（环境工程专业论文）曝气生物滤池深度处理印染废水实验研究及工程实践.pdf

摘要 摘要 随着我国印染工业的快速发展，水耗和废水排放问题日益突出，加强印染废 水深度处理，推动水资源的循环利用意义重大。本文研究了印染废水的曝气生物 滤池深度处理工艺，考察了该工艺的挂膜启动方式及运行特征，探究了环境因素、 操作参数及反冲洗等对废水处理效果的影响，并结合g c m s 手段，对主要污染 物的降解规律进行了研究。在此基础上，开展了曝气生物滤池深度处理工艺的工 程设计和应用，并对实际工艺进行了调试和运行。研究结果如下： 1 采用间歇闷曝连续进水曝气两阶段挂膜启动，可在3 周内实现c o d 去除 率达7 0 ，且生物膜在停止进水1 月后仍保有极好活性，重新启动时间仅需3 5 天。 2 曝气生物滤池工艺对印染废水有良好的深度处理效果。当气水比4 ：1 ，进 水负荷0 3 1 m 3 ( m 2 h ) 时，出水c o d c ，可稳定在6 3 - 6 5 m g l ，n - h 4 + - n 未检出。 3 当气洗强度为1 0 1 5 l ( m 2 s ) ，水洗强度5 l “m 2 s ) 时，反冲洗时间5 - s m i n 时，+ 曝气生物滤池的反冲洗效果相对较好。 4 废水中主要的难降解有机物包括丁羟甲苯、柏木烷、邻苯二甲酸脂类以 及少量长链烷烃，b a f 对以上有机物均有一定的降解效果，但主要有机物丁羟甲 苯和柏木烷的残留率仍有6 5 0 和3 9 2 。 5 在实验基础上对a 污水处理厂二级出水的深度处理进行了工程设计，处 理水量3 0 0 0 m 3 d 。工程实践表明，该曝气生物滤池系统能够满足二级尾水深度处 理要求，末端出水满足相关回用水质标准。 关键词：曝气生物滤池；污水回用；印染废水 l l a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fd y e i n g i n d u s t r y , t h e p r o b l e m s s u c ha sw a t e r c o n s u m p t i o na n dw a s t e t w a t e rd i s c h a r g eb e c o m em o r es e r i o u s ，s oi t i si m p o r t a n tt o s t r e n g t h e n t h ea d v a n c e dt r e a t m e n to fd y e d i n gw a s t e w a t e ra n d p r o m o t et h e w a s t e t w a t e rr e u s e t h i sw o r ks t u d i e dt h ea d v a n c e dt r e a t m e n to fd y e d i n gw a s t e w a t e r b yb i o l o g i c a l a e r a t e df i l t e rp r o c e s s ( b a f ) ，a n d s t a r t u p m e t h o da n dr u n n i n g c h a r a c t e r i s t i c so ft h i sp r o c e s sw e r ei n v e s t i g a t e d t h ee f f e c to fe n v i r o n m e n t a lf a c t o r s ， o p e r a t i o np a r a m e t e r s ，a n db a c k w a s h i n gp r o g r a mo np o l l u t a n t sr e m o v a lw a sr e s e a r c h e d f u r t h e r m o r e ，t h ed a g r a d a t i o no fm a j o rp o l l u t a n t sw a ss t u d i e du s i n gg c m s t e c h n o l o g y b a s e do nt h e s ew o r k s ，a ne n g i n e e d n gp r o j e c tw a sp e r f o r m e da n dt h e p r a c t i c a le f f e c to fa d v a n c e dt r e a t m e n to fd e y i n gw a s t e w a t e rb yb a fw a so b t a i n e d t h e m a i nr e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ： i b a fr e a c t o rc o u l db es t a r t e du pb yt w o - s t a g em e t h o d ，i n c l u d i n gb a t c hf l o w a n dc o n t i n u o u sf l o ws t a g e s ，a n dc o d e , r e m o v a lr a t ec o u l dr e a c h7 0 i nt h r e em o n t h s w h e nt h er e a c t o rh a ds t o p e dr u n n i n gf o ro n em o n t h ，t h ef o r m e db i o l o g i c a lf i l ms t i l l e x h i b i t e dg o o da c t i v i t y ，a n dj u s t3 - 5d a y sw e r en e e d e dt os t a r t e du pt h er e a c t o ra g a i n 2 b a fp r o c e s se x h i b i t e de x c e l l e n tp e r f o r m a n c ei nt h ea d v a n c e dt r e a t m e n to f d y e i n gw a s t e w a t e r w h e nt h eg a s - w a t e rr a t i o sw a s4 ：1a n dh y d r a u l i cl o a d i n gw a s 0 31m ( m e h ) ，t h ec o d e rv a l u eo fe f f l u e n tc o u l db ef i x e da r o u n d6 4m g l ，a n dt h e c o n c e n t r a t i o no f n h 4 + - nw a st o ol o wt ob ed e t e c t i v e d 3 c o m b i n e db a c k w a s h i n gm e t h o dw a sa d o p t e di nt h ee x p r i m e n t s ，a n dt h e o p t i m u mb a c k w a s h i n ge f f e c tw a so b t a i n e dw h e nb a c k w a s h i n gi n t e n s i t yo fg a sw a s 1o - 15 l ( m c ，c ：c ： ：二：rj ：二：o7 - ：； 酉葛葛葛写稿甍7 筠： r ) 反冲； 1 日| i | | 口ll | 9 ：i t 。_ 一 反冲水 出水 图2 3b i o f o r 工艺不意图 目前，我国科研工作者对b a f 的研究除了少数是b i o c a r b o n e 类型之外， 大部分均为b l o f o r 工艺，b i o s t y r _ t _ - 艺由于存在结构复杂、自控要求高、曝气 管易堵塞等问题，目前国内研究和应用较少。b 1 0 f p o r _ t - 艺相对简单，且滤料 已基本国产化，本课题鉴于以上原因，小试装置设计和工程设计均采用b i o f o r 工艺 2 1 2b a f 滤料选择 曝气生物滤池滤料选择得当，就可以达到反应器高效运行，然而，一旦错误 1 2 浙江大学硕士学位论文第2 章小试实验设计 地选用了不适宜的生物膜载体，甚至可能导致整个生物膜过程的失败，或需付出 沉重的运行、管理代价在实际应用中，生物膜载体的选择应综合考虑以下影响 因素。 ( 1 ) 机械强度 通常：生物膜反应器从启动至运行稳定需要较长时间。如果生物膜载体本身 不具有一定的机械强度，那么在反应器运行过程中势必引起不同程度的破损而丧 失其功能，这将使得生物膜反应器中所持有的生物量呈不规律变化。因此，正确 选择生物膜载体的第一步是确定其机械强度是否可以满足所用生物膜反应器的 需要。 ( 2 ) 物理形态 在生物膜载体选择时，物理形态方面常考虑以下几个方面的因素：载体所提 供的表面积尽可能大；对固定微生物有较好的保护作用；具有较好的传质特性； 尽可能减少载体的碰撞几率等。 ( 3 ) 生物化学及热力学稳定性 在实际应用中，生物膜载体的生物化学稳定性是必须认真加以考虑的，有专 家提出有关载体生物化学稳定性应从以下几个方面加以考虑：抗生物膜微生物对 载体的腐蚀；载体具有惰性，不参与生物膜的生物化学反应；载体本身是不可生 物降解的。 ( 4 ) 亲疏水性及表面电性 根据物理化学中体系自由能最小原则，亲水性微生物易于在亲水性载体表面 附着、固定，而疏水性载体有利于疏水性微生物在其表面的固定。载体表面亲疏 水性及电性是可以通过对载体表面的改性完成的，或直接在载体材料加工过程中 得以实现的。 ( 5 ) 孔隙度及表面粗糙度 生物膜载体表面的孔隙度及表面粗糙度通过以下途径直接影响生物膜形成、 发展及稳定过程：增加了载体与微生物接触的有效面积；可以保护固定微生物免 受过强水力剪切作用；减慢由于载体间的碰撞所造成的固定微生物失落速度；在 某种程度上，有利于传质效率的提高。因此，生物膜载体表面具有一定的孔隙度 及粗糙度有利于生物膜反应器的成功运行。 ( 6 ) 比重 浙江大学硕士学位论文 第2 章小试实验设计 生物膜载体的比重对于悬浮载体生物膜系统即流动床的运行是一个必须考 虑的因素。载体比重过大，造成载体悬浮困难或是能耗过高；然而，若载体比重 过小，又不易维持载体在反应器中的一定流态。因此，对流化床或其它载体需要 悬浮的生物反应器，载体的比重一般控制在1 0 3 1 1 0 n 为佳。 ( 7 ) 对生物膜活性的影响 作为生物膜载体，其本身必须对固定微生物无害、无抑制性作用，这是选择 生物载体的最基本要求。如果固定细胞或酶技术应用于生产各种生物制品，那么 载体本身必须对人力机体无害。因此，在环境生物技术领域，所选用的载体材料 不能显著影响固定微生物的生物活性，这是选择载体的又一基本要求。 ( 8 ) 可再用性 从经济角度讲，生物膜载体应具有可再用性，这一点在大规模工业过程中更 具有重要性。从工程角度讲，一般应避免选用一次性材料作为污水生物处理技术 中的载体。 ( 9 ) 性价比 在选用生物膜载体时，价格因素也是工程需要考虑的因素之一在载体的性 能及价格间做出优化选择，在不影响设计或有机目标时，一般选用廉价的载体为 宜。 曝气生物滤池常用的滤料有陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、膨胀硅铝酸盐， 聚苯乙烯、聚氯乙稀，聚丙烯、荞麦壳和惰性球、纳米改性陶粒等。我国对曝气 生物滤池滤料的研究以陶粒为最多，这是因为陶粒作为滤料的一种，不仅材料价 格低廉，而且显示出的优良特性，特别适合我国的国情。陶粒用作曝气生物滤池 污水处理的研究表明：球形轻质陶粒强度大、孔隙率大、比表面积大、化学稳 定性好，与玻璃钢、聚氯乙烯、聚丙烯、维纶等滤料相比，具有生物附着性强、 挂膜性能良好、水流流态好、反冲洗容易进行、截污能力强等优点；形状规则， 粒径可大可小，密度适宜，克服了不规则粒状滤料水流阻力大，易引起氧化池堵 塞，反冲洗强度大，易冲刷破碎的缺点；在本课题实验中综合考虑性能和价格之 间选择，采用国产球形陶粒。 2 2 实验材料和方法 2 2 1 实验地点 实验地点位于a 污水处理厂内，该厂设计规模4 x 1 0 4 m 3 d ，目前日处理量2 x l 1 4 浙江大学硕士学位论文第2 章小试实验设计 0 4 m 3 d 。 2 2 2 实验水质 小试实验用水主要取自a 污水处理厂二沉池出水其中挂膜期间采用二沉 池出水，加入淘米水( 或自行配置的葡萄糖营养液) ，其中二沉池出水：营养液 = l ：1 。实验驯化期间中采用二沉池出水配制葡萄糖溶液，运行期间用水为二沉池 出水实验用水水质见表2 1 。 表2 1 实验用水水质。览表 查堕堑堡堡q 里! 里丝!型些：二蔓旦丛 变化范围譬赫：2 0 跏0 - - 3 0 0 ；挂嚣嚣高絮篓； 6 m 9 2 2 3 实验装置 课题采用升流式曝气生物滤池工艺，即进水与空气同向上流储水箱( 4 ) 中污水由水泵( 5 ) 提升，经转子流量计( 2 ) 进入曝气生物滤池的底部，与空压 机( 1 ) 供应的空气混合。气水混合液经承托层( 6 ) 均匀分配后，经滤料层( 7 ) 上生物膜微生物的生化氧化作用、接触絮凝和滤料的机械截留等作用，污水得到 净化，在清水层稳定后，排入清水池( 9 ) 内。滤池采用清水反冲洗，水箱( 1 0 ) 内清水经水泵( 11 ) 加压后打入滤池底部进行反冲洗。 图2 - 4 实验装置示意图 1 空压机2 转子流量计3 截止阀4 储水箱5 水泵6 承托层7 滤 料8 排放阀9 清水池1 0 反冲洗水箱1 1 反冲洗泵 模型反应器采用有机玻璃加工而成，总高2 0 0 0 r a m ，内径1 5 0 m m ，底部为按 级配填装的鹅卵石承托层。滤料选用5 r n m 粒径、比重为2 3 k g l 的陶粒，滤料层 高度为1 5 0 0 r a m ，容积为2 6 5 l ，清水层容积为1 3 l 曝气管孔径为3 m m ，置于承 托层下方。储于水箱的污水经泵进入反应器下部，在媾池内水流方向为自下而上。 反冲洗水，气自反应器底部进入，从上部出水口排出装置进水、进气量均有流 量计测定 图2 5 实验装置照片 2 24 检剥项目和方法 分析测试主要按国家环保部编写的永和废水监测分析方j 击* 一书中规定的 标准方法进行分析测试具体的分析项目方法和所用仪器设备见表2 - 2 表2 - 2 实验检测项目及检剥方法一览表 挂测项目检测方法 生化学氧量b o d s五日生化接种稀释洁 化学需氧量c o d 。重锌酸钾法 生物相显徽镜观测 溶解氧便捷式落解氧分析戗 永温便挂式溶解氧分析杖 p h精密p h 计 水量玻璃转子泷量计 气量玻璃转子流量计 氧氟纳式试剂舟光光度浩 o c - m s 分析 安捷伦5 9 7 3 气质鞋用仪检测 2 3 本章小结 课题考察了国内外研究应用较多的三种曝气生物滤池工艺，选择造价维护成 本较低，且蟪料已实现国产化的b i o f o r f f - 艺，同时滤料选择陶柱滤料。在此基 浙江大学硕士学位论文 第2 章小试实验设计 础上，设计了b i o f o r 曝气生物滤池小试装置，并落实了检测仪器仪表，为后续 试验做好物质准备。 1 7 浙江大学硕士学位论文 第3 章实验结果与分析 3 实验结果与分析 3 1 挂膜启动与驯化 曝气生物滤池工艺处理污水的原理在于反应器内滤料上所附生物膜中微生 物的氧化分解作用、滤料及生物膜的吸附阻留作用以及生物膜内部的反硝化作 用。因此生物膜的培养与形成是曝气生物滤池能否正常运行的关键。 曝气生物滤池反应器的挂膜启动是一个渐进的连续过程，由于粒状滤料比表 面积大，吸附能力强，生活污水中的微生物极易吸附于滤料表面，同时被滤料阻 留的有机颗粒也增加了滤料表面的粗糙度，进一步强化了对游历细菌的吸附作 用。在充足的供氧、适合的温度和一定浓度的底物条件下，被吸附的微生物开始 大量繁殖，同时代谢产生各种不同胞外多聚物( e p s ) ，这些物质的存在也促进了 生物膜的快速形成。滤料的凹陷表面较好地抵消了水气剪切作用，更加有利于微 生物膜地扩展。这一过程中水流地剪切作用- 9 滤料间地摩擦对生物膜地形成有副 作用。当滤料表面布满生物膜时形成初生生物膜，随着培养时间地延长生物膜不 断增厚而逐渐成熟。总的来看，曝气生物滤池比较容易挂膜，具有启动迅速，操 作简便等特点，这在实际工程的运行调试中也具有一定的积极意义。有试验证明 只需将反应器内水排空，无须曝气，生物膜以抱子形态存在，经过一定时间后再 启动运行只要3 5 d g p 可恢复正常工作，这一点在本实验中也得到了印证。 3 1 1b a f 挂膜 本实验挂膜采用如下的挂膜方式：( 1 ) 间歇闷曝挂膜；( 2 ) 连续进水曝气； ( 3 ) 先挂膜，后驯化( 2 0 0 8 年1 月实验) 由于本课题需处理的是二沉池出水，较难进行直接挂膜，为了保证挂膜顺利 进行，采用分步挂膜法本实验采用生活污水( 淘米水，c o d 约3 0 0 m g l ) ，加 入适量的污水厂生化污泥，间歇闷曝约2 天，曝气量约为3 0 l h ，保持回流4 l h ， 待清水层水样变清，再加入淘米水，进行挂膜。实验过程中，每天注意对反应器 内水质进行分析和观察，同时保持温度2 5 c ，问歇迸水闷曝，约4 天时间，可 以明显观察到生物膜开始生长然后进入连续进水阶段，这个阶段采用二沉池出 水，加入自行配置的葡萄糖营养液，按体积比投加，二沉池出水：营养液= l ：l 。实 验中采用二沉池出水配制葡萄糖溶液，c o d 为2 0 0 3 0 0 m g l ，水量设计为6 l h 。 浙江大学硕士学位论文第3 章实验结果与分析 一周后，观察到形成较均匀的生物膜，保持进水c o d 浓度，6 天后出水c o d 保持在5 5 7 5 m g l ，去除率一直大于7 0 ，挂膜成功 表3 1 连续挂膜期间运行参数一览表 嚣+ 6 2 0 0 - 3 0 0 3 。2 5”7 l 6 3 器3 0 0 计 ( 注：此时滤柱高度为1 1 5 m m ，注：此时滤柱高度为1 1 5 r a m ) 3 1 2b a f 驯化 为了能使培养出的生物膜适应目标废水( 二沉池) 出水，需对生物膜进行驯 化。本实验采用二沉出水+ a 池出水+ 葡萄糖，通过调整配比，逐步降低进水浓度 的方法，进行驯化，进水配方见表3 2 。驯化过程持续4 8 天，进水c o d 负荷由 3 2 0 m g l 逐渐降低到9 0 m g l ，驯化过程进水c o d 和出水c o d 浓度变化见图3 - 1 表3 1 驯化进水配方表 里塑 墼垄竺q 里鎏垦至堕! 翌型兰1 0 3 0 6 0 3 0 9 5 9 葡萄糖溶于3 0 l 二沉池出水 2 7 0 3 2 0 0 3 1 0 0 3 1 3 5 9 葡萄糖溶于3 0 l ，掣水，同a 池出水 1 8 0 一2 2 0 0 3 卅0 3 1 8 4 缔辅溶，q - 3 0 ：掣托卧籼水 1 8 0 嘲o 0 3 1 9 - 0 3 2 0 3 9 椭豁邗。l 1 ：诺托叭舢水 1 7 9 0 呲卜0 3 2 2 2 9 椭档们o ：掣托叭蛐水 1 7 0 二1 8 0 。3 2 3 似o l 1 趣椭黼于悉亏群托叭籼 1 6 0 - 1 9 0 2 l 5 9 椭样于恶亏群托卧籼 1 6 5 0 4 0 3 一0 4 1 5 1 9 葡萄糖溶于3 0 l ，二羹挚些水，同a 池出水 1 0 0 一1 7 0 j ，几口 0 4 1 6 0 4 2 3 l g 葡萄糖溶于3 0 l 二沉池出水 9 0 1 1 0 0 42 4 0 51 2二沉、油、舳m7 k 8 0 1 0 0 由于驯化实验室在挂膜结束后1 个月后进行，因而在初始阶段需要一定的启 动时间，启动初始1 2 天内，去除率高达7 8 ，这主要可能是因为由于所选填料 表面较为粗糙，内部布满肉眼可见的微孔，启动初期滤料的阻留吸附作用明显。 3 天后c o d 去除率降低为4 0 ，第4 天去除率升至6 2 ，说明生物膜已经开始 生长，并表现出较明显的降解能力。第5 日后，调节进水配方，增加a 池进水， 去除率降为4 7 ，但很快恢复到6 0 。此后每次调节进水配方，c o d 去除率均 浙江大学硕士学位论文第3 章实验结果与分析 有明显的降低，但恢复时间不超过1 天。 ，、 一 柚 量 v 恻 疑 3 5 0 3 0 0 一、2 s o 一 2 0 0 目 。1 5 0 毯 袋1 0 0 5 0 o l47l o 1 31 6 1 92 22 52 33 l3 43 74 0 4 34 6 时间( 天) 图3 - 1 挂膜启动期问进出水c o d 浓度变化曲线 口进水c o d 浓度( m g l ) - q - - c o d 去除率( ) 9 0 8 0 7 0 6 0 ； 5 0 。 ：茎 2 0 l o 0 161 11 62 1z o3 13 64 14 6 时间( 天) 图3 - 2 挂膜启动期间反应器c o d 去除率与进水关系示意图 驯化期间，为避免反应器中悬浮态微生物过量增殖，对曝气生物滤池进行了 定期的低强度反冲洗。驯化前期，反冲洗后c o d 去除率有所下降，反冲洗出水 中s s 含量较高，说明滤料间隙中生长的悬浮态污泥对c o d 的降解起了很大作 用，反冲洗后由于数量减少，所以对c o d 的降解能力下降，导致c o d 去除率 下降。随着运行时间的增长，反冲洗中絮状污泥含量减少，反应器内s s 含量降 低，固着态微生物大量繁殖，反冲洗后c o d 去除率下降幅度变小，出水s s 含 量也明显减少，驯化后期c o d 去除率保持在一个相当稳定的状态。由此可见， 在曝气生物滤池启动阶段，反冲洗虽然会使滤料上已附着的微生物受到周期性冲 刷，一部分微生物会随着反冲洗过程脱落下来，从而造成曝气生物滤池的启动时 间延长。但是，这种周期性的反冲洗也能够使得固着态生长的微生物在与悬浮态 o 0 o o o 0 o o 站 如 筋 加 ：2 加 5 浙江大学硕士学位论文 第3 章实验结果与分析 微生物竞争的过程中占据优势，从而达到驯化的目的，同时也能够筛选出更适合 在曝气生物滤池内生长的微生物。 驯化期问通过显微观察反应器内生物相，发现滤料上附着的微生物呈明显的 时间空间分布特征。驯化前期，滤料上生物膜较薄，镜检发现生物相主要为细菌 和真菌1 周内生物膜迅速长高变厚，并布满整个滤料，且生长均匀，颜色呈灰 白色。3 月1 0 日后向配水中增加a 池出水，色度较高，反应器内生物膜颜色逐 渐加深，变为灰黑色，膜上生物相也逐渐丰富，出现钟虫、轮虫等原生后生动物， 反应器正常运行时可以在出水端发现较多的轮虫，这也是出水有机物含量较低的 标志。实验期间曾有一段时闻曝气孔堵塞，水中溶解氧含量下降，反应器中部取 样1 2 曾发现少量豆形虫出现。 膜上的生物相沿滤柱高度也呈较明显的特征分布。反应器底部进水端由于水 中有机物浓度最高，生物膜也最厚，颜色最深，并发现有大量的漫游虫等原生生 物。随滤柱高度上升，生物膜厚度逐渐降低，生物相也逐渐增加，在滤柱中部钟 虫、豆形虫均有发现，镜检也发现水中含有较多的藻类，这可能是因为反应器所 处位置光照较为强烈。滤柱出水端可以发现较多的轮虫、线虫等后生生物。 3 2b a f 反应器去除c o d 结果分析 驯化结束后，实验于4 月2 4 日开始将进水完全转换为二沉池出水。运行期 间调节气水比在在3 ：1 4 ：1 范围内，进水负荷在0 2 5 0 3 1 m 3 ( m 2 - h ) ，进水c o d 浓度保持在在8 5 1 1 0 m g l i 出水c o d 浓度( m g l ) 囱进水c o d 浓度( m g l ) + 去除率( 1 ) ，一、 一 柚 暑 v 倒 聪 1 4 710131619 时闻( 天) 图3 3 运行期间c o d 去除情况 实验发现出水浓度由于反冲洗等原因出现几次浓度大于6 5 m g l 现象，大部 2 l 置1)哥篷求 帖柏驺拍加佰仲5 o 约 柏 柚 。 浙江大学硕士学位论文第3 章实验结果与分析 分时间均保持在6 3 6 5 m g l 。为此在试验过程中通过增大气水比、减小进水负 荷、增大曝气量等方式试图增加处理效果，但出水浓度仍保持在不变。分析其主 要原因，笔者认为印染废水中含有大量难降解的有机物，经二级生化处理后仍有 部分有机物耒被降解。这部分有机物进入反应器中只有部分能够被降解，而含量 相当于6 4 m g l c o d 的有机物存在仍存在一定的降解难度。很多研究结果中也曾 提出过这一问题，并针对这一难点提出过前置化学强化或生物强化工艺，破坏难 降解有机物结构，减少其处理难度 3 3 气水比对c o d 去除效果的影响 一定的气水比是保证受污染水源生物处理的正常运行的必要条件。曝气的作 用主要有两个方面，一是供给氧化所需的氧，二是提供生物处理反应器内良好的 水流紊动程度，以利于污染物微生物和氧的充分接触，保证传质效果。但过高 的气水比会造成对生物膜的强烈冲刷因而为达到较好的c o d 去除效果，选择 合适的气水比是必要的。 实验过程中，保持c o d 进水浓度在8 5 9 5 m g l ，水力负荷为0 3 l m 3 ( m z h ) ， 温度为2 5 ，p h 为6 5 8 5 ，考察了不同气水比对c o d 去除的影响，结果见 下图 + 气水比3 ：1 + 预曝气+ 气水比4 ：1 一 e v 魁 爱 o o o 繁 习 1z345 6 时间( 夭) 图3 4 气水比对出水c o d 的影响 由图所示，气水比由3 ：l 提高到4 ：1 ，出水c o d 浓度明显降低，降低幅度约 为8 m g l ，这主要是因为较大的气水比有利于反应器充氧，为好氧茵的生长提供 了更好的环境，从而使反应器表现出了更高的c o d 处理效果。为了进一步增加 气水比，在本实验中对进水进行了充分的预曝气( 出水溶解氧不小于3 m g l ) ， 2 2 弛加 的砧 跎 驰 浙江大学硕士学位论文 第3 章实验结果与分析 结果发现采用预曝气时出水c o d 浓度与气水比为4 ：1 时出水浓度相比，并没有 预想中的较大改善，两者c o d 浓度基本持平，最大相差为2 m g l 。 由于曝气量过大，反应体系中氧的浓度受平衡溶解度的限制，溶解氧不但不 增加，过强的湍流反而造成水中溶解氧的解析及填糌上生物膜的脱落，降低了固 定化微生物的浓度，不利于污染物的去除，且曝气量过大也会增加动力消耗。本 实验结果表明采用b a f 工艺对二级出水进行深度处理，气水比4 ：l 是较为合适 的。 3 4 进水负荷对c o d 处理效果的影响 水力负荷的大小直接关系到污水在反应器中的水力停留时间，也就是污水与 生物反应器内微生物作用的平均反应时间。对于曝气生物滤池反应器，其内的生 物氧化作用主要发生在填料区，填料上的微生物与污水中的基质进行生化作用， 需要一定的接触反应时间作保证。此外，水力负荷的大小在控制生物膜厚度、改 善传质方面也有一定的作用水力负荷的提高，其紊流剪切作用对膜厚的控制以 及对传质的改善有利，但水力负荷如果过高，其水力冲刷作用过强，会造成生物 膜的流失。因此，对于不同的工艺条件应确定其适宜的水力负荷。 实验过程中，保持c o d 进水浓度在8 5 9 5 m g l ，气水比为4 ：1 ，温度为2 5 c ， p h 为6 5 8 5 ，考察了不同水力负荷对c o d 去除的影响，结果见下图。 + 进水负荷o 2 5 m 3 ( h i 2 h ) - - i t - - - 进水负荷0 3 1 m 3 ( m 2 h ) - j 柚 e v 型 爱 o o c * 田 6 8 6 1 23456 时闻( 天) 附图3 5 进水负荷对c o d 处理效果的影响 由图所示，进水负荷由0 3 1 m 3 ( m 2 h ) 降低为0 2 5 m 3 ( m 2 h ) ，出水c o d 浓度 基本变化不大。分析认为，由于进水c o d 浓度本来就比较低，且其中大部分为 浙江大学硕士学位论文第3 章实验结果与分析 难降解的有机物，降低进水负荷并不能较明显改善c o d 的处理效果。鉴于印染 废水的特殊水质，一般深度处理采用的b a f 反应器水力停留时间比较长，c o d 负荷一般不高。当进水负荷为0 3 1 m 3 ( m 2 h ) 时，c o d 负荷为0 3 0 k g c o d ( m 3 滤 料d ) ，水力停留时间为3 2 h 。在下章的设计中，也借鉴了本次实验结果，c o d 负荷和水力停留时间均采用保守值。 3 5b a f 进出水g c m s 分析 3 5 1 预处理与分析方法 采用溶剂萃取法对废水样品进行分析前处理。首先移取1 0 0 m l 废水，用中速 定量滤纸过滤，然后用移液管准确移取滤液置于分液漏斗中，加2 0 m l 乙醚，振 荡5 r a i n ，静置3 0 m i n 分层，取出上层有机相，同上步骤，重复三次，合并有机相。然后 向有机相中加入无水硫酸钠脱水，而后置于k d 浓缩器，以6 0 ( 2 减压浓缩，最后 向残留液加入l m l 正己烷，供g c m s 分析。 g c m s 分析采用安捷伦5 9 7 3 气质联用仪，色谱柱为h p 5 石英毛细管柱 ( 3 0 m x 0 2 5 m m i d x 0 1 2 5 p x n ) ；载气为h e ，流量为l m l m i n ；进样口温度为2 5 0 c ， 柱箱初始温度为6 0 ，保持2 m i n 后，以1 0 c m i n 的速度升温至2 5 0 c ，终温保 持8 m i n ；进样量为0 2 p 1 ，分流比为3 5 ：1 ；质量扫描范围：1 5 5 0 0 a m u ；电离方 式e i ，电子轰击能量7 0 e v ，倍增电压2 4 0 0 v ，离子源温度2 5 0 。 3 5 2g c m s 分析结果 图3 - 6 ，3 - 7 和表3 1 是对印染废水经b a f 处理( 水力负荷0 3 1 m 3 ( m 2 - h ) ， 气水比4 ：1 ) 前后的g c m s 检测结果，有结果可知印染废水经二级生化处理后， 主要的蒸馏残留有机物包括了添加剂丁羟甲苯、柏木烷以及邻苯二甲酸酯以及少 量长链烷烃等难降解物质，其中丁羟甲苯、柏木烷以及含量最高，峰面积比例达 到7 2 3 9 和1 7 1 3 。 浙江大学硕士学位论文第3 章实验结果与分析 ；：l # 赫 |。 嘲 i 节 舢一翟：一：缝愁 一 一 ：二；：耋薹；：篓 ：巍；：珑：毖三 b & t， ， | t 图3 - 6 进水水样g c m s 分析谱图 经b a f 处理后，丁羟甲苯残留率仍达到6 5 0 ，柏木烷残留率为3 9 2 ，邻 苯二甲酸酯类残留率约为+ 1 7 ，烷烃中二十七烷基本没有降解，葵烷以下烷烃基 本完全降解出水中新出现少量的二十烷、十七烷、咪唑基吡啶以及苯甲酸等， 可能是进水污染物未能完全降解的产物。 舢i 蚌t 鼙t zh # 44 *y#?7：f r蹿h 辨辫#：辨 图3 7 出水水样g c m s 分析谱图 表3 1 进水处水样质谱分析结果 序号b a f 迸永面积百分比b a f 出水面积百分比 l 2 3 a 蒎烯 1 9 1 3 9 5 00 6 2 a 蒎烯1 0 4 6 4 5 7 0 6 1 葵烷 2 7 1 3 8 3o 0 9 二十烷2 2 0 0 6 3 5o ，1 3 二十七烷4 1 0 3 5 8o 1 36 甲基庚烯2 7 9 0 7 20 1 6 浙江大学硕士学位论文第3 章实验结果与分析 4 三甲基壬烷 5 2 ，2 二甲基辛烷 ， 3 ，5 二甲基氧基苯 。 乙酮 7 二丁基羟基甲苯 8 8 - 丙氧基柏木烷 2 戊基邻苯二甲酸 7 酯 1 0柏木烷 】1 苯甲酸 1 2邻苯二甲酸异壬脂 1 3 2 ，3 ，4 甲基戊烷 1 4 秣翟赫 1 5十二烷 1 6 对氨基苯甲酸乙酯 1 7 邻苯二甲酸二乙醋 6 0 0 4 2 3o 1 9 4 9 5 3 5 70 1 6 0 0 9 7 2 3 9 o 1 6 0 1 2 1 7 1 3 0 3 7 4 7 8 1 5 9 0 6 2 o 1 2 o 1 3 1 3 2 ，6 ，1 0 ，1 4 一四 甲基十七烷 丁羟甲苯 柏木烷 邻苯二甲酸 味唑基吡啶 邻苯二甲酸二乙 醋 0 1 3 8 5 2 6 1 2 1 5 0 7 0 3 0 2 3 6 反冲洗方式选择 国内外应用的b a f 反冲洗方式目前主要有单一水反冲洗和气水反冲洗两 种。单一水反冲洗方式由于用水量大、冲洗不彻底，目前应用较少。气水反冲洗 方式目前主要有四种：先气再水反冲洗、气一水联合反冲洗、先气洗再气冰联 合反冲洗最后水漂洗、脉冲式气反冲洗 本实验采用应用较为广泛的先气洗再气一水联合最后水漂洗方式进行反冲 洗。首先，采用曝气冲洗，使填料层松动，老化生物膜脱落，滤层被松动，会有 较轻微的膨胀，孔隙率增加，有较多的老化生物膜被带到清水层，清水层变混浊。 但此时，由于不进水，老化生物膜不能够排除反应器外然后气水同时反冲洗， 此时进水对原有反应器中的废水进行置换，使老化生物膜排出系统外，因此，其 用水量至少为反应器的废水容积。由于是气水联用，在曝气的气浮作用下，老化 生物膜能够较有效的被置换出系统最后用清水漂洗残留的悬浮物 在小试实验反冲洗时，初始进气量为1 0 0 l h ，折合反冲洗强度为1 5 7 l ( m 2 s ) ，发现气泡基本都是以蠕动方式上升，老化生物膜基本没有脱落，滤料 之间无明显摩擦作用。随后逐步将反冲洗强度增加为3 l ( m l s ) 、6 l ( m 2 s ) 、 1 0 l ( m l s ) 。实验发现当反冲洗强度增加为1 0 l ( m 2 - s ) 时，出现较明显的小气泡融 合，气流扰动效果较强，部分老化生物膜脱落。进一步将气洗强度提高到1 5 l ( m ：s ) 仍无较明显的滤料冲刷现象，后续实验中c o d 去除率仍能在次日恢复。但当气 一衿一4一|萋 一 博 甜舄舛掰 搠 加眇燃 2 奠4 3 3 2 7 铥 v 、 9 3 丛 7 虼7 5 8 3 6 k k 6 4 k 7 硭9 8 8 5 7 k 5 一 一一 一一一一 一 一一一 浙江大学硕士学位论文第3 章实验结果与分析 洗强度提高到】7 l ( m 2 - s ) 时部分滤料生物膜剥落严重，因而立刻停止了反冲洗。 实验结果表明1 0 1 5 l ( m 2 s ) 气洗强度是合理的。 水洗强度的确定过程与气洗类似，初始水洗强度为1 5 7l ( m 2 s ) ，发现反应 器内水流不明显，无明显的冲洗作用。随后提高水洗强度为3 l ( m 2 s ) 、5 l ( m 2 - s ) ， 发现在水洗强度为5 l ( m 2 - s ) 时，水流作用明显，部分老化生物膜随水流脱落。进 一步提高水洗强度发现，当水洗强度大于7 l ( m 2 - s ) 时，由于水流的冲刷过强，滤 料出现较明显的膨胀现象，少量滤料上生物膜大片脱落，因而停止了反冲洗试验 实验结果显示5 6 l ( m 2 s ) 水洗强度是较为合理的。 综合本实验的结果和前入实验的经验，确定较为合适的反冲洗强度为：气洗 强度l o 1 5 l ( m 2 - s ) ，水洗强度5 6 l ( m 2 - s ) ，气洗、气水联用、漂洗时间为5 8 m i n 。 3 7 本章小结 本章利用小试装置，通过对曝气生物滤池进行挂膜，驯化运行期间考察了 此工艺对c o d 的去除能力，并对气水比进水负荷等参数对c o d 的去除率影 响进行了研究。 1 实验采用间歇曝气方式进行挂膜。挂膜试验采用配水，进行3 周后，出 水c o d 去除率保持在7 0 以上。 2 实验采用二级出水与a 池出水添加葡萄糖所得的配水对曝气生物滤池进 行- 9 i 化，驯化过程约进行4 8 天。驯化过程中，曝气生物滤池较好的c o d 降解能 力，驯化末期出水c o d 保持在6 5 - 7 0 m g l 3 曝气生物滤池正常运行期间，保持c o d 进水浓度在8 5 9 5 m g l ，水力 负荷为o 2 5 0 3 1 m 3 ( m 2 - h ) ，温度为2 5 * ( 2 ，p h 为6 5 8 5 ，气水比3 ：1 , - 4 ：1 实验 结果发现出水c o d 基本保持6 3 7 0 m g l ，期间通过增大气水比，降低进水负荷 等方法，均未明显降低出水c o d 浓度。 4 保持保持c o d 进水浓度在8 5 9 5 m e d l ，水力负荷为0 3 1 m 3 ( m 2 - h ) ，温 度为2 5 c ，p h 为6 5 8 5 ，调节气水比发现当气水比由3 ：1 ，增加到4 ：1 时，出 水c o d 浓度下降约8 m g l ，进一步增加气水比，出水c o d 浓度变化不明显。 5 曝气生物滤池正常运行期间，保持c o d 进水浓度在8 5 9 5 m g l ，温度 为2 5 c ，p h 为6 5 8 5 ，气水比3 ：1 - - - 4 ：1 ，调节水力负荷发现当水力负荷由 浙江大学硕士学位论文第3 章实验结果与分析 0 31 m 3 ( i t l 2 h ) 降低到0 2 5 m 3 ( m 2 h ) l 对，出水c o d 浓度基本保持不变，停留时间 的增加并未提高c o d 的降解效果。 6 利用g c m s 分析表明印染废水经二级处理后主要残留的有机物包括丁 羟甲苯、柏木烷、邻苯二甲酸酯类以及长链烷烃，b a f 处理后各主要残留物含 量均有下降，其中柏木烷去除率达到6 0 2 ，邻苯二甲酸脂类去除率达到9 3 ， 但丁羟甲苯去除效果较差，只有3 5 0 7 选择气洗、气水联合、清水漂洗的反冲洗工艺，并通过实验确定了反冲 洗强度范围，气洗：l o - 1 5 l ( m ：s ) ，水洗：5 - 6 l ( m 2 - s ) 。 浙江大学硕士学位论文第4 章曝气生物滤池工程设计 4 曝气生物滤池工程设计 4 1 设计依据 4 1 1 设计原则 1 、深度处理必须考虑前处置工艺，本课题废水前期通过污水一集水井一调 节池一初沉反应池一初沉池一a o 池一二沉池一终沉反应池一终沉池一出水计 量井。本设计工程进水为污水处理厂二沉池出水，废水污染物浓度低，可生化性 差，因此处理工艺参数宜通过试验确定。 2 、由于工程出水要回用于企业生产，必须选择合适的工艺，保证系统运行 的稳定性和安全性。 3 、选择先进、成熟的深度处理工艺，减少运行费用，降低中水回用成本。 4 、工艺要考虑对特征污染物( 如c o d ) 的去除效果。 5 、根据废水特点，在进行了一系列试验后，本工程推荐采用以曝气生物滤 池( b a f ) 为核心的污水处理工艺。 4 1 2 进水水质与水量 据调查，目前中水回用的主要去向有三，一是园区部分企业水膜除尘，水 力冲渣用水，约7 0 0m 3 d 可完全使用中水；二是用水水质要求不高的企业( 印染、 砂洗等) ，中水用量按生产用水3 0 计算，约为2 3 4 0 m 3 d ；三是园区综合用水， 如市政公用、绿化用水、景观用水等，量约2 0 0 m 3 d ，合计3 2 4 0 m 3 d 。由此，考 虑设计合理性，根据确保中水有处可用的原则，确定本中水回用工程的设计规模 为3 0 0 0 m 3 d 。 本工程设计迸水为a 污水处理厂二级出水，其水质应达到污水综合排放 标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 一级排放标准，由此确定本工程设计的进水水质见表4 1 所列。 表4 - 1 工程设计进水水质( m g l ) 4 1 3 出水水质 本工程出水主要回用于园区工业企业生产用水，根据对企业用水情况调查， 2 9 浙江大学硕士学位论文第4 章曝气生物滤池工程设计 并参照城市污水再生利用工业用水水质( g b , r i 1 9 9 2 3 2 0 0 5 ) 确定本工程出水 水质，详见表4 2 所列。 表4 - 2 工程设计出水水质( m g l ) 4 1 4 工艺方案选择 本工程主要污染物的去除率，c o d 需达到4 0 、氨氮需达到3 3 ；考虑本 工程进水为污水处理厂二级出水，污染物浓度较低，污水可生化性已经较差，所 以通过实验确定本工程处理工艺，核心工艺为生物量多、处理能力强、耐冲击负 荷大、不产生污泥膨胀的曝气生物滤池( b a f ) ，工艺流程图为： 污泥池污泥池 二级处理尾水回 回用 ! 图4 1a 污水处理厂二级出水深度处理流程图 基于以往的工程经验和试验结果，预计本工艺各主要处理单元水质情况和 对主要污染物去除率如下： 表4 _ 4 各单元主要污染物去除率预测 进水 1 0 0 7 0 1 5 一 b a f 出水 5 545404 3 8 54 3 砂滤出水 5 0 5 3