（环境工程专业论文）不同温度条件下活性污泥相关特性的研究.pdf

i l 删j i 天毕大謦 硕士学位论文 学科专业：环境工程 作者姓名： 吴坚扎西 指导教师： 张书廷教授 中文摘要 通常，废水的生物处理多在常温或中温条件下进行，但许多工业废水，其排 放时水温很高，如能在高温条件下直接进行净化处理则可省去冷却工序，降低成 本。另外，工业生产中，也常有废热产生，如能将其加以利用，使得生物处理在 较高的温度下进行，以提高反应速率则可减少设备体积。但是，在不同的温度条 件下，微生物的菌群构成及所表现的相关特性也不同，掌握这些生物的特性对于 在较高温度下进行生物处理具有非常重要的意义。 本文以考察活性污泥从常温到高温下与废水处理相关的诸特性为目的，研究 了从2 5 至7 0 的区间内，不同温度下的出水水质、有机污染物的去除速率、 活性污泥的浓度和沉降性等，并考察了微生物的生长动力学特性特征。实验采用 序批式活性污泥法，以合成污水和天津纪庄子污水厂回流污泥，分别在不同的三 种进水c o d 负荷下，温度由低向高逐步升温，对活性污泥进行了驯化和考察。 实验结果表明，温度在2 5 3 5 的范围内，活性污泥去除c o d 的能力较高也 基本稳定，对磷和氨氮的去除能力也较强，温度升高这些去除能力均下降。温度 的提高对有机污染物的吸附能力的影响大于对c o d 分解能力的影响。4 0 。c 前后是 微生物菌群由中温菌向高温菌过渡的温度点。与2 5 3 5 * ( 2 范围内相比，4 5 。c 以后 的单位菌体去除c o d 的能力提高了1 倍以上。另外，随着温度的升高，活性污 泥的沉降性能有所下降，出水浊度逐渐升高，活性污泥的颜色从黑褐色逐步变成 6 5 。c 以后的砖红色。高温时生物相中的原生动物和丝状菌均没有观察到。 理论解析的结果也表明，随着温度的升高污泥浓度降低，但分解能力提高， 即高温菌对有机物最大比降解速率y 一明显大于中温菌的最大比降解速率v 。 与实验结果一致。高温菌与中温菌的产率系数y 相差不大，而高温菌的自身氧化 速率杨明显大于中温菌的自身氧化速率秘。表明降解相同数量的有机底物，高 温菌产生的污泥量较少。 关键词：活性污泥温度废水处理废热 a b s t r a c t t r e a t m e n tp r o c e s s e su s u a l l y t r e a tw a s t e w a t e ra tc o m m o no rm o d e r a t e t e m p e r a t u r e s h o w e v e r , m a n yk i n d so fi n d u s t r i a lw a s t e w a t e r a r ep r o d u c e da th i g h t e m p e r a t u r e i t h a sb e e n s u g g e s t e dt h a tt h e r m o p h i l i c a e r o b i cp r o c e s s e s sa r e a d v a n t a g e o u sc o m p a r e d t oc o n v e n t i o n a lm e s o p h i l i ca l t e r n a t i v e sb e c a u s eo ft h e r e d u c e dc o i l i n gc o s t a d d i t i o n a l l y , r e s i d u a lh e a tw i l lb ep r o d u c e di nt h ei n d u s t r i a l p r o d u c t i o np r o c e s s i ft h eb i o l o g i c a l t r e a t m e n tp r o c e s sc a nb e u s e da th i 出 t e m p e r a t u r e ，r e a c t i o nr a t ew i l lb eq u i c k e nu pa n dr e a c t o rv o l u m ew i l lb er e d u c e d b u t a td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s ，t h ec o m p o s i t i o no fm i c r o o r g a n i s mp o p u l a t i o na n dr e l e v a n t c h a r a c t e r i s t i c sa r ed i f f e r e n t s ot h er e s e a r c ho nc h a r a c t e r i s t i c so fm i c r o o r g a n i s m si so f s i g n i f i c a n c et ob i o l o g i c a lt r e a t m e n ta th i g ht e m p e r a t u r e s f o rt h ep u r p o s eo fm a k i n gc l e a rt h ec h a r a c t e r i s t i c so fa c t i v a t e ds l u d g ef r o m m o d e r a t et e m p e r a t u r et oh i g ht e m p e r a t u r e ，i nt h er a n g ef r o m2 5 * ct o7 0 。c o r g a n i c p o l l u t a n td e g r a d a t i o nr a t e ，a c t i v a t e ds l u d g ec o n c e n t r a t i o n ，a c t i v a t e ds l u d g es e t t l i n g c h a r a c t e r i s t i c sa n de f f l u e n tt u r b i d i t ya n dk i n e t i c so fm i c r o o r g a n i s mg r o w t hw e r e s t u d i e d t h i s e x p e r i m e n t w a sc o n d u c t e df r o mm o d e r a t e t e m p e r a t u r e t o h i g h t e m p e r a t u r eu s i n gs e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r s ，s y n t h e t i cw a s t e w a t e r ，a n da c t i v a t e d s l u d g ef r o mt i a n j i nj i z h u a n g z iw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t u n d e rt h r e ed i f f e r e n t c o di n f f l u e n tl o a d a c t i v a t e ds l u d g ei sc u l t i v a t e da n do b s e r v e da st e m p e r a t u r e i n c r e a s e s t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wi nt h et e m p e r a t u r er a n g ef r o m2 5 ct o3 5 。ct h e d e g r a d a t i o nc a p a c i t yo fc o d ，p h o s p h o r u sa n dn i - 1 4 + - ni sv e r ys t r o n ga n ds t a b l e ，a n d a l s od e g r a d a t i o nr a t ew i l ld e c r e a s ea st e m p e r a t u r ei n c r e a s e s t h ei n c r e a s eo f t e m p e r a t u r eh a sm o r ee f f e c to na d s o r p t i o no fo r g a n i cp o l l u t a n tt h a nd e c o m p o s a b i l i t y o fc o d 4 0 * cc a l lb el o o k e do na st h ed i v i d i n gl i n eo fm o d e r a t em i c r o o r g a n i s m s a n dt h e r m o p h i l i cm i c r o o r g a n i s m s c o m p a r e dt ot h er a n g e2 5 3 5 b e y o n d4 5 。ct h e d e g r a d a t i o nc a p a c i t yo fa c t i v a t e ds l u d g eo nc o d i sd o u b l e d t h ed r o po fd e g r a d a t i o n r a t ea th i g ht e m p e r a t u r ei sc a u s e db yl o wm i c r o o r g a n i s mc o n c e n t r a t i o n i na d d i t i o n ，a s t e m p e r a t u r ei n c r e a s e s ，t h es e t t l e a b i l i t yo fa c t i v a t e ds l u d g ew i l ld e c r e a s ea n de f f l u e n t t u r b i d i t yw i l lr i s e m e a n t i m e ，t h ec o l o ro fa c t i v a t e ds l u d g ew i l lc h a n g ef r o md a r k b r o w nt ob r i c kr e d n op r o t o z o a na n df i l a m e n t o u sf u n g u sw e r eo b s e r v e di na c t i v a t e d s l u d g ea th i g ht e m p e r a t u r e t h et h e o r e t i c a la n a l y s i sr e v e a l st h a tw i t ht h ei n c r e a s eo ft e m p e r a t u r es l u d g e c o n c e t r a t i o nw i l lb er e d u c e d ，b u tt h ed e g r a d a t i o n c a p a c i t yw i l lb es t r e n g t h e n e d m e a n w h i l e i tw a sf o u n dt h a tv 埘“a n d 硒o ft h e r m o p h i l i cm i c r o o r g a n i s m sa l eh i g h e r t h a nt h o s eo fm o d e r a t em i c r o o r g a n i s m s ，b u tc o e f f i c i e n tyo ft h e ma r es i m i l a r a l s o w h e n e q u i v a l e n to r g a n i c s u b s t r a t ei s d e c o m p o s e d ，t h es l u d g ep r o d u c t i o n o f t h e r m o p h i l i cm i c r o o r g a n i s m si sl e s st h a nt h a to f m e s o p h i l i cm i c r o o r g a n i s m s k e yw o r d s - a c t i v a t e ds l u d g e ，t e m p e r a t u r e ，w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，r e s i d u a lh e a t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得蠢鲞盘茔或其他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。 学位论文作者签名攘。留如面签字日期：一卜 年月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解叁生盘壁有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨壅盘茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名撮鸳如渤 导师签名 签字日期：。k 付年0 2 月 目 签字日期：，f 年) 一_ 月蜥 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 水体及水资源 第一章绪论 水是地球上一切生命赖以生存、人类生活和生产必不可少的基本物质，是宝 贵的自然资源。地球上水的总储存量约1 4 0 0 0 亿m 3 ，其中9 7 以上是海水。在 占地球总水量约3 的淡水中，7 7 2 分布在南北两极地带及高山高原地区，以 冰帽或冰川的形式存在，2 2 4 以地下水和土壤水的形式存在，湖泊、沼泽水占 0 3 5 ，海水占0 0 1 ，大气中水占o 0 4 。其中，便于人们取用的淡水只有河 水、淡水湖水和浅层地下水，其量估计约2 0 亿m 3 ，占地球总水量的o 2 左右。 我国人均水资源十分贫乏，在全世界1 4 9 个国家中居第1 0 9 位，人均水占有 量不到世界人均水占有量的1 4 ，被联台国列为1 3 个贫水国之一。我国6 0 0 多个 大中城市中4 0 0 多个缺水或严重缺水，水资源的短缺将极大地制约着我国经济的 发展。近来，有关专家对我国水资源供需状况进行了概算，结果表明，2 0 0 0 年， 我国总需水量6 0 0 0 x 1 0 8 m 3 ，相应的供水能力为5 2 2 2 1 0 8 m 3 ，总缺水量7 8 8 1 0 8 m 3 ， 它表明水资源供需前景比预料严重的多。据预测2 0 1 0 年，我国总供水量为6 2 0 0 1 0 3 6 5 0 0 1 0 m ，相应的总需量将达到7 3 0 0 x1 0 ”m ，供需缺口近1 0 0 0 x 1 0 8 m 3 ，2 0 3 0 年全国总需水量将达1 0 0 0 0 x1 0 8 m 3 ，全国将缺水4 0 0 0 1 0 ”m 一4 5 0 0 1 0 8 3 。随着社会经济的发展，国民经济依赖水资源程度越来越大，水资源危机 势必给国民经济带来损失，并且随蔫水资源危机的加剧损失不断加大。仅从现状 来看，我国城市年缺水量达5 8x1 0 ”m ，每年因缺水造成的直接经济损失达2 0 0 0 亿元“1 。因此，我国水资源面临的形势非常严峻，必须在水资源开发利用上有大 的突破，否则，水资源很难支持国民经济迅速发展的需要。 1 2 水体污染及其处理方法 1 2 1 水体污染与污染源 自然界的水受到各种复杂因素的影响，早期的水体污染，主要是人口稠密的 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 大城市所排出生活污水造成。后来，自1 8 世纪产业革命以后，工业生产排放的 废水和废物成为水体污染的主要来源。随着工业的发展，水污染的范围不断扩大， 污染程度日益严重。近年来由于水体严重污染而危及人类的正常活动。虽然采取 了一些防治措施，部分水体的污染虽有减轻，但全球性的水污染状况还在恶化， 尤其工业废弃物对水体的污染更具有潜在的危险性，若干水资源还因污染而降低 或丧失了使用价值，改善和消除这种现象已是当务之急。 向水体排放污染物的场所、设备和装置成为污染源，污染源也包括污染物进 入水体的途经。现行的水体污染源的分类方法，如按造成水体污染的原因分为天 然污染源和人为污染源两类；如按释放有害物种类分为物理性污染源、化学性污 染源、生物性污染源；按其分布特征，分为点污染源、面污染源和扩散污染源； 按受污染的水体则分为地面水污染源、地下水污染源和海洋污染源。下表为水体 中主要污染物的来源： 表卜1 水体中主要污染物的来源 种类名称主要来源 物理性污染源热热电站、核电站、冶金和石油化工等工厂的排水 放射性物质( 如铀核生产废物、核试验沉降物，榱医疗和核研究单位的排水 及其裂变，衰变产 物) 铬铬矿冶炼、镀铬、颜料等工厂的排水 汞汞的开采和冶炼、仪表、水银法电解以及化工等工厂的排水 铅 冶金、铅蓄电池、颜料等工厂的排水 镉 冶金、电镀和化工等工厂的排水 化学性污染源无 砷 古砷矿物处理、制药、农药和化肥等工厂的排水 机 氰化物 电镀、冶金、煤气洗涤、塑料、化工纤维等工厂的排水 物 氰和磷农田排水；生活污水；化肥、制革、食品、毛纺等工厂大排水 酸碱和盐矿山排水；石油化工、化学纤维、化肥造纸、电镀、酸洗和给 水处理等工厂的排水、酸雨 有酚类化台物炼油、焦化、煤气、树脂等化工厂的排水 机 苯类化合物石油化工、焦化、农药、塑料、染料等化工厂的排水 物油类 采油、炼油、船舶以及机械、化工等工厂的排水 病原体 生活污水；医院污东、屠宰、畜牧、制革、生物制品等工厂的 生物性污染源排水：灌溉和雨水造成的径流 霉素 制药、酿造、制革等工厂的排水 1 2 2 水污染物的处理方法 废水处理的任务是采用必要的处理方法与处理流程，使废水污染物降解或回 收，使废水得到净化。废水处理的方法很多，按作用原理分为物理法、化学法、 物理化学法和生物法四大类 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 2 2 1 物理方法 主要是通过物理作用分离和去除废水中不溶于水的悬浮固体的方法。物理处 理法所用设备大都比较简单，操作方便，分离效果良好，使用极为广泛。根据物 理作用的不同废水处理法主要有沉淀、筛滤截流、离心分离、气浮等方法。 沉淀是使水中的悬浮物质在重力作用下下沉，从而与水分离，使水质得到澄 清。这种方法简单易行，分离效果好，是水处理的重要手段，在每一种水处理工 艺中几乎都不可缺少。其作用有：作为化学处理与生物处理的预处理；用于化学、 生物处理后分离化学沉淀物，分离活性污泥或生物膜：污水的浓缩脱水等。沉淀 的类型有自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀和压缩沉淀等。 筛滤截留是指利用具有孔眼的装置，或某种介质组成的滤层截留废水中的悬 浮固体的方法。这种方法所使用的设备由格栅、筛网、布滤设备和砂滤设备等。 格栅是一种最简单的过滤设备，设于污水处理厂中所有处理结构构筑之前，或设 在泵站前，用于截流废水中粗大的悬浮物或漂浮物。筛网广泛用于工业废水和城 市废水处理。按筛网孔眼大小，分为粗滤机和微滤机，其形式则有固定筛和旋转 筛。 璃心分离是指利用装有废水的容器高速旋转形成的离心力去除废水中的悬 浮颗粒的方法。离心分离的常用设备是离心分离器和离心机。离心分离设备按离 心力所产生的方式可分为两种类型：水力旋流器和旋力分离器。 气浮是在水中通入空气，产生细微的气泡，使水中细小的悬浮物粘附在空气 泡沫上，随气泡一同上浮到水面，形成浮渣，从而去除水中的悬浮物，改善水质。 气浮主要用来处理废水中靠自然沉淀或上浮难于去除的悬浮物，可用于石油工业 中油水的分离、造纸厂污水中纸浆纤维的回收、浓缩活性污泥。 1 2 2 2 化学处理法 化学处理废水的基本原理是通过化学反应，使水体中的污染物质被除去或被 回收利用。常用的方法有：混凝法、中和法、氧化还原法、电解法等 混凝法是通过向水中投加定量的化学药剂，使水中分散颗粒和胶体物质脱 稳，并进一步形成粗大絮凝体的方法。通过絮凝法可以降低污水的浊度和色度， 去除多种高分子物质、有机物、某些重金属毒物和放射性物质等。也可以去除导 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 致水体富营养化的氮和磷等可溶性有机物，同时，通过投加混凝剂还可以改善污 泥的脱水性能。目前应用最广泛的无机混凝剂有铝盐混凝剂，铁盐混凝剂。有机 类常用的有聚丙烯酰胺。 中和法是利用化学酸碱中和的原理消除废水中过量的酸或碱，使其p h 值达 到中性的过程，中和法可分为：投药中和法和过滤中和法。 氧化还原法是利用氧化还原反应，将水中的污染物转变为无毒或微毒物质， 从而达到处理废水的目的。水处理中常用的氧化剂有氧、氯、臭氧、高锰酸钾和 二氧化氯等。常用的还原剂有亚铁盐、金属铁、金属锌、二氧化硫和亚硫酸盐等。 电解是将电能转变为化学能的过程。电解槽中的废水在电流作用下除电极的氧 化还原反应外，实际反应过程很复杂。因此，电解法处理废水时具有多种效能， 如氧化作用，混凝作用和浮选作用等。 1 2 2 3 物理化学法 物理化学法是通过物理化学过程处理废水，去除污染物质的方法，其主要方法 有：吸附、萃取、离子交换、膜分离、萃取等方法。 吸附是利用多孔性固体吸附剂，使水中的一种或多种物质被吸附带固体表面 上，从而予以回收或去除的方法。吸附剂表面的吸附能力分为三种，即分子引力、 化学键力和静电引力，因此吸附可分为三种类型：物理吸附、化学吸附、离子交 换吸附。常用的吸附剂有活性碳、磺化煤、焦炭、木炭、泥煤、高岭土、硅藻土、 硅胶、煤渣、木屑、金属( 铁粉、锌粉、活性铝) 。其中活性炭应用最为广泛。 离子交换是指在固体颗粒和液体之间的界面上发生的离子交换过程。离子交 换的实质是离子交换剂的可交换离子与水中其它同性离子的交换反应，是一种特 殊的吸附过程，通常是可逆性的吸附过程。离子交换剂的种类很多，在水处理中 主要使用的有磺化煤和离子交换树脂。磺化煤是煤磨碎后经浓硫酸处理而得到的 碳质离子交换剂，其性能不如离子交换树脂。离子交换树脂是人工合成制得的， 它是一些具有特殊颜色的小球，里面有无数四通八达的孔隙，在孔隙的一定部位 上有可提供交换离子的交换基团。在实际应用中，离子交换法主要用于水的软化， 纯水制备及高纯水的制备以及其它工业废水，特别是含重金属、放射性废水的处 理与回收利用。 膜分离法是利用膜的选择透过进行分离和浓缩的方法。膜分离技术包括电渗 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 析、反渗透、超过滤、微孔过滤、自然渗析和热渗析等。膜分离法的主要优点是： 可在一般温度下操作不消耗热能，没有相的变化，设备可工业化生产，操作较方 便等。缺点是处理过程需消耗较大的能量；对预处理要求高。 萃取法是利用一种不溶于水而能溶解水中某些物质的溶剂投加入废水中，使 溶质充分溶解在溶剂内，从而从废水中分离除去或回收某种物质的方法。此法的 实质是利用溶质在水中和溶剂中有不同的溶解度的性质。所采用的溶剂即为萃取 剂。在萃取过程中，萃取剂是影响萃取效果的关键因素。对于某种溶质而言，可 供选择的萃取剂有多种。 1 2 2 4 生物处理法 废水的生物处理技术就是采用一定的人工措施，创造有利于微生物生长、繁 殖的环境，使微生物大量繁殖，以提高微生物氧化分解有机物能力的一种技术。 生物处理法主要用于去除废水中呈溶解状态和胶体状态的有机物。按照反应过程 中有无氧气参与，废水生物处理法可分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法。一 般，废水中有机物浓度若低于1 0 0 0 m g l 时，比较适于用好氧处理；而厌氧生物 处理则主要用于处理高浓度的有机废水。好氧处理由于处理效率高，效果好，使 用广泛，是生物处理法的主要方法。根据微生物在水中是悬浮状态还是附着在某 种填料上的区分，好氧处理法又分为活性污泥法和生物膜法口 。 ( 1 ) 活性污泥法 活性污泥法是目前应用最为广泛的一种生物技术。它是将空气连续通入含有 大量溶解性有机物的废水中，经过一定时间后，水中即形成生物絮凝体活性 污泥，在活性污泥中栖息、生活着大量的微生物，这种微生物以溶解性有机物为 食料，获得能量，并不断增长繁殖，从而使废水净化处理。微生物是活性污泥的 主要组成部分，活性污泥微生物又是由细菌、真菌、原生动物、后生动物等多种 微生物群体相结合所组成的一个生态系。活性污泥微生物能够连续从污水中去除 有机物，是由以下几个过程：( a ) 初期去除与吸附作用：当污水与活性污泥接触 后很短时间内就会达到很高的有机物去除率。这种初期高速去除现象是吸附作用 所引起的。( b ) 微生物的代谢作用：活性污泥微生物从污水中去除有机物的代谢 过程，主要是由微生物细胞物质的合成( 活性污泥增长) ，有机物的氧化分解和 氧的消耗所组成。( c ) 絮凝体的形成与凝聚沉淀：使菌体凝聚成为易于沉淀的絮 天津大学硕士学位论文第一章绪论 凝体。易于形成絮凝体的有动胶菌属、产碱杆菌、无色杆菌、黄杆菌、假单胞菌 等细菌，还有霉菌、放线菌和酵母菌等1 7 种以上的微生物。 ( 2 ) 生物膜法 生物膜法是废水好氧生物处理法的一种，是指使废水流过生长在固定支承物 表面上的生物膜，利用生物氧化作用和各相间的物质交换，降解废水中有机污染 物的方法。用生物膜法处理废水的构筑物有生物滤池、生物转盘和生物接触氧化 法等。生物滤池的净化过程中有机物的降解是在生物膜表层厚度约为2 m m 的好氧 生物膜内进行的。在好氧性生物膜内栖息着大量的细菌、原生动物和后生动物， 形成了有机污染物一细菌一原生动物( 后生动物) 的食物链，通过细菌的代谢活动， 有机物被降解，使附着水层得到净化。流动水层与附着水层相接触，在传质的作 用下，流动水层中的有机污染物传递给附着水层，从而使流动水层在流下的过程 中逐步得到净化。生物转盘从传统生物滤池演变而来的。生物转盘中，生物膜的 形成、生长以及其降解有机污染物的机理，与生物滤池基本相同，与生物滤池的 主要区别是它以一系列转动的盘片代替固定的滤料。生物接触氧化是一种兼有活 性污泥和生物膜法特点的废水处理构筑物，兼有两种处理法的优点。 ( 3 ) 厌氧生物处理法 厌氧生物处理法，是在无氧的条件下由兼性厌氧菌和专性厌氧菌来降解有机 污染物的处理方法。由于厌氧处理的构筑物的最普通的消化池，如厌氧滤池、上 流式厌氧污泥床，厌氧转盘、挡板式厌氧反应器以及复合厌氧反应器。 1 3 高温废水与工业废热 许多工业废水如屠宰废水、食品废水、造纸废水、石化废水、油田采出水、 电厂废水等，其排放时水温高达7 0 左右。例如：在化工生产中，当含水有机 物料经精馏脱水时，常采用直接蒸汽加热。塔釜排放的含少量有机物的高温热水， 往往直接排入环境，造成环境物料污染和热污染。又如，在所有农业和食品废水 中，屠宰厂和肉类加工厂所排放的废水，因为水温很高被美国国家环保局划定为 对环境最为有害的废水。 另外，工业生产中产生很多余热和废热，温度和压力相对较高的较容易利用， 压力和温度低的其利用较为困难。据统计，目前世界上能源利用率最高的国家是 天津大学硕士学位论文第一章绪论 日本( 5 7 ) ，其次是美国( 5 1 ) ，再者是欧盟( 4 0 以上) 。由此可以看出，在世界 范围内，即使工业发达国家也约有4 3 6 0 的能源转为废热而被排掉。我国目 前能源利用率与工业发达国家差距较大，据不完全统计只有3 0 左右得到利用， 其余基本变为废热而排放到环境中，不仅浪费了大量能源，而且对环境造成了热 污染。由此可见余热回收、废热利用乃是节能的重要环节之一，同时还可以减少 热污染，降低产品成本，提高经济效益。 1 4 不同温度下废水好氧处理的研究现状 1 4 1 高温好氧生物法处理废水的现状 随着工业的发展，高温废水的排放量也日益增多，而好氧生物处理温度一 般在1 5 3 0 c ，因此，必须将其降温后再行处理。为省略高温废水的冷却环节， 降低处理成本，科技工作者试图在高温条件下直接处理废水。另一方面，工业中 产生很多废热，如能将其利用，在较高温度下进行生物处理则可能提高处理速度， 减小设备体积。因此，许多学者进行了高温下活性污泥( a s ) 反应器运行的可行性 研究，得到了一些基础数据。有关研究归纳于表1 2 【4 1 表l 一2 不同温度活性污泥系统的文献报导 间歇式 温怒围基质嶷 规模高温处理效果 作者 ( c j 4 - 4 5 合成废水 b 实验室最适b o d 去处温度4 5 h u n t e re t a l ( 1 9 6 6 ) 3 5 - 6 5 生活废水 c 实验室b 下降，o o 誓群蓄紊缸罂铲率b r o u ne t a l ( 1 9 9 e ) 2 6 巧2 造纸黑液 c 实验室 3 7 以上b o d 去除率下降：嚣茹 s s城市废水c 实验室嘉霞莲竽蠢茎雾箍森驴高污泥 眦s h i n 州d a l a a n ； 4 4 7合成废水b 实验室 翟：耋除不变，高温下污泥沉降 f r i e d l l l a n ( 1 9 7 0 ) 3 5 - 5 5 合成废水b 实蟪褰銎忑去除但去断c a r t v ( 1 e r9 7 5 a n d ) 5 8 合成废水c实验室 高温下性能好s u r u c ue t a l ( 1 9 7 6 ) 1 6 - 7 0 j 疡玉f 。 实验室最适b o dc o d 去除温度5 5 6 0 g r a c z y k ( 1 9 8 4 ) 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 日本( 5 7 ) ，其次是美国( 5 1 ) ，再者是欧盟( 4 0 以上) 。由此可以看出，在世界 范围内，即使工业发达国家也约有4 3 6 0 的能源转为废热而被排掉。我国目 前能源利用率与工业发达国家差距较大，据不完全统计只有3 0 左右得到利用， 其余基率变为废热而排放到环境中，不仅浪费了大量能源，而且对环境造成了热 污染。由此可见余热回收、废热利用乃是节能的重要环节之一，同时还可以减少 热污染，降低产品成本，提高经济效益。 i 4 不同温度下废水好氧处理的研究现状 1 4 1 高温好氧生物法处理废水的现状 随着工业的发展，高温废水的排放量也日益增多，而好氧生物处理温度一 般在1 5 3 0 ，因此，必须将其降温后再行处理。为省略高温废水的冷却环节， 降低处理成本，科技工作者试图在高温条件下直接处理废水。另一方面，工业中 产生很多废熟，如能将其利用，在较高温度下进行生物处理则可能提高处理速度， 减小设各体积。因此，许多学者进行了高温下活性污泥( a s ) 反应器运行的可行性 研究，得到了一些基础数据。有关研究归纳于表1 - 2 p 研究，得到了一些基础数据。有关研究归纳于表1 - 2 4 1 表1 - 2 不同温度活性污泥系统的文献报导 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 目前研究温度对生物处理的影响主要集中在以下两个方面：一是低温下污水 生物处理特性，二是中温、高温下的厌氧生物处理特性。而对于高温下好氧生物 处理的特性研究报道较少。李忠堂等”在高温高盐污水生物处理中试研究中，针 对废水中氯离子和矿物质含量高，溶解氧低，含磷量相对不足，可生化性差( b o d s 与c o d 。比值小于0 2 5 ) 等特点，通过向接触氧化池中投加高效微生物制剂处理 该废水，在生化池中温度无论是在3 2 4 0 的中温阶段，还是在5 5 6 的高温阶 段c o d 、石油类物质均取得了较好的处理效果。所有外排水质指标除氨氮外，均 达到外排标准。c n u b i r a h k o b 等。1 在研究温度对污水需氧生物净化的影响因 素时，指出在含酚和石油产品的污水净化中形成的污泥，其呼吸活性在4 5 时 最高，且观察到在3 0 4 5 范围内，基质的利用速度和微生物活性最大。同时 他也提出在接近于畜牧业和肉联厂污水成分的污水进行需氧生物净化的最优条 件是3 0 5 。可见上述研究主要集中在较高温下有机污染物的去除效果，而对 污泥的增殖和沉降特性，对磷和氮的去除效果，微生物活性、菌胶团生理特性， 氧传质性能，反应器特性等方面的研究还远不够。 1 4 2 高温好氧废水处理的典型实例 ( 1 ) 高浓度含酚废水的处理 目前，国内焦化厂的高浓度含酚废水的处理，多采用溶剂萃取回收与生化降 解相结合的方式进行。废水含酚浓度为2 5 0 0 - - - 3 0 0 0 m g l ，萃取后酚浓度为3 0 0 r a g l 左右，温度9 8 c 左右，经热交换后温度还高达8 0 。c 。满春生等人【5 l ，在研 究温度对提高活性污泥法处理含酚废水效率的过程中，首先对活性污泥进行高温 驯化( 5 0 - 7 0 c ) 。将驯化后的污泥投入使用，发现在高温条件- f ( 5 0 5 5 ) 直接处 理含酚废水，c o d 去除率可由6 8 提到8 5 ，出水含酚合格率由8 8 提高到 1 0 0 。结果表明，温度对活性污泥法处理含酚废水的影响是显著的。 ( 2 ) 农业和食品废水的处理 在所有农业和食品废水中，屠宰厂和肉类加工厂的排放废水被美国国家环保 局划定为对环境最为有害的废水。d c o u i l l a r d 6 1 等采用半连续进水生物反应器 对屠宰废水进行高温好氧处理，温度分别维持在5 2 。c 年1 15 8 。结果表明，5 2 。c 、 6 h 滞留时间的条件下，9 0 以上的溶解性c o d 和p 0 4 被去除，而在5 8 c 时效 率下降。嗜热微生物繁殖和死亡均快于中温微生物，因为生物动力学参数，如口 m 和j 耐在高温过程中均大于中温过程。此外，d c o u i h a r d 又于1 9 9 3 年进一步 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 研究了利用半连续进水生物反应器高温氧化处理屠宰厂废水并探讨了回收蛋白 质的可能性【7 】 1 5 本研究的意义和内容 综上所述，高温废水的直接处理以降低成本，及利用工业废热使生物处理在 较高温度下进行以提高处理速度，减小设备体积，在诸多工业行业都具有重要的 意义，受到科技工作者的关注。而在污水生物处理中，温度的变化对微生物的呼 吸速度、细胞增值、自身氧化和有机物降解速度乃至活性污泥的沉降等特性及处 理系统的效率都有真接的影响。因此，对不同温度下活性污泥诸特性的变化规律 的研究，对于在高温废水的直接处理或利用废热在较高温度下处理是非常重要 的。 本研究就是以探讨不同温度下活性污泥诸特性的变化规律为目的，对不同温 度条件( 2 5 7 0 ) 下好氧生物处理有机废水的相关特性进行了研究。实验采用 不同浓度的人工污水，以相同添加量进行了系列实验，对高，中，低不同负荷条 件下的活性污泥的特性进行了考察。实验中，温度由低向高逐步升温连续运转， 对活性污泥进行了驯化，主要考察了微生物在不同温度下有机物污染物，氮及磷 的去除速度，活性污泥的沉降性能，污泥浓度，出水浊度等的变化，进一步探讨 了不同温度下活性污泥的生长动力学特性，以期为建立高温好氧生物处理工艺提 供一些设计参数及理论依据。 天津大学硕士学位论文 第二章活性污泥的基本性质 第二章活性污泥的基本性质 2 1 活性污泥法的基本原理与工艺流程 2 1 1 活性污泥法的基本原理 1 9 1 4 年由a r d e m 和l o c k e t t 在英国曼切斯特建成试验厂首创了活性污泥法。 活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物处理技术。其原理是有机废水经过一 段时间的曝气后，水中会产生一种以好氧茵为在主体的茶褐色絮凝体，其中含有 大量的具有活性的微生物，这种污泥絮凝体就是活性污泥。 活性污泥是污水活性污泥处理系统的反应工作体，是由细菌、微型动物为主 的微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起所形成的絮状体颗粒，主要由以下4 部分物质所组成：具有代谢功能活性的微生物群体( m a ) ；微生物( 主要是细 菌) 内源代谢、自身氧化的残留物0 v i e ) ：由原污水挟入的难为细菌降解的惰性 有机物质( m i ) ；由污水挟入的无机物质( m i i ) 。良好的活性污泥具有很强的吸 附分解有机物的能力和良好的沉降性能，絮体的大小约为o 0 2 o 2 m m ，多为茶 褐色，微具土壤味，密度约为1 0 0 5 9 c m ，含水率在9 9 左右。在多数情况下， 活性污泥中的主要微生物是细菌，伴之以营腐生的原生动物构成基本营养层次， 然后是以细菌为食的掠食性原生动物占优势。 2 1 2 活性污泥法的基本工艺流程 活性污泥法系统是由初沉池、曝气池、二次沉淀池以及污泥回流系统等组成。 其中，曝气池是活性污泥法系统中的一个关键部分。其基本流程如图2 1 所示。 空 出水 ! ； 回流污泥 剩余污泥 l l 一一一 图2 - 】活性污泥法基本流程图 天津大学硕士学位论文 第二章活性污泥的基本性质 2 1 3 活性污泥的性质与指标 l 、活性污泥的生物量、沉降性能及其评定指标 活性污泥的性能决定着净化效果的好坏。在吸附阶段要求污泥颗粒松散、表 面积大、易于吸附有机物，在泥水分离阶段，则希望污泥有好的凝聚与沉降性能。 反映活性污泥性能的指标有混合液悬浮固体浓度( 污泥浓度) 、污泥沉降比、污 泥体积指数和密度指数。 ( 1 ) 混合液悬浮固体( m l s s ) 混合液悬浮固体是指曝气池中废水和活性污泥的混合液体中的悬浮固体的 浓度。即活性污污泥在曝气池内的浓度。工程上往往以m l s s 作为间接计量活性 污泥微生物的指标，单位为m g l 。包括活性污泥组成的各种物质，即： m l s s = m 。十m e + m + m i i 式中m 。一活性污泥中具有活性的细胞部分 m 广- 微生物内源代谢的残留物，这部分无活性，且难于生物降解； m ，难于降解的原废水中的有机物； m 。一附着于活性污泥上的原废水中的无机物。 测定方法“：将定量滤纸放于1 0 5 1 2 烘箱烘干至恒重( 1 1 0 0 0 0 天秤称重) ，将 己知重量的滤纸折近于布氏漏斗上，再把已知污泥体积的l o o m l 量简内的污泥全 部移入漏斗中，粘附于量筒壁上的污泥用蒸馏水冲洗，也一并倾入漏斗，过滤完 毕后，将载有污泥的滤纸移入烘箱中，在1 0 5 。c 烘至恒重，最后通过下式来计算： 污泥浓度( g l ) = ( ( 滤纸熏+ 污泥干重) 滤纸重) l o ( 2 ) 混合液挥发性悬浮物固体( m l v s s ) 混合液悬浮固体中的有机物量称为混合液挥发性悬浮物固体( m l v s s ) ，它表 示有机悬浮固体的浓度，即： m l v s s = m a 十m e + m i 用它表示活性污泥微生物量比用m l s s 更切合实际。对一定的废水而言，在 一定条件下，m l v s s m l s s 比值较稳定，例如城市污水的活性污泥介于o 7 5 0 8 5 之间。 测定方法“”：将测过污泥千重的滤纸( 用定量无灰分滤纸) 及干污泥，放入已知 恒重的柑锅内，先在普通电炉上加热碳化，再放入马福炉内，恒温6 0 0 c ，灼烧 天津大学硕士学位论文 第二章活性污泥的基本性质 4 0 m i n ，用坩埚钳子将柑锅取出放入干燥器内冷却，在i 1 0 0 0 0 天平上称重，再 通过下式来计算： 污泥灰分( ) = ( 灰分重量干污泥重量) x1 0 0 灰分重量( g ) = ( ( 增祸重+ 灰分重量) 一增祸重) 挥发性污泥( g l ) = ( 干污泥重量一灰分重量) 10 0 0 ( 2 ) 污泥沉降比( s v ) 污泥沉降比是曝气池混合液在l o o m l 量筒中，静止沉降3 0 m i n 后，沉降污泥 与原混合液的体积比( ) 。正常污泥在静止3 0 m i n 后，一般可以到达它的最大密 度，所以沉降比可以反映曝气池正常运行的污泥数量，可以用于控制剩余污泥的 排放，还能反映出污泥膨胀等异常情况。由于s v 测定简单，便于说明问题，所 以是评定活性污泥特征的重要指标之一。一般城市污水的s v 值在1 5 3 0 左右。 ( 3 ) 污泥他体积指数( s v i ) 曝气池出口处的混合液体在静置3 0 m i n 后，l g 干污泥所形成的污泥体积， 称为污泥体积指数( s v i ) ，单位m l g ，其值按下式计算： s v i ：s v ( m l l ) m l s s ( g l ) s v i 值能够更好地评价污泥的凝聚性能和沉降性能，一般认为在： s v i 1 0 0 污泥的沉降性能好，吸附性能差，泥水分离好； 1 0 0 s v i 2 0 0 污泥沉降性能不好，吸附性能好泥水分离差，发生膨胀。 正常情况下，城市污水s v i 值在5 0 一1 5 0 之间。 2 、活性污泥的活性评定指标 ( 1 ) 耗氧速率( o x y g e nu p t a k er a t e 简称o u r ) o u r 是评价污泥微生物代谢 活性的一个重要指标。 在日常运行中o u r 值的大小及其变化趋势可指示处理系 统负荷的变化情况，从而控制污泥的排放。活性污泥o u r 值若大大高于正常值， 往往表示活性污泥过高，出水水质较差，残留有机物较多，处理效果差。污泥 o u r 值低于正常值，出水有机物数量较少，有机物分解较完善，若长期运行也会 使污泥因缺乏营养而解絮“”。处理系统在遭受毒物冲击而导致污泥中毒时，污泥 o u r 值突然下降是最为灵敏的早期警报。 天津大学硕士学位论文 第二章活性污泥的基本性质 ( 2 ) 脱氢酶活性( d e h y d r o g e n a