（环境工程专业论文）移动床序批式生物膜反应器（mbsbbr）处理垃圾渗滤液的试验研究.pdf

摘要 摘要 随着我国城市化速度的加快和城市经济的高速发展，城市垃圾问题正变得 日益突出。为了提高水环境质量，保证人民身体健康，促进水资源的可持续发 展，迫切需要解决垃圾渗滤液污染难题。移动床序批式生物膜反应器( m b s b b r ) 工艺作为一种新兴的处理工艺已经广泛应用于城市的污水处理领域。但在处理 垃圾渗滤液方面还研究甚少。本文采用悬浮填料作为移动床，制作的移动床序 批式生物膜反应器处理垃圾渗滤液，进行了试验性的研究。 首先，本文介绍了垃圾渗滤液的危害以及主要的处理方法。并简要介绍了 s b b r 工艺的工艺流程、分类以及工艺特点。同时，还介绍了s b b r 工艺的国内 外应用进展。 其次，本文进行了反应器的设计及启动。研究了填料对充氧性能的影响， 试验表明：填料的填充比例为6 0 时最佳。试验采用“快速排泥法”挂膜。五天后， n h 4 - n 的去除率为7 1 ，c o d 的去除率为8 0 ，t o c 的去除率也为8 0 。挂膜 成功。经过一个半月的驯化，n h 4 + - n 去除率稳定在8 0 8 5 ，c o d 去除率为 9 0 9 5 ，加c 为8 0 8 5 。反应器启动成功。 再次，本试验对反应器的运行参数进行了优化，确定最佳运行周期为2 4 小 时，最佳搅拌速率为5 0 r m i n ，最佳曝气量为d 1 0 m 3 h ，最佳p h 值为8 ，最佳碳 氮比为7 5 ：1 。在最佳工况下，c o d 的去除率达到了9 5 以上，n h 4 十- n 的去除 率达到了8 5 以上，t o c 的去除率也在8 5 以上。 接着，本试验对反应器去除含碳有机物的效果进行了研究。结果表明，本 反应器反映出良好的抗容积负荷和抗冲击负荷能力。同时，还考察了h r t 对反 应器去除含碳有机物的影响，结果表明，h r t 在1 2 小时1 6 小时之间时，反应 器的处理效率即可达到8 0 9 0 。综上表明，本反应器具有良好的去除含碳有 机物的能力。 最后，本试验还分析了反应器脱氮的影响因素，并对反应器的脱氮机理进 行了研究。得出了反应器脱氮的最佳p h 值为8 ，在碳氮比为7 5 ：1 时，氨氮的 去除率即可达到8 5 以上，t n 的去除率也达到了6 0 。通过对一个周期内，对 各种含氮物质，包括n h 4 + 、n 0 3 一，n 0 2 一离子以及反应器的c o d 值、p h 值、d o 摘要 值和碱度变化情况的监测，证实了反应器内同步硝化反硝化作用的发生，说明 反应器具有良好的脱氮能力。经过分析，本试验的s n d 更符合微环境理论。 关键词：移动床序批式生物膜反应器垃圾渗滤液同步硝化反硝化 i i a b s t r a c t a b s t r a c t a st h eh i g hs p e e do ft h eu r b a n i z a t i o nr a t ei no u rc o u n t r ya n dt h ed e v e l o p m e n to f o u rc i t ye c o n o m y , t h ep r o b l e mo ft h ew a s t ei sb e c o m i n gm o r ea n dm o r es e v e r e i n o r d e rt oi m p r o v et h eq u a l i t yo ft h ew a t e re n v i r o n m e n t ，a n dt oe n s u r et h eh e a l t ho f p e o p l e ，a n dt oa d v a n c et h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to ft h ew a t e rr e s o u r c e ，i ti sc r y i n g f o ru st or e s o l v et h ed i f f i c u l tp r o b l e mo ft h ew a s t el e a c h a t ec o n t a m i n a t i o n m o v i n g b e d - s e q u e n c i n gb a t c hb i o f i l mr e a c t o r ( m b s b b r ) a sar i s i n gt r e a t m e n tp r o c e s s ，h a s b e e nb r o a d l ya p p l i e df o r t h ew a s t ew a t e rt r e a t m e n ta r e ao ft h ec i t i e s ，b u tr a r e l yf o rt h e w a s t el e a c h a t e 1 f 1 ：l i sp a p e ra d o p t e dt h es u s p e n d i n gc a r r i e r sa st h em o v i n gb e d ，a n d m a d et h em b s b b ri no r d e rt od e a lw i t ht h ew a s t el e a c h a t ei nt h e1 a b f i r s t l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h eh a r mo ft h ew a s t el e a c h a t ea n dt h em a j o r t r e a t m e n tm e t h o d s i tg e n e r a l l yi n t r o d u c e dt h ep r o c e s s e s ，s o r ta n dt h ec h a r a c t e r so f s b b r i ta l s ot a l k e da b o u tt h ea p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n to fs b b rh o m ea n da b r o a d s e c o n d l y , t h i sp a p e rc o m p l e t et h ed e s i g na n dt h es t a r t u po ft h er e a c t o r i tw o r k e d o v e rt h ei n f l u e n c eo fc a r r i e ro no x y g e nt r a n s f e r , a n dt h er e s u l ti n d i c a t e st h a tt h e o p t i m u mo ft h ec a r r i e rr a t i of o rf i l l i n gi s6 0 t h i se x p e r i m e n t a t i o na d o p t e dt h e m e a no ff a s t v e n t i n gs l u d g ei no r d e rt oi n o c u l a t i o nb i o f i l m f i v ed a y sl a t e r , t h e r e m o v a le f f i c i e n c yo f n h 4 + - nw a s71 ，a n dt h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o dw a s8 0 ， a n da l s ow a st o c i tm e a n ti n o c u l a t i o nb i o f i l mw a ss u c c e s s e d a f t e ro n ea n dah a l f m o n t h sd o m e s t i c a t i o n ，t h er e m o v a le f f i c i e n c y0 f n h 4 + - nw a ss t a b i l i z e db e t w e e n8 0 a n d8 5 ，a n ds ow a st o c , a n dt h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o dw a ss t a b i l i z e d b e t w e e n9 0 a n d9 5 t h es t a r t u po ft h er e a c t o rw a ss u c c e s s f u l t h i r d l y , t h i se s s a yo p t i m i z e dt h er u n n i n gp a r a m e t e r so ft h er e a c t o r i tw a s d e t e r m i n e dt h a tt h eo p t i m a lr u n n i n gc y c l ew a s2 4 h ，t h eo p t i m a lm i x i n gs p e e dw a s 5 0 r m i n ，t h eo p t i m a lb u b b l ee f f i c i e n c yw a so 10 m 3 h ，t h eo p t i m a lp h v a l u ew a s8 ，t h e o p t i m a lc nw a s7 5 ：1 i nt h eo p t i m a lc o n d i t i o n ，t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d w a s u pt o9 5 ，a n dt h er e m o v a le f f i c i e n c yo f n h 4 + - nw a su pt o8 5 ，a n ds ow a st o c i ns u c c e s s i o n ，t h i sp a p e rr e s e a r c h e dt h ee f f e c to ft h er e a c t o rt or e m o v et h e o r g a n i cc o m p o u n d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h er e a c t o ra c t e dw e l lo np r e v e n t i n gt h e i i i a b s t r a c t o r g a n i cv o l u m e t r i cl o a d i n ga n do r g a n i cs h o c kl o a d i n g m e a n w h i l e ，t h ei m p a c to fh r t f o rr e a c t o ro nr e m o v i n go r g a n i cc o m p o u n d a n dt h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tw h e nt h e h r tw a sb e t w e e n12 ha n d16 h ，t h er e m o v a le f f i c i e n c yo ft h er e a c t o rh a dr e a c h e dt o 8 0 t o 9 0 i naw o r d ，t h i sr e a c t o rh a dn i c ea b i l i t yt or e m o v eo r g a n i cc o m p o u n d a tl a s t ，t h i se s s a ya l s oa n a l y z e dt h ef a c t o r st h a ta f f e c t e dt h er e a c t o rt or e m o v e t h en i t r o g e n a n dr e s e a r c h e dt h ep r i n c i p l eo ft h en i t r o g e nr e m o v a l t h er e s u l t s i n d i c a t e dt h a tt h eo p t i m a lp hv a l u ew a s8 w h e nt h ec nw a s7 5 - 1 ，t h er e m o v a lo f t h en h 4 十- nw a su pt o8 5 ，a n dt h er e m o v a lo ft h et nw a su pt o6 0 ai n s p e c t i n g a l lt h es u b s t a n c e sw h i c hc o n t a i n sn i t r o g e ni no n ec y c l e ，i n c l u d i n gt h ec h a n g eo f n h 4 + 、n o s 、n 0 2 。、c o d 、p h 、d oa n dt h ea l k a l i n i t y i tw a s i d e n t i f i e dt h a tt h es n d h a dh a p p e n e di nt h er e a c t o r i tm e a n tt h a tt h er e a c t o rh a dw e l la b i l i t yt or e m o v e n i t r o g e n a f t e ra n a l y z i n g ，t h i sp a p e r ss n dw a sm o r el o g i c a lt oe x p l a i nb yt h e m i c r o e n v i r o n m e n tt h e o r y k e yw o r d s ：m o v i n gb e d s e q u e n c i n gb a t c h b i o f i l mr e a c t o r ( m b s b b r ) ， w a s t el e a c h a t e ，s i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n ( s n d ) i v 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：何- - s - 忠 2 0 口宕年歹月3 d 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 解密时间：年 月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下： 于5 年) 少于1 0 年) 少于2 0 年) 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名：何壬忠 2 男年歹月多口日 第一章绪论 第一章绪论 第一节垃圾渗滤液概述 1 1 1本课题研究的目的和意义 随着我国城市化速度的加快和城市经济的高速发展，城市垃圾问题正变得 日益突出。目前，国际上流行的垃圾无害化处理方式中以卫生填埋法应用最为 普遍。但是，在垃圾填埋处理过程中，由于厌氧发酵、有机物分解、雨水冲淋、 地下水浸泡等原因产生多种代谢产物和水分，由此形成了成分复杂的高浓度有 机废水垃圾渗滤液。填埋场产生的渗滤液不仅数量大，污染强度和污染特 征还随填埋时间不断发生变化。未经处理的渗滤液流经地表或渗入地下水后， 对环境造成严重的二次污染。因此，为了提高水环境质量，保证人民身体健康， 促进水资源的可持续发展，迫切需要解决垃圾渗滤液污染难题。s b b r 工艺作为 一种新兴的处理工艺已经广泛应用于城市的污水处理领域。但在处理垃圾渗滤 液方面还研究甚少。本课题希望在此方面有所建树。 1 1 2 垃圾渗滤液的特性 城市垃圾渗滤液的成分复杂，但就其来源主要分三个方面【l 】：( 1 ) 填埋场内 的自然降雨和径流；( 2 ) 垃圾自身原有含水；( 3 ) 微生物厌氧分解产生的水。其 中填埋场内的降水为主要部分，这些水分渗过成分复杂的垃圾时，使垃圾分解、 溶出、发酵等反应，从而使垃圾渗滤液中含有大量有机污染物、氨氮、磷和种 类繁多的重金属类物质。 垃圾渗滤液的水质有如下特点：( 1 ) 水质十分复杂，富含耗氧有机物和有毒 害性类物质。( 2 ) c o d 和b o d 浓度高，最高达到几万，远高于城市污水。( 3 ) 垃 圾渗滤液中有机物种类多，其中包括难降解的萘、菲等非氯化芳香族化合物、 酚类、苯胺类化合物。( 4 ) 垃圾渗滤液中还含有大量的重金属离子，重金属离子 对微生物产生严重的抑制作用。( 5 ) c n 比例失调，给生物处理造成困难【2 】【3 1 。 第一章绪论 垃圾渗滤液的典型水质如下表： 表1 1 国内外城市垃圾渗滤液水质表( 单位m g l ) 1 1 3 垃圾渗滤液的处理方法 1 1 3 1 垃圾渗滤液与城市污水合并处理 渗滤液与城市污水合并处理是国内常用的方法之一，由于垃圾渗滤液水质 成分复杂，水质水量波动大，主要要考虑城市污水和垃圾渗滤液的比例，防止 产生负荷冲击。沈耀良等人采用厌氧好氧工艺对苏州七子山垃圾填埋场的渗滤 液和城市污水按照一定的比例混合后，进行了处理，取得了较好的效果【4 】。 1 1 3 2 垃圾渗滤液的单独处理 目前，国内外对垃圾渗滤液大多采用单独处理的方法。处理方法主要分为 物理化学技术、生化处理技术和土地处理技术等。物理化学技术主要包括：( 1 ) 混 凝沉淀法；( 2 ) 化学氧化法；( 3 ) 吸附法；( 4 ) 膜分离法；( 5 ) 氨吹脱法等等。生 物处理技术主要包括：( 1 ) 好氧生物处理法；( 2 ) 厌氧生物处理法；( 3 ) 厌氧好 氧组合法等等。 下表中列出了上述主要方法的工艺特点及部分处理效果指标。 表1 2 吲垃圾渗滤液主要处理方法列表 耋土鬻处哿夏懒跫 2 第一章绪论 蓑人工湿地法笔墨雩霎血糕 循环回灌法 混凝沉淀法 化学氧化法 物 化 处吸附法 理 法 膜分离法 氨吹脱法 好氧生物处 理法 生 物 处 理 法厌氧生物处 理法 厌氧好氧组 合法z - x口f 可有效去除色度、浊度和 重金属离子，对c o d 有 一定的去除效果。 包括f e n t o n 法、光化学 氧化法、电化学氧化法和 臭氧氧化法等。化学氧化 法可以氧化难降解的物 质，提高渗滤液的可生化 性。但处理费用较高。 活性炭是最常用的吸附 材料。能有效去除有机物 和色度但是活性炭价格 昂贵且再生困难。 包括微滤、超滤、纳滤和 反渗透法。其中反渗透法 处理效果最好。优点是操 作简单，处理效率高，处 理效果较好。但是需前处 理过程，否则滤膜容易堵 塞。 适用于处理高氨氮的垃 圾渗滤液，处理效果好。 包括活性污泥法、曝气氧 化塘法和生物膜法。其中 活性污泥法处理费用低， 处理效率高，应用比较广 泛。生物膜法抗冲击负荷 能力强，且具有良好的脱 氮除磷效果。 包括普通厌氧消化法、两 相厌氧消化法、厌氧滤 池、u a s b 法和厌氧复合 床等。此法具有有机负荷 高，能耗少，污泥产量少 等优点。 包括s b r 法、a b 法厌氧 池s b r 法、厌氧池活性 6 84 68 l 9 09 8 4 1 2 9 0 6 7 1 8 7 08 0 7 3 9 68 01 0 0 9 09 08 58 0 9 49 8 9 59 5 8 0 3 第一章绪论 污泥法和厌氧好氧生物 流化床等。组合工艺比较 经济合理，处理效果好。 注：处理效果指标一栏单位均为。其中数据均采用有代表性的处理数据，供参考。 除表1 2 中列出的处理方法外，各种分类方法之问的组合工艺层出不穷， 并取得了良好的处理效果。吴文继【6 】等人采用“吹脱s b r 混凝沉淀氯化”组合工 艺对中晚期垃圾渗滤液进行了处理，取得了良好的处理效果。原水水质为 c o d l 3 6 0 m g l ，b o d s 3 2 0 m g l ，t k n l 2 5 3 m g l ，n h s - n 1 0 6 8 6 m g l ，总磷1 5 m g l ， 色度1 0 5 0 倍，p h 8 6 5 。结果最终出水c o d 、b o d 5 、- 和色度的总去除率 分别高达9 3 1 、9 1 3 、9 8 5 和9 9 9 。 生物处理法以其处理效果好，成本低赢得了广大研究者的广泛兴趣。而s b b r 法以其灵活机动的运行方式和良好的脱氮除磷和抗冲击负荷能力博得了众多学 者的关注。 武汉大学的张俊掣7 】人对s b b r 处理垃圾渗滤液进行了初探。在进水c o d c ， 和n h 3 - n 分别为8 1 0 m g l 和9 3 m g l 时，去除率分别达到了7 9 和6 9 ，且去 除效果稳定。 湖南大学的杨朝晖等【8 】人采用了前置m a p - s b b r 工艺处理早期及晚期垃圾 渗滤液的试验。试验结果表明，在最佳运行条件下，对早期垃圾渗滤液n h s - n 及d 的总去除率分别为9 9 6 和9 4 o ，对晚期的分别为9 9 3 和8 7 1 。均 取得良好处理效果，说明该工艺适用于处理各个时期的垃圾渗滤液。 第二节s b b r 工艺简介 1 2 1s b b r 处理工艺的基本流程 序批式生物膜反应器( s e q u e n c i n gb a t c hb i o f f l mr e a c t o r ) ，简称s b b r ，是由 德国的g o n z a l e s 和w i l d e m 在1 9 9 0 年最早提出的【9 1 。s b b r 工艺是在s b r ( s e q u e n c i n g b a t c hr e a c t o r ) 的基础上，在反应器中投加填料( 如活性炭、陶粒、 立体塑料球等) ，使微生物附着在填料上形成生物膜，来处理各种污水和废水的 新型反应器。实际上就是将生物膜法在序批式的模式下运行。因此，其工艺流 程同样分为五个阶段，即进水、反应、沉淀、出水和闲置。在近二十年间，众 4 第一章绪论 窝一掌一零一嗣_ 雪 鳓篷鬟翥嚼气叠蠹露锻一骂蒸毒酽链玺一粥蠢承蓊溉黼 1 2 2s b b r 工艺分类 图1 1s b b r 工艺流程图 1 2 2 1 流动填料式s b b r t l 0 1 如图1 2 ( a ) 所示，反应器内装有粒状可流动的生物载体( 如颗粒活性炭等) ， 其运行原理与流化床的类似。利用颗粒活性炭作为s b b r 反应器中的填料( 或称 g a c - s b b r ) ，可以去除难降解底物，同时也可以减少挥发性有机物散发到空气 中。 1 2 2 2 固定填料式s b b r 如见图1 2 ( b ) 所示，反应器内装有陶粒、软纤维填料、聚乙烯填料或其它 固定性生物载体，工作原理和传统滴滤池及接触氧化池非常相似。在固定填料 式s b b r 工艺中，填料不仅给微生物提供了赖以生存的稳定基础，同时在出水阶 段也充当了过滤层，通过过滤作用一方面可减少出水中悬浮固体含量，用过滤 时间代替沉淀时间，同时也省去了后续工艺中的二沉池。而溶解性的胶体物质 或难降解的颗粒物质能够被生物膜吸附或填料层截留，最后通过周期性的反冲 洗被去除。 1 2 2 3 微孑l 膜s b b r 5 第一章绪论 如图1 2 ( c ) 所示，在反应器内填加可透过性膜( g a ，p e r m e a b 彪m e m b r a n e s ) ， 作为生物膜的附着体，同时完成充氧功能。微孔膜通常是可透过性膜，s b b r 系 统多采用中空纤维膜、活性炭膜和硅橡胶膜。微孔膜s b b r 工艺可避免有毒物质 与微生物直接接触，并可防止曝气造成污染物的挥发，同时还可固定特种菌群， 因而反应器具有较好的处理效果。微孔膜s b b r 可采用p v c 管等为轴，将一定 长度的可透过性膜管沿轴缠绕，膜管的一端连接氧气，另一端装有排气阀。氧气 从微孔膜内侧渗透到外侧，给生长在可透过性膜表面生物膜中的微生物提供氧 气，同时利用污水中的基质，通过自身的代谢作用去除废水中的有机污染物。 为防止膜的堵塞，每次处理完毕后有必要用氧气对膜( m e m b r a n e ) 进行反冲洗。微 孔膜s b b r 通常采用逆向扩散的操作方式，即含有挥发性有机物的污水与氧气分 开，有机物从微孔膜外部向生物膜方向扩散，而仍则从微孔膜内侧向生物膜扩 散，两者在生物膜内相聚并在微生物的作用下有机污染物得以氧化分解。由于 它避免有毒挥发性污染物与曝气直接接触，所以解决传统生物反应器中空气吹 脱引起污染物挥发的问题。 蠢擞鲨赫 p o o 0 0 0 0 进气黧黧燃 瓣农 l 童i 缀磅填料式 进墩 循 玮 泵 水 ( h ) 嘲定填辫式 c ) 翻嗣属式 图1 2s b b r 工艺的三种类型 1 2 3s b b r 工艺特点 首先，s b b r 反应器继承了s b r 反应器的诸多优点【l l 】： ( 1 ) 仅一个反应器，不需二沉池，工艺简单，基建费用少； ( 2 ) 理想的推流过程，生化反应效率高； ( 3 ) 可厌氧、好氧交替进行，运行方式灵活，脱氮除磷效果好； ( 4 ) 厌氧、好氧交替进行可抑制丝状菌的大量繁殖，防止污泥膨胀； ( 5 ) 完全混合式曝气，耐冲击负荷能力强。 其次，s b b r 反应器发扬出了自己独特的优点： 6 第一章绪论 ( 1 ) 不需污泥回流设备，动力费用低； ( 2 ) 生物膜上的微生物世代时间长，生物相更丰富； ( 3 ) 生物膜的生物量大，处理效率高； ( 4 ) 不存在污泥膨胀问题，耐冲击负荷能力强； ( 5 ) 剩余污泥量小，降低后续处理工艺成本。 鉴于以上的诸多优点，s b b r 反应器的应用日益广泛，成为普遍应用的处理 工艺。 第三节s b b r 工艺国内外应用进展 1 3 1s b b r 工艺国外应用进展 1 9 8 7 年据砌和w i l d e r e r 报道：第一个中试系统的s b b r 工艺已经在德国 汉堡g e o r g s w e r d e r 垃圾填埋场建成并用来处理垃圾渗沥液【1 2 】。此后，为了深入 研究s b b r 工艺的运行特征，德国的i n g o l s t a d t 污水处理厂建立了s b b r 的示范 工程【1 3 】。 近年来，国外学者将更多的精力投入到采用s b b r 反应器处理有毒、有害、 难降解的特种废水及机理的研究上。 v e n k a t am o h a n 掣1 4 】采用s b b r 法处理难降解合成化学废水。该废水的 b o d c o d 约为0 3 左右，可生化性低，硫酸盐含量较高，为1 7 5 9 l 。反应器在 厌氧好氧厌氧的条件下运行，以2 4 小时为一个周期：进水1 5 m i n ，反应2 3 h ， 沉淀3 0 m i n ，出水1 5 m i n 。该试验分别研究了该系统在有机负荷率( d 肚) 为0 9 2 ， 1 5 0 ，3 0 7 和4 0 7 k g c o d d 时，底物的利用情况。结果表明，在以2 4 h 为一个周 期，有机负荷率( o r l ) 为0 9 2 ，1 5 0 ，3 0 7 和4 0 7 k g c o d d 的运行条件下，c o d 去除率分别为8 8 0 5 ，7 8 6 8 ，5 6 6 7 和5 5 0 0 ，b o d 去除率分别为8 8 8 9 ， 8 4 2 1 ，7 6 0 0 和7 5 4 5 。呈现出对难降解有机物良好的去除效果。而且该处 理系统可在此高有机负荷率下稳定运行，再次证明了s b b r 工艺的抗冲击负荷能 力。 w h i t e d a n i e l m 等【1 5 】【1 6 1 采用s b b r 工艺处理剧毒的含氰废水。以2 4 h 为一个 运行周期，一个周期内可将氰化物由2 0 m g l 降解至o 5 m g l ，同时以1 ：l 摩尔 的量生成n h s - n 。此s b b r 系统为封闭系统，耐低温，能耗小，运行管理灵活， 7 第一章绪论 充分显示了s b b r 反应器的优点。 p a u le 等分别采用s b r 和s b b r 工艺处理含高浓度氨氮和磷酸盐的废水。 试验结果显示，经过两个月的启动后，当p h 值控制为7 5 ，进水浓度为5 0 0 m g n l 时，2 4 h 后的出水氨氮去除率均在9 0 以上，s b b r 泫在溶解氧波动的情况下， 仍能保持良好的处理效果。对于磷酸盐的去除，s b r 和s b b r 分别为9 0 和7 0 。 z d d 讹坨，1 7 】等人采用s b b r 固定床处理垃圾渗滤液。填料为4 8 m m 的陶粒， 反应周期为1 2 h 。渗滤液的主要指标为c o d 5 2 9 5 m g l ，t o c 2 5 0 0 m g l ， b o d 2 6 0 0 m g l ，属于早期渗滤液。本试验的测定指标为d o c 。结果表明，s b b r 系统适用于成份非常复杂的废水如垃圾渗滤液进行的处理。d o c 的去除率为 6 0 一6 8 。 m x 三d “舫如1 8 1 等人采用两种移动床的s b b r 法处理垃圾渗滤液。两个系统 区别在于采用的填料不同，分别为悬浮聚合物和g a c ( g r a n u l a ra c t i v a t e dc a r b o n ， 颗粒活性炭) 。试验结果表明，b o d 的去除率达到9 0 以上，氨氮的去除率为 8 0 ，对色度有相当高的去除。两种反应装置的去除率相当，主要的不同就是采 用g a c 的反应器的出水会有大量的悬浮物。 1 3 2s b b r 工艺国内应用进展 在s b b r 工艺应用的头十几年里，国内学者普遍采用s b b r 法处理城市的生 活污水和工业废水。而近几年才转向有毒、有害难降解的特种废水的处理研究 和深入到微观世界去探寻s b b r 工艺的机理。国外学者将更多的精力投入到处理 有毒、有害难降解的特种废水及机理的研究上。s b b r 法也更多的与其它工艺相 组合，或将原水进行前处理，以增强s b b r 反应器的处理效果。 1 3 2 1s b b r 法处理生活污水 经过十几年的不断研究，s b b r 法在处理生活污水方面已经取得了成功的运 行经验并在其基础上进一步强化其处理效果。 曹海燕等【1 9 】人将有效微生物群( 肼) 投加到s b b r 反应器当中，构建了一 种e m - s b b r 的反应器来处理生活污水。结果表明：e m s b b r 反应器对c o d c ， 的平均去除率超过9 5 ，相对单独的s b b r 反应器高出7 3 ；对n h 3 - n 的平均 去除率为9 7 8 ，相对s b b r 高出6 5 ；对t n 的去除率，e m s b b r 法更是高 出了2 2 6 。且该实验表明，e m s b b r 的抗冲击负荷能力高于单独的s b b r 反 8 第一章绪论 应器。由此可见，s b b r 工艺在处理生活污水中，已经达到了相当高的程度。 1 3 2 2s b b r 法处理工业废水 s b b r 法对工业废水处理的关键是利用了它冲击负荷和水量、水质波动，以 及其脱氮除磷的良好效果的特点。 王敏等【2 0 】人采用固定填料式s b b r 法处理啤酒废水。该废水的c o d 浓度为 1 5 0 0 2 5 0 0 m g l 。在进水水质波动的情况下，其去除率达到了8 0 9 0 ，取得了 良好的处理效果。 方茜等【2 l 】人分别采用序批式活性污泥法和s b b r 法对屠宰废水进行了处理。 屠宰废水是一种高浓度有机废水，含大量油脂，c 肌、c p 比高，、p 不足，采 用s b r 法处理会产生大量油性泡沫，使污泥松散，导致污泥流失。对比实验的 结果表明，在各个指标项中，s b b r 法的总效率均高于序批式活性污泥法，除油 脂外，其它污染物的去除率均在9 0 以上。详见表1 3 。 表1 3 t 2 1 】两试验系统对污染物去除率统计表( 平均值) ( 哟 1 3 2 3s b b r 法处理有毒、有害难降解的特种废水 s b b r 法对有毒、有害难降解的特种废水的处理是当前众多学者研究的热点。 尤其是近几年来垃圾渗滤液的污染问题日益引起人们的重视。根据预测1 9 9 5 年 我国城市垃圾年产量 达1 2 2 3 9 1 0 4 t ，并且每年还以1 0 的速度递增【2 2 1 。因此，垃圾渗滤液的处 理日益窘迫。目前垃圾渗滤液的处理方法丰富多样，详见表1 2 。表中列出了 主要的处理方法。 1 3 2 4s b b r 工艺的机理研究 9 第一章绪论 随着s b b r 处理工艺的不断成熟，人们对它的认识逐渐由宏观转向微观领 域。 徐伟锋等【2 3 】人研究了在s b b r 反应器中接种硝化菌时的s n d ( 同步硝化和 反硝化) 的特性和机理。试验研究表明s b b r 法s n d 脱氮机理为：好氧情况下 生物膜的吸附作用为反硝化菌提供碳源和能源；s n d 反应主要发生在好氧生物 膜层和兼性生物膜分界内；在深层的反硝化菌利用生物膜中储存的有机物作为 有机碳源，将好氧生物膜中产生的n 0 3 - n 转化尬。 第四节研究内容 基于s b b r 工艺诸多的优点和广泛的实践应用，本试验采用移动床序批式生 物膜反应器( 脚蚴) 工艺处理经电解处理后的垃圾渗滤液。研究内容如下： ( 1 ) m b s b b r 反应器的设计及启动。以快速排泥法挂膜的方式进行s b b r 反 应器的启动，为工艺的改进与应用打下基础： ( 2 ) m b s b b r 反应器运行参数的优化。确定影响反应器处理效果的因素，进 行反应器运行参数的优化； ( 3 ) 含碳有机物的去除效果研究。研究影响含碳有机物去除效率的因素； ( 4 ) 对反应器脱氮效果研究。研究s n d 过程不同形态氮的变化情况及其影 响因素。 1 5 1 试验仪器 第五节试验仪器和试剂 ( 1 ) c o d e r 测定仪：包括h a c h 公司生产的聚四氟乙烯标准罐，格兰仕公司 特制的微波炉和h a c h 公司生产的d r 4 0 0 0 u 分光光度计三部分； ( 2 ) t o c 测定仪：s h i m a d z ut o c - v c s h 型，日本岛津公司生产； ( 3 ) b o d 测定仪：2 6 9 7 1 0 0 型，h a c h 公司生产； ( 4 ) 分光光度计：h a c hd r 4 0 0 0 u 型，美国h a c h 公司生产； ( 5 ) 离子色谱：i c s 1 5 0 0 型，戴安中国有限公司生产； ( 6 ) p h 计：m e t t l e ，t o l e d o3 2 0 型，m e t t l e r - t o l e d o 公司生产； 1 0 第一章绪论 ( 7 ) 离心机：r d c - 4 0 型低速离心机，科大创新股份有限公司生产； ( 8 ) 电子天平：b s 2 1 0 型，德国赛多利斯股份公司生产； ( 9 ) 数字式移液器：热电( 上海) 仪器有限公司生产； ( 1 0 ) 电热鼓风恒温干燥箱：天津市中环试验电炉有限公司； ( 1 1 ) 超声波清洗器：k q 5 2 0 0 e 型，昆山市超声仪器有限公司； ( 1 2 ) 超纯水机：反渗透纯水制备系统e l i x r i o s 和施朋f q + s y n t h e s i s 超纯水 器制备，密理博公司生产。 ( 1 3 ) 溶氧仪：便携式，m e t t l e r - t o l e d o 公司生产。 1 5 2 试剂 ( 1 ) 氢氧化钠( n a o t - 1 ) ：分析纯，纯度 9 6 o ，天津化学试剂厂生产； ( 2 ) 硫酸( h 2 s 0 4 ) ：分析纯，质量百分含量为9 5 9 8 ，天津市化学试剂五厂 生产： ( 3 ) 碘化钾：分析纯，含量不少于9 8 ，天津大学科威公司； ( 4 ) 碘化汞( g o ：分析纯，含量9 9 5 ，姜堰市环球试剂厂； ( 5 ) 酒石酸钟钠( c 4 1 - 1 4 0 6 k n a 4 1 - t 2 0 ) ：分析纯，含量 9 9 0 ，天津市光复科技 发展有限公司； ( 6 ) 重铬酸钾( k 2 c r 2 0 7 ) ：分析纯，含量 9 9 8 ，天津大学科威公司； ( 7 ) 硫酸银( a 9 2 s 0 4 ) ：分析纯，含量不少于9 9 7 ，天津市赢达稀贵化学试 剂厂； ( 8 ) 硫酸汞( 月删：分析纯，含量不少于9 8 5 ，贵州市铜仁化学试剂厂； ( 9 ) 硝酸银( a g n 0 3 ) ：分析纯，含量不少于9 9 8 ，天津市化学试剂二厂； ( 1 0 ) 葡萄糖( c 6 h 1 2 d 0 ：分析纯，含量芝9 9 ，天津大学科威公司。 第一章绪论 第六节分析方法 表1 4 本试验测定指标的分析方法【2 4 】： 水质指标分析方法 c o d 诳 b o d s 孤r n h 4 + - n n 0 3 一n n 0 2 n p h d d 温度 微波密闭消解一比色法 稀释接种法 t o c 测定仪 纳氏试剂光度法 离子色谱 离子色谱 p h 计 溶解氧测定仪 温度计 1 2 第二章反应器的设计与启动 第二章反应器的设计与启动 第一节反应器的设计 反应器如下图所示，采用有机玻璃柱制成，有效容积为3 三，主体部分高2 8 c m ， 底部直径为1 4 c m ，排泥区高3 c m 。反应器外部采用恒温水浴加热。内部填充的 填料为采用大连宇都环境工程技术有限公司生产的微生物膜载体悬浮填料 b i o m t m 。采用计量泵底部进水，底部采用微孔曝气头加微孔布气板曝气。采用 转子流量计控制曝气量。分别采用p h 计，溶解氧仪监测p h 值和溶解氧值的变 化。 图2 1s b b r 反应器装置图 1 、进水槽；2 、计量泵；3 、进水电动阀；4 、恒温水槽；5 、s b b r 反应器；6 、 溶氧仪；7 、d o 传感器；8 、p h 计；9 、p h 计探头；1 0 、温度计1 1 、加热器； 1 2 、搅拌电机；1 3 、悬浮填料；1 4 、微孔曝气头及布气板；1 5 、排泥管；1 6 、 滤网；1 7 、取样口；1 8 、出水电动阀；1 9 、循环泵；2 0 、出水槽；2 l 、转子流 量计；2 2 、空压机 1 3 第二章反麻器的设计与脚动 该反应嚣j 个控制柜相连，使整个反应剧划实现编样自动运行。控制柜 的核心为p l c ( 即町编程逻辑控制器，p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r ) 。对p l c 编程，使其可以控制进水、搅拌、曝气、沉淀、出水等工艺过程的时间及顺序， 然后分别与相应的设备相连接。实现工艺流程的自动控制。 由于所处理的渗滤液的c o d 及氨氢浓度较高，因此，本试验采用的工艺流 程为进水一厌氧搅拌一曝气缺氧搅拌沉淀一出水口”。运行周期拟采用2 4 h ，进水 l o m i n ，扶氧搅拌4 ，曝气1 4 ，缺氧搅拌4 ，沉淀15 h ，出水2 0 m i n 。曝气量 控制为01 0 m 3 h ，搅拌速率为2 0 r m i n 水浴温度控制为2 7 3 0 # 。 第二节反应器的启动 22 1 填料最佳填充比的确定 填料采用大连宇都环境工程技术有限公司生产的微生物膜载体悬浮填料 b i o ”t m , 如图22 所示。该填料的型号为蹄，d 下lo - 4 型，大小为高1 0 m m , j 芪部 a 径为l o m m ，比表面积为1 2 0 0 m 2 矿。政填料属国内首创、幽际领先，足一种 新型悬浮填料，它采用生物酶的促进配方将高分子材料进行改性，提高r 酶的 生物催化作用，具有较大的比表面积易挂膜，小易脱落，亲水性好，生物活 性高，处理效果好等优点。 黪豢 图22b i t m 微生物膜载体w d - f 系列填料 采用便携式溶氧仪，分别在填充比为0 ，3 0 ，4 0 ，5 0 和6 0 的情况下 对反应器的曝气充氧能力进行测定，确定虽佳的填充比。 废水处理过程中曝气设备的作用是使空气、表面生长生物膜的填料和污染 1 4 第二章反应器的设计与启动 物三者充分混合，促使氧气从气相转移到液相，再从液相转移到生物膜中，保 证微生物有足够的氧进行物质代谢。出于氧的