（市政工程专业论文）ABR高负荷生物滤池污水处理工艺调试运行分析.pdf

中文摘要 本文对厌氧水解( a b r ) 曝气充氧高负荷生物滤池污水处理工艺在我国北 方某污水处理厂中的的调试与运行情况进行分析。该污水处理厂自2 0 0 6 年5 月 开始运行，经过3 个月的调试，出水达到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 ) 二级标准，一期工程竣工验收合格。在6 个月的连续运行期 问没有排除剩余污泥。实践表明，在正常进水水质情况下，该工艺具有处理效果 稳定、出水水质好、基建投资省、运行费用低、抗冲击负荷能力强、污泥产量少 等优点，对低浓度污水也有良好的处理效果，是一种适合中小城镇的经济实用的 处理工艺。 针对污水处理厂在1 0 1 1 月份运行效果不理想的情况，在实验室进行了小试， 采用弹性填料生物接触氧化法处理污水厂的污水。试验分为2 个阶段，第一阶段， 水力停留时间为1 - 4 h ，均难以使出水达标。经调查发现有大量农排渠盐碱水误 接入污水管道中，造成污水水质的变化，可生化性很差( b o d s c o d 嚣 0 1 5 0 1 ) 。 调整管道后，试验进入第二阶段，这时进水才符合典型城镇污水的特征。水力停 留时间为l 4 h ，均能使污水中的c o d 盯从1 2 0 - - 1 5 0 m g l ，降低到7 0 m g l 左右； b o d 5 从4 0 - - 6 0 m g l ，降低到1 0 2 0 m g l ；氨氮从3 0 一- 4 0 m g l ，降低到2 0 m g l 以下。 在现有的条件下，根据试验结果，建议将曝气池改造为弹性填料生物接触氧 化池，会对污水厂处理系统有较大的强化作用。 关键词：城镇污水厌氧水解高负荷生物滤池生物接触氧化 a b s t r a c t 1 1 1 e p a p e ra n a l y s e st h ec o m m i s s i o na n do p e r a t i o no fc o m b i n e da n a e r o b i c b a f f l e dr e a c t o r ( a b r ) 一a e r a t i o n - h i 曲r a t et r i c k l i n gf i l t e rp r o c e s s e su s e df o ram u n i c i p a l w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n ti nt h en o r t ho fc h i n a t h ep l a n th a dr u ns i n c em a m2 0 0 6 a f t e rc o m m i s s i o nf o r3m o n t h s e f f l u e n tr e a c h e dg r a d e2o f “d i s c h a r g es t a n d a r do f p o l l u t a n t sf o rm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ( g b 18 918 - 2 0 0 2 ) p h a s eip r o j e c t c h e c kw a su pt og r a d e n ow a s t es l u d g ew a sd i s c h a r g e dd u r i n gc o n t i n u o u so p e r a t i o n f o r6m o n t h s t h ep r a c t i c a lo p e r a t i o ns h o w st h a tt h ec o m b i n e dp r o c e s s e sh a v em a n y a d v a n t a g e s u n d e rt h en o r m a li n f f l u e n tc o n d a t i o n s ，s u c ha ss t a b l et r e a t m e n t p e r f o r m a n c e ，g o o de f f l u e n tq u a l i t y , l o wc i v i le n g i n e e r i n gc o s t , l o wo p e r a t i o nc o s t ， g o o dt o l e r a n c ef o rs h o c kl o a d i n g ，al i t t l es l u d g ep r o d u c t i o ne r e n e yh a v eg o o d t r e a t m e n te f f e c tf o rl o ws t r e n g t hw a s t e w a t e ra sw e l l t h ep r o c e s s e sa r ec o s t - e f f e c t i v e f o rm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n ti ns m a l lt o w n t h ep e r f o r m a n c eo ft h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tw a sn o tp e r f e c td u r i n g o c t o b e ra n dn o v e m b e r , a n dl a b o r a t o r yt e s tw a sc a r r i e do u t e l a s t i cf i l l e rb i o l o g i c a l c o n t a c to x i d a t i o nm e t h o dw a su s e dt ot r e a tw a s t e w a t e rf r o mt h ep l a n t t h et e s tw a s d i v i d e di n t o2p h a s e s i nt h ef n s tp h a s e ，i tw a sd i f f i c u l tt or e a c he f f l u e n ts t a n d a r d d u r i n gh y d r a u l i cr e s i d e n c et i m er a n g e df r o ml ht o4 h b yi n v e s t i g a t i o n ，i tw a sf o u n d t h a tm u c hr i v e rw a t e ro fa l k a l i n es o i lf r o ma g r i c u l t u r a ld r a i n a g et r e n c hf l o w e di n t o w a s t e w a t e rp i p e l i n e sb ym i s t a k e ，a n dc h a n g e dq u a l i t yo ft h ew a s t e w a t e r , a n d b i o d e g r a d a b i l i t yw a sv e r yb a d ( b o d s c o d e r 0 1 5 , 0 1 ) t h et e s tw a st u r n e dt ot h e s e c o n dp h a s ea f t e ra d j u s t i n gp i p e l i n e s i n f l u e n ta c c o r d e dw i t hc h a r a c t e r i s t i c so f r e p r e s e n t a t i v em u n i c i p a lw a s t e w a t e ra tt h et i m e d u r i n gh y d r a u l i cr e s i d e n c et i m e r a n g e df r o ml ht o4 h ，c o d c ff e l lf r o m1 2 0 - - , 15 0 m g lt o7 0 m g lo rs o ，b o d 5f r o m 4 0 - - 。6 0 m g lt o lo 2 0 m g l ，a m m o n i an i t r o g e nf r o m3 0 - - 4 0 m g lt o2 0 m g ，l b e l o w u n d e rt h ee x i s t i n gc o n d i t i o n s ，i ti ss u g g e s t e dt h a ta e r a t i o nt a n ks h o u l db em o d i f i e dt o e l a s t i cf i l l e rb i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o nt a n ka c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n tr e s u l t s i t w o u l dh a v ear a t h e rb i gr e i n f o r c e m e n te f f e c tf o rt h et r e a t m e n ts y s t e mo ft h ep l a n t k e yw o r d s ：m u n i c i p a lw a s t e w a t e r , a b r , h i g hr a t et r i c k l i n gf i l t e r ，b i o l o g i c a l c o n t a c to x i d a t i o n 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，也不包含为获得丕鲞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：童稿重签字日期：哆年矿多月孑曰 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解叁鲞盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁盗盘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：多后专 导师签名： 签字同期：z 唧年口月胗日 签字日期： 一， 唧日 l 第一章绪论 1 1 城镇污水处理技术综述 第一章绪论 进入2 0 世纪8 0 年代，我国国民经济飞速发展，城市建设进程加快，其主要表 现在城镇规模的不断扩大和城市经济建设的迅猛发展。城镇规模的扩大使得城镇 人口越来越多，城镇经济的发展会使城镇内的工业企业规模扩大、数量增加，污 水的排放量逐年增加，由此带来的我国城镇的环境问题已刻不容缓。据预测，随 着我国中小城镇的快速发展，城镇排污量将成倍增长，至u 2 0 1 0 年可能要增加到3 0 0 亿吨。可见，虽然单个中小城镇排放的污水量无法与大城市相比，但是我国中小 城镇数量众多，其排放总量相当可观。而且中小城镇布局分散，每个中小城镇排 放的污水都影响到当地的城市和自然环境，必须对中小城镇的污水进行控制才能 实现可持续发展目标【1 j 。为控制我国的水污染，促进城市污水处理设施建设及相关产业的发展，建设 部、国家环保总局、科技部等单位，根据中华人民共和国水污染防治法、中 华人民共和国城市规划法、国务院关于环境若干问题的决定，制定了城 市污水处理及污染防治技术政策，提出2 0 1 0 年全国设市城市和建制镇的污水平 均处理率不低于5 0 ，设市城市污水处理率不低于6 0 ，重点城市的污水处理率 不低于7 0 m j 。要实现上述目标，就必然要加大污水处理的力度。 1 1 1 中小城镇污水处理工艺应具有的特点 ( 1 ) 处理效果好，并具有较强的抗冲击负荷的能力；( 2 ) 经济节能，基建投资 和运行费用低；( 3 ) 处理工艺成熟可靠，简便易行；( 4 ) 维护管理方便，利用当地 技术和管理就能正常运行：( 5 ) 应具有能方便地改变其处理流程的能力。另外， 还应结合中小城镇附近有可利用的农田，可进行污水灌溉和污泥用作农肥等便利 条件，在污水处理工艺的选择上将污水处理与利用相结合，与保护和改善当地的 生态环境和水环境相结合，以实现中小城镇区域性的生态环境和水资源的良性循 环【3 1 。 1 1 2 中小城镇污水处理常用工艺介绍 ( 1 ) s b r s b r 法早在2 0 世纪初已开发，由于人工管理繁琐未予推广。此法集进水、曝 第一章绪论 气、沉淀、出水在一座池子中完成，常由四个或三个池子构成一组，轮流运转， 一池一池地间歇运行，故称序批式活性污泥法。这种工艺的特点是工艺简单，由 于只有一个反应池，不需二沉池、回流污泥及设备，一般情况下不设调节池，多 数情况下可省去初沉池，故节省土地和投资，耐冲击负荷且运行方式灵活，可以 从时间上安排曝气、缺氧和厌氧的不同状态，实现除磷脱氮的目的。但因为每个 池子都需要设曝气和输配水系统，采用滗水器及控制系统，间歇排水水头损失大， 池容的利用率不理想，所以在这些方面还有待研究和改进。s b r _ t 艺由于具有一 体化工艺的特点，易于实现设备的集成化和自动化。 s b r _ i 艺的发展与推广应用，与目前城市污水处理厂的建设朝中小型化和分 散化的方向发展密切相关。目前我国随着城镇化发展的不断涌现的众多中小城 镇，其污水的收集与排放具有明显的分散和小型化的特点：此外，自2 0 世纪9 0 年代中期以来，我国年排放的城市污水中，生活污水的比重已超过工业废水，水 环境治理的主要任务已在严格控制工业废水排放和有机污染的同时，十分强调水 体富营养化的控制，废水中氮、磷的控制已成为选择废水处理工艺必须考虑的问 题。由此s b r 作为一种适用于中小规模处理和具有良好脱氮除磷效果的废水处理 工艺便应运而生【4 j 。 ( 2 ) 氧化沟 氧化沟法工艺技术是于1 9 5 0 年由荷兰卫生公共研究所研究成功并在荷兰发 展起来的。1 9 5 4 年荷兰建成了世界上第l 座氧化沟污水处理厂，原型为一个环状 跑道式的斜坡池壁的间歇运行反应池( 白天用作曝气池，晚上用作沉淀池) ，曾获 得惊人的成功，生化需氧量去除率可达9 7 ，引起了世界各国的广泛兴趣和关注。 经过5 0 年的使用、研究开发和改进，氧化沟系统在池形、结构、运行方式、曝气 装置、处理规模、适用范围方面都得到了长足的发展，被世界各国广泛采用。 氧化沟法工艺既能处理城镇生活污水又能处理工业废水，目前被大多数综合 污水处理厂采用，虽然一次性投资较大，但是易于运行控制，运行费用低，操作 简单，耐冲击负荷能力强，出水水质稳定，综合成本偏低【5 】。 ( 3 ) u n i n 州k u n i t a n k 工艺是在s b r 的基础上改进提出的一体化污水处理工艺。它吸收 了s b r 的优点，将污水连续式生化处理和问歇式生化处理结合起来。u n i t a n k 系统的主体是一个被分成左、中、右三个单元的矩形反应池，三池之间水力相通， 每个池都设有曝气系统。外侧的两格池都设有固定的出水堰，污水可以进入三池 中的任一个，当其中两个池用来曝气时，另一个池用来沉淀。系统采用连续进水 的运行方式，通过对系统运行的调整可实现对处理过程及时间的控制。u n i t a n k 技术中各处理单元设计紧凑，可加大处理构筑物的竖向高度来缩小整个工厂的占 2 第一章绪论 地面积，每立方米占地0 3 - 0 6 m 2 ，单位面积污水处理能力要比传统氧化沟工艺 高2 5 - - 8 0 。系统不需要设置调节池、单独的二次沉淀池、外部污泥收集、回 流系统，减少了一次性投资。污泥体积低、易于沉淀，并且可以通过脱氮除磷过 程抑制丝状菌的生长，减少了污泥膨胀，从而减少了污泥处理的费用。由于 u n i 州k 技术采用了自动控制系统，便于操作和管理，从而减少专业工作人员 的数量，吨水的处理费用也低于国内普遍水平。u n i t a n k 技术因其集经济性、 科学性和实用性于一体，在未来的中小城镇污水处理工艺的发展和应用领域中将 占有重要的地位【1 】。 ( 4 ) a b 法 a b 法污水处理工艺，系吸附生物降解( a d s o r p t i o n b i o d e g r a t i o n ) 工艺的简 称。是德国亚琛工业大学宾克( b o l m k e ) 教授于2 0 世纪7 0 年代中期开创的。a b 法污水处理工艺于2 0 世纪8 0 年代初开始在我国应用于工程实践。由于其具有抗冲 击负荷能力强，对p h 值变化和有毒物质具有明显缓冲作用的特点，故主要应用 于污水浓度高，水质水量变化较大，特别是工业污水所占比例较高的城镇污水处 理厂【6 1 。 ( 5 ) c b 法 c b 法是由强化絮凝和曝气生物滤池集成，是由c 段和b 段组成，两段可以 分段建设，独立运行，可以根据建厂的情况灵活掌握。 c 段为化学、生物强化絮凝阶段。大量试验与运行结果表明，强化絮凝处 理工艺可以显著去除城镇污水中的各种有毒有害污染物，对悬浮物、重金属、磷 等的去除率达9 0 以上。c 段用化学药剂和活性污泥絮凝去除大于l 肛m 的悬浮 物，其c o d 盯去除率达到6 0 7 0 ，并可显著提高其可生化性。反应池中污泥 浓度高，这一方面可以提高化学药剂的利用率，另一方面可以加快絮状物的形成， 并形成污泥层，改善分散性悬浮物和磷酸盐的沉降去除效果。因此c 段与化学强 化工艺相比，运行费用更低，固液分离效果更好。 b 段的核心是曝气生物滤池( b a f ) ，实际上是生物膜工艺的新进展。微生 物附着在比表面积很大的填料上，污泥停留时间长、容积负荷高、水力停留时问 短、能够承受日常突发的冲击负荷。此外，b a f 可以截留大量的悬浮物，不需要 固液分离，省去了二沉池，降低了投资费用。据德 p h i l i p pm u l l e r 公司的资料， b a f ( 曝气生物滤池) 处理城镇污水与传统的活性污泥法相比，可节省占地7 5 以上，投资费用降低2 5 以上，运行费用也降低了2 0 左右川。 ( 6 ) 人工湿地处理系统 人工湿地净化污水始于1 9 5 3 年德国m a p l a n c k 研究所，该研究所的s e i d e l 博士 在研究中发现芦苇能去除大量有机和无机物。2 0 世纪6 0 年代末s e i d e l 与k i c k u t h 合 第一章绪论 作并l 刍k i c k u t h 于1 9 7 2 年提出根区理论嗍，掀起人工湿地的熟潮。 人工湿地是近2 0 年发展起来的一种废水处理新技术，它主要由人工基质填料 和水生植物组成，目前对人工湿地处理污水的机理已经取得了基本一致的认识： 利用系统中基质+ 水生植物+ 微生物的物理、化学、生物的三重协同作用，通过基 质过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净 化。人工湿地处理系统具有“一高三低一不”的特点，即高效率、低投资、低运行 费用、低维持技术和基本不用电，这对于节省资金、保护水环境以及进行有效的 生态恢复具有十分重要的现实意义，因此越来越受到世界各国的重视和关注。我 国经济发展水平不高，能源短缺，中小城市和乡村严重缺乏具有一定操作技术及 管理水平的人员，因此人工湿地处理污水技术尤其适合我国国情【9 】。 ( 7 ) 厌氧水解高负荷生物滤池 进粗细沉砂厌氧 高负荷生 二沉出 - 水格栅池水解物滤池 池水 图1 1 厌氧水解高负荷生物滤池工艺流程图 厌氧水解一高负荷生物滤池组合工艺采用厌氧水解滤池取代传统的初沉池 作为预处理工艺，在传统高负荷生物滤池的基础上对其进行改造，保留了该方法 高负荷、高效率的优点。与广泛运用的活性污泥法处理系统相比，该工艺可节约 基建投资2 0 ，节约能耗5 0 以上，同时还具有流程简单、管理方便、耐冲击负 荷、剩余污泥少等特剧。 ( 8 ) 蚯蚓生态滤池 蚯蚓生态滤池利用在滤床中建立的人工生态系统，对所处理城镇污水中含有 的各种形态的污染物质通过蚯蚓和其他微生物的协同作用进行最为经济合理的 处理和转化。以蚯蚓为代表的微型动物在该系统中集多种功能于一身：对污 水和污泥进行分解和吸收； 对滤床起清扫作用，防止堵塞：蚯蚓粪便可以滤 除污染物，提高处理效率；清除蚊蝇孳生，改善卫生条件；在滤床中增殖的 蚯蚓又可作为家禽饲料。因此，通过该人工生态系统的合理设计，既可高效、低 能耗地去除城镇污水中的污染物质，又可避免剩余污泥等二次污染物的产生，是 一种全新概念的污水处理工艺。近年来，该工艺已在法国、智利和中国上海成功 地进行了中型试验和生产性规模的应用【1 1 】。 ( 9 ) 生态塘 4 第一章绪论 生态塘是以太阳能为初始能源，通过在塘中种植水生作物，进行水产和水禽 养殖，形成人工生态系统。在太阳能的推动下，通过生态塘中多条食物链的物质 迁移、转化和能量的逐级传递、转化，将进入塘中的有机物和营养物进行降解和 转化。最后不仅去除污染，而且以水生作物、水产的形式作为资源回收，净化的 污水也作为再生水资源予以回收利用，使污水处理与利用结合起来，实现污水的 资源化。 生态塘处理工艺技术具有以下特点：适合不同的处理规模，基建费用低廉； 运行费用低，生态塘系统无需额外动力，运行费用只有常规工艺的1 0 - - 5 0 ； 管理十分简单，维护容易。设计良好的小型污水生态塘系统几乎不用管理与维护。 因此，生态塘处理系统是实现中小城镇生态环境综合治理的有效工艺【1 2 1 。 1 2 厌氧生物法处理低浓度污水的研究与发展 1 2 1 厌氧水解酸化工艺在污水处理中的应用 厌氧生物处理是在没有游离氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳 定有机物的生物处理方法。在厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解、 转化为简单的化合物，同时释放能量。在这个过程中，微生物将有机物分解的过 程分为三个阶段：在水解与发酵细菌作用下，使碳水化合物、蛋白质与脂肪水 解与发酵转化为单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢等；在产氢产乙 酸菌的作用下，把第一阶段的产物转化为氢、二氧化碳和乙酸。通过两组生理 上不同的产甲烷菌的作用，一组把氢和二氧化碳转化为甲烷，另一组对乙酸脱羧 产生甲烷。考虑到产甲烷菌与水解产酸菌生长速度不同，将厌氧处理控制在反应 时问短的厌氧处理第一阶段，在大量水解菌、产酸菌作用下将不溶性有机物水解 为溶解性有机物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质。 这些小分子的水解产物能够溶于水并透过细胞膜为细菌所利用，提高废水的可生 化性【6 ，l3 1 。 水解酸化工艺与单独的厌氧或好氧工艺相比，具有以下特点：在厌氧水解 酸化阶段可大幅度的去除废水中的悬浮物，其后续好氧处理工艺的污泥量可得到 有效的减少，从而设备容积可缩小；水解酸化阶段对进水负荷的变化起缓冲作 用，为好氧处理创造较为稳定的进水条件；水解酸化可提高废水的可生化性。 此外，a r i ae l i a s 等人对有无酸化段进行了一次比较实验，由u s a b 反应器实验发 现，有酸化段的反应器进入稳定运行的时间比无酸化段的短，并且可以避免污泥上 浮，减少出水中的固体物质，对p h 变化不很敏感 1 4 】。 第一章绪论 t u a n c h il i u 等人对两段推流式反应器与完全混合反应器进行比较，发现有 酸化水解段的推流反应器比完全混合反应器的有机负荷、去除率和生物转化率都 高得多1 1 5 】。 将厌氧水解处理作为各种生化处理的预处理，可提高污水生化性能，降低后 续生物处理的负荷，因而厌氧水解工艺与各种好氧工艺组合起来用于处理制药 p 6 、含酚【17 1 、啤洲1 羽、造纸【1 9 1 、印梨2 0 】、肉类力n - f t 2 1 1 、屠宰废水【2 2 】等各种废水， 均取得了良好的效果。 1 2 2 厌氧生物法处理低浓度污水的研究概况 所谓低浓度污水，对于好氧处理和厌氧处理来说是不同的，具体的指标也没 有定论。从某些学者的观点意见来看，好氧处理，c o d 。旅度应该在1 0 0 m g l 以 下，而对于厌氧生物处理来说，c o d 橄度在1 0 0 0 m g l 以下即可视为低浓度污水 【2 3 】 o 相对于好氧处理，厌氧生物处理以下特点：具有建造、运行和操作简单， 基建和运行的费用低；能量需求低，可节约能源；，剩余污泥的产生量少，脱水 性能好，后处理容易；剩余污泥的稳定性很好等特点。c i l l e 曾认为，仅仅当污 水c o d 。0 衣度大于4 0 0 0m g l 时，厌氧处理才比好氧处理更加经济。然而随着能 源的日益紧缺，厌氧工艺的不断发展和完善，厌氧处理的优点显得更加突出，越 来越多的研究者把目光转向低浓度污水的厌氧生物处理，并取得了很多重要成果 【2 4 】 o 厌氧滤池( a f ) c 2 5 1 、厌氧流化床( a f b ) 2 6 、上流式厌氧污泥床( u a s b ) 2 7 1 、厌 氧颗粒污泥膨胀床( e g s b ) 2 s , 2 9 、厌氧折流板反应器( a b r ) 和厌氧序批式活性污泥 法( a s b r ) 【3 0 】等厌氧处理工艺被用于处理低浓度污水。研究表明，上述的厌氧反 应器对低浓度污水的处理效果良好。 1 2 i3a b r 工艺简介及其应用于低浓度污水处理的研究与发展 折流式厌氧反应器( a n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r ，a b r ) 是b a c h m a n 和m c c a r t y 在2 0 世纪8 0 年代中期开发研究的最新型、高效污水厌氧生物处理工艺，具有构造 简单、能耗低、运行稳定可靠等优点，在水力流态、对微生物固体的去除和载流 能力、及生物固体种群的分布方面亦具有其独特的优越性，运行管理方便。该反 应器是用多个垂直安装的导流板，将反应室分成多个串联的反应室，每个反应室都 是一个相对独立的上流式污泥床系统( u s b ) ，废水在反应器内沿导流板作上下折 流流动，逐个通过各个反应室并与反应室内的颗粒或絮状污泥相接触，而使废水 中的底物得以降解。 6 第一章绪论 a b r _ z 艺的主要性能特点【4 3 1 】：工艺构造设计简单；不需要特殊考虑的 气液固三相分离器；反应器内水流的多次上下折流作用，提高了污泥微生物体 与被处理的废水之间的混合接触，稳定了处理效果，促进了颗粒污泥的形成和生 长；反应器内的微生物相有明显的种类配合和良好的沿程分布；可长期运行 而不需要排泥；能在高负荷条件下有效地截留活性微生物固体；对有毒物质 适应性强。 关于a b r 的工艺特性研究，最早是由a b a c h m a n n 和p l m c c a r t y 等人【3 2 】 所做；此外w p b a r b e r 和d c s t u e k e y 3 3 】研究了a b r 的启动特性；a g r o b i c k i 和d c s t u c k e y 3 4 】研究了以葡萄糖为基质的a b r 在稳定状态和冲击负荷情况下 的运行特性。 目前，国内外将a b r 反应器应用于处理各种中、高浓度的有机废水的研究不 断增多，被广泛应用于处理屠宰废水、制酒废水、制糖废水、城市垃圾填埋场渗 滤液等高浓度废水。近几年来，应用a b r 工艺处理低浓度废水的研究也日趋增多。 表1 1 是低浓度废水的运行参数【4 】。 表1 1 低浓度废水的运行参数 注：a 为温度2 5 c ；b 为温度低于1 6 1 2 。 根据m o n o d 酶促反应动力学理论，由于厌氧微生物生长速度较慢，因而厌 氧生物处理工艺大多应用于高浓度废水的处理，因为低浓度废水有机物浓度较 低，不利于微生物和底物之间形成较大的传质推动力，生物活性会大大降低，从 而处理效果往往并不理想。应用a b r 处理低浓度废水的研究表明，该反应器内无 明显的生物菌群选择性分布。处理低浓度废水，反应器内的混合程度较低，因而 第一章绪论 可以采用较短的h r t ，这样可以利用水力紊动作用改进污泥与进水的混合，有利 于隔室内微生物处于同一的环境条件下对进水基质起到降解作用。 表1 1 中的数据为国外采用a b r 处理低质量浓度废水的研究结果，可以看出， 对低浓度废水的处理，h r t 为2 5 h ，c o d 汀去除率仍有7 5 。通过对a b r 反应器工 艺运行过程中微生物的相分离特性的研究亦表明，由于折流板的作用，使进入 a b r 反应器不同格室中的有机物特性随水流方向发生明显的变化，其相应的环境 要素使反应器不同格室中生长的微生物满足其水质情况的变化( 如水解菌，产酸 菌和产甲烷菌) ，由此可有效的提高其处理效能。胡细全等人【”】的研究也表明， a b r 是一种适合处理低浓度废水的高效厌氧反应器。 国外的学者对a b r 处理低浓度污水的性能、微生物分布和出水组成等研究较 多。a l e a ea m l a n g e n l l o f f 等人【3 6 】研究得出，在进水浓度低( c o d 仃为5 0 0r a g l ) 时， 发酵菌、产酸菌、产甲烷菌在不同隔室中的选择性累积不会发生。在相同的 h r t ( i o h ) 下，温度3 5 时，c o d 盯去除率为9 5 ，温度2 0 时，c o d 盯去除率为 7 0 ，降低温度至1 0 ，c o d = - 去除率下降至u 6 0 。在温度3 5 c 下，h r t 缩短到 2 8 5h ，进水c o d 盯为5 0 0m g l ，去除率可达至u 8 0 t ”】。此外，b a r k e r 、d u n c a n j 等人【3 8 】研究了处理低浓度废水的a b r 反应器的出水组成，发现可溶性微生物产 物( s m p s ) 约占出水总c o d 盯的5 5 ，而h r t 和反应器的温度是影响可溶性微生物 产物产量的主要因素。 1 3 生物膜法处理城镇污水的应用概况 污水的生物膜处理法是根据土壤的自净过程创造出来的废水处理方法，是 一种污水好氧生物处理技术。污水的生物膜处理法的实质是使细菌和菌类一类的 微生物和原生动物、后生动物一类的微型动物附着在滤料或某些载体上生长繁 育，并在其上形成膜状生物污泥生物膜。污水与生物膜接触，污水中的有机 污染物，作为营养物质，为生物膜上的微生物所摄取，污水得到净化，微生物自 身也得到繁衍增殖。 1 3 1 生物膜法工艺特点 1 3 1 1 微生物方面的特征 ( 1 ) 微生物种类多样化： 相对安静稳定环境；s r t 相对较长；丝状菌也可以大量生长，无 污泥膨胀之虞；线虫类、轮虫类等微型动物出现的频率较高；藻类、甚至 第一章绪论 昆虫类也会出现；生物膜上的生物：类型广泛、种属繁多且复杂，见表1 2 。 表l _ 2 生物膜和活性污泥中出现的微生物在类型、种属和数鼍的比较 ( 2 ) 生物膜上微生物的食物链较长： 动物性营养者所占比例较大，微型动物的存活率较高；食物链长； 污泥产量少于活性污泥系统( 仅为l 4 左右) 。 ( 3 ) 能够存活世代时间较长的微生物有利于硝化作用的进行。 1 3 1 2 在处理工艺方面的特征 ( 1 ) 对水质、水量变动有较强的适应性； ( 2 ) 剩余污泥的沉降性能良好，易于固液分离； ( 3 ) 能够处理低浓度污水； ( 4 ) 易于维护运行，运行费用少； ( 5 ) 产生的污泥量少。 1 3 2 生物膜法工艺在污水处理中的应用 生物膜工艺在废水处理中的应用具有悠久的历史，其实早在1 9 1 4 年由a r d e n 和l o c k e r 发明活性污泥废水处理工艺之前，即已应用借助于生物载体使微生物 附着生长的废水生物技术一滴滤池( t r i c k l i n gf i l t e r ) 。自该工艺开发与应用以来， 一直受到各国研究者的重视，并通过不断的研究，由低负荷生物滤池、高负荷生 物滤池、生物转盘、塔式生物滤池( 第一代生物膜法工艺) 等逐步发展到生物接 触氧化、生物流化床( 第二代生物膜法工艺) 等各种工艺，直到2 0 世纪8 0 年代 末9 0 年代初，开发了最新型的第三代生物膜法处理工艺一曝气生物滤池，并成 为一种日趋成熟的废水生物处理技术而得到日益广泛的应用。 ( 1 ) 高负荷生物滤池 第一章绪论 18 9 3 年在英国试行将污水在粗滤料上喷洒进行净化的试验，取得良好的效 果。1 9 0 0 年后，这种工艺得到公认，命名为生物过滤法，处理构筑物则称为生 物滤池，开始用于污水处理实践，并迅速在欧洲一些国家得到应用嘲。 早期出现的生物滤池，负荷低，水量负荷只达1 4 m 3 ( m 2 滤池d ) 。b o d 5 负 荷也仅为0 1 - 0 4 k g ( m 3 滤池d ) 。其优点是净化效果好，b o d 5 去除率可达9 0 - - 9 5 。主要缺点是占地面积大，而且易于堵塞，在使用上受到限制。而高负荷生 物滤池就是在解决、改善普通生物滤池在净化功能和运行中存在的实际弊端的基 础上而开创的。 废水通过高负荷生物滤池时，滤料截留了废水中的悬浮物质，使微生物很快 繁殖起来，微生物又进一步吸附了废水中溶解性和胶体有机物，逐渐增长并形成 了生物膜。生物滤池就是依靠滤料表面的生物膜对废水中有机物的吸附氧化作 用，使废水得以净化的。 由于生物膜的吸附作用，它表面有一层附着水，附着水中的有机物大多已被 生物膜所氧化，因此当废水进入滤池，在滤料表面流动时，有机物即会从流动着 的废水中转移到附着水中去，并进一步被生物膜吸附。空气中的氧也通过液相而 进入生物膜。膜内的微生物在氧的参与下将有机物氧化分解成无机物，产生的无 机物及c 0 2 沿反方向从生物膜进入空气或随流动水排放。 当生物膜较厚或废水中有机物浓度较大时，空气中的氧很快被膜表层的微生 物所耗尽，使内层滋生大量厌氧微生物。膜内层微生物不断死亡并解体，降低了 膜同滤料的粘附力，厌氧微生物发酵所产生的气体也可减小膜同滤料的粘附力， 这时，过厚的生物膜即在本身重力及废水流动的冲刷力作用下脱落下来。膜脱落 后的滤料表面又开始了新生物膜的形成过程，这是生物膜正常的更新过程。此外， 生物膜中还有大量以生物膜为食料的噬膜微型动物，它们的活动也可导致膜的脱 落或更新。 为了保证在提高有机负荷率的同时又能保证一定的出水水质，并防止滤池的 堵塞，高负荷生物滤池的运行厂采用回流式的运行方式。处理水回流可以产生一 下各项效应：均化与稳定进水水质；加大水利负荷，有利于生物膜的更新；抑制 滤池蝇的过度滋长；减轻臭味。一般当滤池进水b o d 5 大于2 0 0 m g l 时，常需要 采用回流。回流方式如图1 - 2 所示。 当要求废水处理程度较高时。可采用二级滤池串联流程。二级滤池串联时， 出水浓度较低，处理效率可达9 0 以上。但是，二级滤池串联流程中，第一级滤 池接触的废水浓度高，生物膜生长较快，而第二级滤池情况刚好相反，因此，往 往第一级滤池生物膜过剩时，第二级滤池还未充分发挥作用。为了克服这种现象， 可将两个滤池定期交替工作【3 9 】。 1 0 第一章绪论 c a ) ( b ) ( a ) 一级生物滤池：( b ) 二级生物滤池： l 初次沉淀池；2 一生物滤池：2 一第二级生物滤池：3 一二次沉淀池； 仁回流；瑚水；仁出水 图1 2 高负荷生物滤池的回流形式 ( 2 ) 生物转盘 生物转盘由许多平行排列浸没在一个水槽( 氧化槽) 中的塑料圆盘( 盘片) 所组成。盘片的盘面近一半浸没在废水水面之下，盘片上长着生物膜。它的工作 原理和生物滤池基本相同，盘片在与之垂直的水平轴带动下缓慢地转动，浸入废 水中那部分盘片上的生物膜便吸附废水中的有机物，当转出水面时，生物膜又从 大气中吸收所需的氧气，使吸附于膜上的有机物被微生物所分解。随着盘片的不 断转动，最终使槽内废水得以净化。 在处理过程中盘片上的生物膜不断地生长、增厚；过剩的生物膜靠盘片在废 水中旋转时产生的剪切力剥落下来，这样就防止了相邻盘片之问空隙的堵塞，脱 落下来的絮状生物膜悬浮在氧化槽中，并随出水流出，同活性污泥系统和生物滤 池一样，脱落的膜靠设在后面的二沉池除去，并进一步处置，但不需回流。 同活性污泥法及生物滤池相比，生物转盘具有很多特有的优越性，它不会发 生如生物滤池中滤料的堵塞现象或活性污泥中污泥膨胀的现象，因此可以用来处 理浓度高的有机废水。废水与盘片上生物膜的接触时间比滤池长，可忍受负荷的 突变。脱落的生物膜比活性污泥易沉淀。管理特别方便，运转费用亦省。但由于 国内塑料价格较贵，所以建设投资还相当高，占地面积亦较大。我们往往在废水 第一章绪论 量小的治理工程中采用生物转盘法来处理。 目前已有种种新的转盘型式推出，如空气驱动式生物转盘，可依靠设在氧化 槽中的充气管驱动，空气又可为生物供氧；利用藻菌共生体系来处理废水的藻类 转盘：在曝气池内组装生物转盘的活性污泥式生物转盘；此外还有硝化转盘及厌 氧反硝化脱氮转盘，以进行废水的深度净化。 ( 3 】生物接触氧化法 生物接触氧化处理技术的实质之一是在池内充填填料，已经充氧的污水浸没 全部填料，并以一定的流速流经填料。在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛 接触，在生物膜上微生物的新陈代谢功能的作用下，污水中有机污染物得到去除， 污水得到净化，因此，生物接触氧化处理技术，又称为“淹没式生物滤池”。 生物接触氧化处理技术的另一项技术实质是采用与曝气池相同的曝气方法， 向微生物提供所需要的氧，并起到搅拌与混合作用。这样，这种技术有相当于曝 气池内充填供微生物栖息的填料，因此，又称为“接触曝气法”。 生物接触氧化处理技术，使用多种型式的填料，由于曝气，在池内形成液、 固、气三相共存体系，有利于氧的转移，溶解氧充沛，适于微生物存活增殖。在 生物膜上微生物是丰富的，除细菌和多种种属原生动物和后生动物外，还能够生 长氧化能力较强的球衣菌属的丝状菌。 填料表面全为生物膜所布满，形成生物膜的主体结构，由于丝状菌的大量滋 生，有可能形成一个成立体结构的密集的生物网，污水在其中通过起到类似“过 滤”的作用，能够有效的提高净化效果。 生物接触氧化法的运行效能特点： 能在更短的水力停留时间和更大的负荷下高效地去除污水中的各种污染 物； 具有很大的生物量，其折算或当量m l s s 可达1 0 0 0 0 m g l ，比活性污泥法 2 0 0 0 - - - 3 0 0 0 m g l 大的多【她4 。生物反应器内微生物浓度高。容积负荷大，曝气生 物反应池占地少，加以有微生物生长的附着载体有利于增殖缓慢的微生物如硝化 菌，无污泥膨胀问题； 由于填装微生物附着生长的载体填料，为细菌、藻类、原生动物、后生动 物创造了良好的生长条件，形成较长的食物链，加以厌氧缺氧和好氧的交替运行 条件，通过捕食和水解酸化作用，使污泥产量低，仅为相同规模活性污泥法处理 厂剩余污泥量的1 1 0 - - 一1 5 有时甚至无剩余污泥量 4 2 , 4 3 , 4 4 1 ； 悬浮状态的生物体浓度低，且多为脱落的老化生物膜，在沉淀池沉淀后直 接排放而不必回流，使处理流程简化和节能 4 5 1 。 生物接触氧化处理技术在我国取得了比较广泛的应用。它已应用于城镇污水 1 2 第一章绪论 4 6 , 4 7 1 、印染废水【4 8 4 9 1 、啤酒废水【5 0 1 、制药废水【5 1 】等领域，都取得了良好的效果， 并且投资少、运行简便等优点。 ( 4 ) 生物流化床 进一步强化生物处理技术，加强微生物群体降解有机物的功能，提高污水处 理设备处理污水的效率，其关键的技术条件是：提高处理设备单位容积内的生 物量；强化传质作用，加速有机物从污水中向为生物细胞的传递过程。 对第一项条件采取的技术措施，是扩大微生物栖息、繁殖的表面积，提高生 物膜量，同时还相应的提高对污水的充氧能力。对第二项条件采取的技术措施， 是强化生物膜与污水之间的接触，加快污水与生物膜之间的相对运动。 7 0 年代出现的生物流化床，为进一步解决这两项要求，提供了可能实现的 条件。结果确证，这种工艺的应用取得了进一步提高污水生物处理强化上述两项 条件的效果。 流化床是以砂、活性炭、焦炭一类的较小的惰性颗粒为载体充填在床内，载 体表面被覆着生物膜，其质变轻，污水以定流速从下向上流动，使载体处于流 化状态。载体颗粒小，总体的表面积大( 每m 3 载体的表面积可达2 0 0 0 3 0 0 0 m 2 ) ，以m l s s 计算的生物量高于任何一种的生物处理工艺。能够满足对生物处 理技术强化提出的第一项要求。 载体处于流化状态，污水从其下部、左、右侧通过，广泛而频繁多次的与生 物膜相接触，又由于载体颗粒小在床内比较密集，互相摩擦碰撞，因此，生物膜 的活性也较高，强化了传质过程。又由于载体不停的流动，还能够有效的防止堵 塞现象。这样第二项也得到一定程度的满足。 国内、外的试验研究结果表明，生物流化床用于污水处理具有b o d 5 容积负 荷率高、处理效果好、效率高、占地少以及投资省等优点，而且运行适当还可取 得脱氮的效果。 ( 5 ) 厌氧生物膜膨胀床 厌氧生物膜膨胀床是为优化污水处理甲烷发酵工于1 9 7 4 年研究和开发出来 的，与生物流化床相似，它也是在多为圆柱体内的床内填充细小的砂、砾石、无 烟煤等固体颗粒作为微生物附着生长的载体，但污水从床底部流入时仅使填料层 处于膨胀状态而非流化状态，即颗粒问仍保