（环境科学与工程专业论文）添加麦秸对两相厌氧处理低浓度废水的影响研究.pdf

北京化工大学硕士学位论文 最大值分别为1 7 4 4 m g l 1 、1 3 8 2 m g l 1 、9 8 1 m g l 1 ，其比值为1 8 ：1 4 ：1 ， 与投加比2 ：1 5 ：1 基本相符，可见随着投加比的增加，其出水c o d 浓 度也随着有规律的增加，且麦秸投加比的增加也会相应的增加产酸反应器 的出水v f a 、酸化率及氨氮浓度；采用反复投料的方式可以略微增大产 酸相的出水p h ，亦可以使产酸相的出水保持在一个较高的有机质浓度， 如反复投料时的反应器出水平均c o d 浓度为8 6 7 m g l 1 ，而一次投料的反 应器出水平均c o d 浓度为3 6 4m g l _ 1 ，同样与一次投料相比，反复投料 的方式可以增加产酸相的出水氨氮浓度、v f a 浓度及酸化效果；不同h r t 条件下，产甲烷相的出水p h 较进水不会发生太大的变化，但产甲烷相的 出水氨氮浓度始终大于进水氨氮浓度，所以要考虑到氨氮浓度的增大对产 甲烷菌的影响作用。h r t 为4 h 时的产甲烷相的c o d 去除率较低，h r t 为1 4 h 时的最高，但h r t 从6 h 延长到1 4 h 时，其c o d 去除率的提高幅 度并不大。从产甲烷相v f a 和产气率的变化趋势也可以看出，当h r t 为 1 4 h 时，其出水平均v f a 浓度任有1 9 8 m g l 1 ，而h r t 为4 h 、6 h 和9 h 时的产气率相差并不大，由此可以看出延长h r t 对提升产甲烷相处理含 麦秸废水的能力有限。 关键词：两相厌氧，麦秸，酸化，甲烷，挥发性脂肪酸 摘要 e f f e c to fa d d i n gw h e a ts t r 气wo nt h el o w s t r e n g t hw a s t e v a t e ri nt h et w o p h a s e a n a e r o b i ct r e a t m e n t a b s t r a c t a tp r e s e n t ，t h el o w s t r e n g t hw a s t e w a t e ri sm a i n l yt r e a t e db ya c t i v a t e d s l u d g ep r o c e s s ，c o n t a c to x i d a t i o n ，b i o l o g i c a lf i l t e r , a n ds oo n b u tt h ea e r o b i c p r o c e s sh a ss o m ew e a kp o i n t s ，s u c ha sh i g he n e r g yc o n s u m p t i o n ，l a r g e r w o r k i n ga r e a ，c o m p l e xm a n a g e m e n t ，a n ds oo n s i n c et h ea n a e r o b i cb i o l o g i c a l t r e a t m e n tt e c h n o l o g yi sb e c o m i n gm o r ea n dm o r em a t u r e ，m a n ys c h o l a r s b e g a nt os t u d ya n a e r o b i cp r o c e s sf o rl o w - s t r e n g t hw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ， h o w e v e r , t h eo r g a n i cc o n t e n ti nt h el o w s t r e n g t hw a s t e w a t e ri sl o w , a n di tc a n n o tp r o v i d es u f f i c i e n tn u t r i e n t sf o rt h em i c r o b e s ，w h i c hc o u l de a s i l yl e a dt ot h e i s s u e so fi n e f f e c t i v et r e a t m e n ta n de n e r g yw a s t e ，m o r e o v e r , t h eb i o g a s p r o d u c t i o no fl o ws t r e n g t hw a s t e w a t e rt r e a t e db ya n a e r o b i cp r o c e s si ss m a l l i nt h er u r a la r e a so fc h i n a , a l lo ft h es e w a g ea n dg a r b a g ea lea l m o s t d i r e c t l yd i s c h a r g e dw i t h o u tt r e a t m e n t ，s ot h i sp a p e ri st of i n da ni n n o v a t i v e m a n a g e m e n tm o d e lo ft h es e w a g ea n dw a s t e - - - t h es e w a g e g a r b a g ei n t e g r a t e d t r e a t m e n tm o d e ，n a m e l yi nt h ec o u r s eo ft w o p h a s ea n a e r o b i ct r e a t m e n to fl o w s t r e n g t hw a s t e w a t e r , t h ea u t h o ra d d sw h e a ts t r a wi n t ot h ea c i d o g e n i cp h a s et o i m p r o v ei t se f f l u e n tc o n c e n t r a t i o no fo r g a n i cm a t t e r , t h e r e b yi m p r o v i n gt h e i 北京化工大学硕士学位论文 h a n d l i n ge f f e c t i v e n e s sa n dg a sp r o d u c t i o no ft h em e t h a n o g e n i cp h a s e t h e a u t h o rs t u d i e st h ei m p a c to fp h ，h r t , w h e a ts t r a wd o s i n gr a t i oa n dw h e a t s t r a wr e p e a t e dd o s i n go nt h ea c i d o g e n i cp h a s e ，a n dt h ei m p a c to fh r to nt h e m e t h a n o g e n i cp h a s e t h er e s e a r c hr e s u l t ss h o wt h a t ：i nt h ed i f f e r e n tp h c o n d i t i o n s ，a c i d i cc o n d i t i o n s c a nn o t o n l yi m p r o v et h e e f f l u e n tv f a c o n c e n t r a t i o na n da c i d i f i c a t i o ne f f e c t s ，b u ta l s oc a l le n h a n t et h ee f f e c t so fa c i d b a c t e r i ao nt h ed e c o m p o s i t i o no fw h e a ts t r a w , a n di nt h ea c i d o g e n i cr e a c t o r , t h ee f f l u e n tc o dc o n c e n t r a t i o no ft h ef i r s tc y c l ei ss i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a n t h a to ft h er e m a i n i n gc y c l e s ；i nt h ed i f f e r e n th r t c o n d i t i o n s ，h r ti n c r e a s i n g f r o m3 ht o8 h ，i td o e sn o th a v eg r e a te f f e c to nt h ep he n v i r o n m e n to ft h e a c i d o g e n i cp h a s e ，n o rw i l l r e m a i nah i g hl e v e lo ft h ee f f l u e n tc o d c o n c e n t r a t i o ni nt h ea c i d o g e n i cp h a s e ，i ts l o w sd o w nt h ed e c r e a s i n gr a t eo ft h e e f f l u e n tc o dc o n c e n t r a t i o no n l y ，b u ti tw i l li n c r e a s et h ee f f l u e n ta m m o n i a c o n c e n t r a t i o no ft h ef i r s tf e wc y c l e si nt h ea c i d o g e n i cp h a s e ；i nt h ed i f f e r e n t d o s i n gr a t i o sc o n d i t i o n s ，t h eu s e dw h e a ts t r a wd o s i n gr a t i oa s1 ：2 ，1 ：1 5a n d 1 ：1 ，d o e sn o tc a u s eab i gi m p a c to nt h ea c i de n v i r o n m e n t ，t h em a x i m u m e f f l u e n tc o dc o n c e n t r a t i o no ft h ef i r s tc y c l ei s1 7 4 4m g l 1 ，1 3 8 2m g l 1 ，9 8 1 m g l 一，r e s p e c t i v e l yi nt h ea c i d o g e n i cr e a c t o r , t h er a t i oo f t h em a x i m u mc o d c o n c e n t r a t i o n si s1 8 ：1 4 ：1 ，w h i c hi sb a s i c a l l yc o n s i s t e n tw i t ht h ed o s i n gr a t i o 一 2 ：1 5 ：1 ，s oi ts h o w st h a tt h ei n c r e a s eo fd o s i n gr a t i oi sr e g u l a ra l o n gw i t ht h e i n c r e a s eo ft h ee f f l u e n tc o dc o n c e n t r a t i o n ，a n dt h ei n c r e a s eo fw h e a ts t r a w d o s i n gr a t i o w i l lc o r r e s p o n d i n g l yi n c r e a s et h ee f f l u e n tv f ac o n c e n t r a t i o n ， i v 摘要 a c i d i f i c a t i o nr a t ea n da m m o n i ac o n c e n t r a t i o ni na c i d o g e n i cr e a c t o r ；t h e a p p l i c a t i o no fr e p e a t e dd o s i n gw a y sc a l ls l i g h t l yi n c r e a s ee f f l u e n tp ho ft h e a c i d o g e n i cp h a s e ，a n di tc a na l s om a i n t a i nah i g ho r g a n i cm a t t e rc o n c e n t r a t i o n o ft h ee f f l u e n ti nt h ea c i d o g e n i cp h a s e ，s u c ha st h ea v e r a g ee f f l u e n tc o d c o n c e n t r a t i o ni s8 6 7m g l - 1i nt h er e p e a t e dd o s i n gr e a c t o r , w h i l et h ea v e r a g e e f f l u e n tc o dc o n c e n t r a t i o ni s3 6 4n a g l 1i nt h eo n e t i m ed o s i n gr e a c t o r e q u a l l yc o m p a r e dw i t ho n e t i m ed o s i n g ，t h er e p e a t e dd o s i n gw a yc a l li n c r e a s e e f f l u e n ta m m o n i ac o n c e n t r a t i o n ，v f ac o n c e n t r a t i o na n da c i d i f i c a t i o ne f f e c t s i nt h ed i f f e r e n th r t c o n d i t i o n s ，t h ee f f l u e n tp hd o e sn o th a v ea n ys i g n i f i c a n t c h a n g e si nt h em e t h a n o g e n i cp h a s e ，b u tt h ee f f l u e n ta m m o n i ac o n c e n t r a t i o ni s a l w a y sg r e a t e rt h a nt h ei n f l u e n ta m m o n i ac o n c e n t r a t i o n ，t h e r e f o r e ，i tm u s tb e t a k e ni n t oa c c o u n tt h ee f f e c to fi n c r e a s eo fa m m o n i ac o n c e n t r a t i o no nt h e p r o d u c t i o no f m e t h a n eb a c t e r i a w i t hh r ta t4 h ，t h ec o dr e m o v a li sl o w e ri n t h em e t h a n o g e n i cp h a s e ，a n dw i t hh r ta t12 h ，w h i c hi st h eh i g h e s t ，t h o u g h t h eh r te x t e n d sf r o m6 ht o14 h ，t h ei n c r e a s eo fc o dr e m o v a lr a t ei sn o t g r e a t t h ec h a n g i n gt r e n do ft h ev f aa n dm e t h a n eg a sp r o d u c t i o nr a t e sa l s os h o w t h a tw h e nt h eh r ti sa t14 h ，t h e i ra v e r a g ee f f l u e n tv f ac o n c e n t r a t i o ni ss t i l l 19 8m g “l - ，w h i l ew i t ht h eh r ta t4 h ，6 ha n d9 h ，t h eg a sp r o d u c t i o nr a t eh a r d l y c h a n g e s ，s oi tc a nb es e e nt h a tt oe x t e n dt h eh r th a sl i m i t e di m p a c to nt h e u p g r a d i n ga b i l i t yo fw h e a ts t r a w c o n t a i n i n gw a s t ew a t e rt r e a t m e n ti nt h e m e t h a n o g e n i cp h a s e v 北京化工大学硕士学位论文 k e y w o r d s ：t w o p h a s ea n a e r o b i c ，w h e a ts t r a w , a c i d i f i c a t i o n ，m e t h a n e ， 。陋| v i 符号说明 b a f c n a s b r u b f a b r m b r d m b r m b b r a n m b r u s a b s n d s i 玎 r o 符号说明 曝气生物滤池 碳氮比 厌氧序批示反应器 复合式厌氧反应器 厌氧折流板反应器 膜生物反应器 动态膜生物反应器 移动床生物膜反应善 厌氧膜生物反应器 上流式厌氧污泥床 同时硝化反硝化 污泥停留时间 反渗透 北京化工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：翌查垩日期：三丝：巧! 子 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在上年解密后适用 本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授 权书。 作者签名：塑垄：翌 导师签名：堑绸叠 e l 期：渺石 ， 日期：丝丝：笸：竺 第一章绪论 第一章绪论 1 1 我国农村地区的污染现状 改革开放以来，我国农村经济、文化等方面取得了飞速的发展，随着社会主义新 农村建设的推进，日益严重的环境问题也呈现在我们眼前。纵观我国农村环境的污染 现状，目前农村环境污染主要以水环境污染、固体废弃物污染为主，大气污染的状况 因地而异。 1 1 1 我国农村水环境污染现状 我国农村水环境主要包括分布于我国广大农村的河流、湖沼、池塘、水库、沟渠 等地表水体、土壤水体和地下水体。近年来随着农村经济的发展，农村的水环境污染 日趋严重，根据农村水环境污染的特点可以把农村水环境污染分为以下四类：农村面 源污染、工业污染、生活污染、禽畜业污染、大气污染。 1 1 1 1 农村面源污染 我国农村面源污染主要是指在我国农业生产过程中，由于使用化肥、农药不当而 引起的农村水环境污染现象。我国是世界上最大的化肥、农药使用国。化肥、农药本 身就具有利用率低、流失量高等缺点，加之其在农业生产的过量使用，大量流失的农 药、化肥成分不仅会导致农田土壤污染，而且还会通过农田径流进入水体，造成水体 的污染及其富营养化。 农药具有毒性、高残留性、性能稳定性以及易挥发性，不仅在使用过程中对人体 造成伤害，而且其易通过食物链富集。据研究，在农药喷洒的过程中，植物叶片上只 会留下大约5 的成分，而9 5 的成分会落入周边的土壤环境或大气环境，进而通过 雨淋风吹等作用进人水体，从而形成水源污染【l 】。同样，过量使用化肥也会造成土壤 板结、有机质含量减少、土壤质量下降等现象。化肥的利用率也比较低，1 9 9 7 年全国 化肥总量为3 9 8 0 万t ，其利用率只有3 0 - - 4 0 ，其余6 0 - - 7 0 的化肥进入环境，污 染水体和土壤，进而影响农作物的质量【2 1 。化肥成分中含有的营养元素，如n 、p 等 会进入水体，也极易引起水体的富营养化。 1 1 1 2 工业污染 目前我国乡镇大约有4 5 4 0 0 多个，农村人口大约有9 2 亿人，特别是改革开放以 北京化工大学硕士学位论文 来，乡镇企业得到飞速发展，乡镇企业的总产值可以占到全国生产总值的3 0 以上1 2 j 。 但是在带来经济效益的同时，这些乡镇企业对产生的废水大都不加任何处理，直接排 入环境，产生的各种废渣经雨淋冲刷之后进入水体，日积月累这些废水不仅会对地表 水体产生严重污染，而且会对地下水体产生污染。并且工业废水成分比较复杂、毒性 也比较大、难以处理，如果这些需要进行特殊处理的废水直接进入水体，会造成难以 想象的污染后果，像“癌症村 、“痛痛病 等就是由高污染企业引起的恶性后梨引。 1 1 1 3 生活污染 我国农村地区大都没有独立的雨水和污水收集排放管道，产生的生活垃圾也没有 合理的堆放、收集点，产生的污水和垃圾大都未经处理直接排放，废水中含有的有毒 有害物质直接进入农村水体造成农村水环境的污染。在过去的几十年里随着农村经济 的发展、农民生活水平有了较大的提高，农民日常用水量、旱厕改水厕以及许多地区 开始兴起的“农家乐”都加剧了农村地区的水环境污染。 1 1 1 4 禽畜业污染 我国农村地区禽畜养殖业主要分为两种模式：分散式养殖和集约式养殖。我国农 村大部分地区采取的是分散式养殖，分散式养殖多而无序，禽畜产生的粪尿未经处理 直接排放，造成了当地环境( 尤其是地下水体) 的污染。另一种是集约式养殖，集约 式养殖规模大、禽畜数量大，产生的禽畜粪尿数量多，而这种模式产生的禽畜粪尿大 都也未经处理直接排放，在农村人们的生活、生产环境相互交融，这种污染源又具有 点多面广，治理难度大，畜禽养殖污染物处理率低等特点，这样其产生的污染将更加 严重。另外大量堆积在一起的畜禽粪便，不仅会造成n 、p 的大量流失，而且会引起 大量水体面源污染和地下污染，也会对农村居民的身体健康带来极大的影响【l j 。 1 1 1 5 大气污染 农村地区的大气污染也会影响到农村的水体环境。农村当地的企业以及周围的工 矿企业向大气中排放废气、烟尘、粉尘等污染物，而大气环境本身不具备降解这些污 染物的能力，这些污染物质只能在空气中漂浮、迁移，最终通过自然沉降或雨淋冲刷 进入农村的水体环境，如我国北方和南方部分地区产生的酸雨现象给当地的水环境产 生了严重的污染。 1 1 2 我国农村固体废弃物污染现状 2 第一章绪论 我国农村地区由于经济条件的限制，农村基础设施建设水平比较低，没有统一的 垃圾存放点和垃圾清除系统，农民的环境保护意识也比较差，农村产生的固体废弃物 大都堆放在水塘、河流傍边以及田间、路边等。农村周边城市地区产生的固体废弃物 也开始往城郊地区转移，大量的农田被城市垃圾所占用和污染。根据农村固体废弃物 的种类，可以把其分为以下四类：生活垃圾、农业废弃物、禽畜业废弃物、乡镇企业 固体废弃物。 生活垃圾是人们在日常生活中产生的固体废弃物。其主要成分包括煤渣、厨余物、 废纸、废塑料、废织物、费金属、废玻璃、陶瓷碎片、废旧电池、废旧家用电器等【4 】。 据统计，在这些生活垃圾中有机垃圾超过5 0 ，灰土建筑垃圾占2 0 ，塑料、玻璃、 金属及其他垃圾占2 8 t 5 1 。而这些生活垃圾大都没有经过分拣、混合堆放在一起，不 仅污染环境，而且在很大程度上也造成了资源的浪费。 除了生活垃圾之外，农业的废弃物在农村固体废弃物中也要占很大的比重，农业 废弃物主要以两种形式存在，一种是农作物秸秆，另一种是塑料农膜。其中农作物秸 秆大都没有得到资源利用，而是随意堆放或者就地焚烧，不仅占用土地资源而且焚烧 秸秆也会造成当地的大气污染。近年来随着农业大棚的发展，地膜污染也日趋严重， 在我国，地膜使用量和覆盖面积已经居于世界首位，2 0 0 3 年地膜使用量超过6 0 万t ， 在发达地区尤甚【6 】。 随着农村人民生活水平的提高，肉奶蛋的需求也在不断的增加，这就使农村禽畜 业得到了较快的发展，然而由于受经济利益和技术普及等因素的影响，农村禽畜业相 应的污染控制技术和设施没有跟上，禽畜业产生的固体废弃物没有进行合理处置和直 接外捧，从而造成了资源浪费和环境污染，加之农村普遍存在的禽畜散养模式更是加 剧了禽畜业的固体废弃物污染。 最后乡镇企业产生的固体废弃物更是造成了农村环境的严重污染，这些乡镇企业 受经济因素的限制，大都具有布局分散、粗放经营、规模小和污染重等特点，产生的 工业废渣等废弃物成分复杂，其毒性都比较大，而这些废弃物都没有得到合理的处置 和到处堆放，对农村环境造成了长期性的污染。 1 2 低浓度废水处理技术概述 低浓度废水通常是指c o d 浓度低于1 0 0 0 m g l 以的废水，例如我国城镇产生的市 政污水、农村产生的生活污水、还有一些经过污水处理设施处理后未达标排放的工业 废水和市政污水等，其都属于低浓度废水的范畴，其中些城市生活污水、农村生活 污水以及未达标排放的工业废水的c o d 值甚至要低于5 0 0 r a g u 1 。针对这些低浓度废 水，目前采用的处理方法总体可以分为：好氧生物处理技术、厌氧生物处理技术、其 3 北京化工大学硕士学位论文 它处理技术三类。 1 2 1 好氧生物处理技术 随着污水生物处理技术的不断发展，其在市政污水、工业废水等领域都得到了广 泛的应用，生物处理技术也日趋成熟和完善。目前就低浓度废水处理而言，其处理方 法主要以活性污泥法、生物滤池、接触氧化法和膜生物法等好氧工艺为主，并在其基 础上，许多学者也对好氧生物处理工艺做了研究改进，衍生出了许多新的好氧生物处 理工艺。 首先，对于一些中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水，目前采用较多的是序 批式活性污泥法，其中的代表工艺是s b r 工艺。s b r 技术对操作运行方式进行了时间 上的分割，将非稳定化生化反应替代稳态生化反应，在沉淀方式上利用静置理想沉淀 替代传统的动态沉淀。该技术具有耐冲击负荷、处理效果稳定、运行简便、处理设备 需求少、构造也很简单、便于操作和维护管理等特点。对于用地紧张而又需要较高处 理效果的地区、对于分散点源的污染治理有着其独特的优点。近年来许多学者在研究 s b r 工艺处理低浓度废水的同时也做了相应的改进，如任月明等人【7 】就对传统的s b r 工艺进行了改进，通过缩短传统s b r 工艺中活性污泥的沉淀时间，来进一步提高单位 体积活性污泥的有机负荷率。其将研制出的磁粉投 j i i 至i j s b r 反应器中，通过人工磁化 微生物絮体，并采用磁分离技术对经过磁化并吸附了有机物的污泥絮体进行沉降分 离，通过小试试验表明磁分离器可以将磁性生物絮凝泥水混合物快速分离，同时磁粉 和磁场强化了菌胶团的活性，进一步提高了废水处理效果，在最佳运行条件下，其c o d 和b o d 5 的去除率都可以达到9 5 以上。因为低碳源会影响到生物处理工艺对n 、p 的 去除，所以唐旭光等人【8 】通过改变s b r 运行模式的方法来提高s b r - v 艺对废水的处理 效果，一是延长进水时间、二是采用缺氧和好氧运行模式，三是采用缺氧和好氧交替 运行的模式，三种模式都可以提高s b r t 艺对废水中n 、p 的去除效果，其中第三钟模 式不仅可以充分利用原水中的有机底物，并在缺氧搅拌段发生反硝化吸磷现象，使原 水在不添加任何碳源的情况下，出水n 、p 可以达到国家一级排放标准。另一种提高s b r 工艺脱氮除磷的方法就是通过改善活性污泥的性能来实现，尹军等人【9 】采用在s b r 反 应器前加置腐殖土反应器，通过腐殖土反应器来提高活性污泥的性能。当污泥流经腐 殖土反应器的时候，土壤微生物可以改善污泥性能，通过与单独s b r 工艺的对比试验 表明，加置腐殖土反应器可以缩短s b r i 艺的有机物氧化和氨氮硝化时间，也有助于 反应器中s n d 现象的发生，提高有机物的降解速率，试验结果表明：腐殖土反应器对 有机物、氨氮和t p 的去除率分别可以达n 8 5 、8 3 和7 2 ，而y o n g - q i a n gl i u 等人【1 0 】 采用好氧颗粒污泥对低浓度废水进行处理，其对氨氮和c o d 都有很好的处理效果，可 见通过改善传统活性污泥的性能也能达到很好处理低浓度废水的目的。 4 第一章绪论 除了s b r 工艺外，一些间歇式活性污泥处理工艺也得到了相应的改进。如d a t - i a t 改进工艺，张守彬等人【l l 】以需氧池一间歇曝气池( d a t - i a t ) 工艺为基础，后置一个 生物接触氧化反应器来提高该组合工艺对氨氮的去除效果。虽然该系统对氨氮有较好 的去除率，但也有其局限性，例如氨氮的去除率会随着进水c o d 浓度的提高而下降， 出水氨氮也出现了同样的趋势。另一种间歇工艺就是改良型i c e a s 工艺，该工艺是在 间歇式循环延时曝气活性污泥工艺基础上，将i c e a s t 艺的预反应区分为生物选择区 和兼氧区，生物选择区可以选择在厌氧或兼氧条件下进行，主反应区的回流的污泥与 污水在此一起进去该区，而后续的兼氧区则会起到水质水量的缓冲作用，以及释磷和 强化反硝化作用。张智等人【1 2 】采用此改进方法既保持了i c e a s 工艺的脱氮除磷方式， 也改善了i c e a s 工艺的脱氮除磷效果以及污泥膨胀的抑制。 其次，对于低浓度废水的处理采用较多的是生物膜法，生物膜法中生物滤池和接 触氧化工艺得到了广泛的应用。曝气生物滤池是一种新型的生物膜污水处理工艺，该 工艺首先于8 0 年代末在欧美等地发展起来，最初该工艺被应用于污水的深度处理，随 着该工艺的日趋成熟，其应用范围也在不断扩大，其后被应用于污水的二级处理，b a f 是一种将过滤、生物吸附和氧化集于一体的工艺，可以起到普通曝气池、二沉池和滤 池的作用。针对b a f 的这些优点，谢容珍【1 3 】采用两级曝气生物滤池处理城市生活污水， 第一级采用同时硝化反硝化滤柱，第二级采用反硝化滤柱，其出水可以达到城市污 水处理厂污染物排放标准中的一级a 标准。曝气生物滤池具有其独特的滤床结构， 滤料在起到污水处理的同时，也在废气处理方面得到了研究。如江栋等人【1 4 】采用陶粒 和铁碳颗粒的复合材料为载体，以混合臭气的空气为气源进行了b a f 处理生活污水的 试验，试验表明臭气中的h 2 s 可以通过微生物的氧化分解和形成f e s 沉淀的形式被去 除，且以混合臭气为气源对整个污水处理过程中的需氧量基本没有什么影响。 滤料作为生物滤池核心部分，近年来对生物滤池研究较多的还是集中在滤料上， 兰善红等人f l5 】采用新型填料研究b a f 对生活污水的处理，在反应器运行的最佳条件下 c o d 和氨氮的去除率可以达至1 j 9 3 和9 0 。该新型填料粉煤灰固定化絮凝剂颗粒 是以粉煤灰为主要原料，经过固相反应之后聚合而成的新型材料，该多微孔固体材料 将絮凝、吸附、氧化作用集于一体，夹杂在多微孔中的絮凝、氧化组分在污水处理的 过程中会缓慢的释放出来，这些组分会与水中的污染物质进行接触反应，进而达到污 水处理的目的，加之粉煤灰来源广泛，且其中的絮凝、氧化组分作用长久，其应用前 景将十分广阔。袁熙等人【1 6 j 也对比研究了瓷粒和陶粒作为b a f 载体填料处理污水的效 能，通过试验表明两种填料对c o d 、氨氮和s s 的去除率基本相当，但通过镜检可以发 现陶粒的绒状伸展机构要比瓷粒填料多，生物膜的分布也较瓷粒填料均匀，同时也可 以看到一些后生动物以及大量的短杆状菌体，不规则颗粒物较少，可见陶粒作为b a f 的填料优势较明显，这就为b a f 的填料提供了多样化的选择。同时在生物滴滤床处理 低浓度污水的试验中，程丽等人也研究了生物陶粒和h a tc r e e k 两种填料对低浓度污 5 北京化工大学硕士学位论文 水的处理效果，结果表明因为h a tc r e e k 填料时一种有机矿物载体，富含微生物所需要 的营养物质，因此在处理低浓度污水时，生物陶粒的处理效果要低于h a tc r e e k 的效果， 但当营养物质不在成为限制因素时，生物陶粒的极限负荷和处理效果要明显优于h a t c r e e k 载体。除了传统填料外，许多学者也研究了新型的复合填料，例如陈月芳等人【1 8 j 采用的沸石与悬浮球填料的有机组合体填料，以及童晶晶等人【1 9 】开发的高效功能陶粒 填料都在处理低浓度污水方面有着很好的效果。其中沸石和悬浮球填料表面积大、容 易挂膜、成膜时间短且不容易脱落，填料的比重也接近于水，所需的动力气源也很小， 具有很好的经济利用价值，而高效功能陶粒则是利用粉煤灰、锯末和铁矿石等废弃物， 经造粒和高温烧结制成，该填料表面粗糙，同样具有比表面积大、机械强度高、耐酸 碱性能好和无重金属溶出等优点。 在接触氧化工艺方面，如何降低接触氧化工艺的投资和运行成本成为该工艺的研 究重点。对于好氧工艺来说能耗要占运行费用的很大一部分，其中曝气的耗能最大， 所以针对这个问题，吉祝美等人【2 0 】采用跌水曝气的接触氧化工艺不仅可以达到很好的 处理效果，而且还节约了能耗。而许航等人【2 l j 则是通过将气提技术与接触氧化技术相 结合，在气提反应器给接触反应器充氧的同时，还可以起到均匀布水的作用，通过污 水和填料生物膜的循环接触，不仅提高了处理效率和相应的降低了填料高度，减少了 占地空间，从而也降低了投资处理的成本。 在生物膜法中，像生物流化床、固定床、移动床等生物膜工艺在处理低浓度废水 领域也得到了许多学者的关注。张玉魁等人瞄】分别研究了双筒内循环三相生物流化床 和蜂窝断面内循环三相生物流化床在处理生活污水方面的应用。通过比较蜂窝状断面 内循环三相生物流化床在保证反应器流态的基础上，降低了反应器整体的高径比，所 以该反应器的能耗要低于双筒内循环三相生物流化床，是一种高效低耗的反应器。在 生活污水的高效、低耗处理上，另一种方法就是将流化床与固定床相结合，丁国际等 人【2 3 】就研制了流化床与固定床的一体化反应器，并在生活污水处理方面取得了不错的 效果。随着生物膜技术的日趋成熟，一些新的生物膜技术得到了许多学者的重视，如 m b b r 和泳动床技术，m b b r 技术与固定床和流化床相比，无需定期反冲洗，也无需 使载体呈流化状态，同时也无需考虑像生物滤池中填料堵塞等问题，生长在生物载体 上的微生物停留时间长，尤其在处理低c n l t 的生活污水上有着很好的效果。魏海娟 等人1 2 4 】就利用该技术处理低c n 比的生活污水，c o d 去除率在8 5 左右，氨氮转化率 高达9 8 5 。与m b b r 都属于新型生物膜的泳动床技术，是从日本刚刚兴起的污水生 物处理技术，该技术利用亲水性的高性能丙烯酸树脂纤维为半软性生物载体，充分发 挥生物载体随水流产生的“泳动效应 ，进一步提高污水与微生物的接触频率以及微 生物菌群的优化效果，从而进一步提高了该技术处理污水的能力与稳定性。张岩等人 【2 5 】将泳动床技术与好氧颗粒污泥相结合，充分发挥各自的优势，在处理生活污水的试 验中，c o d 和氨氮的平均去除率达到了9 0 9 和9 8 3 。 6 第章绪论 最后，随着膜技术的发展，膜生物反应器也得到了进一步的研究，m b r 作为一种 新型高效的污水处理技术，其在工业废水、生活污水领域的应用也越来越广。m b r 技术在在微生物、c o d 、氨氮和t s s 上有着很高的去除效率，出水也非常适合回用于 城市和农业之用【2 6 - 2 7 。由于m b r i 艺具有良好的处理效果，所以就可以考虑将m b r 工艺应用于对传统工艺的污水处理厂的改造升级上【2 8 】。在传统的m b r _ i 艺之上，s r c h a e 等人【2 川则是对传统的m b r 进行了改进，形成了新型的垂直浸没式m b r 。新型的 垂直浸没式m b r 是将膜组件垂直放置于反应池中，在反应池空间上形成一个缺氧区和 好氧区，采用此工艺处理韩国地区的城市污水，其出水指标大部分可以达到韩国和世 界卫生组织的饮用水标准。为了达到出水回用的目的，膜技术在这方面发挥了重要的 作用，如采用u f + r o 反渗透的工艺对城市污水处理厂的二级出水进行出来，完全可以 达到回用水的标准d o ，同样e m m a n u e ld i a l y n a s 等人采用m b r + r o 技术处理城市污水， 其出水也达到了超高品质【3 1 1 。除了对m b r 的运行方式进行改进外，由于膜组件昂贵的 价格，许多学者也开始研究采用低廉的膜材料代替传统的膜组件。如程恒卫等人【3 2 】 采用低廉的无纺布代替m b r 反应器中膜组件形成新的f b r 反应器。通过f b r 与m b r 的平行试验，可以看出f b r 的处理效果可以达到m b r 工艺的9 6 2 ，出水水质也完全 可以达到城市杂用水水质要求，且膜组件形成的污染主要是滤饼层污染，便于采用化 学药剂的方法进行清洗，最重要的是无纺布的价格与中空纤维膜的价格相去甚远，可 以大大降低投资费用。另一种是动态膜生物反应器( d m b r ) ，它是一种用大孔径的 廉价微网材料为膜基材，通过活性污泥过滤过程中形成的生物动态膜实现近似于微滤 膜的过滤效果。邱宪锋等人【3 3 】就是采用筛绢作为基材构建d m b r 处理生活污水，在 d m b r 内，生物动态膜可以在1 2 0 r a i n 后形成，且生物动态膜的再生仅需3 0 m i n ，所以 d m b r 不仅可以取得很好的污水处理效率，而且还可以有效抑制膜污染的发生。针对 膜反应器易污染的特点，魏奇锋等人阱】在采用普通工业滤布组成的膜生物反应器处理 生活污水的同时，向其中投加粉末活性炭，通过扫描电镜可以看出，未投力 i p a c 的膜 组件是以凝胶层污染为主，而投力 i p a c 的膜组件是以滤饼层污染为主，而相比较而言， 滤饼层污染要更容易清洗去除。综上所述，可以看出膜生物反应器正在朝着低成本、 低耗材、低污染的方向发展。 1 2 2 厌氧生物处理技术 近年来，随着厌氧生物处理技术的日趋成熟，厌氧生物处理技术在高浓度有机废 水处理方面得到了广泛的应用，由于厌氧生物处理技术相对于好氧工艺来讲，厌氧法 的污泥增长率低，产生的污泥量也少，而且无需供氧能耗，具有良好的经济价值，所 以许多学者也开始研究其在低浓度废水处理方面的应用，目前研究最多的是u a s b 、 e g s b 、u b f 、a b r 、i c 等厌氧反应器对低浓度废水的处理。 7 北京化工大学硕士学位论文 u a s b 工艺具有厌氧过滤和厌氧活性污泥的双重特点，作为能够将污水中的污染 物转化为再生清洁能源沼气的一项技术，正在国内外得到了广泛的应用。在u a s b 处理低浓度废水方面，限制其处理效果的因素主要有两个方面，一是厌氧微生物适宜 的生长温度，二是厌氧微生物适宜的p h 环境。汤金如等人【3 5 】采用u a s b i 艺在低温下 处理低浓度城市污水的研究时就发现，在温度为1 6 2 2 5 。c ，反应器p h 为6 6 8 2 时， u a s b 工艺能保证高效运行，c o d 的去除率也在6 5 以上，但当温度为1 4 以下时， c o d 去除率为5 1 0 5 - 7 6 1 5 ，当温度为1 4 以上时c o d 去除率在6 9 6 2 * , 9 0 0 3 ， 反应器中v f a 的浓度也会随着温度的变化而发生明显的改变。所以受温度的影响，在 自然温度( 5 3 2 ) 条件下，雒文生等人【3 6 】采用u a s b 处理低浓度城市生活污水的 c o d 去除率介于4 0 * , - 8 0 ，可见其处理效率受温度条件影响的不稳定性，且当反应器 进水c o d 浓度低于1 0 0 m g l 1 时，反应器中的颗粒污泥就会出现分解的现象，因此对于 太低浓度的生活污水而言，u a s b 工艺并不能发挥其应有的效能。在此种条件下，只 有通过延长h r t 来提高u a s b 的处理效果【了7 1 。 e g s b 工艺是在u a s b 工艺基础上开发出来的第三代超高效厌氧反应器，它除了具 有u a s b 反应器全部特性外，而且还有高c o d 去除负荷、高的液体表面上升流速、较 高的高径比等优点。e g s b 反应器具有独特的出水回流系统，这使得e g s b 工艺在常温 条件下处理低浓度废水的过程中，由于出水回流，缓解了