（环境工程专业论文）大蒜加工废水的sbr工艺研究.pdf

硕士论文 大蒜加上废水的s b r 上艺研究 摘要 大蒜具有开胃、消炎杀菌和延缓衰老等功效，近年来大蒜农产品的深加工企业规模 不断扩大，进而也产生了大量的加工污水。目前，有关大蒜加工废水处理的研究较少。 为此，着重开展了序批式活性污泥法( s b r ) 和固体吸附法对大蒜加工废水的净化工艺 研究。 试验成功地培育出经济、有效地处理大蒜加工废水的活性污泥。选用生活污水处理 厂、化肥厂、友谊河的活性污泥作为菌种进行培养实验，经过培养，前两者c o d 去除 率分别达到了9 7 8 8 、9 9 5 6 ，系统处理完后的大蒜废水c o d 达到了国家一级排放标 准。但友谊河的菌种进行培养时，污泥浓度提升困难，处理效果也不明显，故其不适合 作为培养处理大蒜加工废水的菌种。 培养过程中，考查温度、营养物质的添加等因素对污泥培养的影响。结果表明，大 蒜废水本身有机物和其他无机物之间的比例还是比较协调的，营养物质米泔水的添加对 大蒜加工废水c o d 的降解帮助不大。然而，温度对大蒜加工废水活性污泥的培育影响 显著，从整体上看，随着温度的升高，c o d 去除率也增加。此外，当水温为1 5 时， 系统的沉降性能变差，出水未沉降絮体增多，并出现污泥膨胀现象。综合考虑，确定2 5 为最佳培养温度。 对s b r 系统的运行参数( 进水时间、反应时间、沉淀时间、排水时间、闲置时间) 的控制，确定出s b r 法处理大蒜加工废水的最佳方案为：环境温度，2 5 ；进料方式， 直接进料；曝气时间，7 h ；沉淀时间，1 h ：排水时间，l h 。在此条件下经过一段时间培 养，s b r 系统运行一周期，c o d 去除率达到9 4 4 5 ，且系统运行稳定，出水清澈，达 到了国家一级排放标准。 通过显微镜观察组成活性污泥的微生物种类及数量，直观地了解活性污泥状况及其 原生动物种群之间的演替情况。活性污泥培养初期，溶液中观察不到原生动物，只有散 落的菌胶团，c o d 去除率大概4 0 左右；培养中期，污泥浓度逐步上升，小的絮状体 逐步凝聚，形成结构致密的絮凝体，污水中开始出现掠食细菌能力强的纤毛虫类，如草 履虫、卑怯管叶虫、粗袋鞭虫和少量钟虫，其中草履虫和卑怯管叶虫为优势菌种，此时 c o d 去除率达到6 0 以上；培养后期，大量的原生动物和微型后生动物成为了活性污 泥主体生物，开始出现轮虫、累枝虫、大量钟虫、以及一些待考证的无名微生物等，此 时活性污泥处理大蒜废水能力已较强，c o d 去除率达到9 0 以上，且出水清澈透明。 探讨了活性炭用量、吸附时间、吸附温度、废水预处理方式等对吸附效果的影响。 活性炭对大蒜加工废水直接吸附处理效果较差，c o d 去除率低于3 5 。然而，对经过 合适的活性污泥预处理过的废水，活性炭处理效果十分明显，c o d 去除率则高达9 3 ， 摘要硕士论文 且出水c o d 低于2 3m g l ，因此，用生物处理和活性炭吸附相结合的处理方法，可望使 大蒜加工废水不仅达标排放、而且回用出水。 关键词：大蒜、废水、活性污泥、s b r 、吸附 硕士论文 大蒜加_ l 废水的s b r 上艺研究 a b s t r a c t g a r l i ch a st h ee f f e c t i v e n e s so fs t i m u l a t i n gt h ea p p e t i t e ，a n t i - i n f l a m m a t i o n , s t e r i l i z a t i o n a n ds t a y i n gc a d u c i t y t h e r e f o r e ，t h ed e e p - p r o c e s s i n ge n t e r p r i s e so f g a r l i ca g r i c u l t u r a lp r o d u c t s e x p a n d e du n c e a s i n g l yi nr e c e n ty e a r s ，w h i c ha l s op r o d u c e da 1 a r g en u m b e ro fs e w a g e s a t p r e s e n t ，t h e r ei sl i t t l er e s e a r c ha b o u tt h et r e a t m e n to f t h ew a s t e w a t e r s 硼蚯sa r t i c l ei sf o c u so n t h er e s e a r c ho fp u r i f i c a t i o nt e c h n o l o g yf o rg a r l i c p r o c e s s e dw a s t e w a t e r sb ym e a n so fs b r a n ds o l i da d s o r p t i o n t h ea c t i v a t e ds l u d g ef o rg a r l i c p r o c e s s e dw a s t e w a t e r sw a sc u l t i v a t e ds u c c e s s f u l l y s e l e c t e da c t i v a t e ds l u d g ef o r ms e w a g ep l a n t s ，f e r t i l i z e r # a n t sa n df r i e n d s h i pr i v e rt oc u l t u r e t h ea c t i v a t e ds l u d g ef o rg a r l i c p r o c e s s e dw a s t e w a t e r s a f t e rt r a i n i n g ，t h er e m o v a lr a t eo fc o d o ft h ef i r s tt w or e a c h e d9 7 8 8 ，9 9 5 6 a n dt h ec o do ft h ew a s t e w a t e r sw h i c hh a dd e a l t 谢t ha t t a i n e dt h es t a t e sf i r s t c l a s ss t a n d a r df o rt h ee n v i r o n m e n t a lq u a l i t yo fs u r f a c ew a t e r b u t t h ea c t i v a t e ds l u d g ef r o mf r i e n d s h i pr i v e rw a sn o ts u i t a b l ef o rt h ec u l t u r e d u r i n gt h ep r o c e s so fc u l t i v a t i n ga c t i v a t e ds l u d g e ，t h et e m p e r a t u r e ，n u t r i e n t sa n do t h e r f a c t o r sw e r ee x a m i n e d , t h er e s u l t sp r o v e dt h a tt h ei n o r g a n i cm a t t e rw a si np r o p o r t i o n 、i t i l o r g a n i cm a t t e ri nt h ew a s t e w a t e r s i tw a sn o tv e r yh e l p f u lt oa d dn u t r i e n t st ot h ew a s t e w a t e r f o rt h ed e g r a d a t i o no fc o d h o w e v e lt h et e m p e r a t u r eo nt h ec u l t i v a t i o no fa c t i v a t e ds l u d g e a f f e c t e ds i g n i f i c a n t l y t h er e m o v a lr a t eo fc o di n c r e a s e d 、i t ht h ei n c r e a s i n gt e m p e r a t u r e e x p e r i m e n ta l s os h o w e dt h a tt h ea c t i v a t e ds l u d g eb e c a m ee x p a n d e dw h e nt h et e m p e r a t u r e w a s15 b a s e do n 锄o v e r a l lc o n s i d e r a t i o no fv a r i o u sf a c t o r s w ef o u n dt h a t2 5 w a st h e b e s tt e m p e r a t u r ef o rt r a i n i n gt h ea c t i v a t e ds l u d g e i ns b re x p e r i m e n t , t h ei m p a c to fi n f l u e n tt i m e ，r e a c t i o nt i m e ，s e d i m e n t a t i o nt i m e ， d r a i n a g et i m ea n di d i et i m eo nt h et r e a t m e n te f f e c tw a ss t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e b e s ts y s t e mp a r a m e t e r sf o rt h ec u l t u r ea st h ef o l l o w s i n f l u e n tt i m e ：0 m i n ；r e a c t i o nt i m e ：7 h ， s e d i m e n t a t i o nt i m e ：lh ；d r a i n a g et i m e ：1h u n d e rt h ec o n d i t i o n s ，t h er e m o v a lr a t eo fc o d r e a c h e d9 4 4 5 ，a n dt h es y s t e mw a sr u n n i n gs t a b l e t h ec o do ft h ew a s t e w a t e r sw h i c hh a d d e a l t 、丽t l la t t a i n e dt h es t a t e sf i r s t - c l a s ss t a n d a r df o rt h ee n v i r o n m e n t a lq u a l i t yo fs u r f a c e w a t e r o b s e r v et h et y p e so ft h em i c r o b ei nt h ea c t i v a t e ds l u d g eu n d e ram i c r o s c o p e a tt h ee a r l y s t a g eo fc u l t i v a t i n g , w ec o u l d n tf i n da n yp r o t o z o aa n dt h e s t r u c t u r eo fz o o g l o c aw a s i n c o m p a c t t h er e m o v a l r a t eo fc o dw a sa b o u t4 0 ；i nt h em e d i u mt e r m ，s l u d g e c o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e dg r a d u a l l y , w ec o u l df i n ds o m ec i l i a t e s ，s u c ha sp a r a m e c i u m ， n i a b s t r a c t硕士论文 t r a c b e l o p h y l l u mp u s i l l u ma n das m a l la n a o u n to fv o r t i c e l l a s ，t h ef i r s tt w ow e r et h em a i n m i c r o b e s t h er e m o v a lr a t eo fc o de x c e e d e d6 0 a tt h el a t es t a g eo fc u l t i v a t i n g ，al a r g e n u m b e ro fp r o t o z o a sa n dm i c r o - m e t a z o a sa p p e a r e d ，s u c ha sr o t i f e r , e p i s t y l i s ，v o r t i c e l l aa n d s o m em i c r o b e sw h i c hh a dt ob ef u r t h e rs t u d y v o r t i c e l l aw a st h em a i nm i c r o b e t h er e m o v a l r a t eo fc o de x c e e d e d9 0 t h ee f f i c i e n c yo fs e w a g et r e a t m e n tw a sg o o d a d s o r p t i o nt r e a t m e n t so fg a r l i c - p r o c e s s e dw a s t e w a t e r sw e r ec a r r i e do u tb ya c t i v a t e d c a r b o n e f f e c to fa d s o r b e n tq u a n t i t y , t i m e ，t e m p e r a t u r e ，a n dp r e t r e a t m e n tm e t h o do f w a s t e w a t e r , a n ds oo nt oa d s o r p t i o no p e r a t i o nw a sd i s c u s s e d e x p e r i m e n t a lr e s u l t sf r o m a d s o r p t i o nd i r e c t l yb ya c t i v a t e dc a r b o nt ot h e s ew a s t e w a t e r sa r en o tv e r yi d e a l i t sr e m o v a l r a t i oo fc o di sl e s st h a n35 h o w e v e lt h r o u g hp r e t r e a t m e n to ft h eg a r l i cw a s t e w a t e r sb y a p p r o p r i a t ea c t i v a t e ds l u d g e ，p e r f e c tt r e a t m e n te f f e c tw a so b t a i n e df u r t h e rb ya c t i v a t e dc a r b o n t h er e m o v a lr a t i oo fc o da p p r o a c h e s9 3 ，a n dt h ee f f l u e n th a sl e s st h a n2 3m g li nc o d a n dm a yb ed i s c h a r g e da n db er e u s e d k e yw o r d s ：g a r l i c ，w a s t e w a t e r , a c t i v a t e ds l u d g e ，s b r ，a d s o r p t i o n 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学 位论文中，除t j 2 u 以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布 过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的 材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明 确的说明。 研究生签名：省l 狠砷7 年6 月j 中日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上 网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权 其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文， 按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：厘逸炒夕年月2 乎日 硕士论文 大蒜加_ l 废水的s b r 上艺研究 1 绪论 1 1 大蒜加工产业概况 我国是大蒜的主要生产国，年产量占世界总量的1 3 。其鲜蒜及各种加工品除供应国 内消费外，还大量出口日本、韩国及东南业各国。在这些国家和地区市场上8 0 的大蒜 是由中国出1 2 1 的【l j 。然而鲜蒜头由于休眠期短，易发芽霉变，不耐贮藏，所以大蒜初产 品价格较低1 2 j 。若将大蒜进行深加工，可大大提高其经济效益。大蒜深加工制品又有耐 贮藏，方便运输等特点。因而，近年来大蒜农产品的深加工企业规模不断扩大f 3 】o 国内外对大蒜及其深度加工利用进行了很多研究，取得了一系列研究成果。我国大 蒜已开发出速冻蒜米、腌制蒜米、脱水蒜片、蒜粉、大蒜饮料以及大蒜油掣训，大幅度 地提高了附加值。高新技术如超临界c 0 2 萃取技术【5 】、微胶囊技术、冻干技术、真空低 温膨化技术等也在大蒜深加工中不断得到应用【6 8 】，为其在保健品、化妆品、医药业等 方面应用提供基础p j 。目前，大蒜深加工的方向主要是提取大蒜中的有效成分大蒜 素和生产脱臭蒜素系列产品【l u j 。 1 2 大蒜加工废水的来源与组成 大蒜加工废水属于植物制剂废水，主要来自浸泡大蒜和大蒜深加工过程中产生的废 水，废水中含有蒜素、果胶和糖类化合物等污染物【1 1 l 。其中最主要成分是大蒜素，在新 鲜大蒜中并不含大蒜素，而含有它的前体大蒜氨酸。鲜蒜中的大蒜氨酸以稳定、无 臭的形式存在于大蒜中，当大蒜受到冲击( 切片或捣碎) 后，蒜酶接触空气后活化，催 化大蒜氨酸形成大蒜素。大蒜在不同的反应条件下会得到不同的产物f 1 2 j ： 水蒸气( 1 0 0 c ) 大蒜 e 磊磊 心c = 口i c 琏s 一8 c 心c h = m( 二爆丙基- - r ) ( y 喁c = c h c h ：s 一贾h h c h - - c h ：( 大蒜素) o - 严 h 2 c c h c h 2 s c h 2 c h l v 0 t ) h ( 大蒜氰麓) 图1 1 不同条件下的大蒜反应示意图 纯品大蒜素为无色油状液体，具有大蒜异味，微溶子水，易溶于乙醚、乙醇等有机 溶剂。化学性质很不稳定，对热、碱不稳定，对酸相对较稳定l l 引。在无溶剂的纯化合物 状态下受热、光照条件下很快降解成其它有机硫化物：二烯丙基二硫化物、二烯丙基三 硫化物、硫醚，含硫杂环类化合物有硫杂环戊烯、硫杂环己二烯、硫杂环己烯和甲基烯 丙基二硫化物等多种成分，组成组分复杂的混合物，即常被称作为大蒜油0 4 1 。 第一章绪论 硕士论文 1 3 国内外研究现状 1 3 1 主要污水处理方法 当前废水处理方法主要有以下几种：物理法、化学法、生物法、物理化学法。 1 3 1 1 物理法 物理处理方法是最基本最常用的一类处理生活污水或工业废水的单元技术，常用作 化学处理法、生物处理法的预处理【”l ，甚至成为这些方法不可分割的一个组成部分， 也可单独应运。物理处理法主要是用来分离或回收废水中的悬浮性物质，它在处理的过 程中不改变污染物质的组成和化学性质。常用的物理处理方法有：沉降与气浮、隔截与 过滤、离心分离和蒸发浓缩等。一般情况下，物理处理法所需的投资和运行费用较低， 故常被优先考虑和采用。然而，对于大多工业和生活废水来说，单纯依靠物理方法净化， 往往不能达到理想的处理结果，还须与其他的治理方法配合使用。 1 3 1 2 化学法 化学处理方法主要是利用化学反应来分离或回收废水中的胶体物质、溶解性物质等 污染物，达到回收有用物质、降低废水中的酸碱度、去除金属离子、氧化某些有机物等 目的【i 引。这种处理方法即可使污染物质与水分离，也能改变污染物的性质。因此，可以 达到比简单的物理处理方法更高的净化程度。常用的化学处理方法有：化学沉淀与混凝 法、中和法、氧化还原法等。由于化学处理法常需采用化学药剂或材料，故处理费用较 高，运行管理的要求也比较严格【1 7 j 。通常，化学处理法还需与物理法配合起来使用，如 化学处理法之前往往需要用沉淀和过滤等手段作为前处理；在某些场合下，又需要采用 沉淀和过滤等物理处理手段作为化学处理法的后处理等。 1 3 1 3 生物法 污水的生物处理是利用微生物新陈代谢功能( 1 8 l ，使污水中呈溶解的胶体状态的有机 污染物被降解并转化为无害的物质，使污水得以净化。在好氧条件下污染物最终被分解 为c 0 2 和h 2 0 ；在厌氧条件下污染物最终被分解为c h 4 、c 0 2 、h 2 s 、n 2 、h e 和h 2 0 ， 以及有机酸和醇，是利用自然界的微生物对有机物分解，使之净化的方法。 1 3 1 4 物理化学法 在工业废水的回收治理过程中，尤其当需要从废水中回收特定的物质时，或是当工 业废水有毒，有害，且不易被微生物降解时，采用物理化学处理方法最为相宜。 1 3 2 大蒜加工水净化工艺的研究现状 目前，大蒜排放污水未受到足够重视，国内外有关大蒜加工污水处理的研究较少l l 9 i ， 一般大蒜加工企业处理生产废水都是经过简单的沉降、过滤等一系列物理操作后直接排 放，给当地的水资源造成一定得污染。 2 硕士论文大蒜加_ l 废水的s b r - l 艺研究 1 3 3 活性污泥法处理废水的研究现状 微生物在地球的物质循环、保持生态平衡的过程中起着重大作用，在环境污染物的 降解转化、资源的再生利用、生态环境保护等方面发挥着重要的作用。近几十年来，现 代生物技术的原理和方法已经越来越多的渗透到环境工程中，我国现有城市污水处理厂 8 0 以上采用的是活性污泥法。 环境生物技术就是利用微生物的作用，使有机污染物降解转化，并彻底降解为c 0 2 ， h 2 0 等无机物 2 0 , 2 1 。在污染物的治理方面，生物法与物理法和化学法相比具有经济、高 效、对环境冲击小等优点【2 引。作为环境生物技术最初的代表_ 活性污泥废水处理技术 已经有八十多年的历史1 2 引。 几十年来，为了提高污染物去除率、更好地适应不同成份或不同浓度有机废水的处 理、提高系统运行的稳定性、降低能耗和成本、减少剩余污泥量、提高固液分离效果， 在活性污泥法的基础上已经衍生出了很多新的工艺流程，如升流式厌氧污泥床( u a s b ) 【2 4 】、接触氧化法【2 5 1 、生物流化床 2 6 1 、生物滤池【2 7 1 、膜分离生物反应器【2 8 1 、有序间歇式 活性污泥法( s b r ) 【2 9 j 等。近几年来，生物强化技术( b i o a u g m e n t a t i o n ) 被广泛应用于 污染的土壤、工业废水、地表水、地下水等环境中难降解有机物的处理。 我国8 0 年代以前建设的城市污水处理厂大部分采用普通曝气法活性污泥处理工艺， 由于该工艺主要以去除b o d 和s s 为主要目标，对氮、磷的去除率非常低。“七五、“八 五、“九五”国家科技攻关课题的建立与完成，使我国在污水处理新技术、污水再生利 用新技术、污泥处理新技术等方面都取得了可喜的科研成果，某些研究成果达到国际先 进水平。为了适应水环境及排放要求，一些污水处理厂正在进行改造，增加或强化脱氮 和除磷功能。多种类型的s b r 工艺在我国均有应用，如属第二代s b r 工艺的i c e s 工 艺，属第三代的c s t 工艺、u n i t n k 工艺等【3 3 1 。 生物强化技术可以充分发挥微生物的潜力，改善难降解有机物的生物处理效果。在 污染物的生物处理过程中，微生物，尤其细菌，是工作的主体1 3 4 3 引，因此，了解和掌握 微生物的基本生理特性，筛选、培育出优势高效降解菌，优化废水处理工艺流程，提高 废水生物处理系统对污染物的处理效果，将在水污染的控制和治理中具有极为深远的作 用和意义。 1 3 4 固体吸附法处理废水的研究现状 从1 7 7 3 年发现“木炭气体”体系中的吸附现象以来，吸附操作2 0 0 多年来已经 在化工、石油、食品、医药等各个领域得到广泛的应用，但由于吸附机理甚为复杂，其 广泛应用于生产、生活还是近几十年的事【3 6 1 。进入2 0 世纪以来，吸附不仅在化学工业 中已经发展成为一种必不可少的单元操作过程，而且在其他工程领域也有很强的实用 性。尤其在环境治理过程中已经成为一门独特的技术，在废水、废气的治理中更有比较 3 第一章绪论 硕士论文 广泛的应用，而吸附剂的选择是否得当则决定了某一吸附操作的技术经济性和环保水平 f 3 7 】 1 4 本课题研究的目的、意义和主要内容 1 4 1 本课题研究的目的和意义 大蒜含有丰富的营养成分，如今，大蒜在食品工业上可作为调味品、添加剂、防腐 剂和营养保健品：饲料工业上可作为饲料添加剂；医药工业上作为天然广谱杀菌剂、防 癌抗癌制剂、蛋白酶抑制剂、抗坏血酸稳定剂、金属解毒剂等；化妆品工业上可作为头 发和皮肤等用的美容化妆品等f 3 8 4 0 1 。 然而长期以来大蒜的蒜辣味和氧化辣臭味以及其食用后对肠胃的刺激和不耐储存 等都使其应用受到一定的限制，这就促进了各种大蒜制品的蓬勃发展。因而，近年来大 蒜农产品的深加工企业规模不断扩大【4 ，目前，有关大蒜加工污水处理的研究较少，而 世界各国都面临着水资源短缺、水质恶化的严峻形势，水污染问题已成为当今世界面临 的重要环境i 、廿j 题之一。我国水污染亦相当严重，水污染治理迫在眉睫，因此很有必要研 究大蒜加工废水的处理工艺。 1 4 2 本课题研究的主要内容 本课题主要包括以下几个方面的研究内容： 1 活性污泥的培养与驯化：通过实验培育出经济、有效地处理大蒜加工废水的活性 污泥，探索合适的净化处理工艺。 2 s b r 法处理大蒜废水研究：通过进水时间、反应时间、沉淀时间、排水时间、闲 置时间的控制，确定s b r 法处理大蒜废水的最佳方案。 3 吸附剂的筛选与最佳控制条件的确定：根据各种吸附剂的性质和适用范围，选取 了活性炭、硅胶和分子筛三种固体吸附剂进行吸附效果比较。并通过活性炭投加量、吸 附时间、温度和p h 值的改变，确定活性碳吸附的最佳控制条件。 2 序批式活性污泥法处理大蒜加工废水研究 2 1 活性污泥法概论 2 1 1 活性污泥法的基本原理 活性污泥法1 9 1 3 年在英国曼彻斯特市试验成功，最初用于处理城市的污水f 4 2 j 。它 是以活性污泥为主体的污水生物处理技术。其原理是有机废水经过一段时间曝气后，水 4 硕士论文 大蒜加_ l 废水的s b r 上艺研究 中会产生一种以好氧菌为主体的茶褐色絮凝体，其中含有大量的具有活性的微生物，这 种絮凝体就是活性污泥【4 引。 活性污泥是污水活性污泥处理系统的反应工作体，是由细菌、微型动物为主的微生 物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起所形成的絮状体颗粒，主要由以下4 个部分物质所 组成：( 1 ) 具有代谢功能活性的微生物群体( m a ) ；( 2 ) 微生物( 主要是细菌) 内源代 谢、自身氧化的残留物( m e ) ；( 3 ) 由原污水挟入的难为细菌降解的惰性有机物( ) ； ( 4 ) 由污水挟入的无机物质( m i i ) 。良好的活性污泥具有很强的吸附分解有机物的能 力和良好的沉降性能，絮体的大小约为0 0 2 - - 0 2 m m ，多为茶褐色，微具土壤味，密度 约为1 0 0 5 9 c m 3 ，含水率在9 9 左右【删。在多数情况下，活性污泥中的主要微生物是细 菌，伴之以营腐生的原生动物构成的基本营养层次，然后是以细菌为食的掠食性原生动 物占优势m j 2 1 2 活性污泥法的基本工艺流程 活性污泥工艺是一种应用最广泛的废水好氧生化处理技术，其主要由曝气池、二次 沉淀池、曝气系统以及污泥回流系统组成。废水经初次沉淀池后与二次沉淀池底部回流 的活性污泥同时进入曝气池，通过曝气，活性污泥呈悬浮状态，并与废水充分接触。废 水中的悬浮固体和胶状物质被活性污泥吸附，而废水中的可溶性有机物被活性污泥中的 有机物用作自身繁殖的营养，代谢转化为生物细胞，并氧化成最终产物( 主要是c 0 2 ) 。 非溶解性有机物需先转化成溶解性有机物，而后才被代谢和利用，废水由此得到净化。 净化后废水与活性污泥在二次沉淀池内进行分离，上层出水排放：分离浓缩后的污泥一 部分返回曝气池，以保证曝气池内保持一定浓度的活性污泥，其余为剩余污泥，由系统 排出邴】。 序 图2 1 活性污泥法基本流程图 2 1 3 活性污泥法的微生物及其作用 活性污泥中的微生物群体主要由各种细菌和原生动物所组成，此外，在活性污泥里 还存活着真菌和以轮虫为主的后生动物以及藻类等。原生动物摄取细菌，后生动物则摄 食细菌和原生动物。活性污泥中的有机物、细菌、原生动物与后生动物组成了一个小型 的相对稳定的生态系统和食物链。在这一活性污泥废水处理系统中，细菌是净化污水的 第一承担者，而使污水进一步净化的后生动物是污水净化的第二承担者。 第二章序批式活性污泥法处理大蒜加_ l 废水研究硕士论文 2 1 3 1 微生物群落 微生物群落活性污泥( 主要讨论好氧活性污泥) 的结构和功能的中心是能起絮凝作 用的细菌形成的细菌团块，称为菌胶团。其上生长着其他微生物，如酵母菌、霉菌、放 线菌、藻类、原生动物和其他某些微型后生动物( 轮虫、线虫等) 。因此，曝气池内的 活性污泥在不同的营养、供氧、温度及p h 值等条件下，形成由最适宜增殖的絮凝细菌 为中心，多种多样的其他微生物集居所组成的一个生态体系。活性污泥的主要细菌( 优 势菌) 来源于土壤，水和空气。它们多数是革兰氏阳性菌，如动胶菌属和从毛单胞菌属， 它们可占7 0 ，还有其他的革兰氏阳性菌【4 川。 2 1 3 2 菌胶团的作用 菌胶团是活性污泥( 绒粒) 的结构和功能的中心，表现在数量上占绝对优势，是活 性污泥的基本组分。它的作用表现在以下几个方面： ( 1 ) 有很强的生物吸附能力和氧化分解有机物的能力。 ( 2 ) 菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微型后生动物提供了良好生存环境。 ( 3 ) 为原生动物和微型后生动物提供附着场所。 ( 4 ) 具有指示作用：通过菌胶团的颜色、透明度、数量、颗粒大小及结构的松紧程度 可以衡量好氧活性污泥的性能。例如新生菌胶团的颜色浅、无色透明、结构紧密；而老 化的菌胶团颜色深、结构松散、活性不强、吸附和氧化能力差。 2 1 3 3 原生动物和微型后生动物的指示作用 ( 1 ) 指示作用 原生动物和微型后生动物出现的先后次序是：细菌一植物性鞭毛虫一肉足虫一动物 性鞭毛虫一游泳型纤毛虫、吸管虫一固着型纤毛虫一轮虫【4 8 ，4 9 1 。 其指示作用主要表现在以下几个方面： 可根据上述原生动物和微型后生动物的演替和它们的活动规律判断水质和污水 处理程度。 可根据原生动物的种类判断活性污泥和处理水质的好与坏。 还可根据原生动物遇恶劣环境改变个体形态及其变化过程判断进水水质变化和 运行中出现的廿j 题。 ( 2 ) 净化作用 1 m l 正常好氧活性污泥的混合液中有5 0 0 0 - - 2 0 0 0 0 个原生动物，它们吞食有机颗粒 和菌胶团，起到净化作用。 ( 3 ) 促进絮凝和沉淀作用 絮凝和沉淀主要是固着型纤毛虫本身具有沉降性能，加上和细菌结合形成絮体，更 完善了二沉池的泥水分离作用。 6 硕士论文大蒜加_ l 废水的s b r 上艺研究 2 1 4 序批式活性污泥法的发展现状和特点 2 1 4 1 序批式活性污泥法( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t i o n ，简称s b r ) 的发展现状 序批式活性污泥法简称s b r 法，是近十几年来活性污泥处理系统中较引人注目的 一种废水处理工艺。自2 0 世纪8 0 年代起，国外将此工艺逐步应用于工业废水处理。近 年来，国内对s b r 工艺的研究和应用也日益增多郾】。 s b r 作为废水处理技术并非是一种新的废水处理工艺，早在1 9 1 4 年英国学者a r d e m 和l o c k e t t 就对s b r 废水处理工艺进行了研究。虽然间歇式活性污泥法比连续式的处理 效率更高，但由于当时曝气装置易堵塞及缺乏先进的时间控制器，该工艺不久即被连续 式活性污泥法替代。到了2 0 世纪7 0 年代，为了解决连续式污水处理法存在的阿题，由 美国人r l i r v i n e 教授发起，日本、澳大利业等国学者对s b r 进行了重新评价和研究。 特别是随着各种新型不堵塞曝气器、新型浮动式出水堰( 滗水器) 和自动控制技术的发 展应用，使得困扰初期s b r 反应器间歇运行的难题得以解决，因此该工艺的优势逐步 得到发挥，成为世界各国竞相开发的热门工艺【5 1 5 2 j 。 我国于2 0 世纪8 0 年代中期开始研究用s b r 处理生活污水和某些工业废水。国内 第一座应用s b r 工艺的污水处理设施上海市政工程设计院设计的s b r 处理系统于 1 9 8 5 年投入运行。目前，国内已有多座s b r 处理设施投入运行。近年来还对s b r 处理 工业废水中难降解有机物进行了研究及工程实践。比较而言，利用s b r 处理含难降解 有机物废水的研究开展较晚，其研究水平和深度要低于生活污水的处理研究。因此，s b r 在处理含难降解有机物废水方面的研究仍有待进一步的发展和完善p 引。 2 1 4 2s b r 工艺流程和特点 从本质上看，s b r 仍为活性污泥法，它的反应机制以及污染物质的去除机制和传统 活性污泥基本相同，仅在运行工艺和操作上有所不同。传统活性污泥法是在空间上设置 不同设施进行固定的连续操作，而s b r 则是在同一反应器内，在时间顺序上进行各种 目的不同的操作。s b r 的基本操作从时间上依次由进水、反应、沉淀、出水和闲置五个 过程组成一个周期。在一个反应器内，这种操作周期周而复始地反复进行，以达到不断 进行废水处理的目的。因此不需要传统活性污泥法中必需设置的沉淀池、污泥回流泵等 装置。 ( 1 ) 进水工序：这是反应池接纳废水的过程。在这一过程中反应池的排水系统一直 处在关闭状态。由于进水工序仅仅流入废水，反应池起到驯化污泥和调节池的作用，因 此不像连续进水连续出水的传统活性污泥法易受负荷变动的影响。 ( 2 ) 反应工序：当废水注入达到预定容积后，进行曝气或搅拌，以达到与活性污 泥反应的目的，如去除c o d 、b o d 、硝化、脱氮除磷等。 ( 3 ) 沉淀工序：本工序对应于传统活性污泥中的二次沉淀池。此时停止曝气和搅 拌，活性污泥绒粒自行重力沉淀与上清液分离。 7 第二章序批式活性污泥法处理大蒜加上废水研究 硕士论文 ( 4 ) 排水工序：将上清液作为处理后的出水排出，一直排放到预定最低水位。反 应池中剩下一部分处理水，可起循环水和稀释水的作用。 ( 5 ) 闲置工序：这一过程相当于厌氧消化的过程，使污泥部分得到消化，减少了 剩余污泥量。 s b r 法作为废水处理方法具有下列特点【5 5 j ：空间上完全混合，时问上完全推流式， 均化水质，无需污泥回流；耐冲击负荷能力高，污泥活性高，运行稳定，基质去除率高 十普通的活性污泥法；静止沉淀，分离效果好，出水水质高；工艺流程简单，构筑物少， 占地省，造价低，设备费、运行管理费低：运行方式灵活，可衍生成多种工艺路线。另 外，s b r 的工艺流程中微生物处于好氧、缺氧、厌氧等周期性变化的环境中，使活性污 泥中的兼性菌占优势，有效地控制了污泥膨胀i 、廿j 题。 2 2 实验方案 2 2 1 确定实验方案原则 活性污泥是污水在活性污泥处理系统的反应工作主体，是由细菌，原生动物等与悬 浮物质、胶体物质混杂在一起所形成的具有很强的吸附分解有机物能力的絮凝体，活性 污泥中的细菌，真菌，原生动物，后生动物等柏结合组成一个小生态体系，良好的活性 污泥具有很强的分解有机物的能力和良好的沉降性能。 实验的方案设计原则是：满足活性污泥微生物的营养要求，控制活性污泥微生物所 需的环境条件，促使活性污泥微生物得到快速生长繁殖。活性污泥培养实验的过程中， 通过显微观察活性污泥形状、实验测试污泥的性能指标( 如s v 3 0 、m l s s ) 、监测曝气 池环境条件( 如温度、d o ) 、测试进、出水水质( c o d 、p h 值) 变化等实验手段，研 究活性污泥培养过程中菌胶团及微生物种群变化规律，考查环境温度、营养物资的投入、 废水预处理、选用不同种泥对活性污泥培养驯化的影响，并确定s b r 工艺的最佳运行 参数。 2 2 2 实验工艺 本次实验采用序批式活性污泥法( 简称s b r 法) 的工艺流程。其运行过程如图2 2 8 进水反应止 出水田i 图2 2 间歇式活性污泥法曝气池运行操作工序示意图 硕士论文 大蒜加_ l 废水的s b r 上艺研究 序批式活性污泥法简称s b r 法，这种工艺曝气池在流态上属于完全混合，在有机 物降解上是时间上的推流，有机物是随着时间的推移而被降解的。s b r 工艺具有以下优 占【矧 j 、 ( 1 ) 工艺系统组成简单，不设二沉池，无污泥回流设备； ( 2 ) 耐冲击负荷，在一般情况下无须设置调节池： ( 3 ) 反应推动力大，易于得到优于连续流系统的出水水质； ( 4 ) 运行操作灵活； ( 5 ) 污泥沉淀性能良好，s v 3 0 值较低，能有效防止丝状菌膨胀； ( 6 ) 该工艺的各操作阶段及各项运动指标可通过计算机控制，便于自控进行，易于维 护管理。 因此，此次实验采用了s b r 法的工艺流程。按照流入、反应、沉淀、排放、闲置 五个工序为一个循环周期进行实验。 2 2 3 实验装置、仪器 ( 1 ) 自制s b r 反应器模型( 玻璃制作，3 0 0 0 m 1 ) ( 2 ) 曝气头( 8 个，6 5 0 0s u 】? e 嗍t o n ) ( 3 ) 紫外可见分光光度计( s p 7 5 6 ，上海光谱仪器有限公司) ( 4 ) 生物显微镜 ( 5 ) 电热鼓风干燥箱( 1 0 1 1 a b ，天津市泰斯特仪器有限公司) ( 6 ) 数显恒温水浴锅( 明2 ，上海申胜生物技术有限公司) ( 7 ) 溶解氧测定仪( h a c hs e n s i o n 6d i s s o l v e do x y g e n ) ( 8 ) 便携式p n 计( p h b 5 ，上海伟业仪器厂) ( 9 ) 电子天平 ( 1 0 ) 电冰箱 ( 11 ) 不锈钢电热蒸馏水器( 4 5 0 0 w ，2 2 0 v ，上海跃进医疗器械厂) 2 2 4 实验内容 实验共分两个阶段，即活性污泥培养阶段和s b r 工艺最佳运行参数实验阶段。 ( 1 ) 第一阶段活性污泥培养阶段 活性污泥的培养和驯化主要有自然培菌和接种培菌两种方法。本次实验初采用的是 自然培菌法。准备利用大蒜废水中原有的少量微生物，逐步繁殖的培养适合处理大蒜废 水的活性污泥。具体实验操作是：将自制曝气池注满废水，进行闷曝，即只曝气而不进 废水，3 天后停止曝气，静置沉淀1 h ，然后排出池内约1 5 的上层废水，并注入相同量 的新鲜污水。如此反复进行闷曝、静沉和进水三个过程，每次的进水量要比上次增加 1 1 0 ，而闷曝时间要比上次缩短3 小时。培养三周，静沉后反应器底部只有极少量污泥， 9 第二章序批式活性污泥法处理大蒜加矗l 废水研究硕士论文 变化不是很明显，为缩短培养时间，决定选用接种培菌法。 接种培菌法主要是选择污水处理厂曝气池、化肥厂二沉池、友谊河河底泥的菌种为 种泥，进行培养与驯化，培育出最适合处理大蒜废水活性污泥，在培养过程中，考查温 度、营养物质的添加等因素对污泥培养的影响，并观测活性污泥微生物种群变化特性。 ( 2 ) 第二阶段s b r 工艺最佳运行参数实验 s b r 系统每天运行一周期，通过进水时间、反应时间、沉淀时间、排水时间、闲置 时间的控制，确定s b r 法处理大蒜废水的最佳方案，并考查该系统在最佳工况下的运 行效果。 2 2 5 运行指标监测项目及测试方法 ( 1 ) 显微镜观察 本次实验先用低倍镜观察观测微生物相的全貌，如污泥絮粒的大小，污泥结构的松 紧程度，菌胶团和丝状菌的比例及其生长状况，再用高倍镜观察，进一步看清楚微型动 物的结构特征，并注意菌胶团胶质的厚薄和色泽，新生菌胶团出现的比例等。 ( 2 ) c o d ：快速消解分光光度法阳 实验初，在6 0 0 n m 波长下测定了高量程( 1 0 0 - 1 0 0 0 ) m g l 的邻苯二甲酸氢钾c o d 标准系列使用液的吸光度值和空白实验的吸光值，拟合出吸光度值和