（环境工程专业论文）洗浴废水复合sbr法制备中水的试验研究.pdf

硕士学位论文 摘要 水是自然界中不可替代却可以再生的资源。水经过适当的处理，可 以重复利用，实现水在自然界中的良性循环。中水系统是将建筑物内排 放的污水经适当处理后，再回用于建筑小区作为生活杂用水或绿化、冲 洗用水的供水系统。中水工艺系统的设置，可以减少生活供水量和其他 用水的供水量，节约宝贵的淡水资源，缓解供水紧张的局厦，同时可以 减少生活排水量，减轻城市排水系统的负担和水环境的污染，具有明显 的社会效益、环境效益。洗浴废水属优质杂排水，是中水处理的主要水 源。本试验采用复合s b r 法，通过从污水厂采集种泥，并对其进行培养 驯化，投加悬浮填料，渐变比例驯化培养，并对驯化过程及运行的工艺 条件进行了试验探讨。悬浮填料与s b r 工艺相结合，使填料上的生物 与废水广泛而频繁地接触，而且填料在流化过程中切割分散气泡，使布 气均匀，提高氧的利用率，原污水处理能力大大提高。证明了复合s b r 法中悬浮态及固着态微生物可很好的适应洗浴废水的水质生物活性表现 活跃，大量出现指示性微生物如大口钟虫、聚缩虫；洗浴废水对系统中 各微生物的影响较小，对b o d 5 、c o d 。，n h 4 + n 、s s 等有较高的去除 率，且去除速率快。处理后出水的p h 值介于6 5 9 0 ，偏中性；从感 官指标看，色度小于2 0 ，出水清澈，无不快感，无臭，符合我国的中水 水质标准，适合再回用；并利用半自动控制设备和各种在线测试仪器， 通过实时监测发现：复合s b r 法在处理生活污水和低浓度的洗浴废水时， d o 、p h 、o r p 具有明显的特征点，控制指标曲线具有很好的重现性。根 据d o 、p h 、o r p 的变化可以控制反应进程，达到高效节能处理的目的。 关键词：洗浴废水；中水；回用；复合s b r 兰丝蜜查堡垒：呈呈鎏型鱼主查竺兰譬至! 垒 a b s t r a c t i r r e p l a c e a b l ew a t e rc a nb er e n e w a b l ei nn a t u r e i fw a t e rp r o p e r l yt r e a t e d ， i tc a nb eu s e dt oa c h i e v eav i r t u o u sc i r c l eo fw a t e ri nt h en a t u r a lw o r l d b u i l d i n gw a t e rs y s t e m si st h a tt h ea m o u n to fs e w a g ec o m i n gb a c kt ol i f ea s m i s c e l l a n e o u sd i s t r i c tf o rt h ec o n s t r u c t i o no fw a t e ro rg r e e nw a s h i n gw a t e r s u p p l ys y s t e ma f t e rt r e a t e dp r o p e r l y i fi n t e r m e d i a t ew a t e rp r o c e s ss y s t e m i n s t a l l e d ，i tc a nr e d u c ew a t e ra n do t h e rw a t e rs u p p l y 、s a v ep r e c i o u sf r e s h w a t e r r e s o u r c e s ，a n d e a s et h ew a t e rs h o r t a g es i t u a t i o n i tc a nr e d u c e d i s p l a c e m e n ta n dt h eb u r d e no nu r b a nd r a i n a g es y s t e ma n dw a t e rp o l l u t i o n t ot h ee n v i r o n m e n t s o ，i th a so b v i o u ss o c i a lb e n e f i t sa n de n v i r o n m e n t a l b e n e f i t s b a t h i n gw a s t e w a t e rw h i c hi sh i g hq u a l i t ym i s c e l l a n e o u sd r a i n a g e i sam a j o rs o u r c eo fi n t e r m e d i a t ew a t e r t h et r i a li sa i mt od i s c u s st h e a c c l i m a t i o np r o c e s sa n do p e r a t i n gc o n d i t i o n st h r o u g hm u df r o mt h es e w a g e p l a n ts p e c i e sc o l l e c t e d 、t r a i n e da n dt a m e da d d i n gs u s p e n d e df i l l e r w i t h t r a n s f o r m i n gr a t i od o m e s t i c a t e db yc o m p o u n ds b r s b rp r o c e s sc o m b i n e d w i t hs u s p e n s i o nf i l l e rt om a k em i c r o o r g a n i s mo nt h ef i l l e ra n dw a s t e w a t e r e x t e n s i v ea n df r e q u e n tc o n t a c t f i l li nt h ep r o c e s so fc u t t i n ga n dd i s p e r s e d b u b b l ef l o w ，w h i c he n a b l e dt h eu n i f o r mg a sa n di m p r o v et h eu t i l i z a t i o no f o x y g e n r a ws e w a g ep r o c e s s i n gc a p a b i l i t y h a sb e e ng r e a t l ye n h a n c e d c o m p o u n ds b rp r o v e das o l i ds t a t el a ws u s p e n d e da n da c t i v a t e ds l u d g e w a s t e w a t e rm i c r o b e sc a nb e w e l lu s e dt om e e tt h ew a t e rq u a l i t y m i c r o o r g a n i s m sh a sa c t i v i t y s u c ha st h ea p p e a r a n c eo fl a r g en u m b e r so f m i c r o o r g a n i s m si n d i c a t i v eb i gb e l li n s e c t s ，c o n d e n s a t i o nw o r m s ；b a t h i n g w a t e rh a sl i t t l ei m p a c to nm i c r o o r g a n i s m si nt h es y s t e m t h es y s t e mf o r b o d s 、c o d c r 、n h 4 + 一n 、s sh a sh i g h e rr e m o v a la n dr e m o v a lr a t ei sf a s t et o e f f l u e n t a n dp hv a l u ei sb e t w e e n6 5t o9 0 f r o mt h es e n s o r yi n d i c a t o r s ， c o l o ri sl e s st h a n2 0d e g r e e ，t h ee f f l u e n ti sc l e a r 、p l e a s i n ga n dn of o u l t h o s ei n d e x e sa r ec o m p a t i b l ew i t hc h i n a sw a t e rq u a l i t ys t a n d a r d s s ot h e w a t e rf i t st or e t u r n ；a n ds e m i - a u t o m a t i cc o n t r o le q u i p m e n ta n dv a r i o u s o n - l i n et e s t i n ge q u i p m e n ti su s e d i ti sf o u n dt h a td o 、p ha n do r ph a v e d i s t i n c t i v ef e a t u r e sw h i l et r e a t i n gd o m e s t i cs e w a g ea n dw a s t e w a t e rl o w c o n c e n t r a t i o no fb a t hb yc o m p o u n ds b r c o n t r o li n d i c a t o r sc u r v eh a sg o o d h r e p r o d u c i b i l i t y i tc a nc o n t r o lr e a c t i o np r o c e s sa c h i e v et h eh i g h l ye f f e c t i v e a n dc o n s e r v e se n e r g ya c c o r d i n gt ot h ec h a n g e so fd o 、p ha n do r p k e yw o r d s ：b a t h i n gw a s t e w a t e r , i n t e r m e d i a t ew a t e r ；r e u s e ；c o m p o u n d s b r 兰州理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。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 声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 巧琢挥 日期：d , o v 7 年b 彦e l 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 文被查阅和借阅。本人授权兰州理工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。 本学位论文属于 作者签名： 导师签名： l 、保密口，在一一年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“”) 力、钐 务琴 e l 期：咖唧年莎月譬 e 1 日期：手呻年厂月豸日西轧 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题背景 1 i 1 国内外污水回用发展现状 水是生命之源，世界上越来越多的国家面临着水资源短缺的问题水是自然界中不 可替代却可以再生的资源。污水经过适当的处理，可以重复利用，实现水在自然界中的 良性循环。中水系统是将建筑物内排放的污水经适当处理后，再回用于建筑小区作为生 活杂用水或绿化、冲洗用水的供水系统。设置中水工艺系统，可以减少生活供水量和其 他用水的供水量，节约宝贵的淡水资源，缓解供水紧张的局面，同时可以减少生活捧水 量，减轻城市摊水系统的负担和水环境的污染。具有明显的社会效益，环境效益。面对 水资源短缺的问题浒多国家十分重视实现各类污水的资源化。日本，美国，以色列等国 家在上个世纪早就开始了大规模地回用和再利用城市污水。法国、德国、俄罗斯，印 度和沙特阿拉伯等国家污水回用也很普遍，并对相应标准不断地进行修订，以适应新形势 的需要。我国自2 0 世纪5 0 年代开始采用污水灌溉的方式来回用污水，但真正将污水深 度处理并回用于城市生产和生活仅有2 0 多年的历史。2 0 世纪8 0 年代，某些缺水大城市 相继开展了污水回用于工业和民用的试点研究。目前，北京、深圳、大连和天津等城市已 陆续颁布了相关的法规文件，以推广应用中水回用技术。另外，青岛、太原郑州和沈阳等 城市也建成了一系列中水工程。大连、天津等地还建成了大规模的城市污水回用水厂。 在台湾，采用各种化学方法和补充处理等措施对冷却水的回用正在不断地兴起。污水回用 提高了水重复利用率，实现了节能降耗、降本增效，污水回用的潜力非常大“1 1 1 2 高校中水回用的发展现状及意义 1 i 2 i 国内高校中水的发展现状 中水主要是指城市污水或生活污水经处理后达到一定的水质标准，可在一定范围内 重复使用的非饮用的杂排水，其水质介于上水和下水水质之间，是水资源有效利用的一 种形式。目前，国内外已在住宅小区、宾馆、旅游景点等处部分地应用中水回用技术，大 学校园的中水回用还相对较少中央民族大学、北京交通大学等北京地区的数所高校实 施了中水工程，并取得一定的环境效益和经济效益。大学校园的下水污染物组成较单一， 并且大学校园用水占较大比例的是卫生冲洗、校园绿化浇灌等，这部分用水采用中水回 用是非常适合的。因此，大学校园的捧水处理及中水回用有很好的社会及经济效益。以 我校为例，南区洗浴中心的年供水量为1 0 4 8 3 8 万吨，在全校建筑用水量中排名第二， 排水量约为8 万吨年。根据中水水源的取用原则，洗浴废水属优质杂排水，具有污染 洗浴废水复合s b r 法制备中水的试验研究 轻、水质稳定、处理过程相对简单的特点。经过处理后，8 万吨年的中水可供1 5 0 平 方米建筑面积的办公楼冲厕用水或满足校内绿化、冲洗道路、水景用水等。因此探讨针 对洗浴废水的经济、高效的处理工艺显得尤为重要。 大学校园采用中水回用的另一个现实意义是：目前大学纷纷向郊外大学城转移，大 学城目前还未能与城市下水管网连接，采用排水处理和中水回用除能节省水资源外，还 能避免未经处理的排水对环境造成污染【2 】。 1 1 2 2 兰州高校废水回用的可行性分析 在兰州的生活小区、高校校园等用水量大、用水集中的区域首先建立中水回用系统。 因为高校校园的排水水质要优于普通居民用户排水水质，从排水收集、废水处理和中水 回用等各个环节上高校校园都非常适合建立中水回用系统，有现实的意义和迫切性，并 且是可行的水源。从以下几点分析： 1 兰州高校污水回用的迫切性 ( 1 ) 地理气候 兰州气候干燥，降水较少，且分布不均，沙尘暴频繁。 ( 2 ) 城市基建落后 城市给水、排水管网过于陈旧，虽几经改造仍然赶不上人口的增加，用水量逐年增 大。 ( 3 ) 水价的提高 日前，兰州市已对自来水拟制定出的新的自来水价格：不含排污费，兰州市自来水 的平均价格将由原来的0 9 9 元立方米上调到1 5 9 元立方米。其中，经营服务用水由1 7 元立方米调至2 7 元立方米；居民用水由0 9 元立方米调至1 6 5 元，立方米；行政事业性 用水由l 元立方米调至2 元，立方米；特种行业用水由4 元立方米调至1 0 元，立方米。随着 水资源的短缺，水价继续上涨是必然趋势。 ( 4 ) 校区的扩展，人数的增多 各高校招生规模日益扩大。纷纷在郊区边县建立新校区。以兰州大学为例。兰州大 学榆中校区位于兰州市榆中县夏官营镇，距兰州市校本部4 7 公里。 2 各种基本条件具备 ( 1 ) 水源水量的保证 从地理位置上看，兰州高校学生宿舍楼一般较集中、与浴室及洗衣房在一起，且管网 简单，这为收集盥洗废水进行集中处理提供了便利条件。依据现行回用水的标准，可选 用冷却水、沐浴排水、盥洗排水、洗衣排水厨房排水、厕所排水。但采用优质杂排水可 以使工艺流程简单，一次性投资小、维护管理方便。洗浴废水是生活污水的主要来源之 一，从水量方面来说，它具有水量大的特点。据调查，以兰州理工大学在公共浴池为例： 人均一次洗浴用水量为0 4 0 6m 3 ，对于日人流量为几百人的普通浴池来说，日用水量 2 硕十学位论文 在几百吨左右。一般情况下，使用的洗浴水主要是经过加热的自来水。所以，洗浴废水 应优先作为一种再利用的优质杂排水水源来开发，必将在高校节约用水中发挥重要作用。 其次是宿舍盥洗用水、洗衣排水。一般情况下两者占到学校用水量的8 0 以上，为回用 水的水源提供充足的水量。现在兰州共有各类大中专院校2 0 余所，日耗水量在百吨以上。 ( 2 ) 水源水质的保证 洗浴废水中的主要污染物是人体皮肤的分泌物，毛发、污垢、合成洗涤剂和香料， 以及细菌、真菌、大肠杆菌和病毒等。洗浴废水的浊度可达到几十n t u 甚至超过1 0 0 n t u ，但色度不高，嗅味为强烈的洗浴用品的气味，具有一定c o d 和b o d 值，不会引起 铁、锰、铜、砷、镉、铬、铅、汞、硒和硼等物质的超标变化。污染轻、水质稳定，处 理水水质易于保证“1 。以兰州理工大学为例c o d o , ：7 0 1 6 0 m g lp h ：6 5 8 ；色度 3 m 颗粒物质和胶体为主 的。 以膜处理为主的工艺，可以去除污物、细菌、病毒和溶解性的盐类，处理洗浴废水 的效果较好，且操作简单、设备占地较小，易于实现自动化。但膜污染控制问题、膜系 统运行的费用是阻碍膜技术应用的关键。 生物处理法可以发挥微生物的活性，是一种以污治污的环保方法。通过微生物自身 或者它的代谢产物将溶解性的有机物和某些细菌去除。处理费用低廉，但系统的运行管 理较复杂，需要具有一定专业水平的人员来操作管理，实现对生物控制的自动化有一定 难度。 组合工艺将两种工艺组合在一起，充分发挥各自不同的作用将污水净化，比单一处 理工艺处理效果好，出水水质好，运行费用相对于膜处理方法要经济，但设备的结构会相 对繁琐，操作管理就会复杂。这种系统在洗浴废水处理中具有较大的发展空间，由于这种 系统的影响因素较多，有待进一步的研究。 上述这些处理工艺，都是将洗浴废水处理之后以生活杂用水为目标的【l 】。 1 2s b r 工艺的应用与发展 1 2 1 国内外发展概况 1 2 1 1 国外发展概况 8 硕士学位论文 s b r 法是2 0 世纪初( 1 9 1 5 年1 产生的活性污泥充排式反应- 器f d r ( f i l la n dd r a wr e a c t o r ) 的一种改进。f d r 法是间歇式污水处理方法，它的处理效果比连续系统c f s ( c o n t i n u o u s f l o ws y s t e m ) 有明显的优势，但由于进出水操作频繁，不易控制，逐渐被连续流法所取 代。1 9 7 9 年，美国l i r v i n e 等人根据试验结果首先提出s b i l t 艺，系连续进水，间歇 排水。同年g o r o n s a y 在以往工艺基础上提出了间歇式循环延时曝气系统1 1 4 j 1 9 8 4 年又 研究出利用不同负荷条件下微生物的生长速率和污水生物除磷脱氮工艺。d a t i a t 是 s b r _ t 艺中，继i c e a s 、c a s s 、i d e a 法之后完善发展的又一种新方法。澳大利亚以s b r 工艺所著称。近十几年来，建成s b r _ 工艺污水处理厂6 0 0 余座，其中在中型和大型污水 处理厂的应用也日益增多，并且开始兴建日处理量2 l 万吨大型s b r i 艺污水处理厂由 于处理工艺流程简单，处理效果好的独特优点，逐渐引起世界污水处理界的广泛关注 2 1 2 国内发展概况 在国内，s b r i 艺的应用还处在初级阶段，其工艺过程和原理并不十分复杂，但对 过程控制的各种参数要求很高，对仪表的稳定性和准确性有一定的要求i l 研我国自九 十年代中期开始，国家建设部部属市政设计研究院和上海、北京、天津等市政设计研究 院，开始了s b r t 艺技术的研究和应用，但大部分处于试验研究和小型污水处理厂的应 用阶段 1 6 1 目前，只有几座城市污水处理厂采用s b r 法工艺处理城市混合污水，其处 理效果较好，如：昆明市日处理污水量1 5 万吨的第三污水处理厂，其工艺为s b r 法i c e a s 技术，自投产以来，运行正常，出水水质稳定，达到了设计标准。上海交通大学与澳大， 利亚b h p 公司合作，使s b r i c e a s 污水处理工艺在中国获得应用和推广。 近年来由常州能源设备总厂与中国环境科学研究院共同研制的s b r 废水处理装 置，由s b r 反应器，旋转曝气器、泥水混合装置和自动排水装置组成该装置不仅能降 解常规的有机污染物、化学耗氧量( c o d a ) 、生化需氧量( b o d s ) ，而且能去除水中的 氮、磷等无机物质，对制漆行业等有机废水处理效果显著”。 北京同仁堂药酒厂是一个以药酒为主要产品的中药制药厂。1 9 9 2 年由北京市医药总 公司和华澳公司联合设计了一座应用s b r i c e a s t 艺的污水处理系统，处理水量为5 5 0 m 3 d 。其主体构筑和附属物集中一体，节省了用地。反应池在地下，地上为化验室、 办公室和维修间设二个并行的反应池，每池表面积1 1 8m 2 ，有效容积5 3 2i 矿i l m 。 上海中药三厂污水处理系统。该系统是由上海交通大学生物技术研究所与华澳生物 技术废水处理有限公司合作，为该厂设计并于1 9 9 2 年建成投入使用的s b r 工艺水处理系 统，处理能力为l0 0 0 m 3 d 。该系统设二个并列的反应池，运行周期为4h ，每天运行3 6 个周期。去除l k g b o d 5 耗电1 1 2k w h ，用罗茨风机鼓风，曝气用不锈钢管式曝气头， 每一对曝气头，覆盖面积为2l n 2 。整套系统投资比传统活性污泥法节省约3 0 。建成后 运行情况良好【埘。天津经济技术开发区污水处理厂于1 9 9 8 年7 月1 6 日动工兴建，并于 2 0 0 0 年1 月1 日通水，工期1 8 个月。该厂采用s b r i 艺中的d a t i a t 法，处理污水l o 万 9 洗浴废水复合s b r 法制各中水的试验研究 m 3 d 。整个污水处理实行集中控制，分散管理，降低了误操作对整个工艺的影响，增加 了系统运行的可靠性。该厂的建成，对减少开发区污染物排放总量，对改善开发区的投 资环境，加快对外开放和招商引资的速度以及经济建设的可持续发展，都具有重大的现 实意义和深远的历史意义。该项技术为澳大利亚专利技术，中国首次引进使用。通过对 全过程的监控，实现了整个工厂的全自动化运行，大大提高了生产的稳定性和连续性， 减轻了劳动强度。随着计算机和网络的飞速发展，自动控制技术也正在迅猛发展嗍。 1 2 2s b r 工艺的机理及优势 1 2 2 1s b r 法的机理 s b r 污水处理技术与传统污水处理技术是不相同的。s b r 技术采用的是时间分割操 作替代空间分割操作，非稳态生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代动态沉淀 等。它在运行上实现了有序和间歇操作相结合 2 q 。目前对于s b r 法基质降解机理有如 下研究： 国内外学者对s b r 的基质降解动力学进行了深入的研究，主要有两种观点：一是 认为s b r 法的基质降解过程服从莫诺特( m o n o d ) 关系式，即 p ，- m n a xs ( s + k s )( 1 1 ) 式中： 矿基质去除率 n a g ( l h ) “】 f m a x - 最大基质去除率 r a g 皿h ) “】 k s 瑾质浓度饱和常数，m g l 。 f s 卜基质浓度，m g l ， 这是一相说的观点。另外一种观点认为，s b r 法的基质降解在进水期，服从零级反应动 力学关系。即在进水期，反应池中基质浓度( c o d 0 很高， 【s 】 k s ，矿= v m a x ，即基质的 去除与基质浓度呈零级动力学关系，基质去除率达到最大，基质被迅速去除。后者基本上是二相说 的观点圈。当污水中存在着不可生物降解的有机物时，莫诺特关系式就变成为： 矿= v m a x ( s - sn ) 1 【s + ( s sn ) 】( 1 _ 2 ) 式中： 矿基质去除率，m g ( l h ) “ v m a x 一最大基质去除率。m g ( l f h ) “ 【s 】瑾质浓度，m g l “ 【s n 】一不可生物降解溶解性c o d 浓度，m g 。l - i k s 基质浓度饱和常数，( m g 。l “1 然而实际污水中不可生物降解的有机物几乎普遍存在，所以，准确应用莫诺特模 式来指导研究和进行设计是有一定困难的。韩相奎等进行试验研究，推导出一级反应动 力学关系式： s ，= s o ( 1 1o l t ) ( 1 3 ) 式中：s 广曝气时间t 时所去除的c o d 1 0 硕士学位论文 s 0 _ 一进水后可降解溶解性c o d 浓度，m g l k 。：k x 2 3 一级反应动力学常数 ) 【混合液污泥浓度， k - _ c 0 d 降解速率常数( l ( r a g h y l ) 可准确求解动力学常数：c o d 降解速率常数k l 和可生物降解溶解性c o d 浓度s o ，还可以 借此评价废水c o d 口- i 降解率和最大可生化处理程度 2 3 1 。梁云霄研究发现，s b r 进水后的 曝气阶段，基质降解速率在高浓度段服从零级反应动力学，即ds dt = k o ，在低浓度段 服从一级反应动力学。这主要是由于高浓度基质下，基质浓度不是生化反应速率的限制 因素，而系统的生化活性、供氧能力等才是决定生化反应速率的限制因素，因而s b r 拥 有较高的反应速率此外，高浓度有机物废水直接进入s b r 系统，不会影响微生物的活 性。实际上，由于细菌被包埋在活性污泥的絮体基质中，絮体基质对营养物质和氧的传 递是一种阻力，瞬时的高浓度梯度的增加可加快吸附和生化降解速率 2 4 1 。 1 2 2 2 $ b r 法主要优点 s b r 法作为先进的活性污泥污水处理系统，与传统的活性污泥水处理系统相比较。 s b r 法的运行包括五道工序形成一个周期。根据各工序目的的不同，分为：进水、反应、 沉淀、排水和闲置。其最显著的特点是它将反应和沉淀分离两个工序放在同一反应器内 进行，扩大了反应器的功能。时间顺序运行的特点，使它的运行十分灵活，可以适应多 种复杂操作的需要，还可一池多用。因此该法具有以下明显的优点： 理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状 态，净化效果好。 运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质 好。 耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和 有机污物的冲击。 工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。 反应池内存在d o ，b o d s 浓度梯度，能有效控制活性污泥膨胀。 脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱 氮除磷效果。 s b r 法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。 布置紧凑、占地面积小，工艺流程简单、造价低。处理设备少，构造简单，便于 操作和维护管理。 非常适合于水资源紧缺的地方。此系统可在生物处理后进行物化处理，不需要增 加设施，便于水的回收利用；以及处理小水量，间歇排放的工业废水与分散点源污染废 水的治理。 洗浴废水复合s b r 法制蔷中水的试验研究 1 2 3s b r 工艺脱氦除磷研究进展 1 2 3 1 生物脱氦除磷的机理 1 生物脱氮的原理 在自然界，氮化合物是有机体( 动物蛋白、植物蛋白) 、氨态氮( n h 4 + 、) 、压硝酸 氮( n 0 2 ) 、硝酸氮( n 0 3 ) 以及气态氮( n 2 ) 形式存在的。 污水中的氮主要以氨氮和有机氮的形式存在，通常含有少量或没有亚硝酸盐或硝酸 盐形式存在的氮。在未经处理的污水中，氮是可溶性的，也有颗粒状的。可溶性有机氮 主要以尿素和氨基酸的形式存在。一部分颗粒状的有机氮在初沉池中可以除去。 生物脱氮主要是靠一些专性细菌实现氮的形式的转化，并最终转化为无害气体 氮气，实现污水的脱氮过程。除氮的两个主要作用是同化作用和硝化反硝化。 硝化过程 ( 1 ) 硝化反应的原理 硝化是氨氮转化的第一个过程，在这一过程中，硝化细菌将氨氮转化为硝酸盐。硝 化分两个阶段进行，分别利用了两类微生物，即亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌。这些细菌 利用的碳源有：c 0 3 二、h c 0 3 和c 0 2 等无机碳，而不是有机碳。第一步将氨氮转化为亚 硝酸盐，氨氮由亚硝酸盐细菌转化为亚硝酸盐。亚硝酸盐细菌有亚硝酸盐单细胞细菌、 亚硝酸螺杆菌属和亚硝酸球菌属。将亚硝酸盐转化为硝酸盐是由硝酸菌完成的，硝酸菌 也由杆菌属、螺菌属和球菌属组成。亚硝酸盐菌和硝酸盐菌统称为硝化菌。硝化菌属专 性的自养革兰氏阴性好氧菌，它们利用氨氮转化过程中释放的能量作为自身新陈代谢的 能源。硝化菌对环境非常敏感，其产率与去除b o d 的能力比异氧菌要低。硝化过程的 反应如下： 第一步，氨氮转化为亚硝酸盐： n 1 4 + + 3 ，2 0 堕型兰堕+ n 0 2 + 2 + h 2 0 a e & e - - - 2 7 8 4 2 k j 第二步，亚硝酸盐转化为硝酸盐： n o + l 2 0 r 壁垦苎塑1 0 n 0 3 - a e a e = 2 7 8 4 2 k j 这两个反应都是释放能量的过程，亚硝酸盐菌和硝酸盐菌就是利用这两个反应产生 的能量来合成新细胞和维持正常的生命活动。氨氮转化为硝态氮并不是除氮而是减少 了它的需氧量。 ( 2 ) 硝化反应的影响因素 影响硝化反应的主要因素有溶解氧( 最好保持在2 m g 1 以上) 、温度( 适宜的温度 为2 0 c 3 0 c ) 、p h 值( 适宜的p h 值7 8 ) 、重金属及有害物质等，另外，如果要使 硝化菌成为系统中的优势种群，只进行硝化，有机物的浓度也不能太高，b o d 5 应控制 硕士学位论文 在1 5 2 0 m g l 以下。 反硝化过程 ( 1 ) 反硝化反应的原理 反硝化过程是反硝化菌异化硝酸盐的过程，由硝化菌产生的硝酸盐在反硝化菌的作 用下转化成氮气，从水中溢出，最终从系统中去除。氮的最终去除要通过反硝化过程完 成。反硝化菌利用硝酸盐和硝酸盐被还原过程中产生的能量作为能量来源。反硝化菌是 兼性菌，在分子态溶解氧存在时，反硝化菌将分解有机物来获取能量而不是还原硝酸盐 或亚硝酸盐。因此反消化过程要在缺氧条件下进行，溶解氧的浓度不能超过0 2 m g l ， 否则反硝化过程就会停止。 反硝化过程分两步进行：第一步由硝酸盐转化为亚硝酸盐，第二步由亚硝酸盐转化 为一氧化氮，一氧化二氮和氮气。转化过程可用下式表示。 n 0 3 一n 0 2 一n o n 2 0 n 2 上式所示为硝酸盐还原的一个过程异化过程。在进行异化过程的同时，还有一 个同化过程，硝酸盐转化为氨氮用于细胞的合成在反硝下化过程中要有含碳有机物作 为该过程的电子供体，该碳源既可以是污水或细胞体内的碳源，也可以外部投加如果 采用甲醇为碳源，其反应过程如下 异化作用t 6 n 0 3 + 2 c h 3 0 h 一6 n 0 2 + 2 c 0 2 + 4 h 2 0 6 n 0 2 + 3 c h 3 0 h 3 n 2 + 3 c 0 2 + 3 h 2 0 + o r 综合反应如下： 6 n 0 3 + s c h 3 0 h 一3 n 0 2 + 5 c 0 2 + 7 h 2 0 + 6 0 1 - 1 同化作用的反应如下： 3 n o j - + 1 4 c h 3 0 h + c 0 2 + 3 r 一3 c s h 7 0 2 n + 1 9 i t 2 0 式中c 5 h 7 0 2 n 为反硝化微生物的化学组成 综合同化作用和异化作用的反应如下： n 0 3 + 1 0 s c h 3 0 h + w 一0 0 6 5 c 5 h 7 0 2 n + 0 4 7 n 2 + o 7 6 c 0 2 + 2 4 4 h 2 0 ( 2 ) 反硝化反应的影响因素 影响硝化反应的主要因素有c n 比、p h 值、溶解氧、温度和有毒有害物质1 2 5 1 。 2 生物除磷机理 生物除磷原理 污水中的磷以三种形式存在：正磷酸盐、聚合磷酸盐和有机磷，其中后两种成分约 占进水总磷量的7 0 。在二级污水处理厂中约有1 0 3 0 的磷通过同化作用去除掉。 但出水中的磷如果要达到较低的水平，所需去除的磷一般要超过微生物细胞合成和维持 的需要量。研究表明在某些好氧条件下微生物吸收磷会超过其正常的需求量，而在缺氧 条件下微生物会把吸收的磷释放掉。在反应器中按顺序创造适宜的环境条件，利用这些 洗浴废水复合s b r 法制备中水的试验研究 微生物超量吸收磷的特性，可以有效去除污水中的磷。 聚磷菌是去除磷的微生物的一种，这些微生物利用进水中的挥发酸在厌氧条件下释 放所贮存的磷，当厌氧区域后紧接一个好氧区时，微生物可以吸收超过正常水平的磷。 通过排泥排出多余的磷而达到除磷的目的，这是生物除磷的基本原理。 影响除磷的主要因素 ( 1 ) 溶解氧和n o x ：在聚磷菌释放磷的厌氧反应器内，溶解氧应为0 。n o 。的存在对 磷的释放有较大的影响，因为厌氧区内硝酸盐还原过程消耗可供聚磷菌吸收的简单基 质。但在吸收磷的好氧反应器内，应有充足的溶解氧。 ( 2 ) 污泥泥龄：生物除磷系统中磷的最终去除是通过剩余污泥的排放实现的。剩余污 泥的多少直接影响除磷的效果，污泥泥龄越长除磷的量越少。 ( 3 ) 温度和p n 值：聚磷菌与其它类型的微生物一样也有生存所需的适宜温度和p h 值，在5 3 0 内除磷效果不错，p h 值控制在6 8 之间。 ( 4 ) 有机负荷：一般来说有机负荷较高的系统可以获取较高的除磷效果。生物除磷的 b o d ，r p 比值不得小于2 0 ， 1 2 3 2s b r 工艺脱氮除磷的原理 s b r 工艺是将脱氮除磷的各种反应，通过时间顺序上的控制，在同一反应器中完成。 如进水后进行一定时间的缺氧搅拌，好氧菌将利用进水中携带的有机物和溶解氧进行好 氧分解，此时水中的溶解氧将迅速降低甚至达到零，这时厌氧发酵菌进行厌氧发酵，反 硝化菌进行脱氮；然后停止搅拌一段时间，使污泥处于厌氧状态，聚磷菌放磷；接着进 行曝气，硝化菌进行硝化反应，聚磷菌吸磷，经一定反应时间后，停止曝气，进行静止 沉淀，当污泥沉淀下来后，撇出上部清水，而后再放入原水，如此周而复始。研究表明， s b ri 艺可取得很好的脱氮除磷效果。自动控制系统的完善，为s b r 的应用提供了物 质基础。s b r 是间歇运行的，为了连续进水，至少需设置两套s b r 设施，进行切换 2 6 1 。 s b r 工艺在时间序列上提供了缺氧( d o = 0 ，n o 。 o ) 、厌氧( d o - - 0 ，n o x o ) 和 好氧( d o 0 ) 的环境条件，使缺氧条件下实现反硝化，厌氧条件下实现磷的释放和好氧 条件下的硝化及磷的过度摄取，从而有效地脱氮除磷。s b r 的除氮、除磷效果见表1 2 【2 7 】。 表1 2s b r 和连续流处理生活污水的比较 1 4 硕士学位论文 1 2 48 b r 工艺的典型工艺与发展趋势 1 2 4 1s b r 的新工艺 1 膜s b r p a v s b r 该方法属于膜s b r 的一种。向s b r 中投加粉末活性炭，使混合液中的 活性炭保持一定的浓度。p a v s b r 法处理氨氮废水，可以为难以生长繁殖的硝化菌、 反硝化菌提供生物絮凝的载体，并改善活性污泥的沉降性，活性炭吸附了难降解的有机 物，延长了微生物与基质接触时间( 相当于延长污泥龄，并不是废水的停留时间) ，提供了 更大的生物降解机会a a h - l o n g 等人研究应用固定膜s b r 技术处理啤酒废水，并应用 d o ( 溶解氧) 控制反馈系统，可以实现t b o d 去除率为8 6 9 2 e 2 s j 。 2 两段s b r 法 两段s b r _ 工艺是由两个相同的s b r 串联构成的彭永臻研究该工艺处理石油化工废 水。两段s b r 与传统的s b r 相比，在两段s b r 中能分别培养出适宜降解石油废水中的两 种主要有机物的微生物群体，从而可以克服传统s b r 法中产生的负效应，大大提高了处 理效率。由此说明两段s b r 兼有普j 匝s b r 法和a b 法的优点 2 9 1 3 连续流序批式活性污泥法( t c b f ) 传统的s b r i 艺系完全间歇式运行，即周期进水，周期捧水及周期曝气。近年来， 出现了一种新的s b 啦行方式；连续进水，周期排水，周期曝气。以这种运行方式的s b r 工艺有很多名称，如i c e a s ，i d e a ，t c b f 等。 4 厌氧s b r 厌氧序批式反应器( a s b r ) 是最近几年f h d a g u e 和c i w o r k s 在i o w as t a t e 大学开发的。 s u n g 和d a g u e 发表t a s b r t 艺的基本原理，后来s u n g 和d a g u e ( 1 9 9 5 年) i 刈，w i r t z 和 d a g u e 进一步研究t a s b r 在中温条件下处理高浓度的工业废水和农业废水有良好处理 效果【3 1 1 。r i c h a r d d a g u e 署l l b a n i k 在此基础上，研究厌氧s b r 法在低温条件( tq 5 ) ， 处理稀释废水( c o d 1 0 0 0m g l ) ，具有其他厌氧工艺所不具备的优势，在迸水阶段 为细菌提供底物高浓度梯度，增强反应动力，并在低温条件下也能维持较高的降解率， 而不需要添加热量，节省费用 3 2 1 。周群英在两相厌氧消化、缺氧一厌氧消化两工艺试验 基础上，尝试将厌氧和好氧结合起来，在u b f 之后串取s b r 反应器，处理高浓度味精废 水，u b f 段大大降低进入s b r 中的有机物浓度，克服单级好氧s b r 的不足l “。 5 周定化细胞技术一s b r 固定化细胞技术是国际上从6 0 年代后期开始迅速发展起来的一项技术。它是通过化 学或物理的方法将游离细胞定位于限定的空间，并使其保持活性反复利用的方法。固定 化细胞技术在废水处理特别是特种废水处理领域有广阔的前景。李峰在序批式反应器 ( s b r ) 中运用固定化细胞技术处理氨氮废水，c o d 去除率达9 2 4 3 ，n h 4 + n 去除 率达9 9 7 。该技术与悬浮生物法s b r 相比，具有基质去除率高，剩余污泥少的优点1 3 4 1 。 洗浴废水复合s b r 法制各中水的试验研究 1 2 4 2 典型的s b r 脱氮除磷工艺 s b r 工艺灵活，强化其脱氮除磷效能的潜力大，基于此，目前己研究开发出多种 实用的s b r 法强化脱氮除磷工艺，如：c a s t 、膜法s b r 、改良型m s b r 、u n i f e ds b r 工艺、等，这些改型体在常规s b r 工艺基础上通过改进运行方式、投加填料或增设反 应区等方式对脱氮除磷“三氧”环境( 厌氧、缺氧、好氧) 进行了优化组合，大大提高 了传统s b r 的n 、p 脱除率。 1 c a s t c a s t ( c y c l i c a c t i v a t e ds l u d g et e c l l i l o l o g y ) 工艺是将可变容积活性污泥法与生物选 择器进行有机结合的循环活性污泥法工艺，该工艺法广义上包括间歇排水延时曝气工艺 i d e a ，间歇排水曝气塘工艺i d a l 、间歇式循环延时曝气活性污泥法i e c a s 和狭义的 c a s t 工艺( 亦称c a s s - - - c y c l i c a c t i v a t e d s l u d g es y s t e m 、c a s p - - - c y c l i c a c t i v a t e ds l u d g e p r o c e s s ) ，一般c a s t 专指狭义c a s t ( 或c a s s 、c a s p ) 。 c a s t 工艺有着很好的脱氮除磷功能，它的主要特点是反应器前部设置生物选择区 以及工艺中进行污泥回流。选择区( 容积约占整个池子容积的l o 左右多在缺氧或厌氧 条件下运行，污泥回流( 2 0 ) 至其中与进水混和进行释磷和反硝化( 反硝化回流污泥 中的硝酸盐约占整个系统的反硝化容量的2 0 ) 。结合j c h u d o b a ( 1 9 7 3 ) 的动力学选择 理论，废水进入选择区形成高基质浓度使絮状细菌占优并形成高污泥絮体负荷，丝状菌 得到了抑制进而克服了丝状菌的污泥膨胀，另外，选择区中活性污泥通过快速吸附吸收， 可提高有机物的去除能力和氧的利用率，从而缩短反应