（环境工程专业论文）曝气生物滤池在生活污水处理中的试验研究.pdf

摘要 摘要 曝气生物滤池作为一种新型污水处理的工艺，正被国内外所广泛应用。曝气 生物滤池具有处理效率高、占地面积小、基建及运行费用低、管理方便和抗冲击 负荷能力等特点，在污水的有机物去除、硝化去氨、反硝化脱氮、除磷以及微污 染水源水的预处理过程中有着较好的应用前景。该技术特别适合我国水处理事业 所面临地资金不足、技术水平低的现状，应对其研究和应用发展现状进行总结， 并进行深入地理论探讨和工艺研究，使之快速国产化并尽快应用于我国的水处理 实践中。 本文对不同填料b a f 处理生活污水进行了试验研究，探讨了生物膜的形成， 对以活性炭、混合填料和碎石为填料的b a f ，在不同的水力停留时间、水力负荷、 气水比、填料高度以及反冲洗等条件下对c o d 、n h 3 - n 和浊度的去除效果进行了对 比研究。研究结果如下： ( 1 ) 曝气生物滤池易挂膜，启动快。挂膜效果受填料种类的影响较小。试验 选择的三种填料( 活性炭料、混合填料、碎石填料) ，挂膜时间分别为1 0 d 、1 3 d 和1 4 d 。 ( 2 ) 曝气生物滤池具有较强的抗冲击负荷能力，当进水c o d c r 在 8 9 2 5 - 3 1 3 5 m g l 范围内波动时，出水水质基本稳定在1 3 4 4 3 9 4 5 m g l ，同时具 有较强的硝化性能，出水氨氮 4 m g l ，浊度值稳定在2 - 6 n t u ，均低于国家城 镇污水处理厂污染物排放标准一级h 标准。 ( 3 ) 填料种类、填料层高度、气水比、水力负荷及水力停留时间是影响曝气 生物滤池工作性能的主要因素。温度在1 7 2 5 ，三种填料运行的最佳气水比为 为3 ：1 - 4 ：l ，在此条件下，活性炭填料出水效果最佳，其c o d e r 、氨氮的去除率 分别达到9 4 5 1 和9 0 7 5 ，出水浊度值降低至1 1 n t u ，但其成本较高。碎石填 料虽然成本很低，c o d c r 、氨氮和浊度的去除效果也相对低一些，达不到污水综 合排放标准的要求。因此从技术、经济角度综合考虑，三种填料中混合填料是 曝气生物滤池反应器的最佳选择。 ( 4 ) 试验表明：在曝气生物滤池稳定运行期间，随着填料高度的增加，污水 中有机物的去除率也会随之提高，但是当填料高度超过7 0 c m 后，高度的增加不 会使有机物的去除率有太大改善。活性炭和混合填料的水力负荷在 1 5 3 5 ( m 3 m 2 h ) 之间时，其去除率较好，碎石填料则是1 5 3 ( m 3 m 2 h ) 。 安徽理下大学硕十学位论文 ( 5 ) 曝气生物滤池在反冲洗后，可在短时间内恢复到之前的处理效果，以混 合填料作填料的反应器，c o d c r 去除率在4 小时可恢复到8 4 7 4 ，氨氮在3 小时 就可恢复到8 2 6 9 。 图3 7 表3 6 参8 7 关键词：曝气生物滤池；填料：生活污水；试验条件 摘要 a b s t r c a t a san e ww a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g y ， b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e ri sw i d e l y u s e db o t ha th o m ea n da b r o a d b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e rh a sm a n ya d v a n t a g e so fh i g h e f f i c i e n c y ， s m a l ls p a c er e q u i r e m e n t ，l o wc a p i t a la n do p e r a t i n gc o s t ， s i m p l i f y m a n a g e m e n ta n dc a p a c i t yo fa n t ii m p a c tl o a de ta 1 i nt h er e m o v e m e n to ft h eo r g a n i c m a t e r i a l s ，d e a m m o n i a t i o n ，d e n i t r i f i c a t i o n ，d e p h o s p h o r i z a t i o na n dp r e t r e a t m e n t p r o c e s so fm i c r o - c o n t a m i n a t i o ns o u r c ew a t e r ，b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e re x i t sp r e f e r a b l e f o r e g r o u n d t h i st e c h n o l o g i c a la d a p t st ot h ec u r r e n ts i t u a t i o no fc a p i t a ls c a r c i t ya n d l o wl e v e lo ft e c h n o l o g yi no u rc o u n t r y sw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o j e c t s w es h o u l dd o r e s e a r c ho ni t st h e o r ya n dt e c h n o l o g y ，s mu ps t a t e o ft h ea r ti no r d e rt om a k ei t d o m e s t i c a l l yp r o d u c e da n dh a v ea p p l i c a t i o ni np r a c t i c e t h i sp a p e re x p e r i m e n t a ls t u d i e dt h er e m o v a lp e r f o r m a n c eo ft h ed o m e s t i c w a s t e w a t c rt r e a t m e n tw i t hd i f f e r e n tf i l l e r si nb a f sa n dd i s c u s s e dt h eb i o f i l m f o r m a t i o n t h ec o d ， n h 3 二na n dt u r b i d i t yr e m o v a le f f e c t sa m o n gb a f su s i n g a c t i v a t e dc a r b o n ，m i x e ds t u f f i n ga n dr u b b l ea s s t u f f i n g sw e r ec o m p a r e da tt h e c o n d i t i o no fd i f f e r e n th r t ，h y d r a u l i cl o a d i n g ，a i r - w a t e rr a t i o n ， f i l l i n gh e i g h t ， b a c k w a s h i n ge ta 1 t h er e s u l t ss h o wt h a t ： ( 1 ) b a fw i l l se a s i l yt oh a n gm e m b r a n ea n dr a p i ds t a r t t h ee f f e c t so fb i o f i l m c u l t u r i n gw e r el e s sa f f e c t e db yt y p e so ff i l l e r s t h r e ef i l l e r sw e r ec h o s e ni ne x p e r i m e n t ( a c t i v a t e dc a r b o n ， m i x e df i l l e r s ，c r u s h e df i l l e r ) a n dt h et i m e so fb i o f i l mf o r m a t i o n w e r e1 0 d ，1 3 d ，1 4 d ( 2 ) b a fh a ds t r o n g e rc a p a c i t yo fr e s i s t i n gi m p a c to nl o a d w h e nf l a c t u a t i n g c o d e rb e t w e e n8 9 2 5 m g lt o3 1 3 5 m g l ，t h ee f f l u e n tq u a l i t yr e a c h e d1 3 4 4 3 9 4 5 m g l i ta l s oh a ds t r o n g e rn i t r i f i c a t i o np e r f o r m a n c ea n de f f l u e n ta m m o n i an i t r o g e n l o w e rt h a n4m g l ，t u r b i d i t yv a l u es t a b i l i t yr e a c h e di n2 - 6 n t u a l lw e r el o w e rt h a n f i r s tc l a s sn a t i o n a ls t a n d a r d ( a ) ( 3 ) t h em a i nf a c t o r st oi m p a c to nr e m o v a lp e r f o r m a n c ew e r ef i l l e rt y p e ， f i l l e r h e i g h t ， a i r - w a t e rr a t i o n ，h y d r a u l i cl o a d i n ga n dh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ei nb a f w h e nt e m p e r a t u r er e a c h e d17 2 5 ( 2 ，t h eb e s ta i r - w a t e rr a t i o no ft h r e ef i l l e r sw e r e3 ： 1t o4 ：1 u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ，t h eb e s tr e m o v a lp e r f o r m a n c ew a sa c t i v a t e dc a r b o n ， t h ec o d e r ， a m m o n i an i t r o g e nr e m o v a lr a t er e a c h e d9 0 7 5 a n d9 4 5l ， e m u e n t 安徽理jl 人学硕十学位论文 t u r b i d i t yv a l u ed o w nt o1 in t u ，b u t i t sc o s tw a sh i g h e r a l t h o u g ht h ec o s to fc r u s h e d f i l l e rw a sv e r yl o w ，t h er e m o v a lp e r f o r m a n c eo fc o d e r ， a m m o n i an i t r o g e na n d t u r b i d i t yw a sr e l a t i v e l yl o w ， c o u n ta m o u n tt or e q u i r e m e n t so f i n t e g r a t e d w a s t e r w a t e rd i s c h a r g es t a n d a r d ”s oc o n s i d e r e df r o mt e c h n o l o g ya n de c o n o m i c ，t h e b e s tc h o i c ew a sm i x e df l i e r si nt h r e et y p ef i l l e r sb a e ( 4 ) e x p e r i m e n t ss h o w e dt h a t ：d u r i n gt h es t a b l eo p e r a t i o np e r i o do fb a f ，t h e r e m o v a lo f o r g a n i c a lc o m p o u n d s i nw a t e rw a si m p r o v e d , b yi n c r e a s i n gt h ef i l l e r sh e i g h t b u tw h e nf i l l e re x c e e d e dm o r et h a n7 0 c mh i g h t h er e m o v a lr a t i o no fo r g a n i c a l c o m p o u n d sd i d n ti m p r o v et o om u c h w h e nt h eh y d r a u l i cl o a d i n go fa c t i v a t e dc a r b o n a n dm i x e df i l l e r sw a sb e t w e e n1 5a n d3 5 ( m m z h ) ，t h er a t i oo fr e m o v ew a sb e t t e r a n dc r u s h e df i l l e rw a s1 5t o3 ( m 3 m 2 h ) ( 5 ) a f t e rb a c k w a s h i n go fb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r , t h et r e a t m e n tw o u l d b er e s t o r e d i nas h o r tt i m e b yu s i n gm i x e df i l l e r sa sf i l l e r , t h er e m o v a lr a t i o no fc o d e rw o u l db e r e s t o r e dt o8 4 7 8 i n4h o u r sa n da m m o n i a n i t r o g e nt o8 2 9 6 i n3h o u r s k e y w o r d s ：b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ， f i l l e r ， s e w a g e ，e x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s i v 图表清单 图表清单 图1 课题研究技术路线图1 2 表4 各填料主要性能参数2 6 表5 全市污废水排放状况2 7 表6 试验进水水质平均值。2 8 表7 不同吸附时间下的c o d c r 原始数据2 9 图5c o d c r 出水浓度及去除率随吸附时间的变化曲线3 0 表8 不同吸附时间下的氨氮原始数据3 0 图6 氨氮出水浓度及去除率随吸附时间的变化曲线3 l 表9 投加不同量活性炭下的c o d e r 吸附数据一3 l 图7 不同投加量下c o d e r 出水浓度及其去除率变化曲线。3 2 表l o 不同投加量下活性炭吸附氨氮的原始数据3 2 图8 不同投加量下氨氮出水浓度及其去除率变化曲线3 2 表1 1 不同填料挂膜天数对c o d c r 的去除率3 4 图9c o d e r 去除率与挂膜时间的变化曲线3 4 表1 2 不同填料挂膜天数对氨氮的去除率一3 5 图l0 氨氮去除率与挂膜天数变化曲线3 5 表1 3 不同填料挂膜天数下的出水。3 6 图1 1 出水浊度值与挂膜天数变化曲线。3 6 表1 4 水力停留时间对c o d c r 的去除率的影响3 9 图1 2 不同停水力留时间下c o d c r 去除率变化曲线4 0 表1 5 水力停留时间对氨氮的去除率的影响4 l 图1 3 不同水力停留时间下氨氮去除率变化曲线4 l 表1 6 水力停留时间对出水浊度值的影响4 2 图1 4 不同水力停留时间下浊度去除率变化曲线4 2 表1 7 不同气水比下的c o d c r 去除率4 3 图1 5c o d c r 去除率随气水比的变化曲线4 3 表1 8 不同气水比下的氨氮去除率值一4 4 图1 6 氨氮去除率随气水比的变化曲线一4 5 表1 9 不同气水比下的出水浊度值。4 5 图1 7 出水浊度值随气水比的变化曲线4 6 安徽理：亡大学硕十学位论文 表2 0 不l d 水力负荷下的c o d e r 去除率4 7 图1 84 i 州水力负荷下的c o d c r 去除率变化曲线4 7 表2 l 不h i 】水力负荷下的氨氮去除率。4 8 图1 94 i 水力负荷下的氨氮去除率变化曲线一4 9 表2 2 不同水力负荷下的出水浊度值。4 9 图2 0 不州水力负荷下的出水浊度值变化曲线。5 0 表2 3 不同填料高度下c o d c r 的去除率5 0 图2 l 不二j 填料高度下c o d c r 的去除率随出水天数变化曲线5 l 表2 4 不同填料高度下氨氮的去除率5 2 图2 3 不同填料高度下氨氮的去除率随出水天数变化曲线5 2 图2 4 氨氮的平均去除率随填料高度的柱状图5 3 表2 5 不同填料高度下的出水浊度值5 3 图2 5 不同填料高度下的出水浊度值随出水天数变化曲线5 4 图2 6 出水浊度的平均值随填料高度的柱状图。5 4 表2 6 水力停留时间为2 h 下的去除率5 5 表2 7 水力停留时间为4 h 下的去除率5 5 表2 8 水力停留时间为6 h 下的去除率5 5 图2 72 h 水力停留时间下的c o d c r 去除率变化曲线5 6 图2 84 h 水力停留时间下的c o d e r 去除率变化曲线5 6 图2 96 h 水力停留时自j 下的c o d e r 去除率变化曲线5 6 表2 9 水力停留时问为2 h 下的氨氮去除率5 7 表3 0 水力停留时间为4 h 下的氨氮去除率。5 7 表3 l 水力停留时问为6 h 下的氨氮去除率5 7 图3 02 h 水力停留时间下的氨氮去除率变化曲线5 8 图3 l4 h 水力停留时间下的氨氮去除率变化曲线。5 8 图3 26 h 水力停留时间下的氨氮去除率变化曲线。5 8 表3 2 水力停留时间为2 h 下的出水浊度值5 9 表3 3 水力停留时间为4 h 下的出水浊度值5 9 表3 4 水力停留时间为6 h 下的出水浊度值5 9 图3 32 h 水力停留时间下的出水浊度值变化曲线一6 0 图3 44 h 水力停留时间下的出水浊度值变化曲线。6 0 图3 56 h 水力停留时间下的出水浊度值变化曲线6 0 x i i 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下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方以外，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 塞徽理王太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谢意。 学位论文作者签名：蔗拜幺签字日期：钟年明加日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解安徽理王太堂有保留、使用学位 论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位 属于安徽理工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文 的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权塞徼理王太 l 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，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学 位论文在解密后适用本授权书) 。同时本人保证，毕业后结合学位论文 研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为安徽理工大学。 学位论文作者签名：蓐卦云 导师签名： 签字日期：如7 年6 月6 b 日 秒穆 签字日期砂尹钼州 1 绪论 1 1 研究背景 1 1 1 水资源现状 1 绪论 水是自然界的基本要素，是一切生物赖以生存的重要条件。在现代社会中， 水是农业的命脉、工业的动力、城市的血液，是国民经济发展的支柱。水与人类 的生存发展以及社会文明进步息息相关。水是大自然赋予人类的宝贵资源。水之 宝贵，在于其不可缺少和储备有限，更在于其不可替代与可以更新使用。事实上， 当今世界，由于工农业发展、人口爆炸式增加、水源的滥用和污染，水资源不足 和水污染构成的水资源危机己成为多数国家在政策、经济和技术上面临的复杂问 题1 1 1 。 地球上的水资源，广义上是指“全部自然界任何形态的水、包括气态水、液 态水和固态水的全部量：狭义上是指在一定经济技术条件下较容易被人类利用 的，可以逐年恢复的淡水资源。广义上的水资源据联合国1 9 7 7 年统计约有1 3 8 6 亿亿m 3 ，其中海洋成水占9 6 5 ，人类生存和发展不可缺少的淡水资源仅有3 5 亿亿m 3 ，仅占全球水总储量的2 5 3 。在淡水资源中，深层地下水、极地及高山 冰川、永久积雪和永冻层冰占淡水总储量的9 7 0 1 ，而与人类生产生活密切且较 易开发利用的湖泊、河流、浅层地下水等淡水储量仅为1 0 4 6 万亿1 3 ，分别只占 地球水总储量的0 0 0 9 1 和淡水总量的2 9 9 1 2 1 。联合国统计结果【3 】，2 0 世纪以来， 全世界淡水用量增长了8 倍，且每年仍以5 的速度递增。到2 0 1 0 年，全球将有 6 0 以上陆地淡水不足，4 0 多个国家严重缺水，世界上有1 3 的人得不到安全水。 淡水资源短缺已成为全球性危机。 我国是一个水资源贫乏的国家。中国水资源总量为2 8 1 2 4 亿m 3 【引，居世界第 六位，总量虽然不少，但由于人i z l 众多，人均水资源量为2 3 4 0 m 3 ，公顷( h a ) 均水 资源2 8 5 0 0 m 3 ，相当于世界公顷占有量的4 5 。总排名在世界第1 2 1 位，仅为世界 人均占有量的四分之一，是世界1 3 个贫水国之一。中国现有6 6 8 座城市中，有 4 0 0 多座城市存在不同程度的缺水，其中严重缺水的城市为1 3 6 个，日缺水总量 达1 6 0 0 万i n 3 ，年缺水量6 0 亿m 3 ，由于缺水每年影响工业产值2 0 0 0 多亿元人民 币【5 】。全国内地3 0 个省市人均水资源拥有量低于联合国可持续发展委员会确认的 严重缺水线( 1 1 0 0 m 3 ) k ) ，7 个省市低于生存起源线( 5 0 0 m 3 人) 【6 l 。而且，我国水资 源的分布极不平衡，地域相差悬殊。全国8 0 的水资源分布在长江及其以南地区， 安徽理工人学硕士学位论文 在长江以北占全国耕地面积5 9 2 、占全国人l i4 4 4 的地区，仅占有全国1 4 7 的水资源。南方地区水资源尽管比较丰富，巾l 足i t l q ：水体污染，水质型缺水也相 当严峻1 7 1 。同时近年来随着现代工业的迅猛发i l 毛城市人口逐渐增加，人民生活 水平逐渐提高，各种用水量亦随之增长，但人f i 然赋j j - , 人类的这部分资源是有限 的，而这有限的资源还在不断地受到人类肆意的污染，这就使得水资源供需矛盾 愈来愈突出，这已成为世界各国共同面临的问题。因此如何保护水资源，防治水 体污染，解决水资源短缺问题成为世界各国迫切的任务。 1 1 2 水污染现状 目前，全球范围的水体污染已经到了比较严重的程度。据报道1 8 l ，全世界每 年约有4 0 0 0 亿i n 3 的污水排入江河湖泊，污染了全球径流总量的2 1 4 以上。 美国1 8 0 亿k m 的河流中有1 6 5 万k m 受污染、1 5 9 4 8 万公顷湖泊中有3 2 7 9 万 公顷己受到污染；印度7 0 的地表水受到了污染：在中国进行监测的7 8 条河流 中，有5 4 条受到较严重污染。 我国传统的社会经济发展模式以“高投入、高消耗、高污染 为特点，导致 环境质量整体恶化，其中水环境恶化更为堪忧。据1 9 9 2 1 9 9 9 年的国家环境质量 通报报道，全国江河水域普遍受到不同程度的污染，除部分内陆河流及大型水库 外，污染呈加重趋势。1 9 9 6 年我国七大水系污染轻重排序依次为：长江、珠江、 松花江、淮河、黄河、海河、大辽河。我国湖泊普遍受到氮、磷等营养物的污染， 富营养化问题已成为我国湖泊的主要环境和生态问题之一。我国四大海区沿岸近 海海域水质恶化开趋明显，其中渤海、东海污染较重，南海较轻。重点河口、海 湾、港口、大中城市附近海域污染较为严重。1 9 9 8 年全国废水污水排放总量共5 9 3 x1 0 8m 3 ( 不包括火电直流冷缺水) ，其中工业废水排放量为4 0 9 1 7 x1 0 8m 3 ，占 废水总量的6 9 ；生活污水排放量为1 8 3 8 3x1 0 8m 3 ，占废污水排放总量的3 l 纠9 1 。 2 0 0 3 年中国水资源公报报道我国河流水质优于i i i 类的占5 8 7 ，比2 0 0 2 年减少 3 7 ；在所评价的2 4 个湖泊中，优于i i i 类的为9 个，4 个受污染，1 1 个受到严 重污染。长江及其以南地区当前存在的主要问题是水体污染。由于城市发展加快， 城市水设施的建设跟不上，而污水的排放控制不严，污水任意排放使部分城市周 围的地表水源和地下水源受到严重污染，水质恶化，原本符合水质标准可供利用 的水资源大幅度减少。长江以北，部分地区( 如海滦河) 由于地下水过量开采，地 下水位大幅度持续下降已形成了大面积下降漏斗、河道断流、湖泊干涸，生态环 境日趋恶化。 2 1 绪论 缺水及污染问题如此严重，内陆干旱地区的生态环境十分脆弱，怎样合理利 用水资源并防止污染是当今极为迫切的任务。 1 2 研究意义及用途 1 2 1 研究意义 淡水资源短缺和水体严重污染，已成为制约当今世界经济发展的关键因素之 一。在水资源短缺的情况下，开发除自来水以外的第二水源，实行中水回用，将 从根本上缓解水资源的紧缺状况，是解决水危机的根本途径，对维持经济可持续 发展将发挥重要的作用，具有非常深远的经济效益和社会效益1 1 0 l 。 曝气生物滤池也叫淹没式曝气生物滤池( 简称b a f ) ，是2 0 世纪7 0 年代末在 欧洲出现的一种生物膜处理工艺，该技术突出特点是采用粒状填料】，具有处理 效果好，占地面积小，基建及运行费用低，管理方便和抗冲击负荷能力强等特点， 在污水的有机物去除，硝化去氮，反硝化脱氮、除磷等过程中具有良好的作用【1 2 b 】。该技术特别适合于我国水处理事业所面临的资金不足、技术水平低的现状， 是适合我国国情的污水处理的新技术，它即能使污水得以有效处理，又能使其适 当回用，因而得以广泛的应用与研究。 本文研究经曝气生物滤池处理后的生活污水可作为中水回用。中水回用，一 方面为城镇供水开辟了第二水源，可大幅度降低“上水”的消耗量；另一方面， 在一定程度上解决了“下水 对水源的污染问题，从而起到保护水源、节约用水 的作用。中水回用节省了水资源，减少了水资源污染，具有良好的社会效益、环 境效益和经济效益。一般而言，商区小区设置中水系统可节水7 0 ，研究单位可 节水4 0 ，民用住宅小区可节水3 0 。深圳市规定建筑面积大于2 万m j 的商住 区，4 万i n 2 以上的办公建筑，同排水量2 5 0m 3 以上须设置中水设施。1 9 9 2 年符 合此规定的有2 0 0 项，可节水3 2 万m 3 d 。采用中水系统后居民区的用水量可节 省3 0 一4 0 ，排水量可减少3 5 - - 5 0 ，所以中水回用既补充了水资源的短缺， 使自来水的消耗量减少，减少了排向水域的污水量，降低了污水处理费用，创造 了客观的环境效益，做到了环境效益与经济效益的统一；同时，由于节省了水资 源费用，以及取水与远距离输送水的能耗与建设费用【1 4 1 。实施中水回用工程、开 辟第二水源是解决缺水城市用水矛盾的必经之路，它完全符合“创建节水新城市， 实现可持续发展 的宗旨。 1 ) 中水回用使污水资源化，可以改变城市供水短缺局面 3 安徽理t 人学硕士学位论文 对于缺水城市来说，城市废水是一笔宝贵的财富，只有积极开辟像中水这样 的“第二水资源”实现废水资源化，才能从根本上解决缺水的问题。目l j i ，北京、 大连、青岛、太原、天津等缺水城市都有城市中水回用工程【l 5 1 。 2 ) 中水回用有助于污水处理厂的正常运行，可促使污水处理尽快走向市场 到目前为止，我国大部分城市基础设施建设还沿用以政府投资为主的建设模 式和采用政府补贴为主的运作政策，而这种建设模式和运作政策容易形成投资单 一化、经营垄断化。但随着污水处理产业化、市场化的提倡和逐渐推行，除鼓励、 吸收各种经济成分积极参与城市污水处理设施建设外，还将根据“谁污染、谁治 理 的原则，进一步加大污水处理费用的征收力度，以保证污水处理厂的运行费 用。如果在城市污水处理中增设中水回用系统，把中水使用费作为污水处理厂运 行费用的另一来源，污水处理厂因资金不到位而不能正常运行的问题则迎刃而解， 同时还减轻了政府的负担，促使污水处理厂加快市场化的步伐【i 酬。 3 ) 中水回用可以促进工业经济的发展 中水的回用可以减少企业用水的开支，降低产品成本，提高企业产品的竞争 力，从而真正有效地促进工业经济的快速、健康发展。 4 ) 中水回用有利于减轻居民负担 在经济高速发展的今天，人们对水的需求量日益增大，而自来水费日趋增长， 给城市居民的生活带来了经济负担。而中水的回用，必然会减轻居民对可用水代 替自来水的不必要浪费负担，既节省了水资源，又利于减轻居民负担。 1 2 2 中水回用的用途 二 城市污水的再生回用已经开展了几十年，就其回用途径而言，大致有农业灌 溉、工业回用、城市杂用、地下回灌和生活引用等【1 7 】。 1 ) 农业灌溉 ( 1 ) 农业灌溉用水量大。污水适当处理后用于农业灌溉，不仅可以缓解工、 农业争水的矛盾，还可以把节约下来的优质水用于城市生活，有利于 合理利用水资源。 ( 2 ) 既可利用污水的肥效，还可利用土壤一植物系统的自然净化功能减轻 污染。 ( 3 ) 灌溉用水的水质要求较低，一般不需要对污水进行深度处理，制水成 本相对较低。 2 ) 工业用水 4 l 绪论 ( 1 ) 冷却用水 ( 2 ) 锅炉补充水 ( 3 ) 工艺用水 3 ) 城市杂用 ( 1 ) 生活杂用水，其范i h 主要包括居住建筑、公共建筑和工业企业非生产 区内用于冲洗卫! i - j l j 具、浇花草、空调、冲洗车辆、浇洒道路。 ( 2 ) 环境、娱乐和景观j l j 水 4 ) 地下回灌 ( 1 ) 补充地下水位，稳定或抬高地下水位，提高含水层的供水能力； ( 2 ) 控制地面沉降或塌陷，避免因过量开采地下水造成的严重环境地质问 题； ( 3 ) 海滨和岛屿地区，可使地下咸水淡化和防止海水入侵： ( 4 ) 冷源储备，以改善生产用水条件，减少用水量或能耗； ( 5 ) 污水间接回用的缓冲途径。 5 ) 生活饮用 城市污水处理后回用于生活饮用有两种类型，即直接回用与间接回用。 因此，在经济技术可行的情况下，应大力推广中水回用。已缓解当前的水资 源短缺，同时减少水污染。本文研究不同填料的曝气生物滤池，处理后的污水可 作为中水回用，并为工程应用提供理论依据，为中水回用提供可行的处理方案。 1 3 生活污水中的主要污染物性质及生物处理技术 1 3 1 主要污染物性质 1 ) 有机污染物：污水中的有机污染物可分为天然有机物( n o h ) 和人工合成 有机物( s o c ) 。天然有机物是动植物在自然循环过程中经腐烂分解所产生的物质； 人工合成的有机物大多为有毒有害污染物。有机物在水中的存在使颗粒稳定，增 加混凝剂用量和活性炭吸附器的负荷。一些有毒有害的污染物不仅难于降解，而 且具有生物富集性、三致( 致癌、致畸、致突变) 作用，对公众健康危害很大。另 外，水体中的可溶性有机物容易与饮用水净化过程中的各种氧化剂和消毒剂反应。 最为常见的是与液氯反应，形成三卤甲烷( t 删s ) 、卤代乙酸( h a a s ) 以及其它的卤 代消毒副产物，其中大部分已证明可以使试验的动物引起癌症。其原因主要是原 水中的腐殖酸、富里酸等三卤甲烷的先质( p r e c u r s o r ) 可在净水氯化过程中形成 5 安徽理：f ：人学硕士学位论文 三卤甲烷【1 8 之1 1 。 2 ) 氮：氮在水中以有机氮、氨、亚硝酸盐和硝酸盐形式存在，用金属盐作为 混凝剂对氨氮的去除率很低。到目前为止，还没有看到过饮用水中氨氮对人体健 康直接造成危害的报道，但由于氨是自养菌繁殖的直接供体，在处理厂和配水系 统中，氨氮浓度达n o 2 5 m g l ，就足以使硝化菌生长，而由硝化菌和氨释放出来 的有机物会造成嗅味问题田- 2 3 1 。氨形成氯胺除嗅昧也要消耗大量的氯，降低消毒 效率，而且，大量的氛气与饮用水中氨氮反应会散发出令人厌恶的嗅味。硝酸哉 和亚硝酸盐浓度高的饮用水可能对人体造成两种危害：亚酸盐的积累取代了血红 细胞中氧的位置，最终导致窒息：高浓度的硝酸盐摄入引起中毒，即产生致癌的 亚硝氨。 3 ) 铁、锰：含铁、锰较高的饮用水中会产生红褐色以至出现沉淀物，会使被 洗涤的衣物着色，并有异味；另外，含铁、锰过高的水容易使铁、锰细菌大量繁 殖，堵塞、腐蚀管道。 4 ) 无机悬浮物：无机悬浮物，可以吸附水体中的有毒物质，形成危害更大的 复合污染物，并对水体中植物和鱼类等生物产生污染。 5 ) 病原体：病原体，病原体污染水体后会造成大面积的疾病传播。它在水体 中的存活时间较长。 1 3 2 城镇生活污水的生物处理技术 活性污泥法是当今世界范围内应用最为广泛的一种生物处理工艺。随着该工 艺在生产实践中的应用和不断改进，特别是近几十年来在对其生物反应和净化机 理进行广泛深入研究的基础上，活性污泥法得到了很大的发展，形成了氧化沟、 a b 法、s b r 法和a o 法等派生工艺，这些工艺都具有处理效率高、出水水质好等优 点，但同时也存在工程投资高、占地面积大、能耗大及运行费用高、管理也较复 杂等缺点，而且在运行中易出现污泥膨胀和污泥上浮等问题。 从2 0 世纪6 0 - 7 0 年代，氧化沟和s b r 等工艺发展迅速，近年来成为我国城市污 水处理厂主导性的工艺。目前我国城市污水处理厂普遍采用的工艺为普通活性污 泥法、氧化沟法、s b r 法、a b 法等，这与美国、德国等发达国家所采用的技术与工 艺几乎处在同一水平上。氧化沟工艺兼有完全混合式和推流式的特点，在控制适 宜的条件下，使溶解氧浓度在沟内同时形成好氧区和缺氧区，从而使得这技术 具有净化深度高、耐冲击负荷和脱氮除磷( 沟前增设厌氧池) 效果好的特点，但是 氧化沟采用的停留时间长达1 0 4 0 h ，有机负荷很低，实质上相当于延时曝气法的 6 1 绪论 活性污泥系统【2 4 1 ，占地面积大，电耗大，运转费用较高，适用于中小规模的低负 荷污水处理厂：s b r t 艺运行方式灵活，运行费用比传统活性污泥法低，但其容积 利用率小、设备闲置率高、自动化控制要求高、无法解决人型污水处理项目连续 进出水的处理要求1 2 5 1 。实际上，国外采用的大多是低负筒：i ：艺，j e 池容和设备规 模是中、高负荷活性污泥工艺的几倍，相应的投资也要商数倍，i k l 夕l - 采用的延时 曝气系统是以能耗的方式取得污泥的稳定，延时曝气系统能耗比中、高负荷活性 污泥系统要高约4 0 - 5 0 ，同时能耗的增加也带来了直接运行费j 】及问接投资的增 加1 2 6 1 ；a b 法采用吸附和传统活性污泥法的两次生化处理，工艺单元构成复杂，污 泥不稳定，建设投资和处理成本高。 传统活性污泥法及其变形工艺，虽然处理效果比较好，但普遍存在着基建投 资高、处理负荷低、运行启动慢、同时工艺设备处理效能低、能耗高，不能满足 高效低耗的要求。在我国目前经济财力有限的情况下，只有应用新的生物技术处 理城市污水，才能在提高处理效果的同时，减少建设投资，降低运行费用，使我 国的城市污水处理走向经济、简便易行的高科技良性发展轨道，进而开辟城市污 水资源化利用的新途径，推动水污染治理工作的进展，这对我国地表水环境质量 的改善、经济的可持续发展以及人民生活质量的提高都具有深远的意义。 生物膜法是与活性污泥法平行发展起来的生物处理工艺，是一大类生物处理 法的统称。在生物膜法中，微生物附着在载体表面生长而形成膜状，当污水流经 载体表面和生物膜接触的过程中，污水中的有机污染物即被微生物吸附、稳定， 最终转化为h 2 0 、c 0 2 、n h 3 和微生物细胞物质，污水得到净化。在许多情况下，生 物膜法不仅能代替活性污泥法用于城市污水的二级生物处理，而且还具有一些独 特的优点，如运行稳定、抗冲击负荷、更为经济节能、无污泥膨胀问题以及具有 一定的硝化与反硝化功制2 。刀。 2 0 世纪8 0 年代末、9 0 年代初新开发的曝气生物滤池和一级强化工艺是具有发 展潜力的高效城市污水处理工艺。曝气生物滤池是生物接触氧化技术与给水处理 过滤技术有机结合的一种污水好氧处理工艺【2 引。自上世纪8 0 年代在欧洲建成第一 座曝气生物滤池污水处理厂后，曝气生物滤池已在欧美和同本等发达国家广为流 行，目前世界上已有数百座污水处理厂采用了该技术。曝气生物滤池已经从单一 工艺逐渐发展成为系列组合工艺，具有去除s s ，c o d ，b o b ，a o x ( 有害物质) 和脱氮 除磷等作用【2 9 一们。该技术最初应用于污水的深度处理，由于其良好的处理性能， 应用范围不断扩大。目前，曝气生物滤池不仅可用于水体富营养化处理，而且已 广泛地被用于城市污水、小区生活污水、生活杂排水和食品加工废水、酿造和造 7 安徽理工大学硕十学位论文 纸等高浓度废水的处理。曝气生物滤池的最大优点是集生物净化和物理过滤于一 体，无需设置二沉池，通过定期反冲洗实现生物膜的脱落与截流悬浮固体的排除， 可以保持生物接触氧化的高效性，同时又可以获得良好的出水水质，在保证处理 效果的前提下使处理工艺流程得到简化。此外，曝气生物滤池工艺具有容积负荷 高、水力负荷大、水力停留时间短、所需基建投资少、能耗及运行成本低，出水 水质好等特剧3 1 3 甜。因此曝气生物滤池被广泛应用与研究，本文以曝气生物滤池 为处理工艺，研究其对生活污水的处理效果。 1 4 国内外研究现状及存在的问题 1 4 1 国内外中水回用研究进展 1 ) 国外中水回用研究进展 国外早在2 0 世纪6 0 年代以前就开始广泛应用中水回用技术。美国十分重视 污水回用，早在1 9 2 6 年，美国亚利桑那州的大峡谷国家公园就将中水回用于冲厕 所、草地喷水、冷却水和锅炉给水。美国的哥伦比亚城，大约有1 3 经生物处理 的城市污水再经过滤和消毒之后，作为城市杂用水。佛罗里达州根据其城市用水 集中的特点，大规模的施行双管供水系统，以自来水4 0 左右的价格将中水供给 高尔夫球场、住宅、办公楼。 2 0 世纪7 0 年代，前联邦德国的地表水污染较为严重，所取河滩渗滤水和人 工地下水都是地表水经过不同处理后，再经渗滤和回灌地下的，8 0 年代术污水处 理率和利用率分别达到9 0 和7 0 以上1 3 引。 2 0 世纪8 0 年代中期，同本的城市污水回用量就达到了o 6 3 x1 0 8 m 3 d 。f i 本 东京的许多大型建筑和公寓中都建有双管供水系统( 其一为饮用水系统，另一为 再生水系统，即“中水道