（环境工程专业论文）云岗污水处理厂污水回用技术的研究.pdf

摘要 污水回用是一项重要的开源措施，体现了资源的可持续利用。北 京市是一个缺水严重的城市，因此在北京积极开展中水回用就显得势 在必行。丰台云岗污水处理厂运转多年，并且稳定达标排放，为污水 回用提供了可靠水源。本文通过探索性试验研究，各种单元工艺和组 合工艺的试验研究以及推荐工艺的稳定性试验研究，对云岗污水处理 站现有处理工艺及其出水水质现状，结合云岗地区不同的污水回用目 标，在试验研究的基础上，总结出技术上可行、经济上合理、生产上 可靠的污水回用处理工艺，为今后工程实施提供了良好的技术支持。 从整个回用水处理系统综合考虑，最终确定以陶粒为填料的淹没 式生物膜滤池工艺或常规处理工艺作为云岗污水处理站二级出水回 用于电厂冷却用水和森林公园景观用水的推荐工艺以及以陶粒为填 料的淹没式生物膜滤池工艺+ 常规处理工艺作为云岗污水处理站二级 出水回用于0 8 区工业用水的推荐工艺。 本课题研究成果适用于一般城市污水处理厂二级出水回用于工 业冷却用水、市区景观河道用水、绿化和生活杂用以及回用水水质要 求类似于地表水i i i 类水体标准的污水资源化再利用工程。 关键词污水回用：技术；研究 a b s t r a c t s e w a g er e c y c l i n gt e c h n o l o g y i sa l l i m p o r t a n tw a t e r s a v i n gt e c h n o l o g y ，w h i c h e m b o d i e st h er e c y c l eo fr e s o u r c e s b e i j i n gi sac i t yt h a ti ss h o r to fw a t e rm o s t l y t h e r e f o r e ，i ti si m p e r a t i v e t or e u s et h ew a s t e w a t e rf o rb e i j i n g y u n g a n gs e w a g e t r e a t m e n t p l a n ti nf e n g t a id i s t r i c th a so p e r a t e df o rm a n yy e a r s t h es e w a g e c a nb el e t s t e a d i l ya n dr e g u l a r l y ，w h i c hp r o v i d e st h ec r e d i b l e s o u r c ef o rt h e s e w a g er e c y c l e t h r o u g h t h er e s e a r c ho fc e l lt e c h n o l o g ya n dc o m b i n a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h er e s e a r c h o fr e c o m m e n d e dt e c h n o l o g ys t a b i l i t y , w ee v a l u a t e dt h et e c h n o l o g yu s e db yy u n g a n g s e w a g et r e a t m e n ts t a t i o na n dt h ew a t e rq u a l i t yc o m b i n e dw i t ht h ev a r i o u sa i m so f s e w a g er e c y c l i n g b a s e do nt h ee x p e r i m e n t ，w e h a v ec o n c l u d e dt h en e ws e w a g e r e c y c l i n gt e c h n o l o g y , w h i c hi sf e a s i b l ei nt h et e c h n o l o g y , r e a s o n a b l ei nt h ee c o n o m y a n dd e p e n d a b l ei nt h ep r o d u c t i o n t h et e c h n o l o g ya l s oc a no f f e rt h eb e t t e rt e c h n i c a l s u p p o r t f o rf u t u r ee n g i n e e r i n g ， c o n s i d e r e d b y t h ew h o l e r e c y c l i n g t r e a t m e n t s y s t e m ，w e h a v e c h o s e n f i n a l l y s u b m e r g i n g b i o m e m b r a n ef i l t e r i n g p o n dt e c h n o l o g y o rc o n v e n t i o n a l p r o c e s s i n g t e c h n o l o g yu s e dp e l l e t sa sr e c o m m e n d e dt e c h n o l o g yf o rt h es e c o n de f f l u e n tw a t e ro f y u n g a n gs e w a g et r e a t m e n ts t a t i o nu s e df o rt h ee l e c t r i c a lp l a n t s a n ds i g h tw a t e ro f p a r k s a n d w ea l s oc h o s e n f i n a l l ys u b m e r g i n g b i o m e m b r a n e f i l t e r i n gp o n d t e c h n o l o g y + c o n v e n t i o n a lp r o c e s s i n gt e c h n o l o g y a sr e c o m m e n d e dt e c h n o l o g yf o r t h e s e c o n de f n u e n tw a t e ro f y u n g a n gs e w a g e t r e a t m e n ts t a t i o nu s e df o rt h e0 8d i s t r i c t t h ea c h i e v e m e n t so f 恤es u b j e c ta r es u i t a b l ef o rt h es e c o n de m u e n tw a t e ro fg e n e r m s e w a g et r e a t m e n tp l a n t s u s e da si n d u s t r i a l c o o l i n gw a t e r ，s i g h tw a t e ri n t h ec i t y , v i r e s c e n c ew a t e r , l i v i n gm i x e dw a t e r , a n ds e w a g er e c y c l i n ge n g i n e e r i n gw h o s e r e q u i r e m e n to fw a t e rq u m i t yi s s i m i l a rt ot h et h i r dw a t e rq u a l i t ys t a n d a r do ft h e s u r f a c ew a t e r k e y w o r d ：s e w a g er e c y c l e ；t e c h n o l o g y ；r e s e a r c h i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我 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，也不包含为获得北京工业大学或其它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。 签名： 日期：立丝盛翻舢 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论 文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：要碰 导师签名 - 7 缁给 日期： 矗。 ，牙1 日 第1 章绪论 1 1 项目来源和背景 北京作为中华人民共和国的首都，是全国的政治中心和文化中心。改革丌 放以来，北京市社会经济和城市建设获得了飞速发展，人民生活水平得到了迅 速提高和改善。随着社会经济和城市建设的不断发展，水资源需求量也不断增 大。然而，北京市地处华北平原的北端，属于半干旱季风地区，是一个严重缺 水的城市。北京市人均水资源占有量仅3 0 0 立方米左右，为全国人均水资源占 有量的1 8 ，世晃人均水资源占有量的1 3 0 。水资源短缺已成为制约北京市 社会经济和城市建设发展的重要因素“1 。为了实现北京市国民经济可持续发展 战略，缓解北京市面临的2 l 世纪城市发展和可利用水资源的矛盾，北京市政府 在大力提倡节约用水的同时，也对尽早开发城市污水资源作为城市第二水源十 分熏视，并多次召开会议听取有关专家、学者的意见，探讨全国规模最大的污 水处理厂一一高碑店污水处理厂处理水资源化再利用工程方案“。与此同时， 中国航天机电集团公司第三研究院拟将云岗污水处理站出水进一步处理后回用 于电厂冷却用水、森林公园景观用水和云岗0 8 区工业用水，以节约当地的清洁 水源，并减轻污水处理站运行负担。在丰台区政府的大力支持下，北京市丰台 区环境保护局和中国航天机电集团公司第三研究院合作，先期开展了云岗污水 处理站污水回用技术的试验研究。本研究在现场试验的基础上，选择确定出适 合云岗污水处理站在经济上合理、技术上可行、生产上可靠的污水回用技术， 并从工程可实施性角度提出具体的工程方案，同时也为北京市今后城市污水资 源化再利用决策提供可靠依据。 1 2 国内外污水回用及其技术发展现况 1 2 1 国内外污水回用现状 城市污水经处理后回用于工业、农业灌溉、养殖业、市政绿化、生活杂用、 地下水回灌和补充地面水等方面的研究和实际工程，在国外已有很长的历史， 规模也很大，收到了相当可观的经济效益和社会效益。世界上发达国家，经历 了高度的工业化发展过程，更迫切地感到水资源的宝贵，因而制定了相应的法 规促使城市污水的合理再利用。近年，发展中国家也己认识到污水作为第二水 源的重要性，逐渐重视污水回用，只是由于这些国家的城市中尚无完善的排水 系统，使用规模上还比不上发达国家。现在世界上几乎所有国家都丌始使用污 水资源，并已完成了许多污水回用工程。例如：美国马里兰州的伯恒炼钢厂每 北京工业大学工程硕士学位论文 日利用2 8 4 3 万1 1 1 1 城市污水回用于工业冷却用水。“；日本东京都江东地区利 用三河岛污水处理厂的二级出水经补充处理后供工业用水1 6 7 万m 1 d 等。 目前，工业发达国家的污水重复回用率为7 0 一8 0 ，若干主要工业领域已达到 9 5 1 。除回用于工业外，在国外城市污水还回用于农业灌溉、养殖业、市政 绿化、生活杂用、地下水回灌和补充地面水等社会经济的各个方面。 在我国，城市污水回用除农灌外，用于工业等方面起步较晚，但8 0 年代 以来发展较快。在“七五”期间，国家将“城市污水资源化”列为科技攻关项 目；“八五”期间，国家进一步将“城市污水回用”列为攻关项目，并在大连、 北京、天津、泰安、太原等城市开展了城市污水回用于工业的研究。太原市北 郊污水处理厂己建成每天1 万m 3 的补充工业冷却水工程。大连市春柳河污水处 理厂出水每天1 万m 3 回用于化工厂冷却用水系统也于1 9 9 2 年投产运行。9 0 年 代全国最大的北京高碑店污水处理厂工程中也建成了一个处理规模1 万m 。d 的回用水处理系统，为厂区提供污泥脱水冲洗滤布、浇洒绿地、洗车用水等， 并将每日8 万一的二级出水提供给附近电厂作为循环冷却补充用水。与此同时， 在我市及全国范围内还建成了许多属于污水回用技术范畴的中水工程”。总之， 国内近几年在污水回用方面取得了一定的发展，但城市污水回用工程和规模还 很不够，与国外发达国家相比差距较大。 1 2 2 国内外污水回用技术发展现况 目前，在国外发达国家中如：美国、西欧、日本、以色列和南非等国， 城市污水回用技术问题已基本解决。就水处理技术而言，任何污水都可以通过 不同的处理工艺加以处理，满足任何需要。例如南非约翰内斯堡的供水量为1 l o 万m 3 d ，其中8 5 是利用城市污水处理厂出水作为供水水源“。南非的温霍 克市和美国丹佛市已将处理后的污水经深度处理后作为饮用水水源。国外大 量城市污水回用工程的成功实例，说明了城市污水回用于工业、农业、市政杂 用、河道补水、生活杂用等在技术上是完全可行的。然而，考虑到城市污水回 用的经济性，目前世界上绝大多数污水回用工程还是在城市污水处理厂二级出 水后进行深度处理，其深度处理工艺主要是采用生物处理、混凝沉淀、过滤、 活性炭吸附、臭氧氧化、膜处理技术和消毒工艺的不同组合。如回用于工、肚 循环冷却补充水，可采用混凝沉淀、过滤、消毒处理工艺：回用于景观和市政 杂用用水，可采用生物处理、过滤、消毒处理工艺等。此外，可用的处理工艺 还有离子交换、反渗透等n “。 在国内，近一、二十年来，许多城市淡水缺乏问题越来越严重，因此，对 城市污水回用技术也进行了较多的研究工作。如青岛市1 9 8 2 年就开展了城市污 水回用于养殖和市政杂用用水的研究工作，天津市近年也在纪庄子污水处理 第1 章绪论 厂开展了污水回用的探索性研究工作。 在原水为城市污水处理厂二级出水的前提下，目前正在研究及应用的以 污水回用为目的的处理工艺主要有以下几种： 1 、物化处理工艺： 如：混凝沉淀+ 过滤 2 、生物与物化处理的组合工艺： 如：生物接触氧化+ 过滤 3 、其它工艺： 如：混凝沉淀+ 过滤+ 臭氧氧化+ 活性炭吸附组合工艺，膜处理工艺等。 无论哪种处理工艺，其深度处理的目的都是为了进一步降低二级出水中的 c o d 、b o d 5 、n 、p 、s s 、色度、硬度、含盐量或细菌等，使水质满足一定的回用 要求“。 不同的回用目标要求不同的水质，也决定着处理工艺的选择。从现有文献 看，目前我国回用水的用途还仅局限于工业冷却或生活、杂用等方面，因此对 回用水水质各方面的要求并不是很高，且主要局限于个别指标上。就各种处理 工艺而言，为了能够更好的推广应用，都必须在保证回用水水质的前提下，解 决好回用水的成本问题，即必须把降低工程投资及制水成本、提高经济效益作 为关键问题来解决。本课题的研究也力求在这方面做一些有益的探索。 1 3 研究内容、目的及意义 本课题主要研究内容包括：云岗污水处理站出水水质现状监测和分析：针 对云岗污水处理站出水水质，进行调研、论证，提出较为可行的处理工艺方案； 通过现场试验，对不同的处理工艺进行分析、研究比较，确定出针对云岗地区 不同回用目标的优化处理工艺及其技术参数；提出针对不同回用目标的污水回 用工程方案，并针对不同工程方案进行经济技术分析。 研究目的：在北京市政府开发城市污水资源的有关决策基础上，针对云岗 污水处理站出水水质现状，结合云岗地区不同的污水回用目标，力争找到技术 上可行、经济上合理、生产上可靠的污水回用处理工艺，为今后的工程实施提 供良好的技术支持。在试验研究的基础上，提出云岗污水处理站污水回用工程 方案，以备今后将云岗污水处理站出水回用于电厂冷却用水、森林公园景观用 水，0 8 区工业用水等，替代清洁水源，以达到城市污水资源化的目的。 研究意义：对于北京这样一个严重缺水的城市，通过合理有效的污水回用 技术将污水处理后回用于工业或城市杂用等，既可以缓解对新鲜永源的需求， 又可以减轻对环境的污染，可谓一举两得，具有极大的环境效益和社会效益； 而且，其潜在的经济效益也是不可低估的。云岗污水处理站目前平均同处理 污水8 0 0 0 多m ，最高可达1 2 0 0 0 m 3 d ，使云岗地区5 万多居民的生活污水及约 5 0 家企事业单位的生产废水得到处理后排放，取得了较为显著的环境效益和社 会效益。但大量处理后的污水直接排放，一方面造成了水资源浪费；另一方面； 为维持云岗污水处理站的正常运转，每年需运行费用约1 2 0 万元，而其中的8 5 万元由中国航天机电集团公司第三研究院承担，这已成为该院的一大沉重包袱。 因此，如何利用云岗污水处理站的现有条件，通过有效的污水回用技术，使其 出水尽快得以再利用，并创造一定的经济效益，已成为该院目前亟待解决的问 题。本课题的研究成果如能得以实施，不仅可以解决云岗污水处理站出水回用 问题，还必将为我市和全国的污水回用工作积累一定的经验，有利于污水回用 技术在我市乃至全国范围内的推广，并可从污水回用的角度为我市的节约用水 工作打开一个新局面。 1 4 项目执行情况 2 0 0 1 年8 月丰台区环境保护局与中国航天机电集团公司第三研究院合作， 承接了云岗污水处理站污水回用技术的研究工作，完成了课题立项，成立了项 目课题组，确定了研究目标。在此基础上，2 0 0 2 年初开展了资料收集、调研等 工作，并对云岗污水处理站进、出水进行了水质检测与分析。2 0 0 2 年4 月完成 了现场试验设备安装，开始进行现场试验研究。2 0 0 3 年4 月完成研究工作报告。 釜：量墨兰趸墨箜鎏兰主登耋 第2 章试验方案的选择与确定 2 1 试验方案的确定原则 云岗污水处理站二级出水主要拟回用于电厂冷却用水、森林公园景观用水 和云岗0 8 区工业用水。由于云岗0 8 区工业用水对回用水水质要求最高，所以 本课题将国家地表水环境质量标准g h z b l 1 9 9 9 中i i i 类水体标准的主要水 质参数作为研究中的主要水质控制参数。 本试验研究针对云岗污水处理站二级出水水质，在满足不同回用目标的前 提f ，最终要求达到国家地表水环境质量标准g h z b l 一1 9 9 9 中i i i 类水体标 准，通过试验研究选择技术上可行、经济上合理、运行上可靠的污水回用处理 工艺。 2 2 试验原水水质和出水水质目标 2 2 1 试验原水水质和出水水质目标 本试验研究的原水为云岗污水处理站二级出水( 以下简称试验原水) ，出水 水质目标则根据不同的回用目标分别为再生水用作工业冷却用水的建议水质 标准c e c s 6 1 ：9 4 、再生水用作市区景观河道用水的建议水质标准c e c s 6 1 ： 9 4 和国家地表水环境质量标准g h z b l 1 9 9 9 中i i i 类水体标准。 试验原水水质详见表2 1 。 出水水质目标详见表2 2 。 表2 一l 试验原水水质一览表( r a g 1 ) 序号项目名称最低值一最高值平均值 l水温( o c )0 3 41 5 2p h 7 0 6 8 4 17 6 0 3硫酸盐( 以s o 计)7 1 0 0 1 4 9 0 01 0 60 4氯化物( 以c 1 _ 计)6 5 1 1 0 6 17 8 6 5溶解性铁0 0 l 一0 4 4o1 5 6 总锰0 0 0 0 1 70 0 6 7 总铜 o o 8总锌oo 9硝酸盐( 以n 计)0 3 8 - 1 3 8 34 5 0 1 0亚硝酸盐( 以n 计)o 0 2 6 5 61 3 7 1 l 非离子氨0 0 0 2 3 4 21 0 3 兰奎三些盔兰三堡竺圭兰些笙兰 1 2 凯氏氮 4 5 0 - 3 2 6 0 1 2 5 9 1 3总磷( 以p 计)0 2 0 3 8 61 8 7 1 4高锰酸盐指数4 0 1 3 475 1 1 5溶解氧( d o )3 0 7 - 7 5 259 3 1 6化学需氧量( c o d c r )1 1 8 - 6 1 62 5 9 1 7生化需氧量( b o d 。)1 o 一2 5 91 2 1 1 8氟化物( 以f 一计)o 4 0o 4 0 1 9硒( 四价) o0 2 0 总砷 00 2 l 总汞 o0 2 2总镉 o0 2 3铬( 六价) oo 2 4总铅0o 2 5 总氰化物 oo 2 6挥发酚 oo 2 7石油类0 4 - 7 ，03 2 2 8 阴离子表面活性剂 o 0 5 一o 1 00 0 6 2 9粪大肠菌群( 个l ) 3 0氨氮o 5 2 3 1 1 01 1 9 0 3 l 硫化物 0 2 5 一o 2 902 6 3 2 色度 1 1 - 3 517 试验增设项目，未含在i i i 类水标准的3 1 项基本指标中 表2 - 2 出水水质目标一览表( m g 1 ) 再生水用作工业再生水用作市区地表水环境质量 序冷却用水的建议水景观河道用水的建标准中i i i 类水 项目名称 号质标准c e c s 6 1 ：9 4 议水质标准体标准g h z b l 一 c e c s 6 1 ：9 41 9 9 9 基本要求 详见标准 l水温( o c ) 2p h6 5 9 0 6 5 9 06 5 8 5 3硫酸盐( 以s o 。2 一计) 2 5 0 4氯化物( 以c l 一计)3 0 0 3 5 02 5 0 5溶解性铁 0 3o 40 5 * 6 - 6总锰 0 2o ，l 7总铜 1o 8 总锌 1 o g硝酸盐( 以n 计)2 0 1 0距硝酸盐( 以n 计) 01 5 1 1非离子氨 00 2 1 2 凯氏氮 1 1 3夏季 2 ，非夏季不 总磷( 以p 计) 0 1 控制 1 4 高锰酸盐指数 8 1 5溶解氧( d 0 ) 5 1 6化学需氧量( c o d c r ) 7 57 52 0 1 7生化需氧量( b o d s ) 1 02 0 4 1 8氟化物( 以f 一计) 1 0 1 9硒( 四价) 0 0 1 2 0总砷 0 0 5 2 1总汞 0 0 0 0 1 2 2总镉 o0 0 5 2 3铬( 六价) 00 5 2 4 总钳 00 5 2 5总氰化物 02 2 6挥发酚 0 0 0 5 2 7石油类 o0 5 2 8阴离子表面活性剂 o 2 2 9粪大肠菌群( 个l ) 2 0 0 0 3 0夏季 1 0 ，非夏季 氨氮 0 5 2 0 3 1硫化物0 2 3 2 色度- k 2 2 2 原水中主要污染物 在试验研究期间对试验原水进行了水质检测，化验项目为国家地表水环 境质量标准) ) g h z b l 1 9 9 9 中i i i 类水体标准中的3 1 个基本项目，详见表2 1 ， 表中第3 2 项为试验增设项目。 北京工业大学工程硕士学位论文 通过我站对试验原水的多次检测分析，以及中国航天机电集团公司第三研 究院提供的云岗污水处理站常年累积的检测资料，在获取大量数据的基础上， 对照国家地表水环境质量标准g h z b l 1 9 9 9 中i i i 类水体标准，确定试验 原水中主要污染物为有机污染物、氮和磷，其它污染物有石油类、硫化物等。 2 3 试验的处理工艺选择及其；争化机理 2 3 1 单元工艺 2 311 生物处理一淹没式生物膜滤池工艺 淹没式生物膜滤池工艺( 以下简称b f 艺) 是目前水处理工艺中一种研究 较多、应用较广的生物处理方式。该工艺对于污水中的有机物、n h 3 一n 和s s 等 均有较好的去除效果。本试验拟采用以陶粒为填料的淹没式生物膜滤池作为生 物处理工艺。生物处理的主要目的是去除污水中的有机污染物和n h 。一n 。 b f 工艺在滤池中装有比表面积较大的填料，通过固定生长技术在填料表面 形成生物膜，在水体与生物膜不断接触过程中，有机物及氮等污染物被填料表 面与层问的生物膜吸附、氧化降解；同时填料又具有截留脱落的生物膜和悬浮 物的作用，使污水中的污染物得到有效去除。该工艺在运行中需补充一定量的 压缩空气，这不仅为生物生长提供足够的溶解氧，而且有助于新老生物膜的更 新换代，保证生物膜的高氧化能力。 生物膜滤池过滤机理与普通快滤池有所不同，过滤作用主要基于以下几个 方面的原因：( 1 ) 机械截留作用。进水中粒径较大的悬浮状物质被滤料截留。( 2 ) 颗粒滤料上生长有大量微生物，微生物新陈代谢作用中产生的粘性物质如多糖 类、酯类等起到吸附架桥作用，与悬浮颗粒及胶体粒子粘接在一起，形成细小 絮体，通过接触絮凝作用而被去除。( 3 ) 由于微生物作用，使进水中部分胶体脱 稳形成较大颗粒而被去除。陶粒是一种人工制造的多孔轻质的惰性材料，由易 熔粘土、页岩经高温焙烧而成，物理化学性质稳定。具有比表面积大、孔隙率 高、强度大、化学稳定性好、易于反冲洗等特点，且其表面粗糙，能满足不同 尺寸微生物在其孑l 洞中生长的需要，容易形成丰富的生物相，使得陶粒能充分 利用其表而生长的生物膜对水中有机物进行吸附、氧化和分解，以达到净化水 的目的。另外，作为固定床填料，陶粒还能截留水中游离的生物体，在陶粒间 隙形成有一定活性的生物絮体，进一步加强对有机物及悬浮物的去除效果。“。 在采用以陶粒为填料的生物膜滤池中，由于陶粒具有发达的空隙和巨大的 比表面积，使滤池内的微生物附着于陶粒表面，在有氧的条件下，吸附水中污 染物完成生物氧化降解过程，并逐渐生长繁殖，形成生物膜。“。生物膜主要由 丝状菌及菌胶团等组成。丝状菌是一类菌体细胞能够相连而形成丝状的微生物 第2 章试验方案的选择与确定 的总称，包括丝状菌、丝状真菌和丝状藻类等，丝状菌在填料表面附着生长时， 菌丝悬浮于水中，增加摄取有机物的机会。生物膜中丝状菌的存在增强了生物 膜与陶粒之间的结合力，可以使生物膜具有一定的厚度和强度。菌胶团是由含 有英膜物质的菌胶团细菌组合而成的，菌胶团是生物膜的重要组成部分，较单 体细菌有更强的吸附和氧化有机物的能力，在水处理过程中具有重要的作用。 当水中污染物浓度较低时，生物膜具有显著的吸附、富集水中营养物( 污染物) 和氧的作用，形成优势菌属，从而使生物膜滤池对低污染物浓度的原水仍保持 有一定的去除能力”。 b r 工艺的特点是对有机污染物和氨氮的去除效率高，处理效果稳定，污泥 产量少，运行费用低，管理方便。b f 工艺若作为物化处理的预处理工艺，可使 物化处理工艺的凝聚剂耗量与消毒剂耗量减少。该工艺由北京市市政工程设计 研究总院研究所提出，曾于1 9 9 4 年至1 9 9 5 年与高碑店污水处理厂合作进行了 b f 工艺处理城市污水的中型试验以及于1 9 9 7 年至1 9 9 8 年在团城湖进行了b f 工艺处理密、怀水库水的小型试验研究，并取得了很好的处理效果”。所以本 试验采用以陶粒为填料的淹没式生物膜滤池作为生物处理工艺。 2 3 1 2 物化处理一微絮凝过滤或常规处理工艺 微絮凝过滤工艺( 以下简称m f f 工艺) 指原水经加药混合后不经沉淀直接进 入滤池过滤。常规处理：l 艺指原水经加药混合、絮凝后经过沉淀，再进行过滤。 物化处理的主要目的是除磷。 生活污水中t p 来源于人体饮食排泄以及日常使用的含磷洗涤剂。t p 大部 分是无机化合磷，小部分是有机化合磷。无机磷来自洗涤剂的正磷酸赫( p o 。3 ) 和稠环磷酸盐( p 3 0 。”) ，均以溶解状态存在于水中；有机磷以溶解和非溶解状态 存在，但一般在污水管网和污水处理厂就已经转化为正磷酸盐，所以一般二级 出水中t p 基本上以正磷酸盐形式存在，并溶解于水中“0 1 。 除磷的方法有生物除磷和化学除磷两种。生物除磷相对是一种较经济的方 法，但由于目前生物除磷工艺尚不能保证处理出水中t p 达到0 i m g l 以下( 国 家地表水环境质量标准中i i i 类水体要求) ，为了能稳定地达到这一出水标准， 一般采用化学除磷。化学除磷是通过向水中投加凝聚剂( 铝盐、铁盐、石灰等) 与污水中的磷酸盐形成胶体状非溶解性的磷酸盐颗粒，通过沉淀或过滤工艺去 除，达到除磷的目的“。 另外试验原水先经过生物预处理，水中的主要污染物指标之一n h 。厂n 基本 达剑出水标准，若再后续物化处理组合工艺，在除磷的同时，还可以进一步降 低水中c o d c r 、b o d ；、s s 、浊度、色度等项指标，使出水水质全面达到回用要求。 2 3 1 3 膜处理工艺 北京工业大学工程硕士学位论文 膜分离技术是一种绝对的物理过滤作用，其应用可根据原水水质和被处理 后的水质要求广泛应用于水处理的各个方面。8 0 年代未，膜分离技术丌始应用 于饮用水处理；9 0 年代，日本、欧美等国已进行大规模研究并应用于水处理领 域2 “。 膜处理工艺是应用膜分离技术使水中污染物在膜表面被截留或吸附，从而 使水得到净化。直接应用于污水处理中的膜主要是超滤膜，超滤膜特性是根 据膜孔径评价“。为了探索超滤膜对二级出水的处理效果，本试验研究选用一 种平均孔径为3 p m 的聚砜超滤膜( p s 膜) 。膜分离技术具有应用范围广、处理效 率高、无需投加凝聚剂，不产生副作用、占地少、易于自控等特点“。 但目前膜处理工艺的成本较高、投资较大，而且膜的堵塞、使用寿命等问 题还未得到很好解决。 2 3 1 4 深度处理工艺 为了进一步去除污水中不易降解的有机物和其它污染物，采用臭氧氧化、 活性炭吸附工艺进行深度处理试验。 臭氧氧化 臭氧( 0 。) 是一种强氧化剂，它能氧化降解部分有机物并可将大分子有机物 氧化成易降解、易被活性炭吸附的小分子。故本试验深度处理选用臭氧，探索 其对水中污染物的去除效果。 一般臭氧在水中通过直接和间接两种途径氧化水中有机物。直接作用氧化 反应慢且有选择性，间接作用是臭氧通过中间产物自由基o h 一，即臭氧分解j “ 生的羟基进行的，对水中物质产生的氧化作用则属于间接作用，反应速度快。 在臭氧氧化过程中，大分子有机物转换成易降解的小分子，并增加了水中的溶 解氧，但也由此产生羧酸和醛类及不易被吸附的极性分子，因此氧化有机物的 能力受到一定的限制。“。 臭氧可破坏酚类化合物；分解大部分非生物降解性洗涤剂；破坏有机氯化 型农药；去除多环烃，但对有机物的氧化降解是有选择性的。许多研究表明， 水中的腐殖酸为自然有机物一般不能被臭氧彻底氧化成简单的无机物，丰要是 在臭氧作用下有机物性质发生改变，大分子有机物在某些部位断裂，成为分子 量较小的有机物；含氧量小的有机官能团氧化成含氧量多的官能团，甚至只有 中间产物即臭氧处理的副产物。1 。鉴于污水中的成份复杂，有关臭氧氧化的基 本概念还有待发展。 活性炭处理 活性炭呈多孔结构具有巨大的比表面积，优异的吸附性能。活性炭处理工 艺( a c ) 在水处理工艺中，常用于去除经混凝、沉淀、过滤后难以去除的某些 第2 章试验方案的选择与确定 ! 竺竺! ! ! ! ! ! ! 竺! ! ! ! 竺! ! i ! ! ! ! ! ! ! ! 竺! ! ! ! ! ! 竺竺! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 有机物或无机污染物。活性炭吸附又分成4 种状况：易被吸附、易被生物降 解物质，如酚类；易被吸附、不易生物降解物质，如腐殖酸、四氯化碳、三 氯甲烷类；不易被吸附、易被生物降解物质，如葡萄糖、氨基酸等：不易 被吸附、不易生物降解物质3 。 活性炭吸附实际兼有吸附和降解两种功能，但它的功能是否能得到充分利 用，取决于其表面的生物膜，更取决于水中有机物的可吸、附性与生物可降解 性。所以活性炭对去除有机物是有选择性的m 1 。据资料介绍，大部分的有机物 分子被截留在活性炭表面，但是比较小的分子( 特别是含有少于3 个碳原子的分 子，普通醇、低级有机酸) 和极性最小的分子难以截留，有些大分子如芳香族化 合物、不饱和烃等能牢固地被截留“1 。 臭氧氧化、活性炭吸附工艺在水处理领域一般是作为深度处理手段、辅以 其它工艺之后，不作为单独处理工艺用以水的净化，所以本试验未单独进行臭 氧氧化、活性炭吸附单元工艺试验。 2 3 2 组合工艺 综上所述，不同的单元工艺有其特定的去除对象，在对试验原水的净化过 程中有着不同的分工，而且各单元工艺是相互联系和相互影响的。组合试验的 目的就是从系统的角度考虑整个处理工艺的选择，依据不同单元工艺及其相互 联系，合理发挥各个单元工艺的特点和各个单元工艺之间的协同作用，使处理 工艺的选择合理可靠。 2 3 2 1b f + m f f 处理工艺 试验原水潜污泵提升至原水水箱后，再由泵提升至b f 滤池，出水出泵提 升至混合槽，在混合槽入1 3 处投加凝聚剂，水与药剂充分混合后重力流入煤滤 柱，滤后水经消毒后排放。 该组合工艺首先利用b f 滤池去除试验原水中的部分有机污染物和大部分 的n h 3 一n 等，然后利用微絮凝过滤工艺进一步去除水中的有机污染物和大部 分的磷等。 2 3 2 2b f + 常规处理工艺 试验原水经潜污泵提升至原水水箱后，再由泵提升至b f 滤池，出水由泵 提升至混合、絮凝槽，在混合槽入口处投加凝聚剂，经机械混合、絮凝槽入竖 流式沉淀柱，上清液重力流入煤滤柱，滤后水经消毒后排放。 该组合首先利用b f 滤池去除试验原水中的部分有机污染物和大部分的 n h 。一n 等，然后利用常规处理工艺进一步去除水中的有机污染物和大部分的磷 等。 2 3 2 3b f + m f f + o 。处理工艺 本组合工艺前段同处理工艺2 3 2 1 ，煤滤柱出水继续用泵提升至臭氧 柱，臭氧柱出水排放。 该组合工艺首先利用b f 滤池去除试验原水中的部分有机污染物和大部分 的n h 。一n 等，然后再利用微絮凝过滤工艺去除水中的部分有机污染和大部分的 磷等，最后利用臭氧进一步去除水中的有机污染物。 2 3 2 4b f + 常规处理+ o 。处理工艺 本组合工艺前段同处理工艺2 3 2 2 ，煤滤柱出水继续用泵提升至臭氧 柱，臭氧柱出水排放。 该组合工艺首先利用b f 滤池去除试验原水中的部分的有机污染物和大部 分的n h 3n 等，然后再利用常规处理工艺去除水中的部分有机污染物和大部分 的磷等，最后利用臭氧进一步去除水中的有机污染物。 2 3 2 5b f + m f f + a ( ；处理工艺 本组合工艺前段同处理工艺2 3 2 1 ，煤滤柱出水继续用泵提升至a c 柱，a c 柱出水经消毒后排放。 该组合工艺首先利用b f 滤池去除试验原水中的部分有机污染物和大部分 的n h 。一n 等，然后再利用微絮凝过滤工艺去除水中的部分有机污染物和大部分 的磷等，最后利用活性炭进一步去除水中的有机污染物。 2 3 2 6b f + 常规处理+ a c 处理工艺 本组合工艺前段同处理工艺2 3 2 2 ，煤滤柱出水继续用泵提升至a c 柱， a c 柱出水排放。 该组合工艺首先利用b f 滤池去除试验原水中的部分有机污染物和大部分 的n h 3 一n 等，然后再利用常规处理工艺去除水中的部分有机污染物和大部分的 磷等，最后利用活性炭进一步去除水中的有机污染物。 2 3 2 7b f + m f f + 0 3 + a c 处理工艺 本组合工艺前段同处理工艺2 3 2 3 ，臭氧柱出水靠重力流入a c 柱， a c 柱出水排放。 该组合工艺首先利用b f 滤池去除试验原水中的部分有机污染物和大部分 的n h 3 一n 等，然后再利用微絮凝过滤工艺去除水中的部分有机污染物和大部分 的磷等，最后利用臭氧和活性炭组合工艺进一步去除水中的有机污染物。臭氧 可使水中不易生物降解的有机物转化为易生物降解物质，在投加臭氧的同时， 也向水中充氧，增加了水中的溶解氧，是配合活性炭吸附处理工艺最好的强氧 化剂。 2 3 2 8b f + 常规处理+ 0 。+ a o 处理工艺 本组合工艺前段同处理工艺2 3 2 4 ，臭氧柱出水靠重力流入a c 柱， 第2 章试验方案的选择与确定 a c 柱出水排放。该组合工艺首先利用b f 滤池去除试验原水中的部分有机污染 物和大部分的n h 。一n 等，然后再利用常规处理工艺去除水中的部分有机污染物 和大部分的磷等，最后利用臭氧和活性炭组合工艺进一步去除水中的有机污染 物。 2 3 2 9 混凝、沉淀+ b f 处理工艺 试验原水经潜污泵提升至试验用原水水箱后，再由泵提升至混合、絮凝槽， 在混合槽入口处投加凝聚剂，经机械混合、絮凝后进入竖流式沉淀柱，上清液 出水由泵提升入b f 滤池，滤后水经消毒后排放。 该组合工艺与前述工艺不同，首先利用混凝、沉淀去除试验原水中的部分 有机污染物和大部分的磷等，然后再利用b f 滤池进一步去除水中的有机污染物 和大部分的n h ，一n 等。 2 4 实验流程 j ：至三些奎兰三堡兰兰兰些鲨兰 现场试验工艺流程详见图2 1 图2 9 。 加药 消毒 骂匪玉 图2 一l 现场试验工艺流程一 加药消毒 竺五p 小 图2 2 现场试验工艺流程二 图2 3 现场试验工艺流程三 图2 _ 4 现场试验工艺流程四 加药 消毒 消毒 图2 5 现场试验工艺流程五 1 4 k 誊：耋兰鉴玄耋墼鎏誊主丝奎 自呼消毒 竺笔三圣 _ 三) 匹丑匝丑一匝丑b 图2 6 现场试验工艺流程六 图2 7 现场试验工艺流程七 t 一 水 生 物 陶 粒 滤 池 加药 图2 8 现场试验工艺流程八 消毒 塑叵j e 丑卧臣当 图2 9 现场试验工艺流程九 1 5 北京工业大学工程硕士学位论文 2 5 试验装置与设备 表2 3 试验装置与设备及有关参数一览表 试验装置与设备有关参数 1原水潜水泵l 台，q = 3 m 3 h h = 2 5 m 2原水水箱 1 个，p v c 制，有效容积约0 7 m 3 31 # 提升泵1 台，q = o 3 8 2 3 m 3 h h = 4 - - 3 5 m 3 座，有机玻璃制。中1 5 0 r a m ( 内径= 1 4 0 m m ) ，柱体总高36 m 。柱内 4生物膜滤池 装填粒径为2 5 的陶粒，滤层厚2 o m 5空气压缩机 1 台，q = o ，0 5 6 m 3 m i n 6l # 中间水箱 1 个，p v c 制，有效容积约0 0 4 m 3 7 2 # 提升泵i 台，q = o 3 8 2 3 m 3 h ，h 一3 5 m 8 混合槽1 个，p v c 制，采用机械搅拌，其容积约0 0 0 0 8 m 3 ，混合时间约5 0 s 9絮凝槽1 个，p v c 制，采用机械搅拌，其容积约0 o l m 3 。絮凝时间约l o m i n 1 0搅拌器2 台，j j 一1 型精密自动搅拌器，转速o - - 3 0 0 0 r m i n 1 个，有机玻璃制，中4 0 0 m m ，采用竖流沉淀，总高约3 2 m ，有效高 l l 圆形沉淀柱 度2o m ，沉淀时间约3 h 1 22 # 中间水箱1 个，p v c 制，有效容积约0 0 4 m 3 1 33 # 提升泵 1 台，q = o 3 8 2 3 m 3 h h = 4 - - 3 5 m 1 个，有机玻璃制，中l o o m m ( 内径= 9 0 m m ) ，柱体总高2 6 m ，杜内 1 4煤滤柱 装填d 旷1 1 m m 的均质无烟煤滤料，滤层厚t 1 m 1 个，玻璃制，中l o o m m ，柱体总高约3 8 m ，有效高度1 o - 15 m ，接 1 5 臭氧柱 触时间控制在l o m i n 左右 1 6臭氧发生器x f z 一5 b i 型，纯氧气源，臭氧产量5 9 h 1 个，有机玻璃制，中l o o m m 。柱体总高2 5 m ，柱内装填0 1 5 4 1 7活性炭柱 活性炭1 5 m 。接触时间1 5 r a i n 1 8 膜处理设备u f 设备，处理能力约0 1 m 3 h 1 9出水水箱1 个，p v c 制，有效容积约0 ，0 4 m 3 2 0 消毒设备采用臭氧发生器投加 2 1 反冲水箱1 个，p v c 制，有效容积约0 2 m 3 2 2反冲泵1 台，0 = 0 3 8 2 3 m 3 h ，h = 4 - - 3 5 m 2 3备用潜水泵2 台，q ：s m 3 h ，h = 7 m ；q = 3 m 3 h ，h = 2 5 m 2 4备用空压机i 台q = o 2 9 m 3 m i n 进水流量计：5 个，1 0 1 0 0 1 h ；气体流量计：6 个， 2 5其它 0 0 1 6 1 o m 3 h ：反冲水流量计：1 个，1 0 0 1 0 0 0 1 h 1 6 第3 章试验内容、结果与分析 3 1 单元工艺试验内容、结果与分析 3 1 1b f 工艺试验 3 1 1 1 b f 工艺参数的选择 b f 工艺主要控制参数为水力负荷和气水比，通过试验选择合适的参数值。 在此以c o d c r 、n h 。一n 为指标，考察不同水力负荷与气水经对去除污染物效果 的影响，其中水力负荷选择2 、4 、6 m 3 m 2h ，气水比选择0