（环境科学专业论文）悬浮填料sbr工艺处理含酚废水的实验研究.pdf

a b s t r a c t an e wt y p eo fn a f l o m e t c rs u s p e n d e df i l l i n g sw a sa p p l i e di nt h i se x p e r i m e n t i t c o u l db eu s e di nt r a d i t i o n a ls b rr e a c t o rt ot r e a tp h e n o l i cw a a t e w a t e r t h er u l eo f b i o - m e m b r a n ea n dm i c r o o r g a n i s mw e r es t u d i e d o r g a n i c sa n da m m o n i ai ns u s p e n d e d f i l l i n gs b rw e r er e s e a r c h e dc o m p a r e dw i t ht h e s ei nt r a d i t i o n a ls b r1 1 1 er o l eo f p h e n o ld e g r a d a t i o na n dt h eh i ；h e s tp h e n o lc o n c e n t r a t i o nw e r gs t u d i e dw h e nt h e o r g a n i c sa n da m m o n i ac o u l dn o tb ed e g r a d a b l e t h i sw a st h ee n d u r a n c ew h i c h m i c r o o r g a n i s mc a nl i v e i nn o r m a lc o n d i t i o n t h ed y n a m i ca n a l y s i so fo r g a n i c s d e g r a d a t i o n w a sr e s e a r c h e di n s u s p e n d e df i l l i n g s b r t h es t u d i e sw o u l db e t h e o r e t i c a im e a n i n g sa b o u tb i o t r e a t m e n ti np h e n o l i cw a s t e w a t e rf i e l d i nt h ee x p e r i m e n ti tw a sa t t r a c t e da t t e n t i o na b o u tt h em m n b r a n eg r o w t hp r o c e s sa n d t h eb i o m a s sw e r ee x a m i n e ds u c c e s s i v e l y i ns t a t i o n a r yp h a s et h eb i o m a s sc o u l db eu p f o5 5 9 l ( v o l u m e w a sa c c o r d i n gt os u s p e n d e df i l l i n 9 1i nt h i sk i n do ff i l l i n g t h e b i o m e m b r a n e sa c t i v i t yw a sn o tg r o w nv e r yq u i c k l yw i t ht h eg r o w t ho f o r g a n i cl o a d t h es o u rw a sb em a i n t a i n e dw i t h0 3 - 0 5m g ( 0 2 ) g ( m l s s ) + r a i n 。，t h eb e s t p u r i n gr a t ea b o u tt h es u s p e n d e df i l l i n gw a s2 0 b yo x y g e n a t i n ge x p e r i m e n t t h ec o d 。，d e g r a d a t i o nr a t ec o u l db eo v e r8 3 w i t ht h ep h e n o lc o n c e n t r a t i o nf r o m 0t o8 0 m g l ，w h i l et h e c o d c ，d e g r a d a t i o nr o t ew a s5 4 4 w i t ht h ep h e n o l c o n c e n t r a t i o n1 2 0 m g l ，t h ee f f e c to fc o d c td e g r a d a t i o nw a sw o r s e ，a n dw a sp r o v e d t h a tt h eh i g h e a tc o n c e n t r a t i o no fp h e n o lw a s1 2 0 m g lw h e no r g a n i c sc o u l db e d e c o m p o s e di ns u s p e n d e df i l l i n gs b ra tt h er e a c t i o nc o n d i t i o no fi n f l u e n tc o d c r e o n c e n l r a t i o n4 4 0 4 8 7 7 m g l ，a m m o n i a6 1 4 - 6 65 m g e l ，a e r a t i n g8 h ，2 0 ，p h 7 5 8 5 a n da l s o ，t h ea m m o n i ad e g r a d a t i o nr a t ec o u l db eo v e r7 5 w i t ht h ep h e n o l c o n c e n t r a t i o nf r o m0t o4 0 m g l w h i l et h ea m m o n i ad e g r a d a t i o nr a t ew a s5 2 4 w i t h t h ep h e n o lc o n c e n t r a t i o n8 0 m g l , t h ee f f e c to fa m m o n i ad e g r a d a t i o nw a sw o r e ，a n d w a sp r o v e dt h a tt h eh i 【曲c a tc o n c e n t r a t i o no fp h e n 6 1w a s8 0 m lw h e na m m o n i a c o u l db ed e c o m p o s e di ns u s p e n d e df i l l i n gs b ra tt h ef o r r n c fc o n d i t i o n s t h ec o d c ，d e g r a d a t i o nr a t ec o u l db eo v g f9 0 w i t ht h ep h e n o lc o n c e n t r a t i o nf r o m 0t o4 0 m l ，w h i l et h ec o d c rd e g r a d a t i o nr a t ew a s7 0 1 w i t ht h ep h e n o l c o n c e n t r a t i o n6 0 m g l ，t h ee f f e c to fc o d c rd e g r a d a t i o nw a sw o r s e ，a n dw a sp r o v e d t h a tt h eh i g h a s tc o n c e n t r a t i o no fp h e n o lw a s6 0 m g lw h e no r g a n i c sc o u l db e d e c o m p o s e di nt r a d i t i o n a ls b ra tt h ef o r m e rc o n d i t i o n n ”a m m o m ad e g r a d a t i o n r a t ec o u l db e8 0 w i mt h ep h e n o lc o n c e n t r a t i o nf r o m0t o2 0 m g l w h i l et h e a m m o m ad e g r a d a t i o nr a t ew a s5 9 7 w i 也t h ep h e n o lc o n c e n t r a t i o n4 0 m e g l t h e e f f e c to fa n l r n o m ad e g r a d a t i o nw a sw o m e a n dw a sp r o v e dt h a tt h eb a g t b t c o n c e n t r a t i o no fp h e n o lw a s4 0 m g lw h e na m m o n i ac o u l db ed e c o m p o s e di n t r a d i t i o n a ls b ra tt h ef o l i n e rc o n d i t i o ne x c e p tf o rt h ea v e r 啦ei n f l u e n t8 1 1 1 1 1 1 0 n i a c o n c e n t r a t i o no f 4 7 m g l t h ee x p e r i m e n tw e sp r o v e dt h a tt h es u s p e n d e df i l l i n gc o u l d a m e l i o r a t et h ee f f e c to ft r a d i t i o n a ls b ra n di n c r e a s i n gm i c r 0 0 r g a i s ma c c o u n t , t h u s t h eo r g a n i c sa n da m m o n i ai nt h ea c l i v es l u d g ec o u l db et r e a t e db e t t e r t h eh i g h e rp h e n o le o n e e n l r a t i o nw f l s ，t h ew o r s et h es l u a g es e d i m e n t a t i o nb e h a v i o r w f l sd o n e 砒t h ep h e n o lc o n c e n t r a t i o n4 0 8 0 m g l a n di tw a sp r o v e dt h a ti tw a sn o t g o o dr e f l e c to nt h es l u d g es e d i m e n t a t i o nw i t hp h e n 0 1 t h et e a c t i o nr a t ec o n s t a n tk tw a sl e tu pw i t hi n f l u e n tp h e n o lc o n c e n t r a t i o n i n c r e a s i n g f r o m2 0 m g lt o8 0 m g l ；t h eo r g a n i c s d e g r a d a t i o nw a sa c c o r d i n gt o p r i m a r yd y n a m i ce q u a t i o ni nt h ec o n d i t i o no fp hf r o m4 8t o9 1 ：t h ek iw a sg r o w n w i t ht h et e m p e r a t u r ef r o m1 5 ct o3 0 ，a n dt h er e l a t i o n s h i po ft h er e a c t i o nr a t e c o n s t a n tk ia n dt e m p e r a t u r ew a sp r o v e dt h a tk i 【t 】= 0 0 0 0 11 0 8 1 0 0 6 5 ( 。1 0 ) k e ”v o r d s ：s b r ；s u s p e n d e df i l l i n g ；p h e n o l kw a s t e w a t e r ；o r g a n i c s ；a m m o n i a 学位论文独创性声明、学位论文知识产权权属声明 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系本人在导师指导下独立完成的研究成果。文中 依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成 果。 本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。 论文作者签名：箍艳吼母6 月巾 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权y - 3 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 青岛大学。 本学位论文属于： 保密口，在年解密后适用于本声明。 不保密吖 论文作者签名 导师签名： 在以上方框内打“ ” ) 日期：矽午6 月选日 日期：吠砗瑚j 日 第一章引言 1 1 水污染现状 第一章引言 随着我国工业的发展，工业废水的排放量与有毒有害物质的种类与f 1 俱增，如 果达不到排放标准，就会严重污染地表水和地下水。据相关部门检测，全国城镇每 天至少有l 亿吨污水未经处理就直接排入水体。水体一旦受到污染，要想在短时间内 恢复到原来的状态并不容易，并且会影响到地下水的利用。 而工业废水中的含酚废水出于具有多环类芳香烃物质会对水体产生更大的毒性 作用而备受人们的关注，含酚废水主要柬自焦化厂、煤气厂、石油化工厂、绝缘材 料厂等工业部门以及石油裂解制乙烯、合成苯酚、聚酰胺纤维、台成染料、有机农 药和酚醛树脂生产过程，它具有浓度高、毒性大、成分复杂等特点。台酚废水中 主要含有酚基化合物，如苯酚、甲酚、二甲酚和硝基甲酚等，除此以外还有不饱和 烃类及多环、杂环化合物，其中许多具有三致( 致癌、致畸、致突变) 作用。酚类 物质对生物活体均能产生毒害人们长期饮用被酚污染的水会引起头昏、贫血及各种 神经系统疾病，当水中酚类含量大于1 0 m g l ，鱼类等水生生物不能生存：含酚浓度 高的废水若用于灌溉，将导致农作物的减产和枯死。合酚废水对人们的j 下常生活造成 的严重影响和危害，在我国被列为重点解决的有害废水之一这些废水如果不经处理 大量排放将会给环境造成严重污染”1 。由于酚类化合物毒性强，是我国优先控制的 污染物之一，同时也是美国环保局列出的1 2 9 种优先控制的污染物之一。开展含酚废 水的污染防治研究是保护环境、维持生态平衡的重要任务。因此，含酚废水的治理 技术研究受到了国内外水处理技术工作者的广泛重视”1 。 1 2 含酚废水的国内外研究现状 含酚废水处理有多种方法。包括物理方法、化学方法和生物方法。由于酚类废 水浓度较大时可以抑制微生物的生长，从而降低生物法处理此类废水的效果，因此， 高浓度酚类废水的处理通过物理和化学方法实现具有经济性，这些物理化学方法主 要有溶剂萃取法、汽提法、活性碳吸附法、化学氧化法等”。当废水中酚的浓度不 是太高( 一般为5 m g l - 5 0 0 m g l ) 时，生物氧化法更具优越性。利用各种如光电解催 化、树艏吸附、生物法培养苯酚降解菌“等方法处理含酚废水已经成为目前的研 究方向之一。 杨柳艳等“1 在用m d 三相流化床降解含酚废水的研究中，以人工配制的含酚废水 作为研究对象观察新研制的m d 三相流化床好氧生物处理含酚废水的效果，试验结 果表明，m d - - - 相流化床能有效地富集高效苯酚降解菌，降解含酚废水的能力很强。 张铭等“1 以活性污泥为载体，固定光合细菌( 简称p s b ) 菌体，在好氧条件下对含 酚有机工业废水进行处理，试验表明，p s b 活性污泥法可以减少菌体流失，抗冲击 能力和去酚能力强，该法处理工业含酚废水具有实际的应用价值。 v i c t o r a ”。等研究了不同p h 值和盐浓度下，盐杆菌对苯酚和儿茶酚的降解。结果 表明，苯酚和儿茶酚作为盐杆菌的碳源和能源被完全降解，且儿荼酚是苯酚降解的 中侧产物。 王婷等”1 利用f e n t o n 试剂和光助f e n t o n 试剂研究了含酚废水的降解，发现f e m o n 试剂去除苯酚的效果要好于去除c o d 的效果，反应进行3 0 m i n ，苯酚的去除率为9 9 ， 矿化率3 3 7 ，汞灯一f c n t o n 和太阳光一f c n t o n 能大幅度提高含酚废水的降解率，汞灯 - f e n t o n 对含酚废水的降解效率基本等蚓于太阳光一f e n t o n 体系，降解速率略高于太 阳光f e n t o n 体系。 本文主要利用悬浮填料s b r s e 艺处理含酚废水，研究填料性质对含酚废水处理 效果的影响、苯酚浓度对生物处理效果的抑制作用及影响。 1 3 生物填料 在生物膜法中，填料作为微生物赖以栖息的场所是废水处理的关键技术之一， 其性能直接影响着处理效果和投资费用。污水净化过程就是附着于填料之上以及悬 浮于填料之间的微生物的新陈代谢过程。填料的特性对生物膜的性状、氧的利用率 和水力分布条件等起重要作用，是直接影响生物接触氧化工艺处理效果的关键因素 【1 0 一旧 1 9 世纪以来，德国就开始把生物接触氧化法用于废水处理，但限于当时的技术 水平，没有适当的填料，未能广泛戍用。到了2 0 世纪7 0 年代，由于合成塑料工业的 迅速发展，轻质蜂窝填料问世自此，科研工作者以改进填科为突破口，不断推动 生物膜法的发展。 1 3 1 生物填料的分类及特点 按填料安装方法分类，生物填料大致可分为固定式、悬挂式、分散型和新型生 物填料等几种类型”4 。 1 3 1 1 固定式填料 固定式填料主要有蜂窝状和波纹板状等硬性填料。 常用的蜂窝状填料一般是由超薄形轻质玻璃钢或各种薄形塑料片构成。安装时 第一章引言 直接堆叠在接触氧化池的布气系统上面，微生物直接生长于玻璃钢或塑料管壁上。 这种填料的特点是空隙率大，污水在填料中三维流动，充填材料质轻，韧性强，长 期使用不会变质，而且网状蜂窝填料相互交融，具有长久的稳定性，缺点是易堵塞。 波纹板状填料则以英国的“f l o c o r 填料和法国的“c l o i s o n y l e ”填料l l l l 为代表。其 结构类似于蜂窝填料，这类填料具有孔径大、不易堵塞、流程长、处理效率较高、 安装运输方便等特点，但也存在水在波纹通道内流动不均，不利于生物膜更新等缺 陷。 1 3 1 2 悬挂式填料 这类填料产生于2 0 世纪7 0 年代术8 0 年代初，应用比较广泛，使用寿命跃，价格 适中，非常具有市场竞争力，一般分为软性填料，半软性填料、组合填料和弹性填 料等几类。 软性填料。上海石油化工总厂环境保护研究所于2 0 世纪8 0 年代初期研制出软性 纤维填料，应用到上海石化总厂涤纶厂进行废水处理。其基本结构是在一根中心绳 索上系扎软化纤维柬。这种填料应用比较广泛，挂膜容易，不堵塞，但在安装时需 要固定在辅助支架上，且容易缠结、结块、断丝，中心绳易断，影响使用寿命，特 别是废水化学需氧量高时，缠结在一起的纤维中心很容易产生厌氧，从而大夫缩短 使用时间。 半软性填料。半软性填料的出现主要是为了弥补硬性填料的易堵和软性填料的 缠结和断丝两方面不足。半软性填料的理论比表面积比软性填料小得多，表面光滑， 微生物附着性能相对较差，造价亦比软性填料高，但其使用寿命比较长。 组合填料。盾式组合填料，既利用了软性纤维填料中醛化维纶纤维具有耐酸碱、 耐老化、耐生物降解的化学性能和比表面积大、重量轻、生物膜附着性能好等物理 特征，又发挥了半软性填料的不结团、气水再分布能力强、氧传质效率商的优点“。”。 弹性填料3 。弹性填料主要包括y d t 型弹性立体填料“”、t a 型弹性波形填料、 p w t 型立体网状填料以及白变形弹性立体填料。 1 3 1 3 分散型填料 分散型填料包括堆积式和悬浮式填料，如拉西环、鲍尔环，空心球和悬浮粒子 等。日本工程与贸易公司开发的r i n g l a c e 塑料纤维填料”。德国l i n d e 公司的 l i n p o r 填料和英 s i m o nh a r t l e y 公司i 拘c a p t o r 填料，均己在工程上获 得成功应用。 1 3 2 亲水填料及生物亲和( 活性) 填料 在实际应用中，人们发现以聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯或聚酯等为原材料而制 成的填料在挂膜速度、挂膜量及膜与填料的紧密度方面存在不足。如对材料进行适 当韵亲水与生物亲和改性，可望大大提高填斟的传质、挂膜和水处理性能。 目前，填料的亲水改性，主要是通过填料表面处理”和在原材料中引入亲水基 团。”两种途径实现。研究发现亲水性改进的塑料弹性填料比普通塑料填料在污水的 厌氧生化处理中可提高污水处理效率1 5 3 0 ，在好氧生化处理中可提高污水处理 效率5 i o ，且亲水性改进大大提高了塑料弹性填料的挂膜速度及生物膜密实度 比p 2 f 】 尘物亲和( 活性) 填料。材料生物亲和性的涵义通常指浚削料与生物拍容，不会 对生物有任何损坏或有壬阿副作用。有研究者”认训到生物亲和物质对生物填料的 重要性。如微生物固定化填料大多以生物亲和性较好的海藻酸钙和琼脂糖等物质为 载体。隋军等1 认为，现有常用的生物填料是生物惰性的，对微生物无促进和活化 作用，因而发明一种用于水处理的活性生物填料，i 幺填料中台有少量面粉、淀粉及 碳酸钙等粉体，认为其不但为微生物提供适当营养源，还可为微生物提供更多的物 理附着点，同时还可改善填料的亲水性更易于微生物生长，加快了挂膜启动、提 高了水处理效率。 1 3 3 磁性填料 一些研究者发现，弱磁场可大大提高废水的生物降解效率。j u n g 等”3 在一个生 化反应器外加南极磁场处理含酚废水，发现酚的降解速率比不加磁场的普通生化反 应器高两倍至数倍。在活性污泥法水处理过程中，s a k a l 等9 1 发现，在水中加入磁粉 可平衡微生物的生长与死亡，防止污泥膨胀，提高处理效率。 1 4 悬浮填料 悬浮型填料是分散型填科的一种，它的开发是当前国内外针对蜂窝填料、软性 填料、半软性填料及复合填料等固定型填料在使用中常遇到堵塞、缩团、布气靠水 不均匀等闯韪，影响了生物处理效果及需安装在辅助支架上，造成填料安装、更换 的不便，使工程投资和运行管理费用相对提高的不足，由生物流化床工艺引发而柬 的一个新的研究动态。这种填料比重接近于水，无需固定支架”1 ，在池中可随曝气 搅拌悬浮于水中并全池均匀流化，能耗较低，是一种很有发展6 u 途的填料1 。目前， 研究者们讵在开发各种材质、结构、形状、大小的此类填料用于污水处理”“”。 4 第一章引言 1 4 1 悬浮填料的研究成果及现状 1 l i n p o r 系统 德国l i n d e 公司最早采用了一种大小为1 2 1 5 c m ，比重稍小于水的多孔泡沫小方 块作为填辩。这种填料在生砼了微尘物后，沈重略大于水，但在永中的沉速小于通 常曝气所需的搅拌速度，因而易通过曝气搅动，使其在水中处于流化状态”。此种 填料表面、内部都能生长微生物，曝气池总的m l s s 是普通活性污泥法的2 3 倍，从 而降低了f m 值，改善了出水水质。针对去除含碳有机物、硝化以及同步硝化等不 同要求，丌发出了用于去除含碳有机物的l i n p o r c 流程、用于去除含碳和含氯化合 物的l i n p o r - c n 流程、用于三级处理硝化过程的l i n p o r n 流程“。目前，这三种 不同形式的l i n p o r 工艺已经在德国、奥地剥、澳大利哑、r 本和印度等国家舱城市 污水和不同工业废水的处理中得到实际应用，取得了皇好的环境经济效益。 2 c a p t o r 系统 c a p t o r 系统是由英国s i m o n h a r t l e y 公司开发的。它所使用的填料是聚氨酯泡 沫塑料，其单块体积比l i n p o r 3 ：艺中使用的大。在此系统中，由于单块填料体积较 大，吸附在填料内部的生物体会逐渐矿化，并越积越多，致使填料发黑沉底难以浮 动，所以c a p t o r 的发明者就利用挤压装霓周期性的将填科排出，把填料内的污泥 挤压出然后重新回到曝气池中。c a p t o r 系统中的当量悬浮固体浓度( e m l s s ) 可达 到7 虮1 0 9 j l ，剩余污泥中的固体含量达4 一6 ，s i m o n - h a r t l e y 公司认为，c a p t o r 系统是一种具有高容积负荷的强化流程，适用于高浓度工业废水的处理。 3 其他研究成果 在此期间，巴西的d w a r t c h o w 提出了一种组合型活性污泥系统，它在活性污泥 曝气池投加多孔载体材料，约占总体积的2 0 3 0 ，以增大系统的总生物量，并在无 需增大二沉池体积的基础上增加污泥龄，研究了该系统中的硝化或脱氩情况。结果 发现，在混合液的溶解氧达2 4 m g l 时，在填料内部还存在同步反硝化。 日本的h ，t s u o n 等人采用一种聚氨酯泡沫块作为填料进行实验研究，结果发现， 硝化细菌优先附着在载体上，硝化活性达0 3 3 m g n h - 块载体( 载体体积约8 c m 3 块) 。 只需投加1 0 2 0 填料，在1 5 ( 2 的温度下。4 h 内可去除大部分b o d 5 ，1 0 小时内可完成 反硝化作用。 w a n n e r 等人在曝气池内加入聚氢醑塑料泡沫块，其平均体积为1 2 c m 个，孔隙 率大于9 0 ，载体投加量为1 5 3 0 。他们研究了该系统中附着生物相存在对活性污 泥中丝状菌生长和硝化作用的影响。结果发现，当传统的活性污泥法出现丝状菌 时，在复合反应器内，活性污泥的沉降性能仍然良好。这可能是由于：( 1 ) 投加载体 后提高了反应器中的污泥浓度，减小了有机负荷；( 2 ) 载体上生物膜内部缺氧区的存 在可以抑制溶液中丝状微生物的生长。研究结果还表明：附着相生物在总生物量中比 例越大，则悬浮相污泥的s v i 值越低。硝化菌优先附着在载体上，因而，硝化作用与 悬浮相生物的固体停留时f 自j ( s r t ) 无关。 挪威的br u s t e n 等人经过几年的中试及生产性试验，丌发了一种移动床生物膜 反应器，采用的是一种密度为o 9 5 9 c m 3 的聚乙烯填料。出于填料结构复杂，比表面 积大，有大量微生物生长在上面，又由于比重接近于水，填料可随曝气池中水流的 搅动而上下翻动，从而增加了微生物与污水的接触机会。实验结果表明，先进行化 学沉淀后，在生物反应器停留时自j 不到3 h 的情况下，氮的去除率可达到8 5 是一 种高效的生物膜反应器。 4 国内研究及应用现状 早在2 0 世纪的7 0 年代术8 0 年代初，哈尔滨、天津等地的科研单位就开始了悬浮 填料生物接触氧化法处理城市污水处理的研究。当时的填料采用活性炭、砂、无烟 煤等。曝气池的曝气同时具有搅拌、充氧作用，既维持填料浮于混台液中，又供给 微生物以必要的溶解氧。 王学江、夏四清等人实验研究了悬浮填料处理系统处理石化废水，在h r t 等于 8 h ，回流比1 0 0 的条件f ，对石化废水中c o d 、n h 3 n 、t n 的平均去除率分别为8 1 、 9 4 、5 7 3 。 清华大学王建龙等采用聚氨酯泡洙研究了复合生物反应器中载体填充量及有机 负荷对两相生物量的影响，附着生物量及总生物量增加，但单个载体附着生物量减 少。反应器运行稳定后，两相污泥浓度达到平衡且附着相浓度高于悬浮相浓度。有 机负衙增加时，反应器中悬浮相污泥减少，附着相污泥增加，总污泥量增加，且附 着生物量及附着生物量的比值随有机负荷的增加而增加。说明复合反应器在较高负 荷下运行时，附着生物量对有机物的去除起主要作用。 1 4 2 悬浮填料在污水处理中的应用 悬浮填料应用于污水厂的改造。德国l i n p o r o r 工艺在1 9 8 4 1 9 9 3 十年问共用于 2 3 个城市污水厂及工业废水处理厂的改造”，其中在改造一个因污泥膨胀而出水 水质很差的纸板厂废水处理站中，仅投加2 0 比例的填料，将原有的活性污泥法曝 气池改为l i n p o r o r c 工艺，就使污泥负荷降低了一半，b o d ；去除率从8 1 上升至 9 6 ，c o d 。去除率从7 8 上升到8 5 s v i 也从原来的5 0 0 多降至1 0 0 左右。 悬浮填料应用于一些新建的污水处理厂。美国弗吉尼亚州的m o u n d s v i l l e 污水处 理厂，f 1 均处理水量为8 7 0 7 t ，采用了一种聚氢酯泡沫块为填料的c a p t o r 系统“， 三年多的稳定运行表明，填料表面的污泥浓度可达6 5 0 0 - 1 2 0 0 0 m g l ，停留时问仅 5 0 - 9 0 r a i n 并且在降解了9 5 b o d 5 的同时，7 0 - 9 0 的氨氮达到硝化，4 0 一6 0 0 的 第一章引言 硝态氮完成反硝化。 悬浮填科与一些物理、化学方法相结合，应用于要求深度处理的小型污水处理 厂。挪威在这方面做了很多研究”“，在s t e i n s h o l t 污水处理厂三年的运行中，采用投 加聚乙烯填料与使用a l ”絮凝剂进行化学沉淀相结合的工艺，在进水c o d c r 在 3 8 0 - 6 2 0 m g l 范圈内( 机率8 0 ) ，极端c o d e r 达1 6 0 0 m g l ，b o d 5 达8 0 0 m g l 的情况 下，9 0 时间内出水c o d f k i 于5 0 m g l ，b o d 7 也相当低，极端最高时也仅有2 5 m g l ； 总磷的去除率大于9 7 ，9 0 的出水没有超过0 3 7 m g l ；平均出水s s 为1 3 m l ，与活 性污泥法化学沉淀法相比( 出水平均2 4 m g s s l ，1 2 0 m g t p l ) ，效果好了许多。( 其 中b o d 7 = i 1 7b o d 5 ) 另据资料表明，悬浮填料还可用于中水、化工、制药、印染、制革、造纸等工 业废水的实验室处理。颜家保等人为了提高a 船工艺的脱氮效果，在a 船工艺曝气池 中投m i i t h t 悬浮填料处理炼油废水”。试验结果表明，当装填3 0 反应器容积的悬 浮填料、进水n h ，一n 和c o d 分别为5 4 7 5 m l 和4 2 0 5 7 0 m g l 、水力停留时日j 为2 4 h 时， 对n h 3 - n 和c o d 的去除率分别达9 6 和8 8 以上，出水水质达到了排放标准。此外， 在悬浮填料曝气池中还发生了同步硝化反硝化现象。 1 5s b r 法简介 1 5 1s b r 法的发展沿革 s b r 是序批式间歇活性污泥法的简称。它是近年来受到国内外广泛重视和研究 日益增多的一种污水生物处理新技术。实际上，s b r 并不是全“新”的一种处理技 术。在1 9 1 4 年英国人e a r d e n 和w t l o k e t t 发明活性污泥法之时，用的就是这种间歇 式的方法，只是出于当时自动控制水平很低，因此操作复杂且工作量大。尤其是后 来由于城市和工业废水处理的规模趋于大型化，使得问歇性活性污泥法逐渐被连续 式活性污泥法所代替。近年来，随着自动化控制技术的飞速发展，特别是监控技术 的自动化程度以及污水处理厂自动化管理要求的开益提高，使得s b r 法再度得到深 入地研究和应用。并在美国、德国、加拿大、澳大利亚、同本及西欧等一些国家得 到了很广泛的实际应用。 1 5 2s b r 处理工艺的基本流程 序批式问歇活性污泥工艺( s b 鼬由按一定时间顺序问歇操作运行的反应器组 成。所谓序列间歇式包含两层含义：一是其运行操作在空间上是按照序列问歇的方式 运行的。因为在大多数情况下，污水都是连续排放的而且水量波动很大，因此间歇 反应器至少需要两个或两个以上的反应池，污水连续按序列进入每个反应池，每个 反应池的运行是按次序间歇进行的( 如图1 1 所示) ；二是对于每个s b r 反应池来说， 运行操作在时间上也是也是按次序排列的间歇式，一般按运行次序可分为血个阶段 ( 如图1 2 所示) ，即自进水、反应、沉淀、排水排泥至闲置期结束为个运行周期。 在一个运行周期中，各个阶段的运行时自j 、反应器内混合液体积的变化及运行状态 都可根据具体污水的性质，出水水质及运行功能要求等灵活掌握。对于单一的反应 器而言，不存在空i | 白上的控制障碍，只要在时间上进行控制与变换，即能达到多种 功能的要求，在运行上可以灵活掌握， 进水 晦气或不曝气 进水期 静置，不唯气 沉淀期 l 排水排泥 排水排泥期 i t 污泥活化 闲置期 图1 1s b r 一个运行周期内的操作过程 f 罟l io p e r a t i o n a lp r o c e s sf o ro d ep e r i o di ns b rr e a c t o r o 期 0；泳， 第一章引言 图1 2 多个s b r 反应器的运行方式 f i g 1 2 o p e r a t i o n a lm o d e i nm u l t is b rr e a c t o r s 1 5 3s 昧工艺的特点 1 、工艺流程简单，节省基建与运行费用 原则上，s b r 污水处理的主体设备只有一个序批式间歇反应器( s b r ) 。与普通的 活性污泥法比，它不需要另设二沉池，污泥回流及污泥回流设备，一般情况下不必 设调节池，多数情况下可以省去初沉池。对于污水人工生物处理的各种方法，像s b r 法这样的简易工艺绝无仅有。k e t c h u m 等人的统计结果表明，采用s b r 法处理小城镇 污水时，要比普通活性污泥法节省投资3 0 以上。此外，采用如此简洁的s b r 法工 艺的污水处理系统，还具有布置紧凑，占地面积省等优点。 2 、处理效果良好 s b r 法反应器中的反应阶段是一个理想的推流过程，生化反应推动力大，效率 高。s b r 反应器中的底物浓度和微生物浓度时随反应的时间变化的，而且反应过程 是不连续的，因此其运行是典型的非稳态过程。在其连续曝气的反应阶段，也属非 稳定状态，但其底物浓度( b o d ) 和微生物浓度( m l s s ) 的变是连续的。在反应的这段 时间，虽然反应器的混合液处于完全混合的状态，但其浓度的变化是随时问逐步降 解的与连续流活性污泥法中的污染物变化规律不同，在整个运行期间。反应过程 又是非连续的。反应器中的活性污泥处于一种交替的吸附、吸收及生物降解和活化 过程的不断变化过程。 3 、具有较高的脱氮除磷效果 由于s b r 法在运行时间上可以灵活控制，因此可以通过不同的控制手段达到不 9 同的净化目的。复杂的脱氮除磷过程可咀在s b r 的单一反应器内的一个运行周期内 完成。具体操作过程如下：进水阶段搅拌( 在厌氧状态下释放磷) 一反应阶段( 好氧状态 下降解有机物，硝化和磷吸收) 一沉淀排水排泥阶段( 通过排泥除磷、利用沉淀过程中 的缺氧条件进行反硝化脱氮) 一闲置阶段( 再尘污泥，准备进入下一个运行周期) 4 、具有较好的污泥沉降性能 在传统活性污泥法的运行过程中，污泥膨胀是经常发生的很棘手的问题。因其 污泥膨胀的原因9 0 都是由于丝状菌的过度生长造成的。目前，已经得到公认，按 照发生污泥膨胀的难易程度按以下顺序排列：到歇式、传统推流式、阶段曝气式和完 全混合式。对有机物的降解速率的也按此顺序由高剑低排列。其原理可从以下几个 方面蜕明： ( 1 ) 反应器中存在较大的浓度梯度 实践表明，提高底物浓度梯度是控制丝状菌生长的重要因素之一。对c s t r ( 完 全混合式) 反应器，基本不存在浓度梯度，因而较容易发生污泥膨胀；而传统式推流 反应器中存在较大的浓度梯度，不易发生膨胀问题，s b r 反应器的反应阶段在利问 上是理想的推流式状态，因此具有很高的f m 梯度，因而s b r 反应器不容易发生膨胀。 ( 2 ) 反应器中缺氧和好氧状奎并存 绝大多数丝状菌部是专性好氧蔺s b r 法可以抑制好氧丝状菌的过量繁殖，因 此不易发生污泥膨胀。 ( 3 ) 反应器内底物浓度高 在s b r 反应器内不仅基质浓度高，而且浓度梯度也大，只有在沉淀阶段底物浓 度才较低，因此，s b r t 艺避免了丝状苗竞争优势的环境条件。 ( 4 ) 污泥龄( 9 。) 短、比增长速率( u ) 大 一般情形下，丝状菌的比增长速率比其他细菌小，由于s b r 法具有理想的推流 式运行状念及快速反应速度的特点污泥龄很短致使剩余污泥的捧放速率大于丝状 菌的排放速率，使丝状菌无法在反应器中繁殖。 ( 5 ) 耐冲击负荷，处理有毒和高浓度有机废水的能力强 理论分析表明，完全混合式曝气池比推流式曝气池具有更强的耐冲击负荷和抗 有毒物质的能力。而s b r 的同一周期内完全混合的特性使之具有较强的耐冲击负荷 的能力、，同时，s b r 反应器内较高的m l s s 浓度也可使其具有良好的抗冲击负荷的能 力。 第一章引言 1 6 含酚废水的生物处理研究现状及研究意义 1 6 1 课题的提出 目前，我国工业快速发展，含酚废水的捧放数量也是与同俱增，选择一种合理 而有效的方法处理含酚废水从而降低对环境的危害具有非常重要的意义。由于工业 产生的含酚废水数量f 1 益增加且废水中所含污染物的种类r 趋复杂化，常使污水处 理工艺超负荷运行，运行方式十分不稳定。因此，必须注重研究开发高效的微生物 处理反应器”3 。生物法处理含酚废水具有高教低耗的特性，对中低浓度的含酚废水， 在运行稳定的情况下，其去除率一般可达9 0 以上。高浓度的含酚废水可抑制微生 物的生长，从而降低了生物法处理含酚废水的效果，而s b r 法的很多优点占统治地 位是根本性的，在s b r 反应器内投加悬浮填料不仅顺应了当代废水处理所要求的简 易、高效、节能与多功能发展趋势，而且它在不占用更多其他资源的6 口提下，增加 了微生物的种类和数量，提高了污泥浓度，强化了生物法处理含酚废水的效果，是 一种非常适合我国国情的废水处理工艺”。 1 6 2 含酚废水生物处理的相关研究现状 k a t e r i n a 和d i m i t r e 研究了含酚废水在一种新型好氧生物反应器一逆流式流化床生 物膜反应器( i n v e r s e f l u i d i z e d 山e d b i o f i l mr e a c t o r ) 中的降解。结果表明，在酚浓度为 3 0 m g l - 3 5 0 m g l ，营养盐浓度k i - 1 2 p 0 4 ：8 4 0 m g l k 2 h p 0 4 ：7 5 0 m g l ，( n h 4 ) 2 s 0 4 ： 1 2 0 0m g l 的条件下，逆流式流化床生物膜反应器中微生物对该废水中酚的最大降解 速率为1 8 0 m r ) ( l - h ) ，而且t 通过运行条件的优化，这个速率还可以进一步提高。 吴罡等系统研究了用s b r q - 艺处理含酚废水，实验结果表明：在相同的进水 浓度时，采用延时s b r 进水浓度可达1 4 0 0 _ r 1 1 l 左右，此时出水的c o d 在1 0 0 m g l 上 下波动，而采用瞬时的s b r ，当进水浓度达到1 2 5 0 m g l 以上出水水质即丌始恶化， 因此采用延时进水方式对进水浓度的提高比较显著。实验发现最佳的操作条件是： 采用延时为4 h 的进水方式，总曝气时间设定为1 8 h ，沉淀2 h ，闲置及排泥4 h ，排放比 为i 2 的运行模式。 f a n g 等和k e 等研究t u a s b 反应器在环境温度下对含酚废水的降解。在f a n g 等 的研究中，初始苯酚浓度为1 2 6 0 m g l ，回流比为1 ：l 时，其去除率可高达9 8 ；而k e 等的研究进一步表明，随着水力停留时问h r t 的减少，酚的降解效率降低：h r t 为 2 4 1 1 的去除率达9 9 。而h r t 为1 2 1 1 时，含酚废水的去除率为9 3 8 。l e y 等应用u a s b 反应器处理初始浓度为2 0 0 0 m g l 的含酚废水( 回流比为5 ：1 - 3 ：1 ) ，其去除率也可高达 9 9 。 周岳溪1 等研究了升流式厌氧污泥床反应器( u a s b ) 在中温条件下处理含五氯 酚( p c p ) 模拟废水时工艺特点& p c p 降解机理。结果表明，在以处理啤酒废水的厌氧 颗粒污泥为接种物( v s s 接种量约1 5