（环境工程专业论文）复合生物反应器处理污水的效果与机理研究.pdf

硕士学位论文复合生物厦成器处理污水的效果与机避磅究 摘要 随着社会缀济的发展，城市和工业废水的排放量不断加大，废水中污染物质 、 的秘炎帮数量嘏不叛增趣，谗多采用活性污泥法工艺的生物处理东绞都西临簧进 水负荷超过设计水平以及氯磷等营养物质的出水水质不能达标等问题。 因此改造现有的生物处理设施，提高曝气池中的生物量，降低污泥负蘅，提 高系统对氮磷鲍去除能力舆有重要的意义。 在曝气池中设置载体填料，供微生物附着生长，以掇高反应器中的污泥浓度 及运行稳定毪，这是挺蔫活性污潺法效匏匏鸯效措麓。黼夕 研究表明，这种缀合 工艺处理废水，可以明显的改善污溅的沉降性能，克服污泥膨胀现象，并且硝化 绥蘩傻先瓣蓑袅长在载髂上，霞稿纯俸震与爨浮稳污潺鹣s r t 纛关。嚣蘸，该 工艺在德国已缀投入了生产性运行。采用该工艺可在不增加基建舰模的前掇下， 大耀发遗提秀现有污拳娥遵厂豹处骥能力，黪褰逶会我瓣戆国婕。疲该对该工艺 加以推广和应用。) ，p 一 本文对复念生物反应器处理废水的特性进行了较深入、系统的研究。通过在 完全混合曝气漓中设置载体填料的方法向曝气池中弓l 入附着相微嫩物，重点讨论 了溶解氧、p h 值、c n 比、容积负荷等工艺参数对复念生物反应器运行效果的 影响。结采发骥，复合垒秘反应器霹有税耪吴禽菲零强瓣去除髓力。陡容积受荷 的增大，系统的去除负荷也逐渐增大，而且与棵积负荷的增大保持着一种近似线 缝豹关系，表骥了复合垒貉反应爨投强熬菝洚豢受麓裁力窝缀宽广戆操终运行范 围。 ， f 农怼复合生物反应器的脱氮裁力进萼亍磅究瓣发现，笈会生物反应器中发袋了 明显的同时硝化反硝化现象。d o 、p h 值、c n 比是影响复合生物反应器同时硝 化反磷化的重要因素。d o 的浓度变化对氨氮去除造成靛影响与c n 比有关。在 c n 院较低的条件下，d o 浓度的变化对氨氮的去除影响不大；丽在c n 眈较高 的情况下，随d o 浓度的降低，氨筑去除率稍明显的下降。这说明在c n 比较 高鳃情况下，溶薅氧浓褒鹣下降更翁葶l 起硝纯蒗应酶不楚。实验缩采说疆，太高 的c n 比不利于系统脱氮能力的发挥，c n 比保持在1 0 以下较为合适。随d o 魏簿懿，复台生魏反痤器黠蕙氮豹去滁效率逐海秀亳，毽是d o 黪褥太低跨，凌 硬圭学位论文复合生物技应器处理污嫩魈效果与机理研究 于溶解氧供_ 暾不是，生物膜秘液裙中发袋的礴纯反应受刮严重摔涮，硝亿效鬃下 海，放嚣导致爱磺豫不黢暇潮进行。窝毅缝暴表明，援使系统的脱氮效果曳好， 蓠要熬是傈谖系统硝讫反应的顺利进行，赝戳蘸统中熬溶解氧不能太小，在零实 验翡条件下，l m g l 鲍溶解鬣是达戮鼯辍鞘优霹袋氧殷礴倪敢最经平鬻值。 为了深入揭示复合擞物反应器巾两稽不同生长状淼微生物谯皴理污水辩备 自的不同特性，本文还研究了两撼浮泥的好氧活性、反硝亿活性蛰凝应特1 陡。缡 巢发褒，瓣鬻裙微生赣酌好戴活蕊瓣爱礴纯疆瞧垮离予悬浮穗徽生物，陲着穗撇 生物舆有的黼活性解释了缀合生物反应器高效处理污水的原因。 瓣藏骞芙复合生耪爱应器葫力攀模黧穷蘸熬豢邋还缀乡显，本文在这方疆避 行了一些有蘸的尝试。在爵l 入生物膜穿逶深度概念的纂础上，本文对生物膜避褥 了概念上静麓德，按照活媲污嚣1 露搂溅戆建模愚想鞠建摸形式建立了一个楚他 瓣生物貘模黧，辩将它与滔瞧污泥l 号模型完荚琏结会超来，扶聪建立了舞会擞 糖反艨器静数学模型。薪摸爨酶诗舅缮泶袭鞠了复合嫩物反应器渤力学模登建模 、，一 懋想的正确憾。j ，夕7 ， 关穗诞 复合生物威应器、 ， 湾毒，： 堡主堂垡丝苎墨盒兰塑垦生墨些里望查塑墼墨量垫堡堑窒 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to f s o c i e t ya n de c o n o m y , w a s t e w a t e r f r o m c i t y a n di n d u s t r yi se v e ri n c r e a s i n g ，a n ds oa r ec o n t a m i n a n t si nw a s t e w a t e r b o t hi nk i n d sa n di nq u a n t i t i e s a sar e s u l t ，m a n yt r a d i t i o n a la c t i v a t e d s l u d g es y s t e m sn o w c o n f r o n tt h ep r o b l e m ss u c ha sn o ta b l et oh a n d l et h e e x t r ai n f l u e n tw a s t e w a t e ro rt h ee f f i u e n t sf r o mt h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n t p l a n t sn o tm e e t i n g t h ed r a i n a g es t a n d a r d s s oi ti s i m p o r t a n tt oi m p r o v et h ee x i s t i n g w a s t e w a t e rt r e a t m e n t p l a n t sb yi n c r e a s i n g t h e s l u d g em a s si n r e a c t o rt a n k ，d e c r e a s i n gt h e o r g a n i cl o a d i n gr a t ea n di m p r o v i n gs y s t e m sa b i l i t yt or e m o v en i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s i nw a s t e w a t e r p u t t i n gc a r r i e ri nt h ea c t i v a t e ds l u d g er e a c t o r sc a np r o v i d ea r e a sf o r m i c r o o r g a n i s m s t oa t t a c ha n d g r o w , a s a r e s u l t ，t h e m a s so f m i c r o o r g a n i s m si si n c r e a s e da n d t h es t a b i l i t yo ft h es y s t e mi so b t a i n e d i t i s p r o v e dt h a tt h i st e c h n o l o g yi s h e l p f u l t o i m p r o v ea c t i v a t e ds l u d g e s y s t e m s t u d i e sa b r o a ds h o w e dt h a tc o m b i n i n gb i o f i l ma n da c t i v a t e d s l u d g ei n o n es y s t e mc a ni m p r o v es 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 ，a v o i d s l u d g ee x p a n s i o na n dh a v en i t r o b a c t e r s a n dn i t r o s o m o n a sa t t a c ha n d g r o w o nc a r r i e r sf i r s t s oe v e nt h e s y s t e m s r t i s v e r ys h o r t ，t h e n i t r i f i c a t i o ni nt h es y s t e mc a l lb es t i l l g o o d t h i sc o m b i n e ds y s t e mh a s a l r e a d y r u ni n g e r m a n yf o ry e a r s u s i n gt h i st e c h n o l o g yc a ng r e a t l y i m p r o v ee x i s t i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t sw i t h o u ta n ye n l a r g e m e n to f t h ee x i s t i n gr e a c t o r s s ot h i st e c h n o l o g yi s f i tf o rc h i n at h a ti ss h o r to f m o n e y t oi m p r o v eh e re n v i r o n m e n t a lq u a l i t y t h i st e c h n o l o g ys h o u l db e u s e d w i d e l yi nc h i n a i nt h i sp a p e r , t h ea b i l i t yo fc o m b i n e d s y s t e mt ot r e a tw a s t e w a t e ri s s t u d i e dt h o r o u g h l y b i o f i l mw a sc u l t i v a t e d b yp u t t i n gc a r r i e r s i nt h e 3 - 硬士学位论文复合生物反艘嚣处理污水辨效果与帆理研究 a c t i v a t e ds l u d g er e a c t o r 弧ee f f e c t so f d o ，p h ，c n a n d o r g a n i cl o a d i n g r a t eo nt h ep e r f o r m a n c eo fc o m b i n e ds y s t e mi nw a s t e w a t e rt r e a t m e n t w e r es t u d i e d i tw a sf o u n dt h a tt h ec o m b i n e ds y s t e mh a dg r e a ta b i l i t yi n t r e a t i n go r g a n i cs u b s t r a t e w h e nt h es y s t e m so r g a n i cl o a d i n gr a t ew a s i n c r e a s e d ，t h eo r g a n i cr e m o v a lr a t ea l s oi n c r e a s e dl i n e a r l y , s h o w i n ga w i d er u n n i n gr a n g ea n dag o o dc h a r a c t e r i s t i ct or e s i s tf l u c t u a t i o no f o r g a n i cl o a d i n g a l s oi tw a sf o u n dt h a ts i m u l t a n e o u sn i t r i t i c a t i o na n dd e n i t r i f l c a t i o n h a p p e n e d i nt h ec o m b i n e d s y s t e m d o ，p h ，c 瓜c a n a f f e c tt h e p e r f o r m a n c eo f t h es y s t e mi nr e m o v a lo f n i t r o g e n t h ee f f e c to f d oo n n 9 3 r e m o r a lw a sc o n n e c t e dw i t he 恭+ w h e nc nw a sl o w , 氆ed e c r e a s e o fd oa f f e c t e ds y s t e m sr e m o v a lo f n h 3l i t t l e ，b u tw h e nc nw a sh i g h ， t h ed e c r e a s eo fd oa f f e c t e ds y s t e m sr e m o v a lo fn h 3o b v i o u s l y t h e r e s u l t ss h o w e dt h a td oa f f e c t e dt h ea b i l i t yo fs y s t e mt or e m o v en h 3 m o r ew h e nc nw a s h i g h a l s oi tw a sp r o v e d t h a th i g hv a l u eo fc nw a s d i s a d v a n t a g e o u s f o rn h 3 r e m o v a l g e n e r a l l y , i t w a s a c c e p t a b l e t o r e m a i nc 烈b e l o w1 0 w i t ht h e d e c r e a s i n go f d o ，t h e c o m b i n e d s y s t e m r e m o v e dm o r et n b u tw h e nd ow a st o o 1 0 w , b e c a u s eo f s h o r to f 0 2b o t hi nl i q u i db u l ka n d i nb i o f i l m ，t h en i t r i f i c a t i o ni nt h er e a c t o rw a ss u p p r e s s e d ，a sar e s u l l d e n i t r i t i c a t i o ni nt h er e a c t o rw a sa f f e c t e d d i s a d v a n t a g e o u s l y s oi t i s i m p o r t a n t t om a i n t a i nd oa t 鑫m o d e r a t e d e g r e et h a ti sd o i sn o tt o o h i g h t os u p p r e s sd e n i t r i f i c a t i o nb u tn o tt o ol o wt os u p p r e s sn i t r i f i c a t i o n a st h e e x p e r i m e n t s h o w e di nt h i s p a p e r , t h ea c c e p t a b l ev a l u eo f1 0 m g l b a l a n c e dn i t r i t i c a t i o na n dd e n i t r i f l c a t i o nb e s t i no r d e rt oe n c l o s ed i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c so f a t t a c h e ds l u d g ea n d s u s p e n d e ds l u d g ei nt h es y s t e m ，t h e i ro o r , n i t r i c a t i o n ，0 0 1 a r b o no x i d a t i o na n d t h e i r n o x - nt r a n s f o r m a t i o nr a t ew h i c hd e n o t et h e a b i l i t y o f d e n i t r i f i c a t i o nw e r ea l s os t u d i e d i t w a sf o u n dt h a tt h ev a l u e so f 疆士攀垃论文 复舍生物藏黩器处理污球鹘效果与机瑗研究 o u r n i 删日c a t i 。n ，0 u r a r b o no x i d a t i o n o ft h ea t t a c h e ds l u d g ew e r eh i g h e rt h a n t h o s eo f s u s p e n d e ds l u d g e b u tn o x - nt r a n s f o r m a t i o nr a t eo ft h ea t t a c h e d s l u d g ew e r el o w e r t h i sp a r t i a l l ye x p l a i n e d t h eg r e a ta b i l i t yo fc o m b i n e d s y s t e m i n t r e a t i n gw a s t e w a t e r i nt h i sp a p e r , t h ek i n e t i cm o d e lo ft h ec o m b i n e ds y s t e mw a sa l s o f o u n d e d f i r s t ，ac o n c e p t n a m e dp e n e t r a t i o n d e p t h o fb i o f i l mw a s i n t r o d u c e d b yt h i sc o n c e p tt h eb i o f i l mm o d e lw a sg r e a t l ys i m p l i f i e d t h e na s i m p l i f e d b i o f i l mm o d e lw a sf o u n d e dw h i c hw a sa ss a m ea st h a t o fa c t i v a t e ds l u d g em o d e lb o t hi n s h a p ea n di nc o n c e p t a tl a s t ，t h i s s i m p l i f i e db i o f i l mm o d e lw a sc o m b i n e dw i t ha c t i v a t e ds l u d g em o d e l ， r e s u l t i n g i nak i n e t i cm o d e lo fc o m b i n e d s y s t e m a c c o r d i n g t o e x p e r i m e n t a n d a n a l o g yc a l c u l a t i o n ，t h i s n e wm o d e lw a sc o r r e c ti n c o n c e p t 。 l i u j i n x u ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yv i c e p r o f e s s o r l i u z h e n h o n g k e y w o r d s h y b r i db i o l o g i c a l r e a c t o rs i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n d d e n i t r i f i c a i o nk i n e t i cm o d e l - 5 - 硕士学位论文 复合生物反应器处理污水的效果与机理研究 第一章绪论7 f 1 1 课题的提出 活性污泥法在二十世纪初开始应用以来，已成为世界各国应用最广泛的一种 二级生物处理工艺。但是随着现代工业的迅速发展，城市和工业废水的排放量不 断加大，水质和水量的不稳定性日益加剧，废水中难降解的有机物种类和数量不7 断增加，传统活性污泥法的不足日益暴露出来，庄要表现在以下几个方面 1 1 ：。 ( 1 ) 曝气池中的生物浓度低；) ! ， 扣| ，。 ( 2 ) 耐水质水量冲击负荷能力差，运行不够稳定： ( 3 ) 很容易产生污泥膨胀； 叠4 5 黧np 麓馨p 心望囊i 小。( ) 对、 处理髓为低等江 轳 、i i 为了适应废水处理发展的要求，对传统的活性污泥法进行改进就势在必行， ，近年来，人们不断改进传统的活性污泥法，开发了许多新的工艺流程，如氧化沟、 ，簟：7 卜7 a b 法。枷法ja + - t a _ - - o 法等新王艺【2 】。但是这些工艺的特点是占地面积 久? ，。f ，较大，而且对污水的脱氮能力和麟能力之间存在相互限制【3 】，因而限制了活性 ，1 、p 一。一一。 t，污泥法的进一步发展。 ， ， ”生物膜法因其具有微生物相丰富，生物的食物链长，微生物存活的世代时间 较长并具有较高的硝化和反硝化能力，反应器净化效率高，能够承受冲击负荷、 污泥沉降性能良好等优点，近笙塞被复会到话堪龋遐法工茎中，以发挥两种工萎 各自的优势_ 塞! 垦墨自盔疆啦丕屋! 使侵生物处理系统在去除有机污染物方面更 为奏敦一c 4 1 。这种结合生物膜法和活性污泥法特点的生物处理系统被称为复合生物 处理系统。 一 ? 享毵p 擎。! ? 、曩 ，、 在实际的情况下，已建造运行的城市污水处理厂和工厂内部的污水处理站 在有机负荷超过设计水平而不得不进行改造时，往往受到土地有限或价格昂贵等 因素的制约而难以进行。这时，在处理系统中设置载体填料，在曝气池中原有微 生物的基础上引入附着生长微生物，从而有效的增加曝气池中的微生物浓度、降 低系统的污泥负荷就是一种最经济简单而又行之有效的方法【5 1 。 我国城市污水处理厂现仅1 6 0 余座，污水处理率也仅为1 0 ，需要建设大 量的城市污水处理厂，但我国城市建设资金远不能满足这方面的要求 6 1 。复合式 露圭学僚埝文鬟仓生魏裹瘟嚣觳壤污隶羲效果与梃疆醑究 生物处理技术为解决这一问题提供了一条切实阿行的途径。逡用复合生物处理技 术，霹在现有污水处理厂构筑物慕础上，综合考虑各方面因素，投加价援淹裒， 效采藏黄煎熬焦鍪精t 麴否碧翔现有污水套麓j = = = 建送鎏搡，却显著提高蒗处理 能力的效果。在我国来来城市污水处理厂的扩建和改造中，复含式生物处联技术 将具有极为广阔的威用前景。、黔纸、秘楚z 每片黻体直径9 e r a 、厚o 5 e r a ，投加载体 的主藤目的是增加曝气、濑中的附着相生物量，以提高处理系统的处理能力和运行 稳定健；曝气池b 不设填料作为对照反应器。污水经泵提升进入憔流装置，以 像拷系绞僵定酶流量，二浚远污混蠢污混隧濂装霉鋈滚至曝气滚滚鼙，污混嚣滚 眈必1 0 0 ，装置豹工芑流程圈如下圈所示： i h 当空蘑蟮 酝 魂回藏】 匿2 - i 工艺流穰隧 承 2 2 实验水质和运行条件 实验用水按c o d 容积负荷的不同采用淀粉、葡萄糖、磷酸= 氨钾、硫酸铵、 碳靛缀钠配制而成，具体见表2 - 2 。实验运行条件见表2 1 。 裘2 - 1 实验系统参数表2 - 2 实验窳蒺 硕士学位论文 复合生物反应器处理污水的效果与机理研究 2 3 测试项目和方法 2 2 】 化学需氧量( c o d e r ) ： 生物相： 氨氮( n h 3 一n ) ： 硝酸盐氮( n o x - n ) ： 总氮( 1 n ) ： 溶解氧( d o ) ： p h ： 水温： 混合液悬浮固体浓度( m l s s ) 附着生物量( f m l s s ) ： 采用c o d 快速测定法 显微镜 纳氏试剂法 戴氏合金法 紫外分光光度法 溶解氧测定仪 p h 测定仪 溶解氧测定仪 重量法 将生物膜剥离载体后按重量法进行 测定并折算成液相浓度。 2 4 实验方法 为了复合生物反应器的快速启动，在实验之初先进行载体的预挂膜，待载体 完全被生物膜覆盖并具有一定的去除c o d 和氨氮的能力后，向各曝气池中引入 大致等量的活性污泥，开始连续进水。在实验过程中保持系统的进水流量不变， 靠改变进水中有机物浓度的方法来改变系统的容积负荷，系统的h r t 保持为1 0 h 不变，待系统稳定运行后( 稳定的出水氨氮和c o d ) ，改变p h 、d o 、进水c n 比和容积负荷等参数，测定不同运行条件下进出水的c o d 、n h 3 - n 、n o x - n 和 t n 等项目，并同时测定了曝气池中的m l s s 和s v i 。实验结束后分别对活性污 泥和生物膜的好氧特性、反硝化特性、沉降特性等进行研究。 硕士学位论文 复合生物反应器处理污水的效果与机理研究 第三章复合生物反应器的挂膜启动 复合生物反应器是活性污泥法和生物膜法结合的工艺，在填料上的快速挂膜 成功，将为系统后续的正常运行奠定良好的基础。传统的挂膜方法为密闭循环法， 即把预先培养好的活性污泥与污水混合泵入反应器中，出水流入循环池，再用循 环泵泵入反应器中循环使用，经数天密闭循环，再小水量直接进水并逐渐加大进 水量直到挂好膜 2 3 】。这种挂膜方法需要设置循环池和循环泵，操作不方便。 本章内容研究了微生物在载体表面的固定机理和生物膜形成的微生物学原 理，运用快速排泥挂膜法【2 4 】进行载体的预挂膜，与传统的挂膜方法相比，在很 短的时间里即可完成载体的挂膜。 3 1 微生物在载体表面固定的一般过程 生物膜在载体表面形成的第一步是微生物在载体表面的附着，随后微生物在 给定的环境下繁殖、增长，最终发展成为具有一定厚度及密度的生物膜。从理论 上讲，微生物在载体表面上的固定过程可划分为以下几个步骤( 见图3 - 1 ) ： 液相中的悬浮微生物 上 没有附着的微生物一微生物向载体表蕊运输 上 可逆附着 上 不可逆附着 上 固定微生物的增长和形成生物膜 图3 - 1 微生物在载体表面固定的一般过程 从微生物在载体表面固定的过程中可以看出，生物膜挂膜成功的关键是使 足够多的微生物附着在载体表面上并创造条件使其不断增长壮大阱。 3 2 强化微生物在载体表面固定的措施 微生物在载体表面的附着固定过程可以看作为载体表面与微生物表面间的 相互作用，大量的研究表明微生物在载体表面的附着固定一方面取决于细菌的表 硕士学往论文复舍生物反应器处理簿承瓣效果与梳理研究 嚣特性，另一方面依赖予所用载俸的表面搦瑷纯学特性。在芷常的生长环境下， 微生物表面带有负电荷，如果通过一定的袭面改良技术使载体袭面带有正电性， 这将使微生物在载体表丽的附着、固定过程熙易进行。目前较为潞遍应用的载体 多建聚台物质，有许多方法岢使聚合物质载体盼表露带上正电萄，如化学氧化法、 低瀑镣离子薅楚理等。下覆主要分绥本实验采霸豹载薅表嚣懿爨羧末讫学 氧化姆铁离子覆盖技术。 这种技术是把要处理的生物膜载体浸于熏铬酸钾溶液中i 小时，然后用清 水冲洗经重铬酸钾溶液牵c 化后的载体。研究液明，经重铬酸钾溶液氧化后，载体 一一_ ，一 一一 表甏翳含氧 9 3 9 t 委显耋黼l ，载偻表瑟里瑗较强弱负毫缝。蘧嚣重撼戴建鑫豹载体 一一一一 一一一一j 一 黉予o 1 m 的f e c l 3 溶液中3 0 分锌，以使f e 3 十通过正负电荷于# 粥覆盖刭载体的表 面。研究表明经过这样处理的载体表面f e c 原子比可达0 0 5 ，袋面显正电性。 h _ ，p 、一 在实验中可以看到，经道表面处理的聚乙烯黧料片具有十分优良的挂膜能力【2 5 1 。 3 3 攮膜方法酶理论分橱 分析生物膜的形成过稷，可以知道，要想拣膜成功，必须满怒两个条件：( 1 ) 使足够多的微生物不可逆地附着在载体上；( 2 ) 创造条件使这些不可逆附着的微 生物宽分生长进而发展成为生物膜。 一般熬壤提下，绘定戆系绫孛悬浮缓玺狻瓣浓度戎表了徽玺甥每鼗薅凌戆接 触颓废，随悬浮微生秘浓度的增加，微生物冬载体闽的可能接触的凡率也随之增 高。所以为了增加微生物姆载体之间相互作用的机会，应该使悬浮相中保持较高 的微艇物浓度。但是，如果接种污泥在反应器中滞留时间过长，熙悬浮状态的微 生物浓度较高，它们就会蠢予里悬浮状态露与废水营养物接触充分阕辩也由于数 羹上鞍多瑟在薄营葬物豹争食孛占有鞠显豹後势，获嚣减弱了釜物貘中鬻藿态镁 生物的生长，使挂膜速度减慢。 如果先采用较高浓魔的活性污泥接种，猩溅体截留一些微生物后，将大部分 呈悬浮状态的微生物快滤排除，这样就可保诞既有足够数量的微嫩物附着在载体 上又不歪予影豌腿羞态微警甥获褥擐好戆璧妖条终瑟大量繁建，麸 嚣这鬟侠速挂 膜静弱的。 3 4 复合生物反应器的动态挂膜 襁挫膜启动之初先将活性污泥和污水混合泵入反应器中，反_ 陂器中的m l s s 1 1 硕士学位论文 复合生秘反应爨处理浮承蛇效果与梳理研究 慧这3 7 0 0 m g l 左右，曝气一天居静置半天，使接种污褥与载俸壤料充分接触超 到接种微生物的作用，然后将污水和接种污溅全部排走，再连续滋不含污泥的污 水，并保持曝气池中的溶解氧为3 0 m g l 发露，3 4 天后即可餐到填料被完整的 生彩膜j 舞覆盖。 穗貘舞翡凌拳流鲎为2 l h ，h r t 为黥，接貘培养豹壤承承获如下： | 项嗣c o d ( n a g l )n i - n ( m g l ) p 0 4 j 。( m g 兄)p h l 数值 2 5 4 2 8 5 3 5 4 15 6 8 57 5 8 1 在建瑛过程孛霉天溅定反痤器怼c o d 强n h 3 - n 戆去除率，参爨文麸懿薤荐 值，认为挂膜成功的生骚标恚是：c o d 去除率大于6 0 ，n h 3 - n 的去除率大于 8 0 t 2 4 1 。挂膜过程中c o d 和n h 3 - n 的去除率逐日变化图如图3 2 所示。 釜 i 8 0 毯6 0 粕 客4 0 o 2 0 o l23456789l ol l 1 21 3 1 4 天数 图3 之c o d 和n h 3 - n 的去除率逐日变化图 1 0 0 基 8 0 、一 瓣 6 0 髓 4 0 坐 2 0 烹z 0 由图3 2 可见，挂膜质c o d 的去除率上升很快，在第6 天去除率即已经超 过6 0 ，在此之后则保持缓慢上舞，最终达到8 0 左右的去除翠，在此过程中 鼹祭溺奎魏簇交褥菱簿魄筵密实：显徽镜瘸察瑟瑟生物貘上嚣敲黛耪稳良驽置稳 定，出现了许多固着性纤撼虫如累枝虫、钟虫等。氨氮的去除率襁歼始的几天里 几乎没有任何变化，但隧潜生物膜在填料上的不断生长，附着在填料上的硝化细 菌也不断增殖，氨氮的去除率从第9 天开始逐渐升高，在5 - 6 天的时间里氨氮的 去除察麸动态挂簇之裰黪2 0 7 菱玄上舞至8 2 。至藏霹谖秀实验装霉莛貘成功， 能够遂入正常的实验酚段。 硕士学位论文复合生物反应器处理污水的效果与机理研究 第四章复合生物反应器的运行效果研究 传统的微生物悬浮生长的污水生物处理工艺具有一定的可靠性，然而该工艺 不仅处理能力与效率有限，而且对污水中氮磷的处理能力较低，耐杰质，水量冲 击负荷的能力差，运行不够稳定，很容易产生污泥膨胀。而生物膜反应器则具有 以下的共同优点，即参与净化的微生物多种多样，生物的食物链长，微生物存活 的世代时间较长并具有较高的活性，反应器净化效率高，能够耐受冲击负荷，污 泥的沉降性能良好，易于维护运行和管理等。正是因为如此，近年来生物膜法污 、一? 水处理技术被复合到活性污泥法的各种工艺中而形成复合生物反应器，以发挥两 ，+ i 、，一、一、 “一一一一 种工艺各自的优势，克服各自存在的不足，使得污水处理系统在去除有机污染物 方面更为有效 2 q 。国外的研究表明，这种组合工艺处理废水，可以明显的改善 污泥的沉降性能，克服污泥膨胀现象，并且硝化细菌优先附着生长在载体上，使 硝化作用与悬浮相生物的s r t 无关【4 】。 本章实验主要考察了复合生物反应器在不同的容积负荷下对污水中的有机 物、氨氮以及总氮的处理效果。 4 1 容积负荷对复合生物反应器去除有机物的影响 0 、 3 白 8 0 0 0 8 0 0 6 0 0 4 0 0 2 0 0 0 o1 02 0 3 0 4 0 实验序号5 0 图4 - 1 进出水c o d 变化图 薄1 0 0 鞲8 0 8 6 0 4 0 o0 5 1 522 5 容积负荷( k g m 3 d ) 图4 - 2 容积负荷对c o d 去除率的影响 硕士学位论文复合生物反应器处理污水的效果与机理研究 在整个的实验过程中复合生物反应器都保持了很好的处理效果，随着进水中 c o d 浓度从2 5 0 m g l 左右增大到8 5 0 m g l 左右，出水c o d 逐渐从2 0 m g l 左右 上升至7 0 m g l 左右。虽然容积负荷在逐渐增大，但在溶解氧充分的情况下，复 合生物反应器的c o d 去除率基本保持在9 0 左右。实验发现，溶解氧低于 1 0 m g l 会对c o d 的去除造成影响，但c o d 的去除率最低也就8 2 6 ，这表明 复合生物反应器对有机物具有非常强的去除能力。在系统的容积负荷增大4 倍后 ( 从0 6 k m 3 d 左右增大到2 0 k m 3 d 左右) ，复合生物反应器的运行依然十分 稳定，污泥浓度稳步增长，污泥指数保持在很低的水平，反映了复合生物反应器 极强的抗冲击负荷能力和很宽广的操作运行范围。 ，2 - 耋。 妲 显0 悄 oo 511 522 5 容积负荷( k g m 3 d ) 图4 - 3 容积负荷与复合系统去除负荷之间的关系 由图4 3 可以看出，随容积负荷的增大，系统的去除负荷也逐渐增大，而且 与容积负荷的增大保持着一种近似线性的关系，这说明复合生物反应器对c o d 的去除速率随容积负荷的增大而升高，这与复合生物反应器中大量的附着生物量 有直接的关系。图4 3 的曲线趋势表明复合系统的适应范围很广，在本实验的容 积负荷范围内运行，虽然容积负荷已达2 0 k m 3 d ，但还未达到其处理能力的极 限。 而对照反应器则在接种污泥培养一周后发生污泥膨胀，导致系统的污泥大量 流失，无法对系统的微生物停留时间进行控制，二沉池中的泥水难以分离，以至 正常的运行无法进行。更换接种污泥或改变有机负荷后情况依然如此。分析产生 这种情况的原因：( 1 ) 进水中的可溶性碳水化合物的含量偏高，易于诱发丝状菌 性膨胀：( 2 ) 反应器的池形近似于完全混合式曝气池，使得反应器中的基质浓度 梯度较小，研究表明，这种流态下球衣菌等丝状菌性细菌更易利用污水中的有机 物，在与絮状菌的竞争中处于优势地位，从而易于导致污泥膨胀的发生。 硕士学位论文 复合生物反应器处理污水的效果与机理研究 4 2 容积负荷对复合生物反应器去除氨氮的影响 1 5 0 褂1 0 0 篮 尝5 0 城 o 鼍0 1 5 迫 尝 o 1 墓o 0 5 髓 1 522 5 容积负荷( k g m 3 d ) 图4 - 4容积负荷对氨氮去除率的影响 磺士举馥论文 复台生裆反应器处蓬烤承黔效果与辊理研究 4 3 容积负荷对总氮去除的影响 1 0 0 跫8 0 羹6 0 眯4 0 囊2 0 0 o0 5 11 522 5 容积负荷( k g m 3 d ) 图4 - 6 容积负荷对总氮去除率的影响 耀一0 i 戮i o 0 2 o 00 。sll 。522 。5 窖拣受稽( k g 噩2 + d ) 图4 - 7 容积负荷对总氮去除负荷的影响 由图4 - 6 、图4 7 可以看出，容积负荷的变化对总氮去除造成的影响与它对 熊缀去狳造藏耱影翡楚一致鹃；当骞获受麓获o 。6 k g m 3 d 左杏上势蘩2 。o k g m s 。d 左右辩，复合生秘反应嚣辩慧氮豹处理效率献实验开始之褪的最离8 9 下降黉实 验第四阶段的最高5 5 9 。这是因为根据实验数据分析，复合生物反应器对总氮 的去除主要是靠发生在生物膜中的同时硝化反硝化来完成，当系统的硝化能力受 至不琴n 影响时，氨氮的硝化避行敢不充分，必然会影赡到系统反磷亿髓力的发挥。 4 4 容积负荷对复合生物反应器中污泥浓度和污泥沉降性能的影响 襁实验过程中，复合系统表现出良好的邀彳予稳定性，虽然经历丁几次容积负 荷的突变，但悬浮相污泥始终保持着良好的沉降性能，随容积负搿的增大，曝气 洼审黪m l s s 觚实验秀戆之拐戆1 4 2 7 m g l 逐渗上y l - 至1 9 5 0 m g l 。孬对照反应 器掰赢予迸水承质和反磁器渔形的影响发生海泥膨胀，污泥太璧流失，曝气池中 的m l s s 从实验开始之初的l s 6 0 m g , l 两周内即下降至4 6 0 m g l ，同时污泥的s v i 值持续升高，最高达到1 2 0 0 m l g 左右，在污溅浓度持续下降而有机负荷不断升 疆圭学黎论文笺合生携反应器箍壤污拳豹簸果与梳壤目堕 高的情况下，污泥膨胀的情况始终没有得到缓解，复合生物反应器和对照反应器 的污淀浓度及s v i 的变化情况如辫4 7 、图4 - 8 所示。 g e = 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0 0 h 叫 h 旦2 暑霉锚霭露矗葛蛊霉霉 窭骏痔号 图4 7 复合系统中悬浮相浮泥浓度及悬浮相污泥s v i 的变化情况 1234567891 0l l 1 21 3 1 4 天数 鍪4 - 8 对照反瘦瓣瓣污滋浓疫及s v i 熬变纯跨凝 2 o o 2 0 0 0 1 5 0 0 e 0 0 5 0 0 0 1 5 0 0 裔 1 0 0 0 、e ， 5 0 0 o 通过复合生物反殿器与对照系统的对比实验可发现复合系统对控制污泥膨 胀十分蠢效，显擞镜溪察显示赡着楱生甥膜的掬遗由内囱夕 逐濒藏橙，在奎甥膜 的外表蕊附着生长着大量的丝状菌，而悬浮相污漏中的丝状菌含量刚较少，说明 复合系统中的填料起蒯了一个选择器的作用，依靠填料的机械截留作用，将媲状 菌匿簧予填料上选择憋瓣充分生长，毽不进入漕髋污泥絮俸之孛，这就傻溪镶污 泥絮俸农悬浮相中充分生长，扶丽避免了污泥膨胀的发生。复食系统控制污混膨 胀的另外一个重要原因是复合系统降低了污水的柯机负荷。复含系统对有机负荷 靛降低怒扶嚣方委遴褥缒。蓄先，戳麓生长兹丝状蘩和其缝一黧异养蓥可淡瓣污 水中的有机物进行直接的去除，而慰研究表明，熊状菌只是破坏污泥的沉降性能， 但它去除可溶性碳水化含物的能力旗至比一般细菌的能力更强，所以，当进水有 极负萄突然增大从焉警致述农孛熬霹溶性碳承纯禽物兹含量势凑畦，瓣着爱长憝 丝状菌和其它细菌共阍作用，可极大的降低迸水中可溶性碳水化合物的含量，从 i(铸vo篇 兰 鼯o o 5 o 5 1 1 1糯叫 鲻教赠螺 硕士学位论文复合生物反应器处理污水的效果与机理研究 而降低了系统发生污泥膨胀的危险性：其次，填料上生长的微生物量增加了系统 中的总生物量，从而间接的降低了系统的有机负荷。复合系统在达到稳态后，附 着相生物量基本保持不变，在曝气和水力剪切的作用下，生物膜的增加量和脱落 量达到平衡，这些填料上脱落的菌膜体积较大，在悬浮相中形成的污泥絮体也更 为密实，这就增加了污泥中较重成分的比例，因而也有利于悬浮相污泥的沉淀。 4 5 本章小结 1 、复合生物反应器对有机物具有非常强的去除能力。在容积负荷增大4 倍 后，系统对c o d 的去除率依然保持在9 0 左右。随容积负荷的增大，系统的去 除负荷也逐渐增大，而且与容积负荷的增大保持着一种近似线性的关系，表明了 复合生物反应器极强的抗冲击负荷能力和很宽广的操作运行范围。 2 、随容积负荷的增大，复合生物反应器对氨氮和总氮的处理效率逐渐下降， 在本实验的范围内( o 6 k g m 3 d 2 0k g m 3 d ) ，容积负荷越低，系统对氨氮和总氮 的处理效率越高。 3 、复合生物反应器由于生物膜的加入，可以极大的改善悬浮相污泥的沉降 性能，在系统经历了数次容积负荷的突变后，活性污泥的沉降性能依然良好。复 合生物反应器中的生物膜起到了一个选择器的作用，能够快速利用可溶性碳水化 合物的丝状菌大多附着生长在生物膜上，因而在进水中含有大量可溶性碳水化合 物的不利情况下也没有发生污泥膨胀和出水水质恶化的情况。 硕士学位论文复合生物反应器处理污永的效粜与机理研究 第五章复合生物反应器中的阕时硝化反硝纯 近年来国内外发表了大爨的文章介绍复合生物反应器中的硝化和反硝化现 象器8 瑚l 。醑究表鞘，复合生物反应器兼吴活往澎泥法帮爱物膜法的谯点，在复 合生物反废器中世代时间长的硝化细菌和反硝化细菌优先附着在填料裁体上，并 基与反盛耧懿h r t 骚s r t 究全无关，溪在壤精载髂上充分鏊殖，霞笈台生穆爱 应器具有很强的硝化能力；同时由于生物膜的存档，曝气池中的总污泥浓度较高， 易于产生缺氧救微嬲：境，生物膜剥更会瓣氧传蕨逑戏阻力露产生爨羲熬缺氧区， 所以在一定的条件下复合生物反应器也w 以发生殿硝化现象。 本章内容着重研究了复合生物反应器在不同d o 、p h 和c n 条传下的同步