（环境科学专业论文）间歇复合生物反应器废水处理的试验研究.pdf

a b s t r a c t a l o n gw i t l lt h eo u rc o u n t r ye c o n o m yf a s td e v e l o p m e n t t h ew a s t ew a t e rw i t h d r a w a l u n c e a s i n g l yi n c r e a s e s ，i n2 0 0 5t h en a t i o n a lw a s t ew a t e rw i t h d r a w a lr e a c h e s 船l a j 【g ha s5 2 4 5 b i l l i o nt o n s ，i n d u s t r i a l s e w a g e w i t h d r a w a l2 4 31b i l l i o n t o n s ，s a n i t a r ys e w a g e w i t h d r a w a l 2 8 1 4b i l l i o nt o n s i so p p o s i t ew i t hi t ，t h ew a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t ya c t u a l l y u n c e a s i n g l yr e d u c e s ，s o m ew a t e rb o d i e sn o n e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y , h a sf o r c e dt h ec o u n t r y t of o r m u l a t es t r i c t l yd i s c h a r g e st h es t a n d a r d ，i nm a 弘2 0 0 6c o u n t r yi no r d e rt oi m p r o v et h e c i t i e sw a t e re n v i r o n m e n tq u a l i t y , h a di s s u e da n n o u n c e m e n ta b o u tt h e ”d i s c h a r g e ds t a n d a r dt o c i t i e ss e w a g et r e a t m e n tp l a n tp o l l u t a n t ”( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) t h a tt h ew a t e rl e a k a g et oc a r r yo n t h e r ev i s i o n ，e v e r yl o c a le n v i r o n m e n tm a n a g e m e n te x e c u t i v ed e p a r t m e n t ，a l s od i s c h a r g e st o t h ei n d u s t r i a lw a s t ep r o p o s e dt h es t r i c tr e q u e s lt h et r a d i t i o n a ls o m eo ft h e t r a d i t i o n a lw a s t e w a t e rp r o c e s s i n gc r a f t si na s p e c ta n ds oo ni n v e s t m e n t ，o p e r a t i n gc o s lp r o c e s s i n ge f f e c th a v e s o m ep r o b l e m s t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c hi sh i g h l ye f f e c t i v e ，s t a b l yc o n f o r m st ot h en e w p l a t o o nr e q u e s tw a s t ew a t e rp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yt ob e c o m et h ec u r r e n th o ts p o ta n dt h e d i f f i c u l t y t h i sr e s e a r c hi sb a s eo nt h ee x i s t i n gw a s t ew a t e rp r o c e s s i n gt e c h n o l o g y t a k ei n c r e a s e si n t h er e a c t o rt h eb i o m a s sa st h eg o a l ，t h r o w si nt h ec i r c u l a t i o na c t i v es l u d g er e a c t o ra d d st h e a e r o s o lp a d d i n gc o n s t i t u t i o ni n t e r m i t t e n c ec o m p o u n d b i o l o g yr e a c t o r , r e s e a r c hi n t e r m i t t e n c e c o m p o u n db i o l o g yp o l l u t a n ta n ds oo nr e a c t o ro r g a n i cm a t t e r ，u l t r o g e n ，p h o s p h o r u sr e m o v e s t h er u l e ，s i m u l t a n e o u s l y , s t u d i e st h ei n f l u e n c et or e m o v ec o r r e l a t i o np a r a m e t e ra n ds oo nt h e e f f e c tp h v a l u e ，s l u d g es e t t l i n gp e r f o r m a n c e ，b i o l o g i c a la c t i v i t y , i m p a c tl o a dt a k e st h eb a s i c r a t i o n a l e t h et e s tr e s u l ti n d i c a t e dt h a t ，t h ei n t e r m i t t e n tc o m p o u n db i o l o g yr e a c t o re n t e r st h ew a t e r c o dd e n s i t yi n5 8 5 7 4 5 5 4 8 3 9 m g l ，t h eo r g a n i cm a t t e rl o a di so 4 6 8 6 4 4 3 8 7 k g ( m 3 d ) ， t h ew a t e rl e a k a g ec o dd e n s i t yb e t w e e n1 6 0 3 1 9 7 5 3 m g l ，c o d r e m o v i n gr a t ei s 9 1 8 8 9 8 9 1 ，b o d 5r e m o v i n gr a t ea b o v e9 6 e n t e r st h ew a t e rc o dd e n s i t yw h e n4 ，5 0 0 m g l ，t h ew a t e rl e a k a g ec o dd e n s i t yb e l o w1 0 0m g l ，e n t e r st h ew a t e rc o dd e n s i t yw h e n 4 ，5 0 0 m g l ，w a t e rl e a k a g ec o dd e n s i t yb e l o w2 0 0m g l t h i sr e a c t o rh a ss t r o n g l yd o f f n i t r o g e ne x c e p tt h ep h o s p h o r u sf u n c t i o n ，e n t e r st h ew a t e rt o t a ln i t r o g e ni n1 8 7 6 1 m g l ，t o t a l n i t r o g e nl o a dw h e n0 1 8 k g m 3 d ，t o t a ln i t r o g e nr e m o v i n gr a t em a yr e a c h9 8 5 8 ，b i o s y n t h e s i s a c c o u n t sf o r2 4 1 1 ，t h ec o t m t e r - n i t r a t i o nd o f fn i t r o g e na c c o u n t sf o r7 5 8 ，d o f fn i t r o g e n t h em e c h a n i s mb e l o n g st ot h en i t r o s a t i o na t t h es a m et i m en i t r a t i o nc o u n t e r - n i t r a t i o nt oe n t e r t h ew a t e rt o t a lp h o s p h o r u si n3 4 2 8 m g l ；t o t a lp h o s p h o r u sl o a dw h e no 0 3 3 k g m 3 d t o t a l p h o s p h o r u sr e m o v i n gr a t em a yr e a c h9 8 7 7 ，t h es u r p l u ss l u d g ec o n t a i n st h ep h o s p h o r u s i i q u a n t i t yt ob ep o s s i b l et or e a c h7 6 8 t h e r e f o r et h i sc r a f th a st h es t r o n g e ra n t i i m p a c t a b i l i t y k e yw o r d s ：w a s t ew a t e r ；i n t e r m i t t e n c e ；c o m p o u n d ；b i o l o g i c a lt r e a t m e n t ；e x p e r i m e n t a l s t u d y i i l 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及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东北师范大学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谢意。 学位论文作者签名：烨日期：j 堡弹 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学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，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 日期 学位论文作 工作单位： 通讯地址： 电话：幽二型! 垒g 矽 邮编： z 芦掣亟二 第一章前言 一、我国废水的现状 废水是人们在生活与生产过程中使用过的含有各种污染物的水，主要来源于城镇的 住宅、公共建筑设施和工业企业。我国废水排放量相当庞大，据统计，2 0 0 5 年全国废水 排放量高达5 2 4 5 亿吨，其中工业污水排放量2 4 3 1 亿吨，生活污水排放量2 8 1 4 亿吨， 污水中化学需氧量( c o d ) 排放量达1 4 1 4 2 万吨( 工业污水c o d 排放量5 5 4 8 t 、生活污 水c o d 排放量8 5 9 4 万吨) 。 废水中的污染物质通常以悬浮状态、溶解状态和胶体状态存在，按其化学性质可分 为无机物和有机物。无机物主要包括无机盐、酸、碱、重金属离子、毒性无机物，以及 氮、磷等植物性营养物质，这些污染物质大多数来源于工业生产或应用含这些物质的特 种工业；有机污染物主要包括以碳( c ) 元素为主要化学成分的植物性污染物质( 如蔬 菜、果皮及各种植物碎片等) 和以c 、n 为主要化学成分的动物性污染物质( 如人畜粪 便和动物组织碎片等) 。 虽然污水中的有机污染物质种类繁多，成份复杂，但绝大多数有机污染物的共同特 点是不稳定，在水环境中进行氧化分解消耗水中的溶解氧。受到有机物严重污染的水体， 其溶解氧接近于零，水生生态平衡遭到破坏，水生生物的生长受到抑制或死亡；而在缺 氧或厌氧的条件下则会发生腐败发酵，释放出h 2 s 、n h 。和c h 4 等有毒并具有臭味的气体， 恶化水质，破坏水环境；同时n 、p 等营养物质污染是水体富营养化的重要致因。此外 有机物又是包括病原菌在内的很多微生物的食物，水中有机物增多，也就意味着水致疾 病的风险增加。因此，控制和去除水中的有机污染物及n 、p 等营养物质是当今污水处 理的主要任务之一。 二、废水生物处理技术 废水生物处理法的对象主要是呈溶解状态和胶体状态的有机污染物，目的是通过微 生物的新陈代谢活动使之转化成为稳定的无害物质。它的优点是有机物去除率高、运行 成本低，在城市污水和可生物降解的工业污水处理中是最经济有效的方法。按微生物在 反应器中的生长状态，污水生物处理可分为附着生长工艺和悬浮生长工艺两大类，前者 以生物膜法为代表，微生物以膜状固着在某种载体上，后者以活性污泥法为代表，微生 物在反应器内以活性污泥的形式呈悬浮状态。基于操作时是否有氧气参与，生物处理法 又可划分为好氧法和厌氧法。 1 活性污泥法 众所周知，活性污泥法( a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ) 是当今世界范围内应用最为广泛 的一种污水生物处理技术，但传统活性污泥法存在占地面积大、基建和运行费用高、管 理较复杂、不耐冲击负荷、易发生污泥膨胀，对n 、p 等营养物质去除效果有限等缺点， 因而近3 0 年来，国内外研究者针对上述问题进行不懈努力与探索，在操作和供氧方式、 运转条件、反应器形式、强化处理功能等方面进行了改进与革新，使活性污泥法朝着高 效、节能的方面发展，开发出多种新型活性污泥法工艺，如完全混合法、阶段曝气法、 吸附再生法、延时曝气法、浅层曝气法、深井曝气法以及近年来开发的a b 法、厌氧一 好氧活性污泥法( a o 、a 2 o 等) 、间歇式活性污泥法( s b r 、c a s t 、u n i t a n k 等) 等工艺。其中间歇式活性污泥法工艺是近年来引起国内外广泛重视、研究和应用日趋增 多的好氧生物处理工艺之一。 1 9 1 4 年英国学者a r d e m 和l o c k e t 发明的活性污泥法是采用间歇运行，即间歇活性 污泥法( s e q u e n c i n g b a t c hr e a c t o r ) ，简称s b r 法，由于阀门控制等原因后来被连续 流的活性污泥法而取代，随着控制技术的发展，7 0 年代初期美国i l i r v i n e 教授对s b r 进行了系统的研究，并于1 9 8 0 年建设了世界上第一个s b r 法的污水处理厂，我国在8 0 年代中期开始对s b r 法进行研究和应用。 循环式活性污泥法( c y c l i ca c t i v a t e ds l u d g et e c h n o l o g y ，简称c a s t ) 是美国的 g o r o n s z y 教授在2 0 世纪7 0 年代末开发出来的一种新型污水生物处理技术，该工艺的核 心为间歇式反应器，在此反应器中按曝气和不曝气交替运行，将生物反应过程和固液分 离过程集中在一个池子中完成。g o r o n s z y 教授利用活性污泥基质积累一再生理论以及污 泥活性和呼吸速率之间的关系，将生物选择器与序批式活性污泥法( s b r ) 的技术特点 有机结合，成功地开发出循环式活性污泥法，于1 9 8 4 年和1 9 8 9 年分别在美国和加拿大 取得了专利。该工艺由于工艺流程简单、占地面积小、投资和运行费用低、操作灵活稳 定、无污泥膨胀之患、处理效果好，且具有脱氮除磷功能和抗冲击负荷能力，所以很快 在许多国家的各种规模( 1 2 0 m 3 d 2 1 万m 3 d ) 的城市污水、工业污水处理工程中得到 推广应用。 我国在2 0 世纪9 0 年代初开始对该项技术进行试验研究，目前已成功地推广应用到 城市污水、生活污水和啤酒、屠宰肉类加工、印染、造纸等工业污水处理工程中。但是， 由于国外c a s t 技术的拥有厂商对其技术进行保密，所以有关c a s t 工艺的资料十分有 限，大多数的设计参数均依靠经验数据。c a s t 工艺作为污水处理新技术在我国仍处在 引进消化阶段，在理论与应用相结合方面，目前还未达到较理想的状态。主要存在问题 是：缺乏科学的设计依据；关键部件的质量还不过关；控制方式不够科学等。鉴于我国 的实际情况，首先应通过大量的基础研究揭示其内在的基质去除规律，获取并积累其生 化反应过程有关数据，建立相关的生化动力学模型，以获得可靠的理论指导和成熟的设 计方法是当前c a s t 工艺推广应用中迫切要解决的首要问题；其它两方面的问题将随着 我国环保产品技术质量的不断提高，会逐步得到解决。 2 生物膜法 根据生物膜法微生物附着生长载体的状态，生物膜法可分为固定床和流动床两大 类，目前生产上得到应用的是生物滤池法、生物转盘法、生物接触氧化法、生物流化床 法等。上述生物膜法在应用条件、操作方式、工艺特点和处理效率等方面各不相同。就 处理效率而言，生物滤池和生物转盘相对较低，而生物接触氧化法、生物流化床法处理 效率较高，然而受传质速率影响，生物接触氧化法还不及生物流化床法。生物流化床法 由于存在着挂膜、流化启动、停电停水后恢复困难以及生物载体密度大时流化所需动力 大，生物载体密度小时则浮于表面等缺点，所以其推广应用受到限制。 生物膜法作为与活性污泥法平行发展起来的生物处理技术，在许多情况下不仅能代 替活性污泥法用于污水的二级生物处理，而且还具有一些独特的优点，如参与净化的微 生物多种多样且食物链长、运行稳定、维护运行管理方便、更为经济节能、耐冲击负荷、 剩余污泥量少且无污泥膨胀问题、具有一定的硝化与反硝化功能等。正因为生物膜法本 身内在的优点，近年来，生物膜工艺又引起广大研究者和工程师们的极大兴趣。 三、选题的目的及意义 随着我国国民经济的迅速发展，城市污水和工业废水排放量加大，水质水量的不稳 定性日益加剧，污( 废) 水中难降解有机物的种类和数量也在不断增加，为了有效地保 护生态环境，保护人民的身体健康，提高水环境质量，污( 废) 水必须经净化处理达标 后才能排放或进一步资源化再利用。本研究从增加生物量的角度入手，在充分借鉴、吸 收国内外生物膜法和活性污泥法各种处理工艺优点的基础上，研究间歇复合生物法泥法 废水处理的机理，提供间歇复合生物法废水处理的生产应用技术参数，该方法可广泛应 用于城市污水和有机工业废水的处理。 四、国内外研究的现状 在德国，m o r p e r & w i l d m o s e r 于1 9 9 0 年发表了废水处理法的l i n p o r 工艺的研究报 告，在其不断研究的基础上，1 9 9 4 年m o r p e r 又报告了三种类型的l i n p o r 工艺；l i n p o r 工艺使用的生物载体均为多孔泡沫塑料小方块( 边长为l o m m - 1 5 m m ) ，该载体呈透明 状，孔隙率9 0 ，容积填充比为1 0 - - 3 0 ；该类工艺不仅能去除废水中碳类有机物， 而且在低碳高氨时具有很好的脱氨功能。在美国同样亦有研究者( g o l l ae ta 1 ，1 9 9 4 ； r e d d ye t a l ，1 9 9 4 ) 将曝气池前1 3 段分离出来并向里面以5 0 块l 的比例加入聚氨酯泡 沫塑料小方块( 2 5 m m x 2 5 m m 1 2 5 m m ) 作为生物载体，该载体孔隙率为9 7 ，充满污 泥时比重接近于l ；投加载体后可保持悬浮m l s s 在9 0 0 m 鲫卜1 7 0 0 m g l 的基础上增加 固定的m l s s 量在6 5 0 0 m g ，l 1 2 0 0 0 m g l ，经改进的系统在3 年的运行期间内溶解性 b o d 可去除9 5 ，并可达到7 0 , - - - 9 0 的硝化和4 0 , - - 6 0 的反硝化。在日本( k o n d oe t a 1 ，1 9 9 2 ) 类似的研究也表明了这种复合式工艺可以同时达到去除c o d 和反硝化的效 果。p a r k tj & l e e k h ( 1 9 9 6 ) ；s u j l & o u y a n g c f ( 1 9 9 6 ，1 9 9 7 ) 的研究报告证 明，将生物膜引入到活性污泥法工艺中，形成复合式生物反应器，可充分发挥各自工艺 的优势，使得生物反应器在去除有机污染方面更为奏效。 复合式生物反应器也引起国内一些学者的极大兴趣。1 9 9 6 年，尹军等人通过动态试 验，对自制载体的流化式生物膜法处理含酚废水的效能进行了重点考察，结果表明，当 容积负荷达4 0 k g c o d 。m 3 - d 时，c o d 。的去除率平均在8 0 以上，酚去除率9 0 1 0 0 之间，且具有较强的抗冲击负荷能力。1 9 9 7 年，赵庆良曾选用废弃的轮胎颗粒( 平均粒 径2 2 5 m m ，比重为1 1 2 ) 作为生物载体，以人工配制污水、城市污水和啤酒加工污水 为对象，研究了复合活性污泥一生物膜反应器去除有机污染物c o d 的性能；试验结果 表明，与传统活性污泥法相比，投加载体后可保持悬浮m l s s 在2 0 0 0 m g l 3 0 0 0 m g l 的基础上，可增加附着生长的微生物量2 0 0 0 m g l 以上，有机物c o d 的去除率可提高 5 0 鼽8 0 左右。2 0 0 1 年，王鹤立等人以玉米深加工淀粉废水与生活污水的混合废水 ( c o d 。1 5 0 0 - 一2 0 0 0 m g l ) 为对象，进行了高效复合式生物反应器处理工业废水的生产 性试验研究，结果表明，由于填充玻璃钢生化填料，曝气池在保持悬浮m l s s 在 3 5 0 0 m g ，l 4 0 0 0 m g l 的基础上，可增加附着生长的微生物量5 0 0 0 m g l 左右，经4 h 曝 气即可获得满意的有机物c o d 的去除效果，同时具有较强的抗冲击负荷能力。此外盛 兆琪、林铸炉等人( 1 9 9 7 、1 9 9 8 年) 对普通活性污泥法系统曝气池中投加浮动填料提高 硝化能力进行了研究；清华大学王建龙、吴立波等人( 1 9 9 7 ，1 9 9 8 ，1 9 9 9 ) 对复合式生 物反应器特性进行了一些基础性的研究工作。 k o l be & w i l d e r e rp a ( 1 9 9 7 ) 发表了活性炭作为填料的s b r 生物膜反应器处 理工业废水的研究报告。国内学者赵玲等人( 2 0 0 1 年) 研究了复合s b r 系统对有机物 和氮的去除过程及其效果，结果表明，在试验条件下，存在同步硝化反硝化作用，总氮 去除率可达8 0 ，同时c o d 。的去处率可达9 5 。李军等人( 2 0 0 2 ) 对序批式生物膜法 除磷机理研究证明，s b r 生物膜反应器的除磷作用是由生物完成的。 4 第二章实验方法 一、实验材料 试验用污水由自来水与啤酒配制而成，根据设计方案，在试验的不同阶段配制的污 水c o d 浓度不同，在考察间歇复合生物反应器脱氮除磷规律时，采用人工添加硫酸铵、 磷酸氢钾、磷酸氢钠等化学试剂，调配不同的氮、磷浓度，并进行p h 值的调节。 试验所用的原始活性污泥取自长春市某污水处理厂剩余活性污泥和某河流污水排 放处的底泥，经驯化培养稳定后使用。 二、实验装置 试验装置如图2 1 所示，间歇复合生物反应器采用有机玻璃材料制做，反应器总容 积6 0 升，分为生物选择区和复合反应区两部分，其中生物选择区共分为四格，每格容 积为2 5 升，共1 0 升，占总容积的1 7 ，复合反应区容积为5 0 升，占总容积的8 3 ， 复合反应区底部设置环形曝气管路，空气扩散装置采用多孔石曝气头。曝气系统由空压 机、流量计、多孔石曝气头及曝气管路构成。以恒温水浴法控制反应器温度，试验温度 控制在2 5 l 。出水采用虹吸式滗水器排水，复合反应区底部设置排泥管，采用重力 人工排泥。试验用填料为自制加工，选用聚丙烯多孔外壳，内装泡沫塑料，反应器内填 料体积填充比为2 0 。试验进水经原水箱、流量计、阀门、进水管，自生物选择区液面 以下进入反应器，复合反应区混合液，由底部穿孔回流管经回流泵( 蠕动恒流泵) 回流 进入生物选择区液面以下与进水混合。 图2 - 1 试验装置工艺流程图 5 三、分析检测指标及方法 1 进出水化学需氧量( c o d ) ；重铬酸钾法； 2 进出水生化需氧量( b o d 。) ：稀释于接种法； 3 混合液固体浓度( 札s s ) ；重量法； 4 污泥容积指数( s v i ) ；计算法： 5 污泥沉降比( s v ) ；容量法； 6 进出水总氮；碱性过硫酸钾一消解紫外分光光度法； 7 进出水氨氮；钠氏试剂比色法； 8 进出水亚硝酸盐氮； 9 进出水硝酸盐氮；紫外分光光度法； 1 0 进出水总磷；钼酸铵分光光度法； 1 1 p h ；仪器法； 1 2 混合液脱氢酶活性( t t c d 姒) ：分光光度法； 1 3 混合液细菌总数：培养法； 1 4 混合液微生物膜镜检：仪器法； 四、试验运行参数 试验总运行时间2 0 0 天，其中试运行6 0 天，正式运行1 4 0 天。试运行主要目的是 培养驯化生物膜污泥和活性污泥，试运行期间，检测污泥增长、出水c o d 、填料的挂膜、 氮磷去除、生物膜和活性污泥生物相等方面的情况，摸索正式运行的各项参数，正式运 行参数及控制方法如下。 1 每日工作周期：低浓度采用每日三周期运行，高浓度采用每日两周期运行； 2 进水量：2 0 l ，原水箱刻度定量； 3 进水时间：进水时间1 h ，个别周期不同，采用进水阀门控制； 4 曝气反应时间：三周期日曝气时间为6 h ，二周期日曝气时间为l o h ，采用计 时控制； 5 沉淀时间：沉淀时间l h ，采用计时控制； 6 滗水排泥时间：滗水排泥时间为0 5 h ，采用计时控制； 7 待机时间：待机时间为0 5 h ，采用计时控制； 8 排泥量：每日三周期运行每周期排泥1 升，每日两周期运行每周期排泥2 3 升； 9 进水有机物浓度：c o d 浓度5 0 0 5 0 0 0 m g l 左右，配制后检测，自来水调节； 1 0 进水总氮：l o o m g l 、1 8 0 m g l 左右两个浓度梯度，化学试剂称量配置； 1 1 进出总磷：1 5 m g l 、2 5 m g l 左右两个浓度梯度，化学试剂称量配制； 1 2 反应器p h 、反应器s v ：自由变化； 1 3 反应器温度：2 5 i ，水浴箱电加热管加热，温控仪控温 1 4 曝气量：0 2 m 3 h o 5 m * h ，转子流量计计量、调节阀调节 6 第三章结果与分析 一、有机物的去除 1 进出水c o d 的变化 图3 - 1 所示为正式运行试验期间进出水c o d 浓度的变化，进水c o d 浓度变化幅度为 8 0 4 4 5 7 8 1 4 m g l ，出水c 0 1 ) 浓度为1 6 0 3 1 9 7 5 3 m g l ，试验结果表明，进水c o d 浓度在4 5 0 0m g l 以下时，出水c o d 浓度均在1 0 0m g l 以下，进水c o d 浓度的增加和 降低对出水浓度的变化影响不大，进水c o d 浓度在4 5 0 0m g l 以上时，出水c o d 浓度均 在2 0 0m g l 以下。 6 0 0 0 o 5 0 0 0 童4 0 0 0 u3 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 0 0 o1 0z 03 04 05 u6 07 08 09 ul u o1 1 01 2 01 3 0 时问( d ) 图3 一1 进出水c o d 变化 2 c o d 去除率的变化 图3 - 2 所示为正式运行试验期间c o d 去除率的变化，试验前期c o d 去除率较低，且 变化幅度相对较大，试验后期c o d 去除率较高，且变化幅度相对较小，其原因之一是试 验前期迸水c o d 浓度较低，后期进水c o d 浓度较高，其原因之二是相邻日期进水c o d 浓 度变化。但在整个试验期间c o d 去除率比较高，均在9 1 8 8 9 8 9 1 之间。 主1 0 0 一 篓9 5 誉 s9 0 8 5 8 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 0 01 1 01 2 01 3 0 时间( d ) 图3 - 2 进出水c o d 去除率变化 7 3 c o b 负荷及去除负荷的变化 图3 - 3 所示为正式运行试验期间c o d 负荷变化，由于进水量不变，所以c o d 负荷的 变化与进水c o d 浓度的变化同步，在正式运行的第7 0 天以后c o d 负荷变化较快，c o d 负荷为1 1 0 5 5 5 k g m 3 一d 。 _ v 柱 j g 白 ul u2 03 u4 05 u6 07 08 09 u1 0 u 1 1 0 1 2 01 3 u 时间( d ) 图3 - 3 c o d 负荷变化 图3 - 4 所示为正式运行试验期间出水c o d 浓度随负荷的变化，c o d 负荷在4 5 k g m 3 一d 以内时，出水c o d 浓度均在l o o m g l 以内，c o d 负荷在4 5 5 5 5 k g m 3 一d 之间时，出水 c o d 浓度均在2 0 0 m g l 以内。 2 0 0 v1 5 0 白 u 1 0 0 5 0 o ulz345b c o d 负荷( h m s - d ) 图3 - 4 出水c o b 浓度随负荷变化 进出水c o d 变化的试验结果表明，间歇复合生物反应器对进水c o d 及其负荷变化具 有较强适应能力，并且均能保持较高的去除率，c o d 负荷在4 5 k g m 3 - d 以内时，出水c o d 浓度均可达到一级排放标准。 4 进出水b o d 。的变化 图3 - 5 所示为正式运行试验期间进出水b o d 。浓度的变化，进水b o d 5 浓度变化幅度为 2 6 3 9 3 9 3 0 4 5 m g l ，出水b o d 。为5 3 2 5 8 4 7 m g l ，进水b o d 。浓度在2 7 0 0m g l 以下 时，出水b o d 。浓度均在2 0m g l 以下，进水b o d 。浓度的增加和降低对出水浓度的变化影 响不大，进水b o d 。浓度在2 7 0 0m g l 以上时，出水b o d 。浓度均在6 0m g l 以下。 8 6 5 4 3 2 1 o 4 0 0 0 13 0 0 0 昌2 0 0 0 1 0 0 0 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 0 01 1 01 2 01 3 01 4 0 图3 - 5 进出水b o d 5 变化 时间( d ) 图3 - 6 所示为正式运行试验期间b o d 。去除率的变化，整个试验期间b o d s 去除率均在 9 6 以上，试验前期b o d 。去除率变化较大，试验后期b o d ；去除率比较稳定，均在9 9 左 右。 图3 6 进出水b o d 5 去除率变化 1 2 01 4 0 时间( d ) 5 单个周期有机物( c o d ) 历时变化 正式运行试验的初期采用c o d 低浓度进水，每日三周期运行，进水c o d 浓度为 8 0 4 4 2 0 1 2 7 m g l ，正式运行试验的后期提高c o d 进水浓度，并且采用二周期运行， 进水c o d 浓度为1 8 1 4 5 5 7 8 1 4 m g l 。在试验过程中考察了不同浓度梯度单个运行周期 的有机物历时变化情况，每日三周期运行，选取二个具有代表性的c o d 历时变化进行分 析，每日采用二周期运行选取五个具有代表性的c o d 历时变化进行分析。 图3 7 所示为一个周期c o d 历时变化，每日三周期运行，进水c o d 为8 6 3 7 3 m g l ， 进水时间为3 h ，进水结束时，c o d 浓度达到最高值，为2 1 6 0 4 m g l ，然后均匀下降，至 反应结束时为2 2 2 4m g l ，c o d 去除率达到9 7 4 3 ，其c o d 降解规律具有明显的循环活 性污泥法的特点。 图3 - 8 所示为一个周期c o d 历时变化，每日三周期运行，进水c o d 为1 0 3 2 m g l ，进 水结束时，c o d 浓度达到最高值，为2 2 4 m g l ，经过2 h 反应，比较均匀的降至较低水平， 之后缓慢降低。反应结束时为6 6 m g l ，c o d 去除率达到9 3 6 0 。 9 鸲鳃盯驰g：s：虬善： 图3 - 7 c o d 历时变化 2 5 0 3 g2 0 0 v 81 5 0 l o o 5 0 0 o 12 3 4567 8 圈3 8 c o d 历时变化 时间( h ) 图3 - 9 示为五个代表性c o d 历时变化，每日两周期运行，进水c o d 浓度1 号为 1 5 1 2 4 m g l ，2 号为2 3 1 6 3 m g l ，3 号为3 6 6 4 7 m g l ，4 号为4 6 8 6 m g l ，5 号为5 7 8 1 4 l ， 进水结束时，反应器内c o d 达到最高值分别为2 7 2 4 4 m g l 、4 7 8 8 3 m g l 、7 6 5 4 8 m g l 、 1 0 4 6 4 m g l 、1 3 1 2 1 m g l ，反应器内c o d 降至较低所需时间分别为2 h 、3 h 、3 h 、4 h 、7 h ， 降至8 4 1 3 m g l 、1 8 0 m g l 、7 1 0 3 m g l 、1 0 6 7 2 n l g l 、1 3 5 1m g l ，然后c 0 1 ) 平稳下降， 反应结束时分别降至5 8 0 3 m g l 、7 9 0 7m g l 、6 4 6 8 m g l 、1 0 6 7 2m g l 、1 3 3 1 m g l ， c o d 去除率达到9 6 1 6 、9 6 5 9 、9 8 2 4 、9 7 7 2 、9 7 7 0 。 图3 9 不同进水c o d 浓度的周期历时变化 上述5 种进水c o d 浓度典型运行周期的c o d 历时变化，反映了复合反应器在进水c o d 浓度在1 5 1 2 ，4 5 7 8 1 4 m g l 之间，反应器内c o d 的变化规律。其一，进水结束时反应 器内c o d 浓度随进水c o d 浓度的增加而增加；其二，进水结束后反应器内c o d 的快速下 降时间随进水c o d 浓度的增加而增长；其三，出水c o d 的浓度随进水c o d 浓度的增加而 增加；其四，进水结束后反应器内c o d 有较大幅度的下降，c o d 下降量在1 2 3 9 ，3 9 m g l 4 4 6 9 3 皿g l ，远远大于稀释后的浓度，因此这种下降量是降解和吸附共同作用的结果， 并且吸附起主要作用。 二、p h 值的变化 在整个试验过程中，进水的p h 值一部分进行了适当调节，一部分采用自由变化， 1 0 图3 一l o 所示为进出水p h 值的历时变化，由图中可以看出，间歇复合生物反应器对p h 值冲击具有较强的适应性，出水p h 总是较进水p h 值偏离中性范围小。 0l o2 03 04 05 06 07 08 09 01 0 01 1 01 2 01 3 0 图3 1 0 p h 历时变化时间( d ) 有机物的降解、氮磷的去除均受到生化反应体系中p h 值的影响，图3 1 1 中1 号、 2 号分别为两个周期的p h 历时变化。1 号进水p h 值为6 7 9 ，反应开始p h 值为7 5 3 ， 反应后p h 值缓慢上升，至第7 h 上升至7 8 8 ，然后开始下降，第9 h 降至7 1 2 ，然后开 始上升，反应结束时为7 3 1 。 9 山 8 7 6 01234567891 01 1 图3 - 1 1 p h 历时变化 时间( h ) 2 号进水p h 为5 8 4 ，反应开始时p h 值6 8 9 ，之后p h 值缓慢上升，至第8 h 升至 8 2 2 ，然后开始下降，反应结束时为8 0 0 。 三、反应器内混合液悬浮物的变化 间歇复合生物反应器由于在反应器内投加悬浮填料，在反应器内同时存在悬浮生长 的活性污泥和悬浮填料上附着生长的生物膜，因此反应器内的悬浮物由悬浮生长的活性 污泥和生物膜上脱落的生物膜污泥两部分构成。在试验过程中考察了不同进水有机物浓 度下复合反应区的混合液中悬浮物( m l s s ) 历时变化情况，选择四个具有代表性的历时 变化。 图3 1 2 所示为进水c o d 浓度为1 5 1 2 4 m g l 时，一个周期的反应器内混合液中m l s s 历时变化，进水结束时，b i l s s 为2 9 7 4 m g l ，反应进行至第3 h 降至2 6 6 5 m g l ，然后上下 2 l 0 9 8 7 6 5 4 3 2 波动，至第7 h 降至2 6 1 8 m g l ，第8 h 又升至2 8 5 7 m g l ，m l s s 的总体变化趋势下降，前 后的下降量为1 1 7m g l 。 3 0 0 0 2 9 0 0 2 8 0 0 2 2 7 0 0 2 6 0 0 2 5 0 0 0i234567891 0 图3 1 2 m l s s 历时变化 时间( h ) 图3 1 3 所示为进水c o d 浓度为1 8 0 2 6 m g l 时，一个周期的反应器内混合液中m l s s 历时变化，进水结束时，m l s s 为2 6 3 6 m g l ，第2 h 上升至2 7 7 9 m g l ，然后下降，到第 5 h 上升至最高值2 7 9 6 m g l ，第9 h 降至2 5 4 1 m g l ，反应结束时升至2 6 6 6 m g l ，m l s s 的 总体变化结果稍有上升，前后的上升量为3 0m g l 。 3 0 0 0 2 9 0 0 、2 8 0 0 2 7 0 0 = 2 6 0 0 2 5 0 0 234 56 789i 0 图3 1 3 m l s s 历时变化 时间( “) 图3 一1 4 所示为进水c o d 浓度为2 3 1 6 3 m g l 时，一个周期的反应器内m l s s 历时变 化，进水结束时，m l s s 为3 0 2 6 m g l ，反应l h 后上升至3 3 8 4 m g l ，然后在4 h 反应中基 本稳定在3 3 8 4 3 4 3 6 m g l 之间上下浮动，反应至第7 h 下降至3 2 4 3 m g l ，第8 h 略有上 升，反应结束时为3 2 6 7 m g l ，m l s s 前后的上升量为2 4 1m g l 。 3 5 0 0 、3 4 0 0 3 3 0 0 2 3 2 0 0 3 1 0 0 3 0 0 0 图3 - 1 4 m l s s 的历时变化 1 2 91 0 时间( h ) 图3 1 5 所示为进水c o d 浓度为2 8 5 3 2 m g l 时，一个周期的反应器内m l s s 历时变 化，进水结束时，m l s s 为2 5 3 4 m g l ，反应2 h 后上升至2 8 5 3 m g l ，然后平稳缓慢下降， 反应结束时降至2 6 2 1 m g l 。 o1234567891 0 图3 1 5 m l s s 的历时变化 时间“) 试验中通过混合液悬浮物( m l s s ) 浓度的考察发现，在限制排泥体积的情况下，混 合液悬浮物( m l s s ) 浓度与进水c o d 浓度、污泥沉淀性能、生物膜上的生物量等有关。 根据m l s s 历时变化曲线可知，反应器内混合液悬浮物浓度结束前后有时增加，有时减 少，但总体变化不大，说明该工艺具有自我调节能力，因此该工艺在理论上可设计成无 剩余污泥系统。 四、氮的去除 传统的理论认为生物脱氮处理过程中，污水中的有机氮首先被异养菌转化为氨氮， 氨氮的去除由两个过程完成，在好氧条件下氨氮被亚硝化菌转化为亚硝酸盐氮，继而被 硝化菌转化为硝酸盐氮，即硝化，然后在缺氧的条件下，硝酸盐氮被反硝化菌先后转化 为亚硝酸