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太原理工大学硕士研究生学位论文 a s b r - - s b r 两段s b r 工艺处理焦化废水的研究 摘要 焦化废水成分复杂，生物难降解有机物及氨氮浓度高，我国焦 化厂外排废水常常由于氮含量的严重超标而污染环境。目前，生物 脱氮被普遍认为是从废水中脱除氮的最经济、有效的方法之一。本 课题根据焦化废水的特点和我国焦化废水的处理现状，采用 a n a e r o b i cs e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r m s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ( a s b r - - s b r ) 两段s b r i 艺对焦化废水的生物脱氮进行了深入 的、较为系统的实验研究，试图为高效、经济的去除焦化废水中的 有机物和氮化合物开辟一条新途径。 a s b r - - s b r 两段s b r i 艺首先是通过a s b r 系统的厌氧反应 提高废水的可生化性，同时利用反应器内厌氧氨氧化细菌降解其中 的一部分氨氮，然后再通过s b r 系统的生物降解以及硝化反硝化作 用达到去除c o d 和氨氮的目的。1， 本文通过试验确定了a s b r 反应器及s b r 反应器的最佳运行参 数；在最佳运行条件下，对以下四种组合流程处理焦化废水的效果 进行对比，选择出处理焦化废水效果最佳的组合工艺流程。 ( 1 ) 单一a s b r - - s b r 流程； ( 2 ) s b r 中添加原污水为碳源的a s b r m s b r 流程； ( 3 ) s b r 出水回流入a s b r 的a s b r - - s b r 流程； l 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 4 ) s b r 中添加原污水为碳源且出水回流入a s b r 的a s b r s b r 流程。 研究结果表明： 。 。 1 、a s b r 反应器的最佳运行方式为：在温度3 5 。c ，污泥s v i 值 为4 5 8 3 ，m l s s = 9 6 0 0 m g l ，进水p h 为9 的条件下，! , 2 2 4 h 为一个运 行周期，每周期进水2 0 l ，水力停留时间4 7 d ，期间采用3 m i n h 的间 歇搅拌方式。 2 、s b r 反应器的最佳运行方式为：在温度2 0 ，污泥s 值为 7 5 8 6 ，m l s s - - 4 4 8 0 m g l ，进水p h 为6 5 7 5 的条件下，以2 4 h 为 个运行周期，每周期进水1 2 l ，水力停留时间4 6 4 d ，采用瞬时进水， 缺氧搅拌1 5 h 后，进行5 次曝气段3 h 、停曝缺氧段0 5 h 的循环曝气阶 段，再曝气3 h ，沉淀1 5 h ，闲置o 5 h 的运行方式。 3 、由流程1 与流程2 的对比及流程3 与流程4 的对比可知，流程1 与流程2 ，流程3 与流程4 的主要区别在s b r 反应器，即流程2 与流程4 分别是在流程1 和流程3 的基础上，增加了在s b r 反应器中添加原污 水作为碳源这一过程。在s b r 中添加原污水，会增加反应器内的 c o d 和氨氮进水负荷，导致s b r 反应器c o d 和氨氮去除率下降。虽 然只是计算去除率的下降，不会影响到反应器对c o d 和氨氮的去除 作用，但是在流程中添加原污水是为了满足微生物反硝化脱氮对碳 源的需要，而试验发现添加的原污水并没有起到碳源的作用，不推 荐采用添加原污水的流程。 由流程1 与流程3 的对比及流程2 与流程4 的对比可知，流程1 与 p 太原理工大学硕士研究生学位论文 流程3 ，流程2 与流程4 的主要区别在a s b r 反应器，即流程3 与流程4 分别是在流程1 与流程2 的基础上，增加了s b r 反应器出水回流入 a s b r 反应器中这一过程。s b r 出水的回流起到了x 寸a s b r 的稀释作 用，使a s b r 反应器的c o d 和氨氮去除率有所提高以外，还能使 a s b r 反应器中的厌氧反硝化作用和厌氧氨氧化作用得到提高，从 而使a s b r 反应器对氨氮的去除更有效。 从总体上考虑，选择流程3 ，i i s b r 反应器出水回流入a s b r 反 应器中的a s b r - - s b r 流程，为试验条件下确定的处理焦化废水的 较佳流程。， 关键词：焦化废水，氨氮，a s b r ，两段s b r ，运行参数 1 1 i 太原理工大学硕士研究生学位论文 s t u d yo nt r e a r r m e n to f c o k e o v e n 、v a s t e 、) i ，a t e rw i t ht h e a s b l t s b rt w o s t a g es b re c h n o l o g y a b s t r a c t c o m p o n e n t sw e r ec o m p l e xi nc o k e - o v e nw a s t e w a t e r ，i nw h i c h c o n t a i n s h i g h c o n c e n t r a t i o no fd i f f e r e n t b i o - d e g r a d e do r g a n i c c o m p o u n d sa n dt o x i cs u b s t a n c ea n dl l i g hs t r e n g t ha m m o n i a b e c a u s eo f t h es e v e r e l yh i g h e rc o n c e n t r a t i o no fn i t r o g e nt h a ns t a n d a r d ，t h ee f f l u e n t o fc o k e p l a n t c o n t a m i n a t e de n v k o n m e n t s y s t e m i n 0 1 1 1 c o u n t r y g e n e r a l l ys p e a k i n g ，b i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a l ( b n r ) i st h em o s t e c o n o m i c a la n de f f e c t i v em e t h o dt or e m o v en i t r o g e nf r o mm u n i c i p a l w a s t e w a t e ra n ds o m ei n d u s t r yw a s t e w a t e ri np r e s e n t b a s e do nt h e c h a r a c t e r i s t i co fc o k e - o v e nw a s t e w a t e ra n dc u r r e n tt r e a t m e n tp r o c e s si n o u rc o u n t r y ，a s b r n s b rt w o s t a g es b rt e c h n o l o g yt ot r e a t c o k e - o v e nw a s t e w a t e rf o rb i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a lw a ss t u d i e d d e e p l ya n ds y s t e m a t i c a l l yi nt h i sp a p e r a l lo ft h e s ew e r et r y i n gt o p r o v i d ean e ww a yf o rh i g h - e f f i c i e n c ya n de c o n o m i c a lr e m o v a lo fc o d i v 太原理工大学硕士研究生学位论文 a n dn h 3 _ - no fc o k e - o v e nw a s t e w a t e r i nt h ea s b r s b rt w o s t a g es b rt e c h n o l o g y ，t h e b i o d e g r a d a b i l i t yo fc o k e - o v e nw a s t e w a t e rw a se n h a n c e dd u et o t h e a n a e r o b i cr e a c t i o np h a s ei na s b rs y s t e m ，a tt h es a m et i m e ，s o m e a m m o n i ac a l lb ed e g r a d e db ya n a e r o b i ca m m o n o x i d i z e r i ns u c c e s s i o n ， b i o d e g r a d a t i o no fc o d a n dn i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a f i o no fa m m o n i a c a l lb ep r o c e s s e di ns b rs y s t e m t h eo p t i m u mo p e r a t i o np a r a m e t e r so ft h ea s b r - s b rs y s t e m w e r ed e t e r m i n e di nl a b s c a l e e x p e r i m e n t s u n d e r t h i s o p t i m u m o p e r a t i o nc o n d i t i o n ，f o u rc o m b i n a t o r i a ls y s t e m sa sf o l l o w i n g w e r e c a r r i e di nl a bt os e l e c t e dt h ef e a s i b l eo n ew h i c hh a st h eb e s t p e r f o r m a n c e t ot r e a tc o k e - o v e nw a s t e w a t e r ( 1 ) s i m p l e xa s b r - - s b rs y s t e m ； ( 2 ) a s b r - - s b rs y s t e mw i t ha d d i n gc a r b o ns o u r c ei ns b r ； ( 3 ) a s b r - - s b rs y s t e mw i t ht h ee f f l u e n to ft h es b r r c m r nt ot h e a s b r ； 。 ( 4 ) a s b r - - s b rs y s t e mw i t ha d d i n gc a r b o ns o u r c ci nt h es b r a n dt h ee f f l u e n to ft h es b rr e t u mt ot h ea s b r 1 1 1 er e s u l t sa sf o l l o w ： 1 、t h eb e s to p e r a t i o nc o n d i t i o n o ft h ea s b rs y s t e m ： t e m p e m t u w = 3 5 。c ，s v i - - 4 5 8 3 ，m l s s = 9 6 0 0 m g l ，i n f l u e n tp h = 9 ， 2 4h o u r sa s1c y c l e ，i n f l u e n t2 0 lw a s t e w a t e rp e rc y c l e ，h r t = 4 7 d ， 、l 太原理工大学硕士研究生学位论文 u s i n gt h ei n t e r m i tm i x e dm o d e a s3m i n u t e sp e rh o u r 2 、t h eb e s to p e r a t i o nc o n d i t i o no ft h es b rs y s t e m ：t e m p e r a t u r e = 2 0 ，s v i = 7 5 8 6 ，m l s s = 4 4 8 0 m g l ，i n f l u e n t p h = 6 5 7 5 ，2 4 h o u r s a s1 c y c l e ，i n p u t1 2 lw a s t e w a t e rp e rc y c l e ，h r t = 4 6 4 d ，i n f l u e n t m o d ea sd u m pf i l l ，m i x1 5h o u r sa ta n o x i cc o n d i t i o n ，t h e na e r a t i n g3 h o u r sa n ds t o p p i n ga e r a t i n g0 5h o u r sf o r5l i m e s ，n e x ta e r a t i n g3 h o u r s ，s e t t l i n g1 5h o u r sa n dd r a w i n g 0 5h o u r s 3 、c o n t r a s tw i t ht h es y s t e m1a n d2 ，t h es y s t e m3a n d4 ，t h em a i n d i s t i n c t i o nl i eo nt h es b rr e a c t o r t h a ti ss a yt h a t ，b a s e d0 1 1t h es y s t e m 1a n d3 ，t h er a ww a s t e w a t e rw a sa d d e da sc a r b o ns o u r c et ot h es b r r e a c t o ri nt h es y s t e m2a n d4 a d d i n gr a ww a s t e w a t e rt os b rr e a c t o r c a l li n c r e a s i n gi t sc o da n da m m o n i ai n f l u e n tl o a d ，w h i c hr e s u l ta d e c r e a s eo fr e m o v a lr a t eo ft h ec o da n da m m o n i ai ns b rr a c t o r t h o u g h i ti so n l yad e c r e a s eo ft h ec a l c u l a t i o nr e m o v a lr a t e w h i c hc a l l t a f f e c tt h er e m o v a lr a t ef o rc o da n da m m o n i ai ns y s t e m i no r d e rt o m e e tt h ed e m a n d so fd e n i t r i f i t e rf o rr e m o v et h en i t r o g e nt h r o u g h d e n i t r i f i c a t i o n r a ww a s t e w a t e rw a sa d d e dt os b rr e a c t o r t h i sl a w w a s t e l w a t e rh a s n tp l a yar o l ea sc a r b o nl e s o u r c ei ne x p e r i m e n t s ，s ot h e m e a n so fa d d i n gl a ww a s t e w a t e rd o e sn o tw o r kw e l l c o n t r a s t e dw i t ht h es y s t e m1a n d3 ，s y s t e m2a n d4 ，t h em a i n d i s t i n c t i o nl i e di nt h ea s b rr e a c t o r t h a ti s s a yt h a t ，b a s e do nt h e s y s t e m1 a n d2 ，t h ee f f l u e n to ft h es b rr e a c t o rw a sr e t u r n e dt ot h e v l 太原理工大学硕士研究生学位论文 a s b rr e a c t o ri ns y s t e m3a n d4 r e t u r n i n gt h ee f f l u e n to ft h es b r r e a c t o rb a c kt ot h ea s b rr e a c t o rn o to n l yt a k i n gt h ed i l u t i o ne f f e c t w h i c hc a nr a i s et h er e m o v a lr a t eo ft h ec o da n da m m o n i ai na s b r r e a c t o r ，b u ta l s oe n h a n c i n gt h e a n a e r o b i cd e n i t r i f i c a t i o na n dt h e a n a e r o b i ca m m o n o x i d a t i o ni ni t ，e v e n t u a l l yr e s u l t i n gm o r ee f f e c t i v e a m m o n i ar e m o v a l o v e r a l lc o n s i d e r a t i o n ，t h es y s t e m3 ，a s b r - - s b rs y s t e mw i t h t h ee f f l u e n to ft h es b rr e t u r nt ot h ea s b rw a ss t u d i e da st h eo p t i m u m d e t e r m i n a t es y s t e mt ot r e a tc o k e - o v e nw a s t e w a t c ru n d e rt h eo p e r a t e c o n d i t i o n si nt h i se x p e r i m e n t k e y w o r d s ：c o k e o v e n w a s t e w a t e r ，a m m o n i a ，a s b r ，t w o s t a g e s b r ，o p e r a t i o np a r a m e t e r v 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做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 法律责任由本人承担。 论文作者签名：狸茎日期： _ 2 蹦晒、嚣 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签名：摊茎日期：竺垦，1 8 导师签名：蔓毡迹导师签名：经坐：丝! 日期： 2 7 么，乡，雪 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 研究课题的提出 第一章绪言 1 1 1 研究课题提出的背景 8 0 年代是我国炼焦制气工业高速发展的阶段，在这一时期内，我国设计兴 建和改造了数十座焦化厂。n 8 0 年代末，全国每年产焦量已近亿吨，这些焦化 厂的建设对当地的经济发展起到了一定的促进作用。有些焦化厂还承担着向城 镇供应煤气的任务，给城镇居民的生活带来了许多方便，极大地改善了人们的 生活质量。但这些厂的建设也带来了一些环境问题，他们每年约排放出数千万 m 3 的含氨废水，使许多江河湖泊受到污染。焦化污水系毒性大、可生化性差的 一类污水，废水中含有氰、酚等类毒性物质，而这些焦化厂在设计建设时，焦 化废水处理技术尚不成熟，对含氨废水的处理技术还在研制开发之中，绝大部 分厂家仍采用普通生化处理技术，该技术对焦化废水中的挥发酚、氰等少数污 染物有一定的去除效果，对氨氮污染物则没有降解效果，这就使得排入水中的 氨氮严重超标。这些废水的排放对受纳水体造成了较大的污染，使受纳水体的 水质下降，影响了水体的功能。 目前国内外对焦化废水的处理作了大量研究，尽管一些工艺在一定程度上 能够满足焦化废水的处理要求，但还存在着不少缺点，如湿式催化氧化、光化 学氧化等技术，成本较高，可行性不强；a 0 法脱除氨氮比较成功，但多局限 于实验室研究，而且该工艺需要在反硝化阶段污泥回流，实际操作起来不够灵 活，对c o d - 去除效果也一般。 为了解决这一状况，必须开发出新的焦化废水处理工艺，使其既能满足脱 氮需求又可以在实际中应用。 1 1 2 研究课题的提出 间歇式活性污泥法( s b r 法) f 1 7 0 年代开始开发研究以来，至现在已经获 1 太原理工大学硕士研究生学位论文 得了广泛的应用。s b r 法是一种间歇运行的废水处理工艺，一个运行周期分为 五个阶段：进水、反应、沉淀、排水和闲置阶段。运行时，废水分批进入池中， 进水结束后，进行搅拌或曝气对废水中的有机物进行降解，停止搅拌和曝气后， 活性污泥絮凝体经重力沉降同上清液分离，之后将上清液排出池外，进入闲置 阶段等待下一个周期的开始。 。 在一个s b r 的运行周期中，各个阶段的运行时间、反应器内混合液体积的 变化以及运行状态等都可以根据废水的具体性质、出水质量及运行功能的要求 等灵活掌握。它工艺简单，运行费用低，污泥质量浓度高、活性强，耐冲击负 荷，能有效控制污泥膨胀，而且在s b r 反应池内厌氧、缺氧、好氧环境交替出 现，有利于难降解有机物的开环或断链。s b r t 艺不仅对有机物的去除率高， 而且能在不投加药剂的情况下达到脱氮、脱磷的效果。从其工艺特点来看，s b r 工艺适用于处理高浓度有机物的废水，且由于其生物反应系统兼具好氧和缺氧 作用，还可以对废水起到脱氮效果。 文献资料显示，s b r i 艺在脱氮应用方面的研究较多，但进水氨氮基本上 不超过1 0 0 m g l 。而目前焦化废水的氨氮浓度很高，因此没有现成的s b r _ 工艺 可借鉴。鉴于焦化废水难降解有机物的含量较高，试验采用a s b r 作厌氧预处 理。虽然厌氧法能提高焦化废水的可生化性，但厌氧处理后的出水中仍含有大 部分没有降解的有机物以及几乎全部无机物，如污水中高浓度的氨氮等，而氨 氮则需要通过好氧来去除。好氧s b r 反应器具有在同一反应器内实现有机物的 氧化、脱氮、除磷等多种功能的优点。因此，本课题提出把厌氧a s b r 和好氧 s b r 结合到一起，通过a s b r 与s b r 组合的二级s b r 系统处理焦化废水，达到高 效去除焦化废水中有机物和氨氮的双重目的。 1 2 研究的意义 一 随着近几十年经济的飞速发展，工业化程度越来越高，城市人口大幅度增 加，用水量越来越大，在水资源不足的情况下，我国的水污染是局部有所改善， 但整体仍在恶化l o 随着乡镇企业的发展和工业重心的转移，污染已经有由城 市向农村、由地表水受污染向地下水受污染转移的趋势。水利部门对全国7 0 0 余条大中河流进行检测，有近抛的河水受到污染，1 1 0 的河水因污染严重而失 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 去使用价值，更加重了我国缺水问题的严重性。 据调查 2 11 9 8 8 年全国废水排放量3 6 5 亿立方米，其中工业废水排放量为 2 6 8 亿立方米，占全国废水排放总量的7 3 ，因此，工业废水是目前我国水环 境污染的主要污染源。在工业废水的污染中，轻工、冶金、纺织、石油、化工 等行业尤为突出，其中焦化废水是造成污染的重要工业污染源之一。焦化废水 是含高浓度酚、氰的废水，成份复杂、多变，毒性大，处理起来难度较大。2 0 世纪7 0 年代，我国主要采用活性污泥法处理焦化废水，处理后只有酚和b o d 能 达到国家排放标准；8 0 年代，工厂普遍采用两段生化、延时曝气或强化生化( 如 生物铁、生物碳或投加生长素) 等方法处理焦化废水，处理后废水中的酚、硫、 氰化物、b o d 的去除率在9 0 以上，达到国家排放标准，但c o d 仍然在3 0 0 一 s o o m g ，l ，远远高于排放标准，而氨氮在生化处理过程中，除作为营养物质被 消耗掉很少的一部分外，几乎不被去除。为了保护水资源，氮污染的控制已成 为世界各国十分重视的一个问题，焦化废水的处理更不能只局限于有机物的去 除上，而是要同时考虑有机物和含氮化合物的去除。因此，寻求一种经济可行、 运行稳定的工艺来同时去除焦化废水中的有机物和氨氮具有积极的社会意义。 1 3 试验目的及研究内容和方法 试验的主体反应器是a s b r 和s b r ，试验的目的是确定反应器的最佳运行 控制参数和反应器组合的最佳脱氮流程，寻求提高焦化废水c o d 和氨氮去除率 的途径。 为达到试验目的，试验主要研究的内容如下： ( 1 浔求厌氧a s b r 反应器对焦化废水中c o d 和总氮去除率最高的运行控 制参数； ( 2 ) 寻求好氧s b r 反应器对焦化废水中c o d 和n h 3 一n 去除率最高的运行 控制参数； ( 3 ) 研究厌氧、好氧s b r 反应器在最佳运行条件下结合的单一a s b l 卜 s b r 流程对焦化废水中c o d 和n h 3 一n 去除效果； ( 4 ) 研究厌氧、好氧s b r 反应器在最佳运行条件下结合的s b r 中添加原污 水为碳源的a s b r - - s b r 流程对焦化废水中c o d 和n h 3 一n 去除效果； 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 5 ) 研究厌氧、好氧s b r 反应器在最佳运行条件下结合的s b r 出水回流入 a s b r 中的a s b r - - s b r 流程对焦化废水中c o d 和n h 3 一n 去除效果； ( 6 ) 研究厌氧、好氧s b r 反应器在最佳运行条件下结合的s b r 中添加原污 水为碳源，并且s b r 出水回流入a s b r 的a s b r - - s b r 流程对焦化废水中c o d 和 n i - 1 3 一n 去除效果； t r ， 。 ( 7 ) 通过试验流程的比较、调整和选择，确定出最佳的焦化废水脱氮处 理工艺。 。 本文将采用试验分析和理论分析推导相结合的方法进行分析。 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章反应系统 2 1a s b r 工艺 早期的厌氧生物处理重点是解决废水中的挥发性悬浮物体v s s ，处理效果 常以悬浮固体的液化( 水解) 为衡量标准。由于反应器中的厌氧污泥与废水废 料是完全混合在一起的，污泥在反应器里的停留时间( s r t ) 与废水废料的停 留时间( h r t ) 是相同的，污泥在反应器里浓度较低，h r t 又较长，故处理效 果较差。 2 0 世纪5 0 年代，在各种加热措施、搅拌设备被引进厌氧消化反应器的同时， s t a n d e r 就认识到了在产甲烷反应器中维持高生物量浓度的价值。1 9 5 5 年， s c i l r o c p 衄受好氧活性污泥法的启发，在连续搅拌反应器的基础上开发了由厌 氧消化池、沉淀池及污泥回流系统所组成的厌氧接触工艺。由于部分厌氧污泥 返回到反应器中，从而增大了反应器中厌氧污泥的浓度，使污泥的s r t - & 于废 水废料的h r t ，处理能力显著提高。随着生物发酵工程中固定化技术的发展， 基于微生物固定化原理的高速厌氧反应器( 即第二代厌氧反应器) 也得以发展。 根据c o u l t e r ( 1 9 5 8 年) 对厌氧生物滤池的构想，1 9 6 7 年y o u n g 和m c c a r t y 首次开发了厌氧生物膜法厌氧滤池( a n a e r o b mf i l t e r ，简称a f ) ，开拓了 厌氧法处理高浓度有机废水的新领域。1 9 7 4 年荷兰农业大学l e t t i n g a 等开发的 上流式厌氧污泥床( u p f l o w a n a e r o b e s l u d g e b e d ，简称u a s b ) 是目前应用 最广泛的厌氧处理工艺，在反应器内存在有大量的沉淀性能优良的厌氧颗粒污 泥，允许较大的上流速度和很高的容积负荷，可以用于处理几乎所有的有机废 水。随后的几年又相继出现了厌氧生物转盘、厌氧流化床、膨胀颗粒污泥床等 新型的厌氧反应器。 、 6 0 年代美国洲立大学民用建筑系r i c k e dr d a g u e 教授等人以寻求增加厌 氧活性污泥法中的生物量为目的，采用序批进料、反应器内部固体分离、上清 液序批排放的操作方式。借助生物絮凝作用及反应器内部高效的固体分离能 力，获得了较长的固体停留时间( s r t ) 和相对较短的水力停留时问( h r t ) ， 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 这种生物絮凝现象就是生物颗粒化的前身；r i c h i a r dr d a g u e 教授等人于1 9 6 6 1 9 7 0 年继续探寻保持和增加悬浮生长型厌氧生物反应器中生物量的方法。如自 然沉淀、化学凝聚、间歇搅拌等；于7 0 一8 0 年代又对厌氧活性污泥法处理动物 排泄物废液的可处理性及反应器运行参数和性能等问题进行了试验研究。以此 为基础，d a g u e 教授及其合作者5 ：9 0 年代初正式开发了厌氧序批式活性污泥法 ( a n a e r o b i cs e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) ，。i l p a s b r 3 】o ： 2 1 1 工艺原理 a s b r 的运行同s b i 卜样是周期序列间歇式运行的，每个周期经历进水、 反应、沉淀、出水四个阶段。具体工序见图2 一l 。 进水期 1 、进水期 图2 1a s b r 运行工序 f i g 一l t h eo p e r a t i n gp r o c e s s e so f a s b r j 废水进入反应器，由生物气循环搅拌或机械搅拌混匀，进水到预先满液线 为止。进水阶段使反应器内基质浓度骤然增高，眭t m o n o d 动力学方程可知，在 此条件下，微生物获得了进行代谢活动的巨大推动力。基质转化速率高。进水 体积由下列因素决定：设计的h r t 、有机负荷0 l r 及预料的污泥沉降特性等。 2 、反应期 ， 反应期是通过厌氧反应使废水中的有机物转化为生物气而得以去除。厌氧 。 ， 6 ， ， 太原理工大学硕士研究生学位论文 反应通过间歇搅拌的混匀方式进行，所需时间由下列参数决定：基质特征及浓 度，要求的出水质量、污泥( 生物团) 的浓度，反应的环境温度等。 3 、沉降期 停止搅拌后，让生物团在静止的条件下沉降，使之固液分离，形成低悬浮 固体的上清液。反应器此时变成澄清器，沉降时间可根据生物团的沉降特性确 定，典型时问在1 0 3 0 l l f i n 间变化，沉降时间不能过长，否则会因生物气的继 续产出而造成沉降颗粒重新悬浮。混合液悬浮固体浓度、进料量与生物团量之 比( f 力订) 是影响生物团沉降速率及排出液清澈程度的重要因素。 4 、排水期 充分的固液分离完成后，将上清液排出，排水体积等于进水体积。排水时 间由每次循环排水的总体积和排水速率决定。排水结束后，反应器将进入下一 个循环。 2 1 2 工艺特点 ( 1 ) 污泥易颗粒化，沉降性能好 由于出水时可以将沉淀性能不好的污泥一起排出，所以系统中的污泥整体 沉降性能较好，而且颗粒化过程较短，提高了处理废水的能力。对待个稳定 运行的s b r 系统而言，要想使出水水质达标，一个很重要的条件就是形成沉降 性能良好的颗粒污泥以保证处理末期良好的固液分离效果，进而取得好的出水 效果。 从基质降解动力学角度，a s b r i 艺会在处理周期的开始有个基质浓度 的瞬时升高，而在处理周期末，基质浓度达到最低，甚至是比个同等的连续 进水系统还要低，这就从理论上为a s b r i 艺能形成很好的颗粒污泥提供了依 据。国内外一些研究在添加颗粒活性炭的情况下，在两个月时问内即完成了颗 粒化过程，大大提高了处理废水的能力。 ( 2 ) 温度影响小，使用范围广 由于a s b r i 艺能有效地延长污泥停留时间，以及保证充分地泥水混合， 所以受温度的影响小，对温度有较好地适应性，能在5 6 5 范围内处理各种 高浓度和低浓度有机废水m n l ，从而打破了常规厌氧法只能在1 8 以上处理高 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 浓度有机废水( c o d 1 0 0 0 m g l ) 的局限，扩充了厌氧法处理废水的使用范围， 使得除了在常温、高温下处理废水，还能在低温下有效处理高低浓度废水，因 此有良好的应用前景。 ( 3 ) 布水简单。易于设计、运行 在- u a s b 、a f 等工艺中布水设计的好坏直接影响到厌氧工艺的成功与否， 因而设计难度大，并成为各个公司的商业机密。而a s b r i 艺进水是序批式进 水，所以无需复杂的布水系统，也就不会产生所谓的断流、短流的影响，使得 反应能够稳定进行，降低了设计难度，也保证了处理的效果。 ( 4 ) 耐冲击，适应性好，出水水质稳定 完全混合式反应器比推流式反应器的耐冲击负荷以及处理有毒或高浓度 有机废水的能力强。a s b r 反应器在反应期内本身的混合状态属于典型的完全 混合式，加之反应器内有较高的污泥浓度，所以具有反应推动力大，耐冲击负 荷及适应性强的优点。有研究证明1 1 2 - 1 6 1 ，a s b r 法通过单、并或串连的方式对 间歇排放且流量与水质波动较大的废水，对连续排放的高浓度和低浓度废水， 及一些有毒废水如苯酚废水等，均能取得很好的处理效果。 ( 5 ) 工艺简单，操作灵活 a s b r 法的主体工艺设备，只有个间歇反应器，同传统的厌氧工艺相比， 此反应器集混合、反应、沉降等功能于一体，不需要额外的澄清池，不需要液 体或污泥回流装置，简化了设计，再加上现代自动控制技术的发展，控制设备 的设计制造成本大为降低，使得a s b r 法具有工艺简单、结构紧凑，占地面积 少，建设费用低的优点。 另外，a s b r 法栊行操作过程中，可根据废水水量、水质的变化，通过 调整一个运行周期中各个工序的运行时间及h r t 、s r t 而满足出水水质的要求， 具有很强的操作灵活性和处理效果稳定性。 2 2s b r 工艺 序批式活性污泥法( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ，简称s b r ) 是近年来在国 内外被广泛研究和应用的一种污水生物处理技术，目前已有一些生产性装置在 运行之中1 1 7 1 0 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 其实，s b r i 艺并不是一种新的污水处理技术。最初的活性污泥工艺采用 间歇式，称之为f i l 卜a n d d r a w ( 充排式) 系统。1 8 9 3 年w a r d l e 处理生活污水 所采用的就是这种充排式工艺。1 9 1 4 年，a r d e n 和l a c k e t t 首次提出活性污泥法 这一概念时，采用的也是这种系统。第一座生产规模的活性污泥法污水处理厂 采用的依然是充排式的运行方式，并且证明可以达到很好的处理效果。但由于 当时的曝气头易堵塞和自动监控水平较低，特别是后来由于城市和工业废水处 理规模趋于大型化，使得间歇式活性污泥法逐渐被连续式活性污泥法所代替， 因此，s b r 法处理工艺在当时未能得到推广应用。近年来，随着新型曝气装置 的出现和自动化控制技术的提高为s b r t 艺的再度深入研究和应用提供了有 利的先决条件n 8 l o 1 9 5 5 年，h o o v e r 和p o r g e s 用s b r 法处理牛奶废水取得成功。7 0 年代初，美 国n a t r ed a m e 大学教授r i r v i n e 采用实验室规模装置对s b r 工艺进行了系统的 研究1 1 9 1 ) 并于1 9 8 0 年在美国国家环保局( u s e p a ) 的资助下，在印第安纳州 的c u l v e r 城改建并投产了世界上第一个s b r 法污水处理厂。此后，日本、德国、 澳大利亚和法国等国都对s b r 处理工艺进行了应用研究。澳大利亚是应用s b r 法最多的国家之一，目前已建成s b r 法污水处理厂6 0 0 多座。法国的d e g r e m e n t 水处理公司还将s b r 反应器作为定型产品供小型污水处理站使用。 我国是近十多年来才开始对s b r i 艺进行研究的。1 9 8 5 年，上海市市政设 计院为上海吴淞肉联厂设计投产了我国第一座s b r 污水处理站，设计处理水量 为2 4 0 0 t d ，经过几年的实际运行表明了其良好的处理效果。湖南省湘潭大学于 1 9 8 9 年完成了对s b r i 艺处理啤酒废水的中试研究工作，并对s b r i 艺的运行 稳定性及工艺特性进行了系统的研究。随后上海同济大学等单位也相继对s b r 的硝化脱氮效能进行了一定的研究。 2 2 1 工艺原理 s b r i 艺是一种结构形式简单、运行方式灵活多变、空间上完全混合、时 间上理想推流的污水生物处理方法。它的运行工况是以间歇操作为主要特征。 所谓序列问歇式有两种含义：一是运行操作在空间上按序列排、间歇的，整个 系统要由两个池或多个池子组成；二是每个s b r 的操作在时间上也是按次序排 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 的、间歇的。一个运行周期按次序分为五个阶段：进水、反应、沉淀、排水和 闲置阶段，具体见图2 _ _ 2 。 苜由目苜目 图2 2s b r 运行 - t - 序 f i g 2 2 t h e o p e r a t i n g p r o c e s s e s o f s b r 1 、进水期 进水期是反应池接纳污水的过程。进水所需的时间随处理规模和反应器容 积的大小以及所需处理的污水水质而定。 在向反应器充水的初期，反应器内液相的污染物浓度是不大的，但随着污 水的不断投入，s b r 反应器内泥水充分混合，活性污泥也不停的进行对污染物 的吸附、吸收和氧化作用。随着液相污染物浓度的不断提高，这种吸附、吸收 和氧化作用也随之加快，如果在进水阶段向反应器中投入的污染物数量不大或 污水中的污染物浓度较低，则所投入的污染物能被及时吸附和氧化降解，整个 运行过程将是稳态的，但这种情况在s b r i 艺的实际运行过程中很少会出现， 通常在s b r i 艺中，污水向反应器投入的时间比较短，单位时间内反应器投入 的污染物数量比连续式活性污泥法大，而且投入速度也大于活性污泥的吸附、 吸收和生物氧化降解速度，从而造成污染物在混合液中的积累。 为克服有毒污染物对处理过程的影响或污染物积累过多而造成对后续的 反应过程产生不利的影响，应注意控制充水时间的长短，污水浓度越高，污染 物毒性越大，其相应的充水时问应较长些，以防止对活性污泥微生物的抑制作 用。根据开始曝气的时间与充水过程时序的不同，可分为限制曝气、非限制曝 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 气和半限制曝气三种。限制曝气是指在进水时不曝气，并尽量缩短进水时间， 因为进水历时越短，进水结束后或反应开始时混合液基质浓度将越高，整个反 应过程中基质浓度梯度大，可以增大反应期内的反应速度，这种限制曝气方式 适合于处理无毒性的污水。非限制曝气是在进水的同时进行曝气，这样，在进 水期便可以降解一部分基质，避免发生初期基质在混合液中过渡的积累，对反 应过程造成抑制，这种非限制曝气方式适合于处理有毒且基质浓度较大的污 水。半限制曝气是在进水的后半期进行曝气，是介于限制曝气和非限制曝气之 问的一种运行方式12 0 。 2 、反应期 反应期是在进水期结束后或s b r 反应器充满水后，进行曝气或搅拌以达到 对有机污染物进行生物降解的目的。在s b 贩应器的运行过程中，随反应时间 的延续，反应器内的基质浓度由高到低，微生物经历了对数生长期、减速生长 期和衰减期，其降解有机物的反应速率也相应地由零级反应向一级反应过渡。 反应器中的生物相较复杂，微生物的种类繁多，它们交互作用，强化了工艺的 处理效能。另外，在s b r 反应器内存在个污染物的浓度梯度，i l p f m 梯度， 它也是按时问序列变化的。 对于整个系统而言，s b r 处理工艺是严格地按推流式进行的。上一个运行 周期内进入反应器的污水与下一个运行周期内进入反应器的污水是互不相混 的，即是按序批的方式进行反应的。因此s b r 处理工艺是一种运行周期内完全 混合，运行周期间序批