（环境工程专业论文）物化—生化—消毒工艺处理疾病预防控制中心废水的研究.pdf

摘要 摘要 疾病预防控制中心排放的废水主要有实验室废水和生活污水。废水水质成 分复杂，排放周期不定，间断性强，排放水量也无规律性。除含有洗涤剂及常 用溶剂等有机物外，还可能含有较多的酸碱、有毒有害的有机物( - - 致物、酚和 环境激素类物质等) 、重金属或者致病微生物及新生物质。若不加以处理任其排 放必然会污染水源，传播疾病，对人体健康和生态环境造成危害。 本课题通过对景德镇疾病预防控制中心排水的跟踪分析，确定疾病预防控 制中心废水的处理方法。首先采用絮凝沉淀去除废水中的重金属，在单因素的 基础上通过正交实验确定了絮凝剂聚合氯化铝( p a c ) 和聚丙烯酰胺( p a m ) 复 配条件下的最优组合，p a c 为3 0 m g l ，p a m 为0 1 m g l ，并在工程上验证了在 最佳条件下的絮凝效果，结果表明p a c + p a m 复配絮凝剂对各重金属的去除率 都在9 0 以上，降低了废水对后续处理的毒害及对环境的危害。其次将通过絮 凝沉淀后的废水与生活污水汇合后进行生化处理，采用b i o f o r 曝气生物滤池 方法处理，研究了b i o f o r 曝气生物滤池的启动及工程运行情况，在半个月内 c o d 去除率稳定在9 0 左右，在一个月内氨氮去除率可达6 0 以上。最后经生 化处理后的水通过c 1 0 2 消毒排入水体，c 1 0 2 的投加量为1 5 m g l 时，废水中的 大肠菌群数为8 9 m p n l ，总余氯为6 9 m g l 。 絮凝沉淀+ b i o f o r 曝气生物滤池+ c 1 0 2 消毒工艺对景德镇疾病预防控制中 心废水处理能达到医院机构水污染物排放标准( g b l 8 4 6 6 2 0 0 5 ) 一级标准。 此套工艺简单高效，工艺运行成本较低，为1 1 6 元m 3 。 关键词：疾病预防控制中心废水；絮凝沉淀；曝气生物滤池；c 1 0 2 消毒 a b s t r a c t a bs t r a c t c e n t e r sf o rd i s e a s ep r e v e n t i o na n dc o n t r o lw a s t e w a t e rf r o mt h em a i nl a b o r a t o r y w a s t e w a t e ra n dd o m e s t i cs e w a g ec o m p o n e n t t h el a b o r a t o r yw a s t e w a t e rq u a l i t yi s v e r yc o m p l e x ，v o l a t i l ee m i s s i o n sc y c l e ，i n t e r m i t t e n ts t r o n g ，a n dn od i s c h a r g eo fw a t e r l a w s u c hw a s t e w a t e t rc o n t a i n sp o l l u t a n t st h em o r ec o m p l e xc o m p o n e n t s ，i na d d i t i o n t oc o n t a i n i n gd e t e r g e n ta n dc o m m o no r g a n i cs o l v e n t s ，i ta l s om a yc o n t a i nm o r ea c i d ， t o x i ca n dh a r m f u lo r g a n i s m s ( t h r e e l e t t e r , p h e n o la n de n v i r o n m e n t a lh o r m o n e s ，a n d o t h e rs u b s t a n c e s ) ，h e a v ym e t a l so rp a t h o g e n i cm i c r o - o r g a n i s m sa n dn e wm a t e r i a l i f a l l o w e dt ob ee m i s s i o ni ti sb o u n dt od e a l 谢t hw a t e rp o l l u t i o n ，t h es p r e a do ft h e d i s e a s et oh u m a nh e a l t ha n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n t t h i si s s u ei st h r o u g ha n a l y s i sa n dt r a c kt h ee m i s s i o no fj i n g d e z h e nc e n t e rf o r d i s e a s ep r e v e n t i o na n dc o n t r o l w a s t e w a t e r , o nt h i sb a s i s ，t od e t e r m i n et h e w a s t e w a t e rt r e a t m e n t f i r s to fa l l ，u s i n gf l o c c u l a t i o ns e d i m e n tr e m o v a lo fh e a v y m e t a l si nt h ew a s t ew a t e ri no n eo ft h ef a c t o r sb a s e do no r t h o g o n a li d e n t i f i e dc h l o r i d e f l o c c u l a n t ( p a c ) a n dp o l y a c r y l a m i d e ( p a m ) c o m p l e xu n d e rt h ec o n d i t i o n so ft h eb e s t c o m b i n a t i o n s ，p a cf o rt h e3 0 m g l ，p a mi so 1 m g l ，a n dw o r k so nt h ev e r i f i c a t i o n i no p t i m a lc o n d i t i o n s ，t h ee f f e c to ff l o c c u l a t i o n ，t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ep a c + p a m f l o c c u l a n tm i x e do nt h er e m o v a lo fh e a v ym e t a l si nm o r et h a n9 0 l o w e rf o l l o w - u p t od e a lw i t ht h ew a s t ew a t e ro ft h ep o i s o na n dh a r mt h ee n v i r o n m e n t t h i sw a s f o l l o w e db yf l o c c u l a t i o na n ds e d i m e n t a t i o na f t e rt h ew a s t ew a t e rs e w a g ea f t e rt h e c o n v e r g e n c eo fb i o l o g i c a la n dc h e m i c a lp r o c e s s i n g ，u s i n gb i o f o rb i o l o g i c a l a e r a t e df i l t e r s ( b a f ) a p p r o a c h ，s t u d yo nt h es t a r ta n do p e r a t i o no fb i o f o rb a f , w i t h i nh a l fam o n t hi nt h ec o dr e m o v a lr a t es t a b i l i z e da t9 0 ，w i t h i nam o n t h n i t r o g e nr e m o v a lr a t eo fu pt o6 0 f i n a l l y , a sb i o l o g i c a la n dc h e m i c a lt r e a t m e n to f w a t e rt h r o u g ht h ed i s i n f e c t i o nc 1 0 2i n t ot h ew a t e r , t h ed o s a g eo fc 1 0 2i s15 m g l ， t h ew a s t ew a t e rf o rc o l i f o r m8 9 m p n l ，t o t a lr e s i d u a lc h l o r i n ei s6 9 m g l t h r o u g ht h em e t h o d so ff l o c c u l a t i o np r e c i p i t a t i o n + b i o f o rb a f + c 1 0 2 d i s i n f e c t i o nd e a l 、衍t ht h ej i n g d e z h e nd i s e a s ep r e v e n t i o na n dc o n t r o lc e n t e r w a s t e w a t e r , t h eq u a l i t ) ，o fe m i s s i o n sw a t e rc a l la c h i e v et h e h o s p i t a lb o d yo fw a t e r i i a b s t r a c t p o l l u t a n td i s c h a r g es t a n d a r d s ”( g b 18 4 6 6 - 2 0 0 5 ) s t a n d a r dl e v e le m i s s i o ns t a n d a r d s t h i st e c h n o l o g yi sv e r ys i m p l ea n de f f i c i e n t ，t h ep r o c e s si sr u n n i n ga tl e s sc o s tt o1 16 y u a n m 3 k e yw o r d s ：c e n t e r sf o rd i s e a s ep r e v e n t i o na n dc o n t r o lw a s t e w a t e r ；f l o c c u l a t i o n p r e c i p i t a t i o n ；b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r s ( b a f ) ；c 1 0 2d i s i n f e c t i o n i i i 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位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。据我所知，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 为获得直昌太堂或其他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 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名( 手写) ：2 搭 签字日期：汐莎，年，蝴多日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解直昌太堂有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权直昌太堂可以将学位论文的全 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、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究 所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授蟓书) 一躲曼掳翩豁獬 o 签字日期：形年阴哆日签字目期：锡缉桫月莎；日 第1 章前言 第1 章前言 多年以来，曾经严重威胁人类生命的疟疾、霍乱、瘟疫等恶性疾病通过人 们的努力得到不断的减少、控制，但最近几年，禽流感、口蹄疫、疯牛病、艾 博拉病毒、艾滋病等疾病的出现和蔓延【l 】，尤其是2 0 0 3 年春爆发的“非典 ， “非典肆虐两个多月，共有5 0 0 多人死于这场灾难，不但影响了每个人的健 康和生活，甚至还影响了国家的g d p 、国际形象等，给国家以及世界带来的损 失无法计量，它再次向人们表明了疾病控制、生物安全的重要性【2 】。在此背景下， 我国投入大量资金加快公共卫生体系的建设，加快国家及地方的疾病预防控制 中心的建设。全国疾病预防控制体系基础建设在2 0 0 5 年底基本完成，从防疫站 分离出来的疾病预防控制机构转型为一个以实施疾病预防控制与提供公共卫生 技术管理和服务的技术性机构。根据2 0 0 6 年国家卫生部数据统计，截止到2 0 0 6 年我国疾病预防控制中心( 防疫站) 数量达到3 5 4 8 个【3 】。 疾病预防控制机构的职能是疾病预防与控制、突发公共卫生事件应急处置、 疫情报告及健康相关因素信息管理、健康危害因素监测与干预、实验室检测分 析与评价、健康教育与健康促进、技术管理与应用研究指导【4 】。实验室检测分析 与评价主要是开展疾病和健康相关危害因素的生物、物理、化学因子的检测， 进行传染病病原学分离鉴定、疾病危害因素实验室诊断、中毒事件的毒物分析 与鉴定和毒理学评价，为突发事件的应急处置、疾病和健康相关危害因素的预 防控制及卫生监督执法等提供技术支持【5 】。疾病预防控制中心实验室是开展疾病 预防控制工作的重要技术支柱【6 】，各地的疾病预防控制中心实验室在本地区承担 着大量的卫生监督检测和疾病预防控制的重要任务，疾病预防控制中心实验室 是一个“大而全”的实验室，它涉及的检测范围包括食品卫生、环境卫生、职业 卫生、学校卫生和放射卫生的各种复杂样品【7 j 。 疾病预防控制中心废水主要由生活污水和实验室废水两部分组成，生活污 水包括厕所冲沈水、洗涤污水等，其水质与普通生活污水相近；实验室废水又 可分为微生物实验室和理化实验室两部分。由于各实验室研究的内容不同，所 用化学药品和试剂种类繁多，因而废水的成份复杂且排放周期不定、间断性强， 排放水量也无规律性【8 9 l 。实验室废水水量虽然相对较小，但其污染力强，如果 不加以处理任其排放必然会污染水源，传播疾病，这样不仅会给环境造成巨大 第1 章前言 的不良影响，还将严重而且持久地危害人体健康【l 。 随着对环境保护要求的提高，环保部门对这方面的监管力度逐步加强，国家 环保总局下发的关于加强实验室类污染环境监管的通知规定：自2 0 0 5 年1 月1 日起，科研、监测( 检测) 、试验等单位实验室、化验室、试验场将按照污染 源进行管理，其污染将纳入环境监管范围，以此带动各类少量、分散污染物尤其 危险污染物的收集和集中处理【l l 】。在各类实验室评估细则中，“三废”的排放己 作为评估的一项重要指标。疾病预防控制中心是很多人类流行性及突发性疾病 的研究基地，对于此类从事含病原微生物研究的实验室排放的污水中可能含有 大量细菌、病毒等病原微生物，必须做到无害化处理后方可排放，避免环境污 染，预防和控制传染病的发生和流行，保障人体健康和动物安全，维护良好的 生态环境。 2 第2 章文献综述 第2 章文献综述 2 1 实验室废水分类 一般来说，实验室废水可按以下方面分类【1 2 - 1 5 】： ( 1 ) 按污染程度可分为高浓度实验室废水、低浓度实验室废水和无污染废 水。高浓度实验室废水包括液态的失效试剂( 废洗液，废氰化钾，废有机溶剂等) ， 液态的实验废弃产物或中间产物( 如各种有机溶剂，离心液，液体副产物等) 以及 各种洗涤液( 产物或中间产物的高浓度洗涤液，仪器或器皿的润洗液和高浓度的 洗涤废水等) 。低浓度实验室废水包括实验器皿和实验产物的低浓度洗涤废水、 低浓度失效试液( 甲基橙、氯水等) 和实验室各项清洁卫生用水等。无污染水包括 实验中的各种冷冻、冷却用水，水浴、恒温等加热用水，减压抽滤用水和其他 清洁水等。 ( 2 ) 按性质可分为无机实验室废水和有机实验室废水。无机废水主要含有重 金属、重金属络合物、酸碱、氰化物、硫化物、卤素离子以及其他无机离子等。 有机废水含有常用的有机溶剂、有机酸、醚类、多氯联苯、有机磷化合物、酚 类、石油类、油脂类物质。实验室废水往往是既含有无机物又含有机污染物。 ( 3 ) 按实验室类别可以分为化学、物理、电子、生物、环境类实验室废水。 ( 4 ) 按废水中所含污染物的主要成分可分为含重金属废水、含氰废水、含酚 废水、酸性废水、碱性废水、卤素类废水、生物危害类废水等。 2 2 实验室废水特点 实验室废水的水质成分复杂，排放周期不定、间断性强，排放水量也无规 律性。此类废水所含污染物成分较为复杂，除含有洗涤剂及常用溶剂等有机物 外，还可能含有较多的酸碱、有毒有害的有机物( - - 致物、酚和环境激素类物质 等) 、重金属或者致病微生物及新生物质，性质很难确定。 2 3 实验室废水现有的处理方法 实验室废水在含有c o d 、b o d 5 等有机污染物的同时还含有各种传染性病菌 3 藕2 章一文献综述 和病毒，而且含有重金属、消毒剂、有机溶剂及酸、碱等，其水质成分非常复 杂。目前对此类废水的处理的方法常用的方法按处理程度则分为预处理、二级 处理和消毒处理。 2 3 1 预处理工艺 为了提高二级处理和消毒效率，减少消毒剂的消耗，污水在消毒前须进行 预处理，主要有常规预处理和特殊预处理。 2 3 1 1 常规预处理 常规预处理的目的主要是去除污水中的漂浮物和悬浮物，为后续处理创造 条件。常规预处理的主要设备和构筑物是格栅、调节池、沉砂池、沉淀池等， 应根据实际需要进行选择和有机组合。当污水中悬浮物浓度较低，去除效率不 明显或悬浮固体呈胶体态不易去除时，可以混凝沉淀、预过滤等处理方法加强 预处理的效果。比较常用的常规预处理工艺流程有如下三种【1 7 】： 匦 岖团圃匦巫卜匿垦圆 匝卜岖卜匦塑卜巫医圃卜受三圜 在一般情况下，当污水的沉渣分离要求不很高，只是水量变化较大，常规 预处理可采用流程( a ) ，当污水水量比较稳定而对无机砂粒和有机悬浮固体有 较高的分离要求时，可采用流程( b ) ，当污水中悬浮物浓度较低，或悬浮固体呈 胶体态不易去除时，可采用流程( c ) ，使后续处理中消毒剂能高效的发挥作用。 2 3 1 2 特殊预处理【1 2 2 5 1 ( 1 ) 絮凝沉淀法 这类方法适用于含重金属离子较多的无机实验室废水，当确定了废水的性 质后，在探索了各种离子沉降的特性后，选择合适的絮凝剂( 石灰、铁盐、铝 盐等) ，在弱碱性条件下可形成m ( o h ) n 、f e ( o h ) 3 和a i ( o h ) 3 的絮胶状沉淀， 且具有吸附作用，在去除重金属离子的同时，也可以除去一部分水中的其它污 染物，降低废水的c o d ，提高废水的可生化性。 4 第2 章文献综述 ( 2 ) 硫化物沉淀法 此类方法是针对含有汞、铅、镉等金属比较多的实验室废水，一般是用n a 2 s 或n a r i s 把废水中的重金属转变为难溶于水的金属硫化物，然后使其与f e ( o h ) 3 共沉淀而分离出去。将废水的p h 值调到8 0 - - 一1 0 0 ，再向废水中加入过量的硫化 钠，使其生成硫化物沉淀，再加入f e s 0 4 作为共沉淀剂，生成的f e s 将水中悬 浮的硫化汞、硫化铅、硫化镉微粒吸附而共沉淀，然后静置，分离过滤。 ( 3 ) 氧化还原中和沉淀法 此类方法多适用于含有六价铬或具有还原性的有毒物质，比如氰根离子等， 以及一些金属的有机化合物。常用的工艺过程就是让废水经过氧化还原反应， 使得毒性高的污染物转化成毒性低的物质，然后再经过混凝、沉淀将污染物从 反应体系中除去。 对于六价铬的废液，先把c r 6 + 还原成c r 3 + ，然后用沉淀剂将其沉淀除去或 将其与其他的重金属废液一起处理。该反应中的还原剂常为铁粉、亚铁盐、亚 硫酸氢盐或二氧化硫等，在p h 值低于3 0 的条件下进行反应，然后中和沉淀， 将铬转化为难溶盐除去。 当溶液中有氰根离子时，一般先在碱性条件下用氧化剂将其氧化成为n 2 和 c 0 2 ，主要的方法有氯碱法、电解氧化法、普鲁士蓝法【2 4 1 ( 是以生成铁氰化合物 的形式使之沉淀的方法) 、臭氧氧化法以及铁屑内电解法。 ( 4 ) 活性炭吸附法 活性炭吸附法多用于去除用生物或物理、化学法不能去除的微量呈溶解状 态的有机物。实验室浓有机废水含有大量试验残液和废溶剂，其主要成分为烷 烃类、芳香族以及能使液面表面自由能降低很多的物质，且废水浓度高、量小、 呈酸性，很适合用活性炭吸附处理。处理工艺流程为先经过简单分离把废水中 的有机相分离出来，再经过活性炭二级吸附，c o d 的去除率可达到9 3 ，同时 活性炭还吸附部分无机重金属离子。 2 3 2 二级处理 经过预处理后，污水的水质得到明显的改善，但其中的有机污染物含量可 能依然较高，就需要经过二级处理即生物处理，采用生物处理，一方面可以降 低水中的污染物浓度，达到排放标准；另一方面可保障消毒效果。生物处理是 利用微生物的新陈代谢过程将污水中的有机物转化为简单的无机物，实现无害 5 菇2 章玟献综述 化。由于污水水量小、水量水质变化大、悬浮固体和细菌浓度高、后续必须有 加强的消毒处理工艺等特点，决定了污水二级处理工艺应满足承受水质水量变 化的能力强、操作简单、运行稳定等要求。目前此类污水的生物处理方法主要 有生物接触氧化法、活性污泥法和曝气生物滤池处理等1 2 6 1 。 2 3 2 1 生物接触氧化工艺 生物接触氧化工艺采用固定式生物填料作为微生物的载体，生长有微生物 的载体淹没在水中，曝气系统为反应器中的微生物供氧，附着在填料上的好氧 生物膜的通过新陈代谢作用，把污水中的有机污染物吸附、降解转化为二氧化 碳和水。由于生物接触氧化法的微生物固定生长于生物填料上，克服了悬浮活 性污泥易于流失的缺点，在反应器中能保持很高的生物量。该工艺的特点是填 料的比表面积大，生物量高，充氧条件好，生物活性高，抗冲击负荷能力高， 运行稳定；容积负荷高，占地面积小；污泥产量较低；无需污泥回流，不存在 污泥膨胀问题，运行管理简单。其缺点是有时脱落一些细碎生物膜，沉淀性能 较差的造成出水中的悬浮固体浓度稍高，一般可达到3 0 m g l 左右。 2 3 2 2 活性污泥法 活性污泥法是以悬浮生长的微生物在好氧条件下对污水中的有机物、氨氮 等污染物进行降解的废水生物处理工艺。活性污泥工艺的优点是对不同性质的 污水适应性强，建设费用较低。活性污泥工艺的缺点是运行稳定性差，容易发 生污泥膨胀和污泥流失，分离效果不够理想。 当水量较小时常采用活性污泥法的变形工艺序批式活性污泥法( s b r ) 及c a s s 。s b r 工艺是活性污泥法的一种变型，s b r 按周期循环运行，每个周 期循环过程包括进水、反应( 曝气) 、沉淀、排放和待机五个工序。s b r 单个 周期的进水、反应、沉淀、排放和待机都是可以进行控制的。每个过程与特定 的反应条件相联系( 混合静止，好氧厌氧) ，这些反应条件促进污水物理和化 学特性有选择的改变。s b r 工艺具有流程简单、管理方便、基建投资省、运行 费用较低、处理效果好及设备国产化程度高等优点。 c a s s 工艺即连续进水周期循环曝气活性污泥工艺，属于序批式活性污泥法 的变形工艺，其工艺特点是连续进水但不连续曝气，有机物浓度很高，呈缺氧 和厌氧状态，抑制了好氧菌的生长，控制污泥不发生膨胀，使系统的运行稳定 性提高。c a s s 工艺主反应区分成缺氧和好氧两部分，周期进行曝气、沉淀和撇 6 第2 章文献综述 水。与传统的活性污泥法相比，c a s s 工艺具有建设费用低，运行费用省，有机 物去除率高，出水水质好，管理简单，运行可靠，污泥产量低，性质稳定等优 点。 2 3 2 3 曝气生物滤池 曝气生物滤池( b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ) 简称b a f ，是2 0 世纪7 0 年代末8 0 年代初出现于欧洲的一种膜法生物处理工艺。最早由法国c g e ( c o m p a g u i n e g e n e r e l ed e s e a n x ) 公司所属的o t v 公司开发。它充分运用了给水处理中过滤技 术的先进经验，是将生物接触氧化法与过滤法工艺相结合的一种好氧生物膜法 污水处理工艺，即将生物接触氧化与过滤结合在一起，不设二沉池，通过反冲 洗再生实现滤池的周期更替。曝气生物滤池具有占地面积小、出水水质高、投 资省、运行灵活方便、易于管理、抗冲击负荷能力强等优点，不仅可以用于污 水的二级和三级处理，而且还可用于微污染水源水预处理等口7 1 。曝气生物滤池 技术将污水生物处理与深层过滤集于一身，充分体现了现代水处理工艺向复合、 集成化发展的趋势。 1 、曝气生物滤池工艺原理及特征 曝气生物滤池工艺充分借鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思 想1 2 8 1 ，具有曝气、高滤速、截留悬浮物、定期反冲洗等特点。其工艺原理为： 池中装填一定量粒径较小的滤料( 即粒状填料) ，滤料表面生长着生物膜，滤池 内部曝气。污水流经时，利用滤料的高比表面积带来的高浓度生物膜的氧化降 解能力对污水进行快速净化，这是生物氧化降解过程；同时，因污水流经时， 利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的悬浮物，且 保证脱落的生物膜不会随水漂出，这是截留作用；运行一定时间后，因水头损 失的增加，需对滤池进行反冲洗，以释放截留的悬浮物以及更新生物膜，即反 冲洗过程。因此，曝气生物滤池的去除机理主要有过滤、吸附和生物降解，由 于具有优良的过滤、吸附作用，可省去二沉池【2 9 3 0 1 。 一般来说，曝气生物滤池具有以下特征： ( 1 ) 用粒状填料作为生物载体，如陶粒、焦炭、石英砂、活性炭等； ( 2 ) 区别于一般生物滤池及生物滤塔，在去除b o d 、n h 3 一n 时需进行曝气； ( 3 ) 高水力负荷、高容积负荷及高的生物膜活性； ( 4 ) 具有生物氧化降解和截留s s 的双重功能，生物处理单元之后不需再设 二沉池： 7 第2 章一玟献综述 ( 5 ) 需定期进行反冲洗，清洗滤池中截留的s s 以及更新生物膜。 2 、曝气生物滤池主要工艺形式 b a f 根据水流方向可分为上向流和下向流两种。下向流b a f ( 如b i o c a r b o n e ) 纳污效率不高，运行周期短，现已被上向流b a f 逐渐取代。上向流b a f 有b i o s t y r 、 b i o f o r 等多种形式【3 1 1 。国内则以b i o f o r 工艺为主，下面分别对其进行介绍。 b i o c a r b o n e 工艺 2 0 世纪8 0 年代末期，法国o t v 公司在废水处理领域首次开发出了 b i o c a r b o n e 工艺( 图2 1 ) 【3 2 】，它属于曝气生物滤池的最早形式。b i o c a r b o n e 工 艺在一个池内同时实现生物膜的生物处理技术和过滤澄清的物理处理技术，适 用于市政污水和工业废水的处理，对于去除c o d 、硝化反硝化都有较好的效果。 b i o c a r b o n e 填料采用密度比水大的膨胀板岩，结构类似于普通快滤池。待处理的 污水从滤池顶部流入，下向流流出滤池，在滤池中下部进行曝气，气水处于逆 流接触。 随着过滤的进行，由于填料表面新产生的生物量越来越多，截留的悬浮物 ( s s ) 及脱落的生物膜不断增加，在开始阶段水头损失增加缓慢，当固体物质 积累达到一定程度后，在滤层上部形成表面堵塞层，阻止气泡的释放，将会导 致水头损失迅速增加，很快达到极限水头损失，此时应立即进行反冲洗再生， 以去除滤床内过量的生物膜s s ，恢复处理能力。反冲洗时采用气水联合反冲洗。 反冲洗水为经处理后的达标水，反冲洗水从滤池底部进入上部流出，反冲空气 来自底部单独的反冲气管，反冲时关闭底部进水和工艺空气，水气交替单独反 冲，最后用水漂洗。滤层有轻微的膨胀，在气水对填料的流体冲刷和填料间相 互摩擦下，老化的生物膜与被截留的s s 与填料分离。冲洗下来的生物膜及s s 在漂洗中被冲出滤池，反冲洗污泥回流至预处理部分。b i o c a r b o n e 工艺属早期 曝气生物滤池，其缺点是负荷不够高，且大量被截留的s s 集中在滤池上端几十 厘米处，此处水头损失占了整个滤池水头损失的绝大部分。同时纳污能力不强， 容易堵塞，运行周期短。 b i o s t y r 工艺 b i o s t y r ( 图2 2 ) - f 艺也是法国o t v 公司的注册工艺，是对其原有b i o c a r b o n e 的一个改进，由于采用了新型轻质悬浮填料b i o s t y r e n e t m ( 主要成分是聚 苯乙烯，且比重小于1 ) 而得名，填料漂浮在水中。经预处理的污水与经硝化的 滤池出水按一定回流比混合后进入滤池底部，在滤池中间进行曝气，根据反硝 8 第2 章文献综述 化程度的不同将滤池分为不同体积的好氧和缺氧部分。在缺氧区，一方面，反 硝化菌利用进水中的有机物作为碳源，将滤池中的n o ，- n 转化为n 2 ，实现反硝 化；另一方面，滤料上的微生物利用进水中的溶解氧和反硝化产生的氧降解 b o d 。同时，一部分s s 被截留在滤床内，这样便减轻了好氧段的固体负荷。经 过缺氧段处理的污水进入好氧段，在此微生物利用气泡转移到水中的溶解氧进 一步降解b o d ，硝化菌将n h 4 n 氧化为n o - 3 - n ，滤床继续截留在缺氧段未被去 除的s s 。 在b i o s t y r 工艺中，随着过滤的进行，其水头损失增长与运行时间成正相关。 当水头损失达到极限水头损失时，应及时进行反冲洗以恢复滤池处理能力，由 于b i o s t y r 工艺中没有形成表面堵塞层，使得b i o s t y r 工艺比b i o c a r b o n e 工艺的 运行时间相对要长( 3 3 】。 相比而言，b i o s t y r 工艺有以下优点：滤头布置在滤池项部，与处理后水接 触不易堵塞，同时滤头可从滤板上部直接拆卸，便于更换；重力流反冲洗无需 反冲泵，节省了动力；硝化、反硝化可在同一池内完成。 出水 _ ： 举l o 呻扣母呻争争呻 啼呻啼争 1 飞， 图2 1b i o c a r b o n e 结构示意图图2 2b i o s t y r 结构示意图 b i o f o r 工艺 b i o f o r 工艺是法国s u e r 里昂水务下属的d e 伊e m o m 公司的一项专利技 术【3 4 1 ，并在此基础上研发了d e n s a d e g + b i o f o r 的污水处理工艺【3 5 1 。b i o f o r 的 曝气头采用p h i l l i pm u l l e r 公司的注册产品o x a z u r ，填料采用公司研发的b i o l i t e ， 密度大于水，自然堆积。b i o f o r 工艺中主体反应池的结构和处理流程如图2 3 所示，底部为气水混合室，之上为滤板和专用长柄滤头、承托层、滤料，曝气 器位于承托层内，提供微生物新陈代谢所需的养分【3 6 】。 9 第2 章文献综述一 b i o f o r 工艺运行时采用上向流，经过预处理的污水从底部进入气水混和 室，经长柄滤头配水后通过挚层进入滤料，在此进行b o d 、c o d 、n h 3 - n 、s s 的净化。反冲洗时，气、水同时进入气水混和室，经长柄滤头配水、配气后， 进入滤料层，反冲洗出水从滤池上部引出，回流入初沉池，与原水合并处理。 _ = = _ u a _ a 蚴, 。一一由司 弋i 44 4 d - 0 ao 。j4 ， 。 。： ：l ? 6 。j 。i jj4j 。i i i j 、 d ；i 14 。a 一“j ， ? 4 d “ 艺空气一 ：麓臻翻掇蕊疆黯溅， j ij ij j j j ij ij 7 iiiilii i 一一 r 冈1 一 _ j 口司。 水 水 图2 3b i o f o r 结构不意图 与b i o s t y r 工艺比较，b i o f o r 在结构、滤料和过滤方式有一些明显的不同： b i o f o r 是从下向上进行过滤和反冲洗，两者同向。但b i o s t y r 是过滤时从下向 上，但反冲洗时( 水洗) 是从上向下，利用连通的出水渠中其它滤池的出水在 重力作用下反向冲洗，省去了反冲洗泵，气反冲则是利用曝气鼓风机，不需另 外设置鼓风机。 b i o f o r 工艺采用密度大于水的滤料，自然堆积，滤板和专用长柄滤头在滤 料层下部，以支撑滤料的重量。b i o s t y r 使用特制滤料b i o s t y r e n e ，这是一种均 匀、轻质( 密度 l g m l ) 、小粒径的球状颗粒，具有较大的比表面积。为了防止 滤料随出水流失，在滤料上部设置滤板阻拦，滤板上安装滤头，处理后的水通 过滤头流出，滤料被阻隔在池内。 b i o f o r 一般需两级或两级以上串联实现硝化和反硝化，两者在两个池内分 别进行。b i o s t y r 可以通过具体工艺形式的改变( 是否设置回流，改变工艺空气 管在滤池内的高度以及曝气量等) 在一个池中同时实现硝化反硝化，在这点上 是优于b i o f o r 工艺的。 b i o f o r 工艺在国外已有5 0 多个成功的应用实例。技术基本成熟。此外，该 工艺易于与其他工艺进行组合，比较适合城市污水处理厂的改、扩建。该工艺 1 0 第2 章文献综述 在大连市马栏河污水处理厂的成功应用为国内提供了曝气生物滤池的运行管理 经验，它的进一步应用和逐步国产化必将为我国城市污水处理的进一步健康发 展做出贡献。 曝气生物滤池不仅能降低废水的有机物而且也能去除废水中的一部分细 菌，黄广文，杨正炎研究生物滤池对生活及医院污水中微生物的影响，得出生 物滤池对生活污水细菌总数的去除率为9 9 9 5 ，对粪大肠菌群的去除率为 9 9 9 9 。生物滤池对医院污水细菌总数的去除率为9 9 8 0 ，对粪大肠菌群的去 除率为9 9 9 7 ，生物滤池对生活污水及医院污水微生物的去除有明显的效果， 但污水特别是含病原微生物污水必须进行消毒处理后才能排放【3 7 】。 随着b a f 研究的深入和应用的推广，曝气生物滤池的优点将越来越受到污 水处理行业的关注，其发展空间巨大。 2 3 3 消毒处理 实验室产生的废水可能含有大量的细菌、病毒等病原微生物和其他未知危 害的生物因子。该类废水直接排入市政排水管网或江河，将严重危害公共卫生 及自然水体，引起传染病的爆发流行。所以废水在排放前必须经过消毒，污水 消毒的目的是杀灭污水中的各种致病菌，避免环境污染、疾病传播、杜绝交叉 感染，污水消毒处理是处理此类污水的重要工艺过程。污水消毒常用的消毒工 艺有氯消毒( 如氯气、二氧化氯、次氯酸钠) 、氧化剂消毒( 如臭氧、过氧乙酸) 、 辐射消毒( 如紫外线、y 射线) 。常用的消毒方法有氯消毒、臭氧消毒、二氧化氯 消毒、次氯酸钠消毒和紫外线消毒法。 2 3 3 1 氯系消毒剂消毒 氯系消毒剂主要包括液氯和次氯酸钠、次氯酸钙等。 液氯消毒能力强且价格便宜，所以被广泛应用于自来水和医院污水消毒。 液氯具有消毒作用主要是由于氯与水反应生成的次氯酸，次氯酸是一种很小的 中性分子，具有极强的渗透能力，能扩散到带负电的细菌表面，并可穿透微生 物细胞壁和细胞膜，而起氢氧化性又可氧化微生物酶系统，损伤细胞膜，使蛋 白质、d n a 、r n a 释放而死亡1 3 8 】。但氯对病毒、寄生虫卵的杀灭效果较差。氯 气、液氯是严控有毒物品，可对眼结膜、呼吸道粘膜产生刺激作用，而且氯瓶 放置须防爆、防泄漏、防高温。氯气不能随时随地制取，必须有专用贮存设备 和加氯设备。液氯的投加设备结构复杂，易被腐蚀，危险性较大，因而在城市 第之章文献综述* 或人口过于集中的区域被限制使用。投氯量过小灭菌效果差，投氯量过高则会 对管道设施造成腐蚀。消毒过程中游离氯会与水中有机物作用生成致癌物质如 三氯甲烷，进入水体后造成新的污染，威胁人类健康1 3 9 1 。 次氯酸钠消毒是最原始的消毒处理方法之一。该方法原料来源广泛、产品 稳定、运输方便，设备投资少，运行费用低，管理方便，安全、可靠，不会因 消毒剂产生污泥，应用较为广泛。但次氯酸钠消毒能力弱，处理过程中带来废 渣，j 下逐步被其它产品替代。次氯酸钠发生器虽然没有以上所说的液氯的危险 性，但其关键部件易损坏，体积大，电耗和盐耗都较高，操作管理不便。 次氯酸钙在操作过程中会产生强烈的刺激性气体，不利于操作人员的健康保 护，消毒液浓度不便于控制，且反应后残渣堆积于污水池内，较难洗池，极易 造成下水道堵塞，但此法设备简易，操作简单，技术要求低【4 0 1 。 2 3 3 2 二氧化氯消毒 二氧化氯( c 1 0 2 ) 作为消毒剂，具有广谱性，对水中传播的病原微生物， 包括病毒、芽孢以及水路系统中的异样菌、硫酸盐还原菌和真菌均有很好的吸 收和透过性能，可有效的氧化细胞内含基的酸，可快速控制微生物蛋白质合成。 它可以避免用氯处理导致残余氯过高的缺点，其刺激性小、稳定性好。 二氧化氯是一种高效、广谱、安全、快速、多功能、持续时间长、贮存与 使用方便的杀菌消毒剂，联合国世界卫生组织( w h o ) 将其列为安全的消毒剂 ( a 1 ) 级，美国环境保护署( e p a ) 和美国食品药物管理局( f d a ) 批准它可 以用于医院、食品加工等部门【4 。 二氧化氯对细菌的细胞壁具有较好的吸附和穿透能力，可以吸附和穿透病 毒的衣壳蛋白与其中的核酸反应，从而有效的控制酶蛋白的合成，所以二氧化 氯几乎可以杀灭一切微生物，包括细菌繁殖体、细胞芽孢、真菌、分枝杆菌， 尤其对甲肝、乙肝、伤寒、脊髓灰质炎及艾滋病毒等绝大多数病毒表现出良好 的杀灭和抑制效果。二氧化氯能有效地破坏水中的微量有机污染物，如苯并芘 蒽醌、氯仿、四氯化碳、酚、氯酚、氰化物、硫化氢及有机硫化物等。能很好 地氧化水中一些还原状态的金属离子如f e 2 + 、m n 2 十、n i 2 + 等。二氧化氯的化学作 用受p h 影响小，对藻类有杀灭作用，还能降低水溶液的色度、浊度和异味，其 效果是次氯酸钠的5 倍。毒理试验表明，二氧化氯属无毒、弱蓄积性物质，使 用非常安全。它不与水体中的有机物作用生成三卤甲烷等致癌物质，对高等动 物细胞、精子及染色体无致畸、致突变作用，这一特点使二氧化氯在医院不仅 1 2 第2 章文献综述 可用于污水处理，还可用于被服、医疗器械、病床、病房、创口清洗等消毒处 理。二氧化氯杀菌消毒是由于它的氧化性能，除对水体杀菌消毒外，对管网及 水池中的异养菌、硫酸盐还原菌等均有很好的杀灭作用，有利于水处理设施的 运行和维护，在洪水期间对柯萨奇病菌、人类肠道病毒、疱疹病毒、新城病菌、 噬菌体、牛痘病毒等众多致病微生物均有很好的杀灭效果。在多种常用消毒剂 中，在相同时间内达到同样杀菌效果所需药剂浓度，二氧化氯是最低的，并且 具有持久杀菌能力f 4 2 1 。 2 3 3 3 臭氧 臭氧( 0 3 ) 是氧的同素异形体，是一种仅次于氟的第二位强氧化剂。臭氧在水 中能迅速分解成为h 0 2 ，h o 含有h 游离基，它们具有高度的灭菌效果，且十分 清洁，但半衰期短。与其他消毒剂相比，臭氧消毒具有很多优点。首先，臭氧 杀菌能力强，作用快，其杀菌速度比氯快6 0 0 - 3 0 0 0 倍，甚至几秒内就能杀死 细菌。其次，残余的臭氧浓度很低，没有二次污染，并且也无腐蚀作用，有利 于进一步的生物处理。再次，臭氧一般是利用空气或氧气和电能制取，不存在 原料运输和储存问题。因此，臭氧是一种很有前途的消毒剂【4 引。 臭氧对不同微生物的失活效果是不同的。肠杆菌和肠球菌对臭氧有相似的 耐受力，而沙门氏菌只需很低剂量的臭氧，就能全部失活。臭氧对病毒有很高 的消毒效率，4 8 m g l 剂量接触4 m i n 能使肠道病毒完全灭活。大肠杆菌噬菌体 只需8 6 m g l 左右的臭氧就能全部失活m 4 7 】。 臭氧氧化法的优点在于，氧化能力强，去除污染物的效果显著。处理后废 水中的剩余臭氧易分解，不产生二次污染。臭氧的制备在现场进行，不必储存 和运输【4 引。 臭氧氧化法的一个缺点臭氧可氧化水中多数有机物，如蛋白质、氨基酸、 木质素、芳烃等，在臭氧的作用下，不饱和有机化合物会生成臭氧化物，在水 中，臭氧化物水解，不饱和键断裂，会生成甲醛、丙酮酸、丙酮醛、酸等小分 子化合物，其产量与原水中的有机物浓度成正比，而醛类是众所周知的致癌、 致突变物质。而且醛、酮、醇类化合物若被氯化，也可生成三氯甲烷。当酸性 废水中存在溴离子时，臭氧的强氧化性会将溴离子氧化生成溴酸根，而溴酸根 是一种可能致癌物【4 9 】。 臭氧氧化法的另一个缺点是臭氧在空气中和水中溶解度小、稳定性差，容 易分解为氧气而失效，几乎没有残余消毒能力，且只能现场制备，所以造价高、 13 。第2 章文献综述 能耗高、臭氧产率低，处理成本昂贵，所配套的设备多，一次性投资大，设备 维修量大，用电量亦大，增加了常年运转费。而且，臭氧对人体具有毒性，所 以一直不能被广泛工业化应用。 2 3 3 4