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加压曝气增氧生物炭滤池深度处理印染废水的特性研究 摘要 印染行业是工业废水排放大户之一。当接纳水体的径流量很小时，尽管废水 水质符合排放水水质标准，但仍然会引起水体的严重污染，此种情况下，必须将 二级生化处理后的废水进行深度处理，以便进一步减少污染物的排放量进而保护 水体。从发展角度看，水资源日趋紧张，废水的深度处理和回用势在必行。纺织 印染废水净化处理，最突出的问题是脱色和难降解有机物的去除。从回用的角度 看，希望回用水的悬浮物浓度和色度接近o 。 本文采用升流式加压曝气增氧生物活性炭滤池工艺，分别以含氮低( 视为不 含氨氮) 的印染废水和含氮浓度较高的印染废水为研究对象，进行了深度处理的 小试试验，并结合有关文献资料，取得结果如下： l 、加压曝气增氧生物活性炭滤池在2 8 一3 0 。c 条件下进行挂膜，经过1 6 天的 时间，c o d 。，去除率达到4 5 左右，氨氨去除率达到5 5 ，压力降稳定在9 ，9 k p a ，表 明炭粒挂膜成功。 2 、研究表明：滤池出水p h 值升高或降低取决与滤池内的生化反应类型，当以 碳化反应为主时，出水p h 值是升高的，升高幅度与c o d 去除率呈现正相关性： 当以硝化反应为主时，炭滤池出水的p h 值是降低的，降低幅度与氨氮去除率呈 现正相关性。 3 、温度为2 8 3 0 。c 时，反应器压力从5 0 k p a 到3 0 0 k p a 的变化过程中，反应器中 的溶解氧浓度并没有随着压力的升高而直线上升，在压力小于3 0 0 k p a 时成抛物 线状增长迅速，d o 可高达6 6 9 m g l 左右；压力超过3 0 0 k p a 后，溶解氧浓度随 压力增长的速率变慢，各污染物的去除率的增长趋势变缓。因此本实验装置压力 宣在3 0 0 k p a 下运行。 4 、压力在3 0 0 k p a 左右，水力负荷为0 6 4 2 o m 3 ( m 2 h ) 左右时，加压增氧生 物炭装置运行效果较佳；压力控制在3 0 0 k p a ，水力负荷控制在1 1 4 m 3 ( m 2 h ) 、 温度为2 8 。c 一3 0 。c 时，c 0 1 ) 。平均去除率在6 8 6 左右，氨氮平均去除率在9 2 5 以上，浊度的去除率在7 0 以上，色度去除率可达5 0 7 0 ，对u v w 的去除效果 较稳定，去除率基本在5 0 7 0 之间。出水c o d 基本稳定在4 0 m g l 左右，出水 氨氮平均在2 5 m g l 以下，出水浊度基本也控制在i o n t u 以下，出水色度小于 2 0 倍，s s 小于1 0 m g l ，b o d ，也在1 0 m g g 以下，各指标均达到生活杂用水水质标 准( c s 2 5 卜8 9 ) 。 5 、对比加压曝气增氧生物炭法反应器与普通b a c 的处理效果，前者对多项污染 物的去除效果好于后者，其中氨氮、浊度、色度、c o d 。的平均去除率比普通b a c 分别高3 0 、4 0 、l o 、1 8 6 。但对u v 。来讲，二者去除率之间没明显区别。 6 、课题研究表明：加压曝气增氧生物炭法中生物膜的活性要大大高于普通b a c ， 从侧面揭示了加压曝气增氧生物炭的优势所在。加压曝气增氧生物炭中剩余微孔 容积比普通b a c 中多，是由于炭柱内生物活性不同而引起的降解速率和生物再生 能力不同造成的。 7 、s s 的去除主要发生在距底部进水口0 - 7 5 c m 段滤层：有机物c o d ”的去除主要 发生在滤层距进水口6 0c r n 内，随着有机负荷的增加，异养菌在滤层中分布会更 均匀，对有机物c o d 。降解有贡献的滤层会更厚，在这段区域，c o d e ，去除率占总 去除率的8 8 一9 3 ，8 。同时对氨氮去除贡献最大的区域集中在2 0 8 0c r n 区域， 随着氨氮负荷的增加，去除氨氮的有效区域会更厚些。 8 、上向流运行方式下滤层中的d 0 浓度随着滤层的升高而增加，但在进水起始端 溶解氧较低且提高速率小。在整个滤床内u v 。的降解速度比较慢且降解率低。色 度的去除主要发生在o 一8 0o n 段滤层，主要靠生物降解作用和滤层截留作用。附 着在填料上的生物量和生物膜活性沿床层高度递减。在整个滤池空闻内，存在亚 硝酸盐积累现象和短程硝化反硝化过程。 9 、试验研究表明炭滤池的运行周期t 为5 d 左右。采用脉冲反冲洗方式，气冲 强度宜控制在8 1 0l ( s 砰) ，水冲强度控制在2 41 ( s m 2 ) ，反冲洗时f 日j 为5 5 m i n ，具有良好的反冲效果。反冲洗后，恢复到最佳工作性能的时间为8 h 1 0 、提出了加压曝气增氧生物活性炭滤池净化有机物的动力学模式，将动力学 参数表示为溶解氧、有机物可生化性的函数。有机物降解速率与溶解氧浓度的 对数呈l e 比增加：炭滤池沿程高度降解c o d 的动力学模式s = s 。e “+ c ( k 、c 为常数) 。 关键词：印染废水，深度处理，回用，动力学，加压，增氧生物活性炭滤池 as t u d yo nt h ep e c u l i a r i t yo fp r e s s u r i z e d a e r a t e db i o l o g i c a l a c t i v a t e dc a r b o nf i l t e r t e c h n o l o g yt o a d v a n c e dp r i n t i n ga n dd y i n g w a s t e w a t e rt r e 越咖n t a b s t r a c t t h ee f f l u e n t d i s c h a r g e db yp r i n t i n g a n dd y i n gl i n ei so n eo ft h e l a r g e s ti n d u s t r yw a s t e w a t e r i f t h ec a p a c i t yo ft h er e c e i v i n gw a t e rb o d yi s s m a l l e r , i tw i l ls t i l lb ep o l l u t e ds e r i o u s l ye v e nt h o u g ht h ee f f l u e n ti si n l i n ew i t ht h e d i s c h a r g e ds t a n d a r d f u r t h e r m o r e ，s e e n f r o mt h e l o n g d e v e l o p m e n t ，i ti sn e c e s s a r yf o rt h ep r o c e s so fa d v a n c e dt r e a t m e n ta n d r e u s i n gt oi m p l e m e n ta n dp o p u l a r i z ei nt h en e a r e rf u t u r eb e c a u s eo ft h e s h o r t a g e o fw a t e rr e s o u r c e s ot h e s t u d y o na d v a n c e dt r e a t m e n ta n d r e u s i n gt e c h n o l o g yt op r i n t i n ga n dd y i n gw a s t e w a t e rw i l lb et h eh e a t e d i s s u ei nt h ee n v i r o n m e n t p r o t e c t i o n f i e l d a sf o j t e x t i l ep r i n t i n ga n dd y i n g w a s t e w a t e r ，t h es e r i o u sp r o b l e m i st h er e m o v a lo fc o l o rv a l u ea n d o r g a n i cs u b s t a n c e b e s i d e s ，a s f a ra s r e c y c l i n gw a t e ri s c o n c e r n e dw e h o p et h ec o n c e n t r a t i o no f c o l o ra n ds si nr e c y c l i n gw a t e ri sp r o x i m a t et o n o u g h t u p f l o w p r e s s u r i z e da e r a t e d b i o l o g i c a l a c t i v a t e dc a r b o nf i l t e r p r o c e s si s u s e dt ob e n c h s c a l et e s t i n go ft h ee f f l u e n tf i o mp r i n t i n ga n d d y i n gw a s t e w a t e rw i t hl o w e s tc o n c e n t r a t i o no fa m m o n i ab yc o n t r a s tt o w i t hh i l g h e rc o n c e n t r a t i o no fa m m o n i ai nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h eo b s t a i n e d m a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w 1 u p f l o wp r e s s u r i z e da e r a t e db i o l o g i c a l a c t i v a t e dc a r b o nf i l t e r t a n ki si n o c u l a t e da n dc u l t i v a t e db i o f l i mf o r16d a y so nc o n d i t i o nt h a tt h e t e m p e r a t u r ei s2 8 。c - 3 0 。c ，a n di t i n d i c a t e st h a tc u l t i v a t i n gb i o f l i mh a s s u c c e e d e dw h e nt h er e m o v a lr a t i oo fc o d c r a n da m m o n i a a p p r o x i m a t e l y g e tt o4 5 ，5 5 r e s p e c t i v e l y ，a n dt h ep r e s s u r ed i f f e r e n c eb e t w e e ni n l e t a n do u t l e ti s9 9 k p a 2 t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ei n c r e a s i n go rd e c r e a s i n g o ft h ep ho ft h ee f f l u e n td e p e n d so nt h et y p eo ft h eb i o c h e m i c a lr e a c t i o n i nt h ef i l t r a t et a n k ，w h e nt h eb i o c h e m i c a lr e a c t i o ni sm a i n l y c a r b o n i z a t i o n ， t h ep ho ft h ee f f l u e n ti si n c r e a s i n ga n dt h er e l a t i o nb e t w e e nt h er a n g eo f t h ep h v a r i e t ya n dr e m o v a lr a t i oo fc o d c ri sp o s i t i v ep e r t i n e n c e ；a n d w h e nt h eb i o c h e m i c a lr e a c t i o ni s m a i n l yn i t r i f i c a t i o n ，t h ep ho ft h e e f f l u e n ti sd e c r e a s i n ga n dt h er e l a t i o nb e t w e e nt h er a n g eo ft h ep h v a r i e t y a n dr e m o v a lr a t i oo f n h s n i sp o s i t i v ep e r t i n e n c e 3 t h ec o n c e n t r a t i o no fd oi nt h er e a c t o ra n dt h eg a sp r e s s u r ea r e n o tad i r e c tr a t i or e l a t i o n ，t h ec o n c e n t r a t i o no f t h ed oi si n c r e a s i n gl i k ea p a r a b o l i c c u r v ew h e nt h eg a s p r e s s u r ei s l e s st h a n3 0 0 k p a ，m a dt h ed oi s i n c r e a s i n gs l o w l yw h e n t h ep r e s s u r ei so v e r3 0 0 k p a s t u d yi n d i c a t e st h e m o s ta p p r o p r i a t eg a sp r e s s u r ei s3 0 0 k p a t h ec o n c e n t r a t i o no ft h ed o i n c r e a s e sr a p i d l yw h e nt h ep r e s s u r ev a r i e sf r o m5 0 k p a t o3 0 0 k p ai nt h e r e a c t i o n ，a n dt h em a x i m a lc o n c e n t r a t i o no f t h ed oc a r lg e tt o6 9 9 m g y l 4 a n dw h e nt h eg a sp r e s s u r ei s o v e r3 0 0k p a ，t h ec o 九c e n t r a t i o no f t h ed o a n dt h er e m o v a lo f t h ec o n t a m i n a t i o ni n c r e a s el i t t l e 4 t h er e a c t i o nr u n se x c e l l e n t l yw h e nt h e g a sp r e s s u r ei s3 0 0 k p a a n dt h ew a t e rb u r d e n i s 0 6 4 2 0 m 3 ( m 2 h ) a p p r o x i m a t e l y o n t h e c o n d i t i o nt h a tt h e g a sp r e s s u r e i s 3 0 0 k p a ，t h ew a r e rb u r d e ni s 1 1 4 m 3 ( m 2 h ) a n dt h et e m p e r a t u r ei s 2 8 。c 一3 0 。c ，t h er e m o v a lr a t i oo f c o d c ra n di n t t e l 3 。n i sa b o u t6 8 6 a n d o v e r9 2 5 r e s p e c t i v e l y , t h e r e m o v a lr a t i oo ft h et u r b i d i t yi so v e r 7 0 ，t h er e m o v a lr a t i oo ft h ec 0 1 0 r i s5 0 7 0 ，t h er e m o v a lr a t i oo f t h eu v 2 5 4 i s5 0 - 7 0 s t e a d i l y ；a n d t h ee f f l u e n ta r ea s f o l l o w s ：c o d c ，一 酸性染料、活性染料 中性染料、直接染料 阳离子染料。据 报道”“，以d g a 类电极作阳极时，电解过程能够产生自由基o h 。常规电凝聚 法( 或称低压电解法) 的电耗与铁耗量都比较大，成本高。脉冲电晕大大改善 了电解工艺，当脉冲电压为3 8 k v 时，4 0 秒内可使直接蓝2 b 和活性艳红x - 3 1 3 染料脱色率分别达9 5 与8 0 。”。 1 、3 22 3 氧化分离 ( 1 ) 氯氧化剂氧化 向纺织印染废水中加入氯气、次氯酸盐、二氧化氯等氧化剂，生成的新生 态氯将染料等有机物氧化成醛、酸，进而氧化成c o z 和h z o 。但氯可能生产毒性 很强的卤代有机物”。氯氧化法对活性染料与酸性染料效果较好，对直接染料 与分散染料则效果不佳。氯氧化法处理效率较高，设备紧凑，但耗电较大，成 本较高。 ( 2 ) 臭氧化剂氧化 第一章前言 臭氧氧化是通过活泼的自由基o 与污染物反应。它对直接染料、酸性染料、 碱性染料、活性染料等水性染料的脱色速度较快，效果较好：对分散染料、还 原染料、硫化染料等亲水性染料的脱色速度较快，效果较好；对分散染料、还 原染料、硫化染料等疏水性染料脱色速度慢、效果差。臭氧发生装置简单灵巧， 易j 二自动调节，但成本高，不适于大流量废水净化”。 ( 3 ) 双氧水与f e n t o n 试剂氧化 双氧水氧化能力较弱，若将双氧水与含f e ”离子的酸性水溶液混和就形成 了f e n t o n 试剂，h 。o 。在亚铁离子的催化下会进行f e n t o n 反应，释放出强氧化能 力的活化羟基o h ，对染料与它们的中间产物反应很快，其速度常数在 1 0 8 1 0 m o l l s 范围“”。 ( 4 ) 催化氧化 催化氧化近年来研究十分活跃，从反应机理与催化方式的研究都受到国内 外学者的广泛关注“9 ”，目前用于光催化的半导体粉末已达1 0 多种。国内学 者采用半导体与电催化相结合，对偶氮染料一酸性铬蓝k 、酸性品红、铬黑t 进行催化降解试验，经过3 h 其降解率平均达到8 2 ；采用超细y a l ：o j c u 0 催化，以h 。o ：氧化偶氮染料活性艳红x 一3 b 废水，当进水c o d 为5 7 0 0 m g k ，色度 3 l o o 倍时，c o d 与色度去除率分别为7 7 平n9 9 。”；用超声辐射或超声一臭氧联 用处理硝基苯废水，浓度为l o o m g l 时，去除率达9 0 2 。催化氧化净化纺织 印染废水，国内正处于研究开发兴盛阶段。 ( 5 ) 1 3 2 2 4 光催化氧化技术处理印染废水 涂代惠。”等用自制的t i o 。膜光催化氧化法深度处理印染废水，对c o d 的去 除率可达6 8 4 ，对色度的去除率为6 8 ，4 ，对阴离子表面活性剂的去除率为 8 7 4 5 。 1 3 23 生物净化法 生物净化是国内外目前处理纺织印染废水的主要方法之一。利用微生物的 生命活动处理纺织印染废水的研究进展较快，已经发现可利用的微生物种类很 多，主要有真菌、细菌和藻类，它们净化染料的机理主要是吸附和降解”1 。生 物降解分两步完成；一是染料分子被吸附到微生物体上甚至透过细胞膜进入细 胞体内；二是微生物依靠自身分泌的酶催化氧化还原染料分子，实现脱色和分 东华大学顾_ 上学位论文 加压曝气增氧生物炭滤池深度处理印染废水的特p l ：研究 解，微生物也从中摄取需要的营养。 1 3 23 1 真菌降解 目前己发现多种真菌能够降解染料”1 。研究较多的是白腐真菌，而富氧环 境是一切白腐真菌对染料脱色和降解的必要条件。采用自腐真菌对分散染料废 水进行9 6 h 降解实验，c o d 原水浓度3 6 4 0 m g l 降至2 1 2 0 m g l ”；用真菌曲霉 l d 】处理虎红( 氧蒽类染料) 废水，菌体培养2 4 h ，脱色率达9 9 4 ；采用h d l 同时对4 类8 种染料废水进行处理，脱色率达到6 7 6 一9 9 8 。“。 1 32 3 2 细菌降解 许多细菌对染料都有很好的降解效果，但单一菌种般只能打开发色基团， 中间产物如苯胺类致癌物质则很难进一步降解，只有靠混和菌种之间的协同作 用，才能增加降解效果。国内研究人员采用假单胞菌属、气单胞菌属和红螺 菌属等1 0 株纯菌以及它们的混和菌群分别处理含有活性黑k n b 、话性红h e 一3 b 、 活性黄3 r s 废水，结果发现。假单胞菌属、气单胞属和红螺菌属的脱色能力优 于其它菌种，混合菌种的脱色能力又高于各单株菌”。 1 3 2 3 3 藻尖与水生维管束植物降解 某些藻类对染料废水具有脱色作用，甚至可以将偶氮染料分解出的芳香胺 等物质进一步降解成简单化合物或二氧化碳，这就预示了利用稳定塘处理染料 废水的可能性”1 。国内有学者选用普通小球藻、蛋白核小球藻和斜生栅藻对1 0 种单偶氮染料废水作了净化试验。结果显示，蛋白核小球藻脱色能力较好，去 除率在9 1 8 9 8 ，并认为偶氮分子中偶氮键的最低未占据轨道能量是控制染 料降解的主要因素“9 。水生维管束植物凤眼莲与芦苇湿地对纺织印染废水都有 一定的净化效果”“。 13 24 综合净化法 纺织印染废水含有的污染物成分复杂，无论物理方法，或化学方法，或生 化方法，仅靠其中任何单一方法对废水的净化程度都具有一定的限度，不能期 望其中一种方法将各种污水都能净化到需要的程度。为此，只有根据实际将两 种或两种以上的方法组成一个比较科学的净化系统，才能达到预期的净化要求。 国内近年来在这方面的研究与实践都取得了显著成绩。目前国内处理印染废水 的工艺因水质水量的规模不同，工艺有多种，比较常见且又成熟的处理工艺“ 第一章前苦 如f ： 1 3 2 4 1 生化物化法 ( 1 ) 大规模的综合性纺织印染厂，水量q 3 0 0 0 m d ，工艺推荐采用：格栅一调 节池一厌氧水解酸化一生物接触氧化一二沉池一砂滤一生物炭。其主要参数为： 调节池4 1 0 h ，厌氧水解酸化6 - 1 0 h ，生物接触氧化4 - t o h ，沉淀池采用平流式， 表面负荷0 8 m 3 莳h ，快滤池滤速5 - 1 0 m h ，粒径0 5 - 1 5 m m ，反冲周期8 - 2 4 h ， 生物炭停留时间1 0 - 2 0 h ，过滤速度3 - 4 m h ，粒径为2 - 4 m m 粒状活性炭，气水 比( 3 - 5 ) ：1 ，反冲周期3 5 天。 ( 2 ) 中等规模( 水量5 0 0 - 3 0 0 0 m 3 d ) ：格栅一调节池一混凝沉淀一生物接触氧化 一二沉池一砂滤一清水排放。其主要工艺参数：混凝沉淀池采用由5 0 斜管沉淀 池，表面负荷2 0 m 3 m 2 h ，接触氧化池水力停留时间6 8 h ，砂滤滤速5 1 0 m h ， 粒径o 5 - 1 5 m m 。 ( 3 ) 小规模( 水量三5 0 0 m 3 d ) 的印染厂：格栅一预曝气调节池一混凝沉淀一 氧化剂氧化一砂滤一清水排放，其主要参数：调节池6 8 h ，混凝沉淀采用中5 0 斜管沉淀池，表面负荷2 0 m 3 莳h ，氧化剂氧化接触时间1 0 2 o h ，氧化剂投 加量n a c t0 l0 0 一5 0 0 m g 1 ，混凝剂聚合氯化铝1 5 0 一3 0 0 m g 1 。 12 2 4 2f e n t a n 反应+ 生物处理法 由铁屑微电解反应池和生物铁曝气池组成。废水进入调节池，再流入铁屑 微电解池内，经生物曝气池铁污泥生化降解后，在斜板沉淀池进一步泥水分离， 再经砂滤池深度处理后排放。 1 3 2 43 光催化氧化法和生化物化法相结合 阮新潮等从印染废水的c o d 、色度、浊度三方面加以考虑，根据不同的 水质，结合光催化氧化技术的特点，提出以下四种不同的光催化氧化与生化物 化相组台的方案，具有很好的参考意义。方案一： c o d i 5 0 0 m g l 、色度在 8 0 0 1 0 0 0 倍及浊度高的印染废水，采用厌氧一好氧气浮( 或沉淀) 一光化 工艺路线，其中好氧常采用间歇式活性污泥法；方案二：c o d 1 0 0 0m g l 左 右、色度6 0 0 上下及浊度较高的印染废水，采用水解酸化一气浮( 沉淀) 一光 化工艺路线；方案三：c o d 8 0 0m g l 、色度4 0 0 倍左右及一定浊度的印染废 水，采用气浮光化工艺路线；方案四：c o d 浓度不太高、浊度低，即高温、 9 身 华大芝畦艘论义加压曝气增氧生物炭滤池深度处理印染废水的特僻啊 究 低浓度的印染废水仅采用光化工艺路线。在该思路的指导下，武汉科技学院环 境科学研究所已经将该所研制的光化学废水处理设备成功应用于武汉华丽线业 有限公司、张家港市染整厂、柳州家振印染厂、珠海昌盛印染有限公司、浙江 富阳印染厂、山东德棉集团等2 0 余家企业的印染废水处理中，经过当地环保部 门监测，废水排放达到g b 4 2 8 7 1 9 9 2 一级排放标准。 1 3 24 4 生物活性炭法 东华大学陈季华教授“”采用水解酸化一a b c 好氧处理一生化沉淀一混凝 一物化沉淀一砂滤一生物活性炭系统处理江苏海澜集团印染废水的工程实例取 得了良好的效果；中南工学院娄金生“等采用酸化水解一接触氧化一生物炭系 统处理广东中山宝德染整厂的印染废水，出水水质良好，也证明了生物活性炭 法的优越性。郑书忠等“”采用混凝沉降一水解酸化一生物接触氧化一纤维过滤 一活性炭吸附处理纺织印染废水，进水平均c o d 为1 4 8 9 m g l 、平均色度1 0 2 4 倍，出水平均c o d 1 4 3 7 m g l 、平均色度8 0 倍，c o d 净化率9 2 3 2 ，色度净化 率9 2 1 9 。 1 4 曝气生物滤池 1 41 曝气生物滤池的发展简介 世界上首座曝气生物滤池于1 9 8 1 年在法国投产，随后在欧洲各国得到广泛 应用。美国和加拿大等美洲国家在2 0 世纪8 0 年代末引进此工艺，日本、韩国 和中国台湾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、德国菲利普穆勒公司和法国o t v 公司均把它作为拳头产品在全世界推广。 在中国内地，曝气生物滤池正处于推广阶段。大连市马栏河污水处理厂是我国 第一个采用曝气生物滤池工艺的城市污水处理厂。另外，我国一部分工业废水 处理也采用了此项技术。清华大学、太原理工大学等科研单位对曝气生物滤池 也进行了试验研究，很多学者在其结构形式、功能、启动和滤料等方面进行了 详细的研究，取得了很多成果。 1 4 2 曝气生物滤池的原理和形成 曝气生物滤池的基本原理在于在一级强化的基础上，以颗粒状填料及其附 着生长的生物膜为主要处理介质，充分发挥生物代谢作用、物理过滤作用、生 物膜和填料的物理吸附作用以及反应器内食物链的分级捕食作用，实现污染物 i o 第一章前高 在同一单元反应器内去除。曝气生物滤池借鉴了生物接触氧化反应器和深床过 滤器的设计原理，省去了二次沉淀设备。反应器内存在不同的好氧、缺氧区域， 可同步实现硝化和反硝化，在去除有机物的同时达到脱氮的目的。 曝气生物滤池的形式在进水方式、填料选择和使用功能上各有所不同，即 上向流曝气生物滤池和下向流曝气生物滤池；悬浮填料曝气生物滤池和沉没填 料曝气滤池；去碳曝气生物滤池、硝化曝气生物滤池、反硝化生物滤池、水源 水预处理曝气生物滤池和组合曝气生物滤池等等。目前工程中曝气生物滤池的 使用形式可以分为四大类：即b i o c , a r b o n e 、b i o f o r 、b i o s t y r 、b i o p u r 1 ，其 各自构造特点见参考文献 4 6 图1 - 3 所示，b i o p u r 的形式与b i o f o r 的形式基 本相同，只是b i o p u r 的填料根据不同水质采用波纹板、陶粒和砂，以取得不 同的处理效果。 1 4 3 曝气生物滤池生物膜的形成 曝气生物滤池中生物膜的培养与形成是该反应器能否正常运行的关键”“。 生物膜形成的关键是微生物在载体表面的固定。微生物在载体表面附着并实现 固 面输送 图1 1 微生物附着、吲定的基本过程 定化是微生物表面与载体表面间的相互作用，这种相互作用的过程与微生物自 身特性有关，同时也与固定载体的物理化学特性及环境因素( p h 值、离子强度、 水力剪切力、温度等) 有密切相关4 8 1 ：附着、固定基本过程如图i - i 所示。微 东华大学硕士学位论文 加压曝气增氧生物炭滤池深度处理印染废水的特性础 究 生物向载体表面的输送有主动运输和被动运输两种方式；主动运输起着主导的 作用。微生物转移到载体表面后，首先形成的是可逆附着，可逆附着实际上是 一个附着与脱析的双向动态过程；不可逆附着是微生物在可逆附着过程中分泌 的粘性代谢产物将载体表面牢牢地粘封住，使得附着过程成为不可逆，不可逆 附着是微生物膜群落的基础。 14 4 曝气生物滤池生物膜净化机理 曝气生物滤池利用填料上生物膜的强氧化降解能力对污水进行快速净化。 当污水流经填料表面时，由于填料的粒径一般都较小以及生物膜的生物絮凝作 用，污水中大量的固体悬浮物被截留，且脱落的生物膜不会流失【4 9 】。图1 ，2 为 生物膜净化污水的基本过程。 亡叁蓝盔兰二1j 虫立 l 一垒堑l 照i l 遽一塾 图1 2 生物膜净化机理的图解模型 当污水中含有足够的有机营养物、溶解氧以及各种所必须的微量元素时， 它们经过液相扩散到达生物膜的表面，污染物被生物膜微生物分解和转化，新 微生物大量繁殖将以前生成的生物覆盖，使得生物膜厚度逐渐增加，而当生物 膜增加到一定的厚度，溶解氧和有机营养物向生物膜内部纵深的扩散、渗透所 受到的阻力就会明显增加，位于深部的生物膜由于得不到充足的氧和有机营养 物使生物膜呈现出分层状态。生物膜的最外层是厚度一般为1 2 m m 的好氧生物 膜层，有机污染物的降解主要在好氧层内进行。在靠近填料的内层，由于得不 到充足的氧而出现了厌氧区。 1 45 曝气生物滤池的技术特点和工艺参数 曝气生物滤池的主要特点为：( 1 ) 采用小粒径颗粒填料作为过滤主体的池 型反应器。( 2 ) 同步发挥生物氧化作用和物理截留作用。( 3 ) 氧转移利用效率 高。( 4 ) 具有较高的处理效率，出水水质好，能耐受较高负荷。( 5 ) 运行过程 一 二一拶贰#1贰习1鬟攀 第一章前言 中通过反冲洗去除滤层中截留的污染物和脱落的生物膜，不需要二沉淀。( 6 ) 充分借鉴了单元反应器原理，采用模块化结构设计，为整个工艺的紧凑化、设 备化及改扩建提供了有利条件。( 7 ) 反应器沿水流方向呈明显的空间梯度特征。 目前已开发出的b a f 反应器主要工艺参数1 47 】为：有机物负荷2 l o k g m 3 d 滤速2 1 0 m h 氨氮负荷0 5 1 5k m 3 d ；氮氧化物负荷o 5 1 5k g m 3 d ；填 料：石英砂、无烟煤、陶粒、合成塑料、火山灰等，粒径为3 1 0 m m ，多数为 3 6 m m ；曝气条件：气水比大多为1 3 ：1 ，最高不超过1 0 ：1 ，曝气量与处理要 求、进水条件、填料情况直接相关：运行周期：分级式滤池的运行周期一般为 2 4 2 8 h ，硝化及反硝化滤池的运行周期稍长，一体式硝化及反硝化滤池的运行 周期与进水情况关系密切，一般为2 4 h ；反冲洗条件： 反冲洗时问一般依水 头损失来确定，反冲洗方式为气冲、水冲、气水联合反冲以及脉冲反冲，反冲 洗水强度为1 5 3 5 l m 2 s ，气强度为1 5 4 5l m 2 s ，冲洗时间一般在3 0 m i n 以内。 1 4 6 曝气生物滤池的功能 单个曝气生物滤池可完成碳化、硝化、反硝化、除磷等功能，与其它工艺 组合可进行一般城市污水或工业废水的二级或三级处理。表卜2 1 是采用曝气 生物滤池处理污水的典型流程。 表1 2 采用曝气生物滤池处理污水的典型流程 功能 典型流程 碳化s c + b f c 碳化+ 硝化s c + b f ，c ，n 碳化+ 硝化+ 反硝化s c + b f 1 2 n + b f ，d n 碳化+ 硝化+ 反硝化a s 十b f ，n + b f d n 注：s c 为化学沉淀，b f 为曝气生物滤池，c 为碳化，m 为硝化，d n 为 反硝化，a s 为活性污泥。 由于各功能的实现对滤料粒径大小和滤层厚度、负荷、曝气等参数的要求 不尽相同，一般认为不宣把各种功能放在同一个曝气生物滤池中完成。但最近 有研究者对在一个曝气生物滤池中完成碳化+ 硝化、硝化+ 反硝化、硝化+ 生物 除磷、硝化+ 化学除磷和反硝化十生物除磷等组合功能进行了尝试和探讨，均取 得了一定的研究成果。 147 曝气生物滤池的滤料 东华人学硕士学位论文 加压曝气增氧生物炭滤池深度处理印染废水酌特性研究 滤料是曝气生物滤池的关键部分，对曝气生物滤池的功效有直接的影响， 同时也影响到曝气生物滤池的结构形式和成本。目前，滤料多为专利产品或处 于保密状态，常用的滤料有石英砂、陶粒及塑料制品( 合成纤维、聚苯乙烯小 球、波纹板等) 。k e n t 等p l j 对滤料进行了详细的研究，他参照b e w a 的标准， 认为a r l i t a 和膨胀页岩最适合用作曝气生物滤池的滤料。但是，由于b e w a 标 准是处理饮用水所用快滤池的滤料标准，并且k e n t 只是对滤料的物理化学性能 进行了对比，并没有对其做污水处理试验，因此对k e n t 等人的结论应进一步试 月台诊评。 滤料的粒径主要取决于曝气生物滤池的功能。s t e n s e l 等就滤料粒径对具有 碳化或碳化十硝化功能的曝气生物滤池的影响进行了试验，结果发现滤料粒径越 小曝气生物滤池的效果越好，但小粒径会使其工作周期变短，滤料也不易清洗， 相应的反冲洗水量也会增加，因此应综合考虑各种因素以选定合适的滤料粒径。 k e n t 等人也做了类似试验，结果表明滤料粒径为2 - 4 m m 时，曝气生物滤池的 硝化功能比滤料粒径为4 8 r a m 和5 6 1 1 2 r a m 时的要好得多。目前，曝气生物 滤池普遍采用的滤料粒径为3 - 6 m m ，滤层厚度为3 4 m 。 1 48 曝气生物滤池的负荷 曝气生物滤池一般采用两种负荷：容积负荷【k ( 1 n 3 d ) 】和水力负荷 f m 3 m 2 h 1 ，也称滤速。早期的曝气生物滤池均采用了较低的负荷值，但随着对 曝气生物滤池研究的深入和认识水平的提高，负荷值近几年有逐渐加大的趋势。 表卜3 是较为典型的负荷值8 。 表卜3 曝气生物滤池典型的负荷值 负荷碳化硝化反硝化 水力负荷过去 1 51 1 05 1 4 【m 3 m 2 _ h 】 现在3 - 1 6 3 - 1 61 0 - 3 5 最大容积负荷 过去 3 1 5 4 【k g x ( m s d ) 现在 5 3( 7 注：x 分别为b o d ( 碳化) 、n h 4 + - n ( 硝化) 、n 0 3 一剞( 反硝化) 1 5 生物活性炭 生物活性炭是多年来活性炭在饮用水处理的应用实践中产生的，它最早应 用于德国的o o h n e 水厂，中试和生产规模的应用分别在1 9 7 7 年和1 9 7 8 年开始 1 4 第一章前言 进行。生物活性炭的协同作用对提高水处理效果，特别是延长活性炭使用寿命 都会超到积极作用。 1 5 1 活性炭的结构特征概述 活性炭由微小晶体部和非结晶混合组成的碳素物质，比表面积大( 5 0 0 2 5 0 0 m g ) ，孔径小( 1 一1 0 0 0 0 n m ) 。内部的孔隙分为大孔隙、过渡孔隙及微7 l 隙，大 孔孔径大于l o o n m ，直接向碳粒的外表开口，它对水中有机物的吸附作用不大， 但作为生物载体，它是微生物的繁殖和栖息之地，也是水中较大颗粒的聚集场 所；过渡孔是大孔的分支，孔径在4 - i o o n m 之间，比表面积不超过活性炭比表 面积的5 ，过渡孔是水中大分子有机物的吸附场所和小分子有机物进入微孔 的必由之路，因此吸附质在孔道中的扩散速度受过渡孔的影响很大；微孔又是 过渡孔的分支，伸向碳的内部，孔径小于4 n m 的微孔占活性炭比表面积9 5 以 上，是活性炭吸附有机物的主要场所和被吸附的小分子有机物的最终归宿“。 由于孔径在卜1 0 0 0 0 n m ，而细菌最小直径为l o o n m ，由细菌组成的菌胶团所 形成的膜不可能覆盖活性炭的中孔和微孔，活性炭的吸附活性点就集中在微孔 和中孔，因此活性炭表面形成生物膜后并不影响吸附性能。活性炭表面成为微 生物非常适宜的环境，强烈的微生物活动加速了有机物的去除，即使在污水中 有机物含量很低的情况下，由于炭表面富集作用，微生物仍能很活跃地生长， 不断分解有机物，使出水有机物降得很低，这就有可能用生物处理办法来完成 污水深度处理中对有机物的去除。 1 52 活性炭在印染废水深度处理和回用技术中的应用 1 52 1 我国印染废水的深度处理与回用现状 由于水资源的紧缺及污染物排放的限制，印染废水处理回用已显得十分重 要，在某些地区已成了印染行业发展的制约性因素。国内外对印染废水的回用 都有较多的研究，从目前研究已应用的情况来看，我国的印染废水回用主要有 以下特点【5 3 ： f 1 ) 对印染废水回用技术的研究不多，一般只局限于简单的处理回用。 ( 2 ) 水的回用率低，一般在2 0 一3 0 左右，主要回用于对水质要求不太高的前道 工序。 f 3 ) 回用处理技术主要是在原有印染废水处理的基础上进行三级处理。 东华大学硕士学位论文加压曝气增氧生物旋滤池深度处理印染废水的特悻哿f 究 ( 4 ) 长期回用后对产品质量及污水处理系统的影响研究不多。 1 4 2 2 活性炭在印染废水深度处理中的一般工艺 ( 1 ) 生物活性炭吸附氧化 利用活性炭上的微生物膜对水中有机物进行氧化分解，使活性炭同时具有 氧化和吸附作用。活性炭的生物作用可延长活性炭的运行寿命，提高污染物如 色度、浊度、c o d 等的去处率。 ( 2 ) 二氧化氯十活性炭 一般工艺路线图： _ 二沉池出水 调节池一级砂滤c 1 0 2 氧化p 二二级砂滤 上 利用一活性炭吸附- 一清水池鲁一二沉池出水 本工艺先采用二氧化氯对印染废水进行氧化脱色和去除c o d c ，然后用活 性炭进一步吸附去除余氯和剩余的污染物。用此法对印染废水进行深度处理脱 色率和c o d c ，去除率均较高，但运行费用较高，工艺路线复杂，一次性投资较 大。 ( 3 ) 臭氧+ 活性炭 一般工艺流程： 二沉池出水一级砂滤臭氧脱色 活性炭吸附出水利用 此工艺二级生化出水先经过臭氧氧化，降低色度，去除难降解的大分子有 机物，然后进入活性炭，再利用附着在活性炭上的微生物进一步降解水中有机 物，此法可有效的去除c o d 、浊度、色度、以及其他有毒有害的污染物，但由 于需要臭氧，运行费用较高。 14 23 印染废水回用标准 印染用水对色、浊度、硬度、铁盐、及p i - i 值要求较高，即色度高会使白 的品种不臼或白度不持久，使有色品种的色光不鲜艳，色牢度低；硬度高的水 用于染色洗涤不仅耗费肥皂而且会生成不溶性钙皂，钙皂留在纤维中使纤维变 脆，颜色变黄，媒染剂分子可能与某种色素结合减少颜色的鲜明度。此外为了 不使漂白、染色的洗涤水中带来一定的铁盐，避免纤维布匹产生斑点以及染色 不鲜艳等，选择混凝时尽量选择铝盐。 由于印染用水对色度、浊度、硬度、铁盐及p h 值要求较严，给回用处理 第一章前言 提出较高的要求，各项水质指标都必须控制在用水指标要求内，否则将会影响 产品的质量。所以回用处理必须具备强有力的措施才能达到要求。 现在国家尚没有统一的印染废水的回用水水质标准。我们仅用某印染厂的 回用水质要求进行简单说明【5 3 1 。表1 - 4 为某印染厂根据生产要求确定的回用水 水质标准。 表卜4 某印染厂回用水质标准 温度 c o d c ， 色度t d s 硬度s 2 。s s 项目p h 值 摄氏度 i - f i l ) 倍 ( m g ，乙)t m l )( m g i l )( r n g l ) 生产要求 0 4 06 8( 1 0 0 2 0 3 0 0 5 0 o2 0 0 2 0 6 c ，日，o2 n + 1 0 4h ：o + 1 8 8h ：c o ，+ 0 9 8n o ， 由上式可以看出，硝化过程是一个耗碱产酸过程。显然水中氨氮氧化的越多， 即氨氨去除率越高，则消耗的碱度越多，相应的出水p h 值下降幅度也就越大。 ( 3 ) 碳化和硝化共存时进出