（环境工程专业论文）改进型厌氧折流板反应器处理低浓度废水脱氮效能的研究.pdf

苏州科技院硕十学伊论文摘耍 摘要 目前我国水体富营养化问题日益严重，特别去年进入夏季以来，包括太湖在内 的“三湖”纷纷爆发了“蓝藻”危机，引起了人们的高度重视。导致“蓝藻”大量繁殖的主 要原因就是氮、磷超标。 本试验利用a o 工艺生物脱氮技术，并结合生物膜反应器的优点，采用弹性填 料与缺氧颗粒污泥相结合，设计改进型a b r 反应器。本文考察了改进型厌氧折流 板反应器的启动过程。采用快速排泥挂膜法接种挂膜启动，固定基质浓度，进行污 泥的培养和驯化，该联合工艺在3 0 天可完成启动。成功启动后，平均进水c o d e r 浓度为3 9 1 m g l 时，平均出水c o d c r 浓度为8 2 m g l ，c o d c r 平均去除率可达7 8 ， 氨氮的除率可达7 7 。通过固定进水浓度，固定停留时间的方法启动生物处理系统的 方法是可行的。 通过改变反应器的运行参数，研究水力停留时间、溶解氧及回流比对反应器中 c o d e r ，m 阻+ n 等指标去除效果的影响。在江苏省环境科学与工程重点实验室进行 实验小试，确认系统在以下运行参数条件下，效果最佳。即水力停留时间为1 2 小时， 溶解氧充分，回流比为3 0 0 ，碳氮比为9 时，c o d e r 的去除率达到8 7 5 2 ，n h 4 + - n 的去除率达到9 8 7 7 ，t n 的去除率达到7 2 3 7 。对生活污水中氨氮和有机物的去 除取得了良好的效果。在连续运行过程中，本实验还对反应器各单元在处理生活污水 时对各指标的去除效果、功能进行了详细的分析研究，为进一步在生活污水处理中的 应用提供实验依据。 关键词：改进型a b r ，弹性填料，生物接触氧化，生物膜，生活污水，脱氮 苏州科技学院硕卜学伊论文a b s l r a c t a b s t r a c t a tp r e s e n t ，t h ep r o b l e mo fe u t r o p h i c a t i o ni nc h i n ah a sb e c o m em o r ea n dm o r e s e r i o u s ，e s p e c i a l l yl a s ts u m m e r , b l u ea l g a ec r i s i sw h i c hh a p p e n e di nt h r e el a k e si n c l u d i n g t a i h ul a k eh a sa t t r a c t e dh i g i la t t e n t i o nf r o mp e o p l ef r o ma l lc o u n t r y t h em a i nr e a s o no f a l g a ec r i s i si sh ig hc o n t e n to fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s i nt h i se x p e r i m e n t ，f l e x i b l ec a r r i e ra n da n o x i cs l u d g ew a su s e dt od e s i g nt h em o d i f i e d a b rr e a c t o rb yt h ea d v a n t a g eo fm e m b r a n er e a c t o ra n da ob i o l o g i c a lt e c h n o l o g y i nt h i s p a p e r , t h es t a r t - u po fm a b rw a ss t u d i e d t h ef i l mf o r m a t i o na n ds l u d g ec u l t i v a t i o nw e r e c a r r i e do u tb yq u i c k l yd i s c h a r g i n gt h es l u d g ea n dc o n s t a n ts u b s t r a t ec o n c e n t r a t i o n t h e s t a r t - u pw a sf i n i s h e di n3 0 d a y s a f t e rs u c c e s s f u ls t a r t u p ，w h e na v a r a g ei n f l u e n tc o d c r c o n c e n t r a t i o nw a s3 91m g l ，t h ea v a r a g ee f f l e n tc o d c rc o n c e n t r a t i o nw a s8 2 m g l ，a v a r a g e c o d c rr e m o v a lr a t ew a s7 8 a n dt q m + - nr e m o v a lr a t ew a s7 7 t h es t a r t u pw i t h c o n s t a n ti n f l u e n tc o n c e n t r a t i o na n dh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ew a sp r o v e dt ob ef e a s i b l e t h ei n f l u e n c eo fh r t 、d oa n dr e c i r c u l a t i o nr a t i oo nt h er e m o v a lp e r f o r m a c eo f c o d e ra n dn i - 1 4 + - nw a ss t u d i e dt h r o u g hc h a n g i n gt h er u n n i n gp a r a m e t e r so ft h e r e a c t o r t h r o u g h t h e p i l o te x p e r i m e n t ，u n d e r t h eh r to f12 h , w h e nd ow a s e n o u g h ，r e c i r c u l a t i o nr a t i ow a s 3 0 0 ，c o d c r t nw a s9 , t h er e m o v a lr a t eo fc o d c r 、n h 4 + - n a n dt n c o u l dr e a c h8 7 5 2 、9 4 2 7 a n d 6 3 1 2 r e s p e c t i v e l y t h er e m o v a lo f n l 也+ - na n d c o d c rw a ss o u n di nt h i se x p e r i m e n t t h er e m o v a lo fa l lt h ep o l l u t a n t sw e r ea n a l y z e di n d e t a i l si no r d e rt op r o v i d et h eu s e f u lr e f e r e n c ef o rt h ef u r t h e ra p p l i c a t i o no ft h ep r o c e s s k e y w o r d s ：m o d i f i e da b r ，f l e x i b l ee a r li e r ，b i o l o g i c a lc o n t a c to x i d i z a t i o n ， m e m b r a n e ，d o m e s t i cw a s t e w a t e r ，d e n i t r i f i c a t i o n 苏州科技学院学位论文独创性声明和使用授权书 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或 集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名：王。 龟投 日期：迎年月2 l 同 。 学位论文使用授权书 苏州科技学院、国家图书馆等国家有关部门或机构有权保留本人所送交论文的复 印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人完全了解苏州科技学院关于收集、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、数字化或其他复制手段保存汇编学位论文；同意学校在不以赢利为目的 的前提下，用不同方式在不同媒体上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) 论文作者签名： 指导教师签名： r 期：迎年月吐同 日期：诬年上毕日 苏州科技学院硕十学伊论文第一审绪论 第一章绪论 1 1 我国水资源及其利用现状 我国是一个水资源短缺的国家，人均水资源仅为世界平均水平的1 4 ，且水资源 时空分布极不均匀，开发利用的难度较大【ij 。按照联合国可持续发展委员会全面评 估世界淡水资源报告提出的标准，我国有1 4 地区属于严重缺水地区，1 1 0 地区人 均水量低于基本生存线，现己被列为世界1 3 个贫水国家之一1 2 1 。近2 0 年来，由于经 济的持续快速发展和城市化进程的加快，城市缺水尤为突出，缺水范围不断扩大，缺 水程度日趋严重，在全国6 0 0 多座建制市中，有近4 0 0 座城市缺水，其中缺水严重的 达1 3 0 多个p j 。据水利部门预测，到2 0 3 0 年我国人口增至1 6 亿时，人均水资源将降 到1 7 6 0 m 3 a ，己接近国际公认的水资源紧张标准 4 1 。全国实际可能合理利用的水资源 约为( 8 0 0 0 9 5 0 0 ) x 1 0 8 m 3 ，目前中国用水总需求量约为6 0 0 0 x 1 0 8 m 3 ，而到2 0 5 0 年， 全国总需水量将达蛰j ( 7 0 0 0 - - 8 0 0 0 ) 1 0 8 m 3 ，已接近可合理利用水量的极限。以上这些 数据可以告诉我们：未来我国水资源的形势十分严峻。 据有关资料报道 5 l ，我国缺水总量为3 6 0 亿m 3 ，其中农业缺水3 0 0 亿i n 3 ，城市 和工业缺水6 0 亿m 3 。4 0 0 0 万人口用水困难，每年因缺水影响工业产值2 3 0 0 多亿元。 据专家预测，中国到2 0 1 0 年供水缺口将达1 1 4 0 亿m 3 ，2 0 3 0 年缺口达2 3 0 0 亿m 3 ， 2 0 5 0 年缺口达3 7 1 0 亿m 3 【6 l 。同时，用水资源浪费现象依然严重。生活用水的跑、冒、 滴、漏十分普遍( 约占2 5 ) ，供水管网的漏失也很严重( 占1 2 1 ) ；工业用水率与国 外先进水平相比仍有较大差距，例如工业万元产值用水量为1 5 6 m 3 ，是发达国家的 5 1 0 倍，工业用水复用率为6 3 ，与发达国家9 0 以上相比有很大差距【7 j 。由于各方 面技术的限制，全国农业灌溉水利用系数平均仅约为0 4 5 ，而发达国家为o 7 0 8 。 近年来，随着工业化的发展和国家现代化进程的加快，我国的水资源同时也在不断 的遭受污染，造成水资源水质恶化，水生态系统严重破坏，尤以水环境污染和水体富 营养化问题最为严重。水资源的短缺已成为我国社会和经济发展的主要制约因素之 一d 1 2 水体富营养化 1 2 1 水体富营养化现象及其原因 目前我国水体富营养化问题同益严重，特别去年进入夏季以来，包括太湖在内 的“三湖”纷纷爆发了“蓝藻”危机，引起了人们的高度重视。导致“蓝藻”大量繁殖的主 苏州科技产院7 - 页f j 等? 伊论文第一帚绪论 要原因就是水体内氮、磷的严重超标。营养元素氮、磷进入水体后，在光照和其他环 境条件适宜的条件下，水中的藻类过量生长，在随后的藻类死亡和随之而来的异养微 生物代谢活动中，水体中的溶解氧将被耗尽，最终导致水质恶化和水生生态结构的破 坏。水体的富营养化常表现为“水华”、“赤潮”等现象，它大大加速了湖泊等水体功能 的退化。 总的来讲，富营养化是水体受到氮、磷污染，营养物质进入水体造成藻类和其 它微生物异常增殖的结果。水体中氮、磷等营养物质主要包括从外部进入水体的氮、 磷，以及水体内部自身底泥等沉积物释放进入水中的氮磷。外源氮磷主要通过面源污 染和点源污染两种方式进入水体。据研究，美国湖泊中的氮磷有7 6 来自于非点源污 染。大多数情况下，氮主要通过面源进入水体，磷主要通过点源进入水体。常见的面 源污染主要有：农业面源污染、城市雨水径流污染、气载污染物污染、水土流失以及 水产养殖的残饵及排泄物等造成的污染。点污染源主要来自于生活污水及工业废水的 直接排放或经处理后尾水未达标排放等两方面造成的污染。内源氮磷也是水体污染并 导致营养化不可忽视的潜在二次污染源。各种氮磷污染源相互之间既独立又有联系， 并且污染程度各不相同。各主要污染源成因及强化分析如下【8 j 2 j ： ( 1 ) 农业面源污染 农业面源污染主要是农业施肥经流失造成的，大量未被农作物利用的肥料绝大 部分被农业排水和地表径流等途径带入地下水和地表水中，其中主要是化学肥料。人 工合成的化肥和农药是水体中氮、磷元素的主要来源。 ( 2 ) 城市雨水径流污染 城市雨水径流污染包括合流制排水系统中因暴雨期间污水溢流造成的污染，以 及分流制排水系统中初期雨水径流冲刷地表污物造成的污染。雨水径流中污染物含 量、形态与大气环境状况、当地入口密度、地区社会生产活动等因素有关。 ( 3 ) 气载污染物污染 气载污染物主要来源于工业废气、烟尘以及机动车辆尾气等排放后通过降雨或 降尘途径进入水体。因农业施肥造成的氨氮逸出也是气载污染物的一个重要来源。 ( 4 ) 水土流失 水土流失使大量的氮、磷等营养物质进入水体。在污染水体的同时也会造成水 体淤积，加快水体恶化。我国水土流失严重，仅黄土高原每年因水土流失损失的氮磷 等养分达3 8 0 0 万吨。水土流失不可避免地迫使农业加大肥料用量，从而加大了农业 面源污染。 ( 5 ) 水产养殖 浅海和湖泊水库养鱼过程中残饵、鱼药、鱼类排泄物和化肥是水体中氮、磷污 染的另一主要来源。水产养殖业的氮磷污染主要受养殖方法、养殖鱼种、养殖密度、 2 苏州科技学院硕十学伊论文第一审绪论 鲁鼍i ii_ i 皇曼曼曼皇曼曼曼皇蔓! 皇曼曼曼皇曼曼曼皇曼寡曼曼蔓曼曼曼蔓! 曼曼曼曼曼皇! 皇曼曼! 曼曼曼曼曼曼曼! ! 曼! 曼曼蔓 饵料种类及投量不同而有所区别。目前对水体危害最严重的是网箱养鱼。 ( 6 ) 点源污染 各种污水的未经处理直接排放或污水处理厂的尾水排放是主要的氮、磷点污染 源。常规的污水二级处理对氮、磷等溶解性盐的去除率仅分别为2 叽5 0 。据报道， 有的水体由于污水排入水体形成的氮磷浓度比n ，p 造成水体富营养化的临界浓度一 般高出一个数量级以上。 ( 7 ) 固体废物堆积场 随着城市的发展和人民生活水平的提高，产生了大量的生活垃圾和工业废料。 目前我国的城市垃圾仅基本做到清运出城进行简易处理，其中少量垃圾被填埋或焚 烧，其余大量垃圾长期直接裸露堆放于城郊或水体附近，随着地表径流和雨水冲刷而 污染水体或地下水，严重危及垃圾场四周人民群众的身体健康。 1 2 2 水体富营养化的危害 进入水体的氮磷营养元素将大大加速水体富营养化的进程，恶化水体质量，不 仅造成经济上的重大损失，而且危害人类健康，影响深远。其危害主要表现在1 3 6 l ： 使水味变得腥臭难闻：水体藻类过度繁殖，导致水体产生霉味和臭味；藻类的死亡 分解，也会散发浓烈恶心的腥臭。降低水体的透明度，蚊虫大量滋生：由于表层水 体悬浮着密集的水藻，使水质变得浑浊，透明度显著降低，感官性状下降；同时，在 温度较高时节，藻类将为蚊虫的大量滋生提供充足的养料。消耗水体的溶解氧：表 层的藻类由于光合作用充分使得表层水体的溶解氧含量较高，但随着水体深度的加 深、表层藻类对阳光的吸收，深层水体难以进行光合作用，加之藻类死亡腐烂分解一 部分溶解氧，水中的溶解氧浓度将大大降低，使得深层水体需氧生物难以存活。这种 厌氧状态可以触发或加速底泥积累的营养物质的释放，造成水体营养物质的高负荷， 形成富营养水体的恶性循环。向水体释放有毒物质：富营养化水体含有大量的藻类， 其中许多藻类能够分泌、释放有毒有害物质，危害水生生物，并对人类健康产生严重 影响。影响供水水质并增加制水成本：富营养水作为水源时，会给净水厂带来一系 列问题，过量的藻类给水厂的运行带来障碍：同时富营养水产生的有毒有害气体等问 题加大了水处理的技术难度。对水体生态的影响：正常情况下的水体生物处于相对 平衡状态，一旦水体受到污染，水体正常的生态平衡就会被扰乱，生物种群就会显示 出剧烈的波动；某些种类明显减少，而另一些则显著增加。这种生物种类的演替将导 致水生生物的稳定性和多样性降低，破坏了水体生态平衡。对渔业的影响：从渔业 角度来看，贫营养和富营养水体之问的选择的界限是很小的。一定程度的富营养水体 对渔业来说，并不意味着弊。但不少蓝藻有毒，不适合作鱼的饵料。同时，藻类的大 苏州科技学院硕十学伊论文第一章绪论 量过度繁殖，将降低水体的溶解氧，进一步影响鱼类的生存。贫营养水体对某些需氧 高的鱼类是有利的；但变为富营养水体时，将造成鱼的种群结构发生变化，影响鱼的 质量。 1 3 污水生物脱氮除磷技术机理 1 3 1 生物脱氮技术的机理 ( 1 ) 氨的转化【捌 污水生物处理过程中氮的转化包括氨化、同化、硝化和反硝化作用： ( a ) 氨化作用：污水中的有机氮主要以蛋白质和氨基酸的形式存在。氨基酸是 羧酸分子中羟基上的氢原子被氨基( n h 2 ) 取代后的生成物，蛋白质是氨基酸通过肽键 结合的高分子化合物。目前已知构成蛋白质的天然氨基酸有2 0 余种。蛋白质可以作 为微生物的基质，在蛋白质水解酶的催化作用下，蛋白质水解为氨基酸。蛋白质水解 可以在细胞内进行，也可以在细胞外进行。氨基酸在脱氨基酶作用下产生脱氨基作用， 即从氨基酸分子上去除- n h 2 原子团。脱氨基后的氨基酸可以进入三羧循环，参与各 种合成代谢和分解代谢。由此可以说明污水中的蛋白质和氨基酸在生物稳定化处理过 程中通过氨化作用转化为氨氮。 人和高等动物所排泄的尿中含有尿素，尿素在尿素酶的作用下迅速水解生成碳 酸盐。因此生活污水的氨氮主要来源于尿素的水解。尿素的水解反应可用下式表示： h 2 n c o n h 2 + 2 h 2 0 墨苎2 n h 4 + + c 0 3 ( b ) 同化作用：在生物处理过程中，污水中的一部分氮( 氨氮或有机氮) 被同化 成微生物细胞的组成成分。 ( c ) 硝化作用：氨氮在好氧状态下被微生物氧化为亚硝酸盐并进一步被氧化为 硝酸盐。 ( d ) 反硝化作用：硝酸盐可以被微生物作为最终电子受体，通过生物异化还原 转化成气态氮( n 2 ) ，从水中逸出，或通过生物同化还原转化为氨氮进入生物合成过程。 ( 2 ) 生物硝化过程动力学 生物硝化反应是由两组自养型好氧微生物通过两个过程来完成：a ) 先由亚硝酸菌 将氨氮转化为亚硝酸盐：b ) 再由硝酸菌将亚硝酸盐氧化成硝酸盐。 这两个过程的反应可用下式表示： 2 n h 4 + + 3 0 2 一里鲢堕屹n 0 2 + 2 h 2 0 + 4 h + 2 n 0 2 + 0 2 ! 2 n 0 3 自养型硝化菌的增殖与底物去除的动力学方程符合m o n o d 模式： 4 苏州科技学院硕卜学付论文第一章绪论 鲰。纸舢i i 雨 式中 n 一亚硝酸菌的比增长率，d ； p n 雌一亚硝酸菌的最大比增长率，d 1 ； 八n 一亚硝酸菌氧化氨氮的饱和常数，m g , l ； l 、_ - n h 4 + n 浓度，m g l 。 ( 3 ) 生物反硝化过程动力学 反硝化反应是由一群异养型微生物( 反硝化菌) 完成的生物化学过程。在缺氧( 不 存在分子态溶解氧) 条件下，将n 0 2 和n 0 3 还原成气态氮( n 2 ) 或n 2 0 ，n o 。反硝化菌 属兼性菌，在自然环境中几乎无处不在。有分子态溶解氧存在时，反硝化菌氧化分解 有机物，利用分子氧作为最终电子受体。在无分子念氧情况下，反硝化菌利用硝酸盐 和亚硝酸盐中的盯5 和矿3 作为能量代谢中的电子受体( 被还原) ，o 2 作为受氢体生成 h 3 0 和o h 。碱度，有机物作为碳源及电子受体提供能量并得到氧化稳定生物反硝化 过程可用下式表示： 2 n 0 2 + 3 h ( 电子供体) 1 2 n 2 + h 2 0 + o h 2 n 0 3 + 5 h ( 电子供体) l 2 n 2 + h 2 0 + o h 反硝化过程中反硝化菌增长速率和硝酸盐浓度的关系符合m o n o d 模式： d 鳓2 鳓，一i 而 式中鳓一反硝化菌的比增长率，d ； d 一一反硝化菌的最大比增长率，d j k d 一相对于n 0 3 - n 的饱和常数，m g r l ； d l n 0 3 - n 浓度，m e t , ( 4 ) 同时硝化一反硝化 传统观点认为硝化与反硝化反应不能同时发生，近年来好氧反硝化菌和异养硝 化菌的发现以及好氧反硝化、异养硝化和自养反硝化等研究的进展，使同时硝化反硝 化成为可能，并奠定了同时硝化反硝化( s n d ) 生物脱氮的理论基础。在s n d 工艺中， 硝化与反硝化反应在同一个反应器中同时完成。与传统生物脱氮工艺相比，s n d 具 有以下主要优点：a ) 节省反应器体积；b ) 缩短反应时间；c ) 不需要酸碱中和。其技术 的关键在于硝化与反硝化的反应动力学平衡控制。 目前，对s n d 生物脱氮技术的研究主要集中在氧化沟、r b c 、s b r 等反应器系 统。 5 苏州科技学院硕十学伊论文 茆一节锗沦 曼曼曼曼曼量曼皇曼舅曼皇曼曼曼曼皇量鼍曼曼曼曼曼皇i；i 曼曼鼍曼皇曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼皇曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼鼍 1 3 2 生物除磷的机理 常规的好氧生物处理工艺中，废水中的含磷化合物除少部分被微生物用于自身 的繁殖而随活性污泥排出，大部分以磷酸盐的形式随处理出水排入环境。由l i e b i g 的最低定律得到，磷浓度的高低将成为藻类生长的限制因子。因此如何经济、有效 地降低废水中的含磷量成为防止富营养化的关键，而生物除磷工艺就是目前最好的方 案【17 1 。 到目前为止，国际普遍认可和接受的生物除磷理论是“聚合磷酸盐( p o l y p ) 累积微 生物二一p a o 的摄，放磷原理：在厌氧好氧交替运行条件下驯化出聚磷菌( p a o ) 一 类的微生物，它能够过量的，在数量上超过其生理需要的，从外部环境中摄取磷，并 将磷以聚合磷的形式贮存在体内，形成高磷污泥，排出系统外，达到从废水中除磷的 效果【& 。生物除磷过程通常包括厌氧释磷和好氧吸磷两个过程，其代谢模式如图 1 1 所示1 1 9 1 厌氧释磷：在厌氧条件下，聚磷菌水解体内的a t p ，形成a d p 和能量，同时将 胞内多聚磷酸盐( p o l y p ) 分解，以无机磷酸卦( p 0 4 3 ) 的形式释放出去。另一方面，聚 磷菌利用糖原酵产物( n a d h 2 ) 和能量摄取废水中的有机物来合成大量的有机颗粒 p h b ，贮存在细胞体内。此时表现的是磷的释放，其反应方程式可以表示为： a t p + h 2 0 a t p + h 3 p 0 4 + 胄皂量( 1 - 1 ) 好氧吸磷：在好氧条件下，聚磷菌利用氧化分解体内储存的p h b 而产生的能量 完成繁殖代谢作用，而a d p 获得这个能量，可用来合成a t p ；同时，聚磷菌超量吸 收溶液中的磷酸盐来合成p o l y p 及糖原等有机颗粒，储存在细胞体内，此时反映出 的是磷的吸收，其反应方程式可以表示为： a d p + h 3 p 0 4 + 能量a t p 十h 2 0 ( 1 - 2 ) 鹾辑环境：戚4 ，贮曩l f 姨) 甄环境：耗碱、摄盛 图1 1 聚磷微生物放磷、吸磷机理图 6 苏州科技学院硕十伊论文菊一章绪论 1 4 国内外a b r 研究进展 国内外研究者们分别对a b r 反应器的结构、水力学、不同负荷有机废水、有毒 废水对反应器的启动、运行效能与颗粒污泥形成机理及其结构等方面进行了大量的研 究与分析。但一方面研究工作主要集中在英国，其它国家的研究均属零星，而我国则 处于起步阶段，近几年才有所研究；另一方面，迄今为止所开展的研究工作主要限于 该工艺对不同废水的处理效果，特别是对高浓度废水处理效果的研究。对低浓度废水 的研究还有大量的工作要做，生物处理过程的运行参数h r t 、o l r 、s r t 、f m 、污 泥浓度、温度等都是影响a b r 的参数，如何对这些参数进行优化组合，进而优化整 个生物处理过程，提高系统污泥的性能和出水水质，都是今后环保工作者的研究课题。 a b r 反应器也存在着厌氧反应器的共同弱点，即出水c o d c r 浓度较高，难于达 到排放标准，同时不能进行脱氮除磷。这些弱点对a b r 运用到实际的污水处理工程 中是一个瓶颈。这就要求我们想出新的办法，跟其他工艺组合起来以达到克服这些弱 点和缺点的目的。 1 4 1 跟其他工艺组合 1 4 1 1a b r - s b r a b r 是一种新型的厌氧折流板反应器，它具有不短流、不堵塞、无需搅拌、易 启动的特点，如果将反应器控制在水解酸化阶段，则在改善和提高废水的可生化性上 会得到良好的效果：s b r 法( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 贝l | 是一种序批式活性污泥法， 由于其结构简单，运行方式灵活，抗冲击负荷能力强，因此近年来在国内外得到广泛 的研究和推广。具有硝化作用的异养菌与传统硝化菌相比，世代周期短，增殖速度快， 而且能有效强化a b r + s b r 工艺，在高效去除氨氮的同时，还能高效去除c o d c ，及 浊度，具有很广阔的前景i 2 0 。 程凯划2 l 】等运用a b r s b r 组合工艺处理食品调味料废水，工艺合理，技术先进， 处理出水水质达到污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 中的一级标准。a b r 与s b r 分别是当前厌氧与好氧工艺的新型技术，本系统的稳定运行充分显示了各自技术的优 越性：两者结合，效果可靠，操作灵活，管理方便，在国内外类似的生产企业的污水 治理具有广泛的推广价值。 鞠宇平等采用a b i 卜s b r 工艺处理电泳涂膜废水瞄】。电泳涂膜废水的水解酸化 最佳水力停留时间为5 h ，经a b r 反应器后，可以提高废水的可生化性( b o d f l c o d 可提高0 1 7 1 ，这为后续s b r 反应器的良好生化处理效果提供了基础。温度对水解酸 化处理效果并没有明显的影响，在常温( 1 3 - - - 2 7 ( 2 ) 下均可保持良好的处理效果。s b r 7 苏州f 科技。学院硕十号吖寺论文第一帚绪论 ! i 一一一 i - 一_ 曼曼蔓 反应器的最佳水力停留时间为4 h ，对s b r 反应过程和耗氧与供气的分析表明，供氧 方式宜采用非均匀渐减曝气。采用a b i o s b r 工艺处理电泳涂膜废水，当进水c o d 为1 3 0 0 - - 1 5 0 0 m g l 、水解酸化时间为5 h 、s b r 反应时间为4 h 时对c o d 和p 0 4 p 的 去除率均可达9 2 以上，出水水质可以达g b 8 9 7 8 1 9 9 6 中的二级排放标准。 针对制药废水的水质水量特点，陈宏等采用厌氧- s b r 工艺可以高效处理制药 废水1 2 3 1 。运行管理简单，适应性较强，投资运行费用较低，且设计采用上下双层构筑 物，减少了占地。稳定运行时其c o d 的去除率可达9 8 以上，出水的各项指标均满 足排放标准。同时在厌氧池中加设的弹性立体填料在处理过程中发挥很大的作用，表 面积较大，对于色度和有机物降解有很大的效果。 1 4 1 2 a b r 接触氧化 印染废水碱性强、水量大、色度高、成分复杂，采用单一的好氧生物法处理难 以达标排放，采用物化法则费用又太高。由于a b r 反应器结构简单，易于设置：有 良好的水力条件，容积利用率高；有稳定的处理效果，尤其重要的是运行管理方便。 目前，利用缺氧水解对印染废水进行预处理，再接好氧生物处理的工艺逐步被证明可 行1 2 4 - 2 7 】。 1 4 1 3 a b i 卜好氧缺氧i c e a s 厌氧生物处理过程对集约化养猪场冲栏水中高浓度的n 地+ - n 无明显去除效果。 杨虹等采用厌氧a b r 反应器与好氧缺氧i c e a s 反应器串联工艺处理养猪场冲栏废 水田】。在无外加碱度的条件下，n h 4 + - n 去除率小于6 0 ，出水中n h 4 + - n 浓度为 6 0 0 m g l 左右，无法达到排放标准；在外加c a c 0 3 ( 3 9 9 l ) 的条件下，n h 4 + n 去除率 达9 7 ，出水中n h 4 + n 浓度为4 3 m g l 左右，c o d 总去除率达9 5 5 ，出水中c o d 浓度在2 5 0 m g l 左右，达到了上海市畜禽废水排放标准暂行规定( n i - h + - n s o m g l ， c o d 3 6 0 m g l ) 的要求 1 4 1 4 a b r a i o a b r - a l o 工艺流程如下图可以看出，该工艺由调节池、折流板厌氧反应器 ( a b r ) 、a i o 池、竖流沉淀池和污泥处置五部分组成。 选标持放砂滤袍 r _ l - - - - 一 f 0p 匕砧0 吼，i 泥饼外运叫朽泥i 化昧卜_ 叫袋泥”卜l 一怒流舛淀浊 图1 2 a b r a l 舱工艺流程图 崔海宝等在该工艺实施过程中检验其污水处理情况，其污水排放达污水综合 8 苏州科技学院硕十学伊论文 第一辛绪论 量j a _ i 甍曼曼皇曼曼曼曼皇曼皇曼曼皇曼皇曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇量皇曼蔓曼曼量曼量量曼皇皇曼曼曼鼍曼曼 排放标准一级标准，大大减轻了对周围环境和水源的污染；所选用处理工艺先进， 运行设备质量可靠、操作简便、维修时方便：该设计布局合理，设备操作全自动化控 制，运行费用较低1 2 9 l 。 1 4 1 5 厌氧往复好氧组合式工艺 试验装置( 见下) 采用鼓风曝气方式，在a 、b a 、b b 、b c 、c 池底部设置圆形粘 砂块为微孔曝气头，各池均设气体转子流量计以控制、计算曝气量。二边池a 、c 另 设有搅拌器，在缺氧+ 好氧处理系统运行方式下，进行缺氧搅拌。 图1 3 厌氧往复好氧组合式工艺装置示意图 王海东等利用厌氧往复好氧组合式工艺处理啤酒废水1 3 0 】，c o d 去除率可达 9 8 9 9 ，出水达到国家排放标准。总氮t n 去除率亦可达6 5 3 - - - 8 4 1 。磷去除 率为7 0 7 一- - 9 7 。厌氧往复好氧组合式工艺处理系统与传统工艺比较，能够降低经 常性运转费用，投资省，占地面积小，利于实现自动控制，具有很好的经济效益。厌 氧+ 好氧处理系统脱氮运行方式具有可节省投加外碳源的费用且可保证较高的c n 值、利于减轻好氧池的有机负荷、利于控制污泥膨胀的优点，在实际工程中推荐采用 此种运行方式。 1 4 1 6 a b r 水解酸化一好氧工艺 a b r 水解酸化一好氧处理工艺与单独的厌氧或好氧工艺相比，具有以下优越性： 大幅度地去除水中悬浮物或有机物而且产泥少( 仅为好氧工艺的1 1 0 - 1 6 ) 引j ；对进水 负荷的变化起缓冲作用，从而稳定的进水条件；运行费用低：重要的是能为好氧工艺 提供优良的进水水质( 即提高废水的可生化性) 条件。此外，与两相厌氧工艺相比，厌 氧( 水解酸化卜好氧工艺不仅降低了对环境条件( 如温度、p h 、d o 等) 的要求，使厌 氧段所需容积缩小，同时也可不考虑气体的收集利用系统，从而节省基建费用1 3 2 1 。该 9 苏州科技学院硕十学付论文第一市绪论 鼍量皇曼舅曼曼皇曼量_ mm _ 一一 m_ i 曼曼曼曼皇! 曼曼 工艺已在处理制药废水、造纸废水、焦化废水、印染废水、啤酒废水、石油炼制含硫 废水及垃圾填埋场渗滤液中得到日趋增多的研究和实际应用，是一种经济合理、也是 适合我国目前国情的有效的处理工艺1 3 引。 1 4 1 7 a b i l 氧化沟工艺 王康林等通过在西安渭丰纸业有限公司长达3 个月实际工程验证【3 4 1 ，采用a b r 氧化沟工艺处理非脱墨废纸造纸废水，能有效地去除废水中的有机污染物，出水水质 满足回用要求，该处理工艺设备简单、操作方便、成本低，完全可以实现废水零排放 和循环回用。有效利用经斜网捞浆粗筛回收的长纤维、一沉池污泥和厌氧反应器产生 的沼气，为企业带来了可观的经济效益，同时减少环境污染。 1 4 1 8 a b r - b a f 工艺 苏德林等进行了利用折流板厌氧反应器( a b i 冷一曝气生物滤池( b a f ) z 艺处理江 汉油田马2 5 污水处理站采油废水的中试研究【3 5 l 。研究结果表明：当废水流量为 0 3 m 3 h 时，a b r 反应器对油的去除率平均为8 3 5 ，对c o d 的去除率平均为4 0 8 ， 出水b o d 5 c o d 值提高了2 4 8 。a b r 一方面去除了采油废水中的大部分油，另一 方面提高了采油废水的可生化性。当b a f 的水力负荷为0 6 m h 、进水c o d 平均为 2 0 3 5 m g l 时，出水c o d 平均为8 5 7 m g l ，平均去除率为5 7 9 ；对s s 的去除率为 8 2 7 。组合工艺对油、c o d 、b o d 5 和s s 的总去除率分别为9 6 1 - 9 6 9 、5 8 2 - - 7 5 1 、8 0 0 9 3 1 和8 0 7 - 8 7 1 。扫描电镜( s e m ) 观察结果显示：生物膜结构 紧密，并且观察到裂口虫，生物相非常丰富。a b r b a f 工艺能够很好地处理采油 废水，出水水质满足污水二级排放标准。 1 4 2 在a b r 中投加填料 复合式厌氧反应器( h a b r ) 是对a b r 反应器的改进，其在a b r 各反应室的适当 位置架设填料，可利用原有的无效空间增加生物总量，并可利用填料加速污泥与气泡 分离，降低污泥流失，分段多相、混合流态处理，该反应器可根据需要灵活地调节组 合单元数，并使细菌在独立、相对稳定的环境中挂膜生长，而水流局部呈完全混合而 整体呈推流流态，有利于提高系统的处理效果和运行的稳定性，因此具有比其他厌氧 技术更为优越的特性p 州。填料的种类很多有弹性立体填料，铁屑，球形滤料等【3 丌。 苏鸿洋等利用h a b r 反应器处理城市污水进行了研究试验证明p 引，复合式厌氧 反应器系统能够有效地去除有机物，净化污水。当进水c o d 在8 7 - - 3 2 0 m g l 范围内 ( 平均2 2 6 6 m g l ) 变化，水力停留时间大于5 2 h ，反应系统的容积负荷小于 0 8 6 k g c o d ( m 3 d ) 时，常温下c o d 去除率大于6 0 ，出水c o d 平均为8 1 m g l ，s s 去除率大于7 7 8 ，出水s s 小于3 0 m g l 。针对木薯酒糟废水较难处理的特点，龚敏 1 0 苏州科技学院硕十学伊论文第章绪论 等采取a b r 预处理特殊措施，经治理工程实践证明该设计方案不仅是可行的，同时 也为酒糟废水采取生化处理工艺找到了一条投资少效果好的新途径【3 9 1 。h a b r 虽然 能低耗、高效除碳，但不能脱氮除磷【加1 ，这是它的缺陷之o 1 4 3 在a b r 上改进 提出改进型双泥多相厌氧折流板反应器( a b r ) 系统，并开展将其应用于处理 低浓度废水的研究。以颗粒污泥和固定化生物膜的分隔室分相有机组合，通过该工艺 特有的相分离特性，对其处理城市污水等低浓度废水的效果进行研究。同时通过污泥 循环进行脱氮和除磷效果的研究。这将是笔者研究的课题。 1 5 论文的主要研究目的和内容 1 5 1 研究目的和意义 随着城镇化的发展和人民生活水平的提高，城镇污水排放量逐年增长，水质、 水量波动较大，如何提高小城镇污水等低浓度废水处理技术水平已刻不容缓。我国水 污染控制的重点已经从以工业点源为主的控制，逐步转变为以城市污水污染为主的控 制。但据目前许多污水处理厂的现状看来，普遍存在着能够建设起来，但不能运转起 来的现象，究其原因主要是运行费用高、能耗大、操作管理复杂等。为此，本课题本 着适合我国国情、发展高效、低耗和低成本的污水处理技术工艺，进行小城镇污水处 理技术与效益优化的研究。鉴于迄今为止城市污水的处理均采用纯好氧生物处理工 艺，该工艺对于具有一定规模的城市污水处理具有较大的应用和运行管理的优越性， 但对于目前正在快速建设的大量较小规模的城镇污水处理厂，则更需进一步应用工艺 简洁、操作简单的处理工艺，而具有能耗低、污泥量少等特点的厌氧缺氧处理工艺 则是小城镇污水处理的适用工艺技术。为此研究开发新型实用的低浓度废水厌氧处理 工艺不仅可有效缓解乡镇及小城镇污水处理的投资和运行费需求，同时可促进小城镇 污水处理设施的建设步伐，对于我国生态城镇的建设具有十分重要的现实意义。 目前，鉴于厌氧处理具有一系列良好的特性，国内外多采用厌氧工艺对高浓度 有机废水进行处理。但由于传统的厌氧工艺存在达到处理效果所需停留时间长、处理 效果不稳定、操作管理复杂等问题，而以u a s b 为代表的第二代厌氧处理工艺则存 在反应器结构复杂、易堵塞、运行不够稳定、不适用于处理含高s s 浓度的废水、反 应器容积利用率较低等问题，因而研制和开发更为先进合理的厌氧反应器工艺便成为 废水厌氧处理领域的重要研究课题。本课题在以往对a b rt 艺应用于高浓度有机废 水处理研究并取得相关成果的基础上，提出了改进型双污泥( 颗粒污泥与生物膜的分 苏州科技学院硕十学伊论文第一市绪论 皇曼曼曼曼皇! 曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼量皇曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼! 曼窒曼1 _ 一_ 一 一 1 n 曼 隔室分相有机组合) a b r 工艺，以强化其处理功能，研究该工艺处在理低浓度废水 的情况下，污泥的的颗粒化、生物膜的生长及其微生物相的生物系统协同作用和机理， 使其适用于低浓度城市污水的处理，在去碳、脱氮及除磷方面获得更佳的处理效能。 如将本研究成果应用于目前正在普遍建设的小城镇污水处理厂，将会大大降低其处理 成本，具有十分重要的实际意义和工程应用价值 1 5 2 主要研究内容 关于改进型双泥a b r 工艺的研究内容，主要包括：优化a b r 工艺中生物量 组成的研究：将现有a b r 工艺中单一的微生物污泥形态改进为在反应器不同隔室由 颗粒化和附着生长的双泥有机组合的复合反应体系，以创造更佳的微生物截留性能和 生物相系统。其中对该工艺处理低浓度废水时的启动运行、污泥颗粒形成、膜生长及 其分布规律进行系统研究。根据改进型双泥a b r 反应器的特性，对其隔室中污泥 的特性、分布及颗粒污泥的形成机理进行深入的研究。通过研究，探索不同因素( 水 力停留时间、溶解氧、碳氮比等) 对a b r 反应器处理低浓度废水的效果和污泥性能 的变化、颗粒污泥在不同隔室中微生物种群分布及其变化规律、颗粒污泥的形成方式 机理( 自絮凝、吸附、包裹) 的影响，研究颗粒污泥的形成对低浓度有机废水处理的 效果及处理功能，为a b r 反应器工艺的合理设计提供可靠的设计参数，并由此提出 a b r 反应器的有效运行控制指标。研究反应器中不同污泥( 颗粒污泥和附着生长 污泥) 在反应器不同隔室内的生物相分布规律，深入考察它们问生长及对不同污染物 去除的生物协同规律。研究不同运行条件下，颗粒污泥和附着生长污泥内的微生态 环境，考察并优化其同步生物硝化和反硝化脱氮的工艺运行条件。结合污泥组成的 分析研究，对不同形式的污泥进行生物活化和改性研究，通过废水中关键成分的控制， 提高污泥的颗粒化和附着生长及沉降性能。 1 2 苏州科技学院硕十_ 学伊论文第。：审研究的技术路线及茛方法 第二章研究的技术路线及其方法 2 1 本研究的设计 本试验以改进型双泥折流板反应器( a b r ) 系统为基础，开展将其应用于处理 低浓度废水去碳脱氮除磷的研究。以颗粒污泥和固定化好氧生物膜的分隔室分相有机 组合，通过利用该工艺特有的相分离特性，对其处理城市污水等低浓度废水的达标处 理及效能进行深入研究。通过探索不同控制因素( 水力停留时间、溶解氧、回流比等) 对其去碳、生物脱氮和生物化学协同除磷等综合处理效能的影响，利用该工艺中污泥 和膜的特性及其协同作用机理，获得处理低浓度废水的优化运行和控制条件。 2 2 以采取的技术路线： 本研究的技术路线和方法如下： 前期工作：文献资料查阅 与分析，文献综述 上 设计实验装置，准备药品 和仪器 启动方式：该启动方式采用硝化膜和反硝 化泥独立培养。硝化膜采用闷曝方式进行 生物挂膜过程。当硝化膜驯化好再采用缺 氧好氧的运行方式。 上 在此期白j 观察污泥驯化培养的过程( 富集与硝化污泥挂膜过 程) 、微生物相的变化与硝化膜