（环境工程专业论文）sbbrwwtp红虫爆发机制研究.pdf

嗍孵 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 明并表示了谢意。 签名：签豳亟日期：尘塑：! ! ：! ， 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 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) i 、一 研究生( 签名) ：钕砂导师( 签名) ： 冲、j 2 j 节 武汉理工人学硕i i j 学位论文 摘要 我国西北地区由于天气寒冷、水体温度低、污水污染物浓度高等原因，传 统的活性污泥法难以满足该地区的生活污水处理需求，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 i l mr e a c t o r ，s b b r ) 不仅基建费用低、操作简单，而且脱 氮除磷效果好、污泥产量低，适合西北严寒地区应用，宁夏南部山区西吉县污 水处理厂采用s b b r 工艺设计、施工建设和调试运行。由于水体富营养化，地 表水中浮游动物的大量滋生，在一些污水管网建设不够完善的地区，以红虫为 代表的部分浮游动物经常被引入污水处理厂，严重影响了污水处理厂的调试及 正常运行工作，课题主要针对西吉县s b b r 工艺污水处理厂中的红虫爆发机制 进行研究。 课题采用实验室研究与现场处理相结合。现场试验主要分为两部分，一部 分为现场调查红虫在s b b r 工艺污水处理厂中的分布规律，另一部分根据实验 室研究的结果，在现场试验中对试验结果进行验证。试验结果表明： ( 1 ) 污水厂的红虫，主要源于污水厂进水，在调节池、沉砂池以及生态塘 中均存在少量红虫类浮游生物，s b b r 池是红虫类浮游生物大量繁殖的主要场 所。 ( 2 ) 曝气时间对于红虫的生长繁殖并不起决定作用，曝气主要用来提高污 水中溶解氧浓度，满足活性污泥微生物生长繁殖需求，单纯通过曝气难以达到 去除s b b r 系统中红虫类浮游生物的目的。 ( 3 ) 污泥浓度对于红虫类浮游生物的生长繁殖影响较大，在s b b r 反应系 统中污泥浓度较低时，红虫类浮游生物可以在短时间内取得生长优势并大量繁 殖，导致活性污泥微生物的生长受到抑制，影响最终的处理效果。当s b b r 反 应系统中污泥浓度较高，可以很大程度上抑制红虫类浮游生物的生长繁殖，此 时红虫类浮游生物的出现，对于s b b r 反应系统去除有机物、氨氮、总磷的效 果影响较小。 ( 4 ) 现场试验结果表明：采取投加活性污泥的方法，可以遏制s b b r 反应 池中红虫类浮游生物的迅猛增长。同时通过投加活性污泥，提高s b b r 反应池 中污泥浓度，降低污泥负荷，可以提升s b b r 反应池中活性污泥微生物的种群 竞争优势，进一步达到杀灭s b b r 反应池中红虫类浮游生物的目的。 关键词：s b b r ，红虫，活性污泥 a b s t r a c t t h et r a d i t i o n a la c t i v a t e ds l u d g em e t h o di sd i f f i c u l tt om e e tt h er e g i o n ss e w a g e t r e a t m e n tr e q u i r e m e m sf o ri t sc o l dw e a t h e r ，l o ww a t e rt e m p e r a t u r ea n dh i g hp o l l u t a n t c o n c e n t r a t i o n si nc o l da r e a s t h es 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 ( s b b r ) h a sl o w c a p i t a lc o s t ，s i m p l eo p e r a t i o n ，n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a la n dl o ws l u d g e p r o d u c t i o n ， s u i t a b l ef o rt h en o r t h w e s tc o l dr e g i o n sa p p l i c a t i o n s n i n g x i as o u t h e r n m o u n t a i n o u st h ex i j ic o u n t r ys e w a g et r e a t m e n tp l a n tu s et h es b b rp r o c e s sd e s i g n ， c o n s t r u c t i o na n dc o m m i s s i o n i n gr u n f o re u t r o p h i c a t i o n ，t h ez o o p l a n k t o ni n f e s t e di n s u r f a c ew a t e r i ns o m es e w a g et h eb l o o d w o r mr e p r e s e n t e dp a r to ft h ez o o p l a n k t o ni s o f t e ni n t r o d u c t i o nt os e w a g et r e a t m e n tp l a n ti ns o m ea r e a st h ep i p en e t w o r ki s c o n s t r u c t i o ni n a d e q u a t e as e r i o u si m p a c to nt h ec o m m i s s i o n i n ga n dn o r m a lo p e r a t i o n o ft h es e w a g et r e a t m e n tp l a n t t h em a i nt o p i cf o rt h ex i j ic o u n t ys b b rp r o c e s s s e w a g et r e a t m e n tp l a n t i nt h eo u t b r e a km e c h a n i s mo fb l o o d w o r m 砀et o p i c sc o m b i n e dl a b o r a t o r yr e s e a r c ha n df i e l dp r o c e s s i n g 乃ef i e l dt e s ti s d i v i d e di n t ot w om a i np a r t s p a r to ft h es c e n ei si n v e s t i g a t e db l o o d w o r mp r o c e s s s e w a g et r e a t m e n tp l a n ti ns b b rd i s t r i b u t i o nl a w ，t h eo t h e rp a r tb a s e do nt h er e s u l t s o fl a b o r a t o r ys t u d i e si nt h ef k l dt e s tt ov e r i f yt h et e s tr e s u l t s t h et e s tr e s u l t ss h o w t h a t ： ( 1 ) t h es e w a g ep l a n tb l o o d w o r mm a i nf r o mt h es e w a g ep l a n ti n f l u e n t i nt h e r e g u l a t i o no ft h ep o o l ，p o n d ，g r i tc h a m b e ra n de c o l o g i c a lp r e s e n c eo fas m a l la m o u n t o fr e dw o r m s ，p l a n k t o ns b b rp o o li st h em a i np l a c eo fr e dw o r m sa n dp l a n k t o n b l o o m s ( 2 ) t h ea e r a t i o no ft i m ed o e sn o tp l a yad e c i s i v er o l ef o rt h eb l o o d w o r mg r o w t h a n dr e p r o d u c t i o n a e r a t i o ni sm a i n l yu s e dt oi n c r e a s et h ec o n c e n t r a t i o no fd i s s o l v e d o x y g e ni nt h ew a s t e w a t e rt om e e tt h ed e m a n do ft h ea c t i v a t e ds l u d g em i c r o b i a l g r o w t ha n dr e p r o d u c t i o n s i m p l yb ya e r a t i o nr e m o v a lt h er e dw o r m ss b b rs y s t e m p l a n k t o nd i f f i c u l tt oa c h i e v ep u r p o s e s ( 3 ) s l u d g ec o n c e n t r a t i o ng r e a t e ri m p a c to nt h eg r o w t ha n dr e p r o d u c t i o no fr e d w o r m s ，p l a n k t o n l o w e rc o n c e n t r a t i o no fs l u d g es b b r r e a c t i o ns y s t e m ，r e dw o r m s ， p l a n k t o nc a l lb ea c h i e v e di nas h o r tp e r i o do ft i m ew i mag r o w t ha d v a n t a g ea n dt h e l a r g ep o p u l a t i o no fa c t i v a t e ds l u d g em i c r o b i a lg r o w t hw a si n h i b i t e dt oa f f e c tt h ef i n a l r e s u l t s w h e nt h eh i g h e rs l u d g ec o n c e n t r a t i o ns b b rr e a c t i o ns y s t e m ， c a nl a r g e l y i n h i b i tt h eg r o w t ha n dr e p r o d u c t i o no f t h er e dw o r m s ，p l a n k t o n ，a n dt h ee m e r g e n c eo f i i r e dw o r m s ，p l a n k t o n ，f o rs b b r r e a c t i o ns y s t e mt or e m o v et h ee f f e c to fo 玛锄c s ， a m m o m a n i t r o g e n ，t o t a lp h o s p h o r u sl e s sa f f e c t e d h ) f i e l dt e s tr e s u l t ss h o w ：t a k et h ed o s i n gt h ea c t i v a t e ds l u d g em e t h o d ，y o u c a n c u r bt h ep 0 0 1r e dw o m si ns b b rr e a c t i o np l a n k t o nr a p i dg r o w t h s i m u l t a n e o u s l yb y a d d i n gt h ea c t i v a t e ds l u d g et oi m p r o v es b b r r e a c t i d n sp o o ls l u d g ec o n c e n 缸a n o n ， d u c es l u d g el o a d ，y o uc a ne n h a n c et h ep o o lo fa c t i v a t e ds l u d g em i c r o o r g a n i s m so f s b b rr e a c t i o np o p u l a t i o n sc o m p e t i t i v ea d v a n t a g e ，f u r t h e rr e a c ht h e k i l ls b b r r e a c t i o np o o lr e di n s e c t sp l a n k t o np u r p o s e s a b s t a e r t ：s b b r ，b l o o d w o r m ，a c t i v a t e ds l u d g e i i i 武汉理工大学硕士学位论文 目录 第l 章引言1 1 1 概j 苤1 1 2 研究背景2 1 1 1 我国水污染现状2 1 1 2 西北地区生活污水处理现状3 1 1 3 西吉县污水处理厂概况7 1 2 文献综述7 1 2 1 红虫类浮游生物的生物学特性7 1 2 2 污水厂红虫类浮游生物出现的原因9 1 2 3 污水处理厂红虫类浮游动物去除现状1 1 1 3 研究目的1 2 1 4 技术路线与技术创新点1 2 1 4 1 研究技术路线1 2 1 4 2 创新点1 3 第二章试验材料与方法1 4 2 1 实验材料1 4 2 1 1 试验药剂1 4 2 1 2 试验仪器1 4 2 1 3 红虫的实验室培养1 4 2 2 试验装置1 5 2 3 试验方法1 5 2 3 1 原水水质1 5 2 3 2 测试方法1 6 2 3 3 实验方案1 6 2 4 本章小结1 7 第三章污水处理厂红虫分布规律研究18 3 1 西吉县污水处理厂工艺简介1 8 3 2 污水处理厂各处水蚤类浮游生物分布情况调查1 9 3 2 1 格栅间调节池红虫情况调查1 9 3 2 2 沉砂池密度调查2 0 武汉理工大学硕士学位论文 3 2 3s b b r 生化反应池红虫情况调查2 1 3 2 4 生态塘中红虫密度调查2 3 3 3 本章小结2 3 第四章红虫爆发试验研究2 5 4 1 试验方案2 5 4 2 试验结果与讨论2 5 4 2 1 空白试验过程与结果2 5 4 2 2 污泥浓度1 0 0 0 m g l 试验结果3 2 4 2 3 污泥浓度2 0 0 0 m g l 试验结果3 9 4 3 本章小结4 6 第五章现场调试试验4 7 5 1 现场试验方案4 7 5 2 试验结果与讨论4 7 5 3 1 污水处理厂红虫变化趋势4 7 5 3 2 红虫爆发前后c o d 变化趋势4 9 5 3 3 红虫爆发前后氨氮变化趋势5 0 5 3 本章小结5 0 第六章结论与建议5 2 6 1 结论5 2 6 2 建议5 2 参考文献5 4 致谢5 8 武汉理工人学硕士学位论文 1 1 概述 第1 章引言 水资源短缺，已日益成为制约中国经济发展的重要因素，根据统计，中国 淡水资源总量目前为2 8 万亿m 3 ，位居世界第六，但入均占有量还不到2 1 0 0 m 3 ， 只相当于世界人均水平的1 4 ，位居第8 8 位，已被列入世界1 2 个贫水国家的名 单之内【1 1 。西北地区是我国的干旱地区，每年的平均降雨量及其所产生的平均径 流量，在全国处于较低水平，但是因为该地区人口密度相对较低，部分地区人 均水资源拥有量远高于全国平均水平。同时，西北地区水资源分布差异较大， 部分地区水资源量远低于该地区人均拥有量，如宁夏回族自治区人均水资源仅 1 7 7 立方米【2 1 。西部地区水资源少，生态环境相对脆弱，水体自净能力相对薄弱， 部分地区已出现了严重的水污染情况，因此，必须对产生的污水进行严格处理， 达标排放，以解决日益严重的水污染问题。 截止2 0 1 1 年第三季度底，我国已建污水处理厂3 0 7 8 座，污水处理总能力达 1 3 6 亿吨天，实际处理能力约为1 1 亿吨天。我国“十一五”城镇污水处理及 再生利用总投资约3 7 0 0 3 9 0 0 亿。“十一五”期间我国c o d 减排1 0 的成绩中， 污水行业的贡献率达到7 0 ，相对于结构减排、管理减排两大减排方向，作为 工程减排中的一部分污水处理减排，取得了非常突出的成绩。“十一五”期 间污水处理行业主要是通过污水处理厂的大规模建设来实现减排任务，实现方 式方法相对容易“十二五”期间我国c o d 计划减排8 ，氨氮减排1 0 ，从减排 的绝对量来看，2 0 1 5 年要比2 0 1 0 年减少c o d 排放2 0 4 万吨，污水处理行业2 0 1 5 年要比2 0 1 0 年减少c o d 排放2 8 0 万吨，“十二五”氨氮要减排1 0 ，从绝对 量上来看2 0 1 5 年要比2 0 1 0 年减排氨氮2 6 4 万吨，污水处理行业2 0 1 5 年要比 2 0 1 0 年减排氨氮3 0 万吨，要想通过全覆盖来实现“十二五”分配给污水处理行业 的减排任务相当艰巨，但“十二五”期间我国污水处理行业的重点将转向小城 镇污水处理设施及污水处理厂( w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ，以下简称w w t p ) 升级改造i j j 。 近年来，随着国家水资源战略的发展，国家对水资源的重视程度日益提升， 武汉理工大学硕士学位论文 小城镇污水处理技术得到了较好的发展，各种污水处理工艺层出不穷。有传统 的活性污泥法和生物膜法，也有新开发的如纳滤技术【4 1 、活性炭吸附5 1 、l i n p o r 工艺、内外循环流化床、高级氧化【6 1 、催化氧化、纳米材料水处理技术【7 】等。各 地投入实际运行污水处理工艺也较多，积累了很多污水处理运行的工程经验， 如采用b i o l a k 工艺的诸城污水处理厂、采用淹没式生物膜生化处理工艺的东 阿县污水处理厂、采用生物陶粒+ 纤维球过滤工艺的枣庄污水处理厂中水回用工 程等。 污水处理在国内为新兴行业，污水处理厂运营管理经验相对贫乏，很多投 入使用的污水处理厂由于运营管理不善，不能够正常的运行，一定程度上影响 了污水处理行业的发展，因此必须通过理论研究与实际运行相结合，解决好污 水处理厂的运行问题，并在此基础上进一步提升改造。 1 2 研究背景 1 1 1 我国水污染现状 随着经济社会的发展，我国的环境污染越来越严重，其中以水污染最为突 出和直观。目前我国的水污染主要分为工业废水污染、城市生活污水污染、农 村面源污染等【8 j 。 工业废水污染主要是相关工业企业对生产过程中产生的工业废水，未经处 理或者处理不合格就排入地表水体，由于工业废水中往往量大，可生化性比较 差，部分废水含有有毒物质，容易对地表水体造成非常严重的污染后果，是目 前我国水污染的主要污染源1 9 1 。工业废水主要来源于冶炼、轻工纺织、化工等行 业【l o 】对工业废水污染的防治，通过国家立法、企业自身处理、市政污水处理设 施处理，以保证工业企业所产生的污水能够全部做大达标排放。同时，根据国 家节能减排要求，鼓励工业企业通过技术改造，充分利用中水回用，节约水资 源。 城市居民日常生活所产生的污水，通常有机物含量比较高，并且由于生活 含磷洗涤剂的使用等，导致普通城镇生活污水氮磷含量也较高，直接排入自然 水体非常容易诱发水体富营养化，导致水体中严重缺氧，水质恶化，水生动物 大量死亡，水体发臭等后果，因此，必须对城市生活污水进行处理。目前处理 城市生活污水的方法主要有活性污泥法和生物膜法。 武汉理t 大学硕士学位论文 农村面源污染主要是指农村禽畜养殖、农田农药化肥的使用，导致大量禽 畜废水、肥料等进入地表水体，加剧水体富营养化。农村面源污染的主要特点 有：分散性和隐蔽性；随机性和不确定性；不易监测性和空间异质性。 对于农村面源污染，目前尚没有非常有效的监测方法和处理手段，主要是督促 民众减少农药化肥的使用，对养殖废水经过适当处理在进行排放。 1 1 2 西北地区生活污水处理现状 我国南北地区水资源差异，南方雨量充沛，人口众多，水资源总量相对丰 富，城市居民生活所产生的污水负荷相对较低。我国北方地区气候干燥，降雨 量少【1 1 】，水资源时空分布嫉妒不均匀，水资源较为充沛的地方集中在高原山区、 冰冻地带等人烟相对稀少的地方，平原等人口密度比较大的地方地表径流与降 雨量均较少【l2 1 ，蒸发量较大，水资源短缺已经成为制约当地经济社会发展的重 要因素【13 1 。 我国西北地区气温低，冰冻期较长，如何保证污水处理厂的冬季稳定正常 运行，很大程度上限制了部分污水处理工艺在该地区的使用。 传统的污水处理工艺主要是活性污泥法和生物膜法，西北地区的低温会很 大程度上影响生物处理中活性污泥的新陈代谢、曝气过程中的充氧效果、活性 污泥的生物絮凝性能1 1 4 j 等。因此，必须要对传统的污水处理工艺进行一定改进， 同时调整相关运行方案，以保证该地区污水处理厂能够在低温下依旧保证稳定 正常运行。目前，针对该地区的污水处理工艺主要有： 序批式活性污泥法( s b r ) 及其相关的改进工艺。s b r 工艺主要通过将生 化反应池与沉淀池综合在一起，减少了占地面积，降低了工程造价。在寒冷地 区冬季主要通过延长曝气时间、减少沉淀时间，并保持连续运行，使污水始终 处于流动状态，以防止结冰来保证正常运行。如黑龙江某城市采用的恒水位序 批式活性污泥法( c w s b r ) 工艺，经实际证明，可以在零下二十摄氏度以下正 常运行【1 5 1 武汉理工大学硕士学位论文 进水 脱水外运 污泥 储池 出水 图1 1c w s b r 工艺流程图 改良a a o 工艺。a a 0 工艺是在常规活性污泥法上面进行改性，增设缺 氧池和厌氧池，在缺氧、厌氧、好氧三种环境下进行运行，a a o 工艺可以通过 改进工艺条件，达到同时脱氮、除磷的目的，是目前应用比较广泛的一种处理 工艺。由于常规a a o 工艺相对有限，需要对其进行相关改进，增强其脱氮、 除磷效果，增进其在寒冷地区运行的能力。 混合液凰流 图1 2 常规a a o 工艺流程图 图1 3 改良型a a o 工艺流程图 4 武汉理工人学硕上学位论文 氧化沟工艺。氧化沟工艺是目前国内运用的相对比较成熟的一种工艺，该 工艺可以在生化池自动分成厌氧、缺氧、好氧区域，通过人为的控制回流，可 以有效的进行硝化和反硝化反应，有较好的脱氮除磷效果，该工艺水力负荷较 大，可以用来作为大型污水处理厂处理工艺进行使用。 图1 4 氧化沟工艺流程示意图 人工湿地技术，目前国内对人工湿地技术的研究已经相对成熟，人工湿地 对污水的处理过程，是物理、化学及生物作用共同作用的结果。基质、植物、 微生物是人工湿地发挥净化作用的三个主要因素。在污水通过人工湿地的过程 中，基质的吸附、过滤，植物的吸收、固定、转化、代谢及湿地微生物的分解、 利用、异化等过程综合作用，互相关联影响着最终的净化效果。人工湿地以其 处理效果好，成本低廉，运行管理相对简单，对操作人员要求较低，已经成功 在南方小城镇污水处理中得到了一定推广。相关运行结果表明，人工湿地在冬 季由于根系及其附着微生物的存在，对污水依旧存在较好的处理效果，不会影 响最终水质的达标排放。 武汉理工大学硕士学位论文 图1 5 双层潜流人工湿地结构示意图 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 i l mr e a c t o r ，s b b r ) 是目前国内 外正在研究、应用的一种污水生物处理新工剖1 6 】。s b b r 是在序批式活性污泥法 和生物膜法的基础上发展起来的污水处理工艺，兼具两者的优点，不仅基建费 用低、操作简单，而且脱氮除磷效果好、污泥产量低【1 7 】- 【1 9 】，适合于中小城镇生 活污水处理。张尚华等【2 0 j 利用丝瓜络填料生物膜反应器( l s s b b r ) 处理生活 污水试验结果表明，丝瓜络填料s b b r 对生活污水中浊度、c o d 、n h 4 + - n 的平 均去除率分别达到9 6 、8 9 、9 0 。易艳红等1 2 l j 利用s b b r 反应器处理低c n 值生活污水表明，提高c n 值对c o d 的去除并没有太大的影响，去除率维持在 8 5 9 0 。李萍等【2 2 】对s b b r 工艺处理肉类制品厂废水的实验表明，曝气时间 8 h ，c o d 和b o d 5 的平均去除率分别达到了9 1 5 和9 2 5 ，n h 4 + n 的平均去 除率为9 0 6 ，s s 的去除率也保持在9 0 以上。h o y u nj o e n g 等】研究了在 s b b r 中投加悬浮填料对污水脱氮除磷的影响，结果表明海绵和塑料填料的 s b b r 脱氮效果良好。 与上述常用工艺相比，s b b r 具有以下优势： ( 1 ) s b b r 污水生物处理工艺实现“低成本、低能耗、低维护和高效率”( “三 低一高”) ：核心污水处理生化技术采用国内外领先的微生物高亲和性生物质材 料，微生物量大，有机负荷低，投资省，节能效果明显；灵活调整运行方式， 可以有效降低污水处理运行费用，每吨污水处理直接运行成本仅为0 5 元左右， 是适用小城镇污水处理的先进技术。 ( 2 ) 采用国内外先进环境功能材料构建环境微生物( 细菌、真菌、原生动 物以及后生动物等) 抗低温、耐寒栖息地，可以高效驯化、富集、保活耐低温 6 武汉理工大学硕士学位论文 微生物菌群，使之适应西北高寒气候特点，能够在低温下有效运行。 1 1 。3 西吉县污水处理厂概况 近年来，随着社会经济发展，工农业用水量剧增，地表水污染日益严重， 水体富营养化加剧，导致地表水中浮游动物大量繁殖【2 4 】1 2 5 1 ，特别是在一些不流 动水体中，极易在局部形成优势种群，使水体进一步恶化。由于地表水中浮游 动物的大量滋生，在一些污水管网建设不够完善的地区，地表水中以红虫为代 表的部分浮游动物经常被引入污水处理厂，严重影响了污水处理厂的调试及正 常运行工作。 西吉县污水处理厂是采用s b b r 进行设计、施工以及调试的城镇生活污水 处理厂，设计处理能力10 0 0 0 m 3 d ，设计出水标准为国家污水处理厂出水二级标 准。 2 0 1 0 年9 月，在该厂进行调试时，发现该厂个别s b b r 池中出现大量红虫 类浮游生物，一度导致该污水处理厂不能进行正常调试，2 0 1 1 年7 月，该厂在 运行时红虫再次爆发。后经鉴定，该污水处理厂中出现的大量红虫以水蚤为主， 局部地区活体数量达到2 0 0 个l 以上，该类红虫个体较小，难以进行捕捞，加 上工艺条件的限制，在曝气池中进行投加灭虫药剂会存在一定风险。因此，如 何结合当地自然条件，通过调整工艺运行方案，确定红虫最适宜爆发环境，进 一步确定最优的去除方案，就显得格外重要。 1 2 文献综述 1 2 1 红虫类浮游生物的生物学特性 通过对污水厂中出现的红虫进行取样分析，确定在污水厂生化池大量滋生 的红虫类浮游生物主要为水蚤。 水蚤( d a p h n i a ) ，由于其在缺氧状态下呈红色，俗称“红虫”，其基本生物学 性质如下： ( 1 ) 水蚤属于无脊椎动物，节肢动物门，甲壳纲【2 6 】，鳃足亚纲，水蚤科。 简称“潘和“潘科1 2 7 1 。1 2 9 1 。 ( 2 ) 水蚤体型较小，身体呈现为卵圆形，身长0 5 2 5 m m 。身体左右两边 7 武汉理工大学硕士学位论文 呈扁状，身体外部具有2 片壳瓣，背面的相联处有脊棱，有向后端延伸而形成 的尖刺。 ( 3 ) 水蚤头部在壳外，较尖小。复眼大且十分明显，能够四周转动，在复 眼和第一触角之间还有单眼。吻下面的第一触角较短小，不能够活动；第二触 角发达且有8 9 根游泳刚毛。 ( 4 ) 腹部背侧有腹突3 - 4 个，前1 个特别发达，伸向前方。后腹部细长， 向后逐渐收削。 ( 5 ) 胸肢5 对，尾叉爪状。雄体较小，壳瓣背缘平直。吻短钝或无。腹突 退化。 图1 - 6 水蚤形态图 固 武汉理工大学硕士学位论文 图1 7水蚤形态图 图1 - 8 水蚤身体结构图 1 2 2 污水厂红虫类浮游生物出现的原因 h 国教 目前，国内对水蚤类浮游生物的研究，主要集中在饮用水中浮游生物的去 除3 0 】- 【3 6 1 ，以及沿海海水中浮游生物的观察研列3 7 】- 【3 9 1 等。对于污水处理厂中出现 武汉理工大学硕士学位论文 的浮游生物，缺乏有效的深入研究，导致对污水厂中出现严重的水蚤类浮游生 物爆发缺乏有效的处理措施，甚至造成污水厂停止运行的严重后果。 据资料显示，近些年国内外先后有污水处理厂爆发过水蚤类浮游生物过度 滋生的状况，下表简要举例： 表l 一1国内近年来爆发红虫的污水处理状况 ( 1 ) 水污染导致地表水红虫滋生 根据最新的环境质量公报显示，我国十大水系中大部分水体受到轻微污染， 导致水体中营养物质非常丰富，部分水体呈现富营养化，适合红虫类浮游生物 生长繁殖，在局部地区，红虫等浮游生物取得生长优势，大量繁殖，部分水体 数量可达1 0 0 个l 。在我国部分地区，由于污水厂管道建设、管理等不够完善， 很多污水进水干管由于施工、改造等过程中会导致部分地表水进入污水管网， 进而带入部分浮游动物。在缺乏有效处理措施的情况下，这类浮游动物会进入 污水处理系统，一旦在系统中成为优势种群，就会导致红虫类浮游动物大量爆 发，影响污水处理厂的正常运行管理。 ( 2 ) 工艺限制 目前国内常用的污水处理工艺主要是活性污泥法和生物膜法，均是通过培 养驯化活性微生物对污水中有机物、氨氮等进行去除。污水处理机制决定了在 对污水厂中意外爆发的水蚤类浮游生物处理时，不能像自来水中那样，进行紫 外线照射、投加强氧化剂4 0 】。【4 3 1 等方法来进行处理。同时，为了保证污水处理厂 能够连续正常运行，难以对污水处理厂进行清空处理，尤其是s b r 等非连续运 行的工艺，浮游生物和活性微生物混合在一起，难以通过出水进行排除，也难 以通过排泥来进行排除，导致这些浮游生物在污水处理厂中进行累计，并在一 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 定条件下爆发，影响污水处理厂的的正常运行，导致水质不能达标排放。 ( 3 ) 水蚤等浮游生物生命力顽强，繁殖能力高 研究表明，水蚤类浮游生物具有很强的生命力m 】【4 6 1 ，同时具备可伸缩性， 游动能力较强，常规的污水处理手段很难去除彻底。水蚤类浮游生物大多数可 以进行孤雌生殖，繁殖能力非常强，在适宜的条件下，仅需- n 两周的时间， 即可产生大量的个体，进一步取得种群生长优势，挤压其他活性微生物生存空 间，影响活性污泥性能。 1 2 3 污水处理厂红虫类浮游动物去除现状 目前国内外对于污水处理厂中出现的水蚤类浮游生物的研究资料比较少， 大多数均集中于自来水中水蚤类浮游生物的灭活研列4 7 】- 【5 0 1 。针对污水处理厂中 水蚤类浮游生物的去除，主要靠一线工作人员凭借经验进行处理。对照净水厂 去除红虫的相关方法，结合相关资料总结，污水厂对于红虫类浮游生物的处理 方法主要有以下几种： ( 1 ) 物理法 物理法主要用于源头处理和终端处理。源头处理主要是指在红虫类浮游生 物进入污水厂污水处理系统前，就将其进行杀灭，保证其不会在污水处理系统 中进行过度繁殖。终端处理主要是指在污水厂出水口采用方法，杀灭出水中带 出来的部分红虫，避免其再次进入地表水体。目前常用的物理法主要是紫外线 消毒法【5 1 】【5 2 1 、人工捕捞等。前者主要通过紫外线对水蚤类浮游生物进行生物灭 活来达到去除的目的，由于污水厂处理方法的限制，紫外线不能够用于生化池 中的浮游生物灭火。后者由于水蚤类浮游生物一般个体较小，有一些肉眼难以 进行有效观察，捕捞难度较大，运用的较少。 ( 2 ) 化学法 化学法主要是投加强氧化剂来达到杀灭水蚤类浮游生物的目的，因此此方 法主要用于污水出水的处理，不适用于污水进水处理。目前，针对如何去除水 处理工艺中生化反应池内的红虫浮游生物，而不伤害活性污泥微生物，暂时还 没有深入的研究。目前常用的化学处理药剂主要有二氧化氯、次氯酸钠等含氯 的强氧化剂。 ( 3 ) 生物控制法 武汉理工大学硕士学位论文 通过合理的调整污水处理工艺，控制污水处理中污泥浓度，调整污泥负荷 以及水力负荷等方法，营造适合活性污泥微生物生存的优良环境，保证活性污 泥微生物在生化反应池中的种群生存优势，挤压水蚤类浮游生物生存空间，最 终使水蚤类浮游生物由于生存环境恶劣，造成其活力下降，繁殖能力降低，使 其种群数量保持在一个合理的范围内，减少其对活性污泥微生物的危害，来达 到控制水蚤类浮游生物数量的目的。 1 3 研究目的 ( 1 ) 通过研究调查，确定水蚤类浮游生物在污水处理厂中各构筑物的分布 规律，分析污水处理厂中红虫类浮游生物出现的原因，提出相应的对策。 ( 2 ) 通过试验研究，确定适合水蚤生存的最佳水质参数，进一步确定水蚤 类浮游生物不适合生存的环境，找到生物法去除水蚤的相关参数。 ( 3 ) 针对污水处理厂现状，提出合理科学的方案，提高污水处理厂对红虫 类浮游生物爆发的应急处理能力。 1 4 技术路线与技术创新点 1 4 1 研究技术路线 本课题确定的研究技术路线如下： 武汉理工大学硕二1 ：学位论文 图1 - 9 研究技术路线 1 4 2 创新点 ( 1 ) 首次系统性的对西北高寒地区污水处理厂中红虫爆发机制进行研究。 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 实验材料 2 1 1 试验药剂 第二章试验材料与方法 ( 1 ) c o d 测试药剂 蒸馏水，重铬酸钾消解液( c = 0 2 5 0 m o l l ) ，重铬酸钾标准溶液( c = 0 2 5 0 m o l l ) ，试亚铁灵指示液，硫酸亚铁铵标准滴定溶液( c 0 0 5 m o l l ) ， 硫酸一硫酸银催化剂。 ( 2 ) n h 3 - n 测试药剂 无氨水，n a o h ，碘化钾，碘化汞，酒石酸钾钠( k n a c 4 h 4 0 4 4 h 4 0 ) ( 3 ) 总磷测试药剂 过硫酸钾( k 2 s 2 0 8 ) ( 分析纯) ，抗坏血酸( c 6 h 8 0 6 ) ( 分析纯) ，钼酸铵( 分 析纯) ，酒石酸锑钾( 分析纯) 。做标准曲线所用药剂均要求为优级纯。 2 1 2 试验仪器 ( 1 ) 7 2 0 0 分光光度计，l c m 玻璃比色皿，2 c m 玻璃比色皿，5 0 m l 比色管。 ( 2 ) 微波消解仪；消解罐；酸式滴定管；移液管；锥形瓶。 ( 3 ) 5 0 m l 两桶，1 0 0 m l 量筒，1 l 两桶，1 0 l 量筒，放大镜。 ( 4 ) p n 计，h q 3 0 d 便携式数字化d o 分析仪 2 1 3 红虫的实验室培养 试验室采用人工培养驯化的方法进行红虫类浮游生物的培养与养殖。为保 证试验的实际应用功效，试验所用红虫均采自污水处理厂进水口附近地表水体。 根据相关资料，配置红虫培养液，原水采用人工配置用水，加入一定生活污水 进行调节，使水体中营养物质浓度保持在总磷0 0 5 m g l ，总氮l m g l ，c o d l 0 m g l 。在1 6 - 1 8 。c 条件下，每天曝气约6 - 8 小时，保证培养液浓度的情况下， 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 培养约8 1 5 天，直到可以观察到 达到5 0 1 0 0 个1 0 l ，即可进行试验。红虫密度采取多次取样统计，去平均 值。由于红虫个体较小，读数可以通过过滤后利用放大镜进行读取。 2 2 试验装置 本次实验装置如下，配置好的原水经过提升泵进入到s b b r 反应系统，经 过s b b r 反应器后，通过溢流孔排入生态塘，然后排出。红虫主要在s b b r 反 应器中进行分析试验。 ，人 原水箱提升泵 2 3 试验方法 图2 1 试验装置图 2 3 1 原水水质 原水主要水质指标如表2 1 所示： 生态墉p ! | 3 _ 水 武汉理工大学硕： ：学位论文 2 3 2 测试方法 试验所需要测试的主要指标及分析方法如下表所示： 表2 - 2 试验测试指标及方法 2 3 3 实验方案 本次试验主要分三阶段进行。 第一阶段：确定红虫在污水处理厂中各个构筑物的分布规律，确定红虫主 要爆发地点，以便后续试验中进行集中研究。 第二阶段：主要为实验室研究，通过实验室试验，确定红虫爆发的几种可 能原因，探讨红虫爆发可能造成的危害，并进一步确定如何去除红虫的方法， 为污水处理厂试验打下理论基础。 第三阶段：通过实验室试验得出的相关结果，为污水处理厂制定相关预案， 并在污水处理厂对试验的结果进行进一步验证，确保试验在实际应用中的可靠 武汉理工大学硕士学位论文 性，并作出修正。 2 4 本章小结 此章节主要介绍了试验所需要测试的相关指标，以及需要准备的相关药剂 和试验仪器，介绍了相关指标的测试方法以及红虫的培养方法，并根据前期研 究，明确了试验方案，绘制了实验技术路线图。 武汉理工大学硕士学位论文 第三章污水处理厂红虫分布规律研究 3 1 西吉县污水处理厂工艺简介 西吉县污水处理厂设计处理能力为1 1 0 4 m 3 d ，该污水处理厂设计工艺为 s b b r ( 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 ) ，s b b r 工艺是近些年发展起来的间 歇型反应器，秉承了s b r 工艺的可控非稳态技术特征，基建运行费用低，是一 种适用于小型城镇污水处理的工艺。由于该工艺在国内暂没有成型的运行参数， 其调试与运行均需在摸索中进行。本次试验工艺流程如下图所示： 图3 1 工艺流程简图 1 8 武汉理工大学硕士学位论文 生活污水经格