（环境工程专业论文）复合升流式生物反应器处理城市污水的试验研究.pdf

中文摘要 复合升流式生物反应器，是污水处理领域的又一新工艺。该反应器是上向流 曝气生物滤池的一种革新工艺，其设备结构集传统的沉砂池、水解( 酸化) 池、 曝气池、二沉池于一体，主要是由水解( 酸化) 区和好氧区组成的一体化设备，因 该反应器的结构有独到之处，故其具有占地小、投资省、管理方便、运行费用低 等优点。 本实验主要工作目的有两方面： ( 1 ) 研究复合升流式生物反应器运行效果，为其实际应用提供理论依据。 f 2 1 整理并分析实验数据，优化工艺运行参数，达到最佳运行效果。 本实验平均进水流量2 4 1 m 3 d ；气水比6 ：1 ；平均出水温度：1 8 1 ；平均 滤速：3 7 8 m d ：总水力停留时间：41 l r ；平均进水p h ：7 6 9 ；平均反冲洗周期： 3 4 天；反冲洗强度：3 9 3m 3 i n 2 h ；反冲洗过程用时：4 5 m i r a 滤料层厚度：3 2 m ； 球形滤料直径：5i 鼬左右；进水水质平均值c o d ：7 6 3 m g l 、b o d 3 0 0 m g l 、 s s ：2 9 7 m g l 、t n ：1 3 9 m g l 、n h 3 一n ：5 9 m g l 、t p ：1 4 m g l 的条件下，反应 器的去除率c o d ：8 5 1 、b o d ：9 5 0 、s s ：8 7 2 、n h 3 - n ：8 5 5 、t n ： 3 9 2 、t p ：6 7 8 ，反应器的出水水质除c o d 、t p 外，出水均达到了城镇 污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 二级排放标准。 复合升流式生物反应器总体实验比较成功，达到了该研究项目的实验目的。 复合升流式生物反应器独特的设备结构，将各平面布置的处理设施在竖直方向进 行了叠加，大大的减少了平面设施的布置，减少了附属设备，节省了电费和维护 费。因此，该套设备具有占地面积小、投资省、运行管理方便、运行费用低等优 点，并且该套设备兼有脱氮的处理功能，因此，该设备具有很高的开发、应用价 值。 关键词：复合升流式生物反应器，革新工艺，曝气生物滤池， 一体化设备， 脱氮，占地面积小 a b s t r a c t t h ec o m p l e xu p - - f l o wb i o - - r e a c t o ri sa na n o t h e rn e wt e c h n o l o g yi nt h ef i e l do f w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，w h i c hi sar e n o v a t i o nt e c h n i q u ef o rt h eu p f l o wb i o l o g i c a l a e r a t i o nf i l t e r i t se q u i p m e n ts t r u c t u r ei n t e g r a t e st h ec o n v e n t i o n a lg ta n dg r e a s e r e m o v a lb r i d g e ，h y d r o l y z j n g ( a c i d i c ) t a n k ，a e r a t i o nt a u k ，s e c o n d a r yc l a r i f i e r , i ti s m a i n l yc o m p o s e do fi n t e g r a le q u i p m e n to fh y d r o l y z i n ga n da e r a t i o na r e a ，d u et oi t s u n i q u ec h a r a c t e r , i th a st h ea d v a n t a g eo fs m a l lo c c u p a t i o n ，e c o n o m i c a li n v e s t m e n t ， c o n v e n i e n c em a n a g e m e n t ，l o wo p e r a t i n gc o s t t h i se q u i l c i m e n tt e s ta i m sm a i n l ya tt w oa s p e c t s ： 1 r e s e a c hf o ro p e r a t i n ge f f e c tf o rt h e o r yb a s i ct oa c t u a la p p l i c a t i o n 2 a r r a n g i n ga n da n g l i c i z i n gt e s td a t a ，o p t i m i z i n gp r o c e s so p e r a t i n gp a r a m e t e ri n o r d e rt oa t t a i n i n go p t i m u mo p e r a t i n ge f f e c t t h e m e a ni n f l u e n tf l o wo f t h et e s ti s2 4 1 m 3 d ，p r o p o r t i o no f a i ra n dw a t e ri s6 ： 1 ，a v e r a g et e m p e r a t u r e o fe f f l u e n ti s18 1 ，m e a n f i l t e r i n gv e l o c i t y i s 3 7 8 m d ，r e m a i n i n gt i m eo fa l lh y d r a u l i c si s4h r , p hf o rm e a ni n f l u e n ti s7 6 9 ，c y c l e p e r i o do fm e a nf l a s hb a c ki s3 _ 4d a y s ，i n t e n s i t yo ff l a s hb a c ki s3 9 3m 3 m 2h ， c o u r s et i m eo ff l a s hb a c ki s4 5 r a i n ，f i l t e r i n gl a y e rd e e p n e s si s3 2 m ，s p h e r i c a lf i l t e r i n g m a t e r i a ld i a m e t e ri sa b o u t5f i l m ，a v e r a g ew a t e rq u a l i t yo fi n f l u e n tc o d 7 6 3 m g l ， b o d ：3 0 0 m 【e g l ，s s ：2 9 7 r r l l ，t n ：1 3 9 m g l ，n h 3 一n ：5 9 m g l ，t p ：1 4 m g l ，u n d e r a b o v ec o n d i t i o n ，t h er e a c t o r sr e m o v a lr a t ei sc o d ：8 5 1 ，b o d ：9 5 0 ，s s ：8 7 2 ，n h 3 一n ：8 5 5 ，t n ：3 9 2 ，t p ：6 7 8 ，e x c l u d i n ge f f l u e n tq u a l i t yc o d 、t p , e f f l u e n tq u a l i t ya t t a i n s g e n e r a l l ys e c o n d a r yd i s c h a r g i n g s t a n d a r do f t h er e a c t o rt e s to fc o m p l e xu p f l o wb i o r e a c t o ri sw h o l l ys u c c e s s f u l ，r e a c h i n g p r o j e c tg o a l t h i su n i q u ee q u i p m e n ts t r u c t u r ep i l e su pv e r t i c a l l yf a c i l i t i e st h a tw e r es e t u p ，g r e a t l yd e c r e a s i n ge q u i p m e n to c c u p a t i o n ，a u x i l i a r ym a c h i n e s ，s a v i n gp o w e ra n d m a i n t e n a n c ec o s t t h e r e f o r et h i ss e to fe q u i p m e n th a st h eg o o dc h a r a c t e ro fs m a l l o c c u p a t i o n ，e c o n o m i c a li n v e s t m e n t ，c o n v e n i e n c em a n a g e m e n t ，l o wo p e r a t i n gc o s ta s w e l la sr e m o v a ln i t r o g e nt r e a t m e n tf u n c t i o n i naw o r d ，t h i se q u i p m e n ti sv e r y v a l u a b l ea tv e r yh i g hd e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o n k e yw o r d s ： c o m p l e xu p f l o wb i o r e a c t o r , r e n o v a t i o nt e c h n o l o g y a e r a t i o nb i o f i l t r a t e ，i n t e g r a le q u i p m e n t ，d e n i t r o g e na n ds m a l lo c c u p a t i o n 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f 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，也不包含为获得苤洼盘堂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： 劾1 訇匀签字日期： 2 。眵年9 月同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨洼盘堂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 劾7 匐务 导师签名： 、 彬叶 签字同期：三一啦年9 月同 签字日期：洲i 年9 月z 日 天津人学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 世界任何国家的经济发展，都会推动社会进步、促进工农业生产能力的提 高，使人民生活得到进一步改善，但是也随之带来不同程度的环境污染。污水也 是造成环境污染的来源之一。这个污染源的出现引起了世界各国政府的关注，治 理水环境污染的课题被列入世界环保组织的工作日程。 我国的江、河、湖、库、近海的水域己经普遍受到污染，其中大部分水体 污染严重。水体污染和水体富营养化问题，不仅给生态环境造成了严重危害，而 且造成惨重的经济损失。 当前中国的水问题比以往任何时候都更为严峻，洪涝、干旱并存，资源性 缺水和水质性污染同在。水有其自然属性，它既是一种特殊的不可替代的资源， 又是一种可重复使用的资源；水又有其经济和社会属性，不仅工业、农业的发展 要依靠水，水更是城市发展、人民生活的生命线。随着工业化、城市化进程的加 快，水污染问题随之扩散到各个领域，因此，解决水的问题重要的是考虑水质、 水量双重因素，以及水的再生利用。目前，美国及欧洲的大中城市拥有污水厂约 5 0 0 0 1 0 0 0 0 座，美国相当数量的污水厂都在针对这一目标进行升级换代的改造， 并将原有污水厂改成为水再生利用厂。 随着我国的社会和经济的高速发展，环境问题日益突出，尤其是城市水环 境的恶化，加剧了水资源的短缺，影响着人民群众的身心健康，已经成为城市可 持续性发展的严重制约因素。在以往的几年中，我国用于环保方面的经费每年仅 占经济总产值的0 7 ，全国城市污水处理率仅为6 7 ，在全国调查的5 0 0 0 0 k m 河段k ，近二分之一河段处于污染状态，2 4 0 0 k m 河段已受到严重污染。【lj 近年 来，国家和地方政府非常重视污水处理事业，在以前所未有的速度推进城市污水 处理工程的建设，有数百座污水处理厂正在设计建设中，预计到2 0 1 0 年，我国 的新建城市污水处理厂达到1 0 0 0 多座，污水厂的投资达1 8 0 0 亿元。 由于各界政府的高度重视，我国的污水处理事业得到了长足的发展，国家 “七五”、“八五”、“九五”科技攻关课题的建立，使我国污水处理的新技术 取得了可喜的科研成果，某些项目达到国际先进水平，我国的污水处理事业也得 1 一 天泮人学硕士学位论文 第一章绪论 到了快速的发展。国外污水处理新技术、新工艺、新设备被引进到我国，在活性 污泥法工艺应用的同时，a b 法、a d o 法、a a o 法、生物膜法、s b r 法、氧化 沟法等也在污水处理厂的建设中得到应用。传统的污水处理工艺，处理的水质能 达到排放水的一般要求，但不能达到城市一般固用水标准，而且投资和占地面 积大，难于管理。例如活性污泥法，其研究、应用、改进已有很长的历史，目前 在世界上仍占优势地位，但同时也存在一些难阱克服的缺点。因此，近十几年来， 各种废水处理新技术不断涌现。由过去只具有去除有机物功能的的污水处理工艺 技术发展为具有除磷脱氮多功能的工艺技术，国外一些先进的、高效的污水处理 专用设备进入了我国污水处理行业的市场。其中，生物膜法中，曝气生物滤池 但i o l o g i c a la e r a t i o nf i l t e r ) 技术与普通活性污泥法相比，因具有有机负荷高、占地 面积小( 是普通活性污泥法的1 3 ) 、投资少( 节约3 0 ) 、不会产生污泥膨胀、氧 传递效率高、出水水质好等优点【】，9 0 年代以后，其发展方兴未艾，工艺形式 不断推陈出新，为污水处理新技术、新设各的发展起到了推波助澜的作用。 1 1 生物膜法 污水生物处理工艺按照污水处理生物反应器中微生物的生长状念，可划分为 悬浮生长工艺( s u s p e n d e dg r o w t hs y s t e m s 活性污泥法) 和附着生长工艺( a t t a c h e d g r o w t hs y s t e m s 生物膜法) e 5 7o 活性污泥法在二十世纪初应用于污水处理以来得 到很大的发展，主要是由于其系统相对简单，处理效果在系统运行稳定情况f 比 较好。但长期以来，活性污泥经受负荷冲击、温度变化( 特别是低温) 、毒性影 响、污泥膨胀的脆弱性困扰，污泥流失和系统效率低下是许多污水处理厂经常面 对的问题。 生物膜法是土壤自净的人工强化，是使微生物群体以膜状附着在某种物体的 表面，与污水接触，使污水得以净化的技术。 生物膜法工艺由于可以使微生物呈固着态，有利于将微生物保持在反应器内 和优势菌属的培养，同时具有单位体积生物量大、抗冲击能力强、污泥易于沉淀、 运行管理方便以及节能等优点，在市政污水处理方面前景良好，其主要优缺点如 下： 1 ) 主要优点 天津大学硕士学位论文第一章绪论 ( 1 ) 经济节能，易于维护 在生物膜上生长繁育的生物中，动物性营养一类者所占比例较大，微型动物 的存活率亦高。这就是说，在生物膜上能够栖息高次营养水平的生物，在捕食性 纤毛虫、轮虫类、线虫类之上还栖息着寡毛类和昆虫，因此，在生物膜上形成的 食物链要长于活性污泥上的生物链。f 是这个原因，在生物膜处理系统内产生的 污泥量也少于活性污泥处理系统，特别是在生物膜较厚时，底部厌氧层的厌氧菌 能够降解好氧过程合成的剩余污泥，从而使总的剩余污泥量大大减少，因而可以 减轻污泥处理与处置的费用。 生物膜处理系统具有较高的生物量，一般不需要污泥回流，因而不需要经常 调整反应器内污泥量和剩余污泥排放量，易于运行的维护和管理。此外，生物滤 池、生物转盘等工艺，动力费用较低，去除单位重量b o d 的耗电量较小。 ( 2 ) 具有一定的硝化反硝化功能 在生物膜处理法中，生物污泥的生物固体平均停留时间与污水的停留时间无 关，因此，硝化菌和亚硝化菌也得以繁衍、增殖。因此，生物膜法的各项处理工 艺都具有一定的硝化功能，采取适当的运行方式，还可能具有反硝化脱氮的功能。 ( 3 ) 对水质、水量变动有较强的适应性 生物膜处理法的各种工艺，对流入原污水水质、水量的变化都具有较强的适 应性，这种现象已为多数实际运行的生产设备所证实，即或有一段时间中断进水， 对生物膜的净化功能也不会造成致命的影响，通水后能够很快地得到恢复。 ( 4 ) 污泥沉降性能好，无污泥膨胀问题 在生物膜上脱落下来的生物污泥，所含动物成分较多，比重较大，而且污泥 颗粒个体较大，沉降性能良好，易于固液分离。 另外，由于微生物附着生长，即使丝状菌中量繁殖，也不会导致污泥膨胀， 相反还可以利用丝状菌较强的分解氧化能力，提高处理效果。 ( 5 ) 能够处理低浓度的污水 活性污泥处理系统，不适宜处理低浓度的污水，如原污水的b o d 值长期低 于5 0 6 0 r a g l ，将影响活性污泥絮凝体的形成和增长，净化功能降低，处理水质 低下。但是，生物膜法对低浓度污水，也能够取得较好的处理效果，运行正常可 使b o d 5 为2 0 3 0m g 1 的原污水b o d 5 降为5 - l o m , l 。 型叁堂堡兰垡笙苎 兰二童堕笙 - - _ _ - _ _ _ _ - - - _ ，一 一 一 2 ) 缺点 生物膜反应器除了好的特征外，也存在着不足。如需要较多的填料和支撑结 构。表层生物膜消耗大量溶解氧、生长旺盛，而生物膜内部处于供氧不足甚至无 氧状态。带来以下问题：首先，如果污水中有机物浓度过大则表面生长旺盛的生 物将使生物膜生长过厚，从而堵塞载体或滤料间的空隙；其次，由于厌氧细菌产 生的代谢物质的作用，导致生物膜脱落；另外，为了保证给微生物足够的溶解氧， 一般采用污水流速较快或曝气的方法，这也易使生物膜脱落水中，所以要在其后 设置一个沉淀池进行分离。 6 1 生物膜法工艺于2 0 世纪5 0 一6 0 年代开始出现，在废水处理方面有高负荷生 物滤池、塔式生物滤池、生物转盘以及接触氧化、曝气生物滤池和流化床等工艺。 1 1 1 生物滤池工艺 生物滤池是在间歇砂滤池和接触滤池的基础上发展起来的人工生物处理法。 在生物滤池中，废水通过布水器均匀地分布在滤池表面，滤池中填充了砾石、焦 炭等填料( 一般称之为滤料) ，废水沿着滤料的空隙从上向下流动到池底，通过 集水沟、排水渠流出池外。 废水通过滤池时，滤料截留了废水中的悬浮物，同时把废水中的胶体和溶解 性物质吸附在自己的表面，其中的有机物使微生物很快地繁殖起来，这些微生物 又进一步吸附了废水中呈悬浮、胶体和溶解状态的物质，逐渐形成了生物膜。生 物膜成熟后，栖息在生物膜上的微生物即摄取污水中的有机污染物作为营养，对 废水中的有机物进行吸附氧化作用，因而废水在通过生物滤池时能得到净化。 生物滤池可以是卵石填料高负荷生物滤池，也可以是塑料填料的塔式滤池。 设计生物滤池时，其主要功能是去除溶解性b o d s 和将大分子等难降解的物质降 解为易降解物质。在我国采用卵石填料比较经济。 1 1 2 生物转盘工艺 生物转盘又称浸没式生物滤池，是生物膜法废水处理技术的一种。生物转盘 是由一系列平行的旋转圆盘、转动横轴、动力及减速装置、氧化槽等部分组成。 在氧化槽中充满了待处理的废水，约一半的盘片浸没在废水水面之下。当废水在 槽内缓慢流动时，盘片在转动横轴的带动下缓慢地转动。早在1 9 0 0 年德国韦加 德( w e i g a n d ) 第一个提出用生物转盘处理污水，但该项技术一直没有得到发展。 一直到2 0 世纪5 0 年代中期，研究工作才开始取得一些进展，并于1 9 5 4 年在西 天渖大学硕士学位论文 第一章绪论 德海尔布隆污水处理厂建成第一套半生产性的生物转盘试验装置。 1 1 3 接触氧化工艺 生物接触氧化法也称淹没式生物滤池，其工艺过程是在反应器内设置填料， 经过充氧的废水与长满生物膜的填料相接触，在生物膜生物的作用下，废水得到 净化。 生物接触氧化法始于2 0 世纪7 0 年代初的日本，是由小岛贞男研究成功的。 他从河流自净现象得到启发，发现在河床的砾石表面生长着一层生物膜，对水体 中的污染物有明显的净化作用，他经过多次实验研究出接触氧化装置。这种装置 从净化自来水开始，然后应用于城市污水和工业废水的二级和三缴处理。在美国 有类似的接触氧化装置，在曝气池中设置帘格供生物附着，称为固定活性污泥法。 1 1 4 曝气生物滤池工艺 曝气生物滤池是将接触氧化工艺和悬浮物过滤工艺结合在一起的污水处理 工艺，可用于去除污水中的有机物，也可通过硝化和反硝化除氮。 在生物滤池的滤料上可以发生有机物的代谢过程，还可将生物转化过程产生 的剩余污泥和进水带入的悬浮物迸一步截留在滤池内，起到生物过滤的作用。所 以在生物滤池工艺中不需要再设二沉池，节省了用地。 1 2 曝气生物滤池工艺 曝气生物滤池技术( b i o l o g i c a la e r a t i o nf i l t e r ) 是一种新型污水处理技术，它的 最大特点是使用了一种新型粒状填料，污水在垂直方向上通过填料层，粗糙多孔 的粒状填料具有很大的比表面积，可达3 9 8 m 2 c m 3 ，它具有优良的过滤作用，因 此被称作滤池。填料表面生长有生物膜，池底提供曝气。该反应器属固定床的生 物反应器。污水在流过滤床时，污染物首先被过滤和吸附，进而被好氧氧化，它 定期地利用处理出水进行反冲洗排除增殖的活性污泥。曝气生物滤池有多种运行 方式，根据水流方向其可分为上向流和下向流两种，早期的曝气生物滤池多采用 下向流，如b i o c a r b o nr 7 由于下向流曝气生物滤池的纳污效率不高、易堵 塞、运行周期短，因此现在多采用上向流方式( 即采用气水同向流) ，使布水、 布气更加均匀。同时，在水气上升过程中可把底部截留的s s 带入滤池中上部， 大津大学硕t 学位论文第一音绪论 德海尔布隆污水处理厂建成第套半牛产性的生物转盘试验装置。 1 1 3 接触氧化工艺 生物接触氧化法也称淹没式生物滤池，其工艺过程是在反应器内设置填利， 经适充氧的废水与长满生物膜的填料相接触，在生物膜生物的作用下，废水得到 净化。 生物接触氧化法始于2 0 世纪7 0 年代初的日水，是由小岛贞男研究成功的。 他从河流自净现象得到启发，发现在河床的砾石表面生长着一层生物膜，对水体 中的污染物确明显的净化作用，他经过多次实验研究出接触氧化装置。这种装置 从净化自来水开始，然后应用于城市污水和工业废水的二级和三级处理。在美国 有类似的接触氧化装置，在曝气池中设置帘格供生物附着，称为固定活性污泥法。 1 1 4 曝气生物滤池工艺 曝气生物滤池是将接触氧化工艺和悬浮物过滤工艺结合在一起的污水处理 工艺，可用于去除污水中的有机物，也可通过硝化和反硝化除氯。 在生物滤池的滤料上可以发生有机物的代谢过程，还可将生物转化过程产生 的剩余污泥和进水带入的悬浮物迸一步截留在滤池内，起到生物过滤的作用。所 以在牛物滤池工艺中不需要再设二沉池，节省了用地。 1 2 曝气生物滤池工艺 曝气生物滤池技术( b i o l o g i c a la e r a t i o nf i l t e r ) 是一种新型污水处理技术，它的 最大特点是使用了一种新型粒状填料，污水在垂直方向h 通过填料层，粗糙多孔 的粒状填料具有很大的比表面积，可达3 9 8 m 2 c m 3 ，它具有优良的过滤作用，因 此被称作滤池。填料表而生长有生物膜，池底提供壤气。该反应器属固定床的生 物反j 赴器。污水在流过滤床时，污染物首先被过滤和吸附，进而被好氧氧化，它 定期地利用处理出水进行反冲洗排除增殖的活性污泥。曝气生物滤池有多种运行 方式，根据水流方向其可分为上向流和下向流两种，早期的曝气生物滤池多采用 f 向流，如b i g c a r b o n 。由于下向流曝气生物滤池的纳污效率不高、易堵 塞、运行周期短，因此现在多采用上向流方式( 即采用气水同向流) ，使布水、 靠气更加均匀。同时，在水气上升过程中可把底部截留的s s 带入滤池中上部， 布气更加均匀。同时，在水气上升过程中可把底部截留的s s 带入滤池中上部， 天渖大学硕士学位论文 第一章绪论 德海尔布隆污水处理厂建成第一套半生产性的生物转盘试验装置。 1 1 3 接触氧化工艺 生物接触氧化法也称淹没式生物滤池，其工艺过程是在反应器内设置填料， 经过充氧的废水与长满生物膜的填料相接触，在生物膜生物的作用下，废水得到 净化。 生物接触氧化法始于2 0 世纪7 0 年代初的日本，是由小岛贞男研究成功的。 他从河流自净现象得到启发，发现在河床的砾石表面生长着一层生物膜，对水体 中的污染物有明显的净化作用，他经过多次实验研究出接触氧化装置。这种装置 从净化自来水开始，然后应用于城市污水和工业废水的二级和三缴处理。在美国 有类似的接触氧化装置，在曝气池中设置帘格供生物附着，称为固定活性污泥法。 1 1 4 曝气生物滤池工艺 曝气生物滤池是将接触氧化工艺和悬浮物过滤工艺结合在一起的污水处理 工艺，可用于去除污水中的有机物，也可通过硝化和反硝化除氮。 在生物滤池的滤料上可以发生有机物的代谢过程，还可将生物转化过程产生 的剩余污泥和进水带入的悬浮物迸一步截留在滤池内，起到生物过滤的作用。所 以在生物滤池工艺中不需要再设二沉池，节省了用地。 1 2 曝气生物滤池工艺 曝气生物滤池技术( b i o l o g i c a la e r a t i o nf i l t e r ) 是一种新型污水处理技术，它的 最大特点是使用了一种新型粒状填料，污水在垂直方向上通过填料层，粗糙多孔 的粒状填料具有很大的比表面积，可达3 9 8 m 2 c m 3 ，它具有优良的过滤作用，因 此被称作滤池。填料表面生长有生物膜，池底提供曝气。该反应器属固定床的生 物反应器。污水在流过滤床时，污染物首先被过滤和吸附，进而被好氧氧化，它 定期地利用处理出水进行反冲洗排除增殖的活性污泥。曝气生物滤池有多种运行 方式，根据水流方向其可分为上向流和下向流两种，早期的曝气生物滤池多采用 下向流，如b i o c a r b o nr 7 由于下向流曝气生物滤池的纳污效率不高、易堵 塞、运行周期短，因此现在多采用上向流方式( 即采用气水同向流) ，使布水、 布气更加均匀。同时，在水气上升过程中可把底部截留的s s 带入滤池中上部， 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 增加了滤池的纳污能力，延长了工作周期。上向流曝气生物滤池往往采用轻质滤 料。目前，上向流曝气生物滤池有b i o f o r 、b i o s t y 8 、c o l o x 、d e e p b e d t m 、 b i o p u r 。r 等多种形式。 1 2 1 曝气生物滤池的工作原理 采用曝气生物滤池时，为了减少污水中的悬浮物，进生物滤床的污水要求进 行充分的预处理。如果进水的悬浮物浓度高，需要频繁地更新生物滤床和增加冲 洗次数，一般要求生物滤床进水悬浮物( s s ) 浓度在5 0 6 0 m g l 。对于用于三级 处理的曝气生物滤池工艺，进水悬浮物浓度一般不会影响生物滤床的效率。如果 把生物滤床作为主要生物处理段，那么采用常规的初沉池处理很难保证生物滤床 进水悬浮物浓度5 0 m g 1 以下，所以，需要的反冲周期缩短，同时需要采用初沉 池的预处理，最好与一级强化处理相结合。 在曝气生物滤池工艺中，进水水流向下，同时空气从距滤料底部3 0 c m 处通 入，空气流向上，两者形成逆流，增大了气一水接触时间，有利于氧的转移，有 利于发挥下层滤料表面生物膜的氧化降解作用，有利于提高整个曝气生物滤池的 储污能力，延长反冲周期。曝气点以下3 0 c m 厚的滤层超到过滤的作用，进一步 截留水中悬浮物和脱落的生物膜，完成固液分离的过程。由于生物膜生长，固着 在比表面积较大的滤料表面上，这就使得池中容纳着大量微生物，从而体现出容 积负荷高、停留时间短的特点，又能保证滤池在较低的污泥负荷下运行，为进 步降解污水中的有机污染物提供了可靠的保证，进而获得了优良的处理效果，保 证了出水的稳定性。 1 2 2 曝气生物滤池工艺的起源及国内外应用情况 曝气生物滤池工艺起源于欧美等发达国家，8 0 年代末，为了适应新标准的 要求8 母】，陆续开发了一系列新的污水处理技术，曝气生物滤池是在生物接触氧 化工艺的基础上引入饮用水处理中过滤的思想而产生的一种好氧废水处理工艺。 它首先被用作三级处理，后来发展成直接用于二级处理【1 。自第1 座建在靠近巴 黎的s o i s s o i l s 污水处理厂的装置投产运行以来【1 i i , 由于其良好的性能，应用范 围不断扩大，在经历了8 0 年代中后期的较大发展后，到9 0 年代初已基本成熟。 尤其在欧、美等发达国家广为流行。曝气生物滤池不仅用于水体富营养化处理， 天津人学硕士学位论文 第一章绪论 而且广泛地用于生活污水、生活杂排水和食品加工、水果蔬菜罐头、鱼肉制品、 酿造和造纸等工业废水处理中。f 1 本、韩国和中国台湾也先后引进了此项技术。 目前世界上较大的环保公司如法国得利满公司、德国菲力普穆勒公司、法国o t v 公司均把它作为拳头产品在全世界推广。 f 1 前世界各地有几百座曝气生物滤池处理设施。加拿大拥有4 1 0 0 0 0 m 3 d 的 城市污水处理设施，法国和德国已分别建成2 4 0 0 0 0 m 3 d 和3 1 0 0 0 0 m 3 d 的曝气生 物滤池处理设施。其应用领域包括城市污水处理、生活污水处理、工业废水处理 和中水处理。我国大连市利用世界银行贷款，采用跺气生物滤池工艺已兴建完成 1 2 0 0 0 0 m 3 d 马兰河城市污水处理厂，在北京等城市有5 个曝气生物滤池工程已 完成或难在实施。该工艺在我国呈现一个令人鼓舞的应用前景。 1 2 3b i o s t y r 曝气生物滤池工艺 b i o s t y r 是现代b a f 的代表性工艺之一。b i o s t y r 是法国o t v 公司的注册工 艺，在丹麦、英国、德国、意大利、美国、土耳其得到了广泛的应用，在我国和 日本已开始采用，由于它采用了新型轻质悬浮填料- - b i o s t y r e n e ( 二 j 要成分是 聚苯乙烯，且比重小于1 9 c m 3 ，球形有机填料，粒径3 5 5 m m ”1 ) 而得名。目前 用于b a f 的填料有许多种，b a f 的另一代表形式b i o f o r 使用的b i o l i t e 膨胀硅 铝酸盐，属于沉没填料( s u n k e nm e d i a ) 。相比之下，b i o s t y r e n e 易于反冲洗，结 合其具体的运行方式，就为b i o s t y r 拥有高的处理能力、延长运行周期、城少反 冲洗水量创造了条件。目前有资料表明，悬浮填料在截留s s 、降解c o d 等方面 要优于沉没填料 1 3 1 42 。下面以去除b o d 、s s 并具有硝化脱氮功能的反应器为 例说明其工艺结构与基本原理“副 b i o s t y r 工艺的结构和原理 1 ) 基本结构 如图】所示，滤池底部设有进水和排泥管，中上部是填料层，厚度一般为 2 5 3 m ，填料顶部装有挡板，防止悬浮填料的流失。挡板上均匀安装有出水滤 头。挡板上部空间用作反冲洗水的储水区，其高度根据反冲洗水头而定，该区 天津人学硕士学位论文 第一章绪论 内设有回流泵用以将滤池出水泵至配水廊道，继而回流到滤池底部实现反硝化。 填料层底部与滤池底部的空间留作反冲洗再生时填料膨胀之用。 1 配水廊道2 滤池进水和排泥3 反冲洗循环阀门 4 滤料5 反冲洗气管6 非曝气区7 工艺空气管 8 曝气区9 预制顶盖 1 0 处理后水的贮存和排出 图lb i o s t y e 生物滤池示意图 滤池供气系统分两套管路，置于填料层内的工艺空气管用于工艺曝气，并将 填料层分为上下两个区：上部为好氧区，下部为缺氧区。根据不同的原水水质、 处理目的和要求，填料层的高度可以变化，好氧区、厌氧区所占比例也可有所不 同。滤池底部的空气管路是反冲洗空气管。 2 ) 工作原理 反应器为周期运行，从开始过滤至反冲洗完毕为一完整周期，具体过程如下： 经预处理的污水( 主要是去除s s 以避免滤池频繁反冲洗) 与经过硝化后的滤池出 水按照回流比混合后通过滤池进水管进入滤池底部，并向上首先流经填料层的缺 氧区。此时反冲洗空气管处于关闭状态。缺氧区内，一方面，反硝化细菌利用进 水中的有机物作为碳源将滤池进水中的n 0 3 一n 转化为n 2 ，实现反硝化脱氮。另 一方面，填料上的微生物利用进水中的溶解氧和反硝化过程中生成的氧降解 b o d ，同时，s s 也通过一系列复杂的物化过程被填料及其上面的生物膜吸附截 留在滤床内。经过缺氧区处理的污水流经填料层内的曝气管后即进入了好氧区， 并与空气泡均匀混合继续向上流经填料层。水气上升过程中，该区填料上的微生 r 一 天洋大学硕士学位论文第一章绪论 物利用气泡中转移到水中的溶解氧进一步降解b o d ，滤床继续去除s s ，污水中 的n h 3 - n 被转化为n 0 3 一n ，发生硝化反应。值得指出的是，以s s 形态被截留在 滤床内的可降解污染物以及被生物膜吸附的难降解有机物实际被降解吸收的时 间可接近一个运行周期，这一点有着很强的现实意义。流出填料层的净化后废水 通过滤池挡板上的出水滤头排出滤池，出路分为：( 1 ) 排出处理系统外；( 2 ) 按倒 流比例与原污水混合进入滤池实现反硝化；( 3 ) 用作反冲洗水( 在多个滤池并联运 行的情况下，当某一个滤池反冲洗时，反冲洗水由其它工作着的滤池出水共同提 供) 。 随着过滤的进行，由于填料层内生物膜逐渐增厚，s s 不断积累，过滤水头 损失逐步加大，在一定进水压力下，设计流量将得不到保证，此时即应进入反冲 洗再生以去除滤床内过量的生物膜及s s ，恢复滤池的处理能力。依据不同的处 理情况，滤池出水指标( 如s s ) 也可通过自控系统成为反冲洗的控制条件。 反冲洗采用气水交替反冲，反冲洗水即为贮存在滤池顶部的达标排放水，反 冲洗所需空气来自滤池底部的反冲洗气管。反冲再生过程如下：( 1 ) 关闭进水和 工艺空气；( 2 ) 水单独冲洗；( 3 ) 空气单独冲洗；继而( 2 ) 、( 3 ) 步骤交替进行并重复 几次；( 4 ) 最后用水漂洗一次。反冲洗水自上而下，填料层受下向水流作用发生 膨胀，填料层在单独水冲或气冲过程中，不断膨胀和被压缩，同时，在水、气对 填料的流体冲刷和填料颗粒间互相摩擦的双重作用下，生物膜、被截留吸附的 s s 与填料分离，冲洗下来的生物膜及s s 在漂洗中被冲出滤池。反冲洗污泥回流 至滤池预处理部分的沉淀系统。再生后的滤池进入下一周期运行。由于正常过滤 与反冲时水流方向相反，填料层底部的高浓度污泥不经过整个滤床，而是以最快 的速度通过池底排泥管离开滤池。客观的讲，反冲过程没有太多的理论依据，基 本是从再生效果考虑的，既要恢复过滤能力，又要保证填料表面仍附着有足够的 生物体，使滤池能满足下一周期净化处理要求。 3 ) 实际应用 b i o s t y r 工艺在欧美应用较为普遍，而且许多集中在处理厂用地紧张、 出水 水质要求高的地方。对于已实现有机碳降解、硝化的处理厂，该工艺可在外加有 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 机碳源的情况下，完成反硝化“们。也可对只进行有机碳降解的二级处理厂进 行升级，达到脱氮的水平。在具备一级强化处理的条件下，该工艺又能完全胜任 工业废水、市政污水的二级处理。此外，与化学混凝沉淀结合，还能有效除磷。 从功能上讲，在去除废水中b o d 、s s 以及硝化、脱氮等方面，该工艺已经系列 化m 1 。第一座b i o s t y r ( r ) 污水厂建于1 9 9 0 年，位于法国，o t v 公司目前共有 1 0 0 多座使用生物滤池技术的污水处理厂分布在世界各地，主要分布城市有日内 瓦、巴黎、罗马、图卢兹、曼彻斯特、纽约等。【1 w 中国第一座b i o s t y r ( r ) 污水 处理厂于2 0 0 2 年在广东南海动工，设计流量5 0 0 0 0 m 3 d 。 1 2 4 曝气生物滤池技术与其他生物处理工艺的对比 表1 - 1 为德国p h i l i p pm u l l e r 公司对传统活性污泥法、混合法和全b i o f o r 三种污水处理工艺处理效果的比较，表1 2 为该公司对三种污水处理工艺占地、 投资费和运行费的比较，表l 一3 为法国o t v 公司对a 2 o 、s b r 、b i o s t y r ( 属 曝气生物滤池的另一种结构) 三种污水处理工艺的比较。f 9 3 表1 1 不同工艺处理出水水质的比较 b o d 5c o d n h 3 - n 浓 n 浓度p 浓度 s s 浓度 处理工艺 ( m g 1 )( m g 1 ) 度( m g 1 )( m g 1 )( r a g 1 ) ( m g 1 ) 传统活性污泥法 1 57 551 811 0 混合法 1 0 6 0 2 1 0 1 1 0 全b i o f o r 1 0 6 0 2 1 0 1 1 0 表1 - 2 不同工艺占地及投资、运行费比较( 以相对值表示) 处理工艺占地投资费运行费 传统活性污泥法 l o o 1 0 0 l o o 混合法6 0 9 0 一9 5 8 5 一9 5 全b i o f o r 2 5 7 5 8 0 厦 差鬟磊薹薹饕州 篓鬯舞琶霪鬟毕 荤兰摇羹饕囊 饔翘 覃相谣霾餮1 鲁 稚 五 田缺k匠精k ，驰牮测两旨善， 姆 恤嘲匾酆g珥螂掣 * 甚m 最翌辉。蠢 凿 靛薛蜃 茛隧唇 岳 重 。血| 匿螂硭采。皿| 匾姆群 囊暑鼍要誉霎 扩圈 龛稽篓盛蒸彩鑫曩暗喜莲蒸状稚“帽长里谣 麒 剁恒* 蜒 罐描蒸剐罐茹囊尉篓錾曩菩岛b辎丑* 斟甚霉枢乓篙蹦h 篓蠢善鼍掣錾詈半 塞粘蓬冥聪蜊 辎霉粹舞h g 箍好裂埔上亡裂g 蹊 果 基唧 霸冒一半 高蒜k 谗上亡剞 奸甚辅袖帷叫删_ *。 辎器辞景上 剥k 踩 靼粹姆塥磬榷一蝎 蹦世 嫡蚺皂 舡账 搿搿样 副娶* 蜃j 筹靛* * 蜃， 萋舞藿羹耄藿奏 蝰迁鲻剞蟠旗蕊 柜午鲤烈删蜷m烈+ 榷媒韶* 目螟“ 她 垄| 萋蓁囊霎鬟囊嘉霆摹妻摇 - l 瞪酱备蝗 如 蝌 蔻霍垂蒂蓁菱| 井 l 刨 牡 卫 罨髫蠡鼍蓍盎蓑盎嚣 帽离蛔运觚靼基音搭互苻晕恒 霉世秫骊互蛊蹯鼎酲罢血护督型 虹 划* 淋螺凰9 5 世噬冒举罨丑需蝴* 林瓣鹾曜皿裂 制蜃赠擎赠擎螂删删 趔罐邕蛋斗邕譬j 赠赡嚣 赠晕 制箍喇醯* 蒋晕姆 审坦墨 似相柱r 嘿制相摆r 慧 芒罱嚣毒霜挺是蘸是镒搿曦是栏郫 蚓基兽 螽婺嚣磊 掉盛平删墨 美饕襞磊壤制醯 州娶舞1 舔 眯 囊赠当景s 嗥。 莲雾龚髓 帐 蛐崆琶螺士h 蚓” h 目 删靶删 矍岬昌辎堕蠢蓬 唰* 棼器蜉删枨 霹苌掣燃嚣器 赠 赠蜡嚣 _ l hr 螺靛 钆罂蜒赠斗 鬻掣址址1 蛉捉 。移弱帷耐盖可藿荸霎囊鋈蓍亨 2 学寸 * 饕曩塞馨蓍 * 壬 裂薹埒 l 喧一喧 肇 嘣 勰辞 旺 蚕萎艏 耀k耀k鞋 骞铎 錾鄙磐辑 褪 鉴m 一 上 坷星驾蒸曼婆蓬警莺寻摹 l 1 捌 熙臻 墨i 誉 吕 跫回 电 泳甙 i 吕 叶 * 鞲 一g n 一 矗 慧端 kk ， 瞄 铎嘣 旺 詈枢 舞_ | 积 ， 枢 屯嘣姐糕 噶 您 墓美懈 躺型 壁- k慧蔷k辎 裂1 倒罂 斗 4m g l ) ，运行方式为2 4 小时连续运行。 每试验一个阶段就对试验数据进行分析，然后根据分析的结果再对进水量、进气 量进行调整，以取得最佳的工艺运行参数和处理结果。 3 2 1 复合升流式生物反应器试验的运行数据 表3 - 5 运行阶段数据统计表( 第一分段)单位：m g 1 进水 滤速 分序量出水c o ds sb o d n h 3 n t nt p 段号出出 矗f am d 温度进水水进水水进水出水进水出水 进水 出水进水出水 11 4 42 2 61 8 ，47 2 09 23 9 82 23 5 77 24 0 5 6 34 31 2 2 18 9 9 41 2 9 23 7 7 6 21 442 2 61 7 77 7 89 62 9 21 32 4 07 95 6 5 53 4 31 3 088 04 42 7