（环境工程专业论文）利用曝气生物滤池处理啤酒废水的工艺研究.pdf

摘要 本课题对曝气生物滤池处理啤酒废水进行了研究拱验共历时6 个月， 进行了4 个阶段的研究，取得了较大成果。简述如下：一、7 一 采用了新型的挂膜方法，使得挂膜时间大大缩短，耐冲击能力大大增 强。锰闷曝后第4 天开始按正常情况进水。第5 天反应器的c o d 去除率就 达到并稳定在8 0 以上，b o d 去除率稳定在8 p 9 0 之间。实验中采用三 种不同的水力负荷进行反冲洗，结果表明反冲洗后生物陶粒反应滤池的 c o d 去除率均有所下降，c o d 去除率维持在7 0 以上。但一般经过1 天 的稳定运行后，反应滤池的c o d 去除率又很快恢复到8 0 以上。本论文还 从机理上进行了分析。) r 。 研究了不同的气水e 匕和停留时间对c o d c r 、氨氮、可溶性正磷酸盐的 去除情况的影响。f 实验表明随着气水比的增大，c 0 d c r 、氨氮的去除率也随 之增大；随着停留时间的减小，c o d e r 的去除率开始下降，而氨氮的去除率 反而上升；同时还发现气水比和停留时间对可溶性正磷酸盐的去除影响不 磷酸盐的去 质的前提下 切实可行。矿 同步监测了自马山啤酒厂废水处理设施的出水水质，并对曝气生物滤 池与( 曝气池+ 二沉池) 的处理效果进行了比较。f 结果表明，在其他条件相 同的情况下，曝气生物滤池的c o d 去除率和出水水质明显好于后者。 课题研究表明，曝气生物滤池具有体积小、处理效率高、出水水质好、 流程简单等优点，另外它对基建投资和占，皇面积的要求低、处理成本少， 因而更适合于我国国情，符合国民经济、社会发展和环境保护的要求，将 产生重大的社会效益、经济效益和环境效益。，万 关键词：曝气生物滤池啤酒废水磷酸盐氨氮气水比停留时间 一一一、- “h 一 一1 - _ _ 一”。一_ 一 a b s t r a c t t h i si s s u em a k e sar e s e a r c h0 1 3 b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r 僻a f ) t r e a t i n gb e e r w a s t e w a t e r i tt a k e ss i xm o m h sl o n ga n dp r o c e e d sf o u rs t a g e sr e s e a r c hi tg a i n s s o r t i ea c h i e v e m e n t sa sb e l o w u s i n g an e w h a n g i n g - m e m b r a n e m e t h o dm a k e st h et i m eo f h a n g i n g - m e m b r a n es h o r t e ra n dc a p a c i t yf o ra b s o r b i n gs h o c kl o a dh i g h e r a f t e r a e r a t e df o rt h r e ed a y s ，t h er e a c t o rb e g i n sp e r f o r m i n ga tf o u r t hd a y o nf i f t hd a y , t h ec o dr e m o v a lr a t i or e a c h e s e i g h t yp e r c e n ta b o v ea n d t h eb o dr e m o v a lr a t i o i sb e t w e e n e i g h t ya n dn i n e t yp e r c e n t i tu s e st h r e es h o c kl o a d st ob a c kw a s h i n g d u r i n ge x p e r i m e n t t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec o d r e m o v a lr a t i oi sd e c r e a s e d a n dr e m a i n ss e v e n t yp e r c e n ta b o v et h ec o dr e m o v a lr a t i oq u i c n yr e t u r n st o e i g h t yp e r c e n ta b o v ea f t e ro n ed a y so p e r a t i o n 1 1 1 i si s s u ea l s oa n a l y s e si t o n m e c h a n i s mt e r m i ta l s o i n v e s t i g a t e s t h ee f f e c to fc o d 、a m m o n i an i t r o g e n 、s o l u b l e o r t h o p h o s p h a t er e m o v a lr a t i ob yd i f f e r e n tg a s - w a t e rr a t i oa n dr e s i d e n c et i m e t h er e s u l t ss h o wt h a ti fg a s - w a t e rr a t i oi si n c r e a s e d ，t h ec o da n da m m o n i a n i t r o g e nr e m o v a l r a t i oi sa l s oi n c r e a s e d i f r e s i d e n c et i m ei sd e s c e n d e d t h ec o d r e m o v a l i sa l s od r o p p e db u tt h ea n a m o n i a n i t r o g e nr e m o v a l r a t i oi si n c r e a s e d a t t h es a m e t i m e ，i ta l s os h o w s t h a tt h e g a s - w a t e r r a t i oa n dr e s i d e n c et i m eh a v el e s s e f f e c to nt h es o l u b l eo r t h o p h o s p h a t er e m o v a lr a t i o t h ei s s u ea l s oa n a l y s e si to n m e c h a n i s mt e r ma n dm a k e ss p e c i a l i n v e s t i g a t i o no ns o l u t eo r t h o p h o s p h a t e r e m o v a l r e g u l a r i t y i tc h o o s e st h eb e s to p e r a t i n gc o n d i t i o nt h r o u g ho r t h o g o n a l e x p e r i m e n t b e c a u s et h i so p e r a t i n gc o n d i t i o nm e e t st h es t a n d a r do f w a t e ro u t l e tq u a l i t ya n d c o n s i d e r se c o n o m i cf a c t o r s ，i tb e c o m e s f e a s i b l e d u r i n ge x p e r i m e n tp r o c e e d i n g ，w es y n c h r o n o u s m o n i t o r st h ew a t e ro u t l e t q u a l i t y o fb a i m am o u n t a i nb e e rp l a n t sw a s t e w a t e rt r e a t m e mf a c i l i t y a n d c o m p a r e s t h et r e a t m e n te f f e c tb e t w e e nb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r a f ) a n d a e r a t i o nt a n ka d d i n gs e d i m e n t a t i o nt a n kt h e c o n s e q u e n c es h o w s t h a tt h ec o d r e m o v a lr a t i oa n dw a t e ro u t l e tq u a l i t yo f b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r 国a f ) i sb e t t e r t h a nt h el a t t e ru n d e ro t h e ri d e n t i c a lc o n d i t i o n s t h ee x p e r i m e n ts h o w st h a t b i o l o g i c a l a e r a t e df i l t e rm a f ) h a sm a n y a d v a n t a g e s ，s u c h a ss m a l l v o l u m e ，h i g ht r e a t m e n te f f i c i e n c y , g o o d e f f l u e n t q u a l i t ya n ds i m p l ep r o c e s s b y t h ew a y , i ta l s or e q u i r e sl i t t l ec a p i t a li n v e s t m e n t ， g r o u n da r e aa n d c o s to f t r e a t m e n t ，s oi ti sv e r ys u i t a b l et oo u rc o u n t r yc o n d i t i o n s b e c a u s ei tc o n f o r m st od e m a n d so fn a t i o n a le c o n o m y , s o c i a ld e v e l o p m e n ta n d e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n , i tw i l l b r i n ga b o u tg r a n ds o c i a lb e n e f i t ，e c o n o m y e f f e c ta n de n v i r o n m e n tb e n e f i t k e y w o r d s ：b i o l o g i c a la e r a t e d f i l t e r0 3 a f )b e e rw a s t e w a t e r 、s o l u b l e o r t h o p h o s p h a t e a m m o n i a n i t r o g e n g a s w a t e rr a t i o r e s i d e n c et i m e 第一章前言 随着人民生活水平的不断提高，我国的啤酒工业迅速发展，啤酒产厦 较过去有了大幅度提高，已成为世界五大啤酒生产国之一。啤酒工业产量 的增加，产生的废水也相应增加，加重了水环境的污染。 全国啤酒企业约7 0 0 家，遍布全国各省、市、自治区。全国啤酒企业 中年产1 0 万吨以上的有3 6 家，占总量的3 5 8 ；年产5 万吨以上1 0 万吨 以下的企业约有5 0 家，占总量的5 0 左右。 啤酒工业是耗水量较大的行业，企业每生产1 吨啤酒耗水量最低8 1 0 吨，最高达3 0 多吨，各企业间差距较大。截止到1 9 9 8 年上半年，全国啤 酒产量为1 8 6 0 万吨，以生产1 吨啤酒产生2 0 m 3 废水计算，则啤酒工业排 放的废水量每年达37 2 亿m 3 ，污染物中b o d 5 为1 86 3 3 5 万吨，c o d c r 为3 7 2 。5 5 8 万吨，s s 为7 4 1 4 9 万吨”。因此，一套切实有效的啤酒废水 处理工艺有着重要的社会效益、经济效益和环境效益。 1 1 啤酒废水概述 1 1 1 生产工艺 制造啤酒的主要原料是大麦和小米，辅以啤酒花和鲜酵母。其具体生 产工艺见下图： a 、酿造： 自 大 自 大 酒糟废酒花排水 1 室 b 、制麦 自来 大 浮麦洗麦水 t 1 2 啤酒废水的主要来源 啤酒生产废水中有麦芽生产过程的洗麦水、浸麦水、麦槽水、洗涤水、； 麦汁制备过程的糖化、过滤洗涤水；发酵过程的发酵罐洗涤、过滤洗涤水； 罐装过程的洗瓶、灭菌及冷却水和成品车间洗涤水；另外还有办公楼、食 堂、宿舍和浴室的生活污水。啤酒废水按其有机物含量可分为以下几类。 ( 1 ) 冷却排水冷冻机、麦汁和发酵的冷却水等，这类排水基本上 只是受热污染，而未受有机物污染。 ( 2 ) 清洗废水如大麦浸渍废水、大麦发芽降温喷雾水、清洗生产 装置用水、漂洗酵母水、洗瓶机初期洗涤水、酒罐消毒废液和车间地面冲 洗水等。这类废水受到不同程度的有机污染。 ( 3 ) 冲渣废水如麦槽液、热凝固物、酒花糟、剩余酵母、酒泥、 滤酒渣和残碱性洗涤液等。这类废水中含有大量的悬浮性固体有机物。工 段中将产生麦汁冷却水、装置洗涤水、麦槽、热凝固物和酒花糟。装置洗 涤水主要是糖化锅洗涤水、过滤槽和沉淀槽洗涤水，此外，糖化过程中还 要排除酒花糟、热凝固物等大量悬浮固体。 ( 4 ) 装酒废水在罐装酒时，机器的跑冒滴漏时有发生，还经常出 现冒酒，使废水中掺入大量的残酒。另外，由于用热水喷淋，啤酒升温引 起瓶内压力上升，“炸瓶”现象时有发生，因此使大量啤酒进入喷淋排水中。 ( 5 ) 洗瓶废水清洗新酒瓶及回收来的酒瓶时先用碱性洗涤剂浸 泡，然后用压力水清洗。清洗排水含有残余碱性洗涤剂纸浆、染料、浆 糊、残酒和泥砂等。 咽俨骨 对 1 1 3 啤酒废水的主要特点 啤酒厂生产啤酒过程中用水量很大，特别是酿造、罐装工艺过程大量 使用新鲜水，相应产生大量废水。酿造啤酒消耗的大量水除一部分转入产 品外，绝大部分作为工业废水排入自然环境。从啤酒废水的来源可见，啤 酒生产废水主要来自两个方面，一是大量的冷却水( 糖化、麦汁冷却、发 酵等) ，二是大量的洗涤水、冲洗水( 各种罐洗涤水、瓶洗涤水等) 。因此， 啤酒废水的特点是水量大、无毒有害，属浓度较高的有机废水。 1 1 4 废水水质 从上述分析可知，啤酒厂生产过程中排放的废水主要污染物为c o d c r 、 b o d ，、s s 。与废水排放量一样，啤酒废水的水质在不同季节也有一定的差 别，尤其是处于高峰流量时的啤酒废水其有机物含量处于高峰。从全国平 均水平，每制成1 吨成品酒，排出的污染物为c o d c r 2 5 k g 、b o d 5 1 5 k g 、悬 浮物固体约1 5 埏。国内啤酒厂废水的水质情况可见表1 1 【2 】；北京某厂啤 酒废水中主要污染物列于表l 2 中1 3 i ；国外啤酒厂废水的水质情况可见表 l 一3 f 2 】a 。国内有关啤酒厂其他废水特性参见表1 4 。从表1 4 中可以看 出，啤酒废水c o d b o d 5 值高达o 5 左右，说明这种废水具有较高的生物 降解性，可以采用生物法进行处理。另外，啤酒废水中也含有一定量的氮 和磷( 参见表l 5 ) 3 1 。 表l l国外啤酒厂废水水质情况 厂名污水类别 p h 值b o d s ( m g 几)s s ( m g l ) 大麦漫泡液 6 41 7 02 7 5 发酵罐洗涤水 5 2 6 58 0 0 1 3 4 06 3 0 - 1 1 0 0 英国啤 洗桶废水 5 1 6 44 6 0 7 0 05 3 1 6 8 酒厂 洗啤酒瓶水 1 0 7 1 l1 4 0 2 1 03 4 - 2 6 0 麦芽浸泡液 63 6 一1 7 0 6 5 02 1 0 表l 一2 北京某厂啤酒废水中主要污染物 性质指标( m g l ) 车间名称 备注 c o d c rb o d ts s p l q 值 麦芽 5 4 03 5 76 76 7 -测定日期：1 9 8 4 年3 糖化 3 5 4 0 02 5 7 0 01 8 6 06 7 月。2 4 h 定时取样，测 发酵 1 4 2 08 4 05 06 7 定混合水样的水质， 罐装 1 4 2 08 4 05 0 6 7 连续监测7 天，表中 酵母 1 2 3 5 08 8 3 07 5 l6 7 数据多为平均值。 总排放口 1 0 7 07 3 61 2 56 7 表l 一3国内啤酒厂废水水质情况( m g ，l ) 占总废 废水混合废水 综合废水 废水来源水量的 c o d c r 种类 c o d c rc o d c r 高浓麦槽水、糖化车间的刷 5 一1 02 0 0 0 0 4 0 0 0 0 度有锅水 4 0 0 0 6 0 0 0 机废发酵车间的前酵罐、后 2 0 2 52 0 0 0 3 0 0 0 水酵罐洗涤水、洗酵母水 低浓制麦车间漫麦水、刷锅 2 0 - 2 53 0 0 - 4 0 0 度有水、冲洗水等 1 0 0 0 1 5 0 0 3 0 0 7 0 0 机废罐装车间的酒桶、酒瓶 3 0 - 4 05 0 0 8 0 0 水 洗涤水 冷却 各种冷凝水、冷却水及 水及无有机污染物 i 0 0 杀菌水 其他 4 表l 一4 国内有关啤酒厂其他废水特性参见表 c o d c rb o d ts s 污水量 厂名 p h 值 ( 1 n g 几)( n a g l )( r a g l ) ( m d ) 青啤( 徐州金波) 2 2 0 01 3 2 04 0 06 652 5 0 0 青啤( 马鞍山) 1 5 0 0 2 5 0 08 0 0 1 5 0 04 6 35 1 l53 5 0 0 福卅第一家 1 5 0 08 0 02 0 06 92 0 0 0 杭州中策 2 5 0 01 4 0 03 3 2 4 6 44 98 0 0 0 燕京啤酒 1 5 0 0 8 0 02 0 0 5 0 06 - 91 5 0 0 0 表l 5 啤酒废水水质指标 水温 c o d c rb o d 。 s st nt p p h 值 。c ( m g l ) 5 61 6 3 01 0 0 0 2 5 0 06 0 0 1 5 0 04 0 0 4 5 0 3 0 0 6 0 02 5 8 0 1 2 啤酒废水处理技术 啤酒废水处理在八十年代主要是用好氧处理技术，八十年代末发展到 厌氧( 水解) 好氧联合处理技术。十几年来通过实践不断改进、提高， 啤酒废水的处理技术从工艺到设备结构日渐成熟。现有啤酒废水处理主要 采用厌氧( 水解) 好氧处理方法。 1 2 1 厌氧( 水解) 法 这项新技术主要采用水解反应器，在厌氧池中经水解酸化的大分子、 难降解有机物被转化为小分子的易降解的有机物，使出水的可生化性能得 到改善，使好氧处理单元的停留时间小于传统工艺。与好氧初沉池相比， c o d 去除率高于好氧初沉池，可去除c o d 3 0 4 0 4 1 。水解酸化工艺是一种 预处理工艺，其后面接各种好氧处理工艺，如活性污泥法、氧化沟法、s b r 法等。 1 2 2 啤酒废水处理中的好氧处理方法 1 2 2 1 普通活性污泥法 活性污泥法是微生物在有机废水中充氧曝气，将其中难沉淀有机溶解 物、胶体及浮游生物，通过微生物的作用进行吸附、氧化、固化，最终变 成易沉淀的污泥，从水中分离出来。活性污泥法是一种成熟的高效生物处 理方法。但活性污泥法处理啤酒废水也存在如下问题： 1 ) 因废水b o d 值较高，用一般的通气设备很难使曝气的溶解氧达到 工程要求，在低溶解氧情况下，易产生污泥膨胀，使出水水质不稳定； 2 ) 因啤酒废水中含氮、磷较低，需添加营养盐； 3 ) 活性污泥法产生大量污泥，处理起来较困难； 4 ) 运行费用高，占地面积较大，耗能高。 1 2 2 2 序批式活性污泥法( s b r ) 序批间歇式活性污泥法简称s b r 法。s b r 的反应机理以及污染物的去 除机制和连续式活性污泥法( c f s ) 基本相同，只是运行时按进水、反应、 沉淀、出水和闲置五个工序为一个周期，在一个设有曝气或搅拌装置的s b r 反应器中进行，省去t - - 沉池及污泥回流泵等装置。与连续式活性污泥法 ( c f s ) 相比，其优点如下【3 l ： 1 ) 运行管理简单，孵控，也可鸯拯ls b r 在运彳亍操作过程中，可以 根据废水水量水质的变化、出水水质豹要求来调攘一个运行周期中各个工 段的运行时间、反应器的混合液容积的变化和运行状态来满足多功能的要 求。 2 ) 无需初沉池、二沉池和污泥回流系统，造价低； 3 ) 沉淀时无进出水干扰，泥水分离效果好； 4 ) 能有效防止丝状菌膨胀，不易产生污泥膨胀，污泥产量少； 5 ) 处理效果稳定。 虽然s b r 法处理啤酒废水有以上优点，但其同样不可避免的存在缺点： 6 1 ) 因啤酒废水中含氮、磷较低，需添加营养盐； 2 ) 由于南水北调，现有企业污水c o d e r 排放浓度应低于1 0 0 m g l ， 而s b r 法的出水不满足条件，需要增设其他处理设施，增加了投资。 1 2 2 3 生物膜法 生物膜法是使微生物群体附着于其他物体表面上呈膜状，并让它和废 水接触使之净化的方法。利用生物膜净化废水的设备有生物滤池、塔滤、 生物转盘、生物接触氧化法等，其中又以生物接触氧化法最为普遍。 1 2 2 3 1 生物滤池 生物滤池是目前生产上常用的生物处理方法。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，水体与生物膜不断 接触过程中，使有机物及氮等营养物质被生物膜吸收利用而去除。这种滤 池在运行中有时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，保证生物膜的离氧化能力。 这种工艺的特点是运行费用低，处理效果稳定，管理方便，污染物去除效 率高，污泥产量少，且受外界环境变化的影响较小。 1 2 2 3 2 生物塔滤 人们在实践中发现高度大于8 m 左右，可以克服滤料空隙小所造成的 通风不良的困难，因此创造了池身很高的滤池。近几年来，由于轻质滤料 的采用，塔滤池的平面尺寸有了扩大的可能性。目前国外已广泛使用塑料 制的大孔径波纹板滤料和管式滤料，我国常采用的是环氧树脂固化的玻璃 钢蜂窝填料。同生物滤池相同，塔式滤池控制污染也是通过滤料表面的生 物膜的新陈代谢活动来实现的。塔式滤料的主要优点是负荷高、产水量大、 占地面积小、且对水量、水质突然变化的适应性较强，因为在受冲击负荷 后，一般只是上层滤料的生物膜受影响，因此能较快地恢复正常工作，其 缺点是动力消耗较大，且运行管理较为不便。 1 2 2 3 3 生物接触氧化 7 生物接触氧化法也叫做浸没式生物膜法，即是在池内设置人工合成填 料，经过充氧的水以一定的速度流经填料，使填料上长满生物膜，水体与 生物膜接触过程中，通过生物净化的作用使水中污染物质得到降解与去除， 这种工艺是介于活性污泥法与生物过滤之间的处理方法，具有这两种处理 方法的优点。接触氧化法的生物膜上生物相很丰富，除细菌外，球衣细菌 等丝状菌也得以大量生长，并且还繁殖着多种种属的原生动物与后生动物。 生物接触氧化法的主要优点是处理能力大，对冲击负荷及温度有较强 的适应性，污泥生成量少，能保证出水水质，易于维护管理，但缺点是在 填料间水流缓慢，水力冲刷少，生物膜只能自行脱落，更新速度慢易引起 堵塞，而且布水布气不易达到均匀，另外填料较贵，投资费用高。 2 0 世纪8 0 年代初，啤酒废水处理工艺中，接触氧化法有一定的优势， 所以在啤酒废水的处理上得到了广泛的应用。由于啤酒废水进水浓度高， 所以一般采用二级接触氧化工艺。 但由于接触氧化法在运行过程中能耗较大。近年来，随着中高浓度有 机废水的厌氧、水解处理工艺的发展，啤酒废水处理由纯耗氧工艺渐渐发 展为厌氧( 或水解酸化) + 好氧组合工艺，而好氧处理部分较多采用的还是 接触氧化法。由于厌氧( 或水解酸化) + 好氧组合工艺降低能耗的功能明显， 所以接触氧化法在啤酒废水处理中由最初的主处理工艺变为两段处理工艺 中的好氧处理工艺。 1 2 2 3 4 生物流化床反应器 在流化床反应器中，生物膜是均匀分布的，生物膜与营养基质( 溶解氧、 c 、n 、p 等) 接触几率的增加，导致传质效果的改进，基质在液相和生物膜 之间的转移加快，从而使生物氧化在更快的反应速度下进行。 t h n e t 等人对三相流化床反应器的研究表明，流化介质的投加浓度及介 质大、是决定反应器内生物膜特性的重要因素，在较高湍流度和适宜流化 介质浓度下易形成密而薄的生物膜，这种生物膜在运行中不易脱落，有较 r 好的生物降解性能，三相中气相的工艺条件也是一个重要的影响因素。维 持反应器内高的细菌浓度，就可能使生物流化床的污染物负荷提高，并保 证出水水质良好。 生物流化床的应用，解决了固定填料床中常出现的堵塞问题，但由于 保持流化状态消耗的动力费用较高，且维护管理较为复杂，在运行中有时 还出现流化介质跑料现象。 国内部分啤酒厂废水处理工艺见表l 一6 【6 】。 表1 6 部分国内啤酒厂废水处理工艺 处理水量 厂名核心工艺 ( m 3 d ) 青啤( 马鞍山)u a s b + 接触氧化 3 5 0 0 北京华都啤酒厂两段活性污泥法 2 4 0 0 杭州啤酒厂两级充氧型生物转盘 2 1 0 0 青岛啤酒厂三段接触氧化 2 0 0 0 无锡啤酒厂两段活性污泥法 1 2 0 0 广卅啤酒厂普通活性污泥法 4 0 0 0 珠江啤酒厂两段活性污泥法 1 7 0 0 上海江南啤酒厂塔滤+ 射流曝气 3 0 0 0 上海华光啤酒厂生物转盘+ 曝气池 2 0 0 0 抚顺啤酒厂曝气池+ 生物接触氧化 2 1 0 0 长江啤酒厂两段表面曝气池3 6 0 0 上海益民啤酒厂塔滤+ 曝气池2 2 0 0 1 3 小结及展望 近几十年来，随着现代工业和城市建设的发展，我国的啤酒工业迅速 发展，啤酒产量较过去有了大幅度提高，已成为世界五大啤酒生产国之一。 9 啤酒工业产量的增加，产生的废水也相应增加，加重了水环境的污染。截 止到1 9 9 8 年上半年，全国啤酒产量为1 8 6 0 万吨，以生产1 吨啤酒产生2 0 m 3 废水计算，则啤酒工业排放的废水量每年达37 2 亿m 3 ，污染物中b o d 5 为 1 8 6 3 3 5 万吨，c o d c r 为3 7 2 5 5 8 万吨，s s 为7 4 1 49 万吨。这使得我国 城市的环境污染特别是水污染问题日趋严重，同时水资源问题也日趋紧张。 我国是一个人均水资源占有量匮乏的国家，仅为世界人均值的1 4 ，而且时 空分布不均，开发利用难度大，许多地区和城市严重缺水。可以说水污染 严重和水资源的短缺已经成为制约我国社会经济持续发展、危害生态环境、 影响人民生活和身体健康的突出问题，迫切需要加以解决。但是，在我国 水污染治理领域，现有建成运行的污水处理厂( 站) 基本上都是采用传统 活性污泥法及其变形工艺、氧化沟工艺、a - b 法工艺、s b r 法等工艺，虽 然这些工艺处理效果尚可甚至也比较好，但普遍存在着占地面积大、基建 投资高、处理负荷低、运行启动慢、经常出现污泥膨胀、不能承受冲击负 荷等不足之处，同时工艺设备处理效能低、能耗高，不能满足高效低能的 要求。因此近几十年来，各种啤酒废水处理新技术工艺不断涌现。目前来 说，最经济有效的方法仍然是生物处理法。随着越来越多的啤酒废水处理 设施投入运转，生物处理技术己成为啤酒废水处理中的主要方法。 由于废水处理主要是一项侧重于环境效益和社会效益的工程，在建设 和实际运行过程中常常受到资金的限制，使得治理技术与资金问题相连成 为解决我国水污染的“瓶颈”。因此，开展经济有效的废水处理新工艺，研 究一种适合我国国情的啤酒废水处理工艺，从而降低废水处理的投资和运 行费用、节省用地、管理方便、出水水质好、能达到城市生活杂用水标准， 将对我国国民经济和社会发展及环境保护具有十分重要的意义。 生物接触氧化法作为好氧处理工艺的代表，受到了广泛应用，但其较 高的投资和运行费用，较大的占地面积及复杂的操作工艺，显然布符合我 国国情。颗粒填料曝气生物滤池正是在这种情况下应运而生的，其无论是 l o 在投资、池容和占地面积、运行费用和自动化操作程度方面，还是在出水 水质方面，都具有巨大的优越性，并且出水可以回用，拓宽了处理水的范 围。它不仅节约了宝贵的土地及水资源，也减轻了国家和企业的负担。因 此，受到了环保界的极大关注。 第二章颗粒填料曝气生物滤池 2 1 概述 曝气生物滤池( b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ，b a f ) 是8 0 年代末在欧美发 展起来的种新型污水处理技术。它采用了一种新型的粒状填料，综合了 过滤、吸附和生物代谢等多种净化作用，使其具有占地小、出水质量好、 流程简单、对环境影响小等诸多优点 7 1 0 l ，在美国和日本，9 0 年代初已有 5 0 多座b a f 处理设施投入运行“1 ”。在国内，b a f 在处理工业废水上的 应用正慢馒成为主流。表2 1 为德国p h i l i p pm i i e r 公司对三种污水 处理工艺处理效果的比较，表2 2 为该公司对三种污水处理工艺占地、投 资费用和运行费用的比较，表2 3 为法国o t v 公司对a 2 o 、s b r 、b a f 三种污水处理工艺的比较【1 3 】。 表2 一l 不同工艺处理出水水质的比较( m 叽) 处理工艺b o d 5 c o d i , v h r n t nt ps s 活性污泥法 1 57 551 8l1 0 混合法 1 0 6 0 2 1 0 l 1 0 曝气生物滤池 1 0 6 0 2 1 0 7 0 ，生物膜厚度 0 2 m m ，镜检微生物相良好且稳定。 4 1 2 实验结果 ( 1 ) 镜检结果 经挂膜过程后，观察反应柱中水颜色发黄，略带浅黄色。取出反应柱 中的陶粒进行镜检，发现陶粒上已生长有生物膜，其中菌胶团细菌是生物 膜的主体，边缘有丝状菌生长，并有大量原生动物和后生动物，如线虫等。 实验反应柱中存在种群丰富、结构完整、功能稳定的生态系统。 ( 2 ) 生物膜厚度 陶粒上附着有一层薄薄的生物膜，生物膜厚度达到2 5 m m 。 3 0 ( 3 ) 反应器运行情况 闷曝结束后，第4 天开始按正常情况进水。第5 天反应器的c o d 去除 率就达到并稳定在8 0 以上，b o d 去除率稳定在8 0 9 0 左右，其具体情 况见图4 1 。 v 料 篮 稍 1 0 0 ；9 0 v 鐾8 0 悄 7 0 6 0 12345 67891 01 1 时间( d ) 图4 一l生物陶粒滤池运行参数的变化 ( 4 ) 附着牢固性 为了监测所挂膜的附着牢固性，在实验进行到第l o 天后，进行了三次 反冲洗，强度逐渐加强，分别为： i 、第1 1 天进行了第一次反冲洗，强度为水l m 3 1 1 ，气1m 3 h ； i i 、第1 5 天进行了第二次反冲洗，强度为水5 m 3 l ，气15 m 3 1 1 ； i i i 、第1 9 天进行了第三次反冲洗，强度为水3 m 3 ，h ，气3m 3 h 。 监测结果见图4 2 。 l o o 墓8 0 斛6 0 嚣4 0 謇 2 ( ) 0 l35 791 1 1 31 5 1 71 92 l 时间( d ) 图4 2生物陶粒滤池反冲洗实验监测情况图 根据监测结果，经反冲洗后，生物陶粒反应滤池的c o d 去除率均有所 下降，c o d 去除率维持在7 0 以上。但一般经过l 天的稳定运行后，反应 滤池的c o d 去除率又很快恢复到8 0 以上。由此可以推知，经过新型挂膜 方法所挂的生物膜耐冲击负荷，对高强度的水力冲刷具有一定的适应性， 生物的固着度较好。 4 1 3 理论分析 分析生物膜的形成过程：当把接种污泥加入反应器后，少量污泥截留 附着在载体表面，这些固着态微生物将摄取废水中的营养物，进行降解代 谢有机物的生命活动，并在载体表面生长、繁殖，逐渐形成一层薄的胶质 粘膜。随着微生物不断摄取营养物质而增长，从载体表面向外扩展，并分 裂为新细胞，逐步覆盖先前已形成的膜层，进而形成成熟的生物膜。 分析生物膜的形成过程，可以得知载体上的生物膜是同着态微生物自 身生长的结果，而非悬浮态微生物的粘附作用的结果。因此，为使反应器 快速挂膜，促使固着态微生物高速繁殖是关键因素。而悬浮态微生物与固 着态微生物是一对此消彼长的共同体，它们在反应器中争夺营养物来满足 自身生长。如果反应器中悬浮态微生物占优势，那么就消弱了生物膜中固 3 2 着态微生物的生长，使挂膜速度减慢。反之，如果在挂膜期间，尽量减少 反应器中悬浮态微生物的数量，那么固着态微生物就会快速繁殖，就能达 到快速挂膜的目的。 本挂膜方法在初期加入活性污泥及营养物质，使得反应器中保持充足 的营养基质。在闷曝2 4 小时后，使得部分微生物固着在载体上生长，然后 将反应器中的水全部排掉，使得剩余悬浮态微生物得以排出。然后再加入 活性污泥及营养物质，闷曝3 天，使得已有的固着态微生物在此条件下高 速繁殖，同时也进一步使载体上附着微生物。这样经过3 天后，生物膜就 已基本成熟，可以直接进行正常工况的实验。 另外由于在闷曝过程中所采用的曝气强度较大，这就使附着在载体上 的固着态微生物能够适应较强的冲击负荷，所以形成的生物膜比较耐冲击 负荷，实验也证明了这一点。 4 1 4 结语 ( 1 ) 该挂膜方法是根据生物膜的形成原理产生的，在理论上成立，实 验证明它在实际中也是可行的。 ( 2 ) 该挂膜方法可在较短时间内在载体上形成一层成熟的生物膜，比 传统的挂膜时间大大缩短。 ( 3 ) 使用该挂膜方法形成的生物膜中微生物固着度较好，比一般的接 种挂膜形成的生物膜更耐冲击负荷。 4 2 正常运行阶段 本阶段主要是探讨对曝气生物滤池去除率的影响因素，同时为选取最 佳运行工况奠定基础。本阶段历时4 个月，实验结果及分析如下： 4 2 1 气水比 ( 1 ) 对有机物( c o d c r ) 去除效果的影响 图卜叼、4 4 、4 5 分别为停留时间为8 小时、6 小时，4 小时情况 下的去除效果。 吉 j 魁 避 5 0 0 0 4 5 00 4 0 0 0 3 5 00 3 0 00 2 5 00 2 0 0 0 】5 0 。0 1 0 0 0 5 00 00 0 毋0 掌掌掌心0 0 日期( 月日) l o o 0 9 5 o 9 0 o ；8 5 - 0 斟8 0 0 逝 粕7 50 7 0 0 6 5 0 6 00 广迸水浓度( m g l ) _ 卜一一出水浓度( m g l ) 苓掌p 0 0 毒0 擎 e l 期( 月日) 去除辜( ) 图4 3反应器对c o d c r 的去除效果( r t = 8 h ) 注：5 月7 日至5 月2 0 日为气水比6 ：l ，6 月1 8 日至7 月1 日为气水比7 ：i ，7 月 3 0 日至8 月1 2 日为气水比4 ：l 。 3 4 v 碍 凿 1 4 5 00 4 i ) o0 3 5 00 3 0 00 2 5 00 2 0 0 0 1 5 0 0 1 0 00 5 0 0 、00 p o00 0 0 0 。 日期( 月te 1 ) 1 0 0 0 9 5 0 9 00 8 5 0 8 00 7 50 7 00 6 50 6 0o r 一进水浓度( m g l ) _ 卜一出水浓度( m g l ) 苓 o 囊0 0 日期( 月日) 一去除率( ) 图4 4 反应器对c o d e r 的去除情况( h r t - 曲) 注：5 月2 1 日至( 月3 日为气水比6 ；l ，7 月2 日至7 月1 5 日为气水比5 ：1 8 月 1 3 日至8 月2 6 日为气水比4 ：l 。 3 5 一，暑曼)魁艇 噎 j 世 艇 0 鼍 篷 柑 5 0 00 4 5 00 4 0 00 3 5 00 3 0 00 2 5 00 2 0 0 0 1 5 00 1 0 0 0 5 0 0 0 0 岔毒0 00 挚零毋p 毋毋 日期( 月曰) 1 0 0 0 9 5 0 9 0 0 8 5 0 8 0 0 7 5 0 7 00 6 5 0 6 00 广一进水浓度( m g l ) - 一出水浓度( m g l ) 0 窖爸0 零荩毋毋毋毋 日期( 月日) 一去赊率( ) 图4 5 反应器对c o d e r 的去除情况( h r r = 4 h ) 注：6 月4 日至6 月1 7 了为气水比6 ：l ，7 月1 6 日至7 月2 9 日为气水比5 ：l ，8 尸 2 7 日至9 月9 日为气水比4 ：l 。 3 6 从图4 3 、4 4 、4 5 可以看出，在停留时间相同的条件下，气水比 越大，曝气生物滤池对c o d c r 的去除率越大。因为对曝气生物滤池反应器 来讲，其净化作用的主要是专性好氧微生物及兼性微生物，它们生长在氧 化还原电位较高的有氧环境中1 3 ”。在一定范围内，停留时间一定，气水比 越大，反应器中的溶解氧就越高，生物膜中的微生物就越活跃，新陈代谢 作用就越强，从而使得反应器对c o d c r 的去除率升高。反之，气水比越小， 反应器中的溶解氧就较低，好氧微生物的活性就受到影响，新陈代谢能力 降低，微生物的生长规律遭到破坏，好氧微生物受到抑制而死亡。因此， 气水比的控制并不是越高越好，要综合考虑技术及出水水质的要求，这点 在选取最佳工况条件时加以了考虑。 ( 2 ) 对氨氮( n h 3 - n ) 去除效果的影响 图4 - - 6 、4 7 、4 8 分别为停留时间为8 小时、6 小时、4 小时情况 下的去除效果。 h 目 v 世 蠖 l o o 5o 0 0 0 掌掌掌心o 叠0 日期( 月日) r 一进水浓度( m g l ) _ 卜一出水浓度( m g l ) 1 0 0 。 9 50 9 ( ) 0 8 50 8 00 7 5 0 7 00 6 5o 6 0o 矿 0 0 掌0 0 毒营00 e l 期( 月e 1 ) 一去除率( ) 图4 6 反应器对氨氮的去除情况( h r t = 8 h ) 注：5 月7 日至5 月2 0 日为气水比6 ：1 6 月1 8 日至7 月1 日为气水比5 ：1 ，7 月 3 0 日至8 月1 2 日为气水比4 ：1 。 5 0 0 4 50 4 0 0 3 5 0 3 0 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 00 5 0 0 0 掌旁 o 毒0 o p 0 蕊 e l 瓣( 月e 1 ) r 一进 浓度( m g l ) - 一i t t g 浓度( m g l ) 6一诗篮川 ，暑e)魁蛏 1 0 00 9 5o 9 00 ，、8 50 笔 料8 00 凿 稍7 50 7 00 6 50 6 00 0 o 囊0 0 心0 0 日期( 月e t ) 一去除率( * ) 图4 7 反应器对氨氮的去除情况( h r t = 6 h ) 注：5 月2 1 日至6 月3 日为气水比6 ：1 ，7 月2 日至7 月1 5 曰为气水比5 ：1 8 月 1 3 日至8 月2 6 日为气水比4 ：1 。 5 00 4 50