（环境工程专业论文）不同填料的曝气生物滤池启动运行和处理效能的研究.pdf

苏州科技学院硕士学位论文 摘要 摘要 本试验分别以陶粒和瓷粒作为曝气生物滤池的填料，以生活污水为处理对象，对 比研究了不同填料的曝气生物滤池的启动与挂膜，以及影响不同填料曝气生物滤池处 理效能的主要因素，包括填料层高度、气水比、水力停留时间、进水有机物浓度等几 个方面。主要得出以下结论： 1 陶粒b a f 和瓷粒b a f 所需的启动挂膜时间有较大差异，陶粒b a f 启动时间 为1 0 d ，瓷粒b a f 启动时间为3 0 d 。 2 挂膜过程中，陶粒b a f 和瓷粒b a f 的c o d e r 和n h 4 + - n 去除率不是同步提高 的。在试验进水条件下，陶粒b a f 的c o d e r 去除率高于瓷粒b a f ，且达到稳定c o d c r 去除率所需的时间更短，硝化效果也好于瓷粒b a f 。 3 对陶粒b a f 与瓷粒b a f 中的生物膜剥离进行镜检，发现两b a f 中存在着生 物种类多样、生物相分布明显的生态系统。 4 当水温为2 4 0 3 2 9 ，进水c o e c r 浓度为9 0 6 , - - , 4 1 9 o m g l ，r n 浓度为 7 8 5 - - 3 6 5 1 m g l ，气水比为3 ：1 ，h r t 为1 2 h 时，陶粒b a f 和瓷粒b a f 的最初的4 0 e m 的填料层对s s 的去除尤为显著，降解c o d 的最佳填料层高度均为6 0 e m ，硝化氨氮 的最佳填料层高度均为6 0 - - 1 0 0 e m ，陶粒b a f 的t p 的去除主要是集中在填料的中下 层4 0 8 0 e m 处，瓷粒b a f 的t p 的去除主要在填料下层4 0 e m 处，陶粒b a f 和瓷粒 b a f 的生物除磷效果都比较差。总体上来说，陶粒b a f 的s s 、c o d e r 、及氨氮的去 除效果都要稍高于瓷粒b a f 。 5 当水温为2 4 0 , - - - 3 2 9 c ，本试验比较了在相同的水力停留时间( 孵5 h ) ， 进水c o d e r 为3 0 0 m g l 左右的条件下，不同气水比对瓷粒b a f 和陶粒b a f 处理效 能的影响。试验表明，当气水比分别为1 ：1 ，3 ：1 ，5 ：1 时，增加气水比，有利于提高 陶粒b a f 和瓷粒b a f 的c o d c r 和氨氮去除率，要得到理想的氨氮去除效果，陶粒b a f 的气水比为l ：1 左右即可，而瓷粒b a f 的气水比要维持在3 ：1 左右。陶粒b a f 和瓷 粒b a f 中同步硝化反硝化脱氮效果不理想，增大气水比会使陶粒b a f 和瓷粒b a f 的t n 去除效果变差，要进一步提高t n 的去除效果，应采用前置反硝化b a f 工艺或 者两段式b a f 工艺。 6 当水温为1 1 5 3 2 9 ，气水比为3 ：1 ，c o d e r 浓度为9 0 6 , - - - , 4 1 9 o m g l ，n 哪 浓度为7 8 5 - 4 7 5 1 m g l ，s s 为8 0 - - 2 7 0 m g l ，水力停留时间分别为1 2 ，1 0 ，8 ，5 ， 3 h 时，陶粒b a f 和瓷粒b a f 的c o e c r 的去除率与水力停留时间并不是简单的线性关 系，存在最佳的水力停留时间，本试验陶粒b a f 和瓷粒b a f 都为1 0 h 。随着水力停留 时间的缩短，陶粒b a f 和瓷粒b a f 的氨氮的去除率下降，s s 的去除率基本呈下降的 苏州科技学院硕士学位论文摘要 趋势，但是差别不大。总体上来说，在各个水力停留时间下，陶粒b a f 的各污染物的 去除效果都稍高于瓷粒b a f 。 7 在水温为1 1 5 一3 2 9 1 2 ，h r t 为1 2 h ，气水比为3 ：1 的条件下，本试验通过稀 释或投加葡萄糖来调整进水浓度，分别将进水浓度控制在1 0 0 m g l ，2 0 0 m g l ， 3 0 0 m g l ，4 0 0 m g l 左右，考察了进水有机物浓度对陶粒b a f 和瓷粒b a f 处理效能 的影响。试验表明，随着进水有机物浓度的增加，陶粒b a f 和瓷粒b a f 的c o d e r 去除 率都增加，氨氮去除率变化不大，说明陶粒b a f 和瓷粒b a f 同样具有较强的抗有机 冲击负荷能力以及很好的稳定的氨氮去除能力。 8 综合考虑各种影响因素以及实际工程应用中高效低能耗的要求，确定陶粒和 瓷粒b a f 处理生活污水的的最佳运行工况均为：h r t 为3 h ，气水比为3 ：1 ，填料层高 度为1 m 。 9 对两种填料的工程应用成本进行对比，在投资方面，陶粒的价格稍高。在运 行维护方面，由于陶粒的空隙率较瓷粒的大，导致较难反冲洗，球形的瓷粒易于清洗， 所需反冲洗的水量和气量相对较小，这将导致瓷粒b a f 的运行维护费用较陶粒的要 低。 关键词：曝气生物滤池；生活污水：填料；启动；挂膜；处理效能；填料层高度；气 水比；水力停留时间；进水有机物浓度 n m a s t e rd i s s e r t a t i o no fu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g yo fs u z h o u a b s t r a c t a b s t r a c t t w o b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r sw i t hc e r a m s i t ea n dp o r c e l a i nc a r r i e r sw e r eu s e d t ot r e a t d o m e s t i cw a s t e w a t c ri nt h i se x p e r i m e n t ac o n t r a s t i v es t u d yw a sm a d eo nt h es t a r t - u p ，f i l m f o r m a t i o na n dm a j o rf a c t o r sw h i c hi n f l u e n c e dt h ep e r f o r m a n c eo ft h et w ob a f s 啊憾 f a c t o r si n c l u d e dm e d i ah e i g h t , a i rt ol i q u i dr a t i o ，h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ，i n f l u e n to r g a n i c c o n c e n t r a t i o na n ds oo n 1 1 赡m a i nc o n c l u s i o n sw e r ed r a w e da sb e l o w ： 1 t h et i m en e e d e df o rt h es t a r t - u pa n df i l mf o r m a t i o no ft h et w ob a f sw e r ed i f f e r e n t , f o rb a fw i t hc e r a m s i t ec a r r i e r , 1 0d a y sw e r en e e d e d , b u tf o rb a fw i t hp o r c e l a i nc a r r i e r , 3 0d a y sw e r en e e d e d 2 们舱r e m o v a lo fc o d c rd i dn o tk e e pi np a c ew i t ht h a to fn i 函+ - ni nt h ep r o c e s so f f i l mf o r m a t i o n i nt h i se x p e r i m e n t , t h ec o d e rr e m o v a la n dn i t r i f i c a t i o ne f f i c i e n c yo fb a f w i t hc e r a m s i t ec a r r i e rw e r eh i g h e rt h a nb a fw i t hp o r c e l a i nc a r r i e r , a n dl e s st i m ew a s n e e d e dt og e tas t a b l ec o d e rr e m o v a l 3 1 1 地r e s u l to fo p t i c a lb i o - m i c r o s c o p eo b s e r v a t i o ns h o w e dt h a te c o s y s t e mw i t hm a n y k i n d so fd i f f e r e n tm i c r o b e sa n dd i s t i n c tb i o l o g i c a lp h a s ed i s t r i b u t i o nw a sf o r m e di n t h et w o b a f s 4 w h e nt e m p e r a t u r ew a s2 4 0 3 2 9 ，c o d e rc o n c e n t r a t i o ni ni n f l u e n tw a s9 0 6 4 1 9 0 m g l ，n i - h + - nc o n c e n t r a t i o nw a s7 8 5 3 6 5 1 m g l ，t h eg a st ol i q u i dr a t i ow a s3 ：1 a n dh r tw a s12 ki nb o t hb a f s ，r e m a r k a b l es sr e m o v a lw a sa c h i e v e di nt h em e d i ah e i g h t o f4 0 c m ，t h eo p t i m u mm e d i ah e i g h tf o rm er e m o v a lo fc o d a n dn h 4 + - nw e r e6 0 c ma n d 6 0 10 0 c mr e s p e c t i v e l y t pr e m o v a lw a sm a i n l ya c h i e v e di nt h em e d i ah e i g h to f0 - - , 8 0 c r na n d4 0 c mi nb a fw i t hc e r a m s i t ea n dp o r c e l a i nc a r r i e r sr e s p e c t i v e l y 耵圮b i o l o g i c a l p h o s p h o r u sr e m o v a lo f t h et w ob a f sw e r e n o tg o o d i nw h o l e ，b a fw i t hc e r a m s i t ec a r r i e r h a db e t t e rr e m o v a lo fs s ，c o d c ra n dn i - h 十- nt h a nb a fw i t hp o r c e l a i nc a r r i e r 5 w h e nt e m p e r a t u r ew a s2 4 o 3 2 9 ，h r tw a s1 2 h ，c o d e rc o n c e n t r a t i o ni n i n f l u e n tw a sa b o u t3 0 0 m g l ，t h ei n f l u e n c eo fg a st ol i q u i dr a t i oo nt h ep e r f o r m a n c eo ft h e t w ob a f sw a ss t u d i e di nt h ee x p e r i m e n t 1 1 坞r e s u l t ss h o w e dt h a t , w h e ng a st ol i q u i dr a t i o w e r e1 ：1 ，3 ：1a n d5 ：1r e s p e c t i v e l y , i n c r e a s eo fg a st ol i q u i dr a t i oc a u s e db e t t e rr e m o v a lo f c o d c ra n dn i - h + - ni nt h et w ob a f s i no r d e rt og e tag o o dr e m o v a lo fn h 4 + - n , t h eg a st o l i q u i dr a t i os h o u l db ea b o u t1 ：1f o rb a fw i t hc e r a m s i t ec a r r i e ra n d3 ：1 f o rb a fw i t h p o r c e l a i nc a r r i e r t h ee f f e c to fs i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o n - d e n i t r i f i c a t i o ni nt h et w ob a f s w a sn o t9 0 0 d ，i n c r e a s eo fg a st ol i q u i dr a t i oc a u s e dw o r s er e m o v a lo ft n w ，es h o u l da d o p t p r e - d e n i t r i f i c a t i o nb a fp r o c e s so rt w o - s t a g eb a fp r o c e s st og e tb e t t e rr e m o v a lo ft n m a s t e rd i s s e r t a t i o no fu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g yo fs u z h o ua b s t r a c t 6 w h e n t e m p e r a t u r ew a sl1 5 3 2 9 ，g a s t o l i q u i d r a t i ow a s3 ：1 ，c o d e r c o n c e n t r a t i o ni ni n f l u c n tw a s9 0 6 4 19 0 m g l , n h 4 + - nc o n c e n t r a t i o nw a s7 8 5 4 7 51m g l ，s sc o n c e n t r a t i o nw a s8 0 2 7 0 m g l ，h r tw a s12 也l0 h , 8 1 1 5 ha n d3 h r e s p e c t i v e l y , t h er e l a t i o nb e t w e e nc o d c rr e m o v a lr a t ea n dh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ew a s n o tl i n e a r , t h e r ew a sao p t i m u mh r t , w h i c hw a slo hf o r t h et w ob a f si nt h i se x p e r i m e n t r e d u c t i o no f 卸r tc a u s e dr e d u c t i o no fn h 4 + na n ds sr e m o v a lr a t ei nt h et w ob a f s ， v a r i a t i o no fs sr e m o v a lr a t ew a sn o to b v i o u s i nw h o l e ，t h er e m o v a lp e r f o r m a n c eo f p o l l u t a n t so fb a f w i t hc e r a m s i t ec a r r i e rw a sb e t t e rt h a nb a fw i t hp o r c e l a i nc a r r i e r 7 w h e nt e m p e r a t u r ew a s1 1 5 3 2 9 ，h r tw a s1 2 h ，g a st ol i q u i dr a t i ow a s3 ：1 ，w e a d j u s t e dt h ei n f l u e n to r g a n i cc o n c e n t r a t i o nt oa b o u t 10 0 m g l ，2 0 0 m g l ，3 0 0 m g la n d 4 0 0 m g lr e s p e c t i v e l yt h r o u g hd i l u t i o no ra d d i n gd e x t r o s e t os t u d yt h ei n f l u e n c eo fi n f l u e n t o r g a n i cc o n c e n t r a t i o no nt h ep e r f o r m a n c et ot h et w ob a f s 1 1 舱r e s u l t ss h o w e dt h a t , i n c r e a s eo fi n f l u e n to r g a n i cc o n c e n t r a t i o nc a u s e di n c r e a s eo fc o d c rr e m o v a l ，b u ta l m o s t n ov a r i a t i o no fn i - 1 4 + - nr e m o v a li nt h et w ob a f s ，w h i c hi n d i c a t e dt h a tb o t hb a f sh a d s t r o n gr e s i s t a n c et oi m p a c to fo r g a n i cl o a da n ds t a b l en h 4 + - nr e m o v a l 8 w 池c o n s i d e r a t i o no ft h ei n f l u e n c i n gf a c t o r s ，h i g he f f e c t i v ea n dl o w - c o n s u m p t i v e r e q u i r e m e n t s i n p r o j e c ta p p l i c a t i o n s ，o p t i m a lo p e r a t i o n a lp a r a m e t e r sf o rt w ob a f s w e r e ：h r tw a s1 2 h , a i rt ol i q u i dr a t i ow a s3 ：1 ，m e d i ah e i g h tw a sl m 9 c o m p a r i s o no fp r o j e c tc o s tw a sm a d eb e t w e e nt h et w oc a r r i e r s ，p r i c eo fc e r a m s i t e w a sh i g h e r , b u tw h e nr e f e r r i n gt ot h ec o s to fr u n n i n ga n dm a i n t e n a n c e ，h i g h e ri n t e r s p a c e r a t eo fc e r a m s i t ec a r r i e rc a u s e dd i f f i c u l tb a c k w a s h i n g s p h e r i c a lp o r c e l a i nc a r r i e rw a se a s y t ob a c k w a s ha n dn e e d e dl e s sa m o u n to fl i q u i da n da i r , w h i c hc a u s e dl e s sc o s ti nr u n n i n g a n dm a i n t e n a n c e k e y w o r d s ：b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ；d o m e s t i cw a s t c w a t e r ；c a r r i e r ；s t a r t - u p ；f i l m f o r m a t i o n ；t r e a t m e n tp e r f o r m a n c e ；m e d i ah e i g h t ；& a st ol i q u i dr a t i o ；h y d r a u l i cr e t e n t i o n t i m e ；i n f l t m n to r g a n i cc o n c e n t r a t i o n 独创性声明 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i 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 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名：挞叁 日期：鬯兰年芝月三蔓日 学位论文使用授权书 苏州科技学院、国家图书馆等国家有关部门或机构有权保留本人所送交论文的复 印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人完全了解苏州科技学院关于收集、保 存、使用学位论文的规定，即：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学 校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用 影印、缩印、数字化或其他复制手段保存汇编学位论文；同意学校在不以赢利为目的 的前提下，用不同方式在不同媒体上公布论文的部分或全部内容。 ( 保密论文在解密后遵守此规定) 论文作者签名： 指导教师签名： 日期：趁鲨砭月生e 1 日期：丑畦月尘日 苏州科技学院硕士学位论文第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 水资源的分布与污染 第一章绪论 1 1 1 1 水资源的分布 水是自然界里最普遍存在的物质之一，没有水就没有生命，水对于人类来说是 一种不可缺少的重要物质。海洋约占地球总表面积的7 0 以上，它的平均深度大约为 3 8 0 0 米，地球上的水约有9 7 3 贮存在海洋，其余不到3 的水量分别存在于大气、 地球其他表面和地表以下的地壳中。地球上的水的总量据估计约有1 4 亿立方公里之 多，但是它的分布很不均衡。人类生命活动所必需的淡水是很有限的，因为属于海洋 中的咸水，除非经过人工淡化处理，是很难直接供人类使用的。而占总量不到3 的 淡水中，又有3 4 存在于冰川和冰帽之中。大多数的大冰块又集中在南北极地，目前。 还极少被利用。对人类生活和生产活动关系密切而又比较容易被开发利用的淡水储量 约为4 0 0 万立方公里左右，仅占地球总水量的0 3 ，而且这部分淡水在陆地上的分 布很不均匀。 我国的水资源还是比较丰富的，年降水量为6 0 0 0 0 亿立方米左右，相当于全球 陆地总降水量的5 ，占全世界第三位。我国拥有地面水年径流量为2 7 2 1 0 亿立方米 左右，居世界第六位。但是由于我国人口众多，按人均年径流量计，仅为每人每年 2 5 0 0 立方米，只相当于世界人均占有量的1 4 。因此从这个角度上说我国的水资源并 不丰富【1 1 。 我国的水资源还存在着严重的时空分布不均衡性。在空间分布上，总的说来是 东南多西北少，南方长江流域和珠江流域水量丰富，而北方则少雨多旱，北方不少城 市和地区的缺水现象已十分严重。在时间分布上，由于我国大部分地区的降水量主要 受季风气候的影响，这就导致了年内分配不均，年际变化很大。总的来说是冬春少雨、 雨季多雨。有时还连续出现枯水年和丰水年的现象，更给水资源的合理利用增加了困 难。 综上所述，根据我国水资源的分布情况，合理用水、节约用水、控制水体污染y 保护水资源已是迫在眉睫的重要问题。 1 1 1 2 水资源的污染 水资源的污染有两类：一类是自然污染，另一类是人为污染。 自然污染主要是自然原因造成的。例如特殊的地质条件使某些地区有某种化学 元素的大量富集，天然植物的腐烂过程中产生某种有害物质，以及降雨淋洗大气和地 苏州科技学院硕士学位论文 第一章绪论 面后挟带各种物质流入水体，都会影响当地水质。通常把由于自然原因而造成的水中 杂质含量称为自然本底值或背景水平。 人为污染使人类生活和生产活动中产生的废物对水的污染。它们包括生活污水、 工业废水、农田排水和矿山排水等。此外，废渣和垃圾堆积在土地上或倾倒在水中、 岸边，废气排放到大气中，经降雨淋洗和地面径流后各种杂质又流入水体，这些都会 造成水的污染。 当前，对水体造成较大危害的是人为污染。 i 1 1 3 水资源污染的分类和影响 水资源的污染根据污染杂质的不同而主要分为化学性污染、物理性污染和生物 性污染三大类。 ( 一) 化学性污染 1 无机污染物质：污染水体的无机污染物质有酸、碱和一些无机盐类。酸污染 主要来自矿山排水和工业废水。碱污染主要来自减法造纸、炼油、制革、制碱等工业 废水。一些工业废水中还常含有不少无机盐类，它们排入水体后将提高水的硬度和增 加水的渗透压，降低水中的溶解氧，对淡水生物产生不良的影响。 2 无机有毒物质：污染水体的无机有毒物质主要是重金属等有潜在长期影响的 物质，其中汞、镉、铅等危害较大，其他还有砷( 特别是三价) 、铬( 六价) 、硒( 四 价、六价) 、钡、钒、氰化物、氟化物等。有毒重金属在自然界中一般不会自行消失， 却可能通过食物链而积累、富集，以致会直接作用于人体而引起严重的疾病或促使慢 性病的发生。 3 有机有毒物质：污染水体的有机有毒物质很多，主要是各种有机农药、多环 芳烃、芳香胺等。这些物质来自农田排水或某些工业废水。它们之中很多是自然界中 本来没有而经人工合成的物质，化学性质很稳定，很难被生物所分解。有些有机物质 还被认为是致癌的。 4 需氧污染物质：生活污水、牲畜污水和某些工业废水中所含的碳水化合物、 蛋白质、脂肪和酚、醇等有机物质可在微生物的作用下进行分解。在分解过程中需要 消耗氧气，故称之为需氧污染物质。如果这类物质排入水体过多，将会大量消耗水中 的溶解氧，造成溶解氧缺乏，从而影响水生生物的生长。水中的溶解氧耗尽之后，有 机物质将进行厌氧分解而产生出大量硫化氢、氨、硫醇等难闻物质，使水质变黑发臭， 造成环境进一步恶化。需氧污染物质是目前水体中最大量、最经常和最普遍的一种污 染物质。 5 植物营养物质：生活污水和某些工业废水中经常含有一定数量的氮、磷等植 物营养物质。施用氮肥和磷肥的农田排水中也会有残余的氮和磷。水中的氮、磷的含 量较高时对湖泊、水库、港湾内海等水流缓慢的水域中藻类等浮游植物及水草的大量 2 苏州科技学院硕士学位论文 第一章绪论 繁殖，这种现象称之为“富营养化”。 6 油类污染物质：炼油和石油化工工业、海底石油开采、油轮压舱洗舱以及大 气污染碳氢化合物的沉降等都可使水体遭到严重的油类污染，尤其海洋采油和油轮事 故污染最甚，影响水质、破坏海滩、危害水生生物。 ( 二) 化学性污染 1 悬浮物质污染：悬浮物质使指水中含有的不溶性物质，包括固体物质和泡沫 等。它们是由生活污水、垃圾和采矿、采石、建筑、食品、造纸等产生的废物泄人水 中或农田的水土流失所引起的。 2 热污染：来自热电厂、核电站及各种工业过程中的冷却水，若不采取措施， 直接排入水体，可能引起水温升高、溶解氧含量降低、水中存在的某些有毒物质的毒 性增加等现象，从而危及鱼类和水生生物的生长。 3 放射性污染：核试验核核电站的建立以及同位素在医学、工业、研究等领域 中的应用，使放射形废水、废物显著增加，造成一定的放射性污染，其中对人体健康 有重要影响的放射性物质有s r 9 0 、c s l 3 7 、1 1 3 1 等。 ( - - ) 生物性污染 生活污水，特别是医院废水和某些工业废水污染水体后，往往可带入一些病原 微生物。防止病原微生物对水体的污染也是保护环境、保障人体健康的一大课题。 1 1 2 污水处理的基本方法 污水处理的方法很多，归纳起来可分为物理法、化学法和生物法等。 物理法是利用物理作用来分离污水中呈悬浮状态的物质，在处理过程中不改变其 化学性质。物理法包括沉淀法、气浮法、过滤、蒸发、离心分离、超滤、反渗透等。 化学法是利用化学反应的作用来处理水中的溶解性污染物质或胶体物质。属于化 学处理方法的有：中和法、氧化还原法、混凝法、电解法、汽提法、萃取法、吹脱法、 吸附法、离子交换法、电渗析法等。 生物法主要是利用微生物的作用，使污水中呈溶解性和胶体状态的有机污染物转 化为无害的物质。根据微生物的类别，目前常用的生物法可分为好氧生物处理和厌氧 生物处理。好氧生物法又有活性污泥法，生物膜法、生物氧化塘、污水灌溉、土地处 理系统等。 以上各种处理方法都有它们各自的特点和适用条件。在实际的污水处理中，它们 往往是要配合使用的，不能预期只用一种方法就能把所有的污染物质都去除。 3 苏州科技学院硕士学位论文 第一章绪论 1 2 生物膜法处理工艺的应用研究进展 1 ：2 1 生物膜法的发展 1 9 世纪末，在研究土壤净化污水的过滤田基础上，创造了生物过滤法，并将此 应用于生产。在2 0 世纪采出现的活性污泥法相比，生物过滤法体积负荷和b o d 去除 率都较低，运行时的环境卫生条件也较差，会滋生大量滤池蝇和蚊虫等。特别是由于 当时滤池均以碎石为填料，没有更合适的填料载体，所以处理构筑物非常易堵塞，导 致滤池不能正常运行，于是在2 0 世纪4 0 - - 6 0 年代有逐渐被活性污泥法替代的趋势。 但到了6 0 年代后，由于新型合成材料的不断产生，使得合适滤料的选择有了可能， 生物膜法又获得了新的发展。 生物膜法是与活性污泥法平行发展起来的生物处理工艺，是一大类生物处理法 的统称。在生物膜法中，微生物附着在载体表面生长而形成膜状，污水流经载体表面 和生物膜接触过程中，污水中的有机污染物即被微生物吸附、稳定和氧化，最终转化 为h 2 0 、c 0 2 、n h 3 和微生物细胞物质，污水得到净化。在许多情况下，生物膜法不 仅能代替活性污泥法用于城市污水的二级生物处理，而且还具有一些独特的特点，如 运行稳定、抗冲击负荷、更为经济节能、无污泥膨胀问题，具有一定的硝化与反硝化 功能、可实现封闭运转防止臭味等。 1 2 2 生物膜反应器的发展 1 8 9 3 年，英国进行将污水在粗滤料上喷洒进行净化的试验取得了良好的净化效 果，作为生物膜反应器的生物滤池问世，并从此开始用于污水处理的实践。 在2 0 世纪2 0 - - 3 0 年代，开始建造了许多生物膜反应器系统，其主要形式就是生 物滤池。与微生物处于悬浮生长的状态的活性污泥法相比，虽然生物滤池具有生物量 高和净化效果较好等优点，但由于其水力负荷和8 0 d 负荷均较低、环境卫生条件也较 差、处理构筑物占地面积较大且有可能被脱落的生物膜堵塞的缺点，在4 0 - 5 0 年代 生物滤池有逐渐被活性污泥法取代的趋势。到了6 0 年代，新型的有机合成材料开始 大量生产，广泛使用的有由聚乙烯，聚苯乙烯和聚酰胺等制成的波纹板状、列管状和 蜂窝状等有机人工合成材料，其比表面积和孔隙率大大增加，再加上环境保护对水质 要求的进一步提高，生物膜反应器获得了新的发展。到了7 0 年代，除了普通生物滤 池( t r i c kf i l t e r ，也称为滴滤池) 外，生物转盘( r b c ) 、淹没式生物滤池( s u b m e r g e d b i o f i l mr e a c t o r ) 和生物流化床( f l u i d i z e db e d ) 技术都得到了比较多的研究和应 用。近年来，生物膜反应器以其独特的优势更受到广大研究者和工程师们的关注，又 涌现出大量新型的单一或复合式生物膜反应器( h y b r i db i o r e a c t o r ) ，如微孔膜生 4 苏州科技学院硕士学位论文 第一章绪论 物反应器、气提式生物膜反应器、移动床生物膜反应器、复合式活性污泥生物膜反应 器、序批式生物膜反应器、升流式厌氧污泥床一厌氧生物滤池( u a s b a f ) 、曝气生物 滤池及附着生长稳定塘 2 1 。 1 2 3 生物膜反应器的分类 根据生物膜反应器附着生长载体的状态，生物膜反应器可以划分为固定床和流动 床两大类。在固定床中，微生物的载体固定不动，在反应器内的相对位置基本不变； 而在流动床中，附着生长载体不固定，在反应器内处理连续流动的状态。基于操作时 是否有氧气的参与，各生物膜反应器或者处于好氧状态，或者处于缺氧和厌氧状态。 1 生物滤池 生物滤池是生物膜反应器的最初形式，随着对其研究的不断深入和实际运行经验 的不断积累，生物滤池已由原来承受较低负荷的普通生物滤池逐步发展成为承受较高 负荷的高负荷生物滤池、塔式生物滤池以及最新研制成功并投入运行的曝气生物滤 池，此外还有处于无氧操作条件下的厌氧生物滤池和与活性污泥曝气池串联在一起的 活性生物滤池。 2 生物转盘 生物转盘亦称旋转生物接触器( 船c ) ，是由一系列平行的旋转圆盘、转动横轴、 电机及减速装置和氧化槽等部分组成。当圆盘面积的4 0 - 5 0 浸没于污水时，盘片 上的生物膜吸附污水中的有机物，圆盘转动离开污水，生物膜上的固着水层从空气中 吸收氧，被吸附的有机物在微生物酶的作用下氧化分解，从而使污水得到净化，进行 此种操作的称之为好氧生物转盘。当圆盘面积浸没于污水中时，由于没有吸氧过程， 圆盘盘片仅是微生物的附着生长载体，进行此种操作的称之为厌氧生物转盘。 3 淹没式生物滤池 淹没式生物滤池亦称生物接触氧化法，1 9 7 1 年在日本首创，近2 0 年来，该技 术在国内外得到了广泛的研究和应用，用于处理生活污水和某些工业的有机污水。所 谓淹没式生物滤池就是在池内充填一定密度的填料，污水浸没全部填料并与填料上的 生物膜广泛接触，在微生物新陈代谢功能的作用下，污水中的有机物得以去除，污水 得以净化。淹没式生物滤池多在好氧状态下运行，充氧方式可以是污水预先充氧曝气 再流经填料，也可以是再池内设有人工曝气装置。 4 生物流化床与气提式生物膜反应器 所谓生物流化床，就是以砂和活性炭等颗粒物质为载体填充生物反应器内，因 载体表面附着生长着生物膜而使其质变轻，当污水以一定流速从下向上流动时，载体 便处于流化状态。按照载体流动的动力来源的不同，生物流化床一般分为以液流为动 5 苏州科技学院硕士学位论文第一苹绪论 力的流化床和以气流为动力的三相流化床两大类。气提式生物膜反应器是与三相流化 床相似的生物膜反应器，只不过是用于填料生物膜上的剪切力更大。 5 厌氧生物膜膨胀床 厌氧生物膜膨胀床是为优化污水处理甲烷发酵工艺于1 9 7 4 年研究和开发出来 的，与生物流化床相似，它也是在多为圆柱体结构的床内填充细小的砂、砾石、无烟 煤等固体颗粒作为微生物附着生长的载体，但污水从床底部流入时仅使填料层处于膨 胀而非流化状态，即颗粒间仍保持互相接触。 6 微孔膜生物反应器 微孔膜生物反应器是一种革新的生物膜反应器，它采用特制的微孔膜使待处理 污染物质与微生物分开的方式，通过逆向扩散进行传质并通过微生物氧化作用去除污 水中的有机污染物。 7 移动床生物膜反应器 移动床生物膜反应器是为解决固定床反应器需定期反冲洗、流化床需使载体流 化、淹没式生物滤池堵塞需清洗滤料和更换曝气器的复杂操作而发展起来的。在移动 床生物膜反应器中，装填有短管状聚乙烯填料，这些填料随反应器内混合液的回旋翻 转作用而自由移动。在好氧反应器中，这种回旋力是由曝气提升力而提供的，而在缺 氧反应器中则来自于机械搅拌浆。 8 复合式生物膜反应器 复合式生物膜反应器是将各单一操作的优点复合在一起，使反应器的净化功能 极大提高。有代表性且进行深入研究或应用的复合式生物膜反应器主要有复合式活性 污泥一生物膜反应器、序批式生物膜反应器、升流式厌氧污泥床一厌氧生物滤池及附 着生长稳定塘。 1 3 新型好氧生物膜法处理技术一曝气生物滤池( b a f ) 1 3 1 曝气生物滤池的产生和发展 曝气生物滤池最早由法国c g e ( c o m p a g u i n eg e n e r e l ed e se a n x ) 公司所属的o t v ( l o m n i u md ef r a i t e m e n t se tv a l o r i z a t i o n ) 公司开发。b a f 的最初形式为c r r v 公司于2 0 世纪8 0 年代末期开发出的b i o c a r b o n e 工艺，该工艺以密度大于水的膨胀 板岩作为生物填料，水流上进下出，气水逆向，该工艺主要用于对城市污水有机物的 降解和氨氮的去除。 随着污水排放水质标准的提高和该技术的研究发展，o t v 公司研发了有回流的脱 氮工艺- - b i o s t y r 工艺，水流下进上出，气水同向。从b i o c a r b o n e 工艺到b i o s t y r 工艺的运用是一个逐步发展的过程，该技术的关键是采用了一种特殊的填料( 密度为 6 苏州科技学院硕士学位论文第一章绪论 0 8 咖3 左右的有机填料) ，相比而言b o i s t y r 工艺有如下优点：采用重力流反冲洗无 需反冲泵，节省了动力；滤头布置在滤池顶部，与处理后的水接触，不易堵塞，便于 更换：填料层分成缺氧区和好氧区，使硝化、反硝化在同一池内完成 2 1 。 2 0 世纪8 0 年代末9 0 年代初，法国的d e g r e m o n t 公司也开发出了b i o f o r 工艺。 该工艺结构上与b i o c a r b o n ei 艺类似，生物填料同样为密度大于水的材料，水气 流向与b i o s t y r 工艺相同，水流下进上出，气水同向，在滤床内进行b o d 、c o d 、 n h 3 - n 、s s 的去除。 从法国o t v 公司在2 0 世纪8 0 年代末期开发出首座b a f 至今，在科研和工程技 术人员的共同努力下，b a f 技术取得了长足的发展，工艺更趋于成熟，功能更加完善。 b a f 是一种运行可靠，自动化程度高，出水水质好，抗冲击能力强和节约能耗 的新一代污水处理革新新工艺。在滤池中主要实现有机物的降解、硝化反硝化，如 与其他物化方法结合可同时实现除磷目的。它既可用于污水的二级处理，也可用于污 水的深度处理，同时还可以用于饮用水的微污染处理。 1 3 2 队f 工艺的构造和工艺原理 曝气生物滤池( b a f ) 充分借鉴了生物接触氧化工艺和给水处理中快滤池的基本 设计思路i 通过使用特殊的过滤介质，使其集曝气供氧、快速过滤、定期反冲于一体， 并以不同的运行方式实现对有机物、s s 和氮磷的去除。 1 3 2 1b a f 工艺的构造与组成 曝气生物滤池的构造与普通快滤池基本相同，但增设了曝气系统，其所使用的 填料与普通生物滤池有根本性的区别，与普通快滤池所使用的滤料基本接近，但粒径 稍大，并具有很大的孔隙率，因此比表面积更高，且比重较小。 曝气生物滤池由布水系统、曝气布气系统、承托层、生物滤料层、反冲洗系统 ( 包括反冲洗空气和反冲洗水) 等五个部分组成。 一、b a f 工艺的布水和布气系统 曝气生物滤池的布水系统包括进水布水和反冲洗布水及过滤出水收集两个方 面。对进水布水而言，根据曝气生物滤池运行时水流方向的不同，其布水系统可分别 设在上部或下部。 b a f 的曝气多采用穿孔管布气，管道的设置通常有三种方式。一是将曝气管设置 在滤料下层( 滤层曝气式) 。此种布置方式因承托层无气体的冲刷，而易导致出现厌 氧状态，且当升流式运行方式时，易承托层内过快积累进水中的s s ：二是将曝气管 设置在承托层内( 承托层曝气式) 。此种布置方式一方面因气体的冲刷，不易过快积 累s s ，同时卵石层对气体的分割作用而利于曝气在滤层中的均匀性。三是将曝气管 7 苏州科技学院硕士学位论文 第一章绪论 道设置在滤池底部集水空间( 承托层下曝气式) ，与反冲洗管道合二为一的设置。 b a f 的出水收集系统通常有两种方式。一是采用滤头布水的方式，其布水均匀 性好，利于b f 的长期运行，适用于处理规模较大的应用场合。二是采用按尺寸大小 铺设厚为0 4 , - - , 0 6 m 的卵石层方式，适用于小规模处理的场合。 二、b a f 工艺的承托层与滤料 承托层的主要功能是支撑滤料，防止其流失，同时要求其具有良好的布水均匀 性和一定的承载强度及化学稳定性。b a f 中所使用的承托层材料主要以卵石为主，其 厚度一般为0 4 - 0 6 m ，并由下至上按级配大小分层填铺。 滤料是b a f 工艺的关键和核心组成部分，对其处理功效有直接影响，同时也与 b a f 的构造形式密切相关。b a f 以采用单质