（环境工程专业论文）曝气生物滤池深度处理有机废水的研究.pdf

东| 足学硕i ，论文 曝气生物滤池藻壁处理白讥班水冀研咒 摘要 水资源的污染和短缺使得废水的深度处理及回用已是一个必然的趋势。曝气 生物滤池工艺作为生物接触氧化工艺与给水过滤工艺有机结合的一项新的污水 深度处理技术，近十几年来发展迅速，将成为人们控制水污染和解决污水回用问 题的主要手段之一。 本试验采用以陶粒一活性炭为填料所组成的两段式曝气生物滤池对经过二 级生物处理后的c h q 比和b c 比严重失调的低浓度染料废水进行深度处理，并 结合有关文献资料，取得结果如下： l 、u b a f 接种挂膜试验表明：h r t 为1 h 、气水比为3 ：i 、水温保持在1 5 左右，经过4 周生物膜即可成熟，c o d 。，去除率达到3 0 以上。 2 、u b a f 工艺优化试验研究表明：气水比、水力负荷等是影响污染物去除 效率的重要因素。当气水比为2 ：l 、水力负荷在0 3 9 m 3 ( m 2 h ) 左右、h r t 为l h 、 平均温度在2 4 c 左右、p h 控制在6 5 7 5 之间，u b a f 对污染物的去除效率达 到最佳。n h 3 一n 、c o d c ，、s s 的平均去除率分别达到7 8 6 、5 0 0 8 和8 1 7 9 ， 出水浓度分别低于5 m g l 、5 0m g l 和1 0m g l ，满足生活杂用水回用水质标准。 3 、u b a f 对各污染物的去除沿滤层高度呈现出不同的特点：有机物c o d c ， 的去除，主要发生在滤层的前半部分( 即距进水端6 0 c m 段) ，和c o d c ，沿程去 除情况稍有不同，n h 3 一n 的去除主要在生物滤池距进水端2 9 c m 6 0 c m 段。 4 、低气水比下，对u b a f 的脱氮试验研究表明：进水气水比为o 3 ：1 ，在 滤速为o 7 m h ，水温为2 0 2 2 3 。c ，p h 值在7 7 5 之间，c o d c r 平均6 9 1 0 m g l ， 总氮平均为2 7 9 3 m g l 的条件下，u b a f 对氮氮的平均去除率达到5 5 8 4 ，总 氮的平均去除率为4 7 2 0 。 5 、反冲洗试验研究表明：滤池的运行周期为0 7 d 。采用气水联合反冲洗， 气冲时反冲气强度1 0 1 2l s m 2 ；气水混冲时气强度7 8u s m 2 ，水强度3 4 l s i n 2 ；最后反冲水强度5 6l s m ? 。反冲洗时间定为气冲5 6 m i n 、气水混冲 6 m i n 、最后水冲6 8 m i n 时。在该参数下u b a f 具有良好反冲效果，同时还可 以最大限度的节省能耗。 关键词：升流式曝气生物滤池( u b a f ) ，深度处理，有机废水，染料， 脱氮，反冲洗 查竺垄堂竺! 丝兰。堡! 竺丝鎏堂生竺竺璺生塑竺! ：! ! 竺堑 a b s t r a c t t h ep o l l u t i o na n ds h o r t a g eo ft h ew a l _ e rr e s o u r c em a k e st h en e c e s s a r yo ft h e a d v a n c e d t r e a t m e n ta n d t h er e u s eo f t h e w a s t e w a t e r b i o l o g i c a l a e r a t e d f i l t e r ( b a f ) p r o c e s s ，an e wt e c h n o l o g yt h a tc o m b i n e sb i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o na n ds u p p l y f i l t r a t i o n ，w i l lb eo n eo f t h ei m p o r t a n tm e t h o d st os o l v ea b o v ep r o b l e m s i n t h i sp a p e r ，l o wc o n c e n t r a t i o nd y e s t u f fw a s t c w a t e rw a sa d v a n c e dt r e a t e db y t w o s t a g eu b a fw h i c hi sf i l l e dw i t hc e r a m i cg r a n u l ea n da c t i v ec a r b o n - t h em a i n o b t a i n e dr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 i ti sd e m o n s t r a t e db yt h ee x p e r i m e n to f i n o c u l a t i o na n dc u l t i v a t i n gb i o f i l mo n p a c k i n g st h a ti tt a k e sf o u rw e e k st os u c c e e di nc u l t i v a t i n gb i o f i l mo np a c k i n g sa n dt h e r e m o v a lr a t i o so f n h 3 - ng e t st o3 0 ，w h e ng a s - w a t e rr a t i oi sn ol e s st h a n3 ：1 ，h r t i st h ，w a t e r t e m p e r a t u r e i sa b o v e1 5 c 2 i ti sd e m o n s t r a t e dt h a tg a s - w a t e rr a t i o ，h y d r a u l i cl o a d i n g ，h r tc t ca r e i m p o r t a n tf a c t o r st oi n f l u e n c et h er e m o v a le f f e c to fp o l l u t a n t s w i t hg a s - w a t e rr a t i o a b o u t2 ：1 ，h y d r a u l i cl o a d i n ga b o u to 3 9 m 。m 2 h ，h r ta b o u tl h ，a v e r a g ew a t e r t e m p e r a t u r ea b o u t2 4 。c ，p hr a n g i n g6 5 - 7 5 ，t h er e m o v a le f f e c to fp o l l u t a n t si sv e r y g o o d ：t h er e m o v a lr a t i o so fn h 3 - n ，c o d 。ra n ds sr e a c h e d7 8 6 ，5 0 0 8 a n d 8 1 7 9 r e s p e c t i v e l y , a n dt h ee f f l u e n tv a l u eo f n h 3 - n ，c o d a n ds sb e l o w5 m g l ， 5 0 m g l ，1 0 m g lr e s p e c t i v e l y , w h i c hs a t i s f y h a g t h e w a t e r q u a l i t y c r i t e r i a f o r r e s u e 3 m o n g s i d et h ed e n ao ff i l t e rb e d ，t h er e m o v a lc h a r a c t e r i s t i c so fp o l l u t a n t s d i f f e re a c ho t h e r ：t h e m a i nr e g i o no f c o d e rr e m o v a l i s t h e f i r s t h a l f o f t h e f i l t e r b e d ( d i s t a n c ef r o mw a t e ri n l e tt o6 0 c m ) ；s l i g h t l yd i f f e r i n gf r o mc o d e rr e m o v a l ，t h e m a i nr e g i o no f n h 3 一nr e m o v a li s2 5 c mt o5 0 c m 4 u n d e rt h ec o n d i t i o no fl o wg a s - w a t e rr a t i o ，t h ee x p e r i m e n to fd e n i t r i f l c a t i o n a b i l i t yo fu b a fs h o w st h a t ：w i t hg a s - w a t e rr a t i oa b o u t0 3 ：1 ，f i l t r a t i o nv e l o c i t y a b o u t0 7 m h ，a v e r a g ew a t e rt e m p e r a t u r ea b o u t2 1 5 c ，p hr a n g i n g6 5 - 7 5 ，t h e i n f l o wc o d c ca b o u t6 9 1 0 m g l ，t h er e m o v a lr a t i o so fn h 3 一n ，a n dt nr e a c h e d 5 5 8 4 a n d4 72 0 r e s p e c t i v e l y 5 p e r f o r m a n c ec y c l eo fu b a fr a n g e sf r o m6 dt o7 d t h eb a c k w a s h i n gw a yi s g a sc o m b i n e dw i t hw a t e r u n d e rt h ec o n d i t i o nt h a tb a c k w a s h i n gi n t e n s i t yo fg a si s i i 查堂：! 兰翌丝兰 壁笪i 墅丝堑竺竺墨翌塑篓苎! ! ! 堕 1 0 1 2l m m 二m i x i n gb a c k w a s h i n g ：g a si n t e n s i t yi s7 8l s m 2a n d w a t e ri n t e n s i t y i s3 - - 4 l s m 2 、b a c k w a s h i n g i n t e n s i t y o f w a t e r i s5 6 l s m 2 ；b a e k w a s h i n g t i m e ：g a s b a c k w a s h i n gi s5 6m i n 。m i x i n gb a c k w a s h i n gi s6m i n ，a n dg a sb a c k w a s h i n gi s 6 8m i n u b a fh a sag o o de f f e c to f b a c k w a s k i n g k e y w o r d s ：u b a f , a d v a n c e dt r e a n n e n t ，o r g a n i cw a s t e w a t e r , # e s t u f f , d e n i t r i d e ，b a c k w a s h i n g 1 1 1 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德崇尚严谨学风。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。除文中己明确注明和引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：象净条 日期：文t 叶年) 月。日 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可 以将本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 复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名：臻乇； r 日期：j o 叶年；月- 日 、z 指导教师签名：( 耘 日期：加厂年；月阳 农笋域，茁上 曝气生物滤池潍艘处理有机姨承的拙兔 第一章绪论 11 谭颢的耍湄 人类的生存活动离不开水。椐估计，地球表面覆盖着1 3 亿( k i n ) 3 的水资 源，其中淡水只有3 0 0 0 万( k m ) 3 ，人类可以直接取用的只占淡水资源的0 0 1 4 。 我幽水资源总量约为2 8 1 2 4 亿立方米，位居世界第六，相对来说是水资源较丰富 的国家，不过我国人均占有水资源量仅为2 3 4 0 m 3 ( 以1 2 亿人口计) ，约为世界 人均占有水量的l 4 。随着社会的发展，如何对水资源加强管理以充分利用是当 今世界上受普遍重视的重大课题。 在我刚，主要江、河、湖、库等水域己检测出数百种有机物”，有些水域已 经受到严重的有机物污染。全国水源污染呈发展趋势，有9 0 以上的城市水域污 染严重，近5 0 的重点城镇水源水质不符合标准。水污染正从东都向西部发展 从支流向干流延伸，从城市向农村蔓延，从地表向地下渗透，从区域向流域扩散。 河流湖泊水质同趋恶化，根据国家环保局1 9 9 9 年的统计，我国主要河流普遍存 存有机污染，面源污染同益突出。辽河、海河污染严重，淮河水质较差，黄河水 质小容乐观，松花江水质尚可，珠江、长江水质总体良好。2 0 0 2 年七大流域地 表水有机污染普遍，各流域干流5 8 的断面为i i i 类水质，2 2 的断面为i v 类水质， 2 0 的断面属_ f v 类或劣v 类水质。我国的湖泊污染也很严重，多数湖泊的水体 富营养化。在几大湖泊中，尤以太湖、巢湖和滇池( 简称“三湖”) 污染最为严重。 多年来，随着经济的迅速发展和人口数量的增加，由陆地非点源污染和工厂废水 排入湖内的污染物质不断增多，致使“i 湖”的水环境问题r 益突出。除此以外， 还有许多靠近城镇等人口密集区的湖泊已退化成为流域中的污水库，特别是农村 水塘、溪沟污浊不堪，令人担忧。 对于工、i k 用水，虽然我国污水的处理率在不断提高，但污水的年排放鼍仍在 人幅度增加。1 9 9 9 年全国工业和城市生活废水排放总量为4 0 i 亿吨，比1 9 9 8 年增加6 亿吨。其中工业废水排放量1 9 7 亿吨，比上年减少4 亿吨；生活污水排 放量2 0 4 亿吨，比上年增加l o 亿吨；生活污水排放量超过工业废水排放量。工 业废水排放量中，乡镇企业排放量为2 9 2 亿吨，占工业排放总量1 4 5 。南 ：乡 镇食业的废水废气处理率、处理达标率和符标率等三项指标很低，导致农村，l 态 曝气生物滤地源嬗处理 i 帆竣敷曲研究 环境的污染。据统计，1 9 9 5 年与1 9 8 9 年相比，乡镇企业废水排放量增加了3 3 4 亿吨，增加13 0 ；c o d 排放量增加2 9 0 1 ；固体废弃物排放量增加1 1 倍多。 1 9 9 9 年乡镇工业的固体废物排放量为2 7 2 6 万吨，占排放总量的7 0 2 。工业固 体废物的排放堆存不仅占用大量土地，并对空气、地表水和地p 。水产生：次污染， 其危害和影响更加隐蔽和长远。 农业的面源污染也是有增无减，随着点源污染的控制，农业面源的污染已成 为水环境污染、湖泊库富营养化的主要影响因素。农业面源污染主要来自化肥和 农药残留物，以及水上流失过程中的土壤养分和有机质。 据报道，东京都污水处理率达9 5 以上，国内河川水质有了明显的改善，但 东京湾富营养化仍有增长趋势，赤潮时有发生。这是因为普通二级处理只能去除 易分解的含碳有机物，而对n 、p 和难降解有机物作用不大。1 9 7 7 年东京湾排放 标准提高到c o d m 。为1 2m g l ，t n 为1 0m g l ，t p 为o 5m g l ，这就意味着东 京湾的环境质量已寄希望于污水深度处理、“。污水深度处理在经济发达国家已 在推广，甚至普及。就我国实际情况而言，污水深度处理与再生水利用是维系良 好水循环的必由之路”。废水的深度处理是生产再生水的主导工艺，能起到丌 发城市污水资源和大幅度削减污水负荷的双重作用。由于深度处理废水需要大量 资会投入，不少环境部门领导和水质专家侧重与寻求一级处理、自然处理等既“省 钱、钳能”，又解决环境污染的途径，其实这些途径是难以奏效的。若存二级处 理基石j | j 上进行深度处理，将排放的水变成再生水，使之稳定的成为城市水源的重 要部分，才是保持健康水循环的良策。 综上所述，我国的水资源面临着严重短缺和严重污染的双重挑战。要想缓解 我幽水资源紧张和受污染的状况，废水回用可以说是重要途径之一。因此，如何 对废水进行深度处理，有效地控制和扭转我国水资源继续恶化的局面、改善水j 不 境质量，保护有限的水资源环境，是摆在我们眼前一个非常紧迫的任务。 1 2 有机废水深度处理技术 根据废水深度处理方法的基本原理，概括起来主要有物理法、化学氧化法、 牛物法和联用技术。 东毕k 学豫i i 蹬之 曝气生物澹翘涤蹬处琏由税姨求的糍巍 1 2 1 物理法 1 2 1 1 吸附法 住各种改善水质处理效果的深度处理技术中，吸附技术是去除水中有机污染 物最成熟柯效的方法之。吸附法是利用多孔性的固体物质，使废水巾的一种或 多种物质被吸附在固体的表面而去除的方法。具有吸附能力的多孔性固体物质称 为吸附刹，废水中被i 吸附的物质称为吸附剂。 用于水处理的吸附剂有活性炭、磺化煤、硅藻土、活性白土、二氧化硅、活 性氧化铝、沸石、木炭、木屑等，其中活性炭吸附应用最为广泛“。活性炭通常 被认为是无定形碳，x 射线衍射分析表明，它的结构中含有石墨微晶，这些微粒是 尺寸为1 3 n m 的结晶。目前活性炭又被认为是属于微晶类碳系，根掘里利( r i l e y ) 的x 射线分析数据，除了石墨晶粒外，活性炭还含有一到二三个无定形碳，并且 还含有杂原子，例如氧原子。由石墨晶粒和无定形碳所构成的多相物质决定着活 性炭独特的结构”1 。活性炭是弱极性的多孔性吸附剂，有发达的纠孔结构和巨 人的比表面积，其总内外表面积在8 0 0 1 7 0 0 m 2 儋。活性炭在制造过程中，品格 间q ：成的窄隙形成各种形状和大小的细孔，吸附作用主要发生在细孔的表面上。 它可从水中吸附极大部分的有机物质，活性炭对溶解度小，亲水性差，极性弱的 有机物如苯类化合物、酚类化合物，石油和石油产品等具有较强的吸附能力”1 ， 对生化法和其他化学法难以去除的有机物如形成色度和异嗅的物质、消毒副产 物、亚甲基蓝表面活性剂、除草剂、杀虫剂、农药、合成洗涤剂、合成染料、胺 类物质及其他人工合成有机物也有好的去除效果“。此外，活性炭对某些重金属 化合物也有较强的吸附能力，所以在目前污水的深度处理中，活性碳有着广泛的 戍用。 但是活性炭并不能去除水中所有的污染物，对低分子极性强的有机物和大分 子有机物的吸附能力有限。活性炭其吸附性能受其自身吸附特性和吸附容量的限 制，不能保证列所有的有机化合物有稳定的和长久的去除效果”“，活性炭吸附 饱和后要考虑到其再生和处置问题，从而增加了运行费用，使的活性炭的应用受 到了一定程度的限制。 l ，2 。1 2 膜分离法 膜技术是当今水处理研究中最活跃的领域，应用广泛的技术。它是近三十年 每i # k 学颀l 。论史 曝气生物滤魄谦瘦处埋寿税凌表的研究 束发展起来的一项高新技术，也是当前促进和保证社会持续发展的关键技术之一 已存能源、电子、化工、医药食品、汽车、家电、环保等领域发挥着其独特的重 要作用。膜对污染物的去除范围相当广泛，从颗粒杂质到离子、细菌和病毒，而 且运行时不需要加药剂，运转可靠，设备紧凑，容易实现自动控制。 从材料方面看，膜主要分为有机膜、无机膜两大类。有机膜价格较便宜，但易 污损，使用寿命短，无机膜能在恶劣环境下1 二作，使用寿命长，但价格较贵。膜按孔 径人小的f i 吲有微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。 微滤( 简称m f ) 是一种精密过滤技术，它的孔径范围一般为0 1 o 7 5 z m ，介 于常规过程和超过滤之间。微滤膜可去除腐植酸等大分子量的有机物，也n j 以去 除浊度和细菌“。超滤( 简称u f ) 是以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径刑液体 进行分离的物理筛分过程，超滤膜切割分子量为1 0 3 1 0 6 ，孔径约为1 1 0 0 r i m 。超 滤膜和微滤膜在我国发展了三十几年了，但是由于国内组件品种单一，通量和截 留率综合性能较低等缺陷，从而限制了它们在水处理应用中的发展。纳滤( 简称 n f ) 介于反渗透和超滤膜之间，是近十年发展较快的一项膜技术，其推动力仍是水 压。纳滤膜用于小分子量( 3 0 0 1 0 0 0 ) 范围内的有机物质的去除，比如水中的 钙镁离子、消毒副产物、农药、表面活性剂等，其最大的优点是操作压力仅为 o 5 m p a ，在水的软化、除盐等方面应用广泛。 反渗透( 简称r o ) 是以压力为推动力，利用反渗透膜只能透过水而f ；能透过 溶质的选择透过性，从某一含有各种无机物、有机物和微生物的水体中，提取纯水 的物质分离过程”。反渗透膜可去除更小的无机离子和有机物等。1 9 6 0 年 , e o d 和s o u r i r a j a h ，根据f = 述原理制备了世界上第一张高脱盐率、高通量的不对称膜 醋酸纤维素( 简称c a ) 反渗透膜。此后反渗透膜技术迅猛发展，7 0 年代初美国杜 邦公司开发成功了芳族聚酰胺( 简称p a ) 中空纤维反渗透膜，8 0 年代初聚酰胺复 合膜及卷式元件研究成功，9 0 年代中，超低压高脱盐率聚酰胺复合膜及元件投放 市场。与国外相比，我国反渗透工艺和工程技术已接近国外先进水平，但膜和组器 技术同l 蝈际同类产品仍有较大的差别，复合膜虽已完成中试放大，但离工业生产 仍有较大距离，当前反渗透膜组件市场，中空纤维型仍以国产c t a 膜组件为丰， 而卷式型，摹本上由进口p a 复合膜元件所占据。但是膜技术在推广中也碰到成本 高，容易发生堵塞的问题，而且应用时要求更高水平的预处理和定期的化学清洗， 末i 扛凡学坝 论文曝气生物滤浊潦复处理有机玻水的研究 以及浓缩物的处理等。由于产水量小，成本高在我园膜分离技术主要用于特种 水处理，如沙漠作业、纯水制备和海水淡化等。不过随着国内经济实力的增强和 膜成本的降低，膜分离技术在我国水处理方面将发挥更大的作用。 1 2 1 3 吹脱法 吹脱法足利用水中溶解性化合物的实际浓度与平衡浓度之m 的差异，将水中 挥发性组分如低碳油类物质及氨氮等不断由液相转移至气相中，以达到去除水中 挥发性有机物的目的，而空气中的氧不断由气相进入液相，使水中的溶解氧含量 升高。该技术对于分子量小、具有挥发性的有机物去除效果较好。 在吹脱过程中，气液两相问的传质过程是十分复杂的1 。根据双膜理论和亨 利定律，可以得出：l k t = h k g + 1 k l ( 总传质阻力= 气膜阻力+ 液膜阻力) ，对于易 挥发有机物，h 值甚小，在k 和k l 数量级相同或相近的情况下h k 。远小于i k 。 此时传质阻力的绝大部分存在于液膜中，气膜阻力可以忽略。因而可以简化为 1 k , 2 1 k ，即液膜阻力控制着整个吹脱过程的速率，吹脱总推动力的绝大部分用 丁克服液膜阻力，此时称为“液膜控制”。空气吹脱去除污水中挥发性物质的过秤 即为液膜控制，其提高传质速率的主要途径之一是减小液膜阻力。例如在吹脱装 置中放置填料，利用其较大的比表面积和空隙体积，使液体沿表面积呈薄层曲折 流动，从而加大气液两相接触面积和接触时间，减小液膜阻力，提高吹脱效率。有 研究表明“，在l1 4 种应优先去除的污染物中，吹脱法可去除3 1 种，如苯、氯 苯、二氯甲烷、四氯乙烯等。吹脱法还可有效改善废水中的色、嗅、昧，但是吹 脱法对难挥发的有机物去除效果很差。 1 2 2 化学氧化法 l 。2 2 1 臭氧氧化法 臭氧在常温、常压下时一种紫色气体，有特殊气味，在水中的溶解度比氧大 十几倍。臭氧由于其在水中有较高的氧化还原电位( 2 0 7 v ，仅次子氟，位居第一) ， 常用来进行杀菌消毒、除臭、除味、脱色等，在饮用水处理中有着广泛的应用。 现在臭氧也广泛的应用于去除水中的有机污染物质。臭氧具有很强的氧化性，在 理想的反映条件下，臭氧可把水溶液中大多数单质和化合物氧化到他们的最高价 态，对水中的有机物有强烈的氧化分解作用，还有强烈的消毒杀菌作削。近午来 的研究表明，臭氧在水溶液中的强烈氧化作用，不是其本身引起的，主要是由臭 寡忙乒鳟，趁义 | 晕气生物滤缝滁庭诞瑾也帆陡承的砩究 瓴在水中分解的中削产物0 h 基和h o 。基引起的。臭氧氧化能力强，不易产生新 的污染物。臭氧氧化时间短，日可以增加水中的溶解氧。 摒报道，染料废水经臭氧氧化处理后a j ，增加废水的可生化性“。其中笨并萤 葸、笨并屹、笨、二甲苯、苯乙烯、氯笨和艾氏剂都是比较容易被臭氧氧化分解 的化合物。用奥氧处理印染废水时，臭氧投加量为4 0 m g l 时，脱色率达9 0 以 上。有研究表明，在低剂量下，臭氧对消毒剂昌产物前体的氧化降低了总的有 机商化物，并能够有效地防止溴化物转化为溴酸龠。对于含酚废水，投加奥氧量 3 0 m g l 时，水中的含酚量可由0 3 8 m g l 降至0 0 1 2 m g l 。也有部分有机物足不 易被臭氧氧化的，臭氧对d d t 、环氧七氯、狄氏剂和氯丹等是无效的。臭氧氧 化过稃中也可能产生一些中间污染物，可能会引起t ：l ：i 水致突变性的提高。臭氧氧 化虽然可以提高水的可生化降解性，不过容易细菌则容易繁殖，使水的生物稳定 性f 降。臭氧在水中的分解很快，因此限制了它作为管网中消毒剂的使用。 i 2 2 2 高锰酸钾氧化法 高锰酸钾足无机强氧化剂，其氧化性随p 的降低而加强，但是在碱性溶液 巾，反应速度往往更快。高锰酸钾具有极强的灭菌能力，也广泛的应用于水处理 叶1 。有研究表明，高锰酸钾能显著控制氯化消毒副产物，使水中有机物数量、浓 度都有混著降低，水的致突变活性由阳性转为阴性或接近阴性。高锰酸钾预氧化 可控制氯酚的生成，并有一定的色、嗅、味去除效果，对烯烃、醛、酮类化合物 也有较好的去除能力。在酸性和碱性条件下，高锰酸钾对低分子量、低沸点类有 机污染物有良好的去除效果，但对高分子量、高沸点有机污染物去除效果很差”。 高锰酸钾氧化法的优点是出水没有异昧，药剂( 干态或湿态) 易于投加和监测， 反应牛成的水台二氧化锰有利于凝聚沉淀的进行。缺点是成本高，用于废水处理 的运行经验还是比较缺乏。 1 2 2 3 光化学氧化技法 光化学氧化包括u v 氧化、h ：o 。u v 氧化、o u v 氧化、0 ，u v h ：0 ：氧化、t i o ，光 催化氧化、光- f e n t o n 氧化、超声氧化、高能电子氧化和电弧氧化等9 种 光化学氧化法是在化学氧化和光辐射的共同作用下，使氧化反应在速率和氧 化能力上比单独的化学氧化辐射有明显提高的一种水处理技术。光氧化法一般以 紫外光为辐射源，若与氧化剂同时作用即为激发氧化法，若与催化剂同时作用则 为光催化氧化法。光激发氧化法是以臭氧、过氧化氢、氧和空气等作为氧化剂， 亲俨 衙，蹬t曝气生物谴缝椿睦处理寿扫l 啦承砖蚪究 将氰化剂的氧化作用和光化学辐射相结合。而光催化氧化法是通常以t i o ：、钛自 粉作催化剂，利用光源的能量氧化水中有机物( 包括绌菌) 等，对水中多种微量有 机物、自来水中常见的多种氯化有机物均有很好的去除效果。两者在反应过程中 都产生氧化能力很强的羟基自由基“，能有效地去处水中的有机物和微生物。 。舣认为在合适的反应条件f ，有机物经光催化氧化的最终产物是一氧化碳和水 等无机物。该处理方法的强氧化性、对作用对象的无选择性与最终可使有机物完 全咿化，存饮用水深度处理效果中具有难以超越的优点，特别是对有致痛作用的 优先污染物的去除。从理论上讲，在足够的反应时间内、适宜条件下，光催化氧 化法可使有机物完全矿化，但在实际水质条件下则难以达到这一目标。光催化氧 化泫目前尚处于研制阶段，由于运行成本较大，在我国尚难大规模地存生产中应 用。 1 2 2 4 超临界水氧化法 超临界水具有溶解非极性化合物( 包括多氯联苯) 的能力。在足够高的压力 ( 2 5 m p a ) 和温度( 4 0 0 ) 下，它与有机物和氧或空气完全互溶，有机物自发丌始 氧化，所产生的反应热使温度升高到5 5 0 6 5 0 。在不到1 分钟的反应停留 时删内，使9 9 9 9 以上的有机物被迅速氧化成c o ：、h z o 和n ：，杂原子也被氧化， 通过在进料中加入碱，使它们以盐的形式自发的从超i 临界水中沉淀出来。超临界 水氰化过程可以完全消除各种有毒化学物质，包括二嗯英、多氯联苯、硝基苯、 尿素、氰化物、酚类等，证明可以被完全氧化为无毒气体、水分子和其他分子。 1 2 3 生物法 生物处理就是利用微生物分解氧化有机物的这一功能，并采取一定的人工措 施，创造有利于微生物的生长、繁殖的环境，使微生物大量增殖，以提高其分解 氧化有机物效率的一种污水处理方法。生物法是污染治理工程中最常使用的方 浊，生物处理技术可有效地去除有机物及消毒副产物的前体物，并可大幅度地降 低氨氮等一些指标参数，而且效率高，过程稳定，成本也相对较低。生物处理法 分为好氧和厌氧两大类。好氧生物处理的前提是必须要在有氧的情况下进行。按 照污水好氧处理反应器中微生物的生长状态，好氧生物处理还可划分为悬浮生长 t 艺和附着生长工艺，前者以活性污泥法为代表，包括氧化沟、s b r 等变形t 哀华t 学融f 遗业 罐气生物滤缝海整赴理f 浦t 唆承翰措究 艺，微生物在曝气池内以呈悬浮状态的活性污泥的形式存在；而后者则以生物膜 法为代表，包括生物滤池、接触氧化、生物转盘等，微生物以膜状固着在某种载 体的表而上。好氧牛物处理多用于处理中等浓度以下的城市污水和j 业废水，主 要去除刈象是污水中溶解的平u 胶体状态的有机污染物，通过微生物的代谢作用予 以转化和稳定，达到无害化的目的。厌氧生物处理则需要保证无氧环境，厌氧牛 物处理反应速度慢，降解较为不彻底，放出热量少，有机负荷低，厌氧处理对象 主要是中、高浓度有机物废水。 存废水的深度处理中，污水中污染物的浓度较低，决定了生物处理工艺一般 只能足生物膜丁艺。微生物可以通过附着生长方式在反应器内惰性介质上聚集， 形成较高的生物量，通过分解、代谢有机物达到净化废水水质的目的。例如，一 些贫营养微生物如土壤杆菌、嗜水气单胞菌、节杆菌等可以较好的生长，它们对 水中可利用基质有较大的亲和力，且呼吸速率低，能在有机物浓度极低情况下迅 速牛长繁埔，而且可以通过二次基质的利用去除浓度更低的微量难降解有机物。 但是，生物处理并不能去除所有的污染误，如对三卤甲烷等只有少量去除效果； a m e s 试验不能由阳变阴；单纯的生物法在运行中或多或少也会带入其他对人体 健康有影响的代谢产物和微生物。国内生物法在技术上尚处于起步阶段，对生物 膜的形成、运行管理、各类污染物的降解再生机理还不是十分明确，各种工艺参 数也不成熟。生物法在运行管理中受外界干扰较大，微生物的培养与运行条件比 较苛刻。 i 2 4 联用技术 联用技术是使物理、化学、生物的净化作用有机地组合起来，充分发挥各种 处理手段的优点，对有机物达到最佳的去除效果。最常用的方法是生物活性炭法。 生物活性炭法( b a c ) 一般是指将臭氧氧化、活性炭吸附及生物处理相结合 的处理f ：艺。臭氧氧化、生物活性炭的第一次联用是1 9 6 1 年的德国d u s s e l d o r f 市a m a t a a d 水厂中开始的，由于它的成功运用，引起了欧洲对此方法的重视。浚 技术采取先臭氧氧化后活性炭吸附，在活性炭吸附中又继续氧化，臭氧活性炭的 具氧将水中一部分有机物氧化成c 0 。和h 。0 ，将有机大分子分解成中桕j 产物，改 善了有机物的可7 l 化性及吸附性。臭氧使难生物降解的高分子有机化合物氧化成 曝气生物滤池深挺避理肖机嚷术的t d f j _ + 易生物降解的低分子有机物，又使水中保持充足的溶解氧，为好氧微生物的活动 提供了优良的条件，炭床中的大量好氧微生物的生氏大大提高了对有机物降解效 率，也减轻了活性炭的吸附负荷，最终对废水取得良好的深度处理效果。 有研究表面，污水中所含的高分子腐殖酸和富罩酸虽然升i 易被活性炭吸附， 但采用牛物活性炭法对其处理，经过臭氧氧化处理厉，高分子腐殖酸和富单酸变 成一些易被活性炭吸附的小分子物质，提高了活性炭的去除效果。生物活性炭法 巾炭吸附和生物降解协同作用使得活性炭的工作寿命大大延长”。，该法与传统处 理组合工艺口j 以有效降低三卤甲烷的前提物且不会给处理后的水质带来毒理学 方面的不利影响，提高了出水的生物稳定性。 生物活性炭技术作为一种出水水质好、能耗低的水处理技术在污水的深度处 理中有着广泛的应用前景。相比之下，生物活性炭法是一种经济有效且在毒理学 上相对安全的方法。除了上述的处理方法外，一些其他的联用技术如活性炭硅 藻十、0 r ：0 ：混合氧化、0 。一b 射线辐射、紫外线( u v ) 与0 。、h ：o ：、0 ：等氧化剂 的联用也被用于深度处理水中有机污染物。 参考文献 1 王占生，刘文君微污染水源饮用水处理北京：中国建筑工业出版社，1 9 9 9 ， l 8 2 周才扬，穆宏强我国的水污染现状及防治对策长江职工大学学 报，2 0 0 2 ，1 9 ( 4 ) ：8 - 9 3 张杰，曹丌朗城市污水处理与资源可持续利用中国给水排水，2 0 0 1 ，1 7 ( 3 ) ： 2 0 - - , 2 i 4 1 s m a i ls e r a g e l d i n w a t e rr e s o u r c e s m a n a g e m e n t 1 9 9 5 ，2 0 ( 1 ) ：1 5 2 1 5 沈红心水资源的持续开发与利用环境污染与防止，1 9 9 8 ，2 0 ( 3 ) ：3 2 3 4 6 - z h a n gz h o n g x i a n g ，q i a ny i w a t e rs a v i n ga n dw a s t e w a t e rr e u s ea n dr e c y c l ei n c h i n a w a r s c i t e c h 1 9 9 1 ，2 3 ：2 1 3 5 2 1 4 0 7 贾瑞宝，文闽英饮用水源微污染现状及其深度处理技术山东环境，1 9 9 9 ，5 ： 4 2 4 3 彖i 船凡学砸i 。论妊 曝气生物滤池涤寝处理有机废水的硪究 8 是苎启涛，陈雯，刘中华，活性炭的应用与研究进展昆明理工大学学报，2 0 0 0 ，2 5 ( 5 ) ：8 】2 9 土保庆，陈亚雄，宁平活性炭水处理技术应用云南环境科学，2 0 0 0 ，1 9 ( 3 ) ： 4 6 4 9 1 0 冯晓西等主编精细化工废水治理技术化学工业出版社，2 0 0 0 年3 月 11 于鑫，李旭东饮用水原水微污染及其处理技术四川环境，1 9 9 8 ，17 ( 1 ) ： 2 4 2 9 1 2 崔玉川，傅淘我国城市给水发展现状与特点中国给水排水1 9 9 9 ，1 5 ( 2 ) ： 5 2 5 4 1 3 徐荣安膜技术的进展及在饮用水深度处理中的应用饮料工业，1 9 9 8 ，1 f 1 ) ： l l 5 5 1 4 高庆然，路明义，吹脱对含油类污染物地下水处理效果的研究齐鲁石油化 工，2 0 0 l ，2 9 ( 1 ) ，：1 7 2 0 1 5 钱庆玲，范瑾初，吴国权微污染原水净化技术综述公用科技，1 9 9 5 ，ll ( 3 ) ：3 0 3 4 1 6 朱办仁编著环境污染治理技术中国环境科学出版社北京：1 9 9 8 1 7 十慧芳，马峥，张振良饮用水处理技术进展环境保护，1 9 9 9 ，5 ：1 3 1 7 1 8 孙德智主编环境工程中的高级氧化技术化学工业出版社，北京：2 0 0 2 1 9 魏宏斌等水中有机污染物的光催化氧化环境科学进展，1 9 9 4 ，2 ( 3 ) ：5 0 5 7 2 0 李伟英微污染原水深度处理与生物活性炭法公用科技，1 9 9 8 ，1 4 ( 1 ) ：2 4 2 6 末f 薯 学确f 论史曝气生物漉池深度处理南视壤水的砖宄 第二章曝气生物滤池工艺及原理 2 1 曝气生物滤池的发展简介 曝气，物滤池( b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ) 简称b a f ，是在2 0 世纪7 0 年代 术8 0 午代初出现于欧洲的一种膜法生物处理工艺，是与我国和同本的接触氧化 ：艺儿乎在同刑期出现的新工艺。“。它是在普通生物滤池的基础上将生物接 触氧化工艺与给水过滤结合在一起的一种污水处理新工艺。其最大的特点是集，上 物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续的二次沉淀池，即保证了良好的处理 效果，又最大程度的简化了处理工艺。 从1 9 8 1 年在法国建成第一座曝气生物滤池污水处理厂丌始曝气生物滤池 就在欧洲h 本等发达国家广泛流行。美国和加拿大等美洲国家在2 0 世纪8 0 年代 木引进此j ：岂，r 本、韩国和中国台湾也先后引进了此项技术。目前世界卜较大 的环保公司如法国得利满公司、德国菲力普穆勒公司、法国o t v 公司均把它作 为拳头产品在全世界推广”1 。我国在九十年代初就丌始对曝气生物滤池工艺进行 试验研究和开发。中冶集团马鞍山钢铁设计研究总院环境工程公司、北京环境保 护科学研究院、清华大学等是我国研究开发该技术较早的单位并已将曝气生物滤 池成功地应用于多个大、中、小型工程。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。在北京等城市有5 个b a f 工程已完 成或_ = f 在实施。该工艺在我国讵在呈现一个令人鼓舞的应用前景”1 。 随着研究的深入，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。曝气生物滤池从单一的工艺逐渐发展成系列综合 l ：艺，县有去除s s 、c o d 、b o d 、硝化、脱氮除磷、除去a o x ( 有害物质) 的 作用。曝气七物滤池工艺还具有机物容积负荷高、水力负荷大、水力停留时间短、 所需基建投资少、能耗及运行成本低等特点，同时浚工艺出水水质高。 2 2 曝气生物滤池工艺原理及主要特征 曝。e 生物滤池处理污水原理是利用反应器内填料上生长的生物膜中微生物 氧化分解作用、填料及生物膜的吸附截留作用和沿水流方向形成的食物链分级捕 食作用以及生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用。 表毕a 学坝 。论迁曝气生物滤渔撩搜处理南挑峻求的砩究 首先大量微生物附着在填料表面上生长，污水在流过填料表面时，有机营 养物被填料的吸附，氧向生物膜内部主逐渐扩散，生物膜对有机物发牛生物氧化 作用，对污染物进行分解。在生物滤池中，污染物、溶解氧及各种必需的营养物 质首先要经过液相扩散到生物膜表面，进而到生物膜内部，不但维持了膜上7 卜物 群的生氏，而h 扩散到生物膜表面或内部的污染物也有机会被生物膜生物所分解 与转化，最终形成各种代谢产物( c 0 2 、水等) 。 曝气生物滤池有优秀的过滤功能，生物滤池内填料有很强的吸附作用机械截 留作。进水巾的粒径较大的悬浮状物质首先被截留，滤料上大量生长的微生物通 过新陈代谢作用中产生了很多粘性物质如多糖类、酯类等弓悬浮颗粒及胶体粒 子，这些物质粘结在一起，形成细小絮体，通过接触絮凝作用而被去除。因此， 生物滤池通过过滤作用就能去除部分污染物，与一般的生物接触氧化反应器仅靠 微生物作用去除污染物相比，更具有优越性。 曝气生物滤池容积负荷高，因为生物膜生长在比表面积较大的滤料表面上， 这就使得滤池中容纳着大量微生物。所以滤池容积负荷高，又可以在在较低的污 泥负倚下运行，为进一步降解污水中的有机污染物提供了可靠的保证，进而获得 了优良处理效果，保证了出水的稳定性。 一般来说，曝气生物滤池具有以下特征。1 ：( 1 ) 结构合理，能形成4 i 同的优 势生物菌种，生物的食物链长，并能存活世代时间较长的微生物如硝化菌等，使 除碳、硝化和反硝化能在同一个池子中发生，简化了工艺流程。( 2 ) 以粒状填料 作为生物载体，如陶粒、焦碳、石英砂、活性炭等。填料具有较大的比表面积， 使滤池单位体积内保持较高的生物量，同时由于填料上的生物膜较薄，使其活性 相对较高，