（环境工程专业论文）生物接触氧化工艺的启动及处理效能研究.pdf

s t u d y o ns t a r t u pa n dt r e a t m e n t e f f i c i e n c y o fc o n t a c to x i d a t i o nb i o r e a c t o r ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：l i uc h u n x i a o s u p e r v i s o r ：p r o f z h a oj i a n q i a n g c h a n g a nu n i v e r s i t y , x i a n ，c h i n a 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：钓岙l 靴卿年只弓日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：斟香吨 别雌名一 a 垆年 0 0 ，q 年 6 月弓日 ( 月7 日 摘要 含有高浓度氨氮的生活污水广泛存在于旅游、交通、矿山等生产活动场合，具有流 量小、位置分散等特征，且目前多以接触氧化工艺进行处理。本文以高氨氮生活污水为 处理对象，试验研究接触氧化工艺在自然挂膜、湿污泥接种挂膜、干污泥接种挂膜三种 不同挂膜方式下的启动过程。同时研究了接触氧化工艺在长时间停止运行后的再启动过 程和影响工艺处理效能的主要因素，包括温度、碱度、微生物相等几个方面。通过近7 个月的试验研究，得出如下结论： 1 、生物接触氧化池采用湿污泥接种挂膜，1 5 天左右可以完成，挂膜过程中c o d 去除率稳定在8 5 以上。自然挂膜阶段历时2 7 天，反应器处理效果变化幅度较大，c o d 去除率达到6 1 8 6 且有上升的趋势。干污泥接种挂膜阶段，1 0 天左右启动完成，c o d 的处理效率稳定在8 0 以上： 2 、在稳定运行阶段，出水水质可达到城市杂用水水质标准。在三级生物接触氧化 工艺中大部分的c o d 和n h 4 + - n 由的工艺的第一格反应器去除，第二格和第三格去除 了较小部分的c o d 和n h 4 + - n ； 3 、在再启动过程中，经过六天的恢复后，c o d 去除率达到8 7 1 0 ，n h 4 + - n 去除 率达到5 7 4 1 ，整个再启动过程历时较短 4 、挂膜启动过程主要影响因素有温度、接种源、溶解氧和p h 值。在本次试验中， 温度是影响微生物生长的重要因素，溶解氧和p h 值不对挂膜过程起限制作用； 5 、温度对异养菌的影响不大，对硝化细菌的影响较大，温度为2 5 0 c 时c o d 和n h 4 + - n 的平均去除率均较好。碱度对n h 4 + 一n 的去除效果影响较大，在6 倍和8 倍碱度条件下， n h 4 + - n 转化率已达到9 9 ，不同的碱度条件下，c o d 的去除效率变化不大。原生动物 抑制剂添加前后c o d 的去除效果无明显影响，原生动物受抑制时出水氨氮浓度低于原 生动物未受抑制时的浓度，去除效果明显转好，说明原生动物对硝化菌的活性有较大影 响。 关键词：生物接触氧化，启动，氨氮，c 0 1 ) ，去除率 a b s t r a c t h i g hs t r e n g t ha m m o n i aw a s t e w a t e rw i d e s p r e a di nt o u r i s m ，t r a n s p o r t ，m i n i n ga n do t h e r p r o d u c t i v ea c t i v i t i e so c c a s i o n s ，i th a ss o m ec h a r a c t e r i s t i c s a ss m a l lf l o wr a t e s ，s e p a r a t e l o c a t i o n sa n dt r e a t sb yb i o c o n t a c to x i d a t i o n i nt h i sp a p e r ，u s i n gt h eb i o c o n t a c to x i d a t i o n d e a lw i t hh i g hs t r e n g t ha m m o n i aw a s t e w a t e ra sa ne x a m p l e ，ac o n t r a s t i v es t u d yw a sm a d eo n t h e d i f f e r e n t s t a r t u pm e t h o d s ；t h e m e t h o d si n c l u d en a t u r a li n o c u l a t i o n ，w e ts l u d g e i n o c u l a t i o na n dd r ys l u d g ei n o c u l a t i o n i ts t u d i e dt h er e s t a r ta n ds o m ee f f e c tf a c t o r s ，i n c l u d i n g t e m p e r a t u r e ，a l k a l i n i t y ，a n dm i c r o b i a le q u i v a l e n t a f t e rn e a r l y7m o n t h so ft e s t i n g ，r e a c h e d t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： 1 ，w e ts l u d g ei n o c u l a t i o nw a sa b o u t15d a y st oc o m p l e t e ，i nt h es t a r t u pp r o c e s s ，c o d r e m o v a lr a t ea b o v e8 5 m a e n a dt h es t a r t - u pc o m p l e t e i nt h en a t u r a li n o c u l m i o np r o c e s s ，t h e t r e a t m e n te f f e c tc h a n g e dg r e a t l y , c o dr e m o v a lr a t ew a s61 8 6 a n da l lu p w a r dt r e n dm a e n a d n a t u r a li n o c u l a t i o nw a ss u c c e s s ，l a s t e d2 7d a y s w h e nt h ed r ys l u d g ei n o c u l a t i o ns t a g ew a s s u c c e s s ，t h et r e a t m e n te f f i c i e n c yo fc o d s t a b i l i z e da t8 0 a f t e r10d a y sa r o u n d ； 2 ，i nt h es t a b l eo p e r a t i o np r o c e s s ，e f f l u e n tq u a l i t ya c h i e v et ow a t e rq u a l i t ys t a n d a r df o r u r b a nm i s c e l l a n e o u sw a t e rc o n s u m p t i o n t h ef i r s tc o n t a c tr e a c t o rr e m o v e dt h em o s to ft h e c o da n dn h 4 + - n ，t h es e c o n da n dt h i r dg r i dr e m o v e ds m a l lp a r t so ft h ec o da n dn h 4 + - n ； 3 ，c o dr e m o v a lr a t er e a c h e d8 7 1o ，n i - 1 4 + nr e m o v a lr a t er e a c h e d5 7 41 a f t e rs i xd a y s r e - s t a r t ，t h ep r o c e s so fr e s t a r tc o s tl i t t l et i m e 4 ，t h em a i nf a c t o r so fs t a r t - u pa r et e m p e r a t u r e ，d i s s o l v e do x y g e na n dp hv a l u e i nt h i s p a p e r ，t h et e m p e r a t u r ew a sa ni m p o r t a n t f a c t o ri nm i c r o b i a lg r o w t h ，m i c r o b i a ls o u r c e ， d i s s o l v e do x y g e na n dp hv a l u ed i dn o tl i m i tt h ep r o c e s so fs t a r t u p ； 5 ，t e m p e r a t u r eh a dl i t t l ee f f e c to nh e t e r o t r o p h i cb a c t e r i a ，b u th a dl a r g ee f f e c to na c t i v i t y a n ds p e c i f i cg r o w t hr a t eo fn i t r i f y i n gb a c t e r i a w h e nt h et e m p e r a t u r ew a s2 5 。c ，t h er e m o v a l r a t eo fc o da n dn h 4 + - nw e r eg o o d a l k a l i n i t yi m p a c t e dt h er e m o v a lr a t eo fn h 4 十一ng r e a t l y , a n di nt h ec o n d i t i o n so f6t i m e sa n d8t i m e sa l k a l i n i t y , n h 4 + 一nc o n v e r s i o nr a t er e a c h e d9 9 ， c o dr e m o v a lr a t ec h a n g e dl i t t l ei nd i f f e r e n tc o n d i t i o n s t h eh e t e r o t r o p h i cb a c t e r i aa c t i v i t y a n dc o dr e m o v a le f f i c i e n c yd e c r e a s e ds l i g h t l ya f t e ra d d i n gp r o t o z o a ni n h i b i t o r s ，t h en 1 4 4 + - nc o n c e n t r a t i o ni nt h ee f f l u e n tw h e nt h ep r o t o z o a nw a si n h i b i t e di sl o w e rt h a nt h a tw h e n p r o t o z o aw e r en o ti n h i b i t e d i tt u m so u tt ob ee v i d e n ti m p r o v e m e n ti nn h 4 + - nr e m o v a l i t i n d i c a t e dt h a tp r o t o z o a nh a sas t r o n gi m p a c to nn i t r i f y i n gb a c t e r i aa c t i v i t y k e y w o r d s ：b i o c o n t a c to x i d a t i o n ，s t a r t - u p ，a m m o n i an i t r o g e n ，c o d ，r e m o v a lr a t e i i 第一章绪论 目录 1 1 引言1 1 2 水环境污染l 1 2 1 全球的水环境污染1 1 2 2 我国的水资源现状与水污染治理1 1 2 3 水体中氮的来源及危害性2 1 2 4 废水的处理2 1 3 生物接触氧化工艺2 1 3 1 生物接触氧化法的发展概况2 1 3 2 生物接触氧化法的净化原理4 1 3 3 生物接触氧化工艺中填料的分类及其应用：5 1 3 4 生物接触氧化工艺特点及生物相特征6 1 4 挂膜启动方法简介7 1 5 本论文的研究目的及研究内容一l o 1 5 1 研究目的l o 1 5 2 研究内容l o 第二章试验装置及条件1 l 2 1 试验装置1 1 2 2 试验仪器及监测方法1 2 2 3 试验用水1 3 2 4 试验进度一l3 第三章接触氧化工艺的挂膜启动1 4 3 1 湿污泥接种挂膜的启动1 4 3 1 1 挂膜启动阶段生物相变化情况1 4 3 1 2 挂膜启动阶段c o d 去除情况1 6 3 1 3 挂膜启动阶段n h 4 + - n 去除情况1 8 3 2 自然接种挂膜的启动2 0 3 2 1 挂膜启动阶段生物相变化情况2 0 3 2 2 挂膜启动阶段c o d 的去除情况2 l 3 2 3 挂膜启动阶段n h 4 + - n 的去除情况2 l i i i 3 3 干污泥接种挂膜的启动2 2 3 3 1 挂膜启动阶段生物相的变化情况2 2 3 3 2c o d 的去除情况2 2 3 3 3n h 4 + - n 的去除情况2 4 3 4 挂膜过程影响因素分析2 6 3 5 反应器的再启动过程2 7 3 5 1 再启动阶段生物相的变化情况2 7 3 5 2 再启动阶段对c o d 的处理情况2 7 3 5 3 再启动阶段对n h 4 + - n 的处理情况2 8 3 6 本章小结2 9 第四章生物接触氧化工艺运行工况影响因素分析3 0 4 1 温度对运行效果的影响3 0 4 1 1 不同温度条件下c o d 的变化3 0 4 1 2 不同温度条件下n h 4 + n 的变化3 0 4 2 碱度对运行效果的影响3 l 4 2 1 不同碱度条件下p h 的变化3 2 4 2 2 不同碱度条件下c o d 的变化3 2 4 2 3 不同碱度条件下各形态氮浓度的变化3 3 4 3 微生物相对运行效果的影响3 5 4 3 1 原生动物变化3 5 4 3 2c o d 处理效率变化3 5 4 3 3n h 4 + - n 处理效率变化3 6 4 3 4t n 处理效率变化3 7 4 4 本章小结3 7 结论与建议3 9 结论3 9 研究中存在的不足和建议3 9 参考文献41 科研情况说明4 5 参与项目及科研情况：4 5 致谢4 6 i v 长安大学硕： 学位论文 第一章绪论弟一早珀。下匕 1 1 引言 生物膜法是小分子有机物通过附着生长于填料表面上的微生物的降解、大分子有机 物通过微生物胞外酶对的分解作用、生物吸附絮凝作用或作为生物膜上原生动物的食料 等达到对有机物去除的目的。 生物接触氧化法是在生物滤池基础上演变的一种污水处理技术。它兼有生物滤池和 活性污泥法的优点，从微生物的附着场所及生存方式来看，它类似于生物滤池，从反应 器流体力学特性及曝气方式来看，它又与活性污泥法相似卜2 】。生物接触氧化工艺处理 的方法：池内设置填料，污水浸没全部填料，并按照一定的流速流过填料，通过填料上 的生物膜的絮凝吸附、氧化作用使水中的可生化利用的污染物得到降解去除。它的组成 主要有池体、填料、布水装置和曝气系统四部分成【3 1 。污水与生物膜接触时，通过微生 物的新陈代谢活动和生物吸附、絮凝、氧化、硝化、合成和摄食等综合作用，逐渐氧化 和转化污水中的氨氮、铁、锰和有机物等，从而达到净化水质的目的。 1 2 水环境污染 1 2 1 全球的水环境污染 人类生存的根本靠水，人类经济发展和社会进步的生命线也是水，可持续发展的物 质基础还是水。在2 l 世纪，全球资源环境的首要问题已经是水资源问题，直接影响和 制约着人类社会的生存与发展。目前，相当严重的水体污染存在于全球范围内。据世界 卫生组织( w h o ) 公布的资料，每年全世界排入4 2 0 0 1 0 8 t 污水到自然水体，相当于世界 河川径流总量的1 2 ，几乎与全世界2 0 0 0 年的用水量相等。不同程度的水污染的问题 存在于大多数发达国家，随着经济发展速度的逐步加快，发展中国家水污染问题也越来 越严重。 1 2 2 我国的水资源现状与水污染治理 据国家环保总局公布的数据，目前我国的废水排放总量是4 0 1 亿m 3 。按预测，到 2 0 3 0 年我国人口增至1 6 亿时，废水排放量会更大，仅城市工业和生活污水排放量就要 上升到8 8 5 亿m 3 。据最新资料，目前我国主要大城市只有2 3 的居民饮用水符合卫生 标准，小城镇和农村饮用水合格率更低。面对如此严峻的水污染现状和未来发展趋势， 我们必须认真思考深刻总结水污染防治工作，加快治理速度，提高治理效果，尽快改善 江河湖泊的水质，使我国的可持续发展战略得以顺利实施【4 矧。 第一章绪论 1 2 3 水体中氮的来源及危害性 水体中的氮主要来自城市生活污水、工厂工业废水、农溉污水三方面。进入水体的 氮主要有无机氮和有机氮。无机氮包括氨氮和硝态氮，有机氮有尿素、氨基酸、蛋白质、 核酸、尿酸、脂肪胺、有机碱等含氮有机物，在好氧和厌氧条件下有机氮均可矿化为氨 氮。由于氨氮是植物和微生物的主要营养物质，水体中氨氮的增加会造成水体富营养化， 使水体发黑变臭引起水质的恶化。因此水体中氨氮的浓度是评价水体污染程度的一个重 要指标。 氨氮的主要危害有：会造成水体的富营养化；降低水体的观赏价值；危害人 类及生物的生存；增加污水的处理成本。 1 2 4 废水的处理 对城市生活污水和工业废水的处理势在必行，污水处理工艺从总体上可以分成两个 大类：物理化学法和生物法，生物法又可分为活性污泥法和生物膜法。如表1 1 为污水 处理工艺的比较。 表1 1 污水处理工艺比较 1 3 生物接触氧化工艺 1 3 1 生物接触氧化法的发展概况 生物接触氧化法( b i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o np r o c e s s ，b o c ) 就是一种常见的 浸没式生物膜法，它的核心主要包括两方面：在氧化池内部挂有填料，已经充氧曝气 2 长安大学硕士学位论文 的污水浸没并流经全部填料，污水中的有机物与填料上的生物膜大量接触，在微生物的 新陈代谢作用下污染物得以去除；在氧化池内设有人工曝气装置，向池内供氧并起到 搅拌和混合作用。生物接触氧化法的典型工艺由氧化池、填料、支架、曝气装置、进出 水装置和排泥管道组成，根据进水与布气方式的不同，生物接触氧化池主要有四种池型： 底部进水、底部进气式；侧部进气，上部进水式；表面充氧式；射流曝气式【7 1 。 生物接触氧化法是由生物滤池和接触氧化曝气池演变而来的，接触氧化工艺的发展 概况如下表5 】： 表1 2 生物接触氧化工艺的发展概况 我国在2 0 世纪7 0 年代开始对生物接触氧化工艺进行研究，由北京环境保护科学研 究所的郑元景等人将第一座生物接触氧化工艺试验性装置用于处理城市污水，在处理效 果、动力消耗、经济效益和管理维护等方面都明显优于活性污泥法【l 酬。随后十余年的大 量实践，对氧化池结构、填料的品种和安装方式、供气装置的种类和布置形式等方面不 断优化。尤其是近年来随着合成塑料工业的发展，新型填料不断问世，克服了传统填料 易堵塞、布水布气不均匀的缺点，使得生物接触氧化技术在我国得到了广泛的应用。目 前，生物接触氧化工艺除生活污水和城市污水外，还在石油化工、农药、印染、纺织、 造纸等工业废水处理方面取得了良好的处理效果。因此，生物接触氧化工艺深受污水处 第一章绪论 理工程领域人们的重视，是一种经济实用的废水处理方法。目前，国内外对于含氮废水 的处理研究已经成为一个热点，在我国的一些地区，生活污水中氨氮含量偏高，处理难 度加大，目前接触氧化工艺作为研究当中一个较成熟工艺，对含氮废水去除率较高，且 运行稳定，其应用前景十分广阔。所以，本试验拟寻求一种较优的接触氧化挂膜启动方 法，并确定工程运行中的参数，对实际工程运行具有参考价值。 1 3 2 生物接触氧化法的净化原理 根据c h a r a c k l i s 的研究，生物膜的积累形成是一系列物理、化学和生物过程的综 合作用的结果【1 7 】。即： 污水中的有机分子向附着有生物膜的填料表面输送； 污水中一些浮游型微生物细胞在向填料表面传输的过程中，一部分细胞吸附到了 填料的表面上，其中的一部分细胞由于水力剪切或者物理、化学和生物作用又被解吸出 来，而剩下的细胞则被填料表面吸附一段时间后变成了不可解吸的细胞； 不可解吸的细胞摄取污水中的营养物质，进行利用和氧化分解。同时细胞自身新 陈代谢，排出体外的一部分物质就是胞外多聚物，它将生物膜紧密地结合在一起。正是 微生物细胞摄取污水中的有机物进行新陈代谢使得生物膜不断地积累形成。 c a p d e v i l l e 等人进行了大量的试验研究【1 9 】，他们认为生物膜的生长发展过程由6 个阶段组成。即： 潜伏期：生物膜处于生长阶段，有的细菌产生适应酶，其细胞物质开始增加，细 菌总数尚未增加；有的细菌不适应新环境而死亡，故细菌数有所减少，此时的生物膜较 疏散。 动力学增长期：由于潜伏期的生物膜较稀疏，微生物的有机物营养供大于求，因 此微生物在填料表面迅速增长，生物膜增厚，水中的有机污染物浓度下降，溶解氧也大 量消耗。 线性增长期：随着生物膜在填料表面不断的增加，在生物膜增长曲线上出现了线 性增长阶段。但据实验表明，非活性生物膜量占很大比例。 减速增长期：随着生物膜的增厚，营养物质和氧的传递阻力增加，生物膜内部好 氧微生物开始死亡，兼性好氧微生物停止新陈代谢，转而进入厌氧期，生物膜厚度降低。 稳定期：兼性好氧和厌氧微生物逐渐适应环境的变化，开始迅速生长。利用好氧 微生物的残骸以及传输过来的营养物质维持自身新陈代谢，在已死亡的微生物表面迅速 生长，生物膜的厚度降低减缓。 4 长安人学硕上学位论文 脱落期：随着生物膜的增厚，内部老化的生物膜脱落。同时厌氧产气有可能将生 物膜顶托，使得生物膜的附着性下降而导致脱落。生物膜脱落后裸露的区域为新的生物 膜的形成提供了场所。 生物接触氧化法是一种典型的好氧生物膜法污水处理技术，因此在填料表面形成性 能良好的生物膜是生物接触氧化法的关键。污水与生物膜接触后，污水中的有机污染物 作为营养物质为生物膜上的微生物所摄取，同时氧气向生物膜内部传递扩散使得有机物 被氧化降解而使生物膜繁衍增殖【1 8 1 。在接触氧化池中，废水中有机物的去除是通过填料 和生物膜的物理吸附截留、微生物氧化降解和食物链转移三种途径实现的【1 9 删。 表1 3 有机物去除途径及原理 转移途径原理 填料和生物膜 物理吸附截留 微生物氧化 降解 食物链转移 污水与填料接触后，其中的有机污染物和悬浮颗粒物能够为填料所吸附截留，填料 表面上的颗粒物增加了填料的表面粗糙度，进一步增强了自身的吸附截留作用，同 时也为微生物在填料表面的附着提供了有利的条件。微生物在填料表面附着生长形 成生物膜，从而又增添了生物膜的吸附截留作用。 微生物氧化是一种以生物酶为催化剂，在反应器内完成的生物化学反应，是有机物 得以去除的关键步骤。成熟后的生物膜对污染物的降解是通过污染物、溶解氧、分 解代谢产物以及各种必要的营养元素以水为媒介、在生物膜内外扩散、传质等过程 实现的。在生物膜内外、生物膜与水层之间进行着多种物质的传递过程。空气中的 氧溶解于流动的水层中，从那里通过附着水层传递给生物膜，供微生物片j 于呼吸； 污水中的有机物流动水层传递给附着水层，然后进入生物膜，并通过微生物的代谢 活动而被降解，使水在其流动过程中逐步得到净化：微生物的代谢产物如h 2 0 等则 通过附着水层进入流水层并随其排走，而c 0 2 及厌氧层分解产物如h 2 s 、n h 3 以及 c h 4 等气态代谢产物从水层逸出进入气流。 在生物膜上生长繁育的微生物，类型广泛、种类繁多。食物链长且较为复杂。废水 中的大分子有机物被生物膜中的生物膜生物( 菌胶团) 和生物膜面生物( 同着型纤毛 虫、游泳型纤毛虫及微型后生动物) 吸附，被水解为小分子有机物。同时溶解性有 机物和经水解的小分子有机物被微生物吸附进入体内并被氧化分解，用于构建微生 物自身的细胞。上层生物膜的代谢产物流向下层，被下层生物膜吸收，进一步被分 解为c 0 2 和h 2 0 。老化的生物膜和游离细菌被扫除生物( 轮虫、线虫等) 吞噬，废 水得以净化。这就形成了一个食物链：有机污染物一细菌一原生动物一后生动物， 再加上其它错综复杂的捕食关系，使得污水净化效率得以提高。 1 3 3 生物接触氧化工艺中填料的分类及其应用 5 第一章绪论 生物接触氧化法中，填料是处理废水的核心部分。其性能直接影响废水处理的效 果。填料要求比表面积大、空隙率高、水力阻力小、强度大、化学和生物稳定性好、能 经久耐用。目前国内所采用的填料，在运行中仍会有填料堵塞、结团和曝气不均匀等问 题。由于填料需要安装在辅助支架上，也造成了填料安装、更换不便，从而影响了生物 接触氧化法的处理效果和推广。按填料安装方法分类，目前填料大致可分为固定式、悬 挂式、分散式等几种类型 2 1 - 2 3 】。 表1 4 填料分类及特点 1 3 4 生物接触氧化工艺特点及生物相特征 ( 1 ) 生物接触氧化工艺的特点 6 长安人学硕士学位论文 与其它处理污水的方法相比，生物接触氧化工艺具有以下几个方面的特剧2 4 】： 表1 5 生物接触氧化工艺的优缺点 优点缺点 生物接触氧化池内单位容积的生物固体量高于活 性污泥法曝气池及生物滤池，因此，具有较高的 容积负荷 不需要污泥回流，也就不存在污泥膨胀问题，运 行管理简便 对水质水量的骤变有较强的适应能力 有机容积负荷较高时，其f m 保持在较低水平， 污泥产量较少 当采用蜂窝填料或其他不规则填料( 如碎石等) 时 若负荷过高，则生物膜较厚，脱落的生物膜会堵 塞填料 组合状的填料有时会影响曝气与搅拌，影响传质 若生物膜瞬时大块脱落，则易影响出水水质 需要较多的填料和支撑结构，有时会引起较高的 基建投资 ( 2 ) 生物相特征 生物接触氧化工艺之所以具有良好的污水处理效果，主要是其生物膜内大量的活性 微生物及其表现出来的不同于别的污水处理工艺的生物相特征【2 5 】： 表1 6 生物接触氧化工艺的生物相特征 1 3 5 影响生物接触氧化工艺处理效果的主要因素 影响生物接触氧化工艺处理效果的主要因素有多种，具体如表1 7 【2 6 。7 1 。 7 第一章绪论 营养均衡的营养可以保障 平衡微生物良好新陈代谢 负荷是生物接触氧化 有机 工艺处理效率的重要 负荷 指标 水力h r t 是指污水与反应是指污水与反厩 停留 器内微生物的平均反 时间 应、作用时间 ( h r t ) 填料赢接影响着微生 填料 物的生长、繁殖和脱 性能 落 温度适宜，能够促进、 强化微生物的生理活 动，温度不适宜，能 够减弱甚至破坏微生 温度 物的生理活动，还可 能导致微生的形态和 生理特性的改变，甚 至使微生物死亡 影响代谢过程中酶的 活性；影响微生物对 营养物质的吸收；改 p h 值 变生长环境中营养物 质的可给性以及有害 物质的毒性 溶解 反应器内的微生物以 氧 好氧微生物为主，保 ( d o ) 证一定的溶解氧浓度 营养元素量与污水 的成分有关，一般而 言b o d 5 ：n ：p 的比 值为1 0 0 ：5 ：l 负荷率与h r t 和进 水有机物浓度相关， 要适当 挂膜需要一个相对 稳定的环境和一定 的水力停留时间 亲水性好、亲和性 强，填料的布水布气 性能要好 当废水中的氮、磷不能满足微生物生长的需 要时，需向反应器内投加氮和磷等营养物质。 负荷率越低，反应器出水的有机物浓度就越 低；反之越高，即有机物的去除率下降 对一定的反应器容积承j 进水浓度，延长h r t ， 则出水浓度降低，污染物玄除率提高，但h r t 不可能无限制的延长 填料性能影响废水的处理效果，填料的合理 选择还与能耗问题、工程造价、运行性和可 靠性有直接关系。 生物处理的最佳温 微生物的生理活动与周同的温度有着密切的 度时生物酶的催化 关系 能力最强 生物接触氧化工艺 在中性环境中运行 最好，一般p h 值在 6 5 8 5 范围之内 当p h 值为8 5 - 1 0 ，微生物有较强的适应能 力，对处理效果影响不大；当p h 值 1 1 或p h 值5 时，微生物生长受到抑制，对处理效 果有一定的影响。 一般生物接触氧化溶解氧过低，会改变系统的微生态环境，诱 反应器内的溶解氧 发丝状菌的人量繁殖f 3 3 j ；溶解氧过高，增加 浓度应该大于2 m g l 能耗，经济上不适宜 8 长安大学硕上学位论文 1 4 挂膜启动方法简介 挂膜启动的方法有自然挂膜和接种挂膜3 引。 自然挂膜，也称直接挂膜法。它是利用废水中原有的少量微生物，逐步繁殖的培养 过程。城市污水和一些营养成份较全、毒性小的工业废水，如食品厂、肉类加工厂废水， 可以考虑这种挂膜方法，但挂膜时间相对较长。自然挂膜又可分为间歇挂膜和连续挂膜 两种。 ( 1 ) 间歇挂膜将曝气池注满废水，进行闷曝( 即只曝气而不进废水) ，数天后停 止曝气，静置沉淀lh ，然后排出池内约1 5 的上层废水，并注入相同量的新鲜污水。 如此反复进行闷曝、静沉和进水三个过程，但每次的进水量要比上次有所增加，而闷曝 时间要比上次缩短。在春秋季节，约二、三周就可初步挂膜成功。 ( 2 ) 连续挂膜。先将曝气池进满废水，然后停止进水，闷曝半天至一天后可连续进 水。连续曝气，进水量从d , n 大逐渐增加，连续运行一段时间( 与间歇法差不多) ，就 会有生物膜出现并逐渐增厚。由于自然挂膜法是用废水直接培养活性污泥，其挂膜过程 也是微生物逐步适应废水性质并获得驯化的过程。 接种挂膜接种挂膜法的时间较短，是常用的挂膜方法，适用于大部分工业废水处 理厂。城市污水厂如附近有种泥，也可采用此法，以缩短培养时问。接种挂膜法常用的 有如下两种： ( 1 ) 浓缩污泥接种挂膜。采用附近污水处理厂的浓缩污泥作菌种来培养。城市污水 和营养齐全、毒性低的工业废水处理系统的活性污泥培养，可直接在所要处理的废水中 加入种泥进行曝气，直至污泥转棕黄色时就可连续进污水( 进水量应逐渐增加) 。为了 加快培养进程，可在培养过程中投加未发酵过的大粪水或其它营养物。从经济上讲，种 泥的量应尽可能少，一般情况下控制在稀释后使混合液污泥浓度在0 5 l 以上。对有毒 工业废水进行挂膜时，可先向曝气池引入河水，也可用自来水( 需先曝气一段时间以脱 去其中的余氯) ，然后投入种污泥和未经发酵的大粪水进行曝气，直至生物膜呈棕黄色 后停止曝气，让污泥沉降并排掉一部分上清液，再次补充一定量的大粪水继续曝气，待 污泥量明显增加后，逐步提高废水流量。在挂膜的后期，污泥中微生物已能较好地适应 工业废水水质。 ( 2 ) 干污泥接种挂膜。“干污泥”通常是指经过脱水机脱水后的泥饼，其含水率约 为7 0 - - - - 8 0 。本法适用于边远地区和取种污泥运输距离较远的情况。干污泥接种挂膜的 过程与浓缩污泥挂膜法基本相同。接种污泥要先用刚脱水不久的新鲜泥饼，投加至曝气 9 学校学生公寓 等地区，生活污水中氨氮含量偏高，处理难度加大，而国内针对高氨氮生活污水的处理 目前研究较少，本论文的选用生物接触氧化法处理高氨氮废水。主要研究目的是对国内 外现有的生物接触氧化法的研究成果加以消化总结，对接触氧化法工作原理、特点及研 究现状等进行简要介绍，并结合试验研究接触氧化的启动和工艺特性，重点在于处理高 氨氮废水中生物接触氧化法的运行模式对处理结果的影响，影响处理效率的工艺参数以 及工艺条件。同时对湿污泥接种挂膜运行稳定后，在经过四十几天的不曝气不进水的情 况下，研究能否重新启动成功。通过添加原生动物抑制剂，对生物相进行分析，研究原 生动物抑制剂添加后对处理效果的影响。通过实验室的研究工作，在常温、常压条件下 对生物膜的挂膜和驯化进行对比研究和探讨，寻求一种技术上合理、经济上可行并且耗 费时间短的挂膜方式。 1 5 2 研究内容 针对研究的目的和选题，课题研究包括以下几个方面： ( 1 ) 研究生物接触氧化工艺的湿污泥接种挂膜、自然挂膜、干污泥接种挂膜这三种 启动方式中，处理效果的变化及生物相的变化，对比三种挂膜方式，找出最优的启动方 法。研究经过四十几天的不曝气，不进水后，接触氧化工艺的再启动情况； ( 2 ) 研究接触氧化工艺在负荷不变的情况下，处理效果的变化，特别是对处理高氨 氮废水的处理情况，分析影响处理效果的因素。重点研究温度、碱度、微生物相对处理 效果的影响，确定生物接触氧化工艺的最佳运行参数。 l o 长安大学硕上学位论文 第二章试验装置及条件 2 1 试验装置 本试验采用生物接触氧化工艺，废水经潜水泵的作用进入生物接触氧化池。生物接 触氧化池共分为三格反应区，即三段生物接触氧化法处理废水，每个反应区内挂有三个 组合纤维填料，已经充氧的污染原水或人工模拟生活污水浸没全部填料，并以一定的流 速流经三段生物接触氧化池三格反应区中的组合填料，通过填料上形成的生物膜的絮凝 吸附、氧化作用使水中的可生化利用的污染物基质得到降解去除，然后经处理的废水和 接触氧化池脱落的生物膜一起进入沉淀池，经沉淀池的沉淀作用，去除脱落的生物膜， 完成泥水分离。试验装置及工艺如下图2 1 及图2 2 所示： 图2 1 试验装置实物照片 附注l ：卜进水池2 一进水泵3 一组合填料 4 一接触氧化池5 一沉淀池6 一微孑l 曝气砂头7 一曝气机8 一集水池 图2 2 试验流程示意图 第二章试验装置及条件 反应器由o 5 c m 厚、容积为1 4 7 l 的有机玻璃组成，整个反应器分为三段接触氧化 池和沉淀池两部分，各部分的有效容积见表2 1 表2 1 各段反应器的容积 蚓有容积有效容积 名称 尺寸( c m ) 容积( l )尺寸( c m )容积( l ) 长x 宽x 高 接触氧化池 3 8 x1 3 x 2 11 0 43 6 x1 2 x1 6 6 9 沉淀池 1 5 8 x 1 3 x 2 14 31 4 5 1 2 1 6 2 8 试验所用的氧化池分为三个反应区，平均每一个反应区的有效容积为2 3 l ，采用的 是由塑料双坏为骨架、负载着维纶丝的组合纤维填料，填料空隙率高，微生物易附着， 污染物、溶解氧以及各种必需营养物能迅速扩散到生物膜表面。同时水流气流也能冲击 生物膜，老化的生物膜容易脱落，填料挂膜量大而且不容易堵塞。在接触氧化池底部， 采用微型曝气砂头对反应器进行曝气。 2 2 试验仪器及监测方法 表2 2 主要仪器和设备 c o d ( m g l ) n h 4 + - n ( m l ) n 0 2 - n ( m g l ) n 0 3 - n ( m g l ) 溶解氧 p h 值 温度 生物相 重铬酸钾法 钠氏试剂分光光度法 n ( 1 荼基卜乙二二胺分光光度法 酚二磺酸分光光度法 溶解氧分析仪( 直读法) 精密酸度计( 直读法) 溶解氧分析仪( 直读法) 光学显微镜下观察 试验所用的主要仪器和设备见表2 2 。分析项目和测试方法见表2 3 ，试验中所采用 的分析方法主要参照水和废水监测分析方法( 第四版) 。 1 2 长安人学硕十学位论文 2 3 试验用水 试验废水采用人工模拟生活污水的配水方式，并根据试验需要调节某些组分的含 量。配水组成见表2 4 ，c o d 是由可溶性淀粉和工业葡萄糖生成的，氨氮是由碳酸氢铵 提供的，磷是由磷酸二氢钾产生的，碳酸氢钠调节p h 值。 表2 4 人工模拟生活废水配水组分构成 附注1 ：以上配水为其中一个负荷下配水所需药品量，根据不同情况需要增减药品数量。 2 4 试验进度 试验从2 0 0 8 年1 1 月l 号正式开始，到2 0 0 9 年6 月2 5 号结束，中间有个春节，共 历时1 8 4 天。试验包括四个阶段。 表2 5 试验进度安排 第三章接触氧化工艺的挂膜启动 第三章接触氧化工艺的挂膜启动 反应器的启动是指新建的系统以未驯化的污泥接种挂膜或用原水直接挂膜，使反应 器达到设计负荷和有机物去除率的过程。因为湿污泥接种挂膜和自然挂膜启动阶段是在 冬季，温度较低，对硝化菌的生长有很大的影响，所以以c o d 的处理效果稳定( 出水 水质稳定) 是反应器启动的目标和启动成功的标志。 3 1 湿污泥接种挂膜的启动 挂膜的方法较多，其中接种挂膜法启动的时间较短，是常用的挂膜方法，采用此法， 可以缩短挂膜时间。 本试验的接种污泥采用邓家村污水处理厂的好氧池污泥，好氧池污泥经五次沉淀然 后倒出上清液，取其沉淀后的污泥作菌种来培养，镜检发现接种污泥中有活性较好的草 履虫、线虫还有少数的轮虫。根据本试验的运行经验，挂膜启动分为三个阶段进行： 闷曝阶段2 0 0 8 年1 1 月l 号到邓家村的好氧池取得接种污泥，取回来以后放到桶 里，然后进行曝气，闷曝了两天半，静沉后排出上清液中的污水，以排出微生物代谢的 部分产物。因为本试验不考虑污泥浓度的影响，所以将闷曝后的污泥加入到已经挂上填 料的接触氧化池的三分之一。 低流速进水阶段将接种污泥加入氧化池以后，开始小流量进水，此时进的水为邓