（环境工程专业论文）sbr处理污水库综合化工废水.pdf

中文摘要 本论文采用s b r 工艺处理一种低有机物浓度、高含盐量、难生物降解的综 合化工废水，主要研究了s b r 处理该废水的运行特性，考察了废水的生物可降 解性及废水对生物活性的拘制作用，并对s b r 反应器出水做进一步的降解试验。 试验表明，采用城市污水处理厂的污泥接种处理综合化工废水的s b r 反应 器，经过1 5 天的培养驯化，在进水c o d 浓度为1 4 7 ，2 - - 2 2 1 8 m g l 、b o d c o d 为0 1 o 2 的情况下，反应器对c o d 的去除率可达到5 0 以上。 s b r 反应器中c o d 在4 h 内可由1 5 2 m g l 降至7 8 4 6 m g l ，去除率达到 4 8 3 8 。6 h 后c o d 的去除率逐渐趋于平缓。s b r 反应器处理该废水时比较适合 在低负荷条件下运行。体积交换率1 1 时c o d 的去除率明显高于体积交换率 3 3 时，温度对c o d 的去除也有较大的影响，温度在1 0 以上时的c o d 去除 率可达到6 0 ，温度在1 0 以下时的c o d 去除率低于5 0 。 通过间歇曝气试验确定该污水库综合化工废水中溶解性惰性有机物质的浓 度近似为5 5 m g l ，溶解性惰性有机物在溶解性有机物中所占的比例大约为5 8 。 反应器投加粉末活性炭后c o d 的去除率稍有提高。活性炭吸附、f e n t o n 氧化、 臭氧氧化s b r 出水能够进一步降低c o d 值。 关键词：污水库综合化工废水序批式活性污铌反应器生物可降解性活性炭 吸附臭氧氧化f e n t o n 氧化 a b s t r a c t 1 1 1 c e x p e r i m e n tw a sc a r r i e d o u tt ot r e a t l o w - s t r e n g t h , h i g hs a l i n i t y a n d d i f f i c u l t b i o d e g r a d a b l ec h e m i c a lw a s t e w a t e rf r o mas e w a g er e s e r v o i rb yas e q u e n c e b a t c hr e a c t o r ( s b r ) t h i sp a p e rs t u d i e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fo p e r a t i o no fs b r 1 1 1 e b i o d e g r a d a t i o no fc h e m i c a lw a s t e w a t e rw a ss t u d i e da sw e l l 髂t h ei n h a b i t i o no f b i o l o g i c a la c t i v i t y f u r t h e re x p e r i m e n tw a sc o n d u c t e dt ot r e a tt h ee f f l u e n to fs e q u e n c e b a t c hr e a c t o r ( s b r ) t h es b rs y s t e mw a si n o c u l a t e dw i t hf r e s ha c t i v a t e ds l u d g et a k e nf r o ml o c a l m 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 t h ei n f l u e n tc o dw a si n t h er a n g eo f 1 4 7 2 2 2 1 8 m g la n db o d c o d0 1 - 4 ) 2 a f t e r1 5 d a y sa c c l i m a t i o n ，t h er e m o v a l r a t eo fc o dr e a c h e da b o v e5 0 d u r i n gt h es t a b l eo p e r a t i o np e r i o d ，c o dc a nd e g r a d ef r o m15 2 m g lt o7 8 4 6 m g li n4h o u r sa n dt h er e m o v a lr a t ew a s4 8 3 8 t h i st r e n db e c a m es m o o t ha f t e r6h o u r s l o wl o a d i n gw a sf i tf o rt h et r e a t m e n to ft h i sk i n do fw a t e rb ys b r t h ec o dr e m o v i l e f f i c i e n c yw a sm u c hh i g h e rw h e nt h ev o l u m ee x c h a n g er a t ew a s1 1 t h a nt h a to f 3 3 t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o dw a sa l s oa f f e c t e db yt e m p e r a t u r e t h er e m o v a l r a t eo fc o dc a nr e a c h6 0 w h e n 也et e m p e r a t u r ew a sa b o v e10 o nt h eo t h e rs i d e w h e nt h et e m p e r a t u r ew a sb e l o w1 0 也er e m o v a lr a t eo f c o dd e c r e a s e dt o5 0 t h ec o n c e n t r a t i o no fd i s s o l v e di n e r to r g a n i cw a sa b o u t5 5 m g lb yi n t e r m i t t e n t a e r a t i o nt e s t t h ep r o p o r t i o no fd i s s o l v e di n e r to r g a n i ct ot h et o t a ld i s s o l v e do r g a n i c w a s5 8 t h ec o dr e m o v a le f f i c i e n c yc a nb ei m p r o v e db ya d d i n gp o w e ra c t i v a t e d c a r b o nt ot h er e a c t o r t h ec o do ft h ee f f l u e n tc a nb ef u r t h e rd e c r e a s e db ya c t i v a t e d c a r b o na d s o r p t i o n ，o z o n a t i o na n df e n t o no x i d a t i o n k e yw o r d s ：m i x e dc h e m i c a lw a s t e w a t e rf r o mas e w a g er e s e r v o i r , s e q u e n c e b a t c hr e a c t o r , b i o d e g r a d a t i o n , a c t i v a t e dc a r b o n a d s o r p t i o n ，o z o n a t i o n , f e n t o n o 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，也不包含为获得基盗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：砾币亍锰签字日期：加口 年6 月二日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞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： 砾彳 亏玲 导师签名 签字日期：力明年石月2 - e t 签字日期：加听年6 月2 - 同 第一章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 天津滨海某污水库占地面积2 9 7 万平方米，蓄水量5 6 0 万立方米，平均水深 2 米，日入库量1 - 1 5 万立方米。污水通常在库内储存1 0 个月。 该污水库的气候属温带半湿润大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季炎热多 雨，秋季天高气爽，冷热适中，冬季寒冷干燥。水温变化在o 2 8 之间，平均 气温1 1 9 ，年平均降水量4 6 2 4 毫米，年蒸发量为1 8 1 9 7 毫米。 该污水库长达3 0 余年接纳难降解、组分复杂的氯碱厂类综合工业废水，致 使库区水体遭受持续重度污染，为劣v 类，主要污染因子为c o d 和氨氮，基本丧 失自净能力。随着该类以汞、砷、镉等为特征的重金属和以d d t 、六六六为特征 的持久性有机复合污染物常年沉积( 经测算，目前污染沉积物总量可达3 8 0 余万 m 3 ) ，库底的生态环境变得极度恶劣，众多底柄生物无法生存，水生态系统快速 退化。 而该污水库位于中新生态城规划范围的中部，是未来规划的“生态核”区域， 周边将建设学校、旅游区、高档别墅区和居民区等。因此，改善本区域生态环境 质量、修复因污染造成的生态退化和构建高质量的生态环境成为中新天津生态城 建设进程中亟待解决的问题。 1 2 化工废水处理现状和研究进展 目前国内外对化工废水研究有了较深入地研究，提出了很多行之有效的处理 技术，概括起来有以下三类： 1 2 1 物理方法 废水处理中常用的物理法有沉淀法、过滤法、气浮法等。 重力沉淀法是水中悬浮颗粒在重力场的作用下自然沉降作用，以达到固液分 离的一种过程。郑纠3 1 通过对西钢工业废水采用动态沉淀方法进行了一系列的试 验，结果废水处理后达到回用水质指标要求：出水悬浮物( s s ) 低于5 0 m g l ，出 水有机物( c o d ) 低于3 0 m g l ，油类物质浓度低于2 m g l 。 第一章绪论 过滤法是以具有孔粒状粒料层截留水中杂质，主要是降低水中的悬浮物。孙 华【4 】等利用炉渣处理经水解酸化和好氧生物法处理后的含偶氮、酞菁有机染料废 水，在进水c o d c r 为2 5 1 m g l ，去除率为4 4 3 ，对色度( 1 0 0 倍) 去除率为5 0 。 气浮法是通过生成吸附微小气泡附裹携带悬浮颗粒而带出水面的方法。为了 提高处理效果，同时向水中投加气浮剂或混凝剂，使被分离物质成悬浮状态，从 而使絮凝体密度下降，并依靠浮力使其上浮，达到固液分离的效果。因此，气浮 过程可有下列4 个步骤完成：( 1 ) 在废水中投加气浮剂或絮凝剂，是细小的悬浮 颗粒变成疏水颗粒或絮凝体：( 2 ) 尽可能多的产生微小气泡；( 3 ) 形成良好的气泡 絮凝体颗粒结合体；( 4 ) 使结合体与水得到有效的分离。顾俊杰【5 】等人预处理采用 格栅隔油沉淀气浮处理工艺，强化了预处理的效果，可以有效去除废水中的悬 浮物。 近年来，随着一些新技术应用于化工废水处理，新的物理法也不断出现。磁 分离法是将水体中的微粒先磁化再分离。该方法利用高的磁场梯度来分离水中一 些污染物质的方法，其原理是利用高梯度磁分离装置，不仅能轻易地分离铁磁性 和顺磁性的物质，而且在投加磁种和混凝剂后，可使磁种和污染物形成磁性混凝 体，能有效地分离反磁性的物质。国外高梯度磁分离技术已从试验室走向应用。 李胜利【6 】等人采用高压脉冲放电产生的非平衡等离子体对染料废水进行了处理 研究，在起始p h 值为9 0 4 时，对直接蓝2 b 处理3 0 s 后，水样的c o d 值降低了 4 2 6 。 1 2 2 化学方法 化学法是指利用化学反应的作用使水中污染物的形态发生变化从而去除废 水中的溶解物质或胶体物质。常见的方法有絮凝、氧化还原、光催化氧化、电催 化氧化、微电解等方法。 混凝法是化工废水处理常用的方法。混凝是在混凝剂的作用下进行的水中胶 体粒子聚集，也即胶粒长大的过程。混凝剂对胶体粒子的作用有3 种：电中和、 粒间搭桥和卷扫作用。常用的混凝剂：无机低分子混凝剂、无机高分子混凝剂、 有机高分子混凝剂、微生物混凝剂等。大量的试验研究表明：无机高分子混凝剂 p a c ，p f s 的混凝效果一般要优于传统的铁盐和铝盐混凝剂。这主要因为p a c 、 p f s 中含有6 0 以上的带正电荷的阳离子，将其投入水中后，这些阳离子快速地 参与电中和及压缩双电层作用，因此能更有效地使胶体失去稳定性而沉降。近年 来无机高分子絮凝剂广泛地应用于化工废水处理中。南亚【7 】用复合混凝剂对日用 化工废水进行预处理，适宜的p h 为5 5 - 8 5 ，当投药量为1 5 0 m g l 时，废水c o d 去除率为9 1 8 0 ，s s 去除率为8 0 。 第一章绪论 光催化氧化( 非均相) 是以n 型半导体( t i 0 2 、z n o 、w 0 3 、c d s 等) 作催化剂的 氧化过程，当催化剂受到紫外光照射时，表面的价带电子就会被激发到导带上， 同时在价带产生空穴，形成电子空穴对。这些电子和空穴迁移到粒子表面后，由 于空穴有很强的氧化能力，使水在半导体表面失去电子生成氧化能力极强的羟基 自由基( o i 4 ) ，羟基自由基再与水中有机污染物发生氧化反应，最终生成c 0 2 ， h 2 0 及无机物等物质，从而使废水得到净化。c h e l a 等【8 】研究二维电极辅助t i 0 2 光 催化系统处理染料废水，该系统连续处理0 5 h 后，玫瑰精吸附大于9 0 ，c o d 和b o d 去除率分别为9 3 9 和8 8 7 ，废水的可生化性也得到提高。 电催化氧化法能在常温常压下，通过有催化活性的电极直接或间接产生羟基 自由基，从而有效氧化降解难生化污染物。因其处理效率高、操作简便、与环境 兼容等优点引起了研究者们的广泛注意。电化学反应具有两种氧化作用：直接氧 化和间接氧化。直接氧化发生在阳极表面，间接氧化发生在液体内部。污染物在 阳极的表面吸收，并在阳极电子转移的作用下被破坏，带来了对废水的直接氧化。 间接氧化是由电化学过程中产生的强氧化剂造成的。电化学水处理技术未能广泛 应用的主要原因是效率不高，经济上不合理。电化学工艺处理特种难降解有机物 的难点在于两个“时间”问题：一是处理废水时间的问题，即电催化法的效率如 何提高；另一个是电极寿命问题，即电极的稳定性如何提高。李天成【9 】等阐述了 电化学氧化技术在处理水体中持久性有机污染物方而的研究，介绍了电化学氧化 原理及影响因素，并研究了不同电极对持久性有机污染物的处理效果。 臭氧是一种强氧化剂，能与废水中大多数有机物及微生物迅速作用，因此在 废水处理中对除臭、脱色、杀菌、降低c o d 及b o d 等都有显著的作用。并且臭 氧在水中分解为氧，不会造成二次污染，氧化产物毒性很低，特别适用于处理低 含量可氧化物质的废水；制备臭氧用的空气和电不必贮存和运输，操作管理也较 方便；处理过程一般不产生污泥。但是，造价高；处理成本高。王娟【lo 等人采用 复合混凝剂对造纸废水二级出水进行了预处理，再用臭氧进行氧化处理。研究了 在不同臭氧量、p h 条件下，臭氧氧化法对造纸废水中c o d 和色度的去除效果， 及不同臭氧产生速率和反应时问对c o d 与色度的去除效果，分析了臭氧氧化污染 物的机理。结果表明，臭氧氧化效果随臭氧量、反应时间的增加而增强，但增强 幅度越来越小；臭氧投加速率为1 3 9 8 m g m i n 、停留时间为3 0 m i n 时，c o d 和色 度去除率分别可达6 2 3 和9 9 5 ，去除效果明显。 铁炭微电解法是依据金属的腐蚀电化学原理，利用形成的微电池效应对废水 进行治理的良好工艺，又称内电解法、铁屑过滤法、零价铁法等。我国从2 0 世 纪8 0 年代开始这一领域的研究，特别是近几年来发展较快，在印染、石化、制 药等化工废水的治理中均有较多研究报道，有的已投入实际运行。目前，微电解 第一章绪论 工艺被广泛研究与运用。生物难降解废水，可用微电解为预处理手段，从而实现 大分子有机污染物的断链，从而提高废水可生化性，降低后续处理负荷与成本。 齐迎【l l 】等人通过微电解、f e n t o n 试剂处理难降解有机废水，得出最佳条件为p h 值为4 0 ，f e ：c 为0 6 ，时间为1 2 小时，此时c o d 可以从2 1 8 6 0 m g l 下降至 4 5 5 8 m g l ，c o d 的去除率达7 9 2 。 f e n t o n 氧化【1 2 】是在废水中加入f e 2 + 、h 2 0 2 后，在酸性条件下，f e 2 + 和h 2 0 2 之 间发生链反应，催化生成的o h 自由基具有极强的氧化能力，能无选择性氧化各 种有机污染物质，使绝大多数有机污染物迅速的氧化分解为小分子物质。反应结 束后，在碱性条件下，通过生成一系列多核羟基络合物，将废水中的一部分有机 物吸附、凝聚后去除【1 3 】。张荣吲1 4 】等人对腈纶废水进行f e n t o n 氧化预处理后，再 运用序批式膜生物反应器进行处理。腈纶废水进水c o d 平均为1 2 5 9 m g l ；n h 4 n 质量浓度平均为5 7 6 7 m g l ，经过本工艺处理后，最终出水c o d 平均仅为 7 6 8 8 m g l ，其去除率平均达9 3 8 9 ；出水n 地- n 质量浓度平均为2 5 7 m g l ，其 平均去除率9 5 5 4 ；出水s s 、氰化物、硫氰化物、硫化物等有毒有害物质均低 于国家排放标准。再用高浓度腈纶聚合废水对本套工艺进行冲击试验，发现对难 降解的腈纶聚合废水也具有很好的处理效果，出水的c o d 与n 也- n 质量浓度平均 为1 6 0 6 6 m g l 和3 1 6 m g l ，去除率平均达9 1 8 6 和9 2 0 3 。另外，在有紫外光 的f e n t o n 体系中，紫外光与铁离子之间存在着协同效应，使h 2 0 2 分解产生羟基自 由基的速率大大加快，促进有机物的氧化去斛1 5 】。 1 2 3 物理化学处理方法 吸附【1 6 】是利用多孔性固体吸附剂的表面吸附废水中的一种或多种污染物，达 到废水净化的过程。吸附是一种界面现象，其作用发生在两个相的界面上。例如 活性炭与废水相接触，废水中的污染物会从水中转移到活性炭的表面上，这就是 吸附作用。具有吸附能力的多孔性团体物质称为吸附剂，废水中被吸附的物质称 为吸附质。根据固体表面吸附力的不同，吸附可分为物理吸附、化学吸附和离子 交换吸附三种类型。活性炭作为吸附剂在废水治理方面已经得到广泛应用【l7 1 ，对 高低浓度废水都有较好的去除效果。活性炭吸附性能高，可作为焦化、炼油、石 化废水的深度处理【l 引。此外活性炭还可与其他方法相配合，组成其他新工艺，如 a s p a c t 法等。有机膨润土作为一种新的吸附材料，在废水处理中越来越受到人 们的重视【1 9 1 ，朱利中等人就有机膨润土在废水处理中的应用进行了大量的研究 口0 1 。此外，有机高岭土、粉煤灰以及垃圾焚烧底灰作为吸附材料在有机废水处理 中的应用研究也有所报道【2 1 1 。但是该方法中所用吸附剂再生难度大，易流失，需 不断补充，运行费用大，常用作废水的深度处型2 2 1 。 第一章绪论 离子变换法【2 3 】是一种借助于离子交换剂上的离子和废水中的离子进行交换 反应除去废水中有害离子的方法。离子交换过程是一种特殊吸附过程，所以在许 多方面都与吸附过程类似。离子交换剂与吸附剂同样能从溶液中吸取其溶质，但 与吸附比较，离子交换过程的特点在于：它主要吸附水中的离子化物质，并进行 等物质的量的离子交换。在废水处理中，离子交换法主要用于回收废水中的有用 物质和去除废水中金、银、铜、福、铬、锌等金属离子，还可用于净化放射性废 水。离子交换法的优点是离子的去除效率高，设备较简单，操作简单。 膜分离法是利用一种特殊的半透膜将溶液隔开，使溶液中的某种溶质或溶剂 ( 水) 渗透出来，从而达到分离治理的目的。膜分离法包括渗析、电渗析、反渗透 和超滤等方法。黄江丽等【2 4 】采用o 8 u m 微滤膜与5 0 r i m 超滤( c d f ) 无机陶瓷膜组合 工艺对造纸废水进行处理，在温度为1 5 。c 、压力为o 1 m p a 的操作条件下，0 8 u r n 膜对c o d 去除率为3 0 - 4 5 ，5 0 n m 膜对c o d 的去除率为5 5 7 0 。膜分离过程 不发生相变，和其他方法相比运行费用较低，膜分离技术不仅适用于有机物和无 机物，从病毒、细菌到微粒的广泛分离，而且还是用于许多特殊溶液的分离，膜 分离装置简单，操作、控制容易，便于维修、分离效率高。因此近年来膜分离技 术发展很快，在水和废水处理、化工、医疗、轻工、生化等领域得到大量应用。 但该方法可能存在有着膜通量低，对小分子有机物截留效率低，膜易被污染，专 用设备费用高等缺点【2 5 1 。 萃取法【2 6 】是利用与水不相溶解或极少溶解的特定溶剂与废水充分混合接触， 使溶于废水中的某些污染物质重新进行分配转入溶剂，然后将溶剂与除去污染物 质后的废水分离，从而达到废水净化和回收有用物质的目的。杨义燕掣2 7 】设计了 高效q h 型络合萃取脱酚溶剂，建立了工业含酚废水络合萃取工艺，进行了不同 种类含酚废水的络合萃取平衡和错流萃取的试验。结果表明，利用q h 混合型络 合萃取剂，通过2 3 级错流接触，可以达到国家排放标准。萃取法具有处理水量 大、设备简单，便于自动控制，操作安全、快速，成本低等优点，因而该法具有 广阔的应用前景。 1 2 4 生物处理 生物处理法，就是利用微生物的代谢作用，使废水中呈溶解和胶体状态的有 机污染物质转化为稳定、无害的物质，如c 0 2 和h 2 0 等。生物处理法按作用微生 物的不同，可分为好氧生物处理和厌氧生物处理二大类。好氧生物处理法又可分 为活性污泥法、生物膜法、氧化塘等，好氧生物处理法广泛用于处理有机废水， 厌氧生物处理法多用于处理高浓度有机废水和污水处理过程中产生的污泥，近年 来，也被广泛应用于低浓度有机废水的处理。生物处理法工艺成熟，运行简单， 第一章绪论 成本低，是废水处理中应用最为广泛的方法。 活性污泥法是以活性污泥为主体的生物处理技术，活性污泥是在水中繁殖大 量微生物凝聚形成的絮体，具有巨大的表面积，在表面上还含有多糖类粘性物， 当它和废水混合时，迅速将废水中的有机物吸附到活性污泥上，这一阶段叫吸附， 被吸附的有机物，由于酶的作用，在水中溶解氧较充分的条件下进行生物化学作 用，将部分有机物氧化分解为简单的无机物，并合成新的原生质。活性污泥法一 般由初次沉淀池、曝气池、二次沉淀池、污泥同流系统组成。活性污泥法自开创 以来，得到了很大发展，已成为有机废水生物处理的主要方法，并针对不同的处 理目标和运行方式，演变为多种处理工艺，如前置生物脱氮工艺、氧化沟工艺、 序批式活性污泥法等。前置生物脱氮工艺的特点是原废水先经缺氧池，再进好氧 池，并将好氧池的混合液和沉淀池污泥回流至缺氧池，使缺氧池中既从原污水中 得到足够的有机物，又从回流混合液中得到大量的硝酸盐，回流污泥则保证微生 物量，因此可在其中进行反硝化反应，然后在好氧池中进行有机物的进一步降解 作用。氧化沟【2 8 】是一种呈封闭环状沟渠形的污水处理构筑物，污水与活性污泥的 混合液在曝气沟中经长时间的循环流动而得到净化。氧化沟的有机b o d 负荷通常 很低，约为0 0 5 0 1 5 k g ( k g d ) ，污泥龄长，一般大于1 5 d 。序批式活性污泥工艺 去除污染物的机理与传统活性污泥工艺完全一致，所不同的是，运行时，按进水、 曝气、沉淀、排水、排泥等五个步骤，一次在同一s b r 曝气池中周期进行。活性 污泥处理法工艺成熟，运行成本低。但也存在污泥膨胀现象，膨胀一旦发生，二 沉池中的活性污泥和已净化的废水难以分开，大量污泥流失，出水难以达标。污 泥膨胀现象成因复杂、控制起来较难，污泥处置成了多数污水厂在废水处理达标 后遇到的又一难题。 生物膜法是将废水通过好氧微生物和原牛动物，后生动物等在载体填料上生 长繁殖，吸附和降解有机物，使废水得到净化的方法。生物膜不同于活性污泥的 地方是污泥不是悬浮于废水中，它是依附在同定表面上的一层黏膜。因此，生物 膜法的所有构筑物都有固定介质，或是滤料或是板材等。填料是反应器的核心部 分，其性能的好坏直接关系到挂膜的难易程度、反应器中生物量的多少和反应器 运行效果的好坏【2 9 1 。常用的构筑物有生物滤池、生物转盘和生物接触氧化池等。 与其他废水生物处理方法相比，生物膜反应器操作更为简单，产泥量少，处理高 负荷能力和效果方面也更有优势。王学江【3 0 】等利用m b b r 处理石化废水，采用了 新型的悬浮填料，具有比表面积大、易挂膜，可有效切割气泡，且对氧的利用率 有较大提高，在水力停留时间( h r t ) 6 h 、反应器填料投加率为5 0 的情况下， 出水c o d ，n i - h - n ，s s 和浊度等均达到国家排放标准，此反应器具有较强的抗负 荷冲击力，并且出水水质稳定。 第一章绪论 氧化塘又称稳定塘或生物塘，它是利用天然的或人工修造的池塘，使废水在 塘内长时间停留，通过生物和微生物的作用而达到净化的过程。在氧化塘塘水中 存活起净化作用的生物有：细菌、藻类、微型生物、水生植物以及其他水生动物。 污水在塘中的净化过程与自然水体的自净过程相近。污水在塘中缓慢的流动、较 长时间的驻留，通过在污水中存活微生物的代谢活动和包括水生植物在内的多种 生物的综合作用，使有机污染物降解，污水得到净化。曾海鳌等 3 1 l 研究氧化塘去 除高含盐采油废水挥发酚，实验结果表明，在1 5 以上经1 5 0 h 氧化塘处理，废 水中挥发酚浓度可达n - 级排放标准。 废水厌氧生物处理是指在无分子态氧的条件下通过厌氧微生物( 包括兼性微 生物) 的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的 过程，也称为厌氧消化。厌氧生物处理与好氧生物处理相比较，应用范围广，能 耗低，反应器的负荷高，剩余污泥量少，污泥浓缩、脱水性好，氮磷营养物质需 要量少。王浙明【3 2 】研究厌氧接触氧化工艺应用于丝厂高浓度有机废水的处理， 进水c o d 在1 7 0 0 0 - 2 5 0 0 0 m g l ，b o d 在7 0 0 0 1 2 0 0 0 m g l ，c o d 总去除率达9 9 2 以上。厌氧生物处理的优点在于：能耗低，可回收生物能源( 沼气) ，每去除单位 重量底物产生的微生物( 污泥) 量少，具有较高的有机物负荷的潜力。缺点是厌氧 微生物增殖缓慢，故厌氧反应器初次启动需较长时间，处理后出水的c o d 值较高， 水力停留时间较长，并产生恶臭，厌氧系统操作较复杂，要求控制严格，对有毒 物质的影响较敏感。 1 3s b r 工艺 间歇式活性污泥法( s b r ) 又称序批式活性污泥法，是一种不同于传统活性污 泥法的废水处理工艺。1 9 1 4 年英国的a i d e n 和l o k e t t 首创活性污泥法时采用的就 是间歇法 3 3 1 。受当时技术条件的限制，曝气池水流不断切换，操作起来较为烦琐， 而且沉淀时绝对静止，曝气设备易被堵塞。在连续式活性污泥法出现之后，很快 将其取代，占据了主导地位。2 0 世纪7 0 年代以来，为解决连续污水处理法存在 的问题，由r l i r v i n e 发起，日本、澳大利亚等国学者对s b r 进行了重新评价和研 究 3 4 1 。特别是近年来由于计算机控制技术的发展，通过溶解氧测定仪、氧化还原 电位计等仪表对工艺运行进行过程控制的技术出现，使得初期的s b r 反应器间歇 运行的复杂操作问题得以解决。2 0 世纪8 0 年代以后，s b r 法引起越来越多国家 的重视，并陆续得到开发应用。 第一章绪论 1 3 1s b r 技术的发展 序批式间歇活性污泥工艺( s b r ) 由按一定时间顺序间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间歇的 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；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五个阶 段即自进水、反应、沉淀、排水、排泥至闲置期结束为一个运行周期。在一个运 行周期中，各个阶段的运行时间、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，不存在空间上的控制障碍，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。 本试验采用s b r 处理天津滨海某污水库综合化工废水，主要考虑到s b r 反 应器有以下优点： ( 1 ) 工艺简单、节省费用 s b r 法的主体工艺设备只有一个s b r 反应池，一般情况下不必设置调节池， 多数情况下可省去初沉池，这样s b r 系统的基建费用往往较低。根据k c t c h u m 3 5 】 等人的统计结果，采用s b r 处理小城镇污水比传统活性污泥节省基建投资3 0 以 上。此外，利用s b r 法的污水处理系统还有布置紧凑、节省占地面积的优点。 ( 2 ) 理想的推流过程使生化反应推动力大、效率高 在不同的周期中，s b r 法反应器中的底物( b o d ) 和微生物( m l s s ) 浓度是变化 的，而且不连续，因此，它的运行是典型的非稳定状态，并且在其连续曝气的反 应阶段也属于非稳定状态，但在同一周期中，其底物和微生物浓度变化却是连续。 这期间，虽然反应器内的混合液呈完全混合状态，但是其底物与微生物浓度的变 化在时间上是一个理想的推流过程，从而使它保持了最大的反应推动力。 r l i r v i n e 等的研究还表明：s b r 法中作为微生物活性最重要指标的r n a 含量是 传统活性污泥法中的3 4 倍【3 4 1 。而r n a 含量是评价微牛物活性的最重要指标， 所以这也是s b r 法有机物降解效率高的一个重要原因。 ( 3 ) o s 充分防止污泥膨胀 限制曝气的s b r 在反应阶段是时间上的理想推流状态，即有机物浓度存在较 大的浓度梯度，利于菌胶团细菌的增殖，抑制丝状菌的生长。s b r 法能够有效地 控制丝状菌的过量繁殖，这一特性是由缺氧好氧状态并存、反应中底物浓度梯度 较大【3 6 】、泥龄短、比增长速率大决定的。 第一章绪论 ( 4 ) 运行方式灵活、脱氮除磷效果好 s b r 反应器可以根据废水水量水质的变化和对出水水质的要求来调整一个 运行周期中各个工序的运行时间、反应器内混合液容积的变化和运行状态。运行 方式灵活，可生成多种工艺路线，且同一反应器仅通过改变运行工艺参数就可以 处理不同性质的废水【3 7 1 。由于s b r 无污泥回流系统，无需一沉池，比其他生化处 理系统史易于维护【3 8 】。s b r i 艺在时间序列上提供了缺氧( d o = 0 ，n o x 0 ) 、厌 氧( d o = 0 ，n o x = 0 ) 和好氧( d o o ) 的环境条件，使缺氧条件下实现反硝化，厌氧 条件实现磷的释放和好氧条件下的硝化及磷的过度摄取，从而有效地脱氮除磷。 ( 5 ) 耐负荷冲击强 s b r 法虽然对于时间来说是理想推流过程，但就反应器中混合状态来说，仍 属于典型的完全混合式，也具备完全混合曝气所具有的优点【3 9 】。由于进水结束后， 原水与反应器隔离，进水水质水量的变化对反应器不再有任何影响，因此工艺的 耐冲击负荷能力高。间歇进水、排放以及每次进水只占反应器的2 3 左右，其稀 释作用进一步提高了工艺对进水冲击负荷的耐受能力。 ( 6 ) 固液分离效果好 s b r 法在沉淀时没有进出水流的干扰，可以避免短流和异重流的出现，是一 种理想的静态沉淀，固液分离效果好m 】，容易获得澄清的出水。 s b r 工艺也存在一些缺点： ( 1 ) s b r 工艺对自控要求高，自控系统必须质量好，运行可靠。 ( 2 ) s b r 工艺对操作人员技术水平要求较高，主要是技术型操作要求操作人 员具有一定的文化程度和技术水平。 ( 3 ) 间歇周期运行使得曝气、搅拌、排水、排泥等设备利用率不大，增大了 设备费用和装机容量。 1 3 2s b r 工艺处理工业废水现状 s b r 法适用范围广泛，既适合处理可生化性好的城市污水，又广泛应用于食 品、屠宰等工业废水，对有毒有害难生物降解的工业废水同样有好的去除效果。 研究结果表明，s b r 工艺在不需要增加设施的情下，通过灵活地改变操作运行方 法，可以获得城市污水中碳氮磷的同时去除，同时能够克服连续流系统中常见的 丝状菌膨胀问题。2 0 世纪8 0 年代中期开始，美国逐渐将s b r 引入有毒或难降解 有机废水的处理，如垃圾渗滤液、石油化工废水、含甲酚或二甲酚的高浓度废水、 含氯等卤代烃的低浓度废水、含高浓度硝酸盐的离子交换再生废液、绝缘漆水、 苯胺废水、含多种毒物的化学试剂生产废水和混合化工废水等，研究表明s b r 的 序列运行能够产生有效的微生物选择性，使具有降解目标有机物能力的微生物大 第一章绪论 量繁殖，从而s b r 适合于有毒或难降解有机废水的处型4 1 】。 目前s b r 处理难降解有机物的对象几乎涵盖了其他生物法所处理的对象，例 如缫丝生产废水、聚酰胺生产废水、炼油化工废水、鱼油精炼废水、乐果生产废 水、啤酒废水、白酒废水、乳品加工废水、印染废水、制革废水、青霉素废水、 阿胶制药废水、屠宰废水等。张本兰【4 2 】等用s b r 活性污泥法结合石灰碱解预处理 和后絮凝沉淀处理乐果废水，出水各项指标均达到有机磷农药工业废水排放标 准。纪荣平【4 3 】等用间歇式活性污泥法处理啤酒生产废水，当废水c o d c r 值在 8 0 0 2 0 0 m g l 时，经s b r 一级生化处理后的出水可达到国家规定的排放标准。陈 永m 】等采用s b r 法处理固态发酵白酒类废水，总结了该工程的设计经验，存在的 问题和建议。吴胜林【4 5 】等用s b r 处理乳品加工废水，当废水c o d c r d ! i 在7 3 1 m g l 时，经预处理及s b r ，出水c o d 。，为9 7 9 m e j l 。张勇【4 6 】认为s b r _ 工艺的特殊运行 方式，可以用于处理水质、水量变化较大的制革废水。胡晓东【47 】等人采用s b r 法为主导的工艺处理青霉素废水进水c o d 浓度可达5 0 0 0 1 0 0 0 0 m g l ，设计容积 负荷可采用3 4 1 5 k g c o d ( m 3 - d ) ，不需对废水进行预处理，经两级生物处理，出 水可稳定达至u c o d 9 0 。 李秀金【6 l 】等把s b r 连接在一起构成a s b r s b r 组合反应器系统，用于牛场高浓度 有机污水的处理。a s b r 作为预处理反应器主要用于去除有机物，s b r 用于生物 脱氮处理。通过试验确定a s b r 的最佳有机负荷率( 以c o d c ，计) 为3 9 ( l d ) ，在此 负荷率下处理后的污水在s b r 中进一步处理。通过对硝化和反硝化分别与同时进 行。a s b r s b r 系统的污水处理性能进行了试验研究，发现：当硝化在反应器中 进行，反硝化在自然条件下的出水混合液和上清液中进行时，混合液中n o x n 在3 周之内即被全部转化，上清液中反硝化反应相对较慢，要通过同时的硝化与 第一章绪论 反硝化高效地去除污水中的氨氮，则需要添加适量碳源，并实行分段进水。 ( 4 ) s b r 与其他工艺的组合 许多废水中往往含有种类繁多的有机污染物，其中有一些难于降解或对微生 物有抑制作用，单纯用一种处理方法，很难把有机物降解，所以出现了多种物化 和生化处理方法的组合工艺。付永胜等根据印染废水的特性，提出了水解酸化 一u a s b s b r 组合工艺的处理方法，该法的实际应用表明，废水c o d c ，可由 2 5 0 0 - - 4 5 0 0 m g l 降至8 0 - 1 5 0 m g l ，b o d s 可由6 0 0 - 1 0 0 0 m g l 降至3 0 , - - 4 0 m g 兄，色 度可由1 0 0 , - - 6 0 0 倍降至5 0 6 0 倍【6 2 1 。范洪波【6 3 】等采用水解酸化s b r 法混凝沉淀 复合工艺对城市垃圾渗滤液进行处理，确定了水解酸化、s b r 法和混凝的最佳运 行参数，研究结果表明，当进水c o d c ，1 7 2 0 m g l 、氨氮1 2 7 6 m g l 时，通过该系 统处理后，出水c o d c ，1 4 8 4 m g l 、氨氮1 2 2 m g l ，c o d c r 总去除率达到9 1 2 ， 氨氮去除率达9 0 4 达到较好的去除有机物和脱氮效果。 1 4 课题研究目的、意义及内容 1 4 1 研究的意义 试验用废水可生化性差，主要原因是含有的污染物大多属于结构复杂、有毒、 有害和生物难降解的有机物质，因此，本论文对该废水的生物可降解性进行评价， 并分析其规律性，为处理污水库综合化工废水选择合理的方法提供依据；同时， 利用间歇式s b r 反应器，研究好氧活性污泥的驯化过程和运行过程，为生物处 理系统的设计和运行提供更合理和科学的指导数据。 1 4 1 具体研究内容 试验所用废水为天津滨海某污水库高含盐难降解综合化工废水，污水库废水 中的主要污染物为低浓度难降解有机物、氨氮和总氮等，其水质具有低c n 比、 高含盐量以及可生化性差等特点。 因此试验研究内容为： ( 1 ) s b r 运行过程中对污染物的去除效果及活性污泥浓度和活性变化情况； 讨论了影响有机物去除的各个因素； ( 2 ) 考察该污水库综合化工废水的生物可降解性以及废水对活性污泥活性的 抑制作用； 第一章绪论 ( 3 ) 考察s b r 反应器投加粉末活性炭对c o d 的去除效果； ( 4 ) 考察活性炭吸附、臭氧氧化、f e n t o n 氧化对s b r 出水有机物的进一步去 除。 第二章试验装置与试验方法 第二章试验装置与试验方法 2 1 试验装置与运行方式 2 1 1 试验装置 试验采用的s b r 反应器如图2 - 1 、2 - 2 所示：反应器由有机玻璃制成，长6 3 c m ， 宽3 6 c m ，有效高度4 0 c m ，有效体积为6 8 l 。反应器内设搅拌及曝气装置。反应 器进出水均为人工控制，进水采用潜水泵进水，排水采用虹吸排水；搅拌及曝气 过程均由可编程序控制器( p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r ，p l c ) 自动控制，厌 氧采用电动搅拌机搅拌，好氧采用微孔曝气器曝气。反应器上部和底部设溢流管 和放空管。整套装置前段设置一低位水箱，试验用废水经潜水泵抽到s b r 反应 器中。 小试试验中，采用的反应器照片见图2 - 3 a 、b - 其中图2 - 3 a 为确定溶解性 难降解物质浓度时所用试验装置，图2 3 b 为p a c s b r 所用试验装置。两者曝气 装置均为砂滤头。 图2 1s b r 试验装置示意图 排水阀 第二章试验装置与试验方i 土 圈2 + 2s b r 试验装置照片 图2 - 3 a 溶解性难烽解物质浓度试验装置照片 bp a c s b r 试验装置照h 2 1 2 运行方式 s b r 系统由( p l c ) 控制搅拌，曝气过程，由人工控制进出水，采用瞬间进水， 限制性曝气的方式。 驯化阶段反麻器体积交换律为3 3 ，稳定运行阶段反应器运行2 3 天后将体 积交换律由3 3 改为1 1 。 反应器运行过程中共采用过两种运行方式：四阶段( 运行方式一，见图2 - 4 和两阶段( 运行方式二，见罔2 - 5 1 。驯化阶段采用运行方式一，稳定运行阶段 第二章试验装置与试验方法 16 2 4 d 与培养驯化阶段运行方式相同，2 5 5 0 d 采用运行方式二。具体运行参数 见后面相关试验章节。 百一出一目一由一目一出 进水厌氧搅拌曝气厌氧搅拌曝气沉淀排水 图2 _ 4 运行方式一示意图 酉一由一幽_ 凹 进水 厌氧搅拌 曝气沉淀排水 2 2 试验用水与污泥 2 2 1 试验用水 图2 5 运行方式二示意图 试验用水取白天津滨海某污水库，表2 1 为试验过程中几次取水的水质变化 情况。 从表2 1 中可以看出：该废水有以下几个特点：一、c o d 值在1 4 7 2 , - - 2 2 1 8 m g l 之间变动，有机物含量较低；二、b o d 值偏小，b o d 5 c o d 在0 1 0 2 之间，废 水可生化性较差：三、含盐量5 8 3 l 1 0 3 0