（环境工程专业论文）城镇小区生活废水厌氧—好氧处理的实验研究.pdf

天津科技大学硕十学位论文 摘要 本文以强化厌氧过程，达到降低城镇小区生活废水处理成本为目标开展了 厌氧生物滤池好氧曝气连续处理废水的研究，并以此设计实验分别对校园生 活废水、啤酒麦芽加工废水、屠宰废水和水产品加工废水进行处理，记录实验处 理结果并进行分析。结果表明：对于校园生活废水，在经过厌氧生物滤池6 h 处 理后，连续好氧处理1 h 即可去除c o d 达8 0 以上，能够满足国家相关废水排 放标准。 厌氧处理装置使用下流式厌氧生物滤池，其中菌胶团以生物膜的形式附着 在填料上，进水从反应器顶部注入。在滤池内使用5 r 眦1 0 r t m l 的炉渣作为填 料，并设计有监测孔用于分析滤池内不同高度的水样特性。 在好氧处理装置中设计有反应池、沉淀池和污泥再生池，通过气提装置使 污泥自动从沉淀池回流到再生池，节省了潜污泵并降低了动力消耗。同时，好氧 处理采用吸附再生工艺，降低了污泥膨胀发生的可能。 由于采用了厌氧生物滤池和好氧曝气处理相结合的方法处理废水，提高了 处理能力并降低了好氧处理所需的时问。同时，此方法对废水水质具有更宽的适 应性。本文中介绍的实验装置基建费用省，动力消耗低，可大大降低废水处理成 本。 实验中在厌氧生物滤池内添加了除臭菌，可大大减少厌氧过程中不良气味 的产生，有效的避免了处理过程中气味的二次污染：在好氧反应池内添加了以自 养细菌为主的优势菌，以促进硝化反应，在保持氨氮去除率的同时减少好氧处理 时间，降低废水处理成本。 关键词：生物滤池、厌氧处理、好氧处理、优势菌 a b s t r a c t a b s t r a c t i n p r e s e n td i s s e r t a t i o n ，r e s e a r c h w o r kt a r g e to nr e d u c i n gt h ec o s to fl i v i n g w a s t e w a t e rt r e a t m e n tc a m ef r o mc i t i e sa n dt o w n sw a sc a r r i e do u tu s i n ga n a e r o b i c b i o l o g i c a lf i l t e r a e r o b i ca e r a t i o nc o n t i n u o u st r e a t m e n tm e t h o d e x p e r i m e n tu p o n v a r i o u sw a s t e w a t e rw h i c hc a l n ef r o mc a m p u sl i v i n g ，b r e w e r ym a l tp r o c e s s i n g ， a n i m a ls l a u g h t e r i n ga n d a q u a t i cp r o d u c tp r o c e s s i n gw a s d e v i s e da n dc o n d u c t e d b a s e d o dr e s u l ta n a l y s i s ，t h ed e c r e m e n to fc o do fc a m p u sl i v i n gw a s t e w a t e rm a ye x c e e d 8 0 a f t e r6 ho fa n a e r o b i cb i o l o g i c a lf i l t e rt r e a t m e n ta n dl ho fc o n t i n u o u sa e r o b i c a e r a t i o n ，w h i c hs a t i s f i e dt h es t a n d a r do f n a t i o n a lw a s t e w a t e rd i s c h a r g i n g d o w ns t r e a ma n a e r o b i cb i o l o g i c a lf i l t e rw h e r ew a s t e w a t e rp o u r e df r o mt o pw a s u s e da sa n a e r o b i cp r o c e s s i n gd e v i c ei nw h i c hb a c t e r i ac o l l o i dw a sf o u n do np a d d i n g i nb i o l o g i c a lm e m b r a n ef o r m s a m p l i n gh o l e sd e s i g n e dt oa n a l y s i st h ec h a r a c t e r i s t i c o fd i f f e r e n ta l t i t u d ew a t e rw a so p e n e do nt h ef i l t e ri nw h i c hs l a gw i t l ld i a m e t e ro f 5 m m - 1 0 m mw a su s e da sp a d d i n g r e a c t i o np o o l ，s u b s i d e n c ep o o lm a ds l u d g er e n e wp o o lw a sd e s i g n e di na e r o b i c p r o c e s s i n gd e v i c e ，i n w h i c h g a s l i f t u n i tw a su s e dt ol e a d s l u d g e r e f l u xf r o m s u b s i d e n c ep o dt or e n e wp 0 0 1 i nt h i sd e v i c e ，u n d e r w a t e rp u m pc a nb ec u td o w nt o r e d u c e p o w e rc o n s u m e t h ep r o b a b i l i t y o fs l u d g ee x p a n s i o nw a sa l s or e d u c e d b e c a u s eo f t h ea d s o r p t i o n - r e n e w t e c h n i q u e b e n e f i tf r o mt h ea n a e r o b i c b i o l o g i c a l f i l t e r a e r o b i ca e r a t i o nc o m b i n a t i o n t r e a t m e n t ，t h ec a p a c i t yo fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tw a sr a i s e da n dt h et i m eo f a e r o b i c p r o c e s s i n gw a s r e d u c e d t h i sm e t h o da l s oe x t e n d st h ea d a p t a b i l i t yo fv a r i o u sk i n do f w a s t e w a t e r ，w h i c h c a r l g r e a t l y c u td o w nt h ec o s to fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tb y r e d u c i n gt h ep o w e rc o n s u m p t i o n d e o d o r i z a t i o nb a c t e r i aw e r ea d d e di n t ot h ea n a e r o b i cf i l t e rt or e d u c et h ef o u l s m e l lp r o d u c t i o ni na n a e r o b i cp r o c e s s ，a n dt oa v o i ds e c o n d a r ys m e l lp o l l u t i o ni nt h e t r e a t m e n tp r o c e s s s u p e r i o rb a c t e r i aw e r ea d d e di n t ot h ea e r o b i cr e a c t i o np o o lt o a d v a n c et h en i t r i f i c a t i o nr e a c t i o nw h i c hs a v e st h ea e r o b i cp r o c e s st i m e a n ，dr e d u c e s t h e c o s to fw a s t e - w a t e rt r e a t m e n tw l f i l e k e e p i n gt h ed i s l o d g e r a t eo fa m m o n i am a d n i t r o g e n ， k e yw o r d s ：b i o l o g i c a lf i l t e r ，a n a e r o b i cp r o c e s s ，a e r o b i cp r o c e s s ，s u p e r i o rb a c t e r i a 天津科技大学硕士学位论文 l 1 水资源概述 第1 章引言 水是生命之源，是人类赖以生存的基本条件，这是人类的共识。但是长久 以来，由于人类对水资源缺乏足够的重视，使得人类目前正在面临严重的水资源 危机。 联合国的数据表明，上一个世纪全球用水量增长了6 倍，是同期人类人口 增长的2 倍之多，快速增长的水需求造成人类有史以来最严重的用水危机。目前 世界上有4 0 的人口面临严重的水资源短缺，其中1 2 亿人口无法获得安全的饮 用水，2 4 亿人口的生活用水没有经过有效的清洁处理；每年死于与水有关的疾 病的儿童达2 0 0 万人；在一些最贫困的国家，由于无法获得足够的清洁用水，1 ，5 的儿童因感染与水有关的疾病在5 岁之前就离开了人世。下一个1 0 年，全球会 有1 0 亿人为获得安全而清洁的水资源而苦苦挣扎i 】。 不仅如此，不断增加的水污染和不合理用水加剧了水资源的危机。目前全 球地下水位正在逐步下降，很多河流干枯，陆地淡水湖湖面急剧缩小，因争夺水 资源而引起的地区冲突越来越普遍。到2 0 2 5 年，全球城镇人口将是现在的两倍， 达到4 0 亿，而同期生活和工业用水根本无法达到相应的水平，因此全球人口用 水的品质将明显下降，人类面对的水资源危机将愈来愈严重【2 】。 我国的淡水资源并不丰富，年平均降水量为6 1 9 万立方公里，折合降水深 6 4 8 m m ，年径流量为2 6 0 0 立方公里，占全球陆地总径流量的5 5 ，居世界第五 位。但人均占有2 3 0 0 立方米，不足世界人均水平的i 4 ，居世界第1 1 0 位，被列 为世界1 3 个人均水资源缺乏的国家之一。此外，我国人口每年净增约1 5 0 0 万， 经济和消费水平几年翻一番，对水量需求越来越大1 3 。在全国6 0 0 多座城市中有 3 0 0 多座城市缺水，较严重的有1 1 0 多座，不同程度地影响城市工业和居民的生 活 4 】。 1 2 废水处理的应用与前景 我国水资源在紧缺的同时却存在着用水浪费的现象，水资源的有效利用率 只有1 6 。中国造纸业生产一吨纸需消耗4 0 0 5 0 0 吨水，而在欧共体国家只需 第1 章引言 5 2 0 0 吨水，中国的农业作为最大的水用户，消费更是惊人，流经其灌溉系统 6 0 的水被浪费掉嘲。我国已将每年5 月9 目至1 5 目定为节水宣传周，党的十五 大提出“资源开发和节约并举，把节约放在首位”的可持续发展战略方针。要在 全社会形成节约水资源光荣，浪费水资源可耻的公德，人人都要树立水资源是有 限的，有价值的新观念，养成爱惜水、爱护水和节约水的优良习惯。 在全民节水的同时，做好废水的处理与回收工作也具有及其重大的意义。 1 3 各种废水处理方法介绍 废水处理是指通过各种相应措施，对污水中所含的污染物质加以分离或转 化，从而起到减轻污染、保护环境的目的。根据废水处理中使用的各种技术手段 处理原理的不同，可将废水处理技术分为物理法、化学法和生物法旧。 物理法是指利用物理作用，如重力，将废水中呈悬浮状态的污染物质分离。 物理法可分为重力分离、气浮、反渗透、离心分离等。 化学法是指利用化学反应作用，如聚合，将废水中的污染物质分离、转化。 化学法可分为混凝沉淀、中和、氧化还原等。 生物法是指利用微生物的降解作用，使废水中的有机污染物转化、吸收。 生物法可分为厌氧处理工艺和好氧处理工艺。典型的厌氧处理工艺包括厌氧滤 池、上流式厌氧污泥床反应器( u a s b ) 、厌氧序批式反应器( a s b r ) 、流化 床等；好氧处理工艺包括活性污泥法、a b 法、生物膜法、氧化沟法等 7 1 。 一2 天津科技大学硕士学位论文 2 1 实验目的 第2 章实验目的与方法 目前国内外已有多种处理生活废水的技术，在本文提出的实验中，通过生 物滤池与好氧相结合的方式处理多种废水，包括生活废水、工业废水、农副业废 水，目的是寻找一种高效、低成本处理各种中、低浓度废水水质的方法。 本文研究的主要废水处理对象为城镇小区生活废水，并兼顾其它中、低浓 度工业、农业废水。通过对生活废水的处理，使出水水质符合国家杂用水水质标 准，达到浇灌、绿化、冲厕的目的。 使用生物滤池与好氧处理相结合的方法处理中低浓度废水是种低成本处 理废水的方法，这是因为使用生物滤池处理废水不需要耗费能源，而且好氧运行 期间的费用极低，同时前期的厌氧处理有效的缩短了好氧处理时间及处理强度。 传统的废水处理方法只能针对某种废水水质进行处理，当进水水质变化较 大时，处理效果会明显降低。在本实验中，希望通过生物滤池技术做到各种进水 水质的自适应，是种宽适应性的废水处理方法。 2 2 实验方法 在本实验中，采用生物滤池好氧连续处理的方法处理废水。废水原水 首先进入生物滤池，进行厌氧处理；经生物滤池处理的废水随即流入好氧处理池， 进行好氧处理。由于生物滤池的出水与好氧处理的进水相连接，因此本实验属于 生物滤池好氧连续处理。 实验的主要处理对象为城镇小区生活废水，在实验中，使用校园生活废水 代替城镇生活废水进行处理。由于校园生活废水与城镇生活废水水质相近，故此 实验的结果也适用于城镇生活废水。同时，由于生活废水的排放都具有阶段性， 每天不同时段废水的排放量变化较大，所以要求废水处理装置具备一定的耐冲击 一3 第2 章实验目的与方法 能力，故在实验中采用非持久连续的进水方式模拟生活废水的排放特点。 在实验中使用位于高位水槽与生物滤池中的阀门控制整个系统的进水。在 实验中首先打开阀门进水，使厌氧滤池系统达到稳定运行状态，然后关闭阀门， 降解厌氧生物滤池中的废水。达到预定的厌氧处理时间( h r t ) 后，打开阀门， 使经过厌氧生物滤池处理的废水进入好氧反应池进行好氧处理。 通过阀门控制厌氧生物滤池出水流入好氧反应池的流量，从而控制废水在 好氧池中停留的时间( h i u ) 。 在实验的厌氧处理和好氧曝气阶段，分别加入不同的菌种，以达到改善处 理效果的目的。厌氧处理阶段加入的菌种主要为除臭菌，可以降低厌氧滤池出水 的臭味；好氧曝气阶段加入的菌种主要为硝化菌，用于加强好氧阶段硝化反应， 控制出水的氨氮含量。 4 一 天津科技犬学颁士学位论文 3 1 实验原理 第3 章生物滤池实验 生物滤池处理是本实验中废水处理的第一步，也是最重要的一步。生物滤 池处理效果的好坏，直接影响了最终处理结果。 厌氧消化( 或称厌氧发酵) 是一种普遍存在于自然界的微生物生化反应过 程。凡是有水和有机物存在的地方，只要供氧条件不好或有机物含量多，都会发 生厌氧消化现象，使有机物经厌氧分解而产生c i - h ，c 0 2 和h 2 s 等气体。最常发 生厌氧消化过程的地方有：( 1 ) 沼泽淤泥；( 2 ) 海底、湖底和江湾的沉积物；( 3 ) 污 泥和粪坑：( 4 ) 牛及其它一些反刍动物的瘤胃；( 5 ) 废水及污泥的厌氧处理构筑物。 厌氧消化虽是一种普遍存在于自然界的微生物过程，但对参与这一过程的 微生物却研究和认识得不很深入。其原因有：( 1 ) 厌氧消化是一种多菌群多层次 的厌氧发醇过程，种群多，关系复杂。难于弄清楚；( 2 ) 有些种菌群之间呈互营 共生性，分离鉴定的难度大；( 3 ) 厌氧条件下培养分离和鉴定细菌的技术复杂。 虽然生物滤池内厌氧降解的化学、生物化学和微生物学过程相当复杂，但 是可以综合为三个概念性的步骤1 8 , 9 , 1 0 1 ： 1 1 颗粒态有机物质水解成为溶解性基质。 2 ) 溶解性基质发酵产生乙酸、c 0 2 和h 2 。 3 ) 乙酸、h 2 和部分c 0 2 转换成为甲烷。 滤池中的微生物群落主要是原核性的，包括细菌和古细菌。在厌氧降解的 第一步中，大的不溶性有机物被溶解、大的溶解性有机物分子变为小分子。进行 溶解和使分子变小的是水解反应，由细菌分泌产生的胞外酶催化进行。在实际过 程中，还包括许多种酶类。如纤维素酶、淀粉酶和蛋白酶等。这些酶是由发酵性 细菌产生的，是第二步酸解的重要组分。 酸解由细菌类微生物完成。氨基酸和糖通过发酵反应被降解，其中有机化 合物既是电子供体又是电子受体。反应的产物是可降解性中间产物，如丙酸和丁 酸以及甲烷的直接前体物，如乙酸和h 2 。 酸解反应的产物，乙酸和h 2 ，被属于古细菌的产甲烷菌所利用，形成甲烷 5 第3 章生物滤池实验 气体。有两类产甲烷菌参与了反应：( 1 ) 分解乙酸的甲烷菌，将乙酸分解为甲烷 和c 0 2 ：( 2 ) 氧化h 2 的甲烷菌，将c 0 2 还原。 在滤池中厌氧反应的第三个步骤中，分解乙酸的产甲烷反应是其中最重要 的反应，它产生的甲烷约为7 0 。厌氧滤池中可能出现两种主要的分解乙酸产甲 烷菌：m e t h a n o s a r c i n a 和m e t h a n o s a c t a 。其中m e t h a n o s a r c i n a 生长速度非常快， 但对乙酸亲和力不高，相反，m e t h a n o s a e t a 生长较慢，但乙酸亲和力较高【1 2 1 。 从生态学的角度来看，厌氧消化系统有稳定系统和不稳定系统的区分。上 面已提到，厌氧消化是多菌群多层次的混合发酵过程，构成了一个复杂的生态系 统。当进行间歇性发酵( 一次性加料发酵) 时，随着最初基质的不断向中间产物 转移，生活在其中的微生物组成及优势种群也随之不断更替，因而形成了一个不 稳定的生态系统。当进行连续发酵( 连续进料和排料) 时，由于基质组成和环境 条件的基本固定，微生物组成和占优势种群相对稳定，从而会形成一个比较稳定 的生态系统。只有稳定的厌氧消化生态系统能给我们提供一个比较理想的研究厌 氧消化微生物种群的场所。但实际上，由于发酵原料的组成和控制发酵条件的千 差万别，以及接种物的来源各不相同，致使许多研究人员提供的有关厌氧消化微 生物种群的资料不尽一致，有时还有相互矛盾之处【1 3 1 。 同好氧处理不同，厌氧生物处理主要依靠的是厌氧菌对有机物进行降解。 厌氧生物处理作为一种既有效、简单又费用低廉的污水处理技术，把废水的处理 和能源的回收利用相结合，因此，从微生物过程的基本特征出发，分析应用厌氧 生物处理技术净化各种不同水质废水的可行性，具有一定的现实意义。 同好氧处理过程相比，厌氧生物处理具有工艺稳定、剩余污泥处置费用低、 补充氮、磷营养的费用低、占地面积小、运行简单、可以降解好氧过程中不可生 物降解物质等显著优点。同好氧处理技术相比，厌氧工艺的有机负荷是好氧工艺 的5 l o 倍、厌氧工艺中合成生物量为好氧工艺的5 2 0 、厌氧工艺中营养 的需求量仅为好氧工艺的5 2 0 、厌氧生物体的活性可保持数月甚至数年而 无严重衰退4 】。同时，好氧处理每去除1 0 0 0 k g c o d 耗电5 0 0 1 0 0 0 k w h 而厌氧 无曝气能耗：相反，厌氧每去除1 0 0 0 k g c o d 还能够产生甲烷，能量为 t 2 6 6 0 0 0 0 k j 【l 习。因此，厌氧处理技术越来越被人们所接收。 生物滤池技术是由英国科学家c o r b e t c 在1 8 9 3 年首创，随后广泛使用的 种低能耗、高效率污水处理技术。厌氧生物滤池是一种内部填充有微生物载体 6 天津科技大学硕二l 学位论文 的厌氧生物反应器。厌氧微生物部分附着生长在滤池内的填料上，形成厌氧生物 膜，部分在填料空隙间处于悬浮状态。污水流过被淹没的填料，污水中的有机污 染物被降解。 厌氧生物滤池按其中水流的方向分为两种主要的形式，即下流式厌氧固定 膜反应器( d s f f ) 和上流式厌氧滤池( a f ) ，统称厌氧生物滤池。在d s f f 和 a f 系统中，均采用了不同的支撑填料，在厌氧生物滤池内填料是固定的。废水 从上( 或下) 进入反应器内，逐渐被细菌水解、酸化转化为乙酸和甲烷，废水组 成在反应器的不同高度逐渐变化。因此微生物种群的分布也呈现规律性，在上部 ( 或底部) ，发酵菌和产酸菌占有最大的比重，随水流的方向，产乙酸菌和产甲 烷菌逐渐增多并占主导地位。近年来又出现了一种厌氧复合床反应器。实际上是 u a s b 反应器和厌氧生物滤池的一种复合型式，特点是减小了滤料层的厚度，在 池底布水系统与滤料层之间留出了一定底空间，以便悬浮状态的絮状污泥和颗粒 污泥能在其中生长、累积【1 1 ，当进水依次通过悬浮的污泥层及滤料层时，其中有 机物将与污泥及生物膜上的微生物接触并得到稳定。 在本实验中，采用的是下流式厌氧生物滤池，其中菌胶团以生物膜的形式 附着在填料上，迸水从反应器顶部注入。该反应器由于使用了竖直排放的填料， 其间距宽，装置不易堵塞，因此能处理含有相当高的悬浮性固体的废水，这是上 流式厌氧滤池所不能达到的。 3 , 1 3 国内岁 发展 目前国内外使用生物滤池处理废水的技术已月趋成熟。8 0 年代初以来，生 物滤池在美国、加拿大等国已被广泛用于处理各种不同类型的废水，最大的滤池 容积达1 2 5 0 0 m 3 ，多数在中温条件3 0 3 8 下运行，有机负荷0 1 1 5k gc o d f m 3 d ) 不等，c o d 去除率在6 0 9 5 的范围内变动 1 司。 在美国化学工程研究所7 1 届年会上，t a y l o r 和b u r m 报道了美国工业上使 用的第一个上流厌氧生物滤池处理5 0 0 m 3 d 淀粉废水【1 9 】。该处理装置设计采用2 个直径为9 2 m 、高度为6 1 m 的木板制厌氧滤池。每个滤池的体积是3 8 0 m 3 ，有 效体积是1 5 0 m 3 。在底部填充粒径为5 7 c m 石块到一半高度，然后用2 5 c m 石块填充上鄱的一半。在滤池顶部是气体收集室。 厌氧消化和接触工艺的一般容积负荷在4 5 k g c o d ( m 3 d ) 以下。厌氧滤 池在处理溶解性废水时负荷可高达5 1 5 k g c o d ( m 3 d 1 ，是公认的早期高效厌 氧生物反应器，它采用了生物固定化技术，使污泥在反应器内的停留时间( s r t ) 第3 章生物滤池实验 极大的延长【2 0 】。2 0 世纪8 0 年代以来，一批生产性的厌氧生物滤池投入了运行。 厌氧生物滤池在美、加等国已被广泛应用于各种不同类型的废水，包括生活污水 及c o d 浓度为3 0 0 2 4 0 0 0 m g l 的各种工业废水，处理厂规模也不同，最大的 厌氧生物滤池容积达1 2 5 0 0 m 3 。我国河北轻化工学院在石家庄第一制药厂成功的 应用了升流式混和型厌氧生物反应器处理维生素c 废水，哈尔滨建筑工程大学 也采用同样的反应器处理乳品废水，都取得良好的效果。 3 2 实验材料与方法 本实验中所用到的实验材料主要包括 生物滤池中添加的菌群。 待处理的废水原水。 3 2 1 1 菌群的带| 恪 基础培养基制备时使用n h 4 c 10 7 5 9 ，n a h c 0 3i g ，k 2 h p 0 40 , 5 9 ，c h 3 c o o n a 1 7 5 9 ，m g c l 2o 4 9 ，n a c l2 9 ，蒸馏水1 0 0 0 m l 。在p h 为7 0 7 5 ，11 3 | 。c 条件下 高压灭菌3 0 分钟。 碳源为葡萄糖或柠檬酸、苹果酸、甘露糖醇、安息香酸、乙酸钠、乙醇等。 氮源为氯化铵0 7 5 9 l 。矿物质为硫酸锰2 5 6 i tg l ，硫酸铁2 5 m g l ，氯化钴 1 4 m g l 。 采用k 2 h p 0 4 与k h 2 p 0 4 缓冲液法，培养1 4 天，使培养液在发酵后的一星 期内始终保持p h 值在7 0 7 4 范围内，直至1 0 天后才升到8 5 ，用2 0 苹果酸 滴加，调整p h 至7 0 左右。 为了降低厌氧出水的臭味，避免二次污染，实验中向生物滤池中添加了除 臭菌。除臭菌能够在厌氧条件下利用多种简单有机物作为供氢体和碳源，耐受高 浓度有机物，对部分大分子有机物具有很强的降解能力。 实验中添加的优势菌种主要是除臭菌和硝化菌，这两类菌种的培养是本课 题小组经过长期科研攻关的成果，已经在很多水处理项目中运用并取得显著的处 理效果，这次将其投加在生物滤池及连续好氧反应中是一次较新的尝试。 8 天津科技大学硕士学位论文 在本实验中选取了如下废水原水作为实验材料 校园生活废水 啤酒麦芽加工废水 屠宰废水 水产品加工废水 各种废水原水的水质如表l 所示。 表1 实验用原水水质 原水水质c o d c , ( r a g l ) b o d s ( r a g l )浊度( n t u )p i - i 生活废水3 0 口击0 09 口v 3 5 02 0 0 - - 4 0 07 3 8 i 屠宰废水7 0 0 1 5 0 03 0 ( 0 , - 7 0 04 0 0 7 0 07 5 8 5 啤酒麦芽加工废水7 0 0 1 0 0 04 5 0 6 5 01 2 1 8 05 0 - - 6 0 l水产品加工废水2 0 07 0 一1 0 01 2 0 五o o7 0 刁9 1 一高位水槽2 一生物滤池 9 一 第3 章生物滤池实验 图中1 为高位槽，2 为生物滤池。 实验装置中生物滤池的容积约为1 2 0 l ( 有效容积为1 0 0 l ) ，上下布有直径 为1 5 m m 的p v c 管路数条。该滤池为下流式生物滤池( d s f f ) ，由于采用了生 物固定化技术，使污泥在反应器内的停留时间( s r t ) 极大延长。内部选用优质 炉渣作为填料。炉渣具有比较大的比表面积，有利于微生物附着挂膜及增大微生 物与污水的接触面积。滤池下部的炉渣粒径较小，为4 5 m r n ；上部的炉渣粒径 较大，为8 1 0 m m ，这样可有效的减少滤池被堵塞的可能性。滤池顶部为保温 层，可种植草坪、花木等植物，主要起绿化、美观的作用。 滤池内有一根排气管，可以将厌氧产生的甲烷、二氧化碳等气体通过收集 系统从生物滤池中逸出。甲烷逸出减少了废液的化学需氧量，使其中的可生物降 解有机物稳定化。如果没有甲烷产生，c o d 减少的就非常少，只是与h 2 的逸出 有关。滤池的出水经过后续处理装置进行好氧处理，然后排放。 3 2 2 1 填料粒径的选择及砂溏装置 在生物滤池中，选用炉渣作为填料。炉渣的粒径越小，对废水中固体悬浮 物的截留过滤作用越明显。因此，生物滤池下部宜采用粒径较小的炉渣。但是在 滤池内也不能全部采用小粒径的炉渣，原因是粒径小的炉渣易造成堵塞，致使水 流速度减慢，处理效率降低。故在本实验中生物滤池上部采用了粒径较大的炉渣。 实验证明，滤池上部采用粒径为8 - 1 0 r a m 的炉渣，滤池下部采用粒径为 4 5 m m 的炉渣，可以有效的防止滤池堵塞的可能，并具有良好的处理能力。 当然合理的填料粒径分布也不能避免长时间废水中固体悬浮物在填料上的 积累，为了延长生物滤池的处理周期，实验中在废水进入生物滤池之前先将其引 入砂滤装置，将废水中较大的固态悬浮物截留，从而进一步避免滤池堵塞。砂滤 装置中的滤料是滤池填料粒径选型中淘汰下来的炉渣。这样既经济又实用，也是 一个以废治废的很好实例。 3 2 2 2 生物滤池装置 实验采用厌氧滤池作为厌氧单元设备的目的是降低设备投入并在实际应用 中方便将其建设为地下构筑物。厌氧生物滤池可依地形建成任意形状，只要较好 地解决防渗就能正常运行。将厌氧滤池建成地下构筑物有几大优点：不破坏地面 上现有整体布局，并可利用来水的相对较高位差省去污水提升泵及其运行费用 等。厌氧生物滤池的容积负荷较低、占地面积较大，但在其上方覆土后绿化，可 一l o 天津科技大学硕士学位论文 作为处理厂内绿地用地。 3 2 2 3 填料的选择 生物滤池内需要添加适当的填料，在生物滤池中，大多数生物活动是以悬 浮态的菌胶团形式进行的。y o u n g 和d a h a b ( 1 9 8 3 ) 的研究表明，使用不同尺寸 及形状的模块作填料时，填料应具有截留污泥能力，能防止菌胶团从反应器中冲 出。因此，高孔隙率的填料性能最好。o l e x a k i e w i c a t t h a d a n i ( 1 9 8 8 年) 比较了 2 5 c m 的陶瓷环和竖向排列的p v c 管( 孔7 3 c m ) 作填料的厌氧反应器，实验表 明填料体积与总体积比为0 4 的环状填料对菌体的滞留功能更有效。s o n g 和 y o u n g ( 1 9 8 6 ) 的实验表明比表面积增大对反应器性能的提高量不多。w i l k i e 和 c o l l e r a n ( 1 9 8 4 ) 比较了4 种不同的填料( 粘土、珊瑚石、贻贝、塑料) ，发现 使用粘土填料，启动速度快，稳定运行效果好，其面积与体积比及孔隙率均最低。 这与粘土对营养物的捕捉能力有关，它刺激了甲烷菌的生产和活力。h u y s m a n ( 1 9 8 3 ) 试验了无机填料( 泡沫填料、沸石、陶土、玻璃板和活性炭) 和有机多 孔填料( 海绵、无网聚氨酯、网状聚氨酯及镶p v c 条的聚氨酯) 。实验表明： 表面粗糙度、总孔隙率和孔隙大小是影响菌体与填料附着的重要因素。 在本实验装置中，使用炉渣作为填料。炉渣作为一种经济的无机填料，具 有较高的孔隙率，且实验表明选用炉渣作为填料启动速度快，运行也很稳定。为 了防止炉渣填料对生物滤池造成堵塞，在滤池的上部采用了粒径较大( 8 l o m m ) 的炉渣填料，而在滤池下部填充了粒径较小( 4 5 m m ) 的炉渣填料。 在生物滤池内部设置有监测孔。实验中的生物滤池有效高度为o 6 m ，在距 滤池顶部0 2 m 、o , 4 m 和0 6 m 处设有三个监测孔。设置监测孔的目的是为了方便 的获取水样，用于分析生物滤池内污水沿高度的净化规律。 在实验中，首先要进行菌群的驯化，以便随后的实验进行。影响生物滤池 处理效果的因素j 良多，主要有废水停留时间以及进水水质等。在实验中，通过改 变一个实验条件，同时固定其余实验条件的方法，分析各个因素对生物滤池处理 结果的影响。 第3 章生物滤池实验 菌群驯化对于生物滤池处理至关重要。因为只有经过驯化的菌群才能够较 好的发挥作用，降解原水中的各种有机物。 在挂膜方法上选择了密闭循环法：即将菌液与驯化污泥以及生活废水的混 合液从生物滤池顶淋洒下来，进行密闭培养。从池底流出的培养液经池底收集后， 加入营养物和废水，然后又经机泵提升回流入生物滤池。如此循环形成一个封闭 系统，直到对菌群的驯化完成。 本实验采用优势菌强化生物滤池处理工艺，优势菌是对治理环境污染具有 特殊作用的高效菌的总称。在实验启动阶段将经过长时间培养驯化的具有脱色、 除臭功能的优势菌连同接种污泥( 取自天津科技大学废水处理池) 一同加入生物 滤池装置进行挂膜接种。生物滤池内用粒径5 l o m m 的炉渣作为填料，填料载 体上的生物膜的形成和发展大致经历3 个阶段： 1 ) 吸附：接种污泥中的一些微生物絮体被吸附至载体表面，但此时结合比 较疏松。该阶段持续1 5 天。 2 ) 局部挂膜：附着于载体微孔、裂缝、凹陷部位的微生物利用基质生长繁 殖，在局部首先形成新生生物膜。这一阶段也需1 5 天。 3 1 完全挂膜：新生生物膜不断发展，并覆盖整个载体表面。此阶段3 0 天。 经过6 0 天培育，载体上形成厚度为2 0 1 1 1 n 的生物膜，随着微生物在载体上 的继续繁殖，生物膜逐渐增厚，能够适应实验条件【2 ”。生物膜厚度随时间的变化 曲线如图2 所示。 在两个月的菌群驯化及填料挂膜阶段，为了验证菌种的有效性，在实验装 置中添加校园生活废水启动生物滤池装置。装置启动过程中，每隔1 2 h 添加废水， 并观测浊度的去除情况。当浊度去除效果明显时，增加进水水量以增大滤池处理 负荷。最终进水水量达到5 0 l d ，浊度去除率接近9 0 ，此时滤池启动阶段完成， 一1 2 天津科技大学硕七学位论文 可进行后续的实验。在装置启动中水量处理能力如表2 所示。 表2 厌氧装置启动数据 进水出水 日期时间 7 k n l ) i 1 9 , r n n a t ；)p h水量浊度( n n 丁)p h 8 ：0 01 0 07 27 6 1 2 0 ：0 01 09 07 41 04 78 3 8 ：0 01 01 4 47 51 02 78 - 2 2 2 0 ：0 01 05 5 57 | 31 03 38 3 8 ：0 0l o2 3 28 23 65 38 8 4 2 0 ：0 01 05 1 3& 11 4 85 28 6 8 ：0 0l o7 0 88 1l o 55 88 6 5 2 0 ：0 01 08 3 08 17 65 28 6 8 ：o o1 09 2 08 51 0 57 98 1 6 2 0 ：0 01 08 5 08 - 31 07 18 2 8 ：o o1 05 0 18 o1 08 88 - 2 8 2 0 ：0 01 56 1 78 11 81 8 28 1 8 ：o o1 03 4 58 31 55 48 2 9 2 0 ：0 01 52 8 88 21 08 48 3 8 ：o o1 53 7 58 31 54 38 _ 2 1 0 2 0 ：0 01 54 8 78 11 58 48 1 8 ：o o1 55 8 58 41 59 58 - 2 1 1 2 0 ：0 02 05 3 48 21 59 28 2 8 ：0 01 55 8 58 32 l8 88 ，1 1 2 2 0 ：0 02 04 7 98 12 08 88 ，l 8 ：0 02 04 8 38 12 09 18 5 1 3 2 0 ：0 02 0 5 4 38 02 01 5 98 4 8 ：0 02 05 4 98 12 01 0 98 3 1 4 2 0 ：0 02 04 9 68 32 09 58 4 8 ：o o2 04 8 38 22 01 1 88 3 1 5 2 0 ：0 02 04 9 28 32 08 78 _ 2 8 ：0 02 04 8 08 32 08 58 2 1 6 2 0 ：0 02 04 9 08 32 09 281 8 ：0 02 05 9 07 92 07 98 1 1 7 2 0 ：0 03 05 8 88 o3 04 87 9 8 ：0 02 04 9 28 12 05 47 9 1 8 2 0 ：0 03 04 9 98 o3 04 87 8 一1 3 一 第3 章生物滤池宴验 根据表2 列出厌氧装置启动阶段的进水量与浊度图线如图3 n 示。 图3 厌氢装置启动数据 在滤池内菌群驯化完成后，逐渐加大每日滤池进水量，以滤池日出水浊度 大于1 0 0 n t u 为停止条件，训练生物滤池的抗冲击能力。实验数据如表3 所示。 表3 厌氧生物滤弛处理负荷能力 日期进水水量出水浊度( n h d水力停留时间 16 21 0 16 29 48 51 2 39 11 0 31 0 41 0 11 0 71 1 51 0 28 6 1 5 61 5 07 41 4 71 3 08 71 1 81 1 64 81 3 91 9 04 11 5 1 02 5 69 41 4 1 1 9 41 1 51 2 1 21 0 31 0 21 0 1 36 56 54 1 41 0 87 09 1 51 8 88 8“ 1 4 一 一伽 伽 蚰 o 天津科技大学硕士学位论文 3 2 3 3 改变停留时间 改变废水在生物滤池中的停留时间，使其在2 h 至3 6 h 之间变化，监测出水 的水质，可得出水力停留时间( h r t ) 与生物滤池c o d c ，去除率之间的关系。 3 2 , 3 4 改变迸水水质 在实验中，采用改变进水水质的做法，监测生物滤池对各种原水的适应性 及去除效果。 3 2 4 分析方法 3 2 4 1 主要仪器 实验中主要使用的仪器如表4 所示。 表4 主要实验仪器 j p 一1 0 0 0 架盘药物天平北京宜武天平厂 生物显微镜x 5 2 1 2 型南京江南光电股份有限公司 g w 0 3 型电子烘箱长沙仪器仪表厂 光电天平北京光学仪器厂 p h s 一2 5 c 型p h 计上海雷磁仪器厂 雪花牌电冰箱北京电冰箱厂 q z h 型潜水式恒温器天津龙源水族电器厂 w g z - 2 0 0 型光电浊度仪上海珊科仪器厂 7 5 2 紫外光栅分光光度计上海精密科学仪器有限公司 g n 0 1 c 型光学显微镜河北省黄华市中兴仪器有限公司 z d h w 调温电热套中山小榄电器厂 0 1 0 2 型电热鼓风干燥箱天滓市实验仪器厂 h h b l l 4 2 0 型电热恒温培育箱天津市实验仪器厂 在本实验中，使用如下分析方法： c o d 测定：化学需氧量的测定采用标准重铬酸钾法c o d c 。 一1 5 第3 章生物滤池实验 b o d 测定：生物化学需氧量的测定采用标准2 0 。c 培养5 d 。 浊度测定：w g z - - 2 0 0 型光电浊度仪。 p h 值测定：p h s - - 2 5 型p h 计。 n i l 3 - n 含量测定：测试氨氮含量c i 匀方法是纳氏比色法。 s s 含量测定：悬浮性固体含量的测定采用滤膜法。过滤残渣在( 1 0 5 3 ) 烘干、称量。 3 3 实验结果与分析 在实验初期，向生物滤池中添加校园生活废水，并使生物滤池连续运行2 个月作为启动时间，以达到满负荷的运行和较高的去除率。 3 3 1 1 相恩毪托颛不同停留时间的处理结果 实验以校园生活废水为处理对象，其水质特点如表1 所示。 改变水力停留时间( h r t ) ，使其在2 h 至3 6 h 之间变化，观测出水水质特 点如表5 所示。 表5 水力停留时间( h r t ) 与厌氧c o d c r 去除率的关系 生活废水原水经厌氧生物滤池处理后出水 c o d c ， 浊度( n n7 )h r t ( h ) c o d o ( m g l ) c o d o ( m e l )去除率 4 1 6 8 2 9 03 61 1 4 17 2 6 3 2 9 42 7 22 4 9 7 57 0 4 3 2 9 42 7 21 21 1 7 76 4 3 3 7 6 03 9 29 1 3 9 06 3 o 3 2 8 42 7 2 61 5 2 65 3 7 2 3 4 22 9 25 1 2 6 64 6 o 3 3 5 32 8 54 1 8 8 a4 3 1 8 3 3 5 32 8 522 3 9 ，12 8 7 一1 6 天津科技大学硕士学位论文 在本实验中，固定水力停留时间为2 4 h ，采用不同的进水，监测处理结果如 表6 n 示。 表6 不同7 k 质原水处理结果 原水出水( 狂 t = l d ) c o d e r b o d 5 浊度 c o d c r b o d 5 浊度 水质特点 ( m g l )( m g l )( n t u )( m f f l )( m f f l )( n t u ) 生活废水4 2 4 52 6 2 43 6 4 9 7 52 6 11 5 屠宰废水4 5 9 , 02 6 4 95 1 01 4 0 44 8 1 4 6 啤酒麦芽加工废水8 7 9 55 9 1 6 1 3 42 4 6 13 8 27 5 水产品加工废水2 4 5 1 21 0 7 31 6 54 8 1 l o 51 9 并得出不同水质原水处理结果对比图如图4 _ f i ) i 示： 一1 7 第3 章生物滤池实验 3 3 1 3 各监测点水质 在上述实验中，以校园生活废水为实验对象取3 个监测孔水质，列表如表7 表7 各个瞄则点水质 h r t 原水c o d c ，取样点1 c o d e 取样点2 c o d c r取样点3 c o d e | ( m d b( m g d( n 1 霄( m e l ) 3 6 4 1 6 81 2 6 41 2 4 01 1 4 1 2 43 2 9 41 8 5 71 0 4 69 7 。5 1 23 2 9 t 42 1 4 81 2 8 01 1 7 7 93 7 6 o1 9 1