（环境工程专业论文）一体化反应器处理农村生活污水的试验研究.pdf

西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 农村生活污水的随意排放对水环境的影响日益严重。针对我国 农村污水水质水量特征及水污染现状，寻求适合农村分散型生活污 水处理的工艺及装备，己成为解决我国以及其他发展中国家农村生 活污水污染问题的关键所在。本研究在a 2 o 工艺及日本净化槽技术 的基础上，通过静态试验研究，探讨了适于兼氧、厌氧及好氧反应 器启动的接种活性污泥类型，并将效果较优的兼氧、厌氧和好氧反 应器进行组合，即组成兼氧厌氧好氧生物处理组合工艺系统，考察 其对生活污水的处理效果；并在此基础上，自制出一套一体化生物 膜折流板反应器( i b b r ) 用于生活污水处理的动态试验研究。i b b r 采用兼氧厌氧好氧组合工艺，通过对i b b r 处理生活污水的动态试 验研究，优化了i b b r 部分运行参数，并对i b b r 处理生活污水的效 果及去除污染物质的机理作了初步探讨。主要研究结果如下： 在静态试验研究中，接种厌氧污泥的兼氧、厌氧反应器比接种 好氧污泥的兼氧、厌氧反应器对c o d c ，的去除效果好；将上述对 c o d c ，去除效果较好的反应器进行兼氧厌氧好氧组合，该组合系统 对生活污水中c od c ，、t p 的去除率分别高达9 5 1 、9 7 1 ，由于进 水c o d c 。浓度较大( 514 5m g l - 1 17 4 4 m g l ) ，出水c o d c ，值仅达到 城镇污水处理厂污染物排放标准( g b18 9 18 2 0 0 2 ) 二级排放标准 的要求，而出水t p 值则可达到城镇污水处理厂污染物排放标准 ( g b l8 918 2 0 0 2 ) 一级b 排放标准的要求。因受温度等因素影响， 该兼氧厌氧好氧组合工艺系统对t n 的去除效果较差。 在动态试验研究中，通过对自制一体化反应器处理生活污水效 能的探讨，结果显示：i b b r 反应器启动成功后，当水力停留时间为 12 h ，硝化液回流比为l0 0 ，污泥回流比为10 0 时，进水c o d c ， 为11 7 7 m g l - 4 4 2 4 m g l ，出水c o d c ，保持在5 0 m g l 以下。但i b b r 对t p 的去除率为2 0 3 0 ，对t n 的去除率仅为1o 2 0 。通过 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 i 页 化学强化除磷静态试验的研究，筛选出适于作为强化除磷用的絮凝 剂为a 1 2 ( s 0 4 ) 3 ，并确定其最佳投加量。其后排空i b b r 各单元内的 悬浮活性污泥，取消污泥回流，当硝化液回流比为4 0 0 ，且增加化 学强化除磷部分，进水c o d c ，浓度为2 5 6 2 m g l 315 7 m g l 时，出 水c o d c ，保持在50 m g l 以下，进水t p 浓度为4 0 6 m g l 6 2 3 m g l 时，生物处理部分对t p 的去除保持在4 0 50 ，而经过化学强化 除磷后，出水t p 值稳定在o 5m g l 以下，最终出水c o d c 。及t p 均 能达到城镇污水处理厂污染物排放标准( g b18 918 2 0 0 2 ) 一级a 排放标准的要求；当进水t n 浓度为4 4 7 m g l 7 0 4 m g l 时，i b b r 对t n 的去除率保持在50 左右。但低温会严重降低i b b r 系统对污 水中t p 及t n 的去除效果。i b b r 稳定运行时，各反应单元内生物膜 上各氮循环菌数量远远大于混合液中氮循环菌的数量，但在不同的 处理单元，其优势菌群有所差异。 农村 关键词：生物膜兼氧厌氧好氧一体化反应器生活污水 a b s t r a c t i nr u r a l a r e a s ，d o m e s t i cw a s t e w a t e rw a sd i s c h a r g e dr a n d o m l y ， w h i c hs e r i o u s l ya f f e c tt h ew a t e re n v i r o n m e n t i ti s n e c e s s a r yt of i n d s u i t a b l e t e c h n o l o g ya n de q u i p m e n t sf o rr u r a ld o m e s t i cw a s t e w a t e r t r e a t m e n ti nc h i n aa n do t h e rd e v e l o p i n gc o u n t r i e s d u r i n gs t a t i c t e s t ， o nt h eb a s i so ft h ea 2 | oa n dj o h k a s o u 。t h es u i t a b l es e e d s l u d g et q r s t a r t u po fa n o x i c ，a n a e r o b i ca n da e r o b i cr e a c t o r sw a si n v e s t i g a t e d t h e a n o x i c ，a n a e r o b i ca n da e r o b i cr e a c t o r sw h i c hh a db e t t e rc o d c rr e m o v a l e f f i c i e n c i e sw e r ec o m b i n e d ，a n dt h e p e r f o r m a n c eo ft h ec o m b i n e d a n o x i c a n a e r o b i c a e r o b i c p r o c e s s t ot r e a td o m e s t i cw a s t e w a t e rw a s s t u d i e d t h e n ，t h es e l f - m a d ei n t e g r a t e db i o f i l mb a f f l e dr e a c t o r ( i b b r ) w a su s e di nt h e d y n a m i ct e s t t ot r e a td o m e s t i c w a s t e w a t e r a n x i c a n a e r o b i c a e r o b i cc o m b i n e dp r o c e s sw a su s e di ni b b r i nt h e d y n a m i cs t u d y ，s o m eo p e r a t i n gp a r a m e t e r sw e r eo p t i m i z e d t h e p e r f o r m a n c ea n dm a c h a n i sm o fi b b rt ot r e a td o m e s t i cw a s t e w a t e rw a s i n v e s t i g a t e d t h em a i nr e s e a r c hr e s u i t sw e r ea sf o l l o w s ： d u r i n gt h es t a t i ct e s t ，t h ec o d c rr e m o v a le f f i ci e n c yo fa n o x i c ， a n a e r o b i cr e a c t o r si n o c u l a t e dw i t ha n a e r o b i cs i u d g ew a sh i g h e rt h a n t h a to fi n o c u l a t e dw i t ha e r o b i c s l u d g e a n o x i c a n a er o b i c a e r o b i c c o m b i n e dp r o c e s sw a su s e dt ot r e a td o m e s t i cw a s t e w a t e r t h er e m o v a l e f f i c i e n c yo fc o d c r ，t pi nt h es y s t e mc o u l dr e a c h9 5 1 a n d9 7 1 。 r e s p e c t i v el y t h ec o n c e n t r a t i o no fi n f l u e n tc o d c rh a dl a r g ef l u c t u a t i o n ( 514 5m g l l l7 4 4 m g l ) ，t h ee f f l u e n tc o d c rc o u l do n l ym e e tt h e s e c o n dd e g r e ed i s c h a r g es t a n d a r d si nd i s c h a r g es t a n d a r do fp o l l u t a n t s - d 厂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 ( g b l8 9 l8 2 0 0 2 ) a n dt h e e f f l u e n tt pc o u l dm e e tt h ef i r s t d e g r e ebd i s c h a r g e s t a n d a r d si n d i s c h a r g es t a n d a r do fp 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 t p l a n t ( g b l 8 9l8 - 2 0 0 2 1 b u tt h er e m o v a le f f i c i e n c yo ft nw a sp o o r b e c a u s e0 ft h e1 0 wt e m p e r a t u r ea n do t h e rf a c t o r s d u r i n g t h e d y n a m i ct e s t ，t h ep e r f o r m a n c eo fi b b rt o t r e a t 西南科技大学硕士研究生学位论文第页 d o m e s t i cw a sl n v e s t i g a t e d t h er e s u l t sl n d i c a t e dt h a tw h e nh r tw a s 1 2 h ，t h er e f l u x r a t i o0 fn i t r i f i c a t i o nl i q u i dw a s1 0 0 ，s l u d g er e t u r n r a t i ow a s10 0 ，i n f l u e n tc o d e rw a s1 1 7 7 m g l - 4 4 2 4 m g l ，e f f l u e n t c o d e rw a sm a i n t a i n e db e l o w5 0 m g l b u tr e m o v a le f f i c i e n c yo ft p w a s2 0 3 0 r e m o v a le f f i c i e n c yo ft nw a so n l yl o 2 0 t h r o u g h t h es t u d yo ft h es t a t i ct e s to nc h e m i c a ls t r e n g t hi np h o s p h o r u sr e m o v a l ， a 1 2 ( s 0 4 ) 3w a ss e l e c t e d a s f l o c c u l a n t ，a n dt h eo p t i m a ld o s a g ew a s d e t e r m i n e d t h e ns u s p e n d e da c t i v a t e ds l u d g ei nr e a c t i o nu n i t sw a s d i s c h a r g e d sl u d g e r e t u r nw a sc a n c e l e d w h e nt h er e f l u xr a t i oo f n i t r i f i c a t i o n l i q u i d w a s4 0 0 a n dc h e m i c a ls t r e n g t hi n p h o s p h o r u s r e m o v a lw a sa d d e d ，i n n u e n tc o d c rw a s 2 5 6 2 m g l - 315 7 m g l ， e f f l u e n tc o d c rw a sm a i n t a i n e db e l o w5 0 m g l i n f l u e n t t pw a s 4 0 6 m g l - 6 2 3 m g l ，t pr e m o v a le f f i c i e n c yo f b i o l o g i c a lt r e a t m e n tw a s r e m a i n e d4 0 - 5 0 b u ta f t e rc h e m i c a ls t r e n g t hi np h o s p h o r u sr e m o v a l ， e f f l u e n tt pw a sr e m a i n e db e l o w0 5 m g l f i n a l l y ，e f f l u e n tc o d c ra n d t pc o u l dm e e tt h ef i r s t d e g r e e ad i s c h a r g es t a n d a r d si n d i s c h a r g e s t a n d a r do fp o l l u t a n t s 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 l8 9 l8 2 0 0 2 ) w h e ni n f l u e n t t nw a s 4 4 7 m g l - 7 0 4 m g l ，t h e r e m o v a l e f f i c i e n c y o ft nw a sr e m a i n e da b o u t5 0 b u tl o w t e m p e r a t u r ew o u l ds e r i o u s l yr e d u c et h er e m o v a le f f i c i e n c i e so ft na n d t p w h e ni b b rw a so p e r a t e d s t a b l y ，t h e n u m b e ro fn i t r o g e nc y c l e b a c t e r i ao nb i o f i l mw a ss i g n i f i c a n t l yl a r g e rt h a nt h a t0 fi nt h em i x t u r e d o m i n a n tb a c t e r i aw e r ed i f f e r e n ti nt h ed i f f e r e n tp r o c e s su n i t s k e y w or d s ： b i o f i l m ；a n o x i c a n a e r o b i c a e r o b i c ；i n t e g r a t e d r e a c t o r ；d o m e s t i cw a s t e w a t e r ；r u r a l 西南科技大学硕士研究生学位论文第l 页 1 绪论 1 1研究背景 农村污水处理是农村一项重要的公共事业。在经济相对发达的 地区，农村污水处理已经成为一项必不可少的基本公共服务【1 。4 1 。 但在我国广大的农村地区，由于经济发展水平较低，管理相对 落后，缺乏污水和垃圾处理等环保设施，再加上长期形成的不良生 活习惯，如随意堆放垃圾、随地倾倒污水等，也导致了农村生活环 境的恶化。农村具有人口数量多、居住分散等特点，且其没有污水 收集和处理措施，导致农村生活污染源成为影响水环境的重要因素 之一。与此同时，随着农村经济的发展，楼房、抽水马桶等城市化 设施的逐渐普及，农村地区的用水量随之加大，生活污水的排放量 也随之剧增，由此引发的污水出路及公共卫生安全问题为人们所关 注【5 】。迄今为止，我国农村的生活污水大多数没有经过处理，直接排 放到附近的水体中，这不仅直接影响了附近水环境的质量，还严重 威胁到了地下水的安全 6 - 8 】。 目前，我国农村污水处理水平低、处理效果差，城乡之间基础 设施和公共服务水平差距很明显，逐步缩小城乡发展差距，推进新 农村建设的任务很重【9 。1 1 】。农村污水治理设施不足，己滞后于农村经 济社会发展，不能满足农村居民改善生产生活条件的需求和加强污 水治理的迫切愿望。因此，推动农村污水处理设施建设压力很大。 造成我国农村污水治理不足的原因是多方面的，有传统重城轻 乡思想下政府不重视的原因，有相关法规、政策、规划、标准和技 术指导缺失的原因，也有农村污水很大程度上属于分散型污水，在 管理上和技术上的要求具有与城市不同的原因。因此，农村污水治 理是我国一个比较前沿的领域，需要认真学习和借鉴先进经验。 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 页 农村污水治理是改善农村人居生态环境的重要内容，是一项民 生工程，也是民心工程。“国家环境保护十二五规划”中，己将农村 环境的综合整治列为主要内容之一，对农村的面源污染问题给予了 高度重视，并要求大力开展农村污染的治理工作，加强水资源节约 和水污染防治，强化污染防治的监督和管理，加大环境保护的力度。 1 2 农村分散型生活污水的来源与特点 农村分散型生活污水具有面广、量大等特点，是造成河流湖泊 污染的主要污染源之一。因此，从源头上控制污染是解决河流湖泊 等天然水体水质富营养化问题最主要、最根本的措施之一。 农村分散型污水是农村居民在生活、生产活动过程中所产生的 污水，其数量、成分、污染物浓度与居民的生活习惯、生活水平及 用水量等有关。农村分散型污水的来源与特点如表1 1 所示。 表1 1农村生活污水的来源与特点 t a bie1 1t h es o l i rc e sa n dc h ara c t eris tic s0 frl ir aid o m e s tic w a s t e w a t e r 1 3 国内外研究现状 目前，国内外研究应用较多的农村生活污水处理工艺主要有厌 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 页 氧生物处理技术【m 19 1 ，人工湿地【2 0 29 1 ，稳定塘【3 0 34 1 ，净化槽处理系 统 3 5 - 3 7 】等。 1 3 1 厌氧生物技术 随着能源的日益紧缺，厌氧生物处理的优点显得更为突出【3 8 】【39 1 。 在中国农村生活污水处理的实践中，最常用且能体现可持续发展战 略的生活污水处理方式是厌氧沼气池技术 4 0 - 4 3 】。污水中大部分有机 物经厌氧发酵后产生沼气，污水经过发酵作用去除大部分有机物， 达到净化的目的，但该处理技术对污水中氮磷的去除效果较差。 沈东升【4 4j 等人根据厌氧生物膜技术和推流原理，在地下厌氧管 道内填充空心球状填料，研究了农村生活污水地埋式无动力厌氧生 物处理技术，经过一年多的小试、中试以及实际应用显示，该技术 对生活污水中c o d c 卜b od 5 、s s 等去除率都达到了较好的去除效果， 但是对氮磷的去除率很低。鉴于此，若厌氧生物处理技术能与适当 的后续处理方法相结合，则可以成为分散型生活污水处理模式的核 心手段，这一模式较之于传统的集中处理方法更具有可持续性和生 命力，尤其适合发展中国家。 微动力厌氧好氧处理池是在无动力厌氧生物处理模式的基础上 增加了好氧和缺氧的交替处理工艺段，为脱氮除磷创造了良好的条 件 4 引。厌氧段的主要作用是释放磷，同时将部分有机物氨化，缺氧 段主要作用是脱氮，由好氧段送来的硝态氮在反硝化菌的作用下， 被还原为氮气，从而达到脱氮的目的。好氧段则进行硝化作用，吸 收磷等过程。钱科星【4 6 针对太湖流域水污染问题将厌氧一好氧以及人 工湿地几种工艺组合应用于处理生活污水，根据其近一年的试运行 监测数据显示，经该组合工艺处理后的出水均达到了城镇污水处 理厂污染物排放标准( g b18 918 - 20 0 2 ) 一级a 标准。但其电耗以及 管理费用较高。 西南科技大学硕士研究生学位论文第4 页 1 3 2 人工湿地处理技术 人工湿地是在自然湿地的启发下，为了处理污水而人为设计建 造的工程化湿地系统。 人工湿地的净化过程是在物理、化学和生物共同作用下完成的。 物理作用主要是对可沉污染物的去除，以及植物的根茎对污染物的 过滤和吸附等。化学作用则主要是利用人工湿地系统中植物、微生 物的多样性发生各种化学反应过程，从而去除污染物质。而生物作 用则主要依靠湿地系统中存在的微生物的代谢作用实现，这种作用 在湿地系统中占主导地位。 人工湿地的应用最早可追溯到19 0 3 年 4 7 】，但直到2 0 世纪7 0 年 代人工湿地污水处理技术才在世界各地受到重视。近十年来，英国、 德国、法国、澳大利亚等国的人工湿地发展迅速，人工湿地不仅成 为中小城镇的重要污水处理措施，也成为雨水处理、工业废水处理 的重要技术 48 】。目前，欧洲已有数以百计的人工湿地处于运行之中， 规模大到5 0 0 0 m 2 小到4 0 m 2 【4 9 1 1 5 0 1 。 我国人工湿地处理技术的研究起步较晚【5 1 ，19 8 7 年天津市环境 保护研究所建成我国首例采用芦苇湿地处理污水的人工湿地。19 9 0 年，在深圳白泥坑又建成了占地8 4 0 0 m 2 ，处理规模31o o m 3 d 的湿地 处理系统，该系统出水达到国家污水综合排放标准二级标准。 19 9 3 年，在大冶铁矿炸药车间建立了面积为2 0 0 m 2 的中试人工湿地， 用来处理炸药车间排放的含氮废水。最具典型代表性的是2 0 世纪末 建成的成都活水公园，将人工湿地处理污水的整个过程清晰地显现 在大众眼前。有研究表明，湿地植物根系生物量与湿地污水净化效 果之间存在着正相关关系1 5 2 】。除生物除磷外，目前还有很多学者在 研究投加填料强化除磷的方法，这种填料可以是天然材料，也可以 是生产过程中产生的中间产物，但这些填料都需具备对磷的吸附性 能好的特点【5 3 】。 人工湿地用于处理农村生活污水具有广泛的应用前景，同时也 西南科技大学硕士研究生学位论文第5 页 是适合当前农村经济发展水平的污水处理方式之一。但人工湿地占 地面积大，易堵塞，且受季节变化影响较大【54 1 。 1 3 3 稳定塘处理技术 生态稳定塘是主要依靠自然生物净化功能使污水得到净化的污 水生物处理技术【5 5 】。 早在2 0 世纪初期，人们就开始用稳定塘处理污水，第一座有记 录的稳定塘系统是美国于l9 0 1 年在德克萨斯州的圣安东尼奥市修建 的。欧洲最早的稳定塘于1 9 2 0 年在德国的巴伐利亚州慕尼黑市建造， 作为污水的三级处理。我国也于2 0 世纪50 年代开始对稳定塘污水 处理技术进行研究与应用【56 1 。 高效藻类塘处理系统是美国加州大学伯克利分校的o s w a l d 在传 统稳定塘的基础上改进的【5 ”。目前在美国、法国、德国、南非等国 已经从实验室阶段走到了应用阶段 5 8 1 59 1 ，但在我国尚无应用实例， 仅处于研究阶段。黄翔峰，池金萍【6 0 】等人研究了该技术处理太湖地 区农村生活污水，结果表明高效藻类塘对c od c ，、b o d 5 、氨氮等都 有较好的去除效果。高效藻类塘内存在比一般稳定塘更加丰富的菌 藻共生体系【6 1 】，通过连续搅拌使污水混合均匀，与传统的生物处理 技术相比，高效藻类塘具有停留时间短、占地面积少、建设容易、 维护简便、基建投资少、运行费用低等优点，但其易受季节性光照 和温度变化影响【6 2 】，只适合在阳光充沛、气候温暖的地区推广。藻 类塘出水除藻，以及优势藻类的选育都是高效藻类塘研究中需要解 决的问题。 1 3 4 净化槽处理技术 最早源于日本的一体化污水处理装置净化槽( j o h k a s o u ) 技术主 要是在排水管网不能覆盖、污水无法纳入集中处理设施进行统一处 理的偏远地区推广使用 6 3 】。日本净化槽设备是一种处理中小型分散 西南科技大学硕士研究生学位论文第6 页 生活污水的设施【6 4 】。净化槽主要是通过物理处理和生化处理相结合 的方式达到污水净化效果。在日本，净化槽被分成三种类型：单独 处理净化槽、合并处理净化槽和高度处理净化槽。单独净化槽是仅 用于处理粪便的净化装置，也是日本最早开发的净化槽。合并处理 净化槽不仅能处理粪便也能处理生活的杂排水，对b od 5 的去除率也 有所提高，可以达标排放。目前，日本高度处理净化槽的发展已经 非常成熟，可以达到出水b od s l0m g l 、t n 1 0 m g l 、t p 1m g l 的水平【65 1 。 国内学者在净化槽处理技术方面也有些研究。高蓉菁【6 6 】等开发 了适合于太湖流域分散型生活污水治理的净化槽技术，研究结果表 明厌氧滤床接触氧化工艺净化槽同时具备去除有机物、氮和磷的能 力，能够达到预定的出水水质目标克服了日本净化槽本身对氮磷去 除效果差的缺陷。张增胜，徐功娣 6 7 】等人采用生物净化槽强化生态 浮床处理农村生活污水，研究结果显示，在稳定运行的状况下，该 组合工艺的平均出水c o d c 。 4 5 m g l 、n h 3 n 5 0 m g l 、t p 0 7 5 m g l 、 s s 20 m g l ，对c o d c ，、n h 3 n 、t n 、t p 及s s 的平均去除率分别为 8 0 3 、8 3 1 、5 0 2 、7 9 4 署1 188 1 ，其中生物净化槽对去除 c o d c ，、n h 3 n 、t n 、t p 及ss 的贡献率分别为7 8 、25 、3 7 、 5 3 及35 ，强化生态浮床对去除c od c 。、nh 3 n 、t n 、t p 及s s 的 贡献率则为2 2 、7 5 、6 3 、4 7 及6 5 。同时，该组合工艺还具 有占地少、造价低、易于维护管理等优点。该组合工艺中生态浮床 部分是去除氮的主要贡献者，但其对氮的去除效果受植物长势影响 较大。 1 3 5 组合工艺处理技术 单一污水处理工艺都有其自身局限性，若将若干个单一工艺组 则可实现优势互补，从而可以更好、更高效地处理污水。鉴于 越来越多的研究者将目光转向了利用组合工艺处理污水 6 8 - 7 4 】。 西南科技大学硕士研究生学位论文第7 页 王桂芳，王大义【7 5 1 等人利用人工湿地和生态塘组合处理农村生 活污水，虽然对氮磷有一定的去除效果，具有投资少、建设运营成 本低、工艺简单等特点，但其占地面积较大，气候对该组合工艺的 影响较大，人工湿地中植物的选择对该工艺的处理效果也起着至关 重要的作用。吴彩斌【7 6 】等人根据生活污水的特点，采用生物接触氧 化与人工湿地相结合的技术，探讨不同负荷对该工艺处理效果的影 响，结果显示：该工艺对农村生活污水具有良好的去除效果，其中 对c o d c ，的平均去除率达到7 2 9 ，对总氮，总磷的平均去除率分别 为8 6 6 、89 1 。杨文婷【7 7 】等人研究了厌氧池潜流人工湿地系统对 农村生活污水的处理效果，该组合工艺对c od c ，、总氮、氨氮、硝态 氮的去除率均为4 0 左右，对总磷的去除可达7 3 。 综上所述，国内外在农村生活污水的处理方面都有一定的研究 和应用，但鉴于水资源、土地资源紧缺现状及对排水要求的曰益增 高，对农村生活污水的处理若仅停留在有机物的处理方面是远远不 够的。因此，针对农村生活污水的处理，急需开展具有操作运行方 便、占地面积小且对有机物、氮和磷均有较好去除效果等优点的装 备的研究。 1 4 农村生活污水处理的思路 城市生活污水均采用集中处理的方式，但集中处理并不适用于无 管网覆盖的农村及偏远郊区生活污水的处理。 鉴于此，在农村生活污水的处理方面，不能直接套用己发展成熟 的处理城市生活污水的工艺与方法，而应根据农村生活污水水质水 量等特点，因地制宜地开发能耗低，操作简单，易于管理且维护费 用低的新型农村生活污水处理技术，这是解决农村面源污染的关键 所在，也是改善农村水环境的必要措施之一。 西南科技大学硕士研究生学位论文第8 页 1 5 课题来源及主要研究内容、研究方法和技术路线 1 5 1 课题来源 本研究为四川省科技厅科研基金资助项目( 2 0 10 h h 0 0 4 2 ) 的研 究内容。 1 5 2 研究内容 本研究利用兼氧+ 厌氧+ 好氧组合工艺为一体的生物膜反应器处 理农村生活污水，在常温条件下，分别通过静态试验和动态试验， 探讨了各生物反应单元的启动条件及稳定运行时对生活污水的处理 效果，并在此基础上，对部分运行参数进行优化，探讨了该一体化 反应器对生活污水的处理效果和净化机理，旨在为利用小型一体化 反应器处理农村生活污水提供理论依据和技术支持。 本研究分为两个阶段。 第一阶段：静态试验阶段 根据国内外文献调研，选取以兼氧+ 厌氧+ 好氧作为主体工艺， 选取2l 的锥形瓶为兼氧、厌氧和好氧反应器，进行实际生活污水的 静态试验研究，探明该工艺在静态时的启动情况。待工艺运行稳定 后，通过进一步对生活污水处理实验，探明该工艺对生活污水中污 染物( c o d c ，、s s 、nh 3 一n 、t n 、t p 等) 的去除效果及去除机理。 第二阶段：一体化生活污水处理系统的制作及动态试验研究 根据第一阶段的研究结果，制作小型一体化生活污水处理系统。 通过动态试验研究，根据各污染指标( c o d c ，、ss 、n h 3 n 、t n 、 t p 等) 去除率的变化、进水有机负荷、氮负荷的变化，探明该工艺 稳定运行时的各工艺参数和工艺边界条件。根据上述研究确定的工 艺参数及工艺边界条件，优化该生活污水处理系统的运行模式，为 该工艺在农村生活污水处理中推广应用提供技术支持。 西南科技大学硕士研究生学位论文第9 页 1 5 3 研究方法和技术路线 通过调研确定以兼氧+ 厌氧+ 好氧组合工艺处理农村生活污水。 采用静态试验和动态试验相结合的方法，根据静态试验所提供的数 据，设计一体化反应器，并对动态试验系统运行、调试，并优化。 探究该系统对农村生活污水中c o d c ，、t n 、t p 等污染物的去除效果 及去除机理。具体技术路线如图1 1 所示： 图1 1技术路线 f ig 1 1t e c h n o io g yr o a d m a p 西南科技大学硕士研究生学位论文第l o 页 2 单级兼氧、厌氧、好氧反应器处理生活污水 的静态试验研究 活性污泥法是目前较为成熟的污水处理技术之一。在国内外生 活污水及工业废水处理方面应用广泛。 采用活性污泥法处理污水，接种悬浮活性污泥的种类对反应器 的启动、处理效果起着至关重要的作用。本章针对生活污水的处理 现状，通过对接种不同种类活性污泥的兼氧、厌氧和好氧反应器处 理生活污水的效果比较，以优选出适宜各单级反应器快速启动的污 泥种类。 2 。1 材料与方法 2 1 1 试验装置 实验用兼氧、厌氧及好氧反应器有效容积均为2l ，共六个反应 器，编号分别为a 、b 、c 、d 、e 、f ，其中a 、b 为兼氧反应器，a 接种厌氧污泥，b 接种好氧污泥；c 、d 为厌氧反应器，c 接种厌氧 污泥，d 接种好氧污泥；e 、f 为好氧反应器，均接种好氧污泥。实 验在室内进行，平均气温为2 0 2 5 。 2 1 2 实验用水 实验用水取自西南科技大学生活污水，其水质指标如表1 一l 所 示。该生活污水中不含工业废水，主要包括学生、教工及周边村镇 的生活排水。该生活污水水质与农村生活污水类似【7 3 1 。 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 1 页 表1 _ 1实验用水水质指标 t a bi e1 1t h ec h a r a c t e ris ti c so fe x p eri m e n t a1w a s t e w a t e r 2 1 3接种污泥和启动方法 2 1 3 1接种污泥 实验所用厌氧污泥取自绵阳市丰谷酒厂u a s b 反应器剩余污泥， 其v s s t s s 为0 55 。好氧污泥取自西南科技大学污水处理厂氧化沟， 其v s s t s s 为0 4 6 。 污泥接种量：兼氧反应器6 9 l ，厌氧反应器7 9 l ，好氧反应器 5 9 l 。 2 1 3 2启动方法 实验采用间歇方式运行，由于生活污水有机负荷较低，故通过 逐步缩短水力停留时间的方式来提高反应器有机容积负荷。兼氧反 应器与厌氧反应器均采用间歇搅拌方式( 3h d ) ，好氧反应器采用间 歇曝气( 3h d ) 。 2 1 4 分析项目和监测方法 2 1 4 1 水质指标的测定 c o d c ，：重铬酸钾法；t n ：过硫酸钾氧化紫外分光光度法；t p ： 钼锑抗分光光度法；nh 3 n ：纳氏试剂分光光度法；硝酸盐氮：酚二 磺酸分光光度法；p h ：p h 计；d o ：h a n n a 公司h 1 9 6 4 0 0 。 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 2 页 2 1 4 2 污泥特性指标的测定 污泥的特性指标主要有总悬浮物( t s s ) 、可挥发性悬浮物( v s s ) 、 可挥发性悬浮物百分含量( v s s t s s ) 、污泥体积指数s v i 等。其具 体测定方法如下： 将瓷坩埚洗涤后在l0 5 下干燥至恒重，质量记作a g 。取5 0 m l 污泥样品( 反应器中污泥与水的混合液) 置于坩埚内，然后将含样 品的坩埚放入干燥箱于l0 5 下干燥至恒重，质量记作b g 。将含干 燥后样品的坩埚放入马弗炉，于6 0 0 灼烧lh ，待炉温降至室温时， 取出坩埚在干燥器内冷却后称重，质量记作c g 。 总悬浮固体t s s ：b - a 1 0 0 0 ( g l ) 5 u 挥发性悬浮固体v s s ：c - b 1 0 0 0 ( g l ) 5 u 污泥体积指数( sv i ) 是指污泥混合液经3 0 分钟沉降后，lg 干 污泥所占的体积( 以m l 计) 。 污泥体积指数s i i ：s v 3 0 ( m l l ) t s s ( g i o 2 2 结果与讨论 2 2 1 接种不同污泥兼氧反应器的启动过程 接种不同污泥的兼氧反应器对生活污水中c o d c ，的去除效果存 在差异。接种厌氧污泥的兼氧反应器a 和接种好氧污泥的兼氧反应 器b 进水c o d c ，及其去除率随运行天数的变化如图2 1 所示。 西南科技大学硕士研究生学位论文第13 页 2 0 0 0 2 0 0 时，污泥沉降性能较差，并有产生膨胀的可能：而s v i 值过低，则 说明污泥泥粒细小，无机质含量高，缺乏活性【78 1 。据表3 2 数据可 知，随着运行时间的增加，兼氧、厌氧和好氧单元活性污泥的s v i 值基本稳定在110 l4 0 之间，说明活性污泥的沉降性能较好，这也 是兼氧厌氧好氧组合系统在进水浓度较高时 ( 51 4 5 m g l - 117 4 4 m g l ) ，对c o d c ，仍有较好处理效果的重要原因 之一。 3 3本章小结 本章在接种不同活性污泥的兼氧、厌氧、好氧反应器研究的基 础上，将优选出的兼氧、厌氧和好氧反应器进行有效组合，通过该 西南科技大学硕士研究生学位论文 第2 5 页 组合工艺对生活污水中c od c pt n 、t p 去除效果的相关研究，得出 以下结论： ( 1 ) 采用兼氧厌氧好氧组合工艺系统处理生活污水，当进水 c o d c ，浓度为51 4 5 m g l - 1l7 4 4 m g l 时，该系统对c od c ，的去除率 为7 7 8 95 1 ，出水c o d c 。值达到城镇污水处理厂污染物排放 标准( g b l8 9 18 2 0 0 2 ) 二级排放标准的要求； ( 2 ) 当进水t p 浓度为6 3m g l - l7 2 m g l 时，该系统对t p 的 去除率为8 4 4 9 7 1 ，出水t p 达到城镇污水处理厂污染物排放 标准( g b l8 9l8 2 0 0 2 ) 一级b 排放标准的要求； ( 3 ) 当实验室气温为8 1 1 时，受其影响，该兼氧厌氧好氧 组合工艺系统对t n 的去除效果较差。 西南科技大学硕士研究生学位论文 第2 6 页 4 自制一体化反应器( ibb r ) 处理生活污水的 动态研究 近年来，随着污水处理行业的快速发展，在保证出水水质的前 提下，污水处理技术向着工艺流程简单、占地面积少、便于操作运 行的方向发展，即越来越多的研究者将目光转向了一体化工艺的研 容【7 9 8 1 】 u0 本章在对静态单级兼氧、厌氧、好氧及其组合工艺研究的基础 上，借鉴日本净化槽技术，自行设计并制作了一套一体化生物膜折 流板反应器( i n t e g r a t e db i o f i l mb a f f l edr e a c t o r , i b b r ) ，用于处理生 活污水。采用该一体化工艺，通过对生活污水中c o d c 卜t n 及t p 去除效果的研究，旨在探讨该一体化工艺处理生活污水时的启动运 行条件及其对生活污水中c od c 卜氮和磷的去除效能。 4 1材料与方法 4 1 1 实验装置的设计和制作 4 1 1 1 实验装置 实验采用自制一体化反应器，反应装置结构及尺寸如图4 1 所 示。反应器尺寸1 33 m 0 5 i t i lm ，总有效容积为0 5 i t l 3 ，兼氧单元、 厌氧单元、好氧单元和沉淀单元容积之比为2 ：l ：2 ：2 。兼氧单元、厌 氧单元和好氧单元内悬挂组合填料，好氧单元底部安装曝气砂头进 行曝气，好氧单元上部设硝化液回流，将硝化液回流至兼氧进水区， 回流比为l0 0 ；沉淀单元底部设污泥回流，将污泥回流至好氧单元， 回流比为10 0 。实验期间，平均气温为2 5 2 8 。图4 2 为i b b r 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 7 页 ( i n t e g r a t e db i o f i l mb a f f l edr e a c t o r ，一体化生物膜折流板反应器) 装置实物图。 导流洞 曝气头 图4 1ib b r 结构 f ig 4 1s tr u c t ur eo fib b r 水 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 8 页 图4 - 2 lb b r 装置实物图 f i g 4 2e q u ip i n e n tp ic t u r eo f ib b r 4 1 1 2 接种污泥 实验所用接种污泥来源及接种量同2 1 3 1 。其中厌氧污泥 v ss i t s s 为0 51 。好氧污泥v s s t s s 为0 7 2 。 4 1 1 3填料及性能 本试验中生物载体选用组合填料，其是在软性填料和半软性填 料的基础上发展而来的。其结构是将醛化纤维或涤纶丝压在环圈上， 使纤维束均匀分布，内圈是雪花状塑料枝条，既能挂膜，又能有效 切割气泡，提高氧的转移速率和利用率，使水气生物膜得到充分交 换，便于水中的有机物得到高效处理。组合填料具体实物如图4 3 所 示。 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 9 页 图4 3组合填料 fig 4 3c o m bin e dfiiier s 污水处理中的微生物载体要求具有较高的孔隙率和较大的比表 面积，以利于基质传递和生长较多生物膜。因此，填料性能的优劣 主要取决于其填料层的比表面积，液体在填料表面有较好的均匀分 布性能和孔隙率等。该组合填料的物理性能指标如表4 1 所示。 表4 - 1生物填料的物理性能 t a bie4 1t h ep h y sic ai p ro p e r t ie so fbi0 一fiiiers 4 1 2 实验用水与方法 实验用水来源同2 1 2 ，其水质指标如表4 2 所示。 表4 - 2实验用水水质指标 t a bie4 2 t h ech a ra c t eris tic so f e x p er im e n t a1w a s t e w a t er 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 0 页 实验采用连续流运行方式，鉴于生活污水中有机物浓度较低， 故采用逐步缩短水力停留时间( h r t ) 的方法来提