（环境工程专业论文）曝气生物滤池在污水深度处理中的应用及研究.pdf

摘要 摘要 水资源短缺是全球面临的严重问题，污水回用是解决这一问题的首选方案。曝 气生物滤池在用于城市污水回用方面具有较大的优势，特别适合我国水处理事业所 面临的现状。本课题针对石家庄市桥东污水处理厂的二级出水水质设计了套两级 曝气生物滤池的中试试验装置，重点对曝气生物滤池的挂膜方式、工艺运行参数的 优化筛选、脱氮工艺三个方面进行了研究。 研究结果表明：( 1 ) 1 。滤柱采用自然挂膜和活性污泥接种相结合的复合式挂膜方 式：2 4 采用活性污泥接种法的挂摸方式，8d 以后两滤柱均接种成功，但在生物膜的 形成、生长方面前者都是好于后者的。两滤柱串联运行驯化，1 0d 以后c o d 的去除 率达到了5 5 ，氨氮达到了4 0 ，此时可认为挂膜结束。( 2 ) 两级好氧工艺对c o d 的去除率为6 5 ，氨氮为9 5 以上，出水c o d 在5 0m g ，l 。1 以下，氨氮在5m g - l 。1 以下，达到了设计要求。同时还发现，对c o d 的去除主要发生在l ”柱进水端8 0c m 的范围内，而对氨氮的去除主要发生在2 “柱进水端8 0c m 的范围内。( 3 ) 缺氧一好氧 工艺阶段，加入了定量的初沉池出水，使c n 值达到了4 5 - - - 5 5 ，在回流比为1 0 0 的情况下，c o d 的去除率达到了8 0 ，氨氮达到了9 0 ，总氮达到了6 5 ，出水总 氮在1 5m g l 一以下，达到了出水要求。加大反硝化负荷，将进水的总氮增加到5 5 m g l 一，在回流比为1 5 0 时，出水的c o d 、氨氮、总氮也都达到了设计要求。该工 艺对t p 都有一定程度的去除率，但达不到出水要求，需要做进一步的后续处理。( 4 ) 反冲洗采用先气一水联合反冲洗，再单独水漂洗的方式。第一阶段较为合适的反冲 气量为9l ( m 2 s ) ，水量为1 8l ( m 2 s ) ，冲洗历时取15m i n 。单独水漂洗的水量为 1 5l ( m 2 s ) 。1 时，历时1 0m i n 。 关键词曝气生物滤池；污水深度处理；c o d 去除率；氨氮去除率：总氮去除率 河北科技火学硕十学位论文 a b s t r a c t w a t e rr e u s ei st h ef i r s tc h o i c et os e t t l et h ep r o b l e me x i s t i n gl nt h ew o r dw h i c hi st h e s h o r t r a g eo fw a t e rr e s o u r c e t h eb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e rh a sg r e a td o n m i n a c e si nt h ew a t e r r e u s e ，e s p e c i a l l ys u i t a b l ef o rt h ee x i s t i n gc o n d i t i o ni no u rw a t e rt r e a t m e n t t h e r e f o r e ，t h i s s u b j e c tb a s i n go nt h ew a t e rq u a l i t yo fq i a o d o n gs e w a g et r e a t m e n tp l a n ti ns h i j i a z h u a n g ， h a sd e s i g n e dab a f p i l o t t e s td e v i c e ，f o c u so nt h r e ea s p e c t s ：b i o f i l mm o d e ，o p t m i z ea n d s e l e c t i o no fo p e r a t i o np a r a m e t e r s ，n i t r o g e nr e m o v a lp r o c e s s t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：( 1 ) 1 ”c o l u m na d o p t e dac o m p l e xb i o f i l mw a yi n c l u d i n g n a t u r a lb i o f i l mf o r m a t i o na n da c t i v a t e ds l u d g eb i o f i l mw a y ；2 8 c o l u m nu s i n ga c t i v a t e d s l u d g em e t h o do fv a c c i n a t i o nl i n k e dt of e e lt h ew a y , a f t e r8d a y s t h et w of i l t r a t i o n c o l u m nw e r es u c c e s s f u l l yv a c c i n a t e d ，b u ti nb i o l o g i c a lm e m b r a n ef o r m a t i o n ，g r o w t h ，t h e f o r m e ra r eb e t t e rt h a nt h el a t t e r w h e nd o m e s t i c a t e d ，t h et w oc o l u m n si ns e r i e st or u n ， a f t e r10d a y st h ec o dr e m o v a lr a t er e a c h e d5 5 ，a m m o n i ar e a c h e d4 0 ，a tt h i st i m et h a t c o u l db el i n k e dt ot h ee n do ft h ef i l m ( 2 ) i nt h et w o - s t a g ea e r o b i cp r o c e s s ，c o dr e m o v a l r a t er e a c ht o6 5 ，a m m o n i ai s9 0 ，c o di nw a t e rl e s st h a n5 0m g l ，n i t r o g e nl e s st h a n5 m g 。l ，f o l l o w i n gt o t h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s ，b u tt h ep r o c e s sh a sn oe f f e c to nt n r e m o v i n g a tt h es a m et i m e ，w ea l s of o u n dt h a tt h ec o d r e m o v a lt o o kp l a c em a i n l yi nt h e w a t e r1 “c o l u m ne n do f8 0 c m a n dt h er e m o v a lo fa m m o n i am a i n l yi nt h ew a t e r2 4 c o l u m n e n do f8 0c m ( 3 ) h y p o x i a a e r o b i cp h a s eo ft h ep r o c e s sb ya d d i n gac e r t a i na m o u n to ft h e p r i m a r ys e d i m e n t a t i o nt a n ko f w a t e r , s ot h a tt h ec nv a l u er e a c h e d 4 5t o5 5 ，i nr e t u r nf o r m o r et h a n10 0 o ft h ec a s e s ，c o dr e m o v a lr a t er e a c h e d8 0 ，a m m o n i a9 0 ，t o t a l n i t r o g e n6 5 ，t o t a ln i t r o g e ni nt h ew a t e ri su n d e r15m g 。l ，f o l l o w i n gt ot h er e q u i r e m e n t s o ft h ew a t e r w h e nt h ea e r o b i cw a t e rc o l u m nd ol e s st h a n1 0m g l ，t h ec o l u m nt o o k p l a c es t r o n gs i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n ，t h ew a t e rw i l lh a v ea nt n r e m o v a le f f i c i e n c y ；a d d i n gac e r t a i na m o u n to fk n 0 3 ，d e n i t r i f i c a t i o ni n c r e a s e dl o a d ，t h e t o t a ln i t r o g e nf l o ww i l lb ei n c r e a s e dt o5 5m g l ，i nr e t u r nf o rm o r et h a n15 0 ，t h e e f f l u e n tc o d ，a m m o n i aa n dn i t r o g e nh a v er e a c h e dt h ew a t e rr e q u i r e m e n t s ；t h ep r o c e s so f t ph a v eac e r t a i nd e g r e eo fr e m o v a l ，b u tc a nn o tr e q u i r ew a t e rq u a l i t y , t h en e e df o rf u r t h e r f o l l o w u pt od e a lw i t h ( 4 ) a n t i w a s h i n gb e f o r eu s i n gg a s a j o i n ta n t i - w a t e rr i n s e ，a n dt h e n as e p a r a t ew a t e rr i n s e t h ef i r s tp h a s ei sm o r es u i t a b l ef o rg a sr e c o i l9l ( m 2 s ) ，f o r w a t e r l 8l ( m 2 s ) ，w a s h i n gt a k eo v e r15r a i n s e p a r a t ew a t e rr i n s ew a t e rf o rt h e1 5 l ( m 2 s ) 一，w h i c hl a s t e d10m i n i i a b s t r a c t k e yw o r d sb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ；w a s t e w a t e rd e p t ht r e a t m e n t ；r e m o v a lr a t eo f c o d ；r e m o v a lr a t eo f n h 3 - n ；r e m o v a lr a t eo ft n 河北科技大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。对本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。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发 表或撰写过的作品或成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：指导教师签名： 浩豸敞 如蜴年，2 月伞r冽扩年明尹同 河北科技大学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，同意学校保留 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 人授权河北科技大学可以将本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和汇编本学位论文。 口保密，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 日尔保密。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： 舯撕签名：殇素故 护9 年，2 月z f 日洲孑年月夕只 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 引言 1 1 1 水资源环境及现状 地球上的水资源，广义上是指全部自然界中任何形态的水，包括气态水、液态 水和固念水：狭义上是指在一定经济技术条件下容易被人类利用的，可以逐年恢复 的淡水资源。掘联合国1 9 9 7 年统计，地球上广义上的水资源约有1 3 8 6 x1 0 6 1 t 1 3 ，其中 淡水源仅有3 5 1 0 6 m 3 ，仅占全球水资源总量的2 5 3 ，且其中8 7 储存于两极冰盖、 高山冰川、水冻地带和深度7 5 0m 以上的地下层，因而便于取用的河水、湖泊水及地 下等淡水资源，仅仅约为地球水总储水量的0 2 6 。9 7 4 7 ( 分布于海洋、地下水和 湖泊水中) 为成水，既不能直接饮用也不能灌溉。理论上可以开发利用的淡水不到地 球上总淡水量的1 。 我国多年平均年降水总量为6 2 1 0 1 2m 3 。折合年降水深度6 4 8m m 。全国河川径 流量为2 7 1 0 1 2m 3 ，其中地下水排泄量6 7 8 x1 0 1 1m 3 ，冰川融水补给量5 6 0 1 0 1 0m 3 。 全国多年平均地下水资源量8 2 8 8 10 m 3 ，其中山丘区6 7 6 2 1 0 m 3 ，平原区地下 水资源量1 8 7 4 1 0 m 3 。扣除地表水与地下水相互重复水量，全国水资源总量2 8 x 1 0 比m 3 ，人均占有水资源量只有2 2 2 0m 3 ，约为世界平均值的1 4 。 一方面水资源严重短缺，另一方面水环境污染状况却相当严重。根据1 9 9 8 年中 国环境状况公报，全国废水排放总量为3 9 5 1 0 1 0t 。c o d 排放总量为1 4 9 9 1 0 7 t ， 分别比上年( 1 9 9 7 年) 下降了5 和1 4 7 。生活污水占废水排放总量的4 9 1 生活污水 c o d 排放量占c o d 排放总量的4 6 2 均比上年有所增加我国主要水系长江黄河松 花江珠江辽河海河淮河太湖巢湖以及滇池的断面监测结果表明，3 6 9 的河段达到优 于地面水环境质量i i i 级标准，其中i 类水质占8 5 ，i i 类水质占2 1 7 ，i i i 类水质占 6 7 ；6 3 1 河段的水质为i v 、v 或劣v 类，失去了作为饮用水源的功能，其中i v 类 水质河段占1 8 3 ，v 类水质7 1 ，劣v 类水质占3 7 7 。而最新的统计资料表明，2 0 0 0 年全国工业和城市生活废水排放总量为4 1 5 1 0 1 0t ，其中工业废水排放量1 9 4 1 0 t ，城市生活污水排放量2 2 1x1 0 阳t 废水中化学需氧量c o d 排放总量1 4 4 5 1 0 7 t ，其 中工业废水中c o d 排放量7 0 5 x1 0 6 t ，生活污水中c o d 排放量7 4 0 1 0 6t 【。我国城 市污水集中处理率不高，近6 0 的污水未经处理就直接排放，导致全国近1 2 的河流 遭受污染未来几年内，国家将投入巨资提高污水处理率，n 2 0 0 5 年我国城市污水处 理率将达到4 5 ，重点城市达到6 0 即使这样，仍然有大量的污水进入水体，水体污 染不可避免【2 j 。因此水资源供需矛盾仍将加剧解决我国城市缺水问题迫在眉睫。 河北科技大学硕十学佗论文 同益严重的水资源危机已严重制约了城市的发展，寻求新的水经营理念和用水 管理方法，积极开发和应用具有优势的节水技术、清洁生产技术及污染防治技术己 显得十分必要。污水深度处理技术及回用f 是顺应这一形势，逐渐显示出其开源与 减轻水污染的双重功能，成为解决城市水资源危机的有效途径，也是可持续发展坚 持的意义。 1 1 2 污水深度处理的必要性 随着我国城市化进程的不断加快，城镇居民和工业用水需求量正在迅速增长， 而水资源严重不足，超限度开采和由经济发展，产生的工业污水，生活污水加重了 对水环境的污染，使缺水问题更加突出，所以寻找新的可持续的水源，实行“开源” 才是根本。我国“十一五“规划纲要提出单位工业增加值用水量降低3 0 的约束 性指标，对工业节水提出了更高的要求。污水回用是解决这问题的重要途径，也是 大势所趋。因此，用城市污水处理厂二级处理出水经深度处理后作为工业循环水补 充水，将起到良好的示范效应，适应可持续发展需要，具有巨大的经济、社会、环 境效益。 我国大多数城市污水厂采用活性污泥法进行二级生化处理，一般情况下出水中 还会含有一定数量的污染物质，如：b o d s 2 0 - - - 3 0m g l 一；c o d6 0 1 0 0m g l ；n h 3 一n 1 5 2 5m g l 一：p6 1 0m g l ，此外，还可能含有细菌和重金属等有毒有害物质【3 】。 含有以上污染物质的处理水，如直接排放湖泊、水库等缓流水体会导致水体的富营 养化。但二级出水水质与原污水相比，已有了很大的改善。只要在原有处理工艺基 础上适当增加深度处理，就能满足回用水水质要求。 1 1 3国内外污水深度处理技术研究 污水深度处理，也称高级处理或三级处理。它是将二级处理出水再进一步进行 物理、化学和生物处理，以有效去除污水中各种不同性质的杂质，从而满足用户对 水质的使用要求。污水的深度处理在城市和工业污水回用处理中扮演着非常重要的 角色。在传统的污水生物处理方法之后，深度处理可用于去除额外的污染物、特殊 金属，以及其它有害成分。 1 1 3 1 国外污水深度处理技术研究现状 ( 1 ) 美国模式 美国的城市污水处理等级基本上都在二级以上，处理率达到1 0 0 。自1 9 2 0 年 在亚利桑那修建第一个分质供水系统用于浇灌绿地、冲厕、洗车、冷却水等以来， 美国的城市污水再生利用已经从试验研究阶段进入生产应用研究，其范围涉及农业、 工业、地下水回灌和景观娱乐等方面，其比例大致为6 2 用于各种灌溉和景观，3 1 5 用于工业，5 用于地下回灌，1 5 用于娱乐、渔业等。美国再生利用模式的突出特 2 第1 章绪论 点是集中处理回用，很少直接用于城市生活杂用。再生水利用工程主要分御于水资 源短缺、地下水严重超采的西南部和中南部的加利福尼亚、亚利桑那、德克萨斯和 福罗罩达等州。 ( 2 ) 日本模式 1 9 5 5 年同本丌始再生水利用，1 9 7 8 年受节能政策调整和城市水荒的影响，从中 央到地方都制定了中水利用指导计划，从1 9 8 0 年开始以东京为首的中水利用设施建 设迅速发展。城市污水集中处理再生利用和分散再生利用都大量存在，其突出的特 点有两个：分散处理并回用于城市生活杂用的再生水所占的比例很大；独特的 工业水道。对工业用水道的水质各个城市都有不同的标准。此外，日本政府对供水 设施建设和在水价上有较高的补贴，水价对于再生水设施建设的影响并不是主要的。 表2 1 为r 本污水回用的实例及处理流程： ( 3 ) 欧洲模式 目自订，欧洲应用b a c 技术的水厂已发展到7 0 个以上，应用最广泛的是对水进 行深度处理。他们采用的经0 3 b a c 工艺处理的出水水质很好，对氧化过程中形成 的可生物降解的溶解性有机物( b d o c ) 、d o c 包括可能转变为毒害物的溶解性有机 物、臭氧化产物、合成有机化合物( 如杀虫剂) 、产生臭味的化合物及氨的去除均十分 有效。b a c 技术由于提高了进水的可生化性，从而提高了有机物的去除率，但同时 臭氧也会对有机吸附造成破坏。基于这一点，人们开始研究吸附面积更大的其他吸 附剂代替活性炭，这些吸附剂经臭氧作用后可以获得理想的吸附效率。被研究的这 类吸附剂包括活性铝、活性铁矾土和骨碳。 1 1 3 2 国内污水深度处理技术研究现状 蒋轶锋等【3 】采用新型纤维束过滤器对污水厂的二级出水进行了直接过滤和絮凝、 过滤回用的研究。结果表明，纤维过滤具有很宽的滤速范围， 1 0 m h 一 - - 3 0 m h 。1 的滤 速下能有效去除水中的悬浮物和浊度，出水s s 低于1 0m g l ；而c o d ，b o d ，t p 和细菌的去除率分别1 0 - - 8 0 ，2 1 5 0 ，1 1 - 8 1 和8 7 。投加硫酸铝聚凝 剂能明显地改善出水的水质。通过单一水反冲洗和气水联合反冲洗的比较，发现气 水联合反冲洗是合适的冲洗方式。在反冲洗水流量1 0 l ( m 2 s ) 。1 1 2 l ( m 2 s ) 、水压 0 1 m p a 、空气流量6 0 l ( m 2 s ) 、气压0 1 m p a 的条件下，冲洗3 0 m i n 能有效恢复纤 维过滤器的过滤性能。 袁志容等【4 】以污水处理厂二级处理水为研究对象，通过臭氧一生物活性炭( 0 3 为 b a c ) 工艺进行了城市污水深度处理中试试验。结果表明，0 3 为b a c 工艺对污水色 度的去除率为9 2 ，出水无异臭味。有机物总量的u v 2 5 4 和t o c 的去除率分别为 5 7 9 和2 5 ，8 ，b a c 柱中主要是通过微生物的新陈代谢作用对生物可降解性的有机 物进行去除，而难降解性有机物还以t o c 的形式存在，且b a c 滤床对水中小分子 3 河北科技人学硕十学位论文 有机物去除有效。 傅会祥等f 5 】采用微絮凝过滤法处理城市污水厂二级出水，研究了将其回用于人工 景观水体的可行性，并考察了影响微絮凝过滤效果的因素。结果表明，最佳条件为 聚合氯化铝投量1 2m g l 一、阳离子r t 2 3 0 0 投量0 3m g l 、反应时间3 0 s 、滤速8 m h 。 在此条件下，过滤周期达1 2 h ，出水c o d 为2 5m g l 3 0m g l ，出水浊度、色度、 总磷分别在1 n t u ，2 5 度，lm g l 一以下，出水水质可满足人工景观用水的要求。 宋来洲等【6 】采用连续微滤膜分离系统对城市污水处理厂的生物处理的二级出水 进行深度处理中试试验研究。结果表明，该系统运行稳定，能有效去除污水中的生 物絮体和悬浮物，系统出水的浊度小于o 5 n t u ，色度小5 度，c o d 数值低5 0m g l 一， b o d 5 小于1 0m g l ，铁锰有5 0 左右的去除，出水几乎没有细菌和大肠杆菌。该 系统可以作为反渗透膜系统的预处理，出水再经脱盐处理，可满足回用水要求。 盛铭军等【_ 7 】采用生物膜和沸石组合工艺对城市二级出水进行深度处理。实验结果 表明，沸石容易挂膜，并且表面生长了大量的硝化菌，不仅具有去除水中浊度和部 分有机物的作用，而且对n h 4 + 具有良好的选择性，可有效去除废水中的氨氮；对于 经过二级处理后的可生物降解性较差的城市污水，c o d c ，的去除率为6 0 左右，氨 氮去除率大8 0 ，t p 去除率2 5 左右。处理后的城市污水经过杀菌消毒后可以满足 工业冷却水、景观用水和生活杂用水等的水质要求。 孙贤波等【8 】考察u v 0 3 高级氧化法对城市污水生化处理水深度处理的效果及其 影响因素。结果表明，u v 0 3 过程具有氧化能力强，反应无选择性等优点，较普通 0 3 氧化更具有优势，5 0 m i n 时c o d c r 的去除率达到9 0 以上，达到了深度处理的目 的u v o ，法处理难氧化有机物时，几乎大部分都被氧化分解，残留量很少。并发现 较低的p h ( p h = 5 ) 有利于c o d c ，的去除，有机污泥对c o d c ，去除率基本没有影响，但 无机悬浮物s i 0 2 对c o d c ，去除率影响较大。 在我国，污水深度处理目前采用较多的依然是传统处理工艺，这种工艺技术成 熟，对胶体类杂质的去除率高，出水可满足大多数情况下用户的要求。但这种工艺 存在以缺点：( 1 ) 处理流程长、基建投资大；( 2 ) 药耗高、运行费用高；( 3 ) x , - t 有机物、 氨氮的去除能力不强。随着更严格污水回用水质标准的出台，该工艺越来越满足不 了用户的要求。而采用活性炭吸附、膜分离等处理工艺时，同样面临着处理流程长、 运行费用高、维护困难等问题。因此，在我国污水回用大力开展的今天，迫切需要 研究丌发出适合我国国情的污水深度处理新工艺。该工艺必须具备高效、价廉、流 程短、易普及等特点，只有这样才能推动我国污水回用事业的发展从根本上缓解我 国水资源紧缺的状况。所以曝气生物滤池污水处理新工艺就是在此背景下研究开发 出来的符合上述要求的一种污水生物处理新技术。 4 第1 章绪论 1 1 4 开发污水深度处理新工艺的意义 为了水污染对环境和人类带来的危害，解决水污染供需矛盾，促进经济环境可 协调发展，进行城市污水处理迫在眉睫。在我国，传统处理工艺技术成熟，对胶体 类杂质的去除率高，出水可满足大多数情况下用户的要求。但这种工艺存在以缺点： ( 1 ) 处理流程长、基建投资大；( 2 ) 药耗高、运行费用高；( 3 ) 对有机物、氨氮的去除能 力不强。随更严格污水回用水质标准的出台，该工艺越来越满足不了用户的要求。 而采用活性炭吸附、膜分离等处理工艺时，同样面i 瞄着处理流程长、运行费用高、 维护困难等问题。因此，在我国污水回用大力开展的今天，迫切需要研究开发出适 合我国国情的污水深度处理新工艺。该工艺必须具备高效价廉流程短易普及等特点 只有这样彳+ 能推动我国污水回用事业的发展从根本上缓解我国水资源紧缺的状况。 1 2 曝气生物滤池的研究现状 1 2 1 曝气生物滤池简介 曝气生物滤池国外是从上个世纪8 0 年代开始研究推广的，至l j 9 0 年代初期已基本 成熟的一项新型水处理工艺。它集生物膜的强氧化降解能力和滤层的截留效能于一 体，具有诸多优点，目前已经广泛应用于城市污水的处理、中水回用及微污染源水 的预处理，已成为了一种经济、高效的污水二级、三级处理工艺。它可以去处s s 、 c o d 、b o d 硝化、反硝化除磷等。 曝气生物滤池处理污水作为近年来开发出的污水处理工艺，已在欧美和日本广 为流行，但在我国正处于研究推广阶段。曝气生物滤池最大的特点是集生物氧化和 截留悬浮固体于一体，节省了后续沉淀池( 如二沉池) 。此外，该处理工艺容积负 荷、水力负荷大，占地面积、基建投资少，氧转移率高，出水水质好，运行费用低 等特点。特别是其模块化结构有利于未来的扩建。该工艺可独立采用，也可与其他 污水处理工艺组合应用，是一种可替代传统的污水处理工艺，适合我国国情的污水 处理方法。 1 2 2b a f 工艺工作原理及运行特点 b a f 充分借鉴了污水处理中的生物接触氧化法和给水处理中快滤池的设计思 路，集曝气、高滤速、截留s s 、定期反冲洗等特点于一体，并通过过滤、吸附和生 物代谢实现对废水的净化【2 5 1 。b a f i 艺类型和操作方式有多种，各具特点，但其基 本原理是一致的。b a f 通常由粒状的填料床组成，曝气装置安装在填料床承托层或 靠近它的地方，流过反应器的水既可以是上流式也可以是下流式，水中的底物和充 足的氧气使填料表面附着生物膜，填料上所附的生物膜通过微生物氧化分解作用、 填料及生物膜的吸附阻留作用和沿水流方向形成的食物链分级捕食作用，以及生物 5 河北科技人学硕十学何论文 膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用，使其对水中污染物质具有良好的去除效果。 其运行分过滤和反冲洗两个阶段，每完成两个阶段为一个运行周期。过滤过程中， 进入b a f 的污水利用滤料上高浓度的生物量实现对有机物的生物氧化降解，同时借 助于较小粒径的滤料及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的s s 及脱落的生物膜： 随着滤料层截留s s 等增加，其水头损失亦增加，因而运行一定时间后，为维持b a f 的处理能力和出水水质，需要进行反冲洗以去除其中截留的s s 、脱落的生物膜，同 时使滤料表面的生物膜得到更新。 与传统的生物处理工艺相比，b a f 具有以下方面的特点：( 1 ) 有机负荷高，处 理能力大。b a f 通过采用高比表面积、易挂膜的细颗粒滤料及曝气为微生物的生长 提供了更好的条件，其单位体积内的生物量可高达1 0 1 5g l 一，因而其容积负荷远 高于传统工艺，处理能力更大，同时由于其填料对污水中s s 及脱落生物膜的高效截 留作用，无需二沉池，因而减少了池容和占地，降低了造价。一般而言，b a f 的占 地和一次性直接投资通常分别为传统工艺的1 0 5 0 和7 5 左右i z 6 】；( 2 ) 除污功 能强，出水质量高。由于b a f 特殊的构造和运行方式，其中生物膜将呈现出优势菌 种在不同空i 日j 位置上的“生态分布”特征，使其同时具有有机物去除、硝化和反硝 化等多种功能，且其出水一般可满足回用要求；( 3 ) 工艺流程短，氧利用率高，维 护管理方便，处理成本低，一般为传统工艺的8 0 t 27 】( 4 ) 对进水的预处理要求较 高，尤其是对进水中b o d 浓度和s s 浓度有较严格的要求，多适用于处理s s s 6 0 1 0 0 m g l 。1 的低进水浓度污水的处理。但其产泥量较传统工艺大，且污泥的稳定性较差。 1 2 3b a f 工艺在我国的研究现状 b a f 在我国的研究应用，整整比欧秽l i 晚了近1 0 - - 1 5 年时间。近十多年来，国内很 多学者及科研单位对b a f 的结构形式、功能、启动、滤料和操作等方面进行了详细 的研究，取得了很多成果，目前b a f 正处于研究推广阶段。 清华大学用下向流b a f 处理校园生活污水，试验发现b a f 对s s 、c o d 、b o d 、 n h 3 - n 、t n 有较高的去除率，对t n 分析发现在硝化的同时也进行着反硝化反应。其 他人的研究，也发现了同样的现象，在进水前端滤料中，底物的降解去除率高，微 生物丰富，沿着水流方向，微生物的数量和种类逐渐变化。邱立平、马军隅发现， b a f 在实验处理过程中表现出显著的短程硝化反硝化特征：郭保华、刘志强、苗群 等人采用生物吸附+ 两段式b a f ( 上向流) 处理城市污水，研究了填料高度和反冲洗对 b a f 运行效果的影响。刘建广进行下向流b a f 处理医院污水的试验研究，也表明b a f 运行稳定，出水水质良好l l 啦! 2 j 。 张杰、陈秀荣研究发现在相同的反冲强度条件下，脉冲反冲洗的效能远大于气 水连续反冲沈，扩展流池型b a f l t 均匀流池型b a f 易于洗净且有利于生物滤层的恢 复，认为可采用脉冲反冲方式与扩展流b a f 组合形式，最佳的反冲运行参数为：气 6 第1 章绪论 冲强度8 1 0l ( s m 2 ) ，水冲强度2 - - - - - 4l - ( s m 2 ) ，反冲时间5m i n 。钟华文、廖艳等 人采用b a f 处理炼油厂含酚汽提废水，发现对c o d 的平均去除率可以达到7 3 ，而 酚的平均去除率可以达至1 j 9 3 i 1 3 4 1 。 大连马拦河污水处理厂是我国第一个应用b a f 的污水处理厂，采用德国的菲立 普穆勒公司的b i o f o r 工艺，采用二级b i o f o r 处理生活污水。2 0 0 1 年7 月正式投产 运行，处理水量1 2 1 0 4m 3 d ，其中4 1 0 4m 3 d 污水用于回用，服务人口3 5 力。设计 进水水质为c o d = 4 8 0m g l 一，b o d s = 2 1 6m g l 1 ，k s = 3 5 0m g l 一，n h s - n = 4 0m g l 一， p h = 6 9 ，运行表明处理效果良好，出水水质达到我国新颁布的城市污水再生利用 一城市杂用水水质标准【1 5 】。 辽宁盘锦市辽河石油勘探局下属企业辽河油田机械修造公司红村污水处理工 程，采用上向流b a f 处理工艺来处理生活和工业混合污水，结果表明，出水c o d 值 在2 5 6 0m g l ，s s 值在1 5 - - 4 0m g l ，处理水质远低于国家污水综合排放标准 之一级标准q 。 l - 2 4 b a f 工艺在污水回用中的应用 郭天鹏、汪诚文、陈吕军等人研究了上向流曝气生物滤池( u b a f ) 深度处理城市 污水的工艺特性，处理后污水在c o d c ，b o d 5 ，s s ，n h 3 - n 和浊度上完全达到了污 水综合排放的级标准和生活杂用水水质标准( c j 2 5 卜8 9 ) 。其他许多研究也表明曝 气生物滤池用于城市污水厂二级出水的深度处理，处理后出水水质良好可以达到生 活杂用水、景观用水水质标准。该工艺具有高效价廉、流程短等优点，是一种较理 想的污水回用处理工艺1 1 7 】。 江霜英、高廷耀采用混凝气浮+ 下向流b a f 工艺处理校园学生宿舍的洗衣、洗浴 废水，结果表明，出水完全可以达到生活杂用水水质标准( c j 2 5 卜8 9 ) 的要求。 齐鲁石化热电厂采用1 3 a f 、混凝气浮、过滤、杀菌等工艺对热电厂的废水( 包括生活 污水、养鱼塘排水) 进行了处理，处理后的水作为循环补充水，结果表明，工艺合理， 系统运行稳定，出水浊度s 1n t u ，c o d 5m g l 一，氨氮 2m g l ，异养菌 8 5 ，c o d 去除率在8 0 左右，在回流比为 7 河北科技人学硕十学位论文 5 0 的条件下总氮的去除率约3 0 。u b a f 出水投加硫酸铝后进行纤维过滤除磷，出水 t p 小于1m g l ，出水水质符合回用要求。 目前，在应用b a f 处理城市生活污水中c o d 、n h 3 n 等方面的研究比较多对生 化反应机理与反应动力学的研究虽有一些，但尚待深入，有关理论体系还有待完善。 今后应该积极追踪国夕 - b a f 技术发展动向，加强对于优质填料的开发研究，对组合 填料的处理效果进行进一步研究；在池体结构和运行方法上积极研究，扬长避短， 研究适合b a f 的前后处理单元，以利模块化组合；加强b a f 对城市污水深度处理及 回用处理的研究，强化b a f 对某些难降解污染物的去除能力：加强对生物膜微生物 种类、特性和生长规律的研究，培养筛选或引进高效微生( 女i j e m 菌) 提高处理效果； 加强对b a f 同步碳化硝化，同步硝化反硝化机理的研究；理论上，应该借鉴国际水 协( i a w q ) 的三个活性污泥过程模型，研究适合不同处理过程的b a f 数学模型，提高 b a f 设计和管理水平。曝气生物滤池是一种适合我国国情的水处理技术，应加大力 量进行深入研究，推动该技术的发展以及在水处理中的应用，使其在污水的深度处 理和回用处理以及给水预处理中发挥更大的作用。 1 2 5b a f 工艺研究中存在的问题 曝气生物滤池( b a f ) 作为种发展较快的新型生物处理技术，具有很多其它 工艺所不具备的优点，在受污染水源水预处理、污水的二级和三级处理等均得到广 泛应用该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的 特点。 曝气生物滤池技术进行有机物去除、硝化反硝化、微污染水源水预处理等方面 的研究和应用进展较快，但目前研究中还存在着一些问题，如：生物膜处理机理、 除磷和反应动力学的研究尚待深入，有关反应器处理机理的理论体系还不完善。随 着现代生物检测技术和纳米测量技术的发展，有关曝气生物滤池处理机理的研究将 有望取得突破，特别是在生物膜生长和生物膜活性的研究将成为近期的前沿课题。 由于曝气生物滤池具有很强的硝化反硝化能力，在污水的三级脱氮处理和微污染水 源水的预处理中将得到广泛的应用【2 们。采用合适的预处理技术与曝气生物滤池组成 新型一体化反应器，将为今后模块化组合大规模应用曝气生物滤池处理污水打下重 要的基础。通过采用改性处理的新型吸附型填料，可以大大强化曝气生物滤池对某 些难降解污染物的去除能力，从而在污水的高级处理和给水处理中发挥更大的作用。 根据目前的研究和应用情况，今后应重点研究以下相关问题：( 1 ) 研究填料对污染 物去除的影响及污染物去除机制； ( 2 ) 开发新填料并寻求改善填料性能的工艺和方 法；( 3 ) 研究生物膜的特点及其快速启动的方式( 2 i 】；( 4 ) 探讨生物氧化功能和过 滤功能之f 3 j 的相互关系：( 5 ) 确定滤池去除污染物的最佳滤层高度和最佳反应条件； ( 6 ) 研究曝气生物滤池的硝化反硝化能力及各种工艺流程的设计；( 7 ) 寻找反冲 r 第】章绪论 沈过程中生物膜的脱落规律；( 8 ) 进一步拓宽曝气生物滤池的应用范围，研究其在 水深度处理、微污染源水预处理、难降解有机物处理中的应用及与其他工艺组合的 处理效果。 本论文就上述部分几个问题进行了较为深入的探讨和研究，希望可以加强曝气 生物滤池在我国的推广与应用。 1 3 课题来源及研究内容 本课题为石家庄市建设局立项的真实性科研课题。曝气生物滤池作为一种发展 较快的新型生物处理技术，它所具备的许多优点使之成为符合我国国情的一种污水 深度处理技术，在我国有着很大的发展潜力和应用前景。 本研究以石家庄市桥东污水处理厂二级出水为试验水源，结合曝气生物滤池在 不同研究方面中存在的一些问题，开展了大量的试验研究，具体研究内容如下： ( 1 ) 对曝气生物滤池应用于城市污水深度处理工艺技术可行性进行研究。 ( 2 ) 对曝气生物滤池的不同挂膜方式进行的对比试验研究，寻求一种更适合在 低温条件下运行的高效、快速的挂膜方式。 ( 3 ) 分别对两级好氧曝气生物滤池和兼氧+ 好氧曝气生物滤池两种不同工艺的 运行参数进行优化研究，寻求一种更适合该厂水质的深度处理工艺。 9 河北科技大学硕+ 学位论文 第2 章试验简介 2 1工艺确定 根据石家庄市桥东污水处理厂二级出水的水质情况，以及所要达到的回用标准， 从目前运用比较广泛、成熟的工艺中选择一套适合作为该厂污水深度处理的工艺。 曝气生物滤池工艺与其他工艺比较有以下几个优点心别： ( 1 ) 池容和占地面积小 曝气生物滤池b o d 容积负荷可达到5 - - 6k g b o d ( m 3 - d ) 一，是常规活性污泥法或 接触氧化法的6 1 2 倍，所以它的池容和占地面积只有活性污泥法的1 1 0 左右，大 大节省了占地面积和大量的土建费用。 ( 2 ) 处理效果好 在b o d 容积负荷为6k g b o d ( m 3 d ) 以时，其出水s s 和b o d ；可保持在1 0m g l 。 以下，c o d 可保持在6 0m g l 。以下，远低于国家污水综合排放标准中的一级排 放标准。 ( 3 ) 处理流程简单， 由于曝气生物滤池对s s 的生物截留作用，使出水中的活性污泥很少，不需设置 二沉池和污泥回流泵房，使处理流程简化，使占地面积进一步减少。 ( 4 ) 基建费用和运转费用低廉 由于该技术流程短、池体容积小、占地省，使基建费用大大低于常规二级生物 处理。同时，粒状填料使得充氧效率提高，可节省能源消耗。 ( 5 ) 管理方便 曝气生物滤池抗冲击负荷能力强，没有污泥膨胀问题，微生物也不会流失，能 保持池内较高的微生物浓度。因此，日常运行管理简单，处理效果稳定。 ( 6 ) 设施可间断运行 由于大量的微生物生长在粒状填料粗糙多孑l 的内部和表面，微生物不会流失， 即使长时间不运转也能保持其菌种。若长时间停止不用后再次使用，其设施可在几 天内恢复f 常运行。 因此，选择了曝气生物滤池作为深度处理的首选工艺。 2 2 试验原水水质 本实验研究基地为石家庄桥东污水处理厂，该污水处理厂地处石家庄市区东南 部，主要承担铁路以东各企业事业单位及居民生活所排放的污水，污水处理厂服务 范围为9 5 9 5 平方公军。日处理污水设计能力为5 0 x 1 0 4 m 3 ，定员3 5 0 人，厂区占地 1 0 第2 章试验简介 7 5 0 x 4 5 0m 2 ，采用a o ( 脱氮) 工艺处理城市污水，其处理工艺如下图2 - 1 ： 匕薏耄廿 三乎至总出水渠 图2 一l 桥东污水处理厂工艺流程 f i g 2 - l p r o c e s so fq i a o d o n gs l u d g ew a t e rt r e a t m e n tp l a n t 设计出水水质达到了国家现行标准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 ) 的要求，二级处理的设计出水水质见表2 - 1 ： 表2 1 二级出水水质 t a b 2 - 1w a t e rq u a l i t yo fs e c o n de f f l u e n t 项目指标 化学需毓置c o d e r 生化需氧量b o d 5 悬浮物s s 氨氮n h 3 - n 总磷下p _ 1 0 0m g o 3 0 m g 。l 1 3 0 m g 。 叟5m g l 3 m g 。l 1 试验丌始以前，为掌握其二级出水水质的准确情