（环境工程专业论文）以工业废水为主的城市污水ao工艺的启动与运行性能研究.pdf

摘要 以工业废水为主的城市污水a o 工艺的启动与运行性能研究 摘要 本论文着重从实际的应用出发，对以难生物处理的制药化工废水和印染废 水为主的城市污水a o 处理工艺的启动与运行进行了研究，结果表明： ( 1 ) 在a o 工艺的启动驯化过程中，厌氧污泥和好氧活性污泥浓度( v s s ) 由开始接种1 o g l 和0 5 9 l ，经过5 个阶段( 约8 5 d ) 的驯化培养后增长到 4 o g l 和7 5 9 l 左右；好氧污泥体积指数( s v i ) 的变化经过了先增加再降低， 然后稳定到5 0 8 0 的变化过程。厌氧污泥的污泥体积指数( s v i ) 逐渐下降， 最后稳定在3 0 一5 0 之间；反映厌氧和好氧活性污泥氧化反应性能的脱氢酶活性 ( d h a ) 由接种时的2 2 4 5 u g t f ( g v s s h ) 和1 5 6u g t f ( g v s s h ) 经过驯化过程中 的波动，最后增加到3 9 1 1u g t f ( g v s s h ) 和3 7 1 6u g t f ( g v s s h ) ；厌氧污 泥和好氧污泥的比最大葡萄糖消耗速率( g c r ) 经过增加下降再增加稳定的 变化过程，最后分别稳定在1 7 5 9 ( g v s s d ) 和1 5 2g ( g v s s d ) ；好氧污泥的 比最大氧消耗速率( s o u r ) 和比最大氧消耗量分别由初始的1 2 7 4 m g o ：( g v s s h ) 和2 5 4 9 m g o z h 分别增加了5 7 9 倍和2 4 4 l 倍；厌氧污泥比最大产甲烷活性 ( s m a ) 和比最大产气量( s m p ) 经过t l l 化过程分别稳定在3 4 1 5 m l c h 。( g v s s d ) 和1 3 8 0 m l c h 。d 。 ( 2 ) 在工艺稳定运行期间，污泥的各项活性特性指标都比较稳定。厌氧 污泥和好氧污泥脱氢酶活性分别稳定在3 4 9 1 u g t f ( g v s s h ) 和3 4 0 5 u g t f ( g v s s h ) ：厌氧污泥和好氧污泥比最大葡萄糖消耗速率分别稳定在1 4 6 g ( g v s s d ) 和1 3 3g ( g v s s d ) ；好氧污泥的比最大耗氧速率和比最大耗氧量 稳定在8 6 8 6m g o j ( g v s s - h ) 和3 2 8 5 2 m g o j h ：厌氧污泥的比最大产甲烷活性 和比最大产甲烷量分别为3 4 0 6 5m i c h ( g v s s d ) 和3 2 5 3 8m l c h 。d 。确定了 优化的工艺参数：厌氧( 3 h ) 曝气( 1 0 b ) 絮凝沉淀( 2 h ) 的工艺路线。稳 定运行的结果表明：c o d 、b o d 。、色度、t p 等各项水质指标的去除率达到9 0 以上，n h 。+ 一n 去除率达到7 0 以上，出水完全达到了城市污水综合排放标准 ( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 。 关键词：城市污水a o 工艺污泥驯化运行性能 垒! ! ! 型一 s t u d y o nt h e s t a r t u pa n dw o r k i n g c h a r a c t e r i s t i c so f a n o x i c o x i cp r o c e s s t r e a t i n g t h em u n i c i p a l s e w a g e w h i c h g i v e sp r i o r i t y t oi n d u s t r i a lw a s t e w a t e r b y l i ux i n w e n s u p e r v i s o r ：p r o f d r s h e nd o n g s h e n g z h e j i a n gu n i v e r s i t y , h a n g z h o u ，3 1 0 0 2 9 ，p r c h i n a a b s t r a c t t h es t u d yo nt h es t a r t - u pa n dw o r k i n gc h a r a c t e r i s t i c so fa n o x i c o x i cp r o c e s s t r e a t i n g t h e m u n i c i p a ls e w a g e w h i c hg i v e s p r i o r i t y t od i f f i c u l t b i o d e g r a d a b l e p h a r m a c y i n d u s t r i a lw a s t e w a m ra n d d y e i n gi n d u s t r i a lw a s t e w a t e r w a sd o n et h a t p a i d a t t e n t i o nt ot h e p r a c t i c i n ga p p l i c a t i o n t h ec o n c l u s i o n s w e r ea r r i v e d ： 1 d u r i n gt h ec o u r s eo fs t a r t u po f a n o x i c o x i cp r o c e s s ，t h ev s so fa n o x i ca n d o x i cs l u d g ei n c r e a s e df r o m1 o g la n d0 5 9 lt o 4 0 9 la n d7 5 9 lc o r r e s p o n d i n g l y a f t e rf i v ep h a s e s ( a b o u t8 5 d ) a c c l i m a t i o na n dc u l t i v a t i o n a n da tt h eb e g i n n i n g ，t h e s v io fa e r o b i cs l u d g ei n c r e a s e d ，t h e nw i t ht h et i m ew e n to n ，i tb e g a nt od e c r e a s e a n di nt h ee n d t h ev a l u eo fs v lw a sm a i n t a i n e db e t w e e n5 0t o8 0 t h es v io f a n a e r o b i c s l u d g e d e c r e a s e d g r a d u a l l y a n dw a sa b o u t3 0 - 5 0a tl a s t t h e d e h y d r o g e n a s e a c t i v i t y o fa n a e r o b i ca n da e r o b i c s l u d g e i n c r e a s e df r o m 2 2 4 5 u g t f ( g v s s - h ) a n d1 5 6u g t f ( g v s s h ) t o3 9 1 1u g t f ( g v s s h ) a n d 3 7 1 6 u g t f ( g v s s h ) c o r r e s p o n d i n g l yi nt h ee n do f t h ea c c l i m a t i o nf o rf i v ep h a s e s t h e i i 垒! ! ! 型 s p e c i f i cm a x i m u mg l u c o s ec o n s u m p t i o n r a t eo fa n a e r o b i ca n da e r o b i cs l u d g ec a n l e t h r o u 出i n c r e a s e ，d e c r e a s e ，i n c r e a s ea g a i na n ds t a b i l i z a t i o na t1 7 5 9 ( g v s s d ) a n d 1 5 2 ( g v s s d ) a tl a s t t h es p e c i f i co x y g e n u t i l i z a t i o nr a t ea n ds p e c i f i cm a x i m u m o x y g e nc o n s u m p t i o n o fa e r o b i cs l u d g ew a s1 2 7 4 m 9 0 2 ( g v s s h ) a n d2 5 4 9 m 9 0 2 h a tt h eb e g i n n i n g ，a n da f t e ra c c l i m a t i o nf o rf i v ep h a s e sw e r ei n c r e a s e db y5 7 9a n d 2 4 a 1 t i m e s ，i r r e s p e c t i v e l y t h es p e c i f i c m a x i m u mm e t h a n o g e n i c a c t i v i t y a n d s p e c i f i c m a x i m u m m e t h a n o g e n i cp r o d u c t i o n w e r em a i n t a i n e da t 3 4 1 5 m l c u g ( g v s s d ) a n d1 3 8 0 m l c i 4 d 2 w h e nt h e p r o c e s s w a ss t e a d yw o r k i n g ，t h ea c t i v i t yi n d e x e so f t h et w ot y p e so f s l u d g ew e r eb o t hv e r ys t e a d y t h ed e h y d r o g e n a s ea c t i v i t yo f a n a e r o b i ca n da e r o b i c s l u d g em a i n t a i n e da t3 4 9 1 u g t f ( g v s s h ) a n d3 4 0 5u g t f ( g v s s - h ) t h es p e c i f i c m a x i m u m g l u c o s ec o n s u m p t i o n r a t eo fa n a e r o b i ca n da e r o b i cs l u d g em a i n t a i l n e da t 1 4 6 9 “g v s s d ) a n di 3 3 烈g v s s d ) t h es p e c i f i co x y g e nu t i l i z a t i o n r a t ea n d s p e c i f i cm a x i m u mo x y g e nc o n s u m p t i o n o fa e r o b i cs l u d g ew a s 8 6 8 6 m 9 0 2 i ( g v s s h ) a n d3 2 8 6 5 m 9 0 2 h t h e s p e c i f i cm a x i m u mm e t h a n o g e n i ca c t i v i t y a n ds p e c i f i c m a x i m u mm e t h a n o g e n i cp r o d u c t i o nw e r em a i n t a i n e da t3 4 0 6 5 m l c h a ( g v s s - d 1 a n d3 2 5 3 8 m l c h 4 j d t h eo p t i m i z e dp a r a m e t e r sf o rt h ep r o c e s sw e r ea s c e r t a i n e d t h er e s u l t so fs t e a d yw o r k i n go ft h ep r o c e s so fa n o x i c ( 3 h ) o x i e ( 10 h ) f l o c c u l a t i o n s e d i m e n t a t i o n ( 2 h ) s h o w e dt h a t t h er e m o v a lr a t eo fc h e m i s t r yo x y g e nd e m a n d ， b i o c h e m i s t r yo x y g e nd e m a n d ，c h r o m a a n dt o t a lp h o s p h a t er e a c h e d u p t o9 0 p e r c e n t ， i r r e s p e c t i v e l y , a n dt h e r e m o v a lr a t eo fa m m o n i an i t r o g e nw a su pt o7 0p e r c e n t ，t h e e f f l u e n ts a t i s f i e d t h ew a s t e w a t e r c o m p r e h e n s i v ed i s c h a r g e s t a n d a r d s ( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) k e y w o r d s ：m u n i c i p a ls e w a g e ，a n o x i c o x i cp r o c e s s ，s l u d g ea c c l i m a t i o n ， w o r k i n g c h a r a c t e r i s t i c s i l i 浙江大学硕士学位论文 第一章文献综述 1 1 国内外研究现状 水是人类生存和发展的不可缺少的自然资源和环境资源，水资源的状况直 接影响到经济社会的持续发展。但随着城市和工业的飞速发展，大量的生活污 水和工业废水排放到环境中，对水体环境造成了严重的污染，许多的污水处理 技术应运而生。本文中选取了具有代表性的抗生素合成制药废水和印染废水两 种工业废水和生活污水的处理技术予以介绍。 1 11 生活污水处理技术现状 城市生活污水主要是指居民在日常生活中产生的含各类有机污染物的污 水( 吕迎，2 0 0 4 ) 。主要的污染物质包括三大类：悬浮物质( s s ) 、有机物( c o d 或b o b ) 、营养物质( n 和p ) 。其中有机污染物大多属于易被微生物降解利用 的物质污染物质，有资料表明，生活污水中容易降解b o d 的量占n 6 0 左右( 王 晓吕，2 0 0 4 ) 。污染物溶解到水体中，或者飘浮在水面上，过量消耗水体中的 溶解氧，产生臭味或形成视觉污染。 随着生物处理技术的发展，城市生活污水的处理工艺已经相当成熟。目前 而言，由于我国的经济基础较差，同时又有大量的生活污水需要处理，因此采 用普通的二级生物处理，在技术和经济上都有一定的优势，大多数的城市生活 污水厂都采用常规的二级生物处理工艺( 如氧化沟工艺) 。一般的二级生物处 理的c o d 去除率达n 8 0 一8 5 ，b o d s 的去除率可以达n 9 0 9 5 ，n h 。一n 的去除率可 以达到9 0 ( 白韬光，2 0 0 1 ：刘志清，2 0 0 4 ) 。新型复合聚铁铝絮凝剂处理生 活污水是新开发应用的生活污水处理技术( 宋志伟，2 0 0 4 ) 。这种技术处理城 市生活污水具有操作简单，运行费用低，不受自然条件的约束优点，而且能够 稳定地达至1 1 9 9 的除浊率，脱色率维持在6 5 一7 0 ，氮磷的去除效果较好，只是 c o d 的去除效果较生物处理差，仅为7 0 左右。采用厌氧兼氧的生物技术处理 城市生活污水，c o d 、b o d ；、s s 去除率分别达到7 9 。5 ，8 7 5 和8 8 4 ( 陈宏， 2 0 0 4 ) 。这种技术存在的弱点也很明显，对污染物的去除率不高，特别是n h 。一n 的去除效果很差。采用s b r 法处理生活污水，处理效果好，c 0 1 ) 、b 0 1 ) ；、s s 、t n 、 浙江大学硕二 学位论文 t p 和n h 。一n 去除率分别达n 8 8 7 5 、8 7 5 0 、8 6 1 0 、8 4 5 0 和5 1 7 0 ( 吴 忠彦，2 0 0 4 ) 。$ b r i 艺由于采用自动化、序批式操作，技术程度很高，工艺 的适用范围较小。 由于a 0 工艺能够实现生活污水的脱氮除磷，避免受纳水体的富营养化， 改善生态环境，而且能够连续运行，对水量没有限制而成为越来越多城市生活 污水处理厂的首选( d e m e t r i o s ，2 0 0 4 ：王恩生，2 0 0 3 ：王涛，2 0 0 3 ) 。根据 传统的生物脱氮原理开发的一体化a o 生物膜反应器处理生活污水的试验结 果表明，在h r t = 2 4h 时，c o d 的平均去除率为9 0 ，硝化率和总氮去除率分别 达到了8 5 和7 0 ，出水n 0 r n 和n o ：一n 浓度分别保持在1 5 和lm g l 左右( 姜苏， 2 0 0 4 ) 。通过硝化液回流进行反硝化生物脱氨运行的实践证明：处理后出水水 质稳定，t n 去除率达n 5 4 6 ，同时c o d 、b o d , 、s s 的去除率也分别达n 8 5 5 、9 5 2 、9 0 ，对提高污水脱氮效果有应用价值( 刘志清，2 0 0 4 ；马勇， 2 0 0 3 ) 。根据缺氧好氧工艺原理设计了升流式体化a o 生物膜反应器，对 生活污水的处理效果和运行参数的试验结果表明，当缺氧区h r t 为5h 、好氧区 h r t 为3h 时对c o d 的去除率 8 0 ( 大部分接近9 0 ) ，对s s 去除率 9 5 ；维持 反应器内适宜的碱度可获得良好而稳定的脱氮效果( 蒋展鹏，2 0 0 2 ) 。a o 工 艺( 内置填料) 处理城市生活污水的工程实例监测数据表明工艺成熟可靠、出水 能移达到排放标准，是处理城市生活污水较理想的工艺选择( 白韬光，2 0 0 1 ) 。 1 1 2 印染废水处理技术现状 随着染织工业的迅速发展，其产生的废水已成为当前最重要的水体污染源 之一。由于这类废水具有颜色深，c o d 值较高，组成成分复杂多变，排放量大， 分布面广，难降解等特点，若不经处理而直接排放，将给生态环境带来严重危 害( r o t t ，1 9 9 9 ；侯文俊，2 0 0 4 ；刘冬莲，2 0 0 4 ) 。 由于印染废水的处理技术上的难度和对水体环境的危害，对印染废水的处 理技术的研究非常广泛。在物理化学法中应用最多的是吸附法( 胡巧开，2 0 0 4 ： 童旭卿，2 0 0 4 ；王鲁宁，2 0 0 4 ；相会强，2 0 0 4 ) 。它采用不同的吸附剂( 如活 性炭、膨润土、活性硅藻土等) 能够达到9 0 左右的脱色率。使用膜分离技术 处理印染废水能够达到9 5 以上的脱色率，具有能耗低、工艺简单、不污染环 境等特点( 邓晓玲，2 0 0 2 ；彭晓文2 0 0 3 ；姚红娟，2 0 0 3 ；尤晓栋，2 0 0 3 ) 。萃 浙江大学硕士学位论文 取技术是利用不溶或难溶于水的溶剂将染料分子从水中萃取出来，其c o d 去除 率可以达蛩j 91 一9 8 ，脱色率高达9 9 5 ( 侯文俊，2 0 0 4 ) 。化学混凝法处理印 染废水工艺流程简单，操作管理方便，设备投资省，占地面积小，对疏水性染 料脱色效果很高( 姜美香，2 0 0 2 ：邱和香，2 0 0 3 ) 。用f e n t o n 试剂对含染料废 水进行混凝前预处理，脱色率可达9 6 7 7 ，而赢按混凝脱色率仅为1 0 3 0 ( 方建章，2 0 0 4 ) 。近年来电化学水处理技术、超声波技术处理印染废水 都得到了很快的发展( 李大鹏，2 0 0 2 ：李然，2 0 0 4 ：王桂华，2 0 0 4 ) 。 生物法处理印染废水是利用微生物的生物化学作用降解有机底物和染料。 这种方法具有运行费用低，运行较稳定等优点，在染料废水处理中应用较广泛 ( 自韬光，2 0 0 4 ：李燕，2 0 0 3 ；吴东雷，2 0 0 1 ；吴威，2 0 0 i ) 。选育和培育各 种优良脱色菌株或菌群也是生物法处理印染废水的一个重要发展方向( c h e n ， 2 0 0 3 ；李蒙英，2 0 0 4 ；杨家峰，2 0 0 2 ) 。 印染废水含有一定难生物降解的残余染料和染色助剂，单一的好氧生物处 理只能去除废水中的易降解的有机物，色度问题无法解决( 王绍征，2 0 0 4 ) 。为 了节省费用同时能够去除废水中较难降解的有机污染物和染料，厌氧( 兼氧) 好氧新型生物处理工艺应运面生。这种方法可充分利用厌氧过程中的产酸阶段 将生物降解难降解的大分子有机物转化为结构简单的小分子有机物，然后经好 氧生物处理单元得到进一步去除( j a n n i n g ，1 9 9 7 ) 。废水中溶解性染料经过 产酸阶段微生物和脱色微生物的协同作用也得到了去除，因而印染废水经厌氧 好氧处理后能够达标排放。该工艺与物理化学法、好氧生物物化法相比，具 有效率高，运行稳定，消耗低，泥量少等优点，在印染废水处理中的应用日益 广泛( d e r i n ，1 9 9 9 ；r o b i n s o n ，2 0 0 1 ) 。 1 1 3 制药废水处理技术现状 近年来，我国的抗生素合成制药业有了长足的发展，新药的品种和数量不 断增加，随之带来了生产废水的处理问题。 抗生素类合成制药的生产路线复杂，每一步反应都会有残留原料及中间产 物进入生产废水中。因此，制药废水成分复杂，有机物浓度高，p h 值变化大， 带有颜色和刺激性气味，常含有一定的毒性物质和抑制性物质，可生化性较差， 传统的生物处理工艺效果较差( o z e r ，2 0 0 4 ；t a t j a n a ，1 9 9 9 ；边文骅，2 0 0 1 ； 浙江大学硕士学位论文 程树培，2 0 0 4 ：潘志彦，2 0 0 4 ) 。因此进行必要的预处理，降低废水的毒性， 提高可生化性成为制药废水生物法达标处理的关键。 内电解厌氧好氧组合工艺、生物微电解与高效接触氧化相结合工艺、电 化学方法以及氧化生化法等工艺，借助物化预处理措施降解废水中的高分子 化合物，改善废水的可生化性和降低废水的毒性，都能够促进后续的废水的生 物处理( 龚丽雯，2 0 0 4 ：李颖，2 0 0 4 ；张道峰，2 0 0 3 ；张艳芳，2 0 0 4 ) ；水 解酸化一两段生物接触氧化工艺，有效地控制厌氧折流板反应器在水解酸化阶 段，均能利用水解酸化菌的生物降解能力提高制药废水的可生化性( 陈明辉， 2 0 0 3 ；郎咸明，2 0 0 4 ：毛卫兵，2 0 0 4 ：王琦，2 0 0 3 ；相会强，2 0 0 4 ) ；驯化具 有高效降解性能的特效菌株能够从根本上解决特定制药废水的生物处理问题 ( 孙剑辉2 0 0 4 ) 。制药废水经过处理后，出水c o d 、s s 、油的平均去除率分别为 9 3 4 7 、9 5 4 9 、8 】6 9 。 1 2 废水生物处理的运行条件 微生物的生长繁殖需要一定的外界环境条件。处理系统中的环境因素应该 满足微生物生长的要求，否则就无法有效地进行生物处理。处理系统的环境条 件包括：p h 、温度、溶解氧、营养及有机有毒物质等。 1 2 1p h 值 活性污泥微生物最适宜p h 值介于6 5 - 8 5 之间，强酸或强碱环境对微生 物生长都非常不利，继而影响处理效果。若p h 值降至4 5 以下，原生动物全 部消失，真菌占优势，易产生污泥膨胀现象( 楼少华，2 0 0 4 ；王晖，2 0 0 4 ) 。当 p h 值超过9 0 时，微生物的代谢速率将受到影响。 微生物的代谢活动能够改变环境的p h 值，如微生物对含氮化合物的利用， 由于脱氨基作用而产酸，从而使环境p h 值下降；由于脱羧作用而产生碱性胺， 又使p h 升高。掌握这类代谢作用的控制技术，能够开发新型的难生物降解污 染物处理工艺。 一般生活污水的p h 值约在7 2 7 6 之间，偏碱性。而工业废水的p h 值变 化极大，对微生物的冲击很大。因此充分掌握变化规律，及时采取措施调节d h 浙江大学硕士学位论文 值到合适的范围，对有效的生物处理的进行至关重要。 1 2 2 温度 在活性污泥系统中，温度是影响微生物生长的重要因素。所有微生物均存 在其生长的最适温度范围，不同微生物的最适生长温度范围各异。利用微生物 适应温度范围的不同可以实现菌组的筛选分离( 李冰，2 0 0 3 ) 。 对一般微生物而言，如果其它条件适宜，水温在2 0 - 4 0 。c ，最适宜其生长。 在这个温度范围内，每升高i o 。c 微生物生长速率增加1 倍，此时的代谢活性旺 盛，处理废物能力也较好。水温在i o 。c 或5 0 c ，微生物虽然能生长，但废物 处理能力已经大幅度下降。水温低于i o 。c ，微生物已经接近于休眠状态，基本 不再利用污染物；水温过高，则引起微生物蛋白质变性，酶失活，甚至死亡。 ( l i s h m a n ，2 0 0 0 ) 1 2 3 溶解氧( d o ) 好氧生物处理需要保持废水中定的溶解氧，如供氧不足，溶解氧浓度过 低。就会使活性污泥微生物正常代谢活动受到抑制，废物处理能力下降，且易 于滋生丝状菌，产生污泥膨胀现象( 周玮，2 0 0 4 ) ；但是溶解氧过高，受到气 液膜传质系数限制，氧的利用效率降低。一般而言，控制曝气池出口处的混合 液中的d 0 在2m g l 左右，就能够保持活性污泥良好的净化功能。 1 2 4 营养物质 微生物体的组成元素和所需的营养元素大体一致，根据测定：细菌的化学 组成结构式为c 。h ，0 ，n ，霉菌为c 。h 。，0 6 n ，原生动物为c 7 h 0n ，所以在微生物培 养过程中，可按菌体的主要成分比例供给营养。微生物生长繁殖除了需要c 、n 、 p 主要营养元素外，还需要s 、k 、n a 、c a 、f e 及微量元素和少量生长素( 如 维生素等) 。在主要营养成分中，n 、p 是合成微生物原生质和核酸等的重要元 素。废水中的糖类、有机酸、醇、醛、木质素、维生素等是微生物所需的重要 碳源。c 、n 、p 三者供给应该按照一定的比例，一般为c ( b o d 。) ：n ：p = 1 0 0 ：5 ：1 较适宜。在工业废水中经常有一种或几种营养元素缺乏或不足，因此在进行生 物处理时应根据需要投加各类营养物，以满足微生物生长的要求。 已经有许多的学者研究了废水生物处理中微生物对基质( b o d ) 与氮、磷 浙江大学硕士学位论文 的要求，得出了有参考价值的比例关系，可以作为生物处理中重要的控制条件 之一( 见表卜1 ) 。 表1 - 1 营养物的比例 t a b l ei - ir a r i oo fn u t r i t i o u ss u b s t r a t e s 研究者 b o d ：n ：p研究者b o d ：n ：p s a w y e r 1 0 0 ：4 3 ：1 m c k i n n e y b o ：50 ：1 s i m p s o n 9 0 ：5 3 ：1e e k e n f e l d e r1 0 0 ：5 ，0 ：l 1 2 5 毒性物质 废水中总是会存在一些毒性物质，当有毒物质超过一定浓度时，就会影响 微生物正常代谢，抑制或降低生物降解能力，直至使微生物蛋白质变性，酶系 统和细胞结构受到破坏。一般生物处理进入构筑物中的废水中，几种有毒物质 允许浓度见表卜2 。 表卜2 好氧生物处理废水中有毒物质的允许浓度 t a b l e1 - 2t h e p e r m i s s i b l ec o n c e n t r a t i o no f t o x i cs u b s t r a t ei nw a s t e w a t e r f o ra e r o b i c b i o t r e a t m e n t 有毒物质允许浓度( m l )有毒物质允许浓度( m g l ) c r “1 0砷02 c u1石油和焦油5 0 z n5烷基苯磺酸盐1 5 p b1拉开粉1 0 0 n i2s ”4 0 锑02氯化物1 0 0 0 0 微生物经过驯化后，能提高对有毒物质的忍受能力。如一般微生物对氰的 忍受能力为卜2 m g l ，经过驯化后可提高到2 0 3 0 m g l 。塔式生物滤池进水中 含氰浓度在5 0m g l ，对处理效果也没有影响。c r ”浓度在1 5m g l 对处理效果 并无影响。 1 3a o 工艺 a o ( a n o x i c o x i c ) 工艺( 图卜1 ) 也称为前置反硝化工艺( 王之晖，2 0 0 4 ) ， 是2 0 世纪6 0 、7 0 年代，随着水体富营养化的加剧提出的。它是目前研究和应 用最为广泛的污水处理工艺之。 6 浙江大学硕士学位论文 a o 工艺的主要特征是：曝气池前菠置兼氧池( 水解池) ，起到稳定进水 水质，改变污染物结构的预处理作用，兼氧池创造了生物反硝化脱氮的还原态 环境，同时脱氮过程能够直接利用进水中的有机碳源，省去了外加碳源；通过 硝化池混合液的回流，n o 在脱氮池中进行反硝化；此外，a o 工艺只有一个 污泥回流，可使好氧性异养细菌、反硝化细菌和硝化细菌都处于缺氧好氧交 替的环境中，构成一个混合菌群，在不同的条件下充分发挥它们各自的优势。 兼氧池( 水解酸化池) 既可以对后续的曝气池活性污泥起到保护作用，同时可 以将进水中难降解的有机污染物转化为易生物降解小分子。 目前国内外在废水处理的研究方面，已经从单纯的生物脱碳转向对废水深 度处理( p a l a ，2 0 0 5 ；l e e ，2 0 0 1 ：h i r o s h i ，2 0 0 5 ；柳荣展，2 0 0 4 ：严永红， 2 0 0 4 ) 。同时，为了缓解用水压力，世界各国纷纷颁布了各类的政令法规加强 水资源的管理和合理利用( k a t e ，2 0 0 2 ；r i c h a r d ，2 0 0 2 ：r o l a n d ，2 0 0 0 ) 。 废水的深度处理，建立中水回用系统是其中的一个重要的措施( m o u s a ，2 0 0 4 ； 杨群，2 0 0 4 ) 。 在a o 工艺的基础之上，开发应用厌氧微生物和好氧微生物在厌氧好氧 环境中的不同代谢作用实现废水的生物脱氮除磷是主要的研究热点 ( c o l l i v i g n a r e l l i ，1 9 9 9 ；d e l i a ，2 0 0 5 ；i b r a h i m ，2 0 0 2 ) ，也有一些研究者 已经开始着手生物脱硫技术的研究( 姜蜂，2 0 0 4 ；杨永哲，2 0 0 3 ) 。传统的生 物脱氮工艺是利用了硝化细菌和反硝化细菌在好氧和厌氧两种不同的环境条 件下实现氮的转化，氮素以氮气形式从水体中溢出( g d l v e z 。2 0 0 3 ； j o h w a n ，2 0 0 2 ；m i c h a e l ，2 0 0 4 ；o l g a ，1 9 9 6 ) ：生物除磷则是利用了聚磷菌( p a o s ) 在厌氧条件下释磷，好氧条件下过量摄磷的原理，实现磷从水体中向污泥的转 移( h u ，2 0 0 2 ) 。随着对a o 工艺研究的深入，新型的生物脱氮除磷工艺不断 涌现，如针对高氨氮，低碳源废水的处理提出了短程硝化反硝化，厌氧氨氧 化等新技术( i n g o ，2 0 0 2 ，2 0 0 3 ；h h n a ，2 0 0 3 ；s a i t e a ，2 0 0 4 ；操卫平，2 0 0 4 ； 陈韬，2 0 0 2 ) 。最近研究发现的反硝化聚磷菌( d p b ) 具有以硝酸盐代替氧气 作为电子受体的特性，同样具有除磷作用，而且这一过程可与反硝化同时进行， 实现了同时脱氮除磷( 赵丹，2 0 0 4 ) 。这一发现避免或削弱了常规生物脱氮除 磷中常见的矛盾。另外，反硝化脱氮除磷的同时进行还可以使耗氧量和污泥产 浙江大学硕士学位论文 量分别下降3 0 和5 0 ，减少了运行复杂性，尤其适用于含高氮磷废水及产 生v f a 潜力低的城市污水，因此，这项技术具有十分重要的理论意义和实际应 用价值。 另外开发应用水解酸化作用处理难生物降解的工业废水也已经成为国内 外环境工程领域的热点。 混合液内回流 污泥回流剩余污泥 图1 1a o 工艺 f i g 1 - 1 a op r o c e s s 当前，随着城镇化和工业化进程的加快，我国出现了与发达国家不同的城 市污水组成特征，大量的未经处理或仅经过简单预处理的不同性质的工业废水 进入到了城市市政污水管网，混合后进入城市污水处理厂( 站) 。如：杭州四 堡污水处理厂工业废水的比例占4 0 5 0 ：杭州七格污水处理厂工业废水的比 例占7 0 左右；绍兴市嵊新污水处理厂工业废水的比例占6 0 7 0 ；绍兴污水 处理厂工业废水的比例占到8 5 左右。这对常规的城市污水处理工艺的正常运 行造成了很大的冲击，给工艺正常稳定运行带来了安全隐患。有资料表明，目 前以工业废水为主的城市污水厂能正常达标运行的很少，主要表现在启动困难 和处理效果难以达到设计要求等方面。因此，如何有效的针对非单一污水城市 污水处理厂的水质特征，采取有效的应对措施，加快工艺启动和提高工艺运行 的稳定性已经成为环境工程研究领域的难点。 浙江大学硕士学位论文 1 4 本论文主要研究的内容 本论文题目的设计是根据当前城市污水处理厂发展的要求，本着重在应用 的理念，选择了以抗生素合成制药废水和染织废水两种典型工业废水为主要组 成成分的城市污水作为试验对象开展试验研究，主要研究内容包括： ( 1 ) 研究以工业废水为主的城市污水a o 处理工艺启动过程污泥特性变 化。包括活性污泥浓度( v s s ) 的增长态势、污泥体积指数( s v i ) 的变化、反 映活性污泥氧化还原能力的脱氢酶( d h a ) 的变化、易利用基质( 葡萄糖) 的 消耗速率( g c r ) 、活性污泥的氧消耗速率( s o u r ) 以及产甲烷活性( s m a ) 。 ( 2 ) 研究以工业废水为主的城市污水h o 处理工艺稳定运行期间的污泥 特性变化和a o 工艺稳定运行处理效果分析，优化确定工艺参数。 9 浙江太学硕：t 学位论文 第二章以工业废水为主的城市污水m o t 艺启动研究 2 1 材料和方法 2 1 1 接种污泥 本试验采用的接种污泥分别取自杭州四堡污水处理厂的曝气池好氧活性 污泥和华东制药厂污水处理站兼氧池污泥。相关的性状参数见表2 - i 。 表2 - 1 污泥相关性状 t a b l e 2 - 1c h a r a c t e r i s t i c so f s l u d g e 污泥米源p hm l s s ( g l )v s s ( g l ) d h e ( u g t f h 。g v s s ) a n o x i c5 0 91 0 5722 2 4 5 a e r o b i c7 0 21 2 ，66 8 61 5 6 好氧污泥的接种量设定为0 5 9 l v s s ，兼氧污泥的接种量设定为i 0 9 l v s s 。 2 ，1 2 废水水质 为了能够更加贴近实际，试验废水完全采用了实际废水。制药化工废水取 自华东制药厂调节池，印染废水取自杭州万事利集团印染车间排污口，生活污 水取自杭州市翠苑一区生活污水集水井。实验废水的水质情况见表2 2 。 表2 - 2 废水水质特征 r a b l e 2 2c h a r a c t e r i s t i c so f w a s t e w a t c r 丛 ! ：望! ：! 二! ：! ! ：竖：! c o d e ，( m g l ) 4 9 0 6 6 9 3 5 0 0 5 0 0 0 2 5 0 - - 3 5 0 _ _ _ - - _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ - _ _ 。- _ _ _ _ _ - - _ _ - - _ _ 一。 2 1 3 试验装置 本试验采用的兼氧反应器和曝气反应器均采用上流式污泥床反应器，其装 置和流程图如图2 - l 所示，反应器由玻璃制成，内部结构包括垫层、污泥床、 反应区、澄清区4 部分。兼氧反应器有效容积为9 8 0 m i ，曝气反应器为1 2 0 0 m l ； 两反应器进水均采用蠕动泵由反应器底部泵入；曝气反应器采用微孔曝气砂头 充气，空气由气泵供入，控制气水比在2 5 i 3 5 1 之间，气泡在浮力的作用下 向上散开，大部分的气体从混合液中逃逸到大气中。沉淀部分采用玻璃质的柱 状容器。混凝沉淀时间2 h 装置装配如图2 一l ： 浙江大学硕士学位论文 1 进水罐 2 进水泵 3 兼氧池 4 进水罐 5 进水泵 6 鼓风泵 7 曝气池 g 污泥回流 泵 9 沉淀池 10 回流泵 1 1 贮水罐 图2 1 试验装置装配流程图 f i g 2 一ls c h e m a t i cd i a g r a mo f t h ee x p e r i m e n t a lr e a c t o r 2 1 4 试验方法 根据废水的不同进水比例，试验设计为5 个阶段，每个阶段分别定期测定 设定水质指标和污泥指标。启动驯化过程如下进行： 第1 阶段( 卜 5 d ) ：制药废水：印染废水：生活污水= l ：1 ：8 第1 i 阶段( 1 6 2 5 d ) ：制药废水：印染废水：生活污水= l ：2 ：7 第1 i i 阶段( 2 6 4 4 d ) ：制药废水：印染废水：生活污水= 2 ：2 ：6 第阶段( 4 5 6 0 d ) ：制药废水：印染废水：生活污水= 2 ：3 ：5 第v 阶段( 6 1 8 5 d ) ：制药废水：印染废水：生活污水= 3 ：3 ：4 根据实际的进水情况调整了兼氧反应器和曝气反应器的水力停留时间 ( h r t ) 。为了对各个阶段的驯化效果有所比较，每个阶段保持相同的h r t 。驯 化过程中的i 、i i 阶段设定兼氧反应器h r t 为3 h ，曝气反应器h r t 为5 h ，i i i 、 、v 阶段兼氧反应器h r t 为5 h ，曝气反应器h r t 为1 5 h 。每个阶段出水c o d 总去除率达到8 5 左右，污泥的沉降性得到改善，标志着该阶段驯化结束。第 v 阶段的驯化工作结束后，废水的组成已经完全符合设定污水处理的配比，驯 化启动阶段结束。 、。，111，口，十+rlr|h4一 二二鸪一 浙江大学硕二e 学位论文 2 ，1 5 测定项目与方法 为了达到试验研究的目的，在本试验中有针对性地对污水中和活性污泥中 的项目进行了定期的监测。测定项目和测定方法见表2 3 ，表2 4 。 表2 - 3 驯化启动过程中污水测定项目及测定方法 t a b l e 2 3w a s t e w a t e ri t e m sa n dm e t h o d so f m e a s u r e m e n t d u r i n ga c c l i m a t i o n 测定项目测定方法 监测项目测定方法 脱氢酶活性( d h a ) 污泥体积( s v ) 污泥体积指数( s v i ) 污泥浓度( s s ) 污泥浓度( v s s ) 比耗氧速率( s o u r ) 产甲烷活性( s i a ) 葡萄糖消耗速率测定 t t c 一脱氢酶活性测定 静止3 0 r a i n ，污泥体积占总体积百分数 1 0 3 1 0 5 恒重重量法 5 5 0 恒重重量法 溶解氧仪测定法( 郝晓地，1 9 9 1 ) 参考( w uw e i m i n ，1 9 9 3 ) 3 ，5 一二硝基水杨酸法测定葡萄糖量 2 1 5 1 测定方法介绍 由于废水项目的测定完全按照了国标规定的方法进行( 水和废水监测分析 方法( 第三版) ，国家环保局) ，因此在此不再赘述。在此主要对脱氢酶活性 的测定方法和s o u r 的测定进行介绍。 脱氢酶活性测定一氯化三苯基四氪唑( t t c ) 法介绍 该法主要采用无色的t t c 作为受氢体，受氢后生成红色的三苯基甲簪( t f ) 比色确定脱氢酶活性高低。所需试剂列表见表2 5 。 1 2 浙江大学硕士学位论文 表2 - 5试剂及其说明 t a b l e2 - 5c h e m i c a la g e n t sa n di l l u s