb i o d e g r a d a b i l i t y w ed e s i g e nt h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tf a c i l i t i e sw i t h c o n t i n u o u sw a t e rb i o c o n t a c to x i d a t i o n c o n t i n u o u sw a t e rb i o c o n t a c to x i d a t i o n ，h a s t h ea d v a n t a g e ss u c ha s h i g hv o l u m e t r i cl o a d i n g ，s h o r th y d r a u l i cr e s i d e n c et i m e ，g o o d r e m o v a lo f o r g a n i cm a t t e r , m e c h a n i s mr u n n i n g ，l o wr e q u i r e df l o o rs p a c ea n ds oo n s e c o n d l y ，w ed e b u g g e da n dt e s t e dt h es i g n i f i c a n tf a c t o r sa f f e c t i n go ft h es y s t e ms u c h a sh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ，g a s w a t e rr a t i o w h e nh y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o nh r t = 5 h ， a e r a t e do x i d a t i o nh r t = 7 h ，g a s - w a t e rr a t i o = 1 5 ：1 ，s e t t l i n gt a n kh r t = 3 h ，t h es y s t e mh a s o p t i m a lr u n n i n ge f f e c t t h a th a sc o dr e m o v i n gr a t e9 3 2 ，b e dr e m o v i n gr a t e 9 6 1 a m m o n i ar e m o v i n gr a t e 7 4 9 s sr e m o v i n gr a t e9 0 9 t h es y e t e ma c h i e v et h ed e s i g n a i m t h i r d ，w a t e rq u a l i t yo fu r b a ns e w a g et r e a t m e n tp l a n t st om e e tt h ee m i s s i o ns t a n d a r d so fg b ( t 1 8 9 2 0 - 2 0 0 2 ) g r e e nw a t e rs t a n d a r d ：c o d 6 0m g l 1 ；b o d ；4 2 0m g l i ：氨氮2 0m g l 一： s s 3 0m g l ，t h et a r g e t sh i g h e rt h a nt h eu r b a ns e w a g et r e a t m e n t p l a n t so f t h ee m i s s i o ns t a n d a r d ( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) l i g h te m i t t e d c o d 1 0 0m g l ： i i i 0 a b s t r a c t b o d 5 3 0m g l 一：s s 3 0m g l t h es y e t e ma c h i e v et h ed e s i g na i m k e wy o d r s e n g i n e e r i n gd e s i g n ；h y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o n ；o p e r a t i o n so p t i m i z a t i o n ； h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ；g a s w a t e rr a t i o i i i 河北科技大学硕十学位论文 目录 “i i i 第l 章绪论l 1 1 引言”l 1 2 高速公路服务区污水特点及处理现状2 1 3 研究目的及内容5 第2 章唐津高速服务区污水处理工程设计6 2 1 唐津高速污水处理设施工程设计一j 一_ 6 2 1 1项目概况6 2 1 2 废水的来源及水质6 2 1 3设计依据一一6 2 1 4 设计原则6 2 1 5 设计范围一7 2 1 6 设计参数7 2 2 污水处理工艺及说明- 8 2 _ 2 1 高速公路服务区污水处理工艺概述。8 2 2 2各污水处理工艺的比较“17 2 2 3 接触氧化法高效处理的原理分析1 8 2 2 4 污水处理工艺流程描述”1 9 2 3 主要建( 构) 筑物说明及工艺设备设计参数“2 0 2 3 1主要建( 构) 筑物简介2 0 2 3 2 主要建( 构) 筑物的设计和描述2 3 2 3 3主要设备的设计和描述2 4 2 4 本章小结3 0 第3 章污水处理运行控制及参数优化31 3 1 运行控制优化方案3 1 3 1 1 时间计划3 1 3 1 2 优化参数内容3 1 3 1 3 监控指标测试方法3 2 3 2 调试挂膜3 2 l v 蝻 目录 3 2 1 试验用水3 2 3 2 2 接种污泥3 2 3 2 3 挂膜驯化“3 2 3 2 4 水解酸化池的启动及运行3 3 3 3 运行结果及数据分析3 4 3 3 1 水解酸化池水力停留时间试验3 4 3 3 2 曝气氧化池水力停留时间试验”3 7 3 3 3 曝气氧化池汽水比试验“4 1 3 3 4 沉淀池水力停留时间试验”4 4 3 3 5 最优条件控制运行4 8 3 4 本章小结：4 8 第4 章结论与展望：4 9 4 1 结论：4 9 4 2 展望4 9 参考文献- 51 致谢一一5 4 v 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1引言 “十五”期间中国共建成高速公路2 4 7 万公里，是“八五”和“九五”建成高速公路 总和的1 5 倍。到2 0 0 5 年底，高速公路总里程达到4 1 万公里，2 0 0 6 年末，中国高 速公路里程达4 5 万公里，2 0 0 7 年底达5 3 9 万公里，2 0 0 8 年年底，达到6 0 3 万公里， 稳居世界第二位，仅次于美国。除西藏外，各省、自治区和直辖市都已捌有高速公 路，有1 0 个省份的高速公路里程超过1 0 0 0 公里1 。按照国际惯例和思路，高速公路 每4 0 多公里就要设置一个服务区。服务区是保证高速公路安全、畅通、方便、快捷 运营自：重要配套设施之一，是为满足驾乘人员长途旅行中基本的垒理、心理需求，。 满足车辆加油、维修需求等提供服务的便利场所，是展示高等级公路行业文明程度 的重要窗口。服务区直接服务于司乘人员，间接服务于整个社会，加强服务区的经 营和管理不仅能给企业带来经济效益，而且社会效益非常突出。 高速公路服务区一般由六板块组成：1 牵引闸道；2 停车区；3 司机、旅客休息 区( 含餐饮、购物、住宿、休息厅、厕所) ；4 车辆维修区( 维修车间和修车广场) ；5 加油区( 含油库、加油大棚、站房) ；6 人流活动休闲广场。 随着高速公路里程增加、高速公路连网后车流量递增速度快，近1 0 年干线公路 的车流量以每年2 0 - - 3 0 的速度递增，高速公路服务区的功能和设施已不能适应 发展需要。有的高速公路通车不到6 年服务区就已经改造扩建2 - 3 次。做为维护服 务区重要功能之一的污水处理设施也逐渐不能适应交通量、环保理念带来的变化。 目前正在使用中的高速公路服务区污水处理存在的问题也日益突出了。 由于高速公路远离城市，其污水无法直接排入城市下水管网，需要设置单独的 小型污水处理系统进行处理后达标排放。按建设项目环境保护“三同时”的要求，我 国多数高速公路服务区均投资建设了污水处理设施。但经过调查发现，目前我国高 速公路服务区污水处理存在以下几方面的问题 2 1 ： 1 ) 部分早期建设的高速公路没有设置污水处理装置或只设置传统的化粪池进行 污水处理。而化粪池处理的效果不理想，环保设施验收监测结果表明出水不能完全 达标排放，对周围环境，尤其是地下水的污染比较严重。 2 ) 污水处理设备的设计和选择难以确定。由于难以确定高速公路服务区实际用 水量，污水处理设备不好选型，易造成装置处理能力与实际污水量有较大偏差。另 外生物处理设备对运行管理要求较高、实际使用时往往由于缺乏专业人员管理、维 护，导致处理效果较差【3 1 。 河北科技大学硕十学位论文 3 ) 污水处理设施运行费用较高，主要是耗电量大，电费高。据调查，高速公路 服务区污水处理装置每年维护费及运行耗电费达万余元【4 】。 鉴于上述问题，服务区污水虽已经过处理但水质仍难以得到保证。同时因为高 速公路的地域限制，服务区的污水终端排放点大多为农田或鱼塘，污水在没有达标 的情况下排放极易形成附近区域的二次污染，导致农田欠收、鱼类死亡等。 如何进行高速公路服务区污水治理工艺设计及和运行控制，使其不但能够达标 排放，而且能够做到高效低耗运行，中水回用，减少二次污染已经成为高速公路服 务区污水治理技术的关注点。 1 2 高速公路服务区污水特点及处理现状 1 2 1高速公路服务区污水水质特点 高速公路服务区设施包括超市、洗手间、住宿间、锓厅、加油站等，因此高速 公路服务区污水一般由生活污水、餐厅污水、洗车、加油站污水等组成。污水以生 活污水、加油站清洗污水为主【5 1 ，其污水水质( 表】1 ) 与典型生活污水水质( 表1 2 ) 和 洗车污水( 表1 3 ) 相近。 服务区污水具有其特有的特点：氨氮含量高，色度高，化学需氧量大，磷、重 金属、油污等污染物含量高，水质复杂、水量波动大。 表1 1高速公路服务区污水水质统计表 t a b 1 1 e x p r e s s w a ys e r v i c ea r e ere s a s e w a gw a t et a b l s s c o d 氨氦 石油类动植物 服务区名称p h b o d m g l “ m g l 一r a g l 1m g l m g l m g l 。 沪杭路枫径服务区南 区 沪杭路枫径服务区北 区 汕汾路潮州服务区东 区 汕汾路潮州服务区两 区 8 6 o 7 4 7 8l6 2 6 6 051 6 9 8 1 1 4 2 o 石安路西兆通服务区 7 3 7 7 石安路磁县服务区7 5 8 0 3 7 2 4 7 8 1 0 8 0 1 2 6 o 2 3 5 3 3 5 1 3 4 2 6 7 1 1 6 o 7 4 3 4 0 7 2 3 0 3 0 7 7 9 5 5 7 ；8 4 2 11 7 4 3 5 8 9 2 l f o o o o 0 m l 田 m m t m & 旷 吼 引 勰 拍 弱 乾 弘 啦 b 1 2 2 4 ， m m m m o o 2 o 5 o 8 o 2 o l 住 船 m 髓 b 铽 拍 m 吼 续表1 1 高速公路服务区污水水质统计表 t a b ! - 1 e x p r e s s w a ys e r v i c ea r e as e w a g ew a t e rt a b l e s 高速公路服务区污水一般由生活污水和洗车、加油站污水组成，这就造成了污 水水质复杂。高速公路服务区餐厅、大型公厕、宾馆产生的污水排放量相对多一些， 尤其是洗手间和淋浴间污水较多，致使服务区污水中氨氮和s s 浓度高，洗车废水所 含污染物以泥沙颗粒物、石油类为主；车辆加油站和维修站排水则以石油类为主瞵j 。 高速公路服务区所排放的加油、洗车、修车废水数量较少，一般经隔油池预处理后与 生活污水混合进入后续处理。 3 河北科技大学硕十学位论文 表1 3 洗车废水水质1 7 】 t a b 1 3c a rw a s h i n gw a t e rq u a l i t y m g l 1 污染物范围平均值 s s4 5 8 6 5 05 3 2 7 c o d4 8 3 2 01 7 5 石油类 3 5 7 9 62 8 4 高速公路服务区污水与生活污水显著不同的特点就是水质、水量不稳定。这与 交通量有很大关系。服务区常住人员少，主要是来往车辆、旅客停靠产生污水。车 辆的来往具有很大的随机性。因此，发生的水量也具有较大的波动性，水量每时、 每天、每月都有可能不同。 。 1 2 2 高速公路服务区污水处理方式 随着污水处理技术的发展和环俣耍求的提高，高速公路服备区的污水处理技术 也不断发展。主要的污水处理方式如下： 1 ) 九十年代中期以前采用普通化粪池作为污水处理设施，出水水质较差，一般 仅能达到污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) - - - 级标准，有时连三级排放标准都 很难达到。 2 ) 九十年代中期以后采用地埋式一体化污水处理设施。一体化污水处理设施设 计相对合理。能满足达标排放。出水一般都能达到污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 二级标准。 ， 一体化污水处理设施的工艺流程一般如下： l 污水卜_ 十格栅卜_ 十调节池 叶生物处理i 叶沉淀池f - 十消毒池r 叶排放l 广1 广_ 1r _ 1 广_ 1 广- 1 广1 广1 图1 1一体化污水处理工艺流程 f i g 1 - 1p r o s s ef l o wo fi n t e g r a t i o n w a s t e w a t e rt r e a t m e n t 在上述工艺中，生物处理以生物接触氧化法居多。生物接触氧化法就是在反应 器内设置填料，经过充氧的废水与长满生物膜的填料相接触，在生物膜的作用下， 使废水得到净化。 3 ) 除以上两种主要方式外，近几年高速公路服务区还有采用活性污泥法、s b r 法、m b r 法、生物氧化塘法等其它方式处理污水。这部分内容将在第二章详细介绍。 目前，高速公路污水处理主要采用第2 ) 和3 ) 种方式。 4 第1 章绪论 1 2 3 高速公路污水处理技术开发方向 高速公路服务区的污水排放量不是很大，但如果不加处理任意排放，亦会造成 地表和地下水体的水质污染，甚至会危害到人体健康，所以需要设置单独的污水设 施，污水处理达标后排放。其中，洗车、车辆维修排放的污水数量较少，经隔油沉 淀池处理后排放或与生活污水混合进入后续处理设施。目前我国高速公路服务区污 水处理存在问题是：部分早期建设的高速公路服污水采用化粪池处理出水不能实现 达标排放；而后期建设的高速公路服务区虽然能实现达标排放，但是存在污染物去 除率不高，设备运行成本高，故障维修成本高，不能实现中水回用来节能降耗等问 题。 目前高速公路污水处理技术开发方向是：采用先进的工艺，在达标排放的基础 上，咎合高速公路服务区占地丛、的特点使处理系统达到去除率高的效果笋1 ；i f ! 到低 能耗、低故障地低成本运行，同时能够中水回用，做到节能、降耗、减排，实现绿 色高速、绿色服务的高速公路服务理念。 1 3 研究目的及内容 一 。 本研究课题来源于作者工作单位河北道桥交通集团。河北道桥交通集团负责唐 津高速公路唐山服务区的运营管理。唐津高速唐山服务区的产权单位为河北省交通 厅道路开发中心。由于唐津高速交通量日益增加，原有污水处理设施处理能力不足， 不能达标排放，不能中水回用需。河北省道路开发中心于2 0 0 8 年组织对唐山服务区 的南区和北区进行污水处理设施改造。改造是在原有占地基础上对污水处理工艺、 设备进行重新设计开发。河北道桥交通集团作为运营管理单位参与污水处理工程设 计、设备安装、调试运行，并负责设施运行管理和日常维护。作者参与污水处理设 施的设计工作并负责调试运行控制。 本研究课题通过对唐津高速公路唐山服务区污水处理工程设计、运行控制参数 优化的研究，在工程设计方面采用先进工艺、因地制宜，通过运行参数优化和运行 效果监测，对主要运行参数优化，以便达到高效、低耗运行的设计目标。为高速公 路服务区污水处理工程设计工艺选择及运行参数优化提供经验。 5 河北科技大学硕十学位论文 第2 章唐津高速服务区污水处理工程设计 2 1 唐津高速污水处理设施工程设计 2 1 1项目概况 本工程为唐津高速唐山服务区污水处理系统改造工程，唐山服务区污水同处理 废水量2 0 0m 3 d 一，小时最大量8 5m 3 h ，污水处理设施运行时间为2 4 小时，执行 城市污水再生利用城市杂用水水质标准( g b i t l8 9 2 0 2 0 0 2 ) 绿化用水标准，出水 排放到服务区用于厂区绿化用水。 2 1 2 废水的来源及水质。 废水来源为生活污水( 生活污染区污水) 来源于客房楼，综合楼，公共厕所，餐厅 等的生活污水。主要的污染因子为c o d ，b o d ，s s ，油等。排水不均匀，水质与水 量的波动大。 根据实际监测结果，该服务区所排废水水质情况见表2 1 。 表2 - 1 废水水质情况表 t a b 2 iw a s t e w a t e rq u a i l t y 2 1 3 设计依据 1 ) 建设单位提供的有关设计资料 2 ) 污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 19 9 6 ) 3 ) 地面水环境质量标准( g b 3 8 3 8 8 8 ) 4 ) 室外派水设计规范( g b j l 4 8 7 ) 5 ) 生活污水处理工程设计规定d b j 87 19 8 6 ) 给水排水工程结构设计规范( g b 6 9 8 4 ) 7 ) 城市污水再生利用城市杂用水水质标准( g b t 1 8 9 2 0 2 0 0 2 ) 8 ) 排水工程设计规范与建筑、结构、电气有关设计规范与设计手册 2 1 4 设计原则 1 ) 高速公路服务区污水处理设计必须按照国家和地方有关的环境保护法和建设 项目设计规定要求进行设计，应符合国家有关方针政策的规定和要求，处理后的水 质应达到国家规定的排放标准并能中水回用用于服务区绿化，减少二次污梨13 1 。 6 2 ) 工程投 2 1 5 1 ) 2 ) 单元一 3 1 2 1 6 1 ) 根 考虑到 规模为 2 ) 根 计进水 p h 为6 9 ；c o d = 3 5 0 - 4 5 0m g l ；b o d 5 = 18 0 2 5 0m g l ；氨氮5 0 7 0m g l ； s s = 2 0 0 3 0 0m g - l 。 ：3 ) 设计出水水质 + 出水水质达到城市污水再生利用城市杂用水水质标准( g b t 1 8 9 2 0 2 0 0 2 ) 绿化用水排放标准：p h 为6 - 9 ；c o d 6 0m g l 一；b o d 5 旦om g l ；氨氮翌0m g l ； s s 5 3 0m g 。l 。 预期达到的处理效果见表2 2 。 表2 - 2 预期达到的处理效果 1 j b2 2i n t e n d e de f f e c l 7 河北科技大学硕十学位论文 2 2 污水处理工艺及说明 2 2 1高速公路服务区污水处理工艺概述 国内目前比较常用的工艺方法为组合式小型污水处理设备。组合式污水处理设 备是将一、二级污水处理单元组合在一个设备内，节省占地，便于施工安装及产品 化。这种设备有地埋式和地上式，一般多采用地埋式，其一般处理流程为： 图2 1一体化污水处理工艺流程 f i g 2 - 1p r o s s ef l o wo fi n t e g r a t i o n w a s t e w a t e rt r e a t m e n t 其中生物处理可以采用多种工艺，主要有：生物接触氧化法、活性污泥法等。下 面介绍几种主要的生物处理工艺。 2 2 1 1 生物接触氧化处理工艺 1 ) 方法和原理 生物接触氧化法的概念最早于1 9 世纪末由w a r i n g t l 5 1 等人提出。2 0 世纪5 0 年代 初，接触氧化技术被广泛应用于小型污水处理厂中。近2 0 余年来，接触氧化技术在 国内外都得到了广泛而深入的研究与应用，研究领域涉及新型反应器的研制与开发、 填料选材、氧传递机理，微生物选育和挂膜等多方面。 生物接触氧化法是从生物膜法派生出来的一种废水生物处理法，即在生物接触 氧化池内装填一定数量的填料，利用栖附在填料上的生物膜和充分供应的氧气，通过 8 第2 章唐津高速服务区污水处理丁艺设计 生物氧化作用，将废水中的有机物氧化分解，达到净化目的1 1 6 】。 生物接触氧化法净化废水的基本原理就是以生物膜吸附废水中的有机物，在有 氧的条件下，有机物由微生物氧化分解，废水得到净化。生物接触氧化池内的生物 膜由菌胶团、丝状菌、真菌、原生动物和后生动物组成。在活性污泥法中，丝状菌 常常是影响正常生物净化作用的因素；而在生物接触氧化池中，丝状菌在填料空隙 间呈立体结构，大大增加了生物相与废水的接触表面，同时因为丝状菌对多数有机 物具有较强的氧化能力，对水质负荷变化有较大的适应性，所以是提高净化能力的 有力因素1 1 7 2 。 2 ) 优缺点 接触氧化法是一种兼有活性污泥法和生物膜法特点的一种新的废水生化处理 法。因此兼有活性污泥法和生物膜法的特点。且管理简或、耐冲击负荷、处理效果稳 定，自2 0 世纪7 0 年代后期以来，在我国得到了广泛的应用，其在工艺、功能以及运行 等方面具有下列主要特征：第一，b o d 容积负荷高，污泥生物量大，相对而言处理 效率较高，而且对进水冲击负荷( 水力冲击负荷及有机浓度冲击负荷) 的适应力强【2 。 第二，处理时间短。因此在处理水量相同的条件下，所需装置的设备较小，因而占 地面积小。第三，能够克服污泥膨胀问题。生物接触氧化法同其他生物膜法一样， 不存在污泥膨胀问题，对于那些用活性污泥法容易产生膨胀的污水，生物接触氧化 法特别显示出优越性【2 2 】：容易在活性污泥法中产生膨胀的菌种( 如球衣细菌等) ，在接 触氧化法中，不仅不产生膨胀，而且能充分发挥其分解氧化能力强的优点。第四， 可以间歇运转。当停电或发生其它突然事故后，生物膜对间歇运转有较强的适应力 2 3 】。长时间的停车，细菌为适应环境的不利条件，它和原生动物都可进入休眠状态， 显示了对不利生长的环境有较强的适应力；一旦环境条件好转，微生物又重新开始 生长、代谢。有人试验，即使停止运转一个月，再重新开始运行，生物膜数日内即 可恢复正常。第五，维护管理方便，不需要回流污泥。由于微生物是附着在填料上 形成生物膜，生物膜的剥落与增长可以自动保持平衡，所以无需回流污泥，运转十 分方便【2 4 】。第六，剩余污泥量少。 生物接触氧化法缺点【2 5 2 7 】：第一，生物膜的厚度随负荷的增高而增大，负荷过 高则生物膜过厚，引起填料堵塞。故负荷不易过高，同时要有防堵塞的冲洗措施。 第二，大量产生后生动物( 如轮虫类) 。后生动物容易造成生物膜瞬时大块脱落，则易 影响出水水质。第三，填料及支架等往往导致建设费用增加。第四，氧利用率不高， 动力消耗大，且检修、维护不方便，必须排空池体才能检修。 3 ) 生物接触氧化池组成及装置 接触氧化池主要有池体、填料和布水布气装置三部分组成。池体的作用除了进 行净化污水外，还要考虑填料，布水、布气等设施的安装。当池体容积较小时，可 o 河北科技大学硕士学位论文 采用圆形钢结构，池体容积较大时可采用矩形钢筋混凝土结构。池体的平面尺寸以 满足布水、布气均匀，填料安装、维护管理方便为准【2 引。池体的底壁须有支承填料 的框架和进水进气管的支座。池体厚度根据池的结构强度要求来计算。高度则由填 料、布水布气层、稳定水层以及超高的高度来计算。同时，还必须考虑到充氧设备 的供气压力或提升高度。一般总池高在3 5 - - - 6 0 m 左右。 池体按结构分为分流式和直接式两类，其结构见图2 2 所示： 宝物锰垃炙七也 】分 , h r 。z n i x ( 薮g g 气毙掌式沁。2 分恐式( 1 磊邂_ 兑氧i ：j ； 3 立镬式( 致最耀! 气j ：式 图2 2 生物接触氧化法处理装置 f i g 2 2 b i o 。c o n t a c to x i d a t i o nt r e a t m e n tp l a n t 1 ) 池体 分流式的曝气装置在池的一侧，填料装在另一侧，依靠泵或空气的提升作用，使水 流在填料层内循环，给填料上的生物膜供氧。此法的优点是废水在隔间充氧，氧的 供应充分，对生物膜生长有利。缺点是氧的利用率较低，动力消耗较大【2 9 】；因为水 力冲刷作用较小，老化的生物膜不易脱落，新陈代谢周期较长，生物膜活性较小；同时 还会因生物膜不易脱落而引起填料堵塞。 直接式是在氧化池填料底部直接鼓风曝气。生物膜直接受到上升气流的强烈扰 动，更新较快，保持较高的活性；同时在进水负荷稳定的情况下，生物膜能维持一 定的厚度，不易发生堵塞现象。一般生物膜厚度控制在l 毫米左右为宜。 2 ) 填料 填料是生物膜赖以栖息的场所，是生物膜的载体，同时也有截留悬浮物的作用。 因此，载体填料是接触氧化池的关键，直接影响生物接触氧化法的效能。载体填料 的要求是：易于生物膜附着，比表面积大，空隙率大，水流阻力小，强度大，化学 和生物稳定性好，经久耐用，截留悬浮物质能力强，不溶出有害物质，不引起二次 污染p 4 1 ，与水的比重相差不大，避免氧化池负荷过重，能使填料间形成均一的流 速，价廉易得，运输和施工方便。 1 0 第2 章唐津高速服务区污水处理1 ：艺设计 目前，国内主要采用合成树脂类作填料，如硬聚氯乙烯塑料、聚丙烯塑料、环 氧玻璃钢、环氧纸蜂窝等硬性填料：还开发出多种新颖的软性填料、半软性填料、 弹性生物环填料以及漂浮填料等多种形式的填料。这些填料在生物接触氧化系统的 建设费用中约占5 5 - 一6 0 。所以载体填料直接关系到接触氧化法的经济效果【3 5 3 9 】。 选用适当的填料以增加生物膜与废水的接触表面积是提高生物膜净化废水能力 的重要措施。一般采用蜂窝状填料。蜂窝填料有斜管和直管两种，材质有p p 、p v c 两 种。斜管主要用于给排水工程中进水口除沙，工业和生活用水沉淀，污水沉淀，隔 油及尾矿浓缩处理，也可用于旧池改造，主要特点：湿周大，水力半径小，层流状 态好，颗粒沉淀不受絮流干扰。直管用于塔式生物滤池，高负荷生物滤池和淹没式 生物滤池( 又称接触氧化池) 。以及生物转盘的微生物载体。蜂窝状填料的比表面积对 填料的性质有一定影响。一般选择1 2 6 j 见表2 3 ： 表2 3 蜂窝状填料比表面积 t a b 2 - 3 h o n e y c o m bf i l l e rs u r f a c ea r e a 填料目前存在的问题主要是池内填料间的生物膜有时会出现堵塞现。研究的方 向是针对不同的进水负荷控制曝气强度，以消除堵塞；其次是研究合理的氧化池池 型和形状、尺寸和材质合适的填料。 3 ) 布水布气装置 接触氧化池均匀地布水布气很重要，它对于发挥填料作用，提高氧化池工作效 率有很大关系。供气的作用有三1 4 0 】：a ) 使生物接触氧化池溶解氧一般控制在4 5 m g l 1 左右；b ) 充分搅拌形成紊流，有利于均匀柿水，紊流愈甚，被处理水与生物 膜的接触效率愈高，传质效率良好，从而处理效果也愈佳；c ) 防止填料堵塞，促进 生物膜更新。 目前生产上常采用的布气方式有喷射器( 水射器) 供氧、穿孔管布气、曝气头布气 等。布水方式分顺流和逆流两种。顺流指进水与供气同向，氧化池中水、气同向流 动，此种工艺中填料不易堵塞，生物膜更新情况较好，较易控制；逆流指进水与供 气方向相反，池内水、气逆向相对流动，气液接触条件好，增加了气水与生物膜的 接触面积，故去除效果好，但由于进水部分的水力冲刷作用较小，填料上的生物膜 不易脱落更新。国内通常采用的是顺流工艺。 2 2 1 2 活性污泥法 活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法。活性污泥法是向 河北科技大学硕十学位论文 废水中连续通入空气，经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。 其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。 活性污泥法的基本组成： 活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排除系统组成，见下图 2 3 。 进水 出水 图2 - 3活性污泥法基本流程 f i g 2 3 t h eb a s i cf l o wa c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s 其中，曝气池和沉淀池是主体构筑物。污水和回流的活性污泥一起进入曝气池 形成混合液。从空气压缩机站送来的压缩空气，通过铺设在曝气池底部的空气扩散 装置，以细小气泡的形式进入污水中，目的是增加污水中的溶解氧含量，还使混合 液处于剧烈搅动的状态，形悬浮状态。溶解氧、活性污泥与污水互相混合、充分接 触，使活性污泥反应得以正常进行。 第一阶段，污水中的有机污染物被活性污泥颗粒吸附在菌胶团的表面上，这是 由于其巨大的比表面积和多糖类黏性物质。同时一些大分子有机物在细菌胞外酶作 用下分解为小分子有机物。 第二阶段，微生物在氧气充足的条件下，吸收这些有机物，并氧化分解，形成 二氧化碳和水，一部分供给自身的增殖繁衍。活性污泥反应进行的结果，污水中有 机污染物得到降解而去除，活性污泥本身得以繁衍增长，污水则得以净化处理。 经过活性污泥净化作用后的混合液进入二次沉淀池，混合液中悬浮的活性污泥 和其他固体物质在这里沉淀下来与水分离，澄清后的污水作为处理水排出系统。经 过沉淀浓缩的污泥从沉淀池底部排出，其中大部分作为接种污泥回流至曝气池，以 保证曝气池内的悬浮固体浓度和微生物浓度【4 2 1 ；增殖的微生物从系统中排出，称为 “剩余污泥”。事实上，污染物很大程度上从污水中转移到了这些剩余污泥中。 2 2