（市政工程专业论文）沙湖污水处理厂脱水车间生物塔除臭生产性试验研究.pdf

捅要 随着人们生活水平的提高，人们对环境质量的要求越来越高，对恶臭问题也 更加敏感，同时恶臭污染随着现代工业化和城市化的进程，特别是污水处理行业 的发展而不断加剧，因此关于恶臭的研究和治理已成为紧迫的课题。污水处理厂 污泥脱水车间恶臭的主要成分是n h 3 、h 2 s 和甲硫醇等有机气体。由于生物法净 化恶臭具有设备简单、能耗低、产生二次污染的可能性小等优点，已成为国内外 恶臭防治研究与应用中的主流方法，但是国内一般主要是针对恶臭气体进行的实 验室模型研究，由于将模型研究的成果应用于实际工程中时，存在边界效应、恶 臭源浓度相对不高、恶臭气体量大和环境状况复杂多变等影响因素，使得在工程 放大应用中产生很大的偏差，针对污水处理厂实际恶臭气体的生产性研究报道更 是很少。本研究正是在此背景下进行生物塔过滤法去除n h 3 和h 2 s 的生产性试 验研究。主要研究内容如下： 1 结合课题组前期模型研究成果进行生物塔填料加工和装填等方式的优选， 进行生物塔挂膜驯化及成膜后对原臭气的处理效果试验研究； 2 分别进行生物塔单独去除n h 3 和h 2 s 的生产性试验研究； 3 进行生物塔去除n h 3 和h 2 s 混合气体的生产性试验研究及能耗评价。 主要结论如下： 1 以木炭、树皮、木块、刨花、木屑和贝壳的混合物作为生物塔的填料，以 污水处理厂a 2 o 池的活性污泥为接种微生物，采用壹接挂膜驯化法，经过2 6 天的驯化即可达到理想的处理目标。成膜后，对污泥脱水车间原恶臭进行的试验 研究表明，生物塔对n h 3 、h 2 s 和甲硫醇均有较好的去除效果。生物塔对n h 3 的去除率最高可达8 3 1 4 ，平均去除率为5 6 3 7 ；生物塔对h 2 s 的去除效果更 佳，去除率最高可达1 0 0 ，平均去除率为9 9 8 3 ；生物塔对甲硫醇的去除率最 高可达6 1 2 2 ，平均去除率为3 9 8 3 。 2 在生物塔单独去除n h 3 试验中，当q = l o o o m 3 h ( 空塔停留时间t = 1 6 2 s ) ， 进气n h 3 浓度在o 1 2 7 - 1 6 6 5 5 m g m 3 时，经过生物塔处理后，出气浓度在0 0 8 2 - 0 8 4 9 m g m 3 范围内，均小于国家一级排放标准值1 o m g m 3 ；平均去除率达到 9 5 0 5 ，最高去除率可达9 9 5 9 ：生物塔的平均去除速率( 体积去除负荷) 为 1 8 3 1 9 ( m 3 填料h ) ，最高可达3 6 1 0 9 ( m 3 填料h ) 。当q = 1 2 5 0 m 3 h ( 空塔停留 时间t = 1 2 9 6 s ) ，进气浓度为9 8 6 9 - - - 1 7 0 2 3 m g m 3 时，经过生物塔处理后，出气 浓度在0 5 9 6 - - 3 0 9 5 m g m 3 范围内，平均去除率达到8 5 5 4 ，最高去除率可达 9 3 9 6 ：生物塔的平均去除速率为3 2 7 0 9 ( m 3 填料h ) ，最高可达3 9 2 4 9 ( m 3 填料h ) 。 3 在生物塔单独去除h 2 s 试验中，当q = 1 0 0 0 ( 停留时间t = 1 6 2 s ) 和1 2 5 0 m 3 h a ( 停留时间t = 1 2 9 6 s ) ，生物塔进气浓度为1 8 7 6 - - 3 4 7 0 5 m g m 3 范围时，生物塔 的去除率保持在9 9 9 2 以上，大部分去除率为1 0 0 ，最大出气浓度为 0 0 1 7 m g m 3 ，平均出气浓度为0 0 0 1 r n g m 3 ，远小于国家一级排放标准值 0 0 3 m g m 3 。 4 生物塔去除n h 3 和h 2 s 混合气体正交试验结果表明：生物塔对n h 3 和h 2 s 混合气体的去除效果能达到较高的水平，进风量和进气浓度对生物塔的去除效果 影响较大，喷淋量的影响相对较小。最佳工况均为：q = 1 5 0 0 m 3 i l ，n h 3 的进气 浓度c i - - 5 m g m 3 ，h 2 s 的进气浓度c i = 3 0 m g m 3 ，喷淋量q = 3 0 l m i n ( 对n h 3 ) ， q = 2 0 l _ m i n ( 对h z s ) o 关键词：恶臭，n h 3 ，h 2 s ，生物塔过滤，生产性试验研究 h a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fp e o p l e sl i v e s ，t h e yd e m a n dh i g h e rq u a l i t y f o rt h e e n v i r o n m e n ta n db e c o m em o r ea n dm o r es e n s i t i v et ot h ei s s u eo fo d o r w h i l eo d o r p o l l u t i o ni sg r o w i n g a sm o d e mi n d u s t r i a l i z a t i o na n du r b a n i z a t i o np r o c e s si nt h es 锄e t i m e ，i np a r t i c u l a rt h ed e v e l o p m e n to fs e w a g et r e a t m e n tf i e l d s ot h eo d o rt r e a t m e n t s t u d vh a sb e c o m ea nu r g e n ts u b j e c t t h em a i nc o n s t i t u e n to f t h eo d o ri sn f l 3 ，h 2 sa n d t h em e t h y lm e r c a p t a n ，t h eo r g a n i cg a sa n ds oo ni ns l u d g ed e w a t e r i n gs h o pi ns e w a g e t r e a t m e n tp l a n t a st h eb i o l o g i c a l m e t h o dh a st h em e r i t sw h i c ht h ee q u i p m e n tl s s i m p l e ，t h ee n e r g yc o n s u m p t i o n i sl o w , t h ep o s s i b i l i t yo fp r o d u c i n gn e wp o l l u t e st ob e s m a ua i l ds oo n ，t h em e t h o dh a sb e c o m em a i n s t r e a m o fo d o r sp r e v e n t i n ga n d a p p l i c a t i o nr e s e g t r c hi nt h ed o m e s t i ca n df o r e i g n b u td o m e s t i cs t u d i e sg e n e r a l l yo n l y a r ea g a i n s tt h el a b o r a t o r yo rm o d e ls c a l e ，b e c a u s et h ef a c t o r s o fb o r d o re f f e c t ，t h e o d o fs o u 儆d e n s i t yi sn o th i g hr e l a t i v e l ya n dt h eo d o ri sm a d t h el a r g ea m o u n to f s p a c eo c c u p i e da n dt h ee n v i r o n m e n tc o n d i t i o ni sc 。o m p l e xa n ds oo n ，s h o wt h ev e r y l a r g ed e v i a t i o ni np r o j e c te n l a r g e m e n ta p p l i c a t i o n w h e na p p l i e st h em o d e ls t u d y a c h i e v e m e n tt ot h ea c t u a lp r o j e c t a n dt h er e p o r t o ff u l l 。s c a l ee x p e r i m e n to fo d o r t r e a t m e n ti nt h es e w a g et r e a t m e n tp l a n ti sv e r yf e w t h i se x p e r i m e n ti sp r e c i s e l y1 n v i e wo ft h i sk i n do fp r e s e n ts i t u a t i o n ，e a r r i n go nt h ef u l l 。s c a l ee x p e r i m e n t t ot r e a t m e n t t h eo d o ro fn h 3a n dh 2 sb yb i o f i l t e r w eh a dm a i n l yc a r r i e do nt h eb e l o w r e s e a r c h w o r k ： 1 c o m b i n i n gw i t hs u b j e c ts t u d y t e a mp r e l i m i n a r ym o d e ls t u d ya c h i e v e m e n t w e c a r r i e ：do nt h ec h o i c eo fm e d i u m ，t h ep r o c e s s i n ga n dt h ef i l l i n ga n ds oo n ，a n d c a r r i e d o nf i l mf o 肌a t i o n 卸da c c l i m a t i n ga b o u tb i o - f i l t e r , a n dt h e ns t u d ya b o u t t h er e m o v a l o fo r i g i n a lo d o ro ft h ed e w a t e r i n gs h o pa f t e rt h es u c c e s s o fa c c l i m a t i o n ； 2 s e p a r a t e l vc a r r i e do nf u l l s c a l ee x p e r i m e n tt or e m o v eo fn h 3 a n dh 2 sw i t h t h eb i o f i l t e ra l o n e ； 3 c a l l r i e do nf u l l s c a l ee x p e r i m e n tt or e m o v eo fn h 3 a n dh 2 sm i x t u r eo d o ra n d a n a l y s e dt h ee n e r g yc o n s u m p t i o n t h ef o u o w i n gm a i nc o n c l u s i o n sh a v eb e e no b t a i n e d ： 1 t a k e nt h ec h a r c o a l ，t h eb a r k ，t h el o g ，d i gt h ef l o w e r e d ，t h es a w d u s ta n dt h e s h e l lm i x t u r ea st h em e d i u mo ft h eb i o f i l t e r , t a k e na c t i v e ds l u d g ef r o mt h ea - ot a n k i ns e w a g et r e a t m e n tp l a n ta st h eo r i g i n a lm i c r o o r g a n i s m ，u s e dt h em e t h o do fd i r e c t 1 1 1 f i l mf o r m a t i o na n da c c l i m a t i o n ，a n dr e a c h e dt oi d e a lg o a la f t e r2 6d a y s t h e n ，t h es t u d y t ot r e a t m e n to fo r i g i n a lo d o ro ft h es l u d g ed e w a t e r i n gs h o pt oi n d i c a t et h a t ，t h e b i o f i l t e rs h a r e sg o o dr e m o v a le f f e c tt on h 3 ，h 2 sa n dt h em e t h y lm e r c a p t a n t h e r e m o v a lo fn h 3c a nr e a c ht o 8 3 1 4 ，a v e r a g er e m o v a li s5 6 3 7 ；t h er e m o v a lo f h z si sh i g h e r , c a nr e a c ht o1 0 0 ，a v e r a g er e m o v a li s9 9 8 3 ；t h er e m o v a lo ft h e m e t h y lm e r c a p t a nc a l lr e a c ht o6 1 2 2 ，a v e r a g er e m o v a li s3 9 8 3 2 t h er e s u l t so fr e m o v a la l o n en h 3w i t hb i o f i l t e ra sf o l l o w s ，w h e n q = 1 0 0 0 m h ( r e s i d e n tt i m et - - 1 6 2 s ) ，t h ei n l e tc o n c e n t r a t i o ni sb e t w e e n0 1 2 7a n d 1 6 6 5 5 m g m 1 ，t h eo u t l e tc o n c e n t r a t i o n i sb e c o m eb e t w e e n0 0 8 2a n do 8 4 9 m g m 3 ，a n d l o w e rt h a nn a t i o n a ll e v e lo fd i s c h a r g es t a n d a r dv a l u eo f1 0 m g m 3 t h ea v e r a g e r e m o v a lr e a c ht o9 5 0 5 ，t h eh i g h e s tr e m o v a lc a nr e a c ht o9 9 5 9 t h eb i o f i l t e r s a v e r a g er e m o v a lr a t e ( r e m o v el o a do fv o l u m e ) i s1 8 31 9 ( m 3 f i l t e r - h ) ，t h eh i g h e s tc a n r e a c ht o3 6 1 0 9 ( m 3 f i l t e r h ) w h e nq = 1 2 5 0 m 3 h ( r e s i d e n tt i m et = 1 2 9 6 s ) ，t h ei n l e t c o n c e n t r a t i o ni sb e t w e e n9 8 6 9a n d1 7 0 2 3 m g m 3 ，t h eo u t l e td e n s i t yb e c o m eb e t w e e n 0 2 9 6a n d3 0 9 5 m g m j n ea v e r a g er e m o v a lr e a c ht o8 5 5 4 ，t h eh i g h e s tr e m o v a l g u nr e a c ht o9 3 9 6 t h eb i o f i l t e r sa v e r a g er e m o v a lr a t e ( r e m o v el o a do fv o l u m e ) 一 一 i s3 2 7 0 9 ( m 3 f i l t e r h ) ；t h eh i g h e s tc a nr e a c ht o3 9 2 4 9 ( m 3 f i l t e r h ) 3 n er e s u l t so fr e m o v a la l o n eh 2 sw i t hb i o - f i l t e rs e s u l t sa sf o l l o w s ，w h e n a = 1 0 0 0 m ( r e s i d e n tt i m et = 1 6 2 s ) a n d1 2 5 0 m 3 h ( r e s i d e n tt i m et = 1 2 9 6 s ) ，t h ei n l e t c o n c e n t r a t i o ni sb e t w e e n1 8 7 6a n d3 4 7 0 5 m g m 3 ，t h er e m o v a lm a i n t a i na b o v e 9 9 9 2 ，t h em a j o r i t yr e m o v a li s1 0 0 ，t h eh i g h e s to u t l e td e n s i t yi s0 0 1 7 m g m j ，t h e e q u a ld e n s i t yi so 0 0 1 m g m ，f a rl o w e rt h a nt h en a t i o n a ll e v e lo fd i s c h a r g es t a n d a r d v a l u e0 0 3 m g m 3 4 t h eb i o f i l t e ro w ng o o dr e m o v a le f f e c ta b o u tt h em i x t u r eo fn h 3a n dh 2 si n t h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n ts t u d yt ot r e a t m e n tt h et w ok i n d so fo d o rm a t e r t h et w o f a c t o r so fqa n dc i m a ya f f e c tt h eo d o rr e m o v a lo fb i o f i l t e rm a i n l y , t h e nt h e i n f l u e n c eo fqt ob es m a l l e r w eo b t a i n e dt h eo p t i m u mc o n d i t i o ns i m u l t a n e o u s l ya s f o l l o w s ，ae q u a l1 5 0 0 m 3 h ，t h ei n l e tc o n c e n t r a t i o ni so fn h 3e q u a l5m g m ，t h ei n l e t c o n c e n t r a t i o no fh 2 se q u a l3 0m g m j ，a n ds p r a yv a l u ee q u a l3 0 l m i nt on h 3 ，s p r a y v a l u ee q u a l2 0 i m i nt oh 2 s k e yw o r d s ：o d o r , a m m o n i a ，s u l f i d e ，b i o - f i l t e r , f u l l s c a l ee x p e r i m e n t a ls t u d y i v 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 签名：二纽导师签名： 日期：型：至望 武汉理t 大学硕士学位论文 1 1 恶臭污染概述 第1 章绪论 恶臭污染是指大气、水体、废弃物等物质中含有的、具有能够引起人体厌恶 或不愉快气味的挥发性物质通过空气介质，作用于人的嗅觉器官而被感知的一种 感知( 嗅觉) 污梨。恶臭污染的危害体现在两个方面：一方面它会使人们精神 不愉快，烦躁不安，而且造成人们食欲不振、呕吐、头晕、头疼、视觉模糊，更 有甚者，高浓度的恶臭还可使接触者发生肺水肿，甚至窒息死亡。另一方面，由 于恶臭物质的影响干扰了人们正常的生产、生活，使工作效率降低，从而导致社 会经济状态恶化1 2 j 。在生活区，恶臭影响人们的生活质量，严重影响人们的身体 状况甚至引起疾病等；在商业区由于恶臭的影响使购买力降低；在旅游区由于旅 游环境被恶臭污染，地域评价受到损害，经济利益受到影响；恶臭污染还会造成 该地区投资减少，使地域性经济发展受到抑制，并损害地区的整体形象。这些现 象在我国污水处理行业高速发展的期间尤为明显。在我国，人们对恶臭污染的投 诉占整个环境污染投诉的2 5 以上，仅次于噪声，位于第二位。目前，恶臭已成 为世界公认的七大公害之一( 大气污染、水质污染、土壤污染、噪声、振动、土 地下沉、恶臭) 1 2 - 4 j 。 随着经济全球化和城市化进程的加快，生态环境在城市经济社会发展中的地 位和作用日益凸现，良好和谐的环境已成为一个城市参与国际竞争的重要力量， 成为一个城市的国际形象的主导因素之一。鉴于恶臭污染的公害性，恶臭污染防 治的研究日益活跃。同时，随着工业化和城市化的进程的不断加快，以及国家绿 色g d p 概念的不断深入，城市污水处理进入空前的加速发展时期。与此同时在 污水处理和污泥处理过程中产生的恶臭污染也日益严重，在当前城市地价快速上 涨的形势下，污水处理厂的恶臭污染治理问题已成为紧迫的研究课题【5 1 。 1 1 1 污水处理厂恶臭污染调查 污水在污水厂的各个处理单元都会产生臭味，如进水格栅、曝气沉砂池、曝 气池、污泥浓缩池及贮泥池等工序，但进水部分( 格栅间) 和污泥处理部分( 贮 泥池、脱水机房) 的恶臭尤为严重1 6 - 9 。例如，在进水格栅处，由于栅渣中的有 机成份高达8 5 ，即使很少的栅渣腐烂，也能在较大空问内产生强烈的恶臭。这 主要是由于污水在长途输送过程中腐化，产生的硫化氢和氨气、甲硫醇等恶臭气 体，在污水输送处理中，经过长距离的管网输送，进入泵站、粗格栅、细格栅等 武汉理t 大学硕十学位论文 构筑物，由于水流湍动剧烈，使其从污水中散逸出来。当污水进入沉淀单元时， 恶臭在初沉池的进水廊道、出水廊道等水流湍动处也会产生。由于初沉池的水流 主体是相当平稳的，仅有少量的恶臭排放，但污水处理厂经常在低于设计流量下 运行，污泥在初沉池泥斗停留时间过长，从而导致硫化物的产生而影响其它处理 单元。生化处理单元的曝气过程常常伴随着恶臭问题，这一阶段产生的恶臭强度 虽然比前两阶段弱，但如果曝气不足，在流量过高时就会出现厌氧区而产生h 2 s 、 n h 3 和硫醇等恶臭气体【1 0 】。在污泥处理阶段，由于污泥中污染物浓度大，产生的 恶臭强度也非常大。进行污泥浓缩、脱水处置时，使用压滤和化学絮凝剂都可能 引起湍动并释放恶臭气体，使用带式压滤机和重力压滤机时尤为突出，这也是国 内污水处理厂普遍面临的问题【l 。 国内外已经对污水处理厂的恶臭散发规律进行了二些调查研究。德国工程师 协会曾对污水处理厂各个部分的气味扩散情况进行调查，各种构筑物的气味情况 如表1 - 1 所示i l 到。 表1 1 城市污水处理厂污水处理部分和污泥处理部分的气味值和波动范围 处理场工序部位 气味值 波动范围 进水 4 52 5 8 0 格栅 8 53 2 1 3 6 曝气沉砂池 6 03 0 9 0 高负荷曝气池 6 03 3 8 4 一般负荷曝气池 5 02 1 1 0 1 延时曝气法曝气池 3 0 1 0 4 3 初级沉淀池5 5 2 9 8 4 中间沉淀池 3 0 2 3 3 1 二级沉淀池 3 0 1 2 5 0 初污泥提升 8 5 7 4 一- , 1 0 5 二级污泥沉淀池污泥提升4 52 6 8 2 生物泥存放 2 0 0 3 0 8 0 0 消化污泥存放 8 0 3 5 2 4 0 机械污泥脱水室 4 0 0 5 0 - 7 7 0 污泥脱水滤液3 3 0 0 9 5 5 0 0 7 1 0 0 0 ( 在污泥 热预处理污泥 浓缩池内测得) 2 武汉理j r 大学硕+ 学位论文 1 9 8 8 年，f r e c h e n l l 3 】曾对德国1 0 0 家污水厂的臭气源进行调查，结果如图1 1 ( 在确定的处理流程中以各处理设施产生臭气的百分比比较) 。结果显示臭气问 题较严重的区域是迸水区域和污泥处理区域。 ! 1 7 7 甬一门广1 闩一一瞻 污格 曝 初滴 曝二。污污 其 水 栅气 沉滤气 沉泥泥它 聂沉池池池池浓脱 站淀绢水 池。池 图1 - 11 9 9 8 年德国1 0 0 个污水处理厂臭气污染源的调查情况 天津大学的郭静、梁娟【7 1 【1 1 l 等对天津市纪庄子污水处理厂、邯郸市污水处理 厂和高碑店污水处理厂等国内污水处理厂调查的结果如表1 2 、表1 3 和表1 4 所示。并且研究得出： ( 1 ) 污水处理厂恶臭发生源主要有储泥池、污泥浓缩池、污泥脱水机房以 及曝气池和格栅井处。 ( 2 ) 污水处理厂臭气中的主要成分是硫化氢、氨和甲硫醇( 均系我国恶 臭污染物排放标准所涉及的污染物) ，其实际测定值超出了标准中的浓度限值， 已构成了臭气控制对象。 ( 3 ) 臭气浓度随扩散距离的增大而衰减，l o o m 外的影响明显减弱，距恶臭 源3 0 0 m 基本无影响。 ( 4 ) 不同的污水处理工艺产生的臭气强度有所不同，长污泥龄污水处理工 艺( 如氧化沟) 所产生的臭气浓度低于短污泥龄处理工艺( 如曝气池) 。 许多学者研究得出污水处理厂产生的恶臭气体与污水来源有关，并且主要以 硫化氢、甲硫醇、氨、甲硫醚、二甲基二硫、三甲胺等六种气体为主。大量的调 查结果表明，污水处理厂的恶臭物质主要是氨、硫化氢、甲硫醇等1 1 3 j ，如表1 5 所示。 武汉理t 大学硕十学位论文 表1 2 天津市纪庄子污水处理厂恶臭污染物监测结果 n h 3 h s甲硫醇臭气 源点 ( m g m 3 )( m g m 3 )( m g m 3 ) 浓度 普通曝气池 0 4 7 90 2 2 2o 0 8 45 7 0 储泥池 0 3 1 2 3 0 9 5 q 3 蜗6 5 0 0 脱水机房0 4 ，7 55 2 7 2o 4 9 52 ( ) 0 0 0 初沉池 4 70 4 5 下风向5 0 m 处 4 10 3 0 下风向1 0 0 m 处 3 50 0 7 下风向1 5 0 m 处 2 60 0 5 表1 3 邯郸市东郊污水处理厂恶臭监测结果 氧化沟 氧化沟格栅池厂界外 源点 格栅沉淀池浓缩池 入口 出口r 界1 0 m 处 臭气浓度 7 6 0 1 1 07 6 0 1 2 0 01 1 0 02 8 11 5 表1 4 高碑店污水处理厂恶臭监测结果 污泥污泥脱水脱水车间脱水车间外r 界 源点 浓缩池车间外5 0 m 处 1 0 0 m 处外 臭气浓度 4 31 7 36 51 5 二i h ，气膜阻力善可以忽略，总阻力主要决定于菠膜阻力， 琏= 吒，式( 2 9 ) 右边变成既够一以) ，这种情况称为液膜控制，即水膜阻 力控制了整个传质过程；同理，对溶解度极大的气体，即h 很大，( 2 1 5 ) 式中 气膜的阻力项古 面1 i ，液族阻力壶可以忽略，总阻力主要决定于气膜阻力， 磁= 七g ，式( 2 - 8 ) 右边变成( 只一p + ) ，这种情况称为气膜阻力控制了整个 传质过程。例如h 2 s 气体从气相传递到液相的传质过程属于气膜控制过程。这 表明，通过增大恶臭气体进气的紊流度，对于改善h 2 s 气体的气液传质过程是 有利的。 2 5 2 滴滤塔生物降解模型 生物滴滤塔模型如图2 8 所示，水膜沿填料表面的生物膜向下流动。水膜厚 6 ，生物膜厚三。水膜在z - - 0 处的底物浓度为c i ；它是与气相浓度c 。相平衡的液 相浓度，g = 瓦c 。，其中为气相与液固相的浓度平衡常数。在流动过程中， 向生物膜传递的底物通量为。因此，在水膜和生物膜中都存在底物浓度c 的 梯度。 由底物浓度分布曲线可以看出，底物浓度随高度z 的增加而减少，在水膜与 生物膜交界面处的底物浓度c 也是随高度变化的，它所对应的通量为+ ，出 口处( z = h ) 、底物浓度为c ，。 生物膜内的微生物是以微生物集团形式存在，微生物问为胞间凝胶，如果它 在膜内是均匀分布，那么就可把微生物集团看作类似于一个随机填料塔的构造。 武汉理工大学硕士学位论文 为推导微生物降解集团模型，假定系统是稳定的，即不随时间而变化；微生物细 胞的功能也是稳定的；在集团整体中，菌龄分布及其生物特征也是稳定的。 n 批， l -_ 0 一一 填 熹 影。 一 心+ 6 ( c 料 水 c i 斟 表 生 灌 i 体 “ 面 物 膜 图2 - 8 生物滴滤塔降解模型 根据以上假设，将膜按单向底物扩散过程处理，底物在爹向扩散，稳态时， 微元d x d y d z 的物料衡算方程为： ( ，+ a y ) d x d z + r ( a d x d y d z ) 一n 一) ，d x d z ( 2 1 6 ) 整理得： n _ y _ 毋- n _ y + ，口：o ，即望翌+ 口r 。0 ( 2 - 1 7 ) 由的 。 式中：r 一出咖出体积内微生物单位表面面积去除底物的速度5 a 一单位体积中所含活性生物的总表面积。 生物膜内底物的横向通量按费克定律确定，并代入式( 2 1 7 ) 得： 见萨d 2 c r 口= o ( 2 1 8 ) 式中：见一膜扩散系数。 f 用米门公式表达，= a c ( k + c ) ( 其中口，k 通过米- 门实验求得) ，代入式 ( 2 1 8 ) 得： 见矿dz c 一而t t a c = o ( 2 - 1 9 ) 边界条件：彰- o 时，c = c 宰；爹= 三时，譬；0 。 缈 恶臭气体在液膜内的传梯模型： 模型假定：整个系统为稳态；水膜内无纵向混合，且无化学反应；底物的纵 向通量n ，= i c ；气水交界面营养物传递无限制：在进口z ；0 处不存在底物的浓 3 5 武汉理工大学硕十学位论文 度梯度：水膜内的流速分布服从层流分布；底物的横向通量按费克公式计算。t i n 【1 - 学】卟咧争 微元a r a v a z 内的物料衡算方程： c ( c + 喜& ) 呻妣i - 。( a c 0 2 ca y ) a x a z 一卜丝o y 缸& ) 简化黼讪一学m 舢拳叶一学悟协2 。) 初始条件：c l y ，0 ；c 。；k c | ； 边界条件：万o c l 缸一。 一d 兰l n ，一毫 砂一 滴滤塔降解恶臭气体模型的简化：前面所建立的恶臭气体降解模型涉及参数 过多，计算复杂，与用于实际滴滤塔设计仍有较大距离。为此，可对模型进行简 化，确定模型有关参数，以指导设计工作。设填料高度为日，气体流量为q ， 液体流量为歹，入口恶臭气体气相浓度为气，液相浓度为c i g ，出口恶臭气体气 相浓度为c 妇，液相浓度为c 如，滤塔润周长度为，生物膜厚度为三，水膜厚度 6 。毛为滴滤塔中液固相和气相有机物的浓度分配系数，传质通量为单向传 递。则： 。e 车e a a l c *( 2 2 1 ) k + c 式中：n 宰无扩散阻力时，单位时间内，面积l m 2 、厚度l 的体积中所 含微生物的总表面积上所消耗的底物量； e 有效系数即有传质阻力与没有传质阻力条件下的速率之比。 假设稳态时滤塔中膜的厚度不变，细菌在膜内分布均匀，微生物总表面积口 与米门常数口的乘积应为一常数，以七。代替。当c = 0 时，e = o 。在试验范围内， e 正比于e + ，并e - f c ，代入式( 2 2 1 ) 得： ；蝉 k + c 1 建立z 微元内滴滤塔稳定运行条件下物料衡算方程： cz 七j c z n w = q c ，。缸j cz 。、z ( 2 2 2 ) ( 2 2 3 ) 武汉理r t 大学硕+ 学位论文 整理得： c z ；k c 2 c z + 缸= k c ：+ 缸 c z k cz n w 。- 一= 一。一 z q + j k h ( 2 2 4 ) 将式( 2 2 2 ) 代入式( 2 2 4 ) ，令z 趋于零并省略下标得： 生。一 !坐! 坠： ( 2 , - 2 5 )一i t1j d z q + j k h k + c 鼻 将c 事一k h c 代入式( 2 - 2 5 ) ，并积分得滴滤塔降解恶臭气体的简化模型： 号。k 古) _ 鲁嚣 协2 6 ) 低浓度时，k 远远小于k 。c ，则得滴滤塔降解恶臭气体的近似模型： 矿乱x e x p 【一鬻】 3 7 ( 2 2 7 ) 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章生物塔挂n - 马i 化生产性试验研究及 成膜净化效果研究 3 1 生物除臭试验装置、材料和试验方法 3 1 1 生物除臭试验装置 由于本课题组前期进行过模型试验研究，因此本生产性试验研究基于前期模 型试验研究成果，契合脱水车间的除臭工程而进行。该工程处理两套带式压滤机 散发出的恶臭气体，采用生物塔进行除臭，工艺如图3 1 所示。根据压滤机的实 际操作运行要求，对两个车间的压滤设备分别进行密封，密封间采用不锈钢框架 结构，并安装玻璃型材；密封间均设置抽风管，由风机统一抽送到除臭装置进行 处理。设计处理气量3 0 0 0 0 m 3 d ，换气次数按6 4 次d , 时计。密封间尺寸：1 号： 7 2 0 r e x 4 5 6 m x 3 1 5 m ，2 号：4 5 1 m x 4 2 5 m x 3 1 5 m ，加上密封间上部拱状空间结 构，两个密封间的总容积为1 9 5 4 9 m 3 。 注：1 风机2 闸阀3 布气管4 混合填料5 喷淋泵 6 喷头7 排放口8 放空管9 采样口 图3 1 沙湖污水处理厂脱水车间生物除臭工艺流程图 除臭装置主体生物塔采用l c m 钢板借助不锈钢螺钉组装而成，生物过滤塔 分两层，单层高1 2 m ，横截面尺寸为1 5 m x l 5 m ，塔底留有0 6 m 的高度以便存 留生物塔循环喷淋液和设置布气管，塔上部有o 6 m 的高度以设置喷淋系统，处 理后的出气由生物塔顶端排出。该除臭工艺系统设计参数如表3 - 1 所示。 武汉理一 大学硕士学位论文 表3 - 1 脱水车间除臭工程设计参数 项次设计风量 设计换气空间设计换气次数 设计空塔停留时间 参数取值3 珏m 3 d 1 9 5 4 9 m 36 41 2 9 6 s 项次设计空塔气速设计喷淋强度 生物塔平面尺寸 单层生物塔高 参数取值 o 1 5 m s0 9 m 3 h1 5m x l 5 m1 2 m 项次生物塔体总高观察孔尺寸填料层高 参数取值3 6 m d = 6 0 0 r a m1 0 m 3 1 2 试验材料和试验方法 。( 1 ) 试验材料 生物塔内装填两层填料，单层高h - - 1 o m ，截面尺寸为1 5 m x l 5 m ，两层填 料总体积为4 5 m 3 ：根据除臭填料选择的原则并结合本课题组前期的模型试验研 究成果，借鉴p b a l t r e n a s 6 1 】的研究成果，优选混合填料的成分为：木炭、树皮、 木块、刨花、木屑和贝壳。按照可生化填料：不可生化填料约为1 ：1 进行配比。采 用的填料成分及配比如表3 2 所示。为避免填料在运行过程中的塌陷，独创性的 采取先用竹筐分装后再堆装到生物塔内，这样能够很好的避免一般装填形式中填 料层的塌陷压实等弊端，并且这种装填形式能够延长生物填料的寿命，同时由于 竹筐也是天然有机材料并且无生物毒害性，因此对整个生物塔的运行并不增加负 面影响，在以后的更换填料中也比较方便。 表3 2 生物塔混合填料的成分、尺寸及配比 填料成分木炭树皮木块 刨花 木屑贝壳 占总成分的比例( ) 4 03 51 5552 加工尺寸( 伽) 1 - - 41 - 41 41 20 5 1 5o 2 1 ( 2 ) 试验仪器设备及药剂 试验中采用的主要仪器设备和药剂分别如表3 3 和表3 4 所示。 3 9 武汉理_ 大学硕士学位论文 表3 3 本阶段试验及后续试验中主要的仪器设备 序号 名称生产厂家 1 7 2 2 光栅分光光度计 上海第三分析仪器有限公司 2 c d 2 a 大气采样器北京检测_ 起有限公司 3 应用2 0 2 0 空气采样器青岛崂山应用技术研究所 4 c e m 温湿度计深圳华盛昌机械实业有限公司 5 p h s 一2 c 数字式酸度计 上海理达仪器厂 6 高纯n 2 7 n h 3 武汉明辉科技有限公司 8 h 2 s北京马尔蒂科技有限公司 9 减压器上海减压器厂 1 0转子流量计余姚市银环流量计仪表有限公司 表3 4 本阶段试验及后续试验中使用的主要药剂 葡萄糖。 k 2 h p 0 4 3 h 2 0 尿素 。n a o n 硫酸 h g c l 2 k i k n a c 4 h 6 0 6 4 h 2 0 h c ln h d a c d s 0 4 8 h 2 0聚乙烯醇磷酸铵 f e 0 3 6 h 2 0( n h 4 ) 2 嘞n a s 2 0 3 5 h 2 01 2 淀粉乙酸锌n h 2 c e 地n ( c h 3 ) 2 2 h c in a s 9 h 2 0 醋酸汞甲硫醇铅对氨基一n n 二甲苯胺磷酸 乙酸k 2 c r 2 0 rk 4b a c l 2 2 h 2 0 ( 1 + 1 ) 氨水无水n a s 0 4 k 2 5 2 0 8烈伤 a 1 ( 0 h ) 3z n s 0 4 c d a i o 树脂甲醇 氨基磺酸对一氨基苯胺磺酰胺 c l o h 7 n h c 2 h 4 n h 2 2 h c i n a n 0 2 k m n 0 4n a 2 c 2 0 4 k 舢( s 0 4 ) 2 1 2 h 2 0 ( 3 ) 试验中主要测定指标及方法 结合各个阶段的重点试验，分别有不同的主要指标，本阶段试验中主要的试 验指标和测定方法如表3 5 所示【6 2 】【矧。 武汉理= 大学硕十学位论文 3 5 试验中主要测定指标及测定方法 序号 指标名称 测定方法 1生物塔循环喷淋液的c o d 重铬酸钾法 2 生物塔循环喷淋液的t n过硫酸钾氧化紫外分光光度法 3 生物塔循环喷淋液的t p钼锑抗分光光度法 4 生物塔进、出气中h 喝的浓度纳氏试剂分光光度法 5 生物塔进、出气中h 的浓度亚甲基蓝分光光度法 6 生物塔进、出气中甲硫醇的浓度对氨基二甲基苯胺比色法 ( 4 ) 除臭生物塔挂膜驯化试验方法 采用直接挂膜驯化法，具体过程如下： 1 ) 喷洒活性污泥 活性污泥取自a 2 o 池o 段的出水口，用潜水泵抽吸至装置旁的胶桶中，再 由装置本身配置的喷淋泵向生物填料喷淋。每天先连续喷淋1 2 小时，再停喷1 2 小时，持续四天。挂膜过程中2 4 小时连续通空气，以保持活性污泥的活性并增 强活性污泥趋附在填料表面的能力。塔内温度保持在3 0 左右。 2 ) 挂膜驯化 采用边加营养液边通臭气法驯化。加入c ：n ：p = 1 0 0 ：5 ：1 的营养液，以循环方 式向填料喷淋，以加快挂膜速度。每