（环境工程专业论文）曝气生物滤池运行影响因素试验研究.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 曝气生物滤池( b a f ：b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ) 工艺具有体积小、容积负荷高、水力 负荷大、水力停留时间短、所需基建投资少、处理出水水质好等特点，国外已广泛应用， 国内也在多个行业的水处理中成功应用。 采用国产球型轻质陶粒为曝气生物滤池填科，模拟处理低浓度雨污合流废水，分别考 察了温度、填料层高度、水力停留时间( h r t ) 、污染物负荷等对曝气生物滤池处理效果及 运行特性的影响规律，并以此为基础，推导出b a f 工艺动力学方程。主要研究结论如下： ( 1 ) 曝气生物滤池具有较好的污水处理效能，当进水流量为3 0l h ，气水比在3 ；1 左右时，曝气生物滤池对有机物、氨氮、总磷的去除率可分别达到9 0 、8 0 、7 0 左右， 去除有机物、氨氮、总磷的最佳填料层高度分别为0 - 6 0c m 段、3 0 - 9 0 锄段和0 3 0c m 段。 ( 2 ) 1 5 - 2 5 时，c o d 去除率变化不大，但硝化作用则随着温度的升高有明显的增 强；滤池硝化作用最适温度为2 4 ，当池内温度低于1 9 时，硝化作用受抑制。 ( 3 ) 每小时的气体量和污水量的比值即气水比为3 ：1 时，水力停留时间越长，微生 物对污染物的降解越彻底。在本试验中，只要保证曝气生物滤池的水力停留时间在1h 以 上，即水力负荷低于1 5m 3 ( m 2 h ) ，c o d 去除率就能维持在9 0 以上。当水力停留时问为 1 5h ，n h 4 + - n 的去除率为7 8 6 2 。 ( 4 ) 进水负荷可直接影响曝气生物滤池处理效果。从试验结果来看，曝气生物滤池 耐冲击负荷能力较强，对污染物有稳定的去除效果。当进水有机物浓度在2 3 6 - - 4 8 6m g l 范围内变化时，去除率稳定在8 5 以上；进水氨氮的浓度从1 2 0 7 - 2 5 1 2 m g l 变化时，去 除率可稳定在7 2 以上。 ( 5 ) p h 值控制在6 9 - 7 7 ，气水比控制在3 ：1 左右，满足了滤池生化反应的条件， 有利于反应器的正常运行。 ( 6 ) 当水头损失达到0 a - 0 5m 时，采用先气洗，再气水联合反冲洗，最后为水漂洗 的方式对曝气生物滤池进行反冲洗。本试验中，在反冲洗后运行8h 左右，滤池反应器即 可恢复到正常处理水平。 ( 7 ) 在稳态条件下，曝气生物滤池反应器去除有机物的动力学模型可表示为 c c 。e x l , ( - k h ) ，且反应速率常数k 同水力停留时问的关系可表示为 k = 2 8 4 0 1 x h r t - 0 2 6 1 4 ( 8 2 = 0 9 6 0 1 ) 。当t = 2 0 时，温度饱和常数i g = o 7 2 7 8m g l ，氨 i 江苏大学硕士学位论文 氮去除动力学模型可表示为k w l i i ( 静+ n o - n - v a q h ，且氨氮最大氧化去除速度“ 同h r t 存在以下关系：v 一= 1 1 3 0 2 x h r t + 0 6 3 2 ( r 2 = 0 9 7 3 ) 。研究表明，模型计算结果与 实测结果非常接近，准确性较好。 关键词：曝气生物滤池，填料层高度，温度，水力停留时间，动力学，雨污合流废水 江苏大学硕士学位论文 b a fh a sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha ss m a l lv o l u m e ，l i t t l ec o v e r i n ge a r t ha n dh y d r a u l i c r e t e n t i o nt i m e o t r r ) ，h 讪t r e a t m e n te f f i c i e n c ya n de f f l u e n tw a t e rq u a l i t y ，l o wi n v e s t m e n ta n d r u n n i n gc o s te r e b a fh a sb e e nu s e dw i d e l yf o rm a n yy e a r si nt h ew o r l da n d b e e nu s e dt ot r e a t s e v e r a lw , a s t e w a t e ri no u r c o u n t r y i nt h i sp a p e r ，b a fw a ss t u d i e do nt h et r e a t m e n to fs i m u l a t i v el o wc o n c e n t r a t i o nr a i na n d d o m e s t i cs e w a g et r e a t m e n tw i t hh o m e m a d ee x p a n d e dc l a ya st l a ew a d t h ed e v e l o p m e n tp r o c e s s , c h a r a c t e r i s t i co fp r o c e s s ，w o r k i n gp r i n c i p l e ，r e l a t e df a c t o ro fb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r0 3 a t ) a n d t h et e c h n o l o g yf l o wo fb a fa i ei n t r o d u c e dh e r e a n dt h ee f f e c ta n dt h el a wo ft h ep e r f o r m a n c e o i lt h ev a r i a t i o no ft e m p e r a t u r e ，h e i g h to fm e x l i a , h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ( i - t u r f ) a r es t u d i e dh e f c ， t o o m e a n w h i l e , k i n e t i cf o r m u l a t ei sa l s oo b t a i n e db a s e d o nd a t ac o l l e c t e di nt h ee x p e r i m e n t t h em a i nr e s u l t sa l es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： ( 1 ) b a fh a sg o o dp e r f o r m a n c ei nt r e a t i n gw a s t c w a t c r , w l a c nt h ei n f l u e n ti s3 0l 旭t h er a t i o o f g a s t o l i q u i d i sa b o u t 3 ：1 ，t h er e m o v er a t e o f c o d 、叫一n a n d t p i s p r o b a b l y 9 0 、8 0 、 7 0 ，r e s p e c t i v e l y a n dt h eo p t i m u mm e d i ah e i g h tf o rt h er e m o v a lo fc o d 、n i - 1 4 + na n d i ti s o - - 6 0 锄、3 0 9 0c 1 3 1 、0 - 3 0 锄，r e s p e c t i v e l y ( 2 ) w h e nt h et e m p e r a t u r ei sv a r i e df r o m1 51 2t o2 5 ，i th a sl e s se f f e c to nt h er e m o v a l r a t eo fc o d b u tt ot h en i t r i f i c a t i o no fb a f , i t se f f e c tw i l li n c r e a s ew i t ht h et e m p e r a t u r eg r o w i n g t h ee x p e r i m e n ts h o w st h a tw l a c nt h et e m p e r a t u r ei sl o w e rt h a n1 9 ，t h en i t r i f i c a t i o nw i l lg e t l i m i t e d ，m c a l l w l l i l e , t h eo p t i m a lt e m p e r a t u r ef o r t h en i l a i f i c a t i o no f b a fi nt h i se x p e r i m e n ti s2 4 ( 3 ) w h e nt h er a t i oo fg a st ol i q u i di sa b o u t3 ：1 ，t h em i c r o o r g a n i s m sw i l lw o r k b e t t e l t og e t t h ec o n t a m i n a t i o nd e c r e a s e di ft h eh r ti sp r o l o n g e d i nt h i se x p e r i m e n t ，t h er e m o v a lr a t eo f c o dw i l lo v c i 9 0 w h e nt h eh r to f1 3 a fi so v e i l h ( h y d r a u l i cl o a di sl e s st h a n1 5 m 弧m 2 h ) m e a n w h i l e ，i ft h eeh r to fb a fi so v e r1 5h t h en i t r i f i c a t i o nw i l lb e t t e rw i t ht h e r e m o v a ll a t eo fn i - 1 4 + nc l o s et o7 8 6 2 ( 4 ) t h ei n f l u e n tl o a dw i l la f f e c tt h ep e r f o r m a n c eo fb a fd i r e c t l y t h er e s u l t so ft h e e x p e r i m e n ts h o wt h a tt h eb a f h a sg o o dca p a b i l i t yt ot h ei m p a c to fi n t l u e n t w h e nc o do ft h e m 江苏大学硕士学位论文 i n f l u e n tv a r i e d 矗o m2 3 6m g lt o4 8 6m g l ，t h er e m o v a l0 fw h i c hi sa b o v e8 5 s t e a d i l y c o r r e s p o n d i n g l y , w h e nn h 4 + - no ft h ei n f l u e n ti sv a r i e df r o m1 2 0 7m g lt o5 1 2m g l ，t h e r e m o v a lo fw h i c hi sa b o v e 7 2 s t e a d i l y ( 5 ) t n h e np h i sb e t w e e n6 9 - 7 7 , t h er a t i oo g a st ol i q u i di sa b o u t3 ：1 ，t h eb a fw i l lh a v ei t s r i g h tc o n d i t i o nt ot h eb i o c h e m i c a lr e a c t i o na n dt h er e a c t o rw i l lw o r kw e l l 旧w h e nt h el o s so ft h ew a t e rh c a dr e a c h e d0 4 - - 0 5m g e tt h er e a c t o rb a c k w a s h t a k et h e m e t h o do ff i r s t l ya i rs c o u r m gt h e na i r - w a t e rb a c k w a s h , f i n a l l yw a t e r - w a s ht ob a c k w a s h i nt h i s e x p e r i m e n t 8ha f t e rt h eb a c k w a s h , t h er e a c t o rw i l lr e s u m ei t sa b i l i t yi ni t e a t i n gw a s t e w a t e ra s u s u a l w h e nt h eb a f i ni t ss t a b i l i z a t i o n , t h ek i n e t i cf o r m u l a t eo fc o d i s c - c o e x p ( - g h ) ，a n d t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nka n dh r ti sk = 2 8 4 0 1 x h r t - 0 2 6 1 4 ( 曩2 = o 9 6 0 1 ) w h e nt h e t e m p e r a t u r ei sr e a c h i n g2 0 。k ni s 0 7 2 7 8m g l , t h ek i n e t i cf o r m u l a t e0 fn i - 1 4 + - ni s k n l n ( 一_ n 。) + n o - n - 会h ，觚d m e r e l a t i o n s h i pb c 咖a n dh r ti s = 1 1 3 0 2 x h r t + 0 6 3 2 ( 1 7 , 2 = 0 9 7 3 ) t h ee x p e n m e n t so f v a l i d a t i o ns h o w st h a tt h ea c a d e m i cr e s u l t s o ft h ek i n e t i cf o r m u l a t ea r ev e r yc l o s et ot h ev a l u e sg e tf r o mt h et e s t k e yw o r d s ：b a f , h e i g h to fm e d i a , t e m p e r a t u r e , h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e 佃暖d ，i d n e t i c s , m i x t u r eo fs e w e r a g ea n dr a i n w a t e r 学位论文版权使用授权书 本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 位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 阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入 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。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密吖 学位论文作者签名：石一巴 寸lj 。 指导教师签名 0 。i 年bh 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。除文中已注明引用的内容以外，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成果。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人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：石名巴 一 1 日期：司年k 月) 日 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题来源及研究意义 针对我国城市水环境现状，科技部在“十五”国家“水污染控制技术与治理 工程”重大科技专项中，选择了十一个城市启动“城市水环境质量改善技术与综 合示范”专题研究。镇江作为试点城市之一，将“镇江水环境质量改善与生态修 复技术研究及工程示范”规划设计为五个分项，以镇江城市水环境改善为研究 对象，通过对控制城市水污染的先进和创新技术的研究和示范工程，修复城市生 态系统，为滨江城市水环境质量改善提供可靠的技术依据和工程经验，为解决内 江水环境污染和生态修复提供技术措施和方案。 北固山滨江湿地属于天然湿地，位于长江中下游平原的镇江市北固山脚下， 是镇江“三山”湿地生态系统中的重要部分。镇江水环境质量改善与生态修复 技术研究及工程示范”第三分项以此为基地，设立示范区，进行相关调查研究， 旨在考虑城市水系和内江水文、水动力学特征，充分发掘内江系统的生态潜能， 结合北固山湿地风景区景观生态建设，构建健康的生态系统，削减本研究区域水 体及周边辐射区的面源、点源和内源污染，对保护长江镇江段水质意义重大。 图1 1 北固山湿地水质采样点分布图 f 培, u r e1 1s a m p l i n gp o i n t si nt h ew e t l a s do f b e i g uw e t l a n d 江苏大学硕士学位论文 如图1 1 所示，北固山滨江湿地近年来受到周边分布在该区的雨水排放口和 雨污合流排放口的影响，包括江滨泵站雨污合流溢流排放口、大东沟雨水排放口 等几个重要的污染源的影响，生态状况令人堪忧。据调查，湿地周边雨污合流溢 流污水水质接近典型生活污水，且由于其水量大、污染物较多，目前已成为影响 北固山湿地生态状况、内江水质情况的一个重要因素。 课题以北固山滨江带湿地雨污合流溢流污水为研究对象，采用上向流式曝气 生物滤池处理模拟该地段雨污合流废水，分别考察了温度、填料层高度、水力停 留时间( m 盯) 、污染物负荷等对曝气生物滤池对c o d 、氨氮、总磷的去除效果 的影响，探讨各因素对曝气生物滤池处理效能和运行特性的影响规律，以期削减 北固山滨江湿地水体及周边辐射区的面源、点源和内源污染，为湿地的生态修复 工程的深入实施和管理提供参考，为曝气生物滤池工艺在我国微污染水处理领域 的推广提供理论依据。 1 2 曝气生物滤池研究发展 1 2 1 曝气生物滤池工作原理及特点 曝气生物滤池处理污水的原理是以颗粒状填料及其附着生长的生物膜为主 要处理介质，充分发挥生物代谢、生理过滤、生物膜和填料颗粒的物理吸附作用， 对污水进行生物处理，使其中的污染物得以去除0 - 7 1 。 纂 一曙而 i i 一 无坑物 慧 有机酸等7 蘩：桑 i o 生物腰 图1 2 生物膜构造示意图 啪1 2 t h es k e t c hm a po f t h eb i o - f i l m 2 江苏大学硕士学位论文 如图1 2 所示，微生物附着在填料表面上，污水在流经载体表面过程中，通 过有机营养物的吸附，氧气向生物膜内部的扩散以及膜中所发生的生物氧化作 用，对污染物进行分解。在曝气生物滤池中，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，然后再逐渐进入到生物膜内部，既为附 着在填料上的膜上生物群提供生长营养，同时在扩散的过程中被生物膜生物分解 与转化，最终形成各种代谢产物 c 0 2 、水等) 。 此外，曝气生物滤池的填料本身就具有较好的机械的截留作用和吸附作用。 污水流经填料时，填料呈压实状态，利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮 凝作用，截留水中的悬浮物，且保证脱落的生物膜不会随水漂出。同时，填料上 的微生物在新陈代谢作用下可产生的粘性物质如多糖类、酯类等，能发挥吸附架 桥作用，同悬浮颗粒及胶体粒子粘结在一起，形成细小絮体，通过接触絮凝作用 而被去除。 由于曝气生物滤池填料生物膜比表面积较大，保证了滤池中容纳着大量微生 物，这为迸一步降解污水中的有机污染物、取得良好的处理效果，提供了较好的 保证。 与其他生物处理工艺相比，曝气生物滤池具有如下优点p 1 1 l ： ( 1 ) 较小的池容积和占地面积，曝气生物滤池的b o d 5 容积负荷可达到5 - 6 k g b o d s ( m 3 m ，是常规活性污泥法或接触氧化法的6 - 1 2 倍。 ( 2 ) 高质量的出水水质。在b o d 5 容积负荷为6k g b o d 5 ( m 3 m 时，曝气生 物滤池出水s s 和b o d 5 均可保持在1 0m g l 以下，c o d 可保持在6 0m g l 以下。 ( 3 ) 处理工艺流程短。由于曝气生物滤池的物理截留作用，故不需设置二 沉池和污泥回流泵房，处理流程简化，使占地面积进一步减小。 ( 4 ) 基建费用低、运行费用省。由于该技术流程短、池容积和占地面积小， 使基建费用大大降低，同时，粒状填料使得充氧效率提高，供氧动力消耗下降， 单位污水处理电耗低，运行费用较常规方法处理低1 5 左右。 ( 5 ) 易于操作管理。曝气生物滤池抗冲击负荷能力强，耐低温，无污泥膨 胀之虞，可以避免微生物流失，保持较高的微生物量，因此，日常运行管理简单， 处理效果稳定。 ( 6 ) 曝气生物滤池容易挂膜，启动快。曝气生物滤池在水温1 0 , - - 1 5 时， 3 江苏大学硕士学位论文 2 周即可完成挂膜过程。 ( 7 ) 处理设施可问歇启动运行。由于大量的微生物附着生长在粗糙多孔的 粒状填料内部和表面，可以保持一定的微生物活性，因此，当曝气生物滤池停止 运行一段时间后，系统启动快，易于恢复。 ( 8 ) 可建成封闭式厂房，减少臭气、噪声和对周围环境的影响。 1 2 2 曝气生物滤池主要形式 曝气生物滤池( b a f ) 根据水流方向可以分为上向流和下向流两种，早期的 曝气生物滤池多采用下向流b a f ，如b i o c a r b o n 。由于下向流曝气生物滤池 的纳污效率不高、易堵塞、运行周期短，因此现在多采用上向流方式( 即采用气 水同向流) ，使布水、布气更加均匀。同时，在水气上升过程中可把底部截留的 s s 带入滤池中上部，增加了滤池的纳污能力，延长了工作周期。目前上向流式 曝气生物滤池有b i o f o r 、b i o s t y 、c o l o x 、b i o p u r 等多种形式，其中b i o f o r 应用最为广泛( 图1 3 ) 。 图1 3b i o f o r 基本结构 f i g u r e1 3 t h eb a s i cs 垃u d 呲eo fb i o f o r 1 2 3 曝气生物滤池运行的影响因素 ( 1 ) 填料对曝气生物滤池的影响 填料是生物膜的载体，又兼有截留悬浮物质的作用，因此它直接影响着生物 曝气滤池的效能；同时，填料的费用在基建费用中又占较大比重，所以填料的选 择对曝气生物滤池的设计及运行有着很大的影响。就目前对曝气生物滤池的研究 江苏大学硕士学位论文 结果来看，填料对曝气生物滤池产生的影响表现在三个方面，即填料的类型、填 料的粒径以及填料层的高度。 曝气生物滤池对填料有如下要求：一是表面粗糙。表面粗糙的填料为微生物 提供了理想的生长、繁殖场所。二是密度适中。密度太大不利于反冲洗的进行； 密度太小则在反冲洗时容易跑料。三是有一定的强度，耐摩擦。四是无毒、化学 性质稳定。五是价格适中。目前，球形陶粒滤料能较好地满足以上要求，广泛地 用于曝气生物滤池工艺之中。 填料粒径的选择对曝气生物滤池的也有很大的影响，其直接影响到滤池水头 损失的变化状况，进而导致运行周期的不同。一般情况下，针对填料的物理特性， 粒径大于6i n m 的填料更适合作为曝气生物滤池的预处理，而粒径最好小于3m m 的填料适用于曝气生物滤池作三级处理工艺，介于两者中间的3 “m m 的粒径填 料则适用于曝气生物滤池的二级处理。 微生物在曝气生物滤池中，随着高度的不同，沿着水流方向形成不同的优势 种群。根据高度的不同，滤池可以完成碳化、硝化和反硝化作用。一般情况下， 进水处1m 左右深度之间，滤层主要的功能是除碳，当滤层高度达到1 5m 时则 对氨氮也有较好的去除作用【1 2 1 。因此，滤层的高度对出水水质有着重要的影响， 增加滤层的高度可以提高滤池的处理效果，保证出水中氨氮及c o d 浓度水平较 低。但是在设计运行中我们要同时注意到，增加滤层的高度会导致反冲洗能耗的 增加，因而应按照处理要求，选择合适的滤层高度。 ( 2 ) 温度对曝气生物滤池的影响 温度对生化反应速度具有显著的影响，水温是影响水处理工艺中微生物生长 和生命代谢活性的主要因素，大多数微生物的新陈代谢活动会随着温度的升高而 增强，随着温度的下降而减弱，水温越低，活性越小。根据a r r h e n i u s 1 3 1 公式， 温度每下降1 0 ，生化反应速率将下降一倍。如硝化细菌适宜生长繁殖的温度 在2 5 - 3 5 之间。当反应器中水温处于1 0 2 3 时，氨氮的硝化速率几乎随温度 的升高而直线上升，5 一l o 时的氨氮硝化率大约为2 0 - 3 0 时的一半，2 3 以 上时氨氮的去除效果最佳。因此在温度较高的夏季，曝气生物滤池处理的效果最 好；而在冬季水温低，生物膜的活性受到抑制，处理效果受到影响，出水水质较 差【4 】。 5 江苏大学硕士学位论文 ( 3 ) 水力停留时间( m 汀) 对曝气生物滤池的影响 水力停留时间( 坷玎) 的长短直接影响到曝气生物滤池的挂膜效果，h r t 过短，必将导致挂膜时问变长。此外，h r t 过短，附着在填料上的微生物容易 随水流流走，不利于膜的生长；如果h r t 过长，则水中营养物不能满足微生物 生长需要，为生物进入衰亡期，导致生物活性降低。所以h r t 的选择直接关系 到曝气生物滤池处理效果，进而影响出水水质。 此外，有大量研究表明曝气生物滤池在正常运行过程中，延长h r t 可以有 效地提高反应器的处理效率。邱立平【1 4 1 等发现当h r t 大于0 8h 时，反应器对 有机物、浊度的去除效果较好；当h r t 降至0 6h 以下时，反应器对有机物、浊 度的处理效果显著下降。而反应器的硝化脱氮效能的有效发挥则需要保持h r t 大于1 2 5h 。此外，h r t 与曝气生物滤池的过滤周期有一定的关系，瑚玎越短， 水头损失增加速度越快，运行周期越短，滤池反冲洗频率越高。 ( 4 ) 有机负荷对曝气生物滤池的影响 进水有机负荷过低，不足以提供微生物生长繁殖的营养需要，c o d 和氨氮 的去除率较低。随着进水有机负荷的逐渐增大，微生物可利用的营养物质相应增 加，微生物生长旺盛，污染物去除率将逐渐提高。当进水c o d 的浓度进一步加 大时，出水逐渐变得浑浊，c o d 和氨氮的去除率开始降低。 王国平，张林军【1 5 1 等在处理徐州建筑职业技术学院某集水池污水试验中发 现当进c o d 的浓度为1 5 8 2 6m g l 时，c o d 和氨氮的去除率都较低，在4 5 左 右。当进水c o d 的浓度6 0 5 2 1m g l 时，c o d 和氨氮的去除率达到最大，都在 以上。 ( 5 ) 反冲洗对曝气生物滤池的影响 曝气生物滤池集生物膜的强氧化降解能力和滤层截留效能于一体，因此在运 行一定时间后，需要对滤层进行反冲洗，达到释放截留的悬浮物，不损害并更新 生物膜的多重目的。反冲洗过程中要考虑到反冲速率和反冲洗时间。 反冲速率过高，会导致生物膜几乎全部冲脱，不仅会携带滤料至反冲液中而 且易使床层发生明显膨胀，还会影响到滤层生物膜的重新形成所需的时间。所以 最佳的反冲洗速率应该是产生搅动但又不会引起滤床膨胀过大。而反冲洗的时间 应以避免基层有机生物膜层的脱落为准，防止生物膜过分脱落，需要重新生成， 6 江苏大学硕士学位论文 影响滤池重新正常运行所需的时间。 张杰1 1 6 1 等采用脉冲气冲连续水冲的反冲方式进行试验，认为脉冲气流强度 8 1 01 2 ( s m 2 ) 、水冲强度控制范围为2 - - 4u ( s m 1 时反冲洗效果较好，扩展流脉 冲反冲时间为5m i l l 。 1 2 4 曝气生物滤池的发展趋势 曝气生物滤池虽然经历了接近一个世纪的发展，但还有很多方面有待于进一 步完善，其不足主要有以下几个方面【1 6 1 9 1 ： ( 1 ) 进水悬浮物较多时，运行周期短，反冲洗频繁，因而需要对进水进行 预处理，在一定程度上增加了工艺的复杂性； ( 2 ) 进水悬浮物较多时，运行周期短，反冲洗频繁；且反冲洗过程产生的 污泥稳定性较差，缺乏有效的反冲洗污泥处理、处置和利用手段。 ( 3 ) 曝气生物滤池同步生物除磷的效果不好，一般多采用化学法进行，如 进水中含磷量较高，需要增加相应的预处理措施。 ( 4 ) 曝气生物滤池底物去除动力学规律、微生物生态学特征等方面的研究 还有待深入。 ( 5 ) 曝气生物滤池运行过程的水头损失变化规律、滤池的截污特性等研究 尚不深入，滤池的反冲洗理论和技术不够完善。 ( 6 ) 对有关曝气生物滤池的运行特性和处理效能等方面的研究结果还存在 着一定程度的偏差和分歧。 在下一阶段，有关曝气生物滤池的生物膜特性研究，特别是在生物膜生长、 生物膜组成和生物膜活性等方面的研究将成为近期的前沿课题。同时曝气生物滤 池的反应动力学和反冲洗过程的水力学特性也是今后需要重点研究的问题。在应 用研究方面，由于曝气生物滤池具有良好的硝化反硝化能力，在污水的三级脱氮 处理、微污染水和源水的预处理中将得到更广泛地应用。采用合适的预处理技术 与曝气生物滤池组成新型一体化反应器，将为今后模块化组合应用曝气生物滤池 处理污水打下重要的基础，特别是在低浓度污水的深度处理方面将发挥作用。 7 江苏大学硕士学位论文 1 3 研究内容 结合镇江市北固山一大东沟地段湿地水质具体情况，采用上向流式曝气生物 滤池处理模拟该地段雨污合流废水，主要研究曝气生物滤池运行影响因素及规 律，具体研究内容如下： ( 1 ) 曝气生物滤池的挂膜研究 ( 2 ) 温度对出水水质的影响 ( 3 ) 填料高度对出水水质的影响 ( 4 ) 水力停留时间对出水水质的影响 ( 5 ) 冲击负荷对c o d 、氨氮去除的影响 ( 6 ) 滤池的反冲洗时间和恢复时间 ( 7 ) 建立曝气生物滤池污染物去除动力学模型 8 江苏大学硕士学位论文 2 1 试验装置 第二章材料与方法 本试验采用上向流式曝气生物滤池工艺，主体反应器为内径1 7c m ，高3 0 0 c m ，厚5r a i n 的有机玻璃柱，底部设有进水管和反冲洗布水，气管。填料选用国产 球形轻质陶粒，粒径为3 - 6m m ，装填高度1 8 0c m ，装填体积约为4 0l 。反应器 底部设有2 0 锄左右的卵石承托层，自承托层以上每隔3 0t i n 设一取样口，共设 置5 个。滤池采用上向流方式运行，进水、进气分别由泵和空压机从底部打入到 反应器中，流量大小通过流量计和阀控制。采用气水联合反冲洗，反冲洗水由上 部出水口流出。有关试验装置图及流程图可参见图2 1 、图2 2 、图2 3 。 曝气生物滤的填料选用马鞍山华祺环保公司生产的球形轻质填料。填料装填 高度1 8m ，填料主要性能见表2 1 。经过一段时自j 的初运行，可以看见填料已经 挂膜。 表2 1 球型轻质多孔生物填料主要指标 t a b l e2 1t h em a i ni n d e x e so f t h er o u n d , l i g h tw e i g h t e d , m u l t i - h o l e db i o l o g i c a lw a d 9 江苏大学硕士学位论文 ，1 7 0 几 m q 一 司一 q 一 。r 1 一p 、j o o r 一陟奸 o o n r 1 l 、一 o o n 卜1 y n o o m 一附 o o ( 1 1一附 o o n 双 图2 1 曝气生物滤池装置图 f i g u r e2 1 t h ed e v i c eo f t h eb a f 1 0 江苏大学硕士学位论文 图2 2 曝气生物滤池试验流程图 f i g u r e2 2 t h ee 习崩c i l m 删f l o wd m r to f t h eb a f 图2 3 曝气生物滤池流程实物图 啪2 3 t h ep r a c t i c a lf l o wc h a r to f t h eb a f 1 1 江苏大学硕士学位论文 2 2 运行方式 图2 a 填科挂膜图 l r q g u r e2 4t h ep i c t u r eo f t h eb i o - f i l mo i lt h ew a d 本试验中曝气生物滤池采用上向流运行方式，水流方向自下而上。污水由泵 从池底打入，最后从反应器上方溢流而出。装置布气系统采用穿孔管曝气，具体 的气流量、进水流量由转子流量计控制。 2 3 试验水质及运行控制 北固山湿地地处长江中下游平原的镇江市北固山脚下，面积约3 0h a ，位于 东经1 1 蜕87 ，北纬3 2 0 1 5 ，属于东部季风湿润区，为北亚热带，年降雨量达 8 0 0 一1 6 0 0m i l l ，年平均气温1 5 4 。目前，面源污染是现阶段北固山湿地主要污 染来源之一，具有冲击负荷强，污染负荷大，时问上分布不均匀特点，已影响了 周围生态环境，需要进行治理。 如图1 1 所示，张耘、沈明霞 2 0 - 2 1 】等对北固山湿地水质等进行了监测，测得 北固山湿地污水水质，结果如表2 2 所示。 本试验采用人工配水方式模拟镇江市北固山湿地现场雨污合流废水，将葡萄 江苏大学硕士学位论文 糖、蛋白胨、复合肥、n h 4 c i 、k h 2 p 0 4 、c a c l 2 - h 2 0 、m g s 0 4 7 h 2 0 、f e s 0 4 7 h 2 0 、 n a h c 0 3 等和少量生活污水按一定比例配制，具体水质指标量值参见表2 3 。 表2 2 北固山湿地水质概况 t a b l e 2 2t h e s u r v e y o f t h e w a t e r q u a l i t i e s i n t h e w e t l a n d o f b e i g e h i l l 水质指标进水水质范围 水温( ) c o d ( m e l ) n h 4 + - n ( m e l ) t p ( m e l ) 6 0 2 8 5 3 7 1 2 9 1 1 0 0 8 1 1 7 3 1 o 0 3 3 2 - 5 p h 6 0 7 5 水温( ) c o d ( m e j l ) n i - 1 4 + n ( m e l ) t p ( m g l ) p h 1 7 2 7 2 3 6 4 5 2 1 2 0 7 2 5 1 2 1 7 1 2 7 4 6 9 7 7 2 4 试验项目与方法 表2 4 试验项目与方法 t a b l e2 4t h ee x p e r i m e n t a li t e m sw i t ht h ec o r r e s p o n d i n gm e t h o d s 序号试验项目 测试方法 1 水温温度计 2c o d 重铬酸钾滴定法 3 n h 4 + - n 纳式试剂分光光度法 4t p 钼锑抗分光光度法 5 p hp h 计( s 2 6 6 7 5 4 ) 6d o 溶氧仪 7 微生物观察 电子显微镜 江苏大学硕士学位论文 3 1 挂膜 第三章试验结果及分析 曝气生物滤池对污水的净化处理主要是通过附着在填料表面上生物膜发生 作用的，因而滤池中生物膜的培养与形成是滤池能否正常运行的关键。为了更好 地发挥曝气生物滤池的生物氧化功能，取得较好的处理效果，必须使滤料表面形 成稳定的生物膜。 目前，曝气生物滤池挂膜的常用方式有自然富集培养挂膜和人工接种挂膜两 种方式嗍。 在水温较高、处理水可生物降解成分比较高时，常采用自然富集培养挂膜， 这种方式是利用原水中的已有的各类微生物，使其吸附到填料上，再以小流量进 水，使微生物逐渐接种在颗粒填料上，慢慢附着生长形成生物膜，然后逐渐增大 处理流量，直至达到预期的要求。通常自然富集培养挂膜时间较长，但挂膜成功 后能稳定运行。 与之相比，人工接种挂膜的挂膜时间短，它一般是采用活性污泥接种，即 将活性污泥投加到反应器中，通气闷曝一段时间后排出上清液，再加入待处理污 水继续闷曝一段时间，然后连续进水、曝气，使反应器中的微生物吸附、生长在 填料上形成生物膜，直至稳态运行为止【2 3 瑚。 在本试验中，曝气生物滤池于2 0 0 6 年4 月1 8 日开始挂膜，采用人工接种的 挂膜方式。活性污泥取自镇江市天目湖啤酒厂污水处理污泥，滤池采用上向流进 水，气水同向流动，启动时向反应器中投加一定量种泥( 约为5l ) 。挂膜初期， 污水流速2m 3 ( m 2 吣，气水比约为2 ：1 ，每天正常运行1 2h 左右，夜间不通水， 进行闷曝，气量约为1m 3 c m 2 h ) 。由于这期间曝气生物滤池中水温较高，通常在 1 5 以上，因而挂膜试验得以顺利进行。 3 1 1 挂膜过程中有机物的去除 控制滤池的进水有机物浓度在2 4 0m g l 左右，控制气水比为2 ：1 ，保证滤 池水力停留时问在4h 左右，每天定时换水，测定进、出水的有机物浓度，监测 1 4 江苏大学硕士学位论文 如表3 1 所示。可见，第一天，滤池对有机物的去除率在4 0 左右，此时主要是 滤料的截留作用导致了有机物浓度的降低。随着挂膜的进行，滤池对有机物的去 除效果越来越好，至挂膜试验第1 1 天，有机物的出水浓度可以控制在2 5m g l 左右，去除率稳定在8 0 以上，c o d 的去除率大于7 0 ，出水水质稳定，此时 可认为滤池挂膜成功。 表3 1 污水中有机物去除效果与挂膜时间的关系 t 曲i e 3 1m 耐粕蒯p 姗e e n 也er c n m a l t a t c o f c o da n d t h e b i o - f i l m - h a n g i n g t i m e 3 1 2 填料上微生物镜检 当有机物去除效果稳定时，生物滤池填料上的生物膜呈黄色，通过显微镜观 察膜上的微生物，可以看见大量的钟虫、草履虫、变形虫、轮虫、线虫及大量的 线状细菌。当滤池挂膜成功后，取一定量的填料，冲洗下附着其上的生物膜，在 显微镜下进行观察。如图3 2 3 5 所示，分别为显微镜下菌胶团、细菌、草履虫， 轮虫的照片。 江苏大学硕士学位论文 图3 1 絮状污泥( 菌胶团) f i g u r e3 1 t h ef l o c c u l c n ts l u d g e ( z o o o e a ) 图3 2 生物膜中的细菌 i r q g u r e3 2 t h eb a c t e r i ai nt h eb i o - f i l m 江苏大学硕士学位论文 图3 3 f i g u r e3 3 草履虫 p a r a m e c i u m 图3 4 轮虫 f i g u r e3 4 r o t i f e r 1 7 江苏大学硕士学位论文 3 2 曝气生物滤池对有机物的去除效果 3 2 1 填料层高度对c o d 的去除效果的影响 当进水流量为3 0l h ，气水比为3 ：l 时，出水c o d 浓度及其去除率随填料层 高度的变化如图3 5 所示，当进水c o d 浓度分别为2 3 6m g l 时，0 - - 6 0 c m 填料层c o d 的出水浓度分别为2 5m g l ，对c o d f l 勺去除率达到y 8 9 4 1 ，而在填料层高度1 5 0 g i n 处，c o d 的出水浓度为1 8 m g l ，总去除率为9 2 3 7 ，相比于前6 0 c m 填料层， 6 0 1 5 0c m 段填料层的c o d 去除率仅增加了2 9 6 ，对有机污染物的去除影响很 小。 2 5 0 2 0 0 3 童5 0 篓1 0 0 5 0 0 03 06 09 01 2 01 5 0 填料层高度( c m ) 图3 5 填料层高度对c o d 的去除效果的影响 f i g u r e 3 5 t h e a f f e c t i o n t o t h er e m o v a l r a t e o f c o d b y t h e h e i g h t o f t h e w a d 由此可见，本试验条件下，曝气生物滤池对c o d 的去除主要集中在填料层 0 - 6 0c m 段，c o d 去除率在9 0 左右，填料层6 0c m 以上，c o d 去除率明显趋 于平缓，增幅很小。这是因为污水采用上向流式，填料层底部有机物浓度、溶解 氧较高，微生物营养充分，繁殖快，活性高，降解有机物速度较快；而在填料层 高6 0c m 以上处，c o d 浓度大幅度降低，且进水中易生物降解的小分子成分已 被最初的6 0 c m 填料层利用，可生物降解物质已非常有限，剩下的大分子有机物 需经一系列复杂的反应才能被微生物利用和去除