（环境工程专业论文）曝气生物滤池处理城市污水的主要影响因素及细菌多样性研究.pdf

叭舢f f i | 川m 帅删 y 18 2 8 5 8 博 曝气生物滤池处理城市污水的主要影响因素及细菌 多样性研究 学位论文完成同期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： i 司队a 队 ： l ，、力 y 伙1 一j 芝，峪厂 独创声明 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，也不包含未获得 ( 注；塑遗查墓丝盂蔓撞趔重塑笪：奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使 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：嚷酶匆 签字日期：刀归年6 月，口日 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，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 授权学校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、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后 适用本授权书 学位论文作者签名：翔了穆 导师签字： 砟二 签字日期：乃，d 年多月弦日 签字日期：友必年钿f 日 曝气生物滤池处理城市污水的主要影响冈素及细菌多样件研究 曝气生物滤池处理城市污水的主要影响因素 及细菌多样性研究 摘要 本文以青岛麦岛污水处理厂的曝气生物滤池( b a f ) 为研究对象，分析其在 处理以生活污水为主的典型城市污水时的处理效能。首先，考察了不同工艺运行 条件与参数对曝气生物滤池净化效能的影响；然后，运用p c r 分子生物学技术手 段，通过构建1 6 sr d n a 基因文库，对青岛麦岛污水处理厂曝气生物滤池中滤料 表面生物膜内的细菌多样性进行了系统发育分析；最后，给出了曝气生物滤池有 机物降解动力学模型。 青岛市麦岛污水处理厂的曝气生物滤池对主要污染物c o d 、n h 3 n 和s s 的 年平均去除率分别为5 8 8 、5 6 2 和6 7 6 ，处理效能稳定，出水水质能够达到 城镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 的一级b 排放标准，显示了 该工艺具有良好的污水处理能力。 对曝气生物滤池处理城市污水的关键影响因素的研究结果表明，当滤池进水 c o d 和n h 3 一n 质量浓度分别为6 0 - 2 6 0 m g l 和2 2 - 6 5m g l 时，水力负荷范围为 2 5 3 2m 3 m 2 h ；有机负荷范围为2 2 3 3k g m3 d ；氨氮负荷范围为o 4 0 8k g m3 d ： 气水比为5 ：l ；温度为1 5 2 8 c 。n h 3 n 去除率与进水c o d 和n h 3 n 负荷负相关。 曝气生物滤池滤料表面生物膜内的细菌多样性研究结果表明，滤料表面的优 势菌群分别是兼具呼吸发酵代谢方式的b 变形菌、y 变形菌和以发酵为主要代 谢方式的拟杆菌属。细菌优势顺序为：0 p r o t e o b a c t e r i u m 类群( 占3 8 6 ) ，y p r o t e o b a c t e r i u m 类群( 占1 8 2 ) ，b a c t e r o i d e t e s 类群( 占1 3 6 ) ， q p r o t e o b a c t e r i u m 类群( 占9 1 ) ，6 一p r o t e o b a c t e r i u m 类群和n i t r o s p i r a e 类群( 各 占4 5 ) ，f i r m i c u t e s 类群( 占2 3 ) ，同时还存在9 1 的未知类群。滤池中主要 的有机物去除功能菌是食酸假单胞菌、球衣菌、黄单胞菌和黄杆菌；优势亚硝化 细菌为亚硝化单胞菌，优势硝化细菌为硝化螺菌；主要的反硝化细菌为生丝微菌 和丛毛单胞茵。对测序得到的2 6 个o u t 用m e g a 软件进行系统发育分析，同样 l 曝气生物滤池处理城市污水的主要影响i 1 素及细菌多样r + 研究 表明滤料表面细菌多样性较强。 推导得出了曝气生物滤池去除有机物动力学模型，通过对有机底物降解动力 学的分析和建模试，得出有机物降解模型为= s o e - 0 0 9 5 矿跏2 。 h 关键词：城市污水处理；曝气生物滤池；影晌因素；细菌多样性 曝气生物滤池处理戢市污水的土要影响因素及细菌多样性研究 r e s e a r c ho na f f e c t i n gp e r f o r m a n c ea n db a c t e r i a ld i v e r s i t yo f b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e rf o rm u n i c i p a lw a s t e w a t e r t r e a t m e n t a b s t r a c t i nt h i sp a p e lt h eb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ( b a f ) w h i c hw a su s e di nq i n g d a o m a i d a os e w a g et r e a t m e n tp l a n tw a ss t u d i e dt oa n a l y z el t st r e a t m e n te f f i c i e n c yi n t r e a t i n gt y p i c a lm u n i c i p a ls e w a g ew h i c hm a i n l yc o m p o s e do fd o m e s t i cs e w a g e f i r s t ， f o c u s e do nt h ei n f l u e n c eo fd i f f e r e n to p e r m i n gc o n d i t i o n sa n dp r o c e s sp a r a m e t e r so n t h ep e r f o r m a n c eo fb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e rp u r i f ye f f e c t i v e n e s s ；t h e n ，w i t ht h eh e l po f m o l e c u l a re c o l o g yt e c h n i q u e s ，s u c ha sp c i lw i t hc o n s t r u c t i n g16 sr d n a g e n el i b r a r y , b a c t e r i ad i v e r s i t yo fb a ff i l t e rs u r f a c eb i o f i l mi nq i n g d a om a i d a os e w a g et r e a t m e n t p l a n tw a sa n a l y z e db yp h y l o g e n e t i c ；f i n a l l y , b a fk i n e t i c sm o d e l so fr e m o v i n go r g a n i c w a sg i v e n b a fw a su s e di nq i n g d a om a i d a ow a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tf o rm u n i c i p a l w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，m a j o rp o l l u t a n t sc o d ，n h 3 - na n ds sr e m o v a lr a t e so ft h e a n n u a la v e r a g ew a s5 8 8 ，5 6 2 a n d6 7 6 ，r e s p e c t i v e l y p r o c e s s i n gp e r f o r m a n c e a n d s t a b i l i t y , t h ee f f l u e n ti n d e x e sa r eb e t t e rt h a n t h ei bc r i t e r i a s p e c i f i e di n d i s c h a r g e s t a n d a r do fp o l l u t i o nf o r m u n i c i p a l w a s t e w a t e rt r e a t m e n t p l a n t ( g b 1819 8 2 0 0 2 ) ，s h o w st h a tt h ep r o c e s sh a sag o o dc a p a c i t yo fs e w a g et r e a t m e n t r e s e a r c ho na f f e c t i n gp e r f o r m a n c eo fb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e rf o rm u n i c i p a l w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a tw h e nc o da n dn h 3 一ni ni n f l u e n tw e r e b e t w e e n6 0 2 6 0 m g la n d2 2 6 5m g l ，r e s p e c t i v e l y , t h eo p t i m u mh y d r a u l i cl o a d i n gw a s b e t w e e n2 5 3 2 m 3 ( m 厶h ) ，t h e o p t i m u mc o dl o a d i n gi n i n f l u e n tw a sb e t w e e n 2 2 3 3 k g ( m 土d ) ，a n dt h eo p t i m u mn h 3 - nl o a d i n gw a sb e t w e e n0 4 0 8 k g ( m 3 d ) t h e o p t i m u mg a st ol i q u i dr a t i ow a s5 ：1 t h eo p t i m u mt e m p e r a t u r ew a sb e t w e e n15 2 8 。c t h er e m o v a lr a t ew a sn e g a t i v e l yr e l a t e dt oc o da n dn h 3 一nl o a d i n gi ni n f l u e n t b a fb a c t e r i a ld i v e r s i t yw i t h i nt h eb i o f i l ms u r f a c ew a ss t u d i e d ；t h er e s u l t ss h o w t h a tt h ed o m i n a n t m i c r o o r g a n i s m s o ft h ef i l t e rs u r f a c ea r e 1 3 - p r o t e o b a c t e r i a ， 曝气生物滤池处理城市污水的主耍影响【司索及细菌多样十+ 研究 7 - p r o t e o b a c t e r i aa n db a c t e r o i d e t e s o r d e ro fd o m i n a n c ei s1 3 - p r o t e o b a c t e r i u ms p ( a c c o u n t i n gf o r3 8 6 ) ，7 - p r o t e o b a c t e r i u ms p ( a c c o u n t i n gf o r18 2 ) ，b a c t e r o i d e t e ss p ( a c c o u n t i n g f o r13 6 ) ， 0 【- p r o t e o b a c t e r i u ms p ( a c c o u n t i n g f o r 9 1 ) ， 6 - p r o t e o b a c t e r i u ms p a n dn i t r o s p i r a es p ( e a c ha c c o u n t i n gf o r4 5 ) ，f i r m i c u t e ss p ( a c c o u n t i n gf o r2 3 ) ，w h i l et h e r ea r es t i l l9 1 o fu n k n o w ng r o u p s i nt h eb a f , p s e u d o m o n a s ，s p h a e r o t i l u s ，x a n t h o m o n a s a n df l a v o b a c t e r i u m a r ed o m i n a n t m i c r o o r g a n i s m s t or e m o v eo r g a n i c p o l l u t a n t s ，n i t r o s o m o n a ss p a r ea d v a n t a g e n i t r o s a t i o n b a c t e r i a , n i t r o s p i r as p a r e a d v a n t a g e n i t r i f i c a t i o n b a c t e r i a ， h y p h o m i c r o b i u ma n dc o m a m o n a ss p a r ea d v a n t a g ed e n i t r i f y i n gb a c t e r i a 2 6o u t p h y l o t y p e sr e c e i v e df r o ms e q u e n c i n gw e r ea n a l y z e dw i t hm e g a ，t h er e s u l ta l s o d e m o n s t r a t e dt h a tt h eb a c t e r i u mo nt h ef i l t e rs u r f a c ei nb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ( b a f ) h a v eg r e a td i v e r s i t y t h ek i n e t i cm o d e lo fr e m o v i n go r g a n i co fb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e rc a nb e o b t a i n e d t h r o u g ha n a l y z i n g r e m o v a l k i n e t i cm o d e lo f o r g a n i c e s t e r a s e ：= s o p 严 _ 0 0 9 5 k e yw o r d s ：m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ；b a f ；i m p a c tf a c t o r s ； b a c t e r i a ld i v e r s i t y 曝气生物滤池处理城市污水的主要影响因素及细菌多样性研究 1 绪论 目录 1 1 研究背景 1 1 1 城市污水特征一一 1 17 2 城市污水处理现状 1 1 3 城市污水传统处理技术 i 1 i 4 城市污水处理传统下艺存在的问题 1 2 课题的提出及研究意义 1 2 2 研究意义 1 3 曝气生物滤池原理与特点 1 3 1 曝气生物滤池。丁作原理 lj 3 2 曝气生物滤泡7 7 艺特点 1 4 曝气生物滤池研究进展 lj 4 j l 曝气生物滤池在污水处理中的应用 1 4 2 曝气生物滤池处理污水的研究现状 1 4 3 曝气生物滤池存在的主要问题 1 5 研究内容与方法 1 5 2 砑究内容 l 。5 j 3 研究方法 2 曝气生物滤池处理城市污水的效能研究 2 1 麦岛污水处理厂概况 2 1 1i 艺漉程 2 i 2 进出水水质 2 2 曝气生物滤池工艺概况 2 2 1b i o s 纱r 曝气生物滤池结构 2 2 2b i o s t y ri 艺参数 2 3 曝气生物滤池对主要污染物的去除效能 2 3 。1 曝气生物滤池对c o d c r 的去除效果 2 3 2n h r n 去除效果 2 j 3 。3t n 去除设采 2 3 4s s 去除效粟 2 4 本章小结 3 曝气生物滤池处理效能的影响因素研究 3 1 水力负荷对曝气生物滤池处理效能的影响 3 1 1 水力负荷对c o d 玄除率舂勺影响一 3 1 。2 水乃负荷对n h r n 之除率的影响。 3 1 3 水力负荷对s s 玄除率的影响 3 2 污染物容积负荷对曝气生物滤池处理效能的影响 3 2 。lc o d 褰壬廿负荷对c o d 去除牢昀影响一 3 2 2c o d 容积负葡对n h l n 去除率的影响 3 2 3 氨氮负荷对c o d 去豫李的影响 3 2 ，4 氨氮负荷对n h r n 去除率舟勺影响一 3 - 3 气水比对曝气生物滤池处理效能的影响 3 3 1 气水比对c o d 去除率的影响 3 3 2 气水比对n h r n 去豫率的影响 3 。3 。3 气水比对s s 去除率的影响 3 4 温度对曝气生物滤池处理效能的影响 3 。4 j l 温度对c o d 去除牢的影响 3 4 2 温度对n h s n 去除字的影响 0 0 4 4巧。巧一矽加髓 b b仃乃m：2巧彤坩坶 加 加加刀力刀“乃乃拍刀船汐汐如如 曝气生物滤池处理城市污水的主要影响素及细菌多样摊研究 3 5 本章小结 4 曝气生物滤池细菌多样性研究 3 1 3 2 4 1 采样一一一一一3 2 4 2 材料和试齐0 一一一一一一一一3 3 4 2 ，黜徊5 尊谗一一一3 3 4 2 2j 学齐塞一一一一一3 3 4 2 3 i g i i l d - 一一一一3 3 4 3 实验方法一一一一一一3 4 4 3 ，垄；团彰7d ，4 彳缵厥一一一一一一一3 4 4 3 2p c r 岩r j 学一3 j 4 3 4p c r 产荔步与t 裁傩崔；一一一一一一一37 4 3 5 歹饧耔i 瓣兜一一一一一一3 7 4 3 6 历丝兑後彤筋落一一一粥 4 3 7 厉粒提取一一一一3 8 4 3 8 厢丝兑肖彰9 陇乡黪去z ，验k e - 一一一一一3 8 4 3 9 且膨片段删乎私对比一一一一一一3 9 4 4 实验结果一一一一4 0 4 4 ，多襻拦分荔仁一一一一一一4 d 4 4 2 莠纺发鸢殄荔乒一一一一一一4 d 4 4 3 纺秀。l 暂褥一一一一一一一一一一一一一一一一一4 d 4 4 4 多样细菌在污水净化中的作用一一一一一4 1 4 5 结论一一一一一4 2 5 曝气生物滤池底物降解动力学研究 5 1 底物降解动力学模型的建立 5 | 1 截设条件 5 1 2l y - 挚推导 5 2 底物降解动力学模型常数的确定 5 3 本章小结 6 结论与建议 6 1 结论 6 2 建议 参考文献 铂 铂筘钐钞弱 钳 舛舛 弱 曝气生物滤池处理城市污水的主要影响因素及细菌多样性研究 1 绪论 1 1 研究背景 1 1 1 城市污水特征 城市污水主要来源于城市居民生活中产生的污水、各工业企业在生产制造过 程中产生的生产废水以及城市降水和部分受污染的地表水i l j 。 城市居民r 常生活中产生的污水包括居民家庭、宾馆饭店、机关单位、学校、 商场等设施由于居民日常活动排放的污水，如洗菜、做饭、淋浴、冲厕等。这类 污水的水质特点是往往含有较高的有机物，如淀粉、蛋白质、油脂等，以及氮、 磷等无机物，此外，还含有病原微生物和较多的悬浮物。 工业企业在生产制造过程中产生的废水包括生产工艺废水、循环冷却水、冲 洗废水以及综合废水。由于生产行业不同，其产生的废水水质也不相同。这类废 水总的来说废水排放量较大、污染物含量高、较难进行处理、对环境危害大。由 于生产的周期性，一天之中排放的废水水量变化也较大。这类废水是城市污水的 重要组成部分。 城市污水的b o d 5 c o d 一般可达到0 5 0 6 ，可生化性能好。水质水量明显具 有昼夜周期性和季节周期性变化的特点，此外，由于我国生活区、商业区、办公 区混杂，餐饮沈浴业遍布，生活污水排泄与城市排渍共用下水道系统，居民楼、 宾馆等生活污水预处理以小片为单位，没有统筹规划，经过预处理或未经处理直 接由城市下水道进入江河，因此我国城市生活污水具有源多、面广、量大、杂、 散、乱的特点。这是生活污染严重的原因，也给现阶段我国城市生活污水防治带 来了困难【2 j 。 1 1 2 城市污水处理现状 1 9 世纪中期发达国家开始水污染防治工作，主要是逐步修建完善下水道系统， 实现污水的收集与集中排放。2 0 世纪初开始水处理工艺的研究及处理设施的建设， 2 0 世纪3 0 年代水污染防治工作形成一定规模。二战结束后经济的复苏与工业的发 展，促进了水处理事业的发展，技术上不断突破，在2 0 世纪6 0 7 0 年代达到高峰， 曝气生物滤池处理城市污水的土爱影响索及细菌多样性研究 水处理工艺趋于成熟。2 0 世纪5 0 年代，许多国家城市污水处理率己达8 0 ，一 些特大城市可达到9 0 1 0 0 | 3 j 。 与西方发达国家相比较，我国城市污水处理率相对较低，虽然由于国家和各级 政府对环境保护重视程度的不断提高，中国污水处理行业正在快速增长，污水处 理总量逐年增加，城镇污水处理率不断提高。但目前中国污水处理行业仍处于发 展的初级阶段。有关资料表明，目前美国平均每1 万人就拥有1 座污水处理厂，英 国和德国每7 0 0 0 80 0 0 人拥有1 座污水处理厂，而我国城镇人口中平均每1 5 0 万 人才拥有l 座污水处理厂。并且还存在污水处理厂建设有效投资利用率及处理出 水达标率低等诸多问题【4 j 。一方面，中国目自订的污水处理能力尚跟不上用水规模 的迅速扩张，管网、污泥处理等配套设施建设严重滞后。另一方面，中国的污水 处理率与发达国家相比，还存在着明显的差距，且处理设施的负荷率低。 1 1 3 城市污水传统处理技术 城市污水处理技术是指通过各种相应措施，使污水中所含的污染物质得以分 离或转化，从而起到减轻污染、保护环境的作用。根据各种技术手段处理原理的 不同，可将城市污水处理技术分为物理法、化学法和生物法。城市污水生物处理 技术是城市污水处理的主要处理手段，是水资源可持续发展的重要保证。生物处 理技术是指以污水中含有的污染物作为营养源，利用微生物的代谢作用使污染物 质降解。 ( 1 ) 活性污泥法【5 】 活性污泥法是应用最为广泛的生物处理技术，具有处理能力高，出水水质好的 优点。该技术主要由曝气池、二次沉淀池、曝气系统、污泥回流和剩余污泥排放 系统组成。污水经初沉池沉淀后与二次沉淀池底部回流的活性污泥同时进入曝气 池，通过曝气，活性污泥与污水得到充分接触。污水中溶解性的有机污染物被活 性污泥吸附和分解，被微生物代谢和利用，经过处理后的污水与活性污泥分离， 处理出水排放，活性污泥经过分离浓缩回流到曝气池，部分污泥作为剩余污泥排 出。活性污泥系统历经几十年的研究和应用，产生出多种各具特色的运行方式。 活性污泥系统的主要运行方式包括传统活性污泥法、延时曝气活性污泥法、完全 混合活性污泥法、阶段曝气活性污泥法、纯氧曝气活性污泥法、高负荷活性污泥 法、吸附再生活性污泥法等。 曝气生物滤池处理城市污水的主要影i 响因素及细菌多样性研究 ( 2 ) 氧化沟工艺【6 j 氧化沟也称为循环曝气池，是一种改良的活性污泥法。氧化沟的曝气池呈封 闭型，污水和活性污泥在其中做不停的循环流动。采用氧化沟处理污水时，可以 不设置初沉池。氧化沟可以认为是一个完全混合曝气池，池中浓度变化极小，新 进入的污水将得到迅速的稀释，因而具有很强的抗冲击负荷能力。氧化沟工艺处 理流程简单，构造形式多样，运行效率较为灵活，出水水质好，运行稳定，具有 脱氮功能，基建及运行成本省。因此，在国内已有一定数量的污水处理厂采用此 工艺。氧化沟工艺经过多年的研究和应用，已有了很多有效的改进，形成了多种 构造型式，几种典型的构造型式包括卡罗赛式氧化沟、奥贝尔型氧化沟、交替工 作式氧化沟和曝气沉淀一体化氧化沟等。 ( 3 ) s b r 工艺l 7 j s b r 法是序批式间歇活性污泥法的简称，是近年来在国内外引起广泛重视和 研究应用的活性污泥法运行方式。s b r 工艺与连续式活性污泥法相比，具有占地 面积小、处理效果好、兼具脱氮除磷功能、污泥沉降性能好，易于维护管理等优 点。目前，我国城市污水厂已越来越多的采用了s b r 污水处理工艺，随着对s b r 工艺研究的目益深入，以及自控设备的进步，s b r 工艺得到较快发展。近年来， 间歇式活性污泥法新工艺不断涌现出来，如：c a s t 工艺、i d e a 工艺、i c e a s 工 艺、c a s s 工艺、m s b r 工艺和u n i t a n k 工艺等 ( 4 ) 生物膜法【8 j 生物膜法适用于中小规模的城市污水处理厂。微生物附着在介质“滤料”表面， 形成生物膜，生物膜具有较大的表面积，具有很强的氧化能力，在生物膜上，微 生物生长繁殖、死亡脱落，循环反复，保持生物膜的活性，从而保证良好的净化 效果。污水同生物膜接触后，溶解的有机污染物被微生物吸附转化为h 2 0 、c 0 2 、 n h 3 和微生物细胞物质，污水得到净化，所需氧气一般直接来自大气。生物膜法 的主要处理构筑物有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化和生物流化床等。随着 新型填料的开发和配套技术的不断完善，与活性污泥法平行发展起来的生物膜法 处理工艺在近年来得以快速发展。 1 1 4 城市污水处理传统工艺存在的问题 目前，在城市生活污水处理研究和应用领域，存在的主要问题有： 曝气生物滤池处理城市污水的主要影响素及细菌多样件研究 ( 1 ) 随着污水排放标准的不断严格，对污水中氮、磷等营养物质的排放要求逐 渐提高，传统的具有脱氮除磷功能的水处理工艺多以活性污泥法为主，往往需要 将多个厌氧反应池与好氧反应池串联，形成多级反应池，通过内循环来达到去除 氮磷的目的，这势必增加基建投资的费用及能耗，并且使运行管理复杂化 9 】； ( 2 ) 采用传统的活性污泥法，往往基建费用、运行费用较高，能耗大，维护管 理复杂，易出现污泥膨胀现象，设备不能满足高效低耗的要求； ( 3 ) 在城市土地资源紧缺、污水排放水质要求高的现实情况下，城市中心区域 的污水处理厂建设面对着处理工艺的选择问题，传统工艺往往占地面积大，不能 满足城市中心区的要求。 1 2 课题的提出及研究意义 1 2 1 课题的提出 城市污水处理工艺的确定，应根据城市水环境质量要求、来水水质情况、可 供利用的技术发展状态、城市经济状况和城市管理运行要求等诸方面的因素综合 而确定。随着我国城市化、工业化进程，我国水资源状况恶化迅速，“水危机” 日趋严重，同时，城市污水厂污染物排放标准在不断提高，特别是对出水的氮磷 含量有了明确的要求，传统污水处理方法的诸多不足在日趋严格的环境要求下被 放大化，已不能满足国家规定的排放标准。因此，研究开发具有脱氮除磷功能的 高效率、低投入、低运行成本、成熟可靠的污水处理新工艺，是污水处理行业未 来的重点研究方向之一。青岛市麦岛污水处理厂采用的上向流曝气生物滤池处理 城市污水，曝气生物滤池具有处理效率高、占地面积小、抗冲击负荷能力强、基 建运行费用低和管理方便等特点，本研究拟对青岛市麦岛污水处理厂进行生产性 研究，优化运行参数，指导工程实践。 1 2 2 研究意义 近年来，随着曝气生物滤池在世界范围内不断推广和普及，曝气生物滤池在 学术界讨论较多，有关研究也几乎涉及到方方面面。在国内中心城市，整体成套 引进b a f 技术，存在的主要问题是本土化问题，如何发挥好该技术效能高，占地 小的优点，克服山东由于生活习惯造成地区水质浓度差异，和气候条件与欧洲国 4 曝气生物滤池处理城市污水的主要影响阕素及细菌多样性研究 家的差别，将该技术吸收、改进成为符合中国特点，尤其是中国中心城市需要的 技术，是进一步提升该技术，完善运行的需要。总结运行经验更是广大中一t l , 城区 利用该技术解决环境问题的需要。青岛市麦岛污水处理厂，为了保证奥帆赛场地 周围海域的水质，整体引进并运行b a f ，是国内第一家。对已投入使用的曝气生 物滤池的各方面研究还十分匮乏，本研究以稳定运行的青岛市麦岛污水处理厂 b i o s t y r 曝气生物滤池为研究对象，为城市污水处理新工艺b i o s t y r 曝气生物滤池的 设计和运行提供科学的数据支持和优化的本土化方案参考，为我国水环境污染的 改善提供参考，为该技术在国内推广应用提供参考，具有现实需要。 1 3 曝气生物滤池原理与特点 1 3 1 曝气生物滤池工作原理 曝气生物滤池工艺是普通生物滤池的一种变形形式，也可看成是生物接触氧 化法的一种特殊形式，是一种集生物降解、固液分离于一体的污水处理工艺。其 基本原理是【l o 】：滤池中装填一定量粒径较小的颗粒状滤料，滤料表面附着生长生 物膜，滤池内部曝气。污水流经滤料时，污染物、溶解氧及其它物质首先经液相 扩散到生物膜表面，利用滤料上高浓度生物膜的强氧化降解能力对污水进行快速 净化，此为生物氧化降解过程；同时，在污水流经滤料的过程中，滤池内的滤料 呈压实状态，此时利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，可将污水 中的大量悬浮物截留，并阻止脱落的生物膜随水漂出，此为截留作用；运行一定 时间后，因水头损失的增加，出水水质恶化，需对滤池进行反冲洗，以释放截留 的悬浮物并更新生物膜，此为反冲洗过程。 曝气生物滤池在运行中需要提供一定量的压缩空气，曝气的主要作用有两方 面：一是为生物氧化提供必需的氧；二是确保曝气生物滤池内良好的水流紊动程 度，以利于污染物、微生物和氧的充分接触，保证传质效果，而且曝气有助于新 老生物膜的更新换代，保证生物膜的高氧化能力【l l 】。 曝气生物滤池的结构形式与普通快滤池类似，可分为配水系统、布气系统、 承托层、生物填料和水槽五个部纠1 2 】：配水系统位于滤池底部，在滤池反冲洗时 保证反冲洗水在整个滤池面积上均匀分布；布气系统主要有两个作用：一是讵常 运行时曝气，二是进行气水反冲时布气。布气系统和配水系统相似，但气体比重 s 曝气生物滤池处理城市污水的主要影响| 大l 素及细菌多样r + 研究 小且具有可压缩性，因此布气管的管径及开e l 大小均比布水管要小些，孑l 间距也 要短些；承托层主要是为了支撑生物填料，防止填料流失，同时还可以保持反冲 洗稳定进行；水槽的作用有两个，一是进水，二是反冲洗排水，它具有一定底坡 坡度，以利于水的排放。由于填料反冲洗时膨胀率可达1 0 2 0 ，水槽的高度应 距填料表面有1 1 5 m 的高度，以防止填料的流失。 1 3 2 曝气生物滤池工艺特点 曝气生物滤池已经从单一工艺逐渐发展成为具有去除s s 、c o d 、b o d 、 a o x ( 有害物质) 和脱氮除磷等作用的综合工艺，其最大特点是集生物净化和物理 过滤于一体，不需设置二沉池，在保证处理效果的前提下使处理工艺流程得到简 化。此外，曝气生物滤池工艺还具有容积负荷高，水力负荷大，水力停留时间短， 出水水质好，所需基建投资少，能耗及运行成本低等特点。与传统生物处理工艺 相比较曝气生物滤池工艺具有如下特点【1 3 】： ( 1 ) 工艺流程短、占地小、基建费用省。曝气生物滤池的b o d 5 容积负荷可达 到5 - 6 k g b o d s ( m 3o d ) ，是常规活性污泥法或接触氧化法的6 1 2 倍，所以它的池容 只有活性污泥法和接触氧化法的1 5 1 1 0 左右。同时，由于曝气生物滤池的物理 截留作用，可不设二沉池和污泥回流泵房，处理流程简化。因而占地面积小，基 建费用大大降低； ( 2 ) 出水水质好。在b o d 5 容积负荷为6 k g b o d f l ( m 3o d ) 时，其出水s s 和b o d 5 可保持在1 0 m g l 以下，c o d e r 可保持在6 0 m g l 以下； ( 3 ) 易于操作管理，运行费用低。曝气生物滤池抗冲击负荷能力强，耐低温， 无污泥膨胀之虞，可以避免微生物流失，保持较高的微生物量，因此，同常运行 管理简单，处理效果稳定，同时，粒状填料使得充氧效率提高，供氧动力消耗下 降，单位污水处理电耗低，运行费用较常规方法处理低1 5 左右； ( 4 ) 设施可间歇启动运行。由于大量的微生物附着生长在粗糙多孔的粒状填料 内部和表面，可以保持一定的微生物活性，因此，有利于系统的恢复启动； ( 5 ) 运行方式灵活多变，可根据处理要求及污水水质，选择不同的运行方式， 以实现不同的处理目标，具有较强的适应性和处理功能； ( 6 ) 处理设施采用全部模块化结构，便于进行后期的改扩建，可建成封闭式厂 房，减少臭味、噪声和对周围环境的影响，视觉景观好。 6 曝气生物滤池处理城市污水的主要影响冈素及细菌多样性研究 1 4 曝气生物滤池研究进展 1 4 1 曝气生物滤池在污水处理中的应用 曝气生物滤池作为第三代生物膜法的代表工艺，是上世纪8 0 年代在普通生物 滤池的基础上，借鉴给水滤池工艺开发的一种污水处理新工艺。经过不断的发展， 至2 0 世纪8 0 年代中期形成为一种较为成熟的污水处理新工艺，并得到广泛应用 和推广【1 4 】。自8 0 年代在欧洲建成第一座污水处理厂后，己在欧、美、同本等发达 国家广为流行。 进入2 0 世纪9 0 年代后，曝气生物滤池掀起了研发的热潮，作为一种新型生 物处理技术，从诞生至今经历了一段快速发展的过程，最初仅用于污水的三级处 理，后发展成直接用于二级处理，现在已经应用到垃圾渗滤液处理，中水回用， 微污染水、工业废水、城市生活污水处理等各个领域：x i a o j u nw a n g 等人【l5 j 采用 曝气生物滤池处理垃圾渗滤液进行深度处理，在水力停留时间为4 5 小时条件下， 出水c o d 可降至7 5 m g 1 ，色度小于1 0 度；史一欣等人【1 6 l 采用固定化微生物曝气 生物滤池( i b a f ) 对晚期垃圾渗滤液进行了短程脱氮试验研究，两级i - b a f 对 c o d 、氨氮和总氮的去除率分别为7 1 2 、9 9 1 和7 3 8 ，再经f e n t o n 工艺处 理后，对c o d 的总去除率可达9 5 1 ，出水水质达到了生活垃圾填埋污染控制 标准( gb 1 6 8 8 9 1 9 9 7 ) 的一级标准。对氨氮的去除率达到了9 0 左右；b ol i u 等人【1 7 】采用两级曝气生物滤池处理电镀废水，在水力负荷为1 2 0 m 3 m 2 h ，气水比 为4 ：1 条件下，c o d 、氨氮和总氮的去除率分别为9 0 1 3 、9 2 5 1 和5 5 4 6 ，出 水达到回用水用水标准；董佳等人【l8 j 采用b a f 微絮凝工艺处理印染废水，结果表 明，b a f 不仅可高效的去除废水中的浊度、s s ，对废水中残余的复杂活性染料也 有一定的脱除效率，b a f 对c o d c r 、s s 、色度平均去除率分别达到4 6 8 、8 5 、 2 5 ，出水完全满足后续深度处理系统的进水要求，且经济合理，技术可行；李凯等 人【l9 】采用曝气生物滤池工艺对微污染水源水进行预处理，研究表明b a f 工艺对 c o d m n 、氨氮和浊度等具有良好的去除效果，而且b a f 工艺在微污染水源预氧 化中挂膜快，这使b a f 工艺适合于微污染水源水预处理；h e r r e mm e l i a n 等人【2 0 】 采用曝气生物滤池和人工湿地组合工艺处理含有高浓度甲醛和t o c 的福尔马林废 水，结果表明该工艺可以去除几乎全部的甲醛；w o n s e o kc h a n g 等人1 2 l 】运用曝气 曝气生物滤池处理城市污水的主耍影响h 素及细菌多样件研究 生物滤池处理纺织废水，对氨氮的去除率达到9 7 6 ；x i nz h a o 等人【2 2 1 用曝气生 物滤池处理油f 只废水，降解了7 8 的t o c 和9 4 的油类物质；杨金水等人【2 3 1 采 用曝气生物滤池( b a f ) 处理含有大量的纤维素、半纤维素、淀粉、糖类、有机酸、 蛋白质的生物质污水，出水平均c o d 为7 4 9 0 m g l ，总氮( t n ) 为1 2 1 m g l ，去除 率分别达到9 5 7 与9 4 5 ，均达到国家污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 19 9 6 ) 第二类 污染物最高允许排放浓度的一级标准；g f a r a b e g o l i 等人【2 4 j 应用b a f 处理生活污 水，出水水质为t c o d6 8m g l ，t s s3 7m g l ，n h 4 + - n3 3m g l ，n 0 3 - n2 1 1m g l ； y a q i nz h a o 等人【2 5 1 升流式曝气生物滤池处理人工合成市政污水，表明该工艺具有 良好的脱氮性能；易彪等人【2 6 】采用b i o f o r 曝气生物滤池处理城市生活污水，对 c o d 、b o d 5 、s s 的去除率分别达到8 5 9 8 、9 4 7 2 、9 5 7 2 ，出水指标优于城 镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 - - 2 0 0 2 ) 的一级b 标准；黄绪达等人1 2 7 j 对b i o s t y r 曝气生物滤池处理城市污水进行了分析研究，运行实践表明该工艺 对c o d 、氨氮、s s 的去除率分别达到8 8 、7 5 $ 1 19 5 。表1 1 、1 2 为国内外 近年来以曝气生物滤池工艺处理各类污水的应用实例。 表1 - 1 国内b a f 工艺应用实例【2 8 】 t a b i 1e x a m p l e sf o rb a fi nd o m e s t i c i 雨目设计摆模 途过整垫拯丝! 里型兰! 一m 二：i ( m d ! 一旦q 呸s s 氡殛一一磋 大连市马栏河污水处理厂 1 2 0 0 0 0560 1 广东新会市东郊污水处理厂 青岛啤酒( 徐州金波) 废水 辽河油田机械修造公司废水 上海东方种畜养猪场粪便污水 芜湖上e 宇畜产品集团公司肠衣废水 表1 2 国外b a f 工艺应用实例1 2 w t a b 1 2e x a m p l e sf o rb a fi nf o r e i g nc o n t r a r i e s 地点 设计规模( m 3 d ) 、涵6 _ 堡苴饕罗逝醚l 笔莲 l t s i e r r e n o e s ( 瑞士) 1 0 0 0 0 0 1 01 00 3 s h e r b r o o k e ( 加拿大) 8 7 1 3 0 2 02 00 8 n i m e s ( f ) ( 奥地利) 7 0 0 0 03 0 3 01 0 p e r p i g n a n ( 法国) 4 0 5 0 0 152 0 a n t i b e s ( 法国) 4 0 5 0 0 3 03 0 m o n a c o ( m c ) f 法国1 3 1 0 0 02 01 5 l s h i k a w a ( 日本) 2 2 0 0 02 02 0 s i l c h e s t e r ( 英国) 1 4 0 0 07 1 叱5 5 b 巧 加啪 加如抛筋姗的的 k 5 5 k 扛枷捌愀弘加 曝气生物滤池处理城市污水的