（环境工程专业论文）洗毛衣废水生化处理技术研究.pdf

摘要 摘要 毛衣厂洗毛衣废水有机物含量高，含有大量的洗涤剂、毛软剂、消泡剂等表面活性 剂，以及染料、毛纤维等，成分复杂，如直接排放，将对生态环境以及人们的身体健康 造成极大的危害。本研究课题来源于对广东省某市某毛衣厂污水处理站的改造，原厂采 用单纯的物化处理工艺，出水不能达标排放，而且具有运行费用高，污泥产生量大，以 及可能造成二次污染等缺点。本课题根据毛衣生产废水季节性强，间歇排放，c o d 。波 动大，水量不稳定等特点，确定了水解酸化为预处理，将国内外正处于热点研究的序批 式生物膜工艺运用于洗毛衣废水的处理中，以期寻求经济高效的新型处理工艺。经小试 研究，提出优化的工艺参数为水解酸化停留时间6 小时，序批式生物膜曝气时间为6 小 时，沉淀0 5 小时，出水c 0 d o 和t p 能达到广东省水污染排放限值( d b 4 4 2 6 - - 2 0 0 1 ) 一级标准。对于部分进水浓度高的废水，需增加后续的物化处理，一般采用混凝沉淀加 砂滤。 采用水解酸化作为预处理，可将废水中的不溶解有机物，转化成为可溶性有机物， 分解大分子的有机物为小分子有机物，提高废水的可生化性，以利于后续的生化处理， 而且在厌氧水解酸化的条件下，可以破坏染料的发色基团，达到去除色度的目的，同时 水解酸化段也有一定的c o d c ，去除率，经过6 小时的水解酸化时间，c o d 母的去除率在 1 3 7 - 3 35 之间。本文还研究了厌氧水解酸化柱不同填充体积比( 污泥和填料与水的 体积比) 下，c o d c ，的去除率，污泥和填料与水的体积之比大于1 ：6 即可以满足水解 酸化的基本条件。水解酸化作为预处理，具有投资省，操作简便，剩余污泥量少，不需 要设立单独的污泥消化池的优点。 序批式生物膜工艺处理效率高，经过6 小时的曝气，c o d 口去除率在8 0 以上，最 高达8 8 7 ，对t p 的去除率达9 1 左右，能耐营养元素缺乏的条件，对于低磷的废水 不需要额外添加磷源。序批式生物膜工艺对温度的变化不敏感，能耐低温，在水温1 3 5 下，对于进水浓度为8 6 9 m g l 的废水也有8 1 1 的c o d c ，去除率。本文还将s b b r 与 s b r 两种工艺对c 0 d c f 去除的效果进行了对比，结果发现，序批式生物膜工艺的c 0 d c f 去除率比s b r 法略高，因为序批式生物膜工艺系统中，微生物附着在膜上生长，而膜 的含水率低，所以单位体积的生物量大于s b r 系统。同时，序批式生物膜反应器中， 广东工业大学工学硕士学位论文 污泥产生量少，而且密度大，沉降性能好，不存在活性污泥法中污泥膨胀的问题。 关键词：洗毛衣废水；水解酸化；序批式生物膜 a b s t r a c t w a s h i n g s w e a t e rw a s t e w a t e rw h i c hc o m e sf r o mas w e a t e r p l a n to f ac i t yi ng u a n g d o n g ， c o n t a i n sal o to fs u r f a c t a n t s ，s u c ha ss c o u r , w e l s o f l ，d e f o r m i n ga g e n t s ，a n dal i t t l e c o l o r i n g m a t t e r , w o o lf i b r ee r e ，w h i c hc o m p l e x e st h ec o m p o n e n to ft h ew a s t e w a t e r i tw i l lb r i n ga s e r i o u s p r o b l e mt oz o o l o g ya n de n v i r o n m e n ta n dd a m a g et h e h e a l t ho fp e o p l e ，i ft h e w a s t e w a t e ri s d i s c h a r g e d w i t h o u te f f e c t i v et r e a t m e n t t h e r e s e a r c hc o m e sf r o mt h e r e c o n s t r u c t i o no ft h e 、砚s t e w a t e rt r e a t m e n te n g i n e e r i n g s i m p l ep h y s i c a lc h e m i s t r yt r e a t m e n t n o t o n l yc a n ta c h i e v et h er e l e v a n tc r i t e r i o n ，b u ta l s oh a st h es h o r t c o m i n g ss u c ha sh i g hc o s t ， l a r g es l u d g ea n ds e c o n d a r yp o l l u t i o ne t c b a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ew a s t e w a t e r , i n c l u d i n gw a t e rc h a n g i n gq u a l i t i e sw i t ht h es e a s o n s ，i n t e r i md i s c h a r g e ，f l u c t u a t i n gc o d c r , w e a d o p tt h eh y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o na st h ep r e t r e a l m e n t , a n ds b b r w h i c hb e l o n g st ot h eh o t r e s e a r c hw o r l d w i d e ，a st h es e c o n d a r yt r e a t m e n t ，i no r d e rt of i n dah i g he f f e c t i v ea n dc h e a p w a yt o d e a lw i t ht h ew a s t e w a t e r t h r o u g ht h ee x p e r i m e n ti nt h e l a b ，ao p t i m u mc r a f l p a r a m e t e ri sb r o u g h to u t ，w h i c hi s 6h o u r sb o t ha n e r o b i ca n da e r o b i cr e a c t i o n t h et r e a t e d w a t e rc a nr e a c ht h el e v e lo f g u a n g d o n gp r o v i n c e sr e l e v a n tc r i t e r i o n f o l l o w i n gt r e a t m e n ti s n e c e s s a r ys u c ha sc o a g u l a i o na n d f i l t r a t i o nw h e nt h ec o d c vo f w a s t e w a t e ri sh i g h a st h ep r e t r e a t m e n t ，h y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o nh a sm a n y a d v a n t a g e s f i r s t ，i n d i s c e r p t i b l e o r g a n i cm a t e r i a l sa r ec h a n g e di n t os o l u b l em a t e r i a l s ，a n dl a r g ec o m p l e x m o l e c u l ei sd e g r a d e d i n t os m a l lm o l e c u l e ，t op r o m o t et h ev a l u eo fb o d s c o d c r s e c o n d ，c h r o m o p h o r eo fd y ei s d e s t r o y e d ，c o n v e n i e n tf o rd i m i n i s h i n gc h r o m ao f t h ew a s t e w a t e r , a tt h es a m et i m e ，al i t t l e c o d c rr e m o v a lr a t i o i sr e a c h e d t h er a n g eo ft h ec o d c ，r e m o v a lr a t i oi sb e t w e e n 1 3 7 3 3 5 a f t e r6 - h o u ri nt h e h y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o nr e a c t o r t h ec o d c r r e m o v a lr a t i oi s a l s or e s e a r c h e di nt h ed i f f e r e n tf i l l i n gr a t i oo f h y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o nr e a c t o r w h e nt h ef i l l i n g r a t i oi sm o r et h a n1 ：6 ，t h eb a s i ch y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o nr e q u i r e m e n ti sr e a c h e da st h e p r e t r e a t m e n t ，h y d r o l y t i c a c i d i f i c a t i o nt e c h n i c sh a s m a n ya d v a n t a g e s , s u c h a s c h e a p i n v e s t m e n t , c o n v e n i e n tm a n i p u l a t i o n , w i t hal i t t l er e s i d u a ls l u d g e ，a n ds ot h es o l es l u d g e d i g e s t e ri s n tn e c e s s a r y 碰g ho r g a n i cc h e m i c a l sr e m o v a lr a t i o i sa c h i e v e di nt h es b b rr e a c t o r , w h i c ht h e 童三些盔耋三兰堡圭兰竺鎏兰 c o d c r r e m o v a li sa b o v e8 0 ，a n dt h et pr e m o v a li sa r o u n d9 1 i nt h ec o n d i t i o no f6h o u r s r e a c t i o n t h es y s t e mo fs b b rc a ne n d u r el o wn u t r i t i o ne l e m e n t s , a n di n a d e q u a t epi nt h e w a s t e w a t e r s b b ri sn o ts e n s “i v et ot h ec h a n g eo ft e m p e r a t u r e u n d e rt h ec o n d i t i o nt h a tt h e a i r t e m p e r a t u r e i n t h e l a b i s l 3 。c ，a n d t h e w a t e r t e m p e r a t u r e i s t 3 5 c ，t h e c o d e r r e m o v a l i s 811 w h e nt h eo r i g i n a lc o d c ri s8 6 9 m g l t h er e m o v a lr a t i oo fs b b ra n ds b ri sa l s o c o n t r a s t e di nt h ee x p e r i m e n t ，w h i c ht u r n so u tt h a tt h er e m o v a lo f t h es b b ri sal i t t l eh i g h e r t h a no f t h es b rb e c a u s eo f h i g h e rb i o m a s s i nt h es b b rt l l 蛐s b rd u et ot h el o w e rm o i s t u r e c o n t e n to fb i o f i l mi th a sal i t t l es l u d g ep r o d u c t i o ni nt h es b b rw i t he x c e l l e n ts e t t l e a b i l i t y t h e p r o b l e m o f s h i d g eb l u k i n gd o s en o te x i s ti nt h es b b r k e y w o r d s ：w a s h i n g s w e a t e r w a s t e w a t e r ，h y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o n ，s b b r 第一章绪论 第一章绪论 1 1 表面活性剂及染料的危害 制毛衣行业属于毛纺织工业的下游产业，毛衣出厂前的洗衣车间所排放的废水中含 有大量的合成洗涤剂、助剂、毛软剂、消泡剂等表面活性剂以及油脂、毛纤维和少量的 染料，成分复杂，如不处理将会对水体造成严重污染。 目前我国生产的合成洗涤剂的主要成分是表面活性剂，以阴离子表面活性剂为主， 产量约占生产总量的7 0 * 0 ，而在阴离子表面活性剂中，以直链烷基苯磺酸钠为主，其产 量约占表面活性剂总产量的9 0 t ，】左右。含合成洗涤剂的废水对环境的危害主要表现在 以下几个方面 2 - 4 】： ( 1 ) 合成洗涤剂排入水体后，在水面上形成大量的泡沫或障碍膜，降低水体的复 氧速率和充氧程度，使水质变坏，影响水生生物的生存，阻碍水体的天然及人工净化。 有研究表明：当阴离子洗涤剂浓度在o 3 m g l 以上时，足以产生稳定的泡沫，给废水处 理带来困难。 ( 2 ) 水体中的洗涤剂的浓度明显超过泡沫点时，散发肥皂味。 ( 3 ) 水体的富营养化问题。由于合成洗涤剂的助剂通常有三聚磷酸盐、硫酸钠、 羧甲基纤维素钠、荧光增白剂等，若不加以处理直接排放入水体，将给湖泊、河流等水 体带来富营养化问题。 ( 4 ) 由于表面活性剂的乳化性能，乳化水中的石油、p c b 等疏水性有机物，影 响其物理化学行为，增加有毒物质毒性。 ( 5 ) 合成洗涤剂的毒性。 虽然合成洗涤剂对人体的急性毒性小，属于低毒化合物，关于人体致癌性和致畸性 的结论还不统一，但其对水生生物、植物等的毒性却不容忽视。马德滨采用三种不同品 牌的洗涤剂对淡水中常见的水生生物轮虫进行毒性实验，作用时间分别为2 4 小时 和4 8 小时，观察到表面活性剂含量为2 5 5 左右的三种洗涤剂的含量达2 8o m g m 以上 时，对轮虫的生存有很大影响，特别是化合物连续作用于轮虫4 8 小时【，i 。冀元棠等对表 面活性剂l a s 以及5 种洗衣粉对多刺裸腹蚤的毒性进行了研究，结果表明，这几种物 质能够抑制多刺裸腹蚤的运动，造成多刺裸腹蚤的大量死亡，并得出4 8 小时的半数致 死浓度，l a s 仅为7l p p m l 6 1 。汤琳等研究了l a s 对四种藻类的急性毒性，指出l a s 对 藻类有明显的抑制作用，随着浓度的增加，毒害作用不断加重。其中水华鱼腥藻最敏感， 粉核小球藻次之，可利用这些藻类为l a s 监测的敏感指示剂啊。彭德姣等的研究则发现， 低浓度的l a s 可导致鲤鱼各组织的氧化损失嘲。还有研究表明，l a s 能显著降低水溶液 的表面性质，一般认为水体的表面张力降至5 0 1 0 4 n 几以下时会影响鱼鳃的呼吸，鱼 类不能生存1 9 。l a s 对水生生物的毒性随着烷基疏水链的加长而增大，如下表所示 表1 1l a s 对水生生物的毒性i l o 】 t a b l e l - lt h et o x i c i t yo f l a st oa q u i c o l o u sa n i m a l s 合成洗涤剂对哺乳动物亦具有毒性。广卅i 市卫生防疫站的李少群等研究l a s 对小 鼠睾丸细胞毒性作用，发现l a s 可导致生殖细胞线粒体凝聚性空泡变性，s d h 、l d h 、 a c p 酶活性下降1 1 1 】。 ( 6 ) 合成洗涤剂对土壤理化性状、生物分布以及植物的影响。 李滢等通过研究施加两种表面活性剂( t w e e n s 0 和l a s ) 后小麦对多环芳烃的吸收 情况得出，含有过量菲、芘和苯并( 口) 芘营养液中生长的小麦p a h s 含量受表面活性 剂影响显著，在培养4 0 d 后，l a s 使小麦根中p a h s 含量降低而茎叶中p a h s 含量增加， 主要是由于l a s 对植物毒害作用的结果，与表面活性剂胶束作用无关，p a h s 与表面活 性剂复合污染增加了对环境的潜在危害 1 2 】。潘根兴以太湖地区黄泥土为例，通过土壤物 理性质测定、毒性物质吸附实验以及实验室微生物培养，研究了不同浓度l a s 对土壤 环境理化性质和微生物活性的影响，表明l a s 显著影响土壤溶液性质，当l a s 达 1 0 m g k g 时，土壤溶液出现毛管上升高度的显著降低，到5 0 m g l 时产生极显著降低；在 2 第一章绪论 低浓度下l a s 浓度增加而使得土壤胶体相对分散度急剧增加，至5 0 m g l 左右对分散度 影响最大。l a s 还可以降低土壤环境对苯酚的吸附量，使得土壤对极性有机毒物的环境 容量降低州。f e d e r l e 等的研究结果表明，受到l a s 污染的土壤其活性微生物群落到2 - 3 m 深时数量迅速下降。潘根兴通过土壤性质测定及实验室微生物培养，研究了不同浓度 l a s 对土壤微生物活性，发现土壤的硝化作用和氨化作用对l a s 十分敏感，反硝化作 用得到一定程度的促进，土壤中细菌受到刺激，而真菌受到抑制i ”。刘红玉等用蚕豆根 尖核技术研究了c d 2 + 单因子以及与表面活性剂、模拟酸雨复合污染时对植物细胞的毒性 作用，发现在环境中存在表面活性剂或p h 值降到4 5 和3 5 的时候，蚕豆根尖细胞微核 率、p i 降低，同时拌有核变形，细胞中颗粒物增多，胚根组织不容易分散等症状，根的 生长受到抑制，说明表面活性剂、酸雨对c d 2 + 的毒性有协同作用。 由此可见，含合成洗涤剂的废水对水体、生物、土壤等都有不同程度的破坏，如不 处理任其排放将会对环境、生态及人类的健康带来巨大的危害。 由于毛纺产品所用染料均为水溶性染料，在染液中呈离子状态，羊毛又是蛋白质纤 维，易于被外加的相反电荷的离子中和，较易脱色，因此洗毛衣过程中，脱落的毛衣染 料，其污染也不容忽视m 】。毛纺产品染色过程中主要采用酸性染料、媒介染料、阳离子 染料、分散染料等。染料属于生物难降解物质，毒性大，对环境危害极大。虽然1 9 9 4 年，德国提出禁用能分解产生2 2 种致癌芳香胺的1 1 8 种偶氮染料以及助剂后，引起我 国印染和染料化工行业的高度重视，但是染料对环境的毒害作用仍然很严重。 除了潜在的致癌性外，某些染料或分解后的产物能扰乱动物及人体内分泌，即是被 称为环境荷尔蒙激素的物质。环境荷尔蒙对人体健康和生态环境造成或者可能造成的巨 大威胁已经引起高度重视。 由以上的分析可知，毛衣清洗废水对环境、生态平衡、以及人类的健康存在巨大的 危害，因此研究高效而经济的洗毛衣废水处理技术，对于环境保护、维持生态平衡以及 人类健康有着重要的意义。 1 2 本课题的来源 本课题来源于对广东省某市某毛农厂的污水处理站的改造项目。该厂是港商投资建 设的，以生产出口毛衣为主的毛衣加工厂，平均每日产生毛衣清洗废水5 0 0 m 3 。该厂原 处理工艺采用物化法( s e 艺流程见3 2 ) ，出水不能满足广东省污水排放标准。 广东工业大学工学硕士学位论文 1 3 本课题立项的依据 我国的毛衣行业每天产生大量的环境危害大的废水，单纯的物化法，如加药气浮法、 混凝沉淀法等，不仅药剂消耗量大，占地面积大，成本高，而且需要处理大量的污泥。 据报道i u i ，与毛衣生厂行业类似的毛精纺行业的废水其b o d s c o d c ，在o 3 o4 之间，属 于较易生物降解的废水，适合用生物法处理。 本课题通过大量查阅国内外文献，将目前国内外正热点研究的序批式生物膜 ( s e q u e n c i n g b i o f i l m b a t c h r e a c t o r ，简称s b b r ) 新型污水处理工艺用于该类废水的处 理，旨在寻找最佳的工艺参数，从而提出一个经济高效的处理工艺，来处理制毛衣行业 中的洗毛衣废水，使其达到广东省污水综合排放标准。将s b b r 法用于该类废水的处理 研究，国内尚未见报道。 1 4 本课题研究的主要内容 本课题的主要研究内容如下： ( 1 ) 厌氧水解酸化柱的启动，填充体积比( 填料与生物膜的体积与废水之比) 与 c o d c r 去除率的关系，以及最佳水解酸化停留时间的确定。 ( 2 ) 序批式生物膜填料的选择、最佳运行参数如停留时间、曝气量等的确定。 ( 3 ) 温度对序批式生物膜的影响。 ( 4 ) 序批式生物膜工艺对总磷的去除。 ( 5 ) 序批式生物膜工艺与s b r 对c o d c r 降解效果的对比。 ( 6 ) 表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚( a e o ) 的降解过程概述以及s b b r 动力学模 型简介。 1 5 本章小结 毛衣厂洗毛农废水含有大量的洗涤剂、毛软剂、消泡剂等表面活性剂以及染料，直 接排放对生态环境以及人体的健康将造成极大的危害。本课题源于对广东某市某毛衣厂 洗毛衣废水处理站的工程改造，根据洗毛衣废水排放的特点，以水解酸化作为预处理， 将目前热点研究的序批式生物膜工艺用于其中，试图寻找一种经济高效的处理方法。研 4 第一章绪论 究的内容主要是厌氧水解、好氧污泥的挂膜与驯化，最佳工艺参数的寻找，以及各因素 对有机物去除率的影响，及两种表面活性剂的降解过程。 广东工业大学工学硕士学位论文 第二章处理工艺及原理 本课题拟采用水解酸化预处理序批式生物膜工艺对广东某市某毛衣厂的洗涤 废水进行处理研究。 2 1 水解酸化预处理 厌氧生物法用于废水处理，其发展已有1 2 0 余年的历史。厌氧消化过程可大致分为 四个阶段：水解阶段、酸化阶段、酸性减退阶段以及甲烷化阶段。本研究将厌氧控制在 厌氧消化的第一、二阶段，即水解酸化阶段进行。水解酸化是利用厌氧消化过程的水解 发酵阶段，其作用不是产生甲烷气体，而是使长链的有机物分子链被破坏，提高废水的 可生化性，减小后续生化处理的难度，对于色度较高的废水而言，通过水解酸化，使得 染料的发色基团被破坏，使其在后续的好氧处理中得到降解，达到废水脱色的目的。 作为工业废水的预处理工艺，水解酸化在我国的研究始于8 0 年代，当时北京市环 境保护研究所为了降低城市污水处理费用，采用水解酸化池代替初沉池，其费用可以节 省3 0 e “】。经过二十多年的发展，水解酸化理论已基本成熟，已广泛的应用于各种类型 的有机废水。 2 1 1 水解酸化工艺与厌氧消化工艺的区别 水解酸化工艺与厌氧消化工艺的区别主要在于阻下四个方面： ( 1 ) 优势微生物种群不同 在厌氧反应中，微生物种群可大致分为两类：一类是兼性的水解、酸化菌，另一类 是专性厌氧的产甲烷菌。而水解酸化反应器中则以兼氧的水解、酸化菌为主，由于微生 物种群的差异，使得水解酸化与厌氧反应对工艺条件控制的要求不同。 ( 2 ) 氧化还原电位不同 大多数专性厌氧的微生物缺乏分解氧代谢产物的某些酶，如过氧化氢酶、过氧化物 酶、超氧化物歧化酶( s o d ) 等，在氧代谢中，不能将某些代谢中间产物如过氧化氢 ( h 2 0 2 ) 、超氧阴离子( 0 2 ) 和羟基自由基( 0 h ) 等，还原为水，所以，专性厌氧微 6 第二章处理工艺及原理 生物在有氧的环境中会很快被杀死。产甲烷菌属于严格厌氧的微生物，对环境中氧化还 原电位非常敏感，一般要求控制消化液的氧还电位在负3 0 0 m v 或以下。而水解酸化菌 属于兼性厌氧菌，某些兼氧微生物和耐氧微生物含有超氧化物歧化酶，但缺乏过氧化氢 酶，因此对厌氧环境要求没有这么严格，只要控制氧化还原电位在0 m v 左右，水解酸 化即可以顺利进行。 过氧化氢酶催化过氧化氢分解为氧和水的反应如下所示： 日。d 1 + 日，q 垫茎盥壁_ 2 凰o + q 超氧化物歧化酶催化的反应为i t l ： d ：+ 0 ：+ 2 h + 堕墨丝塑些丝自l j h o 十o ( 3 ) p r i 值不同 微生物的生化反应在酶的催化下进行的，大部分的酶的活力受到其环境p h 的影响， 在一定的p h 值下，酶反应具有最大的速度，低于或者高于此值，反应速度下降【1 8 】可 能是因为以下几个原因：过酸或者过碱影响酶蛋白的构象，甚至使酶变性失活；d h 值 影响底物分子、中间产物以及酶的解离状态，往往只有一种解离状态最有利于酶与底物 ( 或中间产物) 结合，在此p h 值下酶活性最高；p h 值影响分子中另一些基团的解离， 这些基团的离子化状态与酶的专一性及酶分子中活力中心的构象有关。一般认为d h 值 是影响酶活性的最重要的因素之一。 产甲烷菌所能适应的p h 值范围较窄，生长的最佳p h 值在6 8 7 2 之间，所以在混 合厌氧消化系统中，就要求将系统的p h 值控制在最佳的产甲烷菌生长范围即6 8 7 2 之间。而水解酸化菌所能适应的p h 值范围较广，一般来说其最适宜的p n 值在6 5 7 5 之间。此时生化反应最强，但是略低于6 5 或者高于7 5 仍有较强的生化反应能力，不 用特别控制反应器中的p h 值。 ( 4 ) 温度控制要求不同 温度对微生物的影响很大，不同的温度下，就有不同的微生物种类和不同的生长规 律。通常厌氧消化系统的温度需要严格地控制，一般可分为高温消化( 5 0 5 5 ( 2 ) 和中 温滑化( 3 0 3 5 c ) ，厌氧微生物对温度的突变十分敏感，一般认为，厌氧微生物处理系 统每日的湿度波动不应该大于2 - 3 c t m 。而水解酸化菌对温度变化不敏感，对温度控制 无特殊要求，很多试验研究表明，即使在常温下运行，也可以获得满意的水解酸化效果。 水解酸化工艺与厌氧消化工艺的主要区别见下表所示。由表可见，水解酸化在工艺 条件要求上没有厌氧消化要求严格，便于控制与操作管理。 7 广东工业大学工学硕士学位论文 表2 - i 水解酸化与厌氧消化比较嗍 t a b l e 2 1c o m p a r e o f h y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o na n da e r o b i c a s s i m i l a t i o n e h m v p h 值 温度 优势微生物 产气中甲烷含量 最终产物 o 6 5 7 5 不控制 兼性菌 极少 低浓度的有机酸 一3 0 0 6 8 7 2 控制 厌氧菌 大量 c h 4 和c 0 2 2 1 2 水解酸化工艺的优点 作为废水的预处理工艺，水解酸化对后续的生物处理有显著的影响，其表现在水解 酸化出水中的有机物数量的显著减少，b o d s c o d c ，比值和溶解性有机物比例显著增加， 经水解酸化处理后，其废水的理论需氧量可减少5 0 ，后续好氧工艺曝气时间可大大缩 短，其缩短的理论值可高达为6 0 t “】。具体面言，水解酸化预处理工艺有如下几个优点： ( 1 ) 吸附与降解废水中的颗粒物质、胶体物质和难溶解有机物，对固体有机物的 降解，可减轻后续好氧生化处理的难度，节省能耗，缩短水力停留时间。 ( 2 ) 降低或消除有毒有机废水对好氧生物的毒性，提高难降解工业废水的可生化 性。水解酸化作为降解有毒有机废水及难降解有机工业废水的预处理工艺已经广泛的应 用于农药、油田、焦化、制药、纺织印染、造纸、皮革、合成洗涤剂工业等化工行业废 水的预处理中。 ( 3 ) 产生污泥量少。水解酸化工艺仅产生很少量的难厌氧降解的剩余活性污泥， 可实现废水及污泥一次性处理，不需要中温厌氧消化池。 ( 4 ) 与厌氧消化工艺相比，水解酸化工艺不需要密f j j 池，不需要搅拌器，不需要 三相分离器，工艺简单，基建投资及运行费用省，有文献【1 9 】报道厌氧段的费用高于水 解酸化段近3 倍。水解和产酸菌的繁殖速度快，代谢强度高，驯化培养时间短。不需要 严格的厌氧条件，对温度、p h 值变化不敏感，便于操作控制与管理维护。反应控制在 厌氧消化的第二阶段完成，出水无厌氧发酵的不良气味，对处理厂周围的大气环境无影 8 第二章处理工艺及原理 响。对毒物不敏感，具有脱氮除磷作用，适用范围广。 2 2 序批式生物膜反应器介绍 序批式生物膜反应器最早是由w i l d e r e r 为了解决进水水力负荷波动过大，防止生长 速率小的微生物从反应器中淘洗出去等问题，而于1 9 9 2 年提出来的【2 0 】，又称为s b b r ( s e q u e n c i n g b i o f i l mb a r c hr e a c t o r ) ，或者膜s b r ( b a b r ) 。s b b r 工艺是将生物膜法 与s b r 枢结合的一种新型的处理工艺，同时具有生物膜反应器以及s b r 法的优点：即 无污泥膨胀、稳定高效的c o d c ，去除率，又可实现同时生物脱氨与除磷，且基建设施小 等等。 2 2 1 生物膜的污水净化机理 生物膜法是利用附着在固定表面上的微生物即生物膜来处理废水中的有机物。在好 氧处理时，废水中的一部分有机物被微生物吸收氧化分解为简单的无机物，同时放出能 量，作为微生物自身生命活动的能源。另一部分有机物则用于合成新的原生质，实现细 胞的增殖。这种生化反应可用以下的方程式来表示： 有机物的氧化分解； c 。日，d ：+ ( x + i l y j 1 ：) 0 2 与x c 0 ：+ 三坩：o + 能量 原生质的同化合成： 嵋以q + 埘，+ 卜 5 d 2 与hn 0 2 + - 5 ) c 0 2 + 学肋。 内源呼吸： q h 7 n 0 2 + 5 0 5 曼5 c d 2 + 2 2 0 + n h 3 + 能最 当废水流经填料表面的时候，悬浮物被填料截留，溶解性及胶体状的有机物被生物 膜吸附，并在酶的作用下，氧化分解，使得有机污染物得到降解。生物膜长在填料表面 上，是种包含细菌以及其他生物群的粘质膜，具有吸附作用，其表面有一层附着水， 水中的有机物大多数被生物膜氧化，当废水与生物膜接触时，有机物转移到附着水层中， 空气中的氧也通过液相进入生物膜内。在膜中，微生物在酶与氧的参与下，将有机物分 9 耋童三些奎兰三耋璧_ 圭兰竺篓奎 解为无机物及c 0 3 2 ，排放入水中或空气中。生物膜工作过程如图2 - 2 所示。 型十旦k 1 图2 2 生物膜工作过程示意图 f i g u r e 2 2t h ep r o c e s so f t h e b i o f i l m 生物膜的厚度一般为o 1 2 m m ，可分需氧区和厌氧区，需氧区一般厚为5 0 - 1 0 0 um ， 取决于氧能穿透的深度 2 1 l 。氧气及溶解的有机物必须扩散进入生物膜内以维持生物群的 生长。生物膜的厚度由废水中所能取得的食物控制，但是存在一个最大有效厚度，由水 力负荷、填料类型、有机物类型、温度以及微生物的性质等因素来决定。另外生物膜变 厚以后，有机物在未达到整个膜厚的时候就已经消耗掉了，因此厌氧区的细菌往往处于 内源呼吸状态，其菌体粘附力差，这使生物膜在运行中会连续的或者间歇地从填料表面 上脱离下来，在掉下来的位置又重新生长新的生物膜。生物膜的不断更新使得生物膜保 持高度的活性状态。法国学者c a p d e v i l l e 等人认为生物膜的增长与悬浮微生物的增长过 程相似，可分为六个阶段1 2 2 】：潜伏期、对数期、线性增长阶段、减速增长期、稳定期以 及脱落期。 1 0 第二章处理工艺及原理 2 2 2 序批式生物膜法工艺过程 迸水 零j j 一 曝气装置 曝罨帮气一曝淼u 黝噼i 出j 。 , f l f 铌一黼 图2 - 3s b b r 工艺的现状与发展1 7 3 1 f i g u r e 2 3s t a t e q u oa n dd e v e l o p m e n to fs b b rp r o c e s s s b b r 工艺的基本操作过程与s b r 相似，分为5 个阶段：流入( f i l l ) 、反应( r e a c t i o n ) 、 沉淀( s e t t l e ) 、外排( d r a w ) 、闲置( 或待机) ( i d l e ) ，一个循环完成，后继以下一个循 环( c y c l e ) ，周而复始。工艺除了曝气池之外，不需要单独设置初沉池和二沉池及污泥 回流泵等设施。操作程序如图2 - 3 所示。 2 2 3 序批式生物膜法国内外研究进展 由于s b b r 工艺简单，基建、运行费用低，与s b r 相比，处理效率更高，如果将 其应用于污水处理中，将会带来良好的社会和环境效益。国外许多学者就其降解有毒有 害的有机物、抗冲击负荷和脱氨除磷的功能进行了大量的试验研究。 d a n i e l mw 娥e 等采用s b b r 工艺对含氰化物废水进行研究，投加采用氰化物作为 唯一碳源驯化的微生物，在h r t 为2 4 1 1 ，可以将2 0 m g l 的氰化物降低到0 5 m g l ，并 在此基础上进而对含氰化物的金矿渗滤液进行处理，开发了封闭式的s b b r 系统，该装 置能耐低温，能耗小，可移动，是处理氰化废水理想的反应装置：”。a x e l w o b u s 等 研究了半渗透膜固定床( s b b r ) 的间歇运行用以降解2 ，4 ，5 三氯酚( t c p ) ，s b b r 对氯酚的降解包括生物膜的吸附作用，进水后载体上生物膜的吸附作用使得有机物浓度 梯度降低。与连续式生物膜相比，s b b r 对t c p 的生物降解更加有效，生物浓度为连续 广东工业大学工学硕士学位论文 式生物膜的6 5 的s b b r 就可以得到与连续式生物膜相同的t c p 去除率。为此， a x e l w o b u s 等人分析原因可能是：传质阻力低，膜活性增加，或者是高比例的能降解 t c p 的微生物】。c d ii a c o n i 等采用s b b r 处理制革废水，后续工艺采用臭氧氧化，取 得良好的效果，c o d e r ，n 地n ，s s 的去除率分别达到9 7 ，9 8 ，以及9 99 ，且 很低的污泥产量，每去除l k g 的c o d c ，只产生0 0 3 k g 的t s s 。远远低于传统的生物处 理系统的污泥产量每蚝的c o d c r 去除量需要o 3 - - - 0 5 k g 的t s s m l 。h a n s 考察了s b b r 对含氯酚的废水进行处理的动力学过程，发现s b b r 反应器中，氯酚的生物降解可以用 酶抑制过程来模拟，其动力学参数为k s = 44 m g l ，k i = 6 0 m g l ，r m a x = 32 4 h t 2 ”。a n am u n o z 对s b b r 用于生活污水的生物脱氮除磷研究，得出最佳的h r t 为1 2 h ，其中厌氧与好氧 段停留时间之比为3 7 ：6 3 ，当有机负荷为3 9 c o d 洳2 d ，氮与磷的去除效果最佳，有 机负荷大于5g c o d m 2 d 时，几乎观察不到聚磷以及硝化作用 2 9 1 。 国内对s b b r 的研究始于9 4 年哈尔滨建筑工业大学的李军等人。他们首次将s b b r 用于杂排水处理研究，取得满意的效果，在厌氧段h r t 为3 h ，好氧段h r t 为3 h 时， 可使出水c o d c 。降为4 0 m g l 以下，l a s 降为1 2 m g l 以下，并对其除磷脱氮的功能进 行了探讨，对比了内源脱氮及不同添加比时的外源脱氮，确定了软性填料脱氮除磷对于 杂排水处理的最佳工艺及相应的参数，还提出了s b b r 的脱氮特性过量储存s n d 脱氮作用机理，即厌氧段脱氮主要靠生物膜对含c 有机物的过量储存，好氧脱氮主要靠 生物膜的s n d 作用，反硝化的有机c 源主要为生物膜中在厌氧段过量储存的有机碳源 仁0 一”。李军等人还利用3 1 p 一核磁共振技术，研究了淹没式s b b r 反应器中磷的去除， 进一步的验证了生物除磷的机理，即除磷菌在厌氧条件下分解细胞内的聚磷酸盐并释出 正磷酸盐形式的无机磷酸盐，而在好氧或缺氧条件下吸收胞外的无机磷酸盐后转化为聚 磷酸盐而贮存于细胞内酬。 近几年来，国内对于s b b r 工艺的研究逐步增多，其主要集中在制革、屠宰、染整、 剿丝、采油等工业废水以及低浓度生活污水的处理上。张堡森等利用软性纤维填料挂膜 对北方屠宰废水进行处理研究，当曝气时间为8 h ，沉降时间为1 h ，温度为1 5 - - - 2 5 。c 的条 件下，获得满意效果，处理废水经过后续的炉渣过滤，能够达标排放，此法克服了活性 污泥法抗冲击负荷差，易出现污泥膨胀、操作复杂等弊端洲。李伟光等也采用s b b r 法 对屠宰废水进行研究，废水首先经过隔栅，然后s b b r 处理，最后过滤，结果各项污染 指标的去除率c o d c ，为9 7 、b o d 5 为9 9 ，t k n 为9 2 ，油脂为8 2 ，最后出水水 质满足国家二级排放标准削。詹伯君介绍了采用弹性立体填料的膜法s b r 工艺处理印染 废水的工程实例，膜法s b r 工艺启动快、效率高、管理简便、占地少、费用省，每处 理l m 3 废水占地仅0 4 m 3 ，投资1 1 5 0 元1 3 6 】。徐明仙等对比了三种s b r 工艺( 即常规s b r ， 活性炭s b r ，以及生物膜s b r ) 在剿丝废水的处理中的实验，结果表明，生物膜s b r 处理效果优于常规s b r ，但是比活性炭s b r 去除率略低，是因为在进水阶段投加的活 性炭的吸附作用，使得混合液中有毒难降解污染物浓度减少，减轻对生物的抑制作用。 许谦采用s b b r 法处理油田采油废水，研究并开发了特殊的活性污泥培养和驯化方法， 即在被处理的污水中加入f y s 一5 ，可以迅速地培养出处理有毒有害物质能力强的采油废 水微生物，在采用絮凝沉淀为前处理方法的条件下，出水c o d c ，平均值保持在9 04 m g ，l 左右，符合g b 8 9 7 8 - - 1 9 9 6 污水综合排放标准一级标准，可直接排放 w 。 杨铨大等针对小城镇生活污水水质水量的特点提出采用s b b r 法处理，在进水1 5 分钟。厌氧缺氧3 小时，好氧6 小时，静止05 小时的工艺条件下，可使c o d c ，去除率 达9 0 以上，b o d 去除率达9 8 ，氨氮去除率达7 5 以上，磷的去除率达9 0 左右 3 9 】。 张冬梅等深入的研究了s b b r 在不同操作条件下对生活污水n 、p 的降解效果，当污泥 浓度一定时，水中d o 达到3 5 m g l 时，水的p h 值及无机碳源是影响氨氮降解的关键， 并在c o d c ，浓度在1 2 0 2 6 0 m g l ，p u s o 84 ，进水氨氮浓度为5 0 - 1 0 5 m g l 时，得出最 佳的运行工况：进水闲置o 5 h ，曝气1 5 h ，沉降1 h ，可使c o d c r 达标排放，氨氮 去除率可达5 0 一7 0 【柏】。周金生等分析对比了s b b r 工艺与传统的工艺处理生活污水， 其中采用s b b r 工艺其环保总投资可节省3 0 ，年运转费用可降低5 0 1 4 1 1 。 2 2 4 序批式生物膜法与传统的s b r 法的比较 s b b r 除了具有s b r 的诸多优点之外，例如：无污泥膨胀，对有机污染物的去除十 分稳定，可实现同时生物脱氮与除磷，基建设施小等。又有与s b r 不同的特点。 ( 1 ) 氧的传质效率较s b r 高，因此动力消耗比s b r 小。 氧在微生物好氧生物处理代谢中主要起分解代谢产物的电子受体的作用，氧的传递 性能直接影响好氧生物处理的效果。黄俊等在试验条件相同的情况下，进行了序批式膜 生物反应器s b b r 与s b r 的清水充氧试验，结果表明：当曝气强度为0 3 帮1 1 时，s b b r 的( k h ) 2 0 (