（市政工程专业论文）曝气生物滤池处理小区污水试验研究.pdf

桂林工学院硕士学位论文 摘要 随着我国城市建设的发展，城市小区污水的资源化回用是提高水环境质量和解决城市 水资源短缺问题的重要措施。曝气生物滤池( b a f ) 近年来受到广泛关注，它具有占地面 积省、处理效率高和运行管理方便等特点，但是也存在对某些污染物去除效果差和选择填 料的问题。试验针对目前曝气生物滤池存在的若干不足，以小区生活污水为处理对象，采 用自行研发的改性斜发沸石作为填料，以曝气生物滤池为核心处理装置，将化学强化预处 理( c e p t ) 、沸石吸附深度处理作为辅助工艺共同进行了试验研究。 通过试验得出： ( 1 ) 未进行污水预处理的组合工艺在连续运行时具有较好的污水处理效果，对氨氮、 c o d c ，、浊度的去除效率分别达至j 9 7 7 、9 3 5 、9 9 2 ，但总氮和总磷的去除率只有2 9 6 和4 6 3 。 ( 2 ) 试验就不同污染物容积负荷、气水比、水力负荷、水温、p h 值以及填料再生、 滤池反冲洗等因素对曝气生物滤池处理效能的影响规律进行了研究，并得出了曝气生物滤 池的最佳运行条件。 ( 3 ) 试验对曝气生物滤池的曝气方式进行了研究。结果表明当曝气生物滤池采用水力 负荷为1 2 7 4m 3 ，( m 2 h ) ，气水比4 ：l 时，按照进水后曝气8 h ，停气静置3 0 m i n 后出水的曝 气方式运行1 个月，单级曝气生物滤池对氨氮、c o d c ，、总磷、总氮的平均去除效果比未进 行间歇曝气时的效率分别高出5 、1 7 i2 9 、1 6 。 ( 4 ) 污水强化预处理与曝气生物滤池组合试验结果表明，采用硫酸铝为混凝剂，c e p t 后置结合曝气生物滤池的间歇曝气运行方式，以进水流速为0 9 m h 、p u 值控制在7 0 8 o 之 间，生物污泥容积浓度为2 0 0 m l l ( m l s s = 8 2 4 7 m g l ) 等条件下运行，出水经沸石吸附柱 处理后，总磷、总氮的去除率达到了9 5 7 和8 9 2 。经过组合工艺处理并消毒后，其出水 能达到绿化、扫除等回用要求。 ( 5 ) 本文在生物沸石的研究结果得出不同粒径沸石的氨氮吸附量，曝气生物滤池的生 物膜和微生物种类具有沿程渐变的分布特征，两种粒径的填料负载的生物膜呼吸活性变化 都呈现明显的倒“v ”型特点，b a f 系统的生物量分布与生物活性分布并不一致，沸石吸附 柱内各取样口的底物消耗速率均高于曝气生物滤池。 ( 6 ) 本文在m o n o d 公式上推导出有机物和氨氮去除动力学模型，对有机物动力学模型 中的反应动力学常数k 进行了求解，其k 值大小反映了填料性质、反应器结构和进水浓度的 差异；氨氮的动力学公式的确定受到底物浓度、溶解氧、p h 值、温度、亚硝化细菌活性等 的影响，较难进行准确描述。 ( 7 ) 在本试验的基础上，将曝气生物滤池应用于明翠新都的小区中水回用工艺中，经 系统处理后出水达到生活杂用水水质标准( c j t 4 8 1 9 9 9 ) 。 关键词：小区污水；污水强化预处理；曝气生物滤池；改性斜发沸石；微生物生态； 工程应用 i v 桂林工学院硕士学位论文 a b s t r a c t t h ec i r c u l a rr e s o u r c e su t i l i z a f i o no fd o m e s t i cw a s t e w a t e ri si m p o r t a n tf o ri m p r o v i n gt h e e n v i r o n m e n t a lw a t e rq u a l i t ya n ds o l v i n gt h ec i t yw a t e rs h o r t a g ep r o b l e ma r i s i n gf r o mr a p i d u r b a n i z a t i o ni nc h i n a b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ( b a f ) i sa na t t r a c t i v ew a s t e w a t e rt r e a t m e n t t e e h n i q u ew - t ht h ea d v a n t a g e so f e c o n o m i cg r o u n d s ，h i 曲t r e a t m e n te f f i c i e n c ya n de a s yo p e r a t i o n a i m e da td e a l i n gw i mt h ee x i s t i n gd e f e c t so f b a f , as y s t e m a t i ce x p e r i m e n tc o m b i n i n gc e p ta n d z e o l i t ea d o p t i o na sa i dw i t ht h ec e n t e ru n i t i z e dt e c h n i q u eo fb a fh a db e e nc a r r i e do u ti nt h i s p a p e r t h i se x p e r i m e n tt o o kd a i l yd o m e s t i cw a s t e w a t e ra st h em o d e lw a t e r , c l i n o p t i l o l i t es t u d i e d b ym y s e l f a st h ef i l t e rm e d i a f o l l w i n gc o n c l u s i o n sa r em a d eb yt h i se x p e r i m e n t ： ( 1 ) a f t e rc o n t i n u o u so p e r a t i o n s , t h eu n i t i z e dt e c h n i q u es h o w e dap o s i t i v ea f f e c t i o nj n w a s t e w a t e rw i t h o u tc e p t i t sr e m o v a lr a t eo f a m m o n i a ，c o d e r a n dt u r b i d i t ya c c o u n t e dt o9 7 7 ， 9 3 5 ，9 9 2 r e s p e c t i v e l y ，b u tt na n dt p r e m o v a lr a t eo n l ya m o u n t e dt o2 9 6 a n d4 6 3 ( 2 ) a t i e rt h es t u d yo fb a ft r e a t m e n te f f i c i e n c yr e g u l a t i o nw h i c hw a sa f f e c t e db yv o l u m e l o a d ，a i r - w a t e rr a t e ，t e m p e r a t u r e ，p h , h y d r a u l i cl o a d ，f i l t e rr e g e n e r a t i o na n db a c k w a s h i n go f d i f f e r e n tp o l l u t i o n s ，t h i sp a p e rf o u n dt h eb e s to p e r a t i n gc o n d i t i o n ：g a s w a t e rr a t i o ，h y d r a u l i c l o a d i n ga n dw a t e rt e m p e r a t u r ew e r e4 ：1 ，1 2 7 4m 。( m 2 h ) ，2 5 - 3 5 ca n dp hv a l u eb e t w e e n 6 5 7 5r e s p e c t i v e l y ；t a k ea i r - w a t e rb a c k w a s hi nb a fu n d e rt h eh y d r a u l i cp r e s s u r eo f o 0 4 m p a ； r e g e n e r a t ez e o l i t ea d o p t i o nt w i c eo rt h i r daw e e k ( 3 ) w h e nt h eh y d r a u l i cl o a da n da i r - w a t e rr a t ew e r e1 2 7 4m ( m 2 h ) a n d4 ：1 ，a e r a t i n g f o r8 h ，l a yu pf o r3 0 m i n ，t h e nd r a wo f fw a t e r r e p e a tt h i sp r o c e s s i o nf o ram o n t h ，s i n g l eb a f h a da l la v e r a g eh i g h e rr e m o v a lr a t eo f 5 、1 7 、2 9 、1 6 t oa m m o n i an i t r o g e n ，c o d c r t pa n d t nt h a nb e f o r ei n t e r m i t t e n c ea e r a t i o n ( 4 ) t pa n dt nr e m o v a lr a t ea m o u n t e dt o9 5 7 a n d8 9 2 r e s p e c t i v e l ya f t e rc o m b i n i n g c h e m i c a l l ye n h a n c e dt r e a t m e n tw i mb a fe x p e r i m e n t i ni n t e r m i t t e n c ea e r a t i o nu n d e rt h e f o l l o w i n gc i r c u m s t a n c e ：e m p l o ya 1 2 ( s 0 4 ) 3 a sc o a g u l a t i o n ；p o s t p o s ec e p td u r i n gi n t e r m i t t e n c e a e r a t i o n ；c o n t r o lt h ew a t e rf l o ws p e e di n0 9 m ha n dp hv a l u eb e t w e e n7 o 8 o ：m a k eu p b i o l o g i c a ls l u d g ei nt h ev o l u m ec o n c e n t r a t i o no f2 0 0 m l l ( m l s s = 8 2 4 7 m g l ) t h r o u g ht h e d i s p o s i n ga n dd i s i n f e c t i n gp r o c e s s i o ni nu n i t i z e dt e c h n i q u e ，e f f l u e n tc o u l d r e a c ht h er e q u i r e m e n t s o f a f f o r e s t i n ga n dr e c i r c u l a t i o n ( 5 ) t h i sp a p e rr e a c h e dac o n c l u s i o nt h a tz e o l i t ew i t hd i f f e r e n td i a m e t e rs h o w e dd i f f e r e n t a m m o n i u ma d s o r p t i v ec a p a c i t y , b i o f i l ma n dm i c r o o r g a n i s ms p e c i e sw h i c hd i s t r i b u t e d n o n - u n i f o r m l ya l o n gt h ew a t e rf l o w ar e v e r s e d v ”s h a p ev a r i a t i o nc u r v eo fb i o f i l ma c t i v i t y a l o n gw a t e rf l o wi nb a fw a sa l s oo b s e r v e dw h i c hd e m o n s t r a t e dt h en o n - u n i f o r mb i o l o g i c a la n d b i o f i t ma c t i v i t yd i s t r i b u t i o n w h a t sm o r e ，c o m p a r e dw i t hb a f , s t r a t u mi nz e o l i t ea d o p t i o n c y l i n d e rs h o w e dah i g h e rc o n s u m p t i o nr a t e ( 6 ) k i n e t i cm o d e l so fo r g a n i c s ( c o d c r ) a n da m m o n i ar e m o v a lb a s e do nm o n o dm o d e l v 桂林工学院硕士学位论文 w e r ee s t a b l i s h e di nt h i sp a p e ra sw e l l t h ev a l u eo fk i n e t i cc o n s t a n ! ki m p l i e dt h ed i f f e r e n t c h a r a c t e r i s t i c so f f i l t e rm e d i a s t r u c t u r eo f b i o r e a c t o ra n di n f l u e n tc o n t r 0 1c o n c e n t r a t i o n h o w e v e r t h ea n a l y s i so fa m m o n i ak i n e t i cw a sd i 筋c u l tt od e s c r i b ef o rt h er e a s o nt h a ti tw a sa f f e c t e db y s t r a t u mc o n c e n t r a t i o n ，d o ，p hv a l u e , t e m p e r a t u r ea n da c t i v i t yd i s t r i b u t i o no f a m m o n i ao x i d i z e r ( 7 ) b a s i n go nt h i se x p e r i m e n t ，b a fm e t h o dw a sa p p l i e di nw a t e r - r e c y c l et e c h n i q u ei n m i n g c u i x i n d ur e s i d e n t i a lq u a r t e r t h eo p e r a t i n gr e s u l t ss h o wt h a tt h ee f f l u e n tq u a l i t yi sq u i t e e n o u g h t o m e e t t h er e q u i r e m e n t o f r e c l a i m e d w a t e r q u a l i t ys t a n d a r d ( c j 4 8 1 9 9 9 ) k e y w o r d s ：d o m e s t i cw a s t e w a t e r ；c e p t ；b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ；c l i n o p t i l o l i t e ；m i c r o b i a l e c o l o g y ；p r o j e c ta p p l i c a t i o n v i 桂林5 - 学院硕士学位论文 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权说明 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是我个人在张学洪教授指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特i i ：i i 以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得桂林工学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并致以了谢意。 学位论文作者( 签字) ： 签字日期： 勿 丝2 。：芏 版权使用授权说明 本人完全了解桂林工学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照学校要求 提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目 录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以 赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。( 保密论文在解密后遵守此规定) 学位论文作者( 签字) ： 指导教师签字： 签字日期： 绣确 张 印学刎 桂林工学院硕士学位论文 1 1 课题研究背景 1 1 1 小区污水处理回用的意义 笫1 章绪论 水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源，在2 0 0 2 年南非约翰内斯堡举行的可 持续发展世界首脑会议上，水被列为水、能源、健康、农业和生物多样化五大可持续发展 的世界性课题之首，全球对水与社会经济发展、水与环境的强烈关注反射出水资源在可持 续发展中的基础性地位和至关重要的作用“1 。我国水资源总量为2 8 l 万亿m 3 ，居世界第6 位，按1 3 亿人口计算，人均水资源仅为2 2 5 1i n 3 ，不及世界人均占有量的l 4 ，是世界上公 认的1 3 个水资源匾乏的国家之一。根据水利部门的预测，到2 0 3 0 年我国人口增至1 6 亿时， 人均水资源将降低到1 7 6 0m 3 ，总缺水量将达到4 0 0 - 5 0 0 亿m 3 ，已经达到了世界公认的缺 水警戒线。从地区分布情况来看，水资源总量的8 1 集中分布于长江及其以南地区其中4 0 以上又集中于西南五省区，就人均占有淡水资源而言，南方最高地区和北方最低地区相差 数十倍，西部比东部甚至高出五、六百倍；这些地区水资源短缺的现状将在一个相当长的 时间成为难以解决的问题。 因此人类对于水的资源化利用也更加重视，污水的回用也自然成为我们关注的焦点。 目前，我国城市小区污水存在分布广、集中处理管网难以连接、污染物种类多等特点。这 些都制约了污水集中处理回用的发展，所以提出了对难以进行污水集中处理的小区污水进 行城市污水分散处理的要求。分散处理的意义在于： ( 1 ) 分散处理，就地回用。由于回用对象不同，对水质的要求和处理工艺也不同，可以 因地制宜，就地回用还可以节约输水管线。 ( 2 ) 在已建了集中污水处理厂的情况下，小区处理站可采用将污水与污泥分开处理的方 案，污水就近收集、处理、回用，污泥输送到集中污水处理厂处理。污泥的集中处理有利 于实现处理设施的规模效益，节约投资，回收能源。 ( 3 ) 随着科学技术的发展，尤其是曝气生物滤池和膜技术的发展，污水处理设施实现了 装置化、小型化，使污水分散处理和回用得到实现。 ( 4 ) 污水处理离不开能源，随着世界性的能源短缺和大气污染的加剧，新能源的使用已 经是刻不容缓，而太阳能、燃料电池等都适合于分散使用，例如在居民住宅小区中使用， 这就使污水处理随之走向分散化。 城市污水的分散处理和建立回用水厂，对我国污水资源化利用有着重要的影响。与集 桂林工学院硕士学位论文 中回用相比，分教回用可以节约输送管线费用，却增加了污水处理设施和回用设旌的投入， 但随着科技水平和工业化的进程，通过大量工业化生产和建立服务体系，就可实现分散式 污水和污染物处理的构想，实现设计、制造的规范化，且在经济和技术上都是可行的，在 挪威、美国、日本这种小区污水分散处理工艺已经比较成熟，对我国的小区污水回用处理 起到借鉴的作用。 1 1 2 国内外污水处理回用现状 水作为人类生存的基本物质条件，是人类社会最宝贵的自然资源，也是经济可持续发 展的生命之源。随着人口的不断增长和社会的持续发展，水资源短缺已成为当今人类所面 临的最严峻的挑战之一。对于日生活用水量相当可观的生活小区可采用中水回用的途径， 来实现小区生活污水资源化。 1 1 2 1 国外中水回用现状 中水回用起源于日本，经过1 0 多年的开发利用，在美国、日本等发达国家，中水回 用已成为城市水资源的重要组成部分。 以色列是在中水回用方面最具特色的国家。它地处干旱和半干旱地区，人均水资源 占有量仅为4 7 6 m 3 。其主要对策是农业节水和城市中水回用，占全国污水处理总量4 6 的出 水直接回用于灌溉，其余3 3 3 和约2 0 分别回灌于地下或排入河道，其中水回用程度 之高堪称世界第一。在回用方式上，包括小型社区的就地回用，中等规模城镇和大城市的 区域级回用。 美国水资源总量较多，城市中水回用工程主要分布于水资源短缺、地下水严重超采的 加利福尼亚、亚利桑那、德克萨斯和佛罗里达等州，其中以南加州成绩最为显著。1 。中水 回用以农业灌溉居多，也有少量中水用于工业用水和作高层建筑生活用水。 日本以有较多的“中水道”( 即中水系统 供生活杂用而著称，约占中水回用量的4 0 。 早在2 0 世纪6 0 年代，日本沿海和西南一些缺水城市，如东京、名古屋、川崎、福冈等地 即开始考虑将城市污水处理厂的出水经迸一步处理后回用于工业、生活或生活杂用( 以冲 洗卫生设备为主) 。截至1 9 8 6 年嘲，日本直接回用水的城市污水处理厂出水已达3 x 1 0 8 m 3 a ， 虽不及总取水量的1 ，但已成为城市一种稳定、可靠的水源，并制定了相应的水质标准。 其中，以生活杂用水所占的比重最大。另外，德国、巴西和奥地利在中水回用方面，处理 程度比较高，污水处理量和日用量也高。 突尼斯是北非发展污水回用最积极的国家，8 0 年代初期，制定了污水回用政策。污水 回用的主要对象是农业。为了提高回用率，突尼斯采用蓄水池或地下蓄水层对再生水进行 贮存。 南非的约翰内斯堡每天有9 4 万m 3 饮用水来自再生水工厂，由于处理得当，没有发生 2 桂林工学院硕士学位论文 卫生问题。 纳米比亚的温得霍克市将污水深度处理后，直接作为生活饮用水水源，水质达到世界 卫生组织和美国环保局公布的标准。 巴西在将城市污水回用于绿化、冲厕、冲洗道路、洗车等方面做了大量的研究和实践。 1 1 2 2 国内中水回用现状 我国的中水回用起步较晚，1 9 8 5 年北京市环境保护科学研究所在所内建成了第一项中 水工程。早期的中水回用工程主要是将单幢建筑物内部的污水简单处理后回用于冲厕等， 由于处理效果以及水价等原因，并没有得到迅速发展。近年来我国城市缺水状况愈发严重， 中水回用受到越来越多的关注。近年来，结合水污染控制，城市污水回用已经逐渐提到日 程上来，北京、天津、沈阳、鞍山、抚顺、大连、青岛、石家庄、太原、大同、西安、深 圳等地已经建成或拟建一批污水处理或回用工程项目，同时将改造旧有的污水灌溉系统， 下面介绍国内几个比较有代表性的城市污水回用的发展状况。 北京的高碑店加污水处理厂建成了我国最大的污水回用工程，回用规模为3 0 万m 3 d ， 回用对象主要是河湖补水、城市绿化、喷洒道路和热电厂冷却用水。2 0 0 5 年北京市区利用 再生水2 6 亿m 3 脚，其中工业冷却1 1 亿m 3 ，农业灌溉1 2 亿m 3 ，城市杂用2 2 0 0 万r n 3 ， 城市水环境用水8 0 0 万m 3 ，同时2 0 0 5 年市区污水再生利用率达到3 0 ；2 0 0 6 年，可利用 水资源3 6 6 亿m 3 ，其中利用再生水3 6 亿m 3 ；2 0 0 7 年，可利用水资源3 7 8 亿m 3 ，其中 利用再生水4 8 亿n l 孙1 ，目前北京市已建成的建筑物和住宅区配套中水设施累计3 0 0 余套， 日设计处理能力合计5 万m 3 ，在建的还有1 0 0 多个，主要是集中在宾馆、写字楼、院校和 部分的住宅区。北京正加快中水厂建设，提高再生水水质标准，配套中水管网建设，使2 0 0 8 年再生水利用率达到5 0 以上，这是政府向国际奥委会和全社会公布承诺的目标。预计到 2 0 1 0 年全市利用再生水6 亿m 3 ，其中农业3 亿m 3 ，工业1 5 亿m 3 ，市政杂用、河湖环境 用水1 5 亿m 3 嘲。 天津纪庄子污水处理厂厂内回用工程规模2 0 0 0 m 3 d 啪，该厂采用a 2 o 工艺先进行脱氮 脱磷处理，再经过纤维球滤料过滤、消毒，然后回用。天津东郊污水处理厂回用工程将二 级出水过滤、消毒后回用，规模7 万m 3 d 。 长春市在建的两个污水厂都考虑了污水回用。北郊污水厂回用规模l o 万m 3 d 。西郊污 水厂计划一期回用5 万m 3 d ，二期回用1 0 万一，d 。 大连市春柳河污水处理厂规模1 万m 3 d 的污水回用示范工程已运行十年，效果良好。 新建的几个污水厂都有深度处理设施，大部分二级处理后的水回用。国电电力大连开发区 热电厂配备一座中水处理厂和两家大型污水处理厂，使开发区城市污水处理率达到1 0 0 ， 污水回用率全国领先。 青岛市污水回用工作开展较早，海泊河污水厂已建成4 万m 3 d 的深度处理设施。太原 桂林工学院硕士学位论文 北郊污水处理厂向太钢供水，年供水量为1 8 0 万m 3 ，作为太钢循环冷却水的补充水“1 。 太原化工集团公司水厂回用分厂利用太化南堰污水处理厂二级出水为水源，采用生物 陶粒接触氧化+ 混凝沉淀+ 过滤的深度处理工艺进行处理，出水供化工厂及化肥厂使用。“十 一五”期间，太原市每年将减少工业及生活污水排放1 5 1 7 2 8 8 万吨，5 年内城市生活污水处 理回用率将达3 0 ”。 与其它发达国家相比，我国污水回用仍有一定距离，究其原因主要有以下几个方面： 第一、中国城市中水利用落后于国外的主要原因是投资渠道和管理体制问题。我国中 水回用的工程建设，目前主要依靠政府投资，缺少动力。应该采用引入民间集资、引进外 资等多渠道集资办法，以市场化促发展。 第二、由于我国原来水价一直处于较低水平，使用中水与使用自来水在经济上相比缺 少优势。近年来，随着国家对水资源短缺现象的日益重视，水价不断调高，以价格做杠杆 调节和达到节水目的作用正逐渐显现，也为中水回用普及奠定了基础。但是，经过几次水 价调整，虽然从供水价格上已经体现出中水的优势，但在执行上仍有一定的难度。 第三、由于以前在道路和市政管道建设时未考虑修建中水管道，一些道路下面已没有 中水管道的位置，还有的道路虽然可安排中水管道，但需破路才能埋设，这也是影响城市 污水再生回用的一个因素”1 。 概括起来，造成我国目前城市中水利用难以推广的原因主要在于：人们观念中对由“下 水”变成的“中水”存有疑虑；自来水与回用水的比价不合理，投资运营后费用难以保障： 回用工程资金匮乏，缺口大；不少城市上了回用设施没有管网配套，难以形成供水能力。 如北京日产中水7 0 万m 3 ，只有4 0 被利用，而洗车使用中水不到1 。城市中水回用不是 一朝一夕的事，它既是节水治污的一项有效的举措，又是水资源可持续性发展的功能性朝 阳产业。因此，在建立城市中水产业工程时，还需政策护航。政府应该给予经济上的援助， 提供税费减免等政策优惠，保证中水工程的顺利推行。 1 1 3 小区污水处理回用技术现状及发展 下面对小区生活污水处理的几种工艺和该工艺的不足之处进行简单的介绍9 ”3 。目前， 国内应用的小区生活污水处理工艺主要有：无动力处理工艺；有动力的好氧生化处理工艺， 如活性污泥法和生物膜法；缺氧一好氧和厌氧一缺氧一好氧相结合的处理工艺。 1 1 3 1 无动力生活污水处理工艺 该工艺流程为：进水一厌氧消化池一厌氧过滤池一接触氧化池出水。其实质为厌氧 一好氧处理法，利用厌氧消化池和厌氧生物滤池中的厌氧微生物对污水的有机物进行降解， 然后再试图利用拔风系统促使空气流通，通过较大面积的水面与空气自然接触而达到好氧 处理效果。该法占地面积大，处理出水虽有一定效果，但仍不能满足回用标准。 4 桂林工学院硕士学位论文 1 1 3 2 好氧生化处理工艺 好氧生化处理工艺中以s b r 工艺和生物接触氧化工艺应用较多。其中s b r 工艺是序 批式活性污泥法，迸水、反应、沉淀、排放和闲置顺序在同一池中完成，周期运行。其特 点为：( 1 ) 无二沉池和污泥回流设备，产生剩余污泥量少；( 2 ) 结构简单，运转灵活，可随时 调整运行计划；( 3 ) 自控要求高。( 4 ) 有一定脱氮除磷效果。但是，该工艺对设备自控水平和 操作人员的素质要求较高，否则会影响污水处理装置的正常稳定运转。我国澳门污水处理 厂和一些炼油终端厂废水就采用此工艺处理。 生物接触氧化工艺是指曝气的污水流经长满生物膜的填料，污水与生物膜接触，得到 净化的连续流污水的生物处理技术。它兼有活性污泥法和生物膜法的优点，具有生物活性 强、去除效率高、无需污泥回流、产泥量少、处理成本低等特点。但该法的投资较大，且 除磷效果不佳。 1 1 3 3 缺氧一好氧和厌氧一缺氧好氧相结合的处理工艺 该工艺在去除有机污染物的同时，还有脱氮、除磷效果。应用于城市污水处理的这类工 艺主要有：a 2 o 工艺、改进的b a r d e n p h o2 1 2 艺、u c t 工艺、改进的s b r 工艺( 如c a s s ) 、 u n i t a n k 工艺等，但这些工艺操作均较复杂，运行管理要求较高。 1 1 3 4 污水深度处理工艺 随着回用水要求的提高，对于生物活性炭技术，膜生物反应器、膜技术等深度处理技 术也正逐步为人们所重视1 。 应用生物活性炭工艺处理小区生活污水二级出水，可以使最终出水c o d c ，降至3 0 m g l 左右，b o d 5 、s s 、色度等也可达到回用要求。与传统的混凝、澄清、过滤工艺相比，该工 艺工程投资略高，但运行费用较低；膜技术主要是指纳滤、超滤、渗透以及反渗透等膜分 离技术，小区生活污水经二级处理出水，经反渗透( r o ) 等膜技术深度处理，其出水可作为 工业用水或生活用水，不过，由于膜技术的成本很高，且运行管理比较麻烦，目前在国内 的应用不是很广；膜生物反应器( m b r ) 集生物反应器的生物降解作用和膜的高效分离作 用于一体，具有出水水质好、处理负荷高装置占地面积小、产泥量少、易于实现自动控制 等优点。其出水经消毒后可直接回用，甚至可回用于饮用水水源。m b r 在发达国家的污水 回用工业中已经得到了很好的应用，但是膜本身成本高，操作系统复杂以及运行成本较高， 阻碍了其在小区生活污水回用。 随着我国水体富营养化问题的日益突出，开发操作、管理简便的小区生活污水脱氮、 除磷技术和设备已成当务之急“。 桂林工学院硕士学位论文 1 2 曝气生物滤池污水处理技术 生物法是污水处理的基本方法，然而传统污水生物处理工艺不可避免的具有占地面积 比较大、处理系统复杂、运行管理难度大、处理效能低下等缺点，而且随着城市发展步伐 的加快及城市区域的拓展，污水处理设施离城区越来越近，有的甚至建在城区，污水厂土 地的使用也受到严格的限制“”。在这种背景下，生物过滤的思想被引入到污水处理中来， 于是体积小、出水水质好、具有模块化结构并可自动化操作的曝气生物滤池( b a f ) 就应运而 生了。曝气生物滤池是一种将生物氧化机理与深床过滤机理有机结合的新型污水生物处理 技术。 1 2 1 曝气生物滤池的产生和发展 最早的曝气生物滤池出现在2 0 世纪初期，其发展可以追溯到早期的淹没石片滤池及后 来在德国出现的e m s c h e r 滤池。现代意义的曝气生物滤池在二十世纪7 0 年代末8 0 年代 初出现于欧洲大陆，世界上首座曝气生物滤池于1 9 8 1 年诞生在法国，与其生物膜方法不同， 曝气生物滤池将生物氧化过程与固液分离集于一体，在同一个单元反应器中完成碳源去除、 固体过滤和硝化过程，并且对池结构进行改进后增加了厌氧区的生物滤池还可以进行反硝 化脱氮和除磷，同时完成了生物氧化和固液分离的功能。随着环境对出水水质要求的提高， 该技术在全世界城市污水处理中获得了广泛的推广应用“”。曝气生物滤池研究在二十世纪 8 0 年代中后期经历了一个快速发展时期，出现了比较有代表性的b i o f o r 、b i o s t y r 、 b i o p u r 和d e e p b e d 等反应器和工艺形式，9 0 年代以来有关曝气生物滤池的技术方法、 工艺流程不断完善，在填料的选择、反冲洗技术的改进以及提高滤速研究等方面取得了一 定进展。 目前，在全球已有数百座大小各异的污水处理厂采用了技术，主要分布在欧洲和北美 地区。这些曝气生物滤池被应用于处理工业废水、生活污水以及微污染水源水的预处理中， 取得了良好的处理效果，在水处理事业中发挥着越来越大的作用。 b a f 在我国的研究应用，整整比欧洲晚了近1 0 - - - 1 5 年时间“”。大连马拦河污水处理厂 是我国第一个应用b a f 的污水处理厂，采用德国的菲立普穆勒公司的b i o f o r 工艺，采 用二级b i o f o r 处理生活污水。“6 1 2 0 0 1 年7 月正式投产运行，处理水量1 2 1 0 4 m 3 d ，其 中4 x1 0 4m 3 d 污水用于回用，服务人口3 5 万。设计进水水质为c o d c r = 4 8 0 m g l ， b o d 5 = 2 1 6 m g l ，8 s = 3 5 0 r a g , q _ , ，n h 3 - n = 4 0 m g l ，p h = 6 9 。运行表明处理效果良好，出水 水质达到我国新颁布的城市污水再生利用城市杂用水水质标准。 近十多年来，国内很多学者及科研单位对b a f 的结构形式、功能、启动、滤料和操作 等方面进行了详细的研究，取得了很多成果，目前b a f 正处于研究推广阶段。近几年来， 经过许多国内研究单位和环保企业的探索研究，在滤料、处理机理、操作、反冲洗等方面 6 桂林_ - 1 2 学院硕士学位论文 已经取得了很多成就，也有一些实际污水处理、深度处理、污水回用以及微污染源水的预 处理工程建成，基本实现了b a f 技术国产化。b a f 工艺已经开始用于城市、小区生活污水 处理，以及酿造、酒精、食品加工、肉联、畜牧饲养、皮革等行业的有机废水处理。从东 北的大连、沈阳，到西北的兰州，再到南方的广东，b a f 在国内工程应用的数量和范围在 逐步扩大。 一1 2 2 曝气生物滤池的原理和特点 1 2 2 1 曝气生物滤池的原理 曝气生物滤池是充分借鉴污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路，将生物降解 与吸附过滤两种处理过程合并在同一单元反应器中。以滤池中填装的粒状填料( 如陶粒、焦 炭、石英砂、活性炭、沸石等) 为载体，在滤池内部进行曝气，使滤料表面生长着大量生物 膜，当污水流经时，利用滤料上所附生物膜中高浓度的活性微生物强氧化分解作用以及滤 料粒径较小的特点，充分发挥微生物的生物代谢、生物膜和填料的物理吸附和截留以及反 应器内沿水流方向食物链的分级捕食作用，实现污染物的高效清除，同时利用反应器内好 氧、缺氧区域的存在，实现脱氮除磷的功能。 1 2 2 2 曝气生物滤池的特点 曝气生物滤池虽是生物膜处理方法的一种，但与传统生物滤池相比，仍具有明显特点： ( 1 ) 采用的粗糙多孔的小颗粒填料作为生物载体，可在填料表面保持较高的生物量( 可达 1 0 - 1 5 9 l ) ，易于挂膜且运行稳定； ( 2 ) 生物相复杂，菌群结构合理，反应器内具有明显的空间梯度特征，能耐受较高的有 机和水力冲击负荷，不同的污染物可以在同一反应器被渐次去除，同步发挥生物氧化作用、 生物吸附絮凝和物理截留作用，出水水质好可满足回用要求： ( 3 ) 区别于一般生物滤池及生物滤塔，在去除氨氮时需进行曝气，但粒状填料层具有较 高的氧转移效率，曝气量低，运行能耗较低，硝化和反硝化效率高； ( 4 ) 滤池为半封闭或全封闭构筑物，其生化反应受外界温度影响较小，适合于寒冷地区 进行污水处理： ( 5 ) 高浓度的微生物量增大了的容积负荷，进而降低了池容积和占地面积，使基建费用 大大降低： ( 6 ) 滤池运行过程中通过反冲洗去除滤层中截留的污染物和脱落的生物膜，无需二沉池， 简化了工艺流程，采用模块化结构设计，使运行管理更加方便： 、 ( 7 ) 减少了污水厂异味，无污泥膨胀问题，无需污泥回流。 1 2 3 曝气生物滤池的应用及研究现状 与传统污水生物处理工艺相比，曝气生物滤池不仅能在一定程度上克服传统的工艺占 7 桂林工学院硕士学位论文 地面积大、基建投资高、处理系统复杂、运行管理难度大、处理效能低等不足，还具有出 水水质好、应用范围广、处理工艺系统化和自动化集成潜力大的特点。 在欧洲，为了适应新的标准陆续开发了一系列新的污水处理技术，曝气生物滤池从中 脱颖而出。它首先被用作三级处理，后来发展成直接用于二级处理，现在b a f 在欧洲、北 美及日本等国已获得了广泛的应用，在世界各地有几百座b a f 处理设施，在国外其主要应 用领域包括小区污水处理、生活污水处理、工业废水处理以及中水处理等。 从2 0 世纪9 0 年代起，国内微污染源水的曝气生物滤池预处理技术开始进入生产性试 验研究阶段。目前，曝气生物滤池技术已被引入给水处理和中水回用领域，并成为对微污 染源水进行生物预处理的有效手段之一。桑军强、王占生“”等认为曝气生物滤池是去除微 污染源水中有机物、氨氮等污染物的一种行之有效的方法，其对氨氮的去除率达8 0 以上， 对耗氧量、浊度、色度、铁、锰等污染物也均有较好的去除效果。 填料作为曝气生物滤池的核心组成部分，影响着曝气生物滤池的发展。事实上，b a f 性能的优劣很大程度上取决于填料的特性，英国、美国和印度等国已制定了曝气生物滤池 所用滤料的相应标准。曝气生物滤池发展过程中发现依次出现过3 种不同的形式，国外的 实际运行表明，分别采用轻质陶粒为填料的b i o f o r 和密度比水小的聚苯乙烯球形颗粒为 填料的b i o s t y r ，明显优于采用石英砂粒的b i o c a r b o n e 。r e b e c c am o o r e 等研究了尺 寸范围分别为1 5 3 5 m m 和2 5 , - 4 5 m m 的填料对曝气生物滤池处理效果的影响，发现小 颗粒填料虽然有利于脱氮，但不适应高的水力负荷；而大颗粒填料虽然改善了滤池操作条 件，减少了反冲洗的次数，但不利于脱氮和s s 的去除。 我国对曝气生物滤池填料的研究以陶粒为最多，这是因为陶粒作为填料的一种，不仅 材料低廉易得，而且显示出的优良特性，特别适合我国的国情。齐兵强等“”人以球形轻质 陶粒作为曝气生物滤池填料处理生活污水时发现：尽管在很高的滤速( 6 5 8 m h ) 下，其 处理水质仍然很高，而且曝气量小，氧利用率高；此外，该曝气生物滤池系统水头损失增 加缓慢，反冲洗周期长，节约了能源和操作费用；清华大学的田文华、钱易等利用白行 研制的沸石滤料作为填料的曝气生物滤池( z b a f ) 装置处理生活污水并进行了中试，发现 z b a f 除具有普通b a f 的优点外，还具有利于微生物生长、抗氨氮冲击负荷的特点，目前 这项技术已申报国家发明专利( 申请号：0 2 1 1 6 3 0 7 3 ) ；魏彩春。”等利用自行研发的改性沸石 进行污水处理的中试试验，试验的初步研究结果表明生物沸石对氨氮具有良好且稳定的处 理效果，在处理污水中氨氮的过程中，改性沸石的离子交换吸附作用和附着在沸石表面的 微生物的硝化作用同时存在，并且证明对有机物也有良好的去除效果。 凌霄等。”人在曝气生物滤池中投加铝盐，发现磷的去除随着铝盐投加量的增加而增加， 但并不成正比例增加，且投加铝盐对浊度、c o d c ，去除影响不大，溶解氧足够时，铝盐的 投加对氨氮的去除也没有影响；邱立平。1 等在曝气生物滤池工艺中采用投加金属混凝剂和 反冲洗生物污泥共同进行污水预处理，达到了较好的除磷效果。 8 桂林工学院硕士学位论文 1 2 4 曝气生物滤池的不足及研究趋势 曝气生物滤池的不足之处随着污水处理技术的发展也显露出来： ( 1 ) 曝气生物滤池工艺的系统性研究还不是很深入，尽管曝气生物滤池的工艺不断进 步，但其处理效能也只是各有所长，有关曝气生物滤池运行方式对处理效能影响的认识还 不统一，究竟是上向流曝气生物滤池对氨氮和悬浮物的去除好于下向流，还是下向流好于 上向流还存在争论，如何将各种工艺形式相互融合，从而发挥其最大去污效能有待进一步 研究。 ( 2 ) 通常情况下，为了延长滤池的运行周期，减少反冲洗频率以降低能耗，曝气生物滤 池处理污水时需对进水进行预处理。因此，高性能、低价位、截污能力强的填料将在其推 广应用中起到重要作用，研究填料对污染物去除的影响，寻求改善填料性能的工艺和方法， 制定适于我国国情曝气生物滤池的填料标准将是下一步研究重点。此问题解决不好，会制 约曝气生物滤池除污性能的发挥。 ( 3 ) 曝气生物滤池