（环境工程专业论文）组合填料曝气生物滤池处理受污地表水体的研究.pdf

m a s t e rd i s s e r t a t i o no fs u z h o uu n i v e r s i t yo f s c i e n c ea n dt e c h n o l o g ys c l e n c ea n n le c n n o l o g v r e s e a r c ho nc o m b i n e dm e d i u mb i o l o g i c a lk e s e a r c n0 nc 0 mb l n e dm e d l u mb 1 0 1 0 9 l c a i a e r a t e df i l t e rf o rt h et r e a t m e n to fp o l l u t e d s u r f l a c ew a t e r m a s t e rc a n d i d a t e ：d uy - 0 n g x i a n g s u p e r v i s o r ：p r o f s h e ny - a o l i a n g m a j o r ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g s u z h o uu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y d e p a r t n l e n to fe n v i r o n m e n t a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n g j u n e ，2 0 1 0 苏州科技学院学位论文独创性声明和使用授权书 独创性声明 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。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 学位论文使用授权书 日期：丝止年蓝月坳 苏州科技学院、国家图书馆、中国科学技术信息研究所的中国学位论文全 文数据库等国家有关部门或机构有权保留本人所送交论文的复印件和电子文 档，允许论文被查阅和借阅。本人完全了解苏州科技学院关于收集、保存、使用 学位论文的规定，即：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有 权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用 影印、缩印、数字化或其他复制手段保存汇编学位论文：同意学校在不以赢利为 目的的前提下，用不同方式在不同媒体上公布论文的部分或全部内容。 ( 保密论文在解密后遵守此规定) 论文作者签名： 指导教师签名： 同期：兰止年月野 同期：业年土月上三同 摘要 本文采用陶粒一沸石一活性炭组合填料曝气生物滤池，对受污地表水体的处理效 能进行了研究。考察了气水比、水力负荷、温度、氨氮浓度等因素对组合填料曝气生 物滤池处理效果的影响；对比分析了组合填料曝气生物滤池和单一陶粒填料曝气生物 滤池对受污地表水体的处理效果；同时研究了组合填料曝气生物滤池每段填料层对污 染物的去除特性，试验结果如下： ( 1 ) 在h i 玎为6 h ，气水比在l ：l ，温度在1 6 2 4 的条件下，经3 1 d 组合填料 曝气生物滤池挂膜成功，出水高锰酸盐指数和氨氮浓度分别降至2 m 叽左右和 0 1 m g l 以下。 ( 2 ) 综合考虑各种影响因素，确定其最佳运行工况：气水比为2 ：1 ，水力负荷为 0 3 8 2m 3 m 2 h ，温度为2 2 3 l 。 ( 3 ) 组合填料曝气生物滤池高锰酸盐指数的去除主要集中在填料层的底部2 5 c m 范围内和活性炭层：沸石层对氨氮具有良好的缓冲能力，对氨氮的去除能力较强：活 性炭层则对沸石层的出水起到了深度强化处理的作用。 ( 4 ) 在水力负荷为o 3 8 2 m 3 m 2 h ( 水力停留时间为2 h ) ，气水比为2 ：1 ，温度在 1 0 1 6 的条件下，陶粒一沸石一活性炭组合填料b a f 对污染物的去除效果明显优 于单一陶粒填料b a f 。组合填料b a f 对高锰酸盐指数、氨氮、总氮和浊度的去除率 分别为6 5 0 4 、9 8 5 3 、2 0 8 l 、9 8 2 4 ；单一填料b a f 对高锰酸盐指数、氨氮、 总氮和浊度的去除率分别为3 7 0 2 、8 4 7 2 、l o 7 0 、9 7 6 7 。 ( 5 ) 相比单一陶粒填料曝气生物滤池，组合填料曝气生物滤池具有更好的抗氨 氮冲击能力；组合填料曝气生物滤池对污染物的去除具有较好的稳定性。 采用陶粒一沸石一活性炭组合填料曝气生物滤池对受污地表水体进行处理，达 到了改善水质的目的，是一种经济高效、技术可行的方法。 关键词：曝气生物滤池，组合填料，受污地表水体，水力负荷 a b s t r a c t t h ec e r a m i s i t e 屹e o l i t e 吃c t i v a t e dc a r b o nc o m b i n e dm e d i u mb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ( b a f ) w a su s e dt os t u d yt h e 仃e a t m e n te f f e c t i v e n e s so ft h ep o l l u t e ds u r f a c ew a t e r s e v e r a l f a c t o r sa f i e c t i n gt h ep e r f o m a n c eo fc o m b i n e dm e d i u mb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e rw e r e i n v e s t i g a t e d t h ef a c t o r si n c l u d e da i rt ol i q u i dr a t i o ，h y d r a u l i cl o a d i n g ，t e m p e r a t u r e ， a m m o i l i ai l i t r o g e na n de t c c o m p a r a t i v ea i l a l y s i so fc o m b i n e dm e d i u mb i o i o g i c a la e r a t e d f i l t e ra n das i n g l ec e r a m i s i t e 壬；a fw a sm a d ef o rt h et r e a t m e n to fp o l l u t e ds u r f a c ew a t e r f u r t h e 衄0 r e ，p o l l u t 觚t sr e m o v a lc h a r a c t e r i s t i c0 fe a c hm e d i u ml a y e rw a ss t u d i e d t h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t sw e r ed r a w n 硒b e l o w ： ( 1 ) w h e nh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ew a s6 h ，t h eg a st ol i q u i dr a t i ow a s1 ：1 ，t c m p e r a t u r e v a r i e d 肺m16 t o2 4 ，t h ef i l mf o m a t i o no fc o m b i n e dm e d i u mb a fw a sc o m p l e t e d a 1 f t e r31 d a y s t h ee m u e n tp e 咖a n g a n a t ei n d e x 锄da m m o l l i ai l i t r o g e nc o n c e n t r a t i o n r e d u c e dl oa b o u t2m g la n db e l o wo 1m g lr e s p e c t i v e l y ( 2 ) w i mc o n s i d e 豫t i o no ft h ei n n u e n c i n gf a c t o r s ，o p t i m a lo p e r a t i o n a lp a r a m e t e r sf o r c o m b i n e dm e d i u mb a fw e r c ：t h eg 硒t 0l i q u i dw a s2 ：1 ，h y d r a u l i cl o a d i n gw a so 3 8 2 m 3 m 2 h ，t e m p e r a t u r ew 硒2 2 3 l ( 3 ) r h ep e m a n g a n a t ei n d e xr e m o v a lo fc o m b i n e dm e d i u mb a fm a i m yt 0 0 kp l a c ei n t l l e2 5 c ma r e ao fm e d i u mb o t t o m 锄da c t i v a t 酣c a r b o nl a y e r ；z e o l i t el a y e rh 嬲ag o o d b u f f 嘶n gc a p a c i t yo fa m m o i l i a 莉仃o g e n 龇l da m m o i l i a 莉t m g e nr e m o v a le f f t ；a c t i v a t e d c a r b o nl a y e rp l a y e dam l ei na d v 觚c i n gt r e a t m e n tf o r t h ee f f l u e n to fz e o l i t el a y e r ( 4 ) w h e nh y d r 踟i i cl o a d i n gw a so 3 8 2m ，m z h ( h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ew 嬲2 h ) ，t l l e g a st 0l i q u i dw a s2 ：1 ，t e m p e r a t u r ev a r i e df r o m2 2t 03l ，t l l ep o l l u t a i l t sr c m o v a je f k c to f t h ec e r a i n i s i t e 吃e o i i t e a c t i v a t e dc a r b o nc o m b i n e dm e d i u mb i o l o g i c a l 神r a t e df i l t e r ( b a f ) w a sb e t t e rm a nas i n g l ec e r a i n i s i t eb a f0 b v i o u s i y t h er e m o v a l 豫t eo fp c n n a n g a n a t e i n d e x ，锄m o i l i at l i 仃0 9 e nc o n c e n 仃a t i o n ，t o t a ln i m 唱e na n dt u r b i d i t yi nc o m b i n e dm e d i u m b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e rw a s6 5 0 4 ，9 8 5 3 ，2 0 8 l 柚d9 8 2 4 r e s p e c t i v e l y t h e r e m o v a lr a t eo fp e m a n g a n a t ei n d e x ，a m m o m ar i i 仃o g e nc o n c e n t r a t i o n ，t o t a li l i t r o g e n 锄d t u r b i d i t yi n as i n g l ec e r a m i s i t eb a fw a s3 7 0 2 ，8 4 7 2 ，l o 7 0 a n d9 7 6 7 舱s p e c t i v e ly ( 5 ) c o m p a r e dw i t has i n g l ec e r a m i s i t eb a f c o m b i n e dm e d i u mb i o l o g i c a la e r a t e d f i l t e rh a sb e t t e ra n t i 吨m m o n i ai l i t r o g e ns h o c kc a p a c i t y c o m b i n e dm e d i u mb i o l o g i c a l r a t e df i i t e r h a sb e t t e rs t a b i l i t yf o rt h ep o l l u t a n t sr e m o v a i m a s t c r sd i 铀c 九a t i o no fs u z h o uo fs c i c n c ca n d1 c c h n o l o g ya b s t r a c t t h ec e r a m i s i t e _ z e o l i t e - a c t i v a t e dc a r b o nc o m b i n e dm e d i u mb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ( b a f ) w a su s e dt 0d i s p o s et h ep o l l u t e ds u r f a c ew a t e r ，r e a c h i n gt h ep u r p o s eo fi m p r 0 v i n gt h e w a t e rq u a l i t y i ti sah i g he c o n o m i c a l ，h i g h e f f i c i e n t ，t e c h n i c a lf e a s i b l em e t h o d k e y w o r d s ：b i 0 1 0 9 i c a la e r a t e df i l t e r ，c o n l b i n e dm e d i u m ，p o l l u t e ds u r f a c ew a t e r ，h y d r a u l i cl o a d i n g 苏州科于土院硕l 学f 移论丈日录 目录 摘要i a b s t r a c t 第一章绪论1 1 1 地表水体环境污染现状1 1 2 受污水体净化技术的研究与应用现状2 1 2 1 物理净化法3 1 2 2 化学净化法3 1 2 3 生物净化法4 1 2 4 自然净化法4 1 3 曝气生物滤池处理技术6 1 3 1 曝气生物滤池的原理及特点6 1 3 2 曝气生物滤池的构造和结构形式7 1 3 3 曝气生物滤池运行控制的几个关键问题8 1 3 4 曝气生物滤池的应用10 1 3 5 曝气生物滤池的研究现状1 3 1 3 6 曝气生物滤池的发展趋势1 3 1 3 7 曝气生物滤池存在的问题与不足1 4 1 4 课题的提出、研究目的及意义1 4 1 4 1 课题的提出1 4 1 4 2 研究目的及意义1 5 第二章试验设计和研究内容1 6 2 1 试验设计16 2 1 1 研究技术路线16 2 1 2 试验装置设计17 2 1 3 试验所用填料的来源与性质1 7 2 1 4 试验用水18 2 1 5 分析测定项目及方法1 8 2 2 研究目的和研究内容1 9 2 2 1 研究目的1 9 2 2 2 研究内容19 第三章组合填料曝气生物滤池处理受污地表水体挂膜启动研究2 0 功：州科技。7 ：院珂! f7 7 1 f 移论文目录 3 1 反应器的启动与挂膜方式分析2 0 3 2 挂膜期间对污染物去除效能分析2 0 3 2 1 挂膜期间每段填料层高锰酸盐指数随时间的变化2 0 3 2 2 挂膜期间每段填料层n h 。+ 一n 随时间的变化2 2 3 2 3 挂膜期间填料表面生物膜的变化2 4 3 3 启动挂膜结果分析2 5 第四章组合填料曝气生物滤池运行特性的试验研究2 6 4 1 气水比对组合填料曝气生物滤池处理效能的影响2 6 4 1 1 气水比对高锰酸盐指数的去除影响2 6 4 1 2 气水比对氨氮的去除影响2 8 4 1 3 气水比对反应器硝化特性的影响2 9 4 1 4 气水比对总氮的去除影响3 0 4 1 5 气水比对浊度的去除影响3 2 4 2 水力负荷对组合填料曝气生物滤池处理效能的影响3 3 4 2 1 水力负荷对高锰酸盐指数的去除效果3 3 4 2 2 水力负荷对氨氮的去除效果。3 4 4 2 3 水力负荷对总氮的去除效果3 5 4 2 4 水力负荷对浊度的去除效果3 6 4 3 氨氮浓度对组合填料曝气生物滤池处理效能的影响3 7 4 4 温度对组合填料曝气生物滤池处理效能的影响3 8 4 5 组合填料与单一填料曝气生物滤池除污效果的对比研究4 l 4 5 1 组合填料与单一填料除污效果的对比一：4 1 4 5 2 不同填料段处理效能的分析。4 2 4 6 本章小结4 6 第五章结论与建议4 8 5 1 结论4 8 5 2 建议。4 9 参考文献5 0 致 射5 5 作者简历5 6 苏州 ： 技院顾i 。f 节论艾第一市绪论 1 1 地表水体环境污染现状 第一章绪论 随着工农业的快速发展和世界人口的迅速膨胀，使得水资源的需求量同益增加， 造成的水污染程度也同趋严重。世界上许多国家都面临着水资源短缺和水域生态环境 恶化的问题。2 l 世纪世界水资源委员会的一份报告指出，全世界有一半以上的水域 已被污染，水域生态体系遭到严重破坏。我国水体污染也比较严重，正在经历前所未 有的水污染转型，水资源、水环境、水生态和水灾害四大水问题相互作用，彼此叠加， 形成影响未来中国发展和安全的多重水危机，其中水污染的威胁尤为突出，水环境质 量状况令人担忧。据2 0 0 8 年中国环境状况公报表明：全国地表水污染依然严重。七 大水系水质总体为中度污染，浙闽区河流水质为轻度污染，西北诸河水质为优，西南 诸河水质良好，湖泊( 水库) 富营养化问题突出。长江、黄河、珠江、松花江、淮河、 海河和辽河七大水系水质总体与上年持平。2 0 0 条河流4 0 9 个断面中，i i i i 类、 v 类和劣v 类水质的断面比例分别为5 5 o 、2 4 2 和2 0 8 。其中，珠江、长江水 质总体良好，松花江为轻度污染，黄河、淮河、辽河为中度污染，海河为重度污染。 七大水系和部分主要河流的主要污染物指标如下表卜1 所示： 表1 1 七大水系和部分主要河流的主要污染物指标 t h b l e1 1m a i l ip o u u t a n ti n d e xo f 辩v e nm a j o rw a t e rs y s t e ma n dp a no fm a i l lr i v e r s 河流名称 主要污染指标 长江 黄河 珠江 松花江 淮河 海河 辽河 浙闽区河流 西南诸河 两北诸河 氨氮、石油类和五日生化需氧鼍 氨氮、石油类和五日生化需氧幢 石油类、五日生化需氧量和氨氮 高锰酸盐指数、石油类和五日生化需氧量 高锰酸盐指数、五日生化需氧量和氨氮 氨氮、高锰酸盐指数和五日生化需氧量 石油类、氨氮和高锰酸盐指数 石油类、氨氮和五日生化需氧量 铅 石油类、氨氮和五日生化需氧昔 在湖泊方面，2 8 个国控重点湖( 库) 中，满足i i 类水质的4 个，占1 4 3 ；i i i 类 的2 个，占7 1 ；类的6 个，占2 1 4 ；v 类的5 个，占1 7 9 ；劣v 类的1 1 个， 占3 9 3 。主要污染指标为总氮和总磷。在监测营养状态的2 6 个湖( 库) 中，重度 富营养的1 个，占3 8 ；中度富营养的5 个，占1 9 2 ；轻度富营养的6 个，占2 3 0 。 如表l - 2 和图卜l 所示。 木：三湖是指太湖、滇池和巢湖 营养状态指数 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 o 图l - l 重点湖( 库) 营养状态指数 f i g l - ln u t r i t i o n a ls t a t u si i i d e xo fm a j o ri a k e s ( 他驰r v o i r s ) 由此可见，目前我国地表水体的受污染程度已变得日趋严重，除个别水系支流和 部分内陆河外，总体上仍呈加重趋势。目前水污染主要呈现如下特点：复合型污染较 为严重，城市水污染状况无根本性改善，农村水污染状况日益恶化，流域性等面源污 染异军突起，饮用水源破坏严重，社会问题浮出水面，水体污染致使水体生态系统遭 受严重破坏，自净能力减弱，甚至消亡，同时，城市景观水体水质恶化亦对该地区居 民的日常生活造成极大影响，水资源缺乏和水域污染已严重制约了我国社会经济的可 持续发展。因此，受污染水体的综合治理和修复已经刻不容缓。 1 2 受污水体净化技术的研究与应用现状 受污水体的净化技术是近年来国内外为解决水域污染而重点研究开发的技术，许 多发达国家如美国、r 本、荷兰等已将其丌发的净化技术用于工程实践，我国则刚刚 2 3 4 2 n 殳3 9 l 3 5 z- 4 3 1 2 6 l2l 1 l 2 z3 2 2 4 乱l0 m 5 m 勰 湖 ， 水湖库 淡内水 0 型市裂计例大城大总比 岛浞 宙云求库棱水库董镰水瘁 栓花甥 崂山水摩 丹江口束麾 r撬未库 久伙房水库 昆婀湖 内湖 幺式海人明港 采期洱海 簟印灌橱鞋灞南因潦浃泽港 晦斯再潮 键泊瀚达蠢湖自洋淀 鬟治滇拖舂蠢 苏州科手上。院硕l ：一# t 论艾第章绪论 起步。目前，国内外用于净化水体的工程技术，根据其处理原理的不同，可分为物理 净化法、化学净化法、生物净化法及自然净化法4 类。 1 2 1 物理净化法 物理净化法采用物理的、机械的方法通过改变污染物的性质从而实现对污染水体 的人工净化。该类方法不会改变或减少污染物的数量和状态、工艺设备简单、易于操 作，处理效果十分明显，周期短，见效快，对于一些污染严重的水体尤其适用；但工 程量较大，往往治标不治本。目前物理净化法主要包括调水置换、底泥疏浚等。 ( 1 ) 调水置换 调水置换的实质就是稀释和冲刷，它能够快速将水体中原有的污染物质等置换 或冲洗出水体，降低污染物质在水体中的相对浓度，从而降低污染物质在水体中的危 害程度。该法能激活水流，净化底泥，改善水体的水生动植物的结构，增加水生动植 物的多样性，从而达到净化水质的目的。目前调水置换这种方法在国内外有较多成 功的实例。如日本东京为改善隅田川的水质引水稀释工程、荷兰v e l u w e m e e 廿湖的引 换水工程，国内的引江济太工程、玄武湖引水工程、西湖引水工程等都取得了一定的 成效【l l 。调水不能从根本上彻底治理污染，且可能造成污染物迁移转嫁，但它对水体 水质的改善有立竿见影的效果，是一种经济的且在短期内能取得成效的改善水体水质 的方法。 ( 2 ) 底泥疏浚 受污染河流河床及湖泊底泥中含有大量的有机物和氮磷营养盐，它们在一定条件 下会从底泥中溶出，使水质恶化。底泥疏浚就是采用水力或机械的方式，将污染底泥 从水体系统中清除出去。疏浚底泥可以较大程度地削减底泥对上覆水体的污染贡献 率，改善水体水质、河道水动力条件和环境景观。底泥疏浚在湖泊、城市内河等受污 水体的治理中取得了较好的效果。如瑞典的t m m m e n 湖，清除表层l c m 厚的底泥后， 水深增加1 1 1 7 m ，t p 浓度迅速下降，这种状态维持了1 8 年1 2 1 。我国的杭州西湖 经过实施底泥疏浚后，西湖各层沉积物中的有机物、氮和磷含量，尤其是沉积物表层 1 0 c m 中的有机质、总氮和有机磷含量均有明显的下降，富营养化程度有所减轻【3 】。 1 2 2 化学净化法 化学净化法通过向污染水体投加化学药剂，使药剂与污染物质发生化学反应，从 而达到去除水体中污染物的目的。如治理湖泊酸化可投加生石灰，抑制藻类大量繁生 可投加杀藻剂，除磷可投加铁盐等。化学净化法对于湖泊酸化的治理具有较好的效果 【4 1 。化学净化法由于投加的是化学药剂，因此不仅治理费用较高，而且还易造成二次 苏州科披院硕f 。化论丈第章绪论 污染。由于该法单独使用效果不佳，故常与其他方法配合使用。 1 2 3 生物净化法 天然水体中存在着大量依靠有机物生活的微生物，而这些微生物具有氧化分解有 机物的能力。生物净化法就是利用微生物的这一功能，通过人工措施来创造更有利于 微生物生长和繁殖的环境，从而可提高对污染水体有机物的氧化降解效率。该法能逐 渐恢复污染水体的自净能力。 ( 1 ) 曝气充氧技术 曝气充氧技术是指人工曝气复氧，加速水体复氧过程，恢复水体中好氧微生物的 活力，从而改善河流的水质状况。对于受污染的河流和湖泊有着不同的曝气方式。当 河水受到严重有机污染时，如果在适当的位置向河水进行人工复氧，可避免出现缺氧 或厌氧河段，使整个河道处于好氧状态。由于该技术利用了曝气塘和氧化沟的原理， 综合了推流和完全混合的特点，所以不仅有利于克服短流和提高缓冲能力，而且有利 于氧的传递、液体的混合和污泥的絮凝，同时能有效地防止河流黑臭现象的发生。受 污水体曝气充氧技术在国内外均有应用实例【5 司】。 ( 2 ) 投菌技术 投菌技术通过直接向污染水体接入外源的污染降解菌，利用投加的微生物唤醒或 激活水体中原本存在的可以自净的但被抑制而不能发挥其功效的微生物，让它们迅速 繁殖，从而可起到钳制有害微生物的生长、活动，可加速水体的物质循环以及消除水 域中有机污染及水体富营养化的作用，从而实现净水的目的。 ( 3 ) 生物膜技术( 曝气生物滤池) 生物膜技术以天然材料( 如卵石、砾石及天然河床等) 或人工合成接触材( 如塑料、 纤维等) 为载体，利用在其表面形成的粘液状的生物膜对污染水体进行净化。曝气生 物滤池是一种很好的生物膜法处理工艺，至今，国内外对曝气生物滤池的研究比较多。 与其它生物膜方法不同，曝气生物滤池将生物氧化过程与固液分离集于一体，在一个 反应器中完成碳源去除、固液过滤和硝化过程，很多研究表明【8 。1 l 】曝气生物滤池对微 污染水源水以及受污水体的处理具有较好的效果。 1 2 4 自然净化法 ( 1 ) 植物修复技术 植物修复技术是以水生植物如沉水植物、浮水植物和挺水植物等忍耐和超量积累 某种或某些化学物质的理论为基础，利用植物及其共生生物体系清除水体中污染物的 环境污染治理技术。该技术对于控制水域富营养化问题有着非常重要的作用。黄廷林 4 历：州科技。f 坑硕卜学f 口论文 第。帝绪论 2 j 等人利用漂浮植物修复技术净化城市河湖水体试验研究表明，美人蕉和风车草在漂 浮植物修复系统对氨氮的去除率均在9 0 以上，漂浮栽培植物与软性填料的组合系 统对水中c o d m 。的去除率达4 6 以上。王寿兵【1 3 】等人研究了不同观赏植物在城市河 道污水中的生长情况，结果表明裂叶喜林芋、佛手蔓绿绒、马蹄莲等1 1 种植物可在 城市河道污水中生长，有利于水体的自净和修复。c l l r i s t i a nrp 【1 4 l 等人发现通过湿地 栽培植物可对受污水体实现较好的处理。 ( 2 ) 人工湿地净化技术 人工湿地净化技术主要利用土壤一微生物一植物生态系统的自我调控机制和对 污染物的综合净化功能，使河流水质得到不同程度的改善。湿地系统处于陆地生态系 统与水域生态系统的连接带，以生长沼泽植物为主要特征。繁茂的水生植物为微生物 提供了栖息场所，可使湿地的净化能力得到增强。修春海【1 5 l 等人采用人工湿地预处理 微污染黄河原水，分别研究了推流式潜流人工湿地、往复式潜流人工湿地、芦苇床表 流人工湿地、蒲草床表流人工湿地对总氮和c o d 的去除效果。结果表明，人工湿地 处理微污染黄河原水的效果明显，出水水质可满足城市供水水源水质标准的要求。徐 德福【l6 】等人提出采用人工湿地并配合植物操控技术治理旅游景区污染水体，工程通过 2 个月的运行，污染水体的水质得到明显改善。赵建等l r 7 】采用人工湿地系统净化镇江 市内污染较为严重的古运河河水，结果表明，处理前河水中悬浮态污染物质含量较高， 为劣v 类水体；当水力负荷为7 5 0 删时，人工湿地系统对c o d 去除率约为5 0 6 0 ，t n 去除率约为4 0 5 0 ，t p 去除率约为3 0 4 0 ，能够将劣v 类水处理 为类水甚至i i i 类水，表明其对污染河水的处理比较有效。 ( 3 ) 多水塘技术 多水塘技术是利用河道两岸多个天然水塘或人工水塘以及河道内的水利工程设 施，采用生态工程设计对污染水体进行净化的。我国新沂河的污水专道净化工程利用 3 座污水地涵及沭河口以上的2 个闸门，将污水专道自然地分隔成狭长的5 级河段稳 定塘【l 剐，并通过闸、坝的拦蓄功能以及合理调度，增加污水自然降解能力。结果显示， 污水在正常情况下经5 级稳定塘净化后，c o d m n 的去除率达到8 2 。广东省的古廖 涌河道经过多水塘技术生物修复后，有效地解决了河流的黑臭问题，河水的自净能力 得到了加捌咿j 。 ( 4 ) 人工生态( 浮) 岛 水体中的天然岛屿是许多水生生物的主要栖息场所，它们对水体的净化起着非常 重要的作用。但由于水体的开发利用，使许多天然生态岛消失，水域生态系统遭到破 坏。人工生态( 浮) 岛的建立就是对水域生态系统的恢复。日本为进一步净化渡良濑蓄 水池的水体，在蓄水池中部建了一批人工生态浮岛【4 】，并在岛上种植了芦苇等水生植 物，水生植物的根系为微生物的生长、繁殖提供了场所。浮岛还设置了鱼类产卵用的 5 苏州科技学院硕f 化论史第章绪沦 产卵床，这为小鱼及底栖动物提供了栖息地。芦苇、微生物、小鱼及底栖动物等形成 了稳定的植物一微生物一动物净化系统。l i 等人【2 0 1 利用人工浮岛净化富营养化的水 域，不仅收到了理想的效果，而且处理成本较低。 1 3 曝气生物滤池处理技术 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 ，b a f ) 是2 0 世纪8 0 年代末和9 0 年代初兴 起的污水处理工艺，最初只用作三级处理，后发展成直接用于二级处理的废水处理工 艺。国外从2 0 世纪初开始进行该工艺的研究，并于8 0 年代末基本成型，经不断改进， 并开发出多种形式，不仅用于水体富营养化处理、受污染水体污染物的处理，而且广 泛地用于生活污水、生活杂排水、食品加工、水果蔬菜罐头、鱼肉制品、酿造及造纸 等工业废水处理中【2 1 2 9 j 。 1 3 1 曝气生物滤池的原理及特点 1 3 1 1 曝气生物滤池的原理 曝气生物滤池( b a f ) 充分借鉴了生物接触氧化工艺和给水处理中快滤池的基本 设计思路，以颗粒状填料及附着生长的生物膜为主要处理介质，充分发挥物理机械截 留和过滤作用、生物吸附絮凝作用、生物氧化代谢作用、填料和生物膜的联合吸附作 用及反应器内形成的食物链的分级捕食作用，实现污染物在同一单元反应器内得到去 除。曝气生物滤池集曝气供氧、快速过滤、定期反冲洗与一体，无需二次沉淀设备， 大大减少了占地面积，显著提高了设备利用率和处理效率。同时，由于反应器填料上 附着生长的生物膜形成的不同好氧、缺氧区域的存在，可以实现硝化和反硝化，在去 除有机物的同时达到脱氮的目的。 1 3 1 2 曝气生物滤池的特点 ( 1 ) 采用小粒径颗粒填料作为载体，大大提高了虑床可供微生物生长的表面积， 提高了滤池单位体积内保持的生物量浓度；由于充足的曝气和较高水力负荷的不断冲 刷作用，保持了滤料上生物膜的活性，具有对进水中污染物较强的适应性及降解能力。 ( 2 ) 颗粒填料具有良好的氧传质速率，氧利用效率较高，采用低曝气量即可达 到供氧要求，耗能低。 ( 3 ) 具有较高的处理效率，有机容积负荷高，存在明显的空间梯度特征，生物 相复杂，不同的污染物可以在同一反应器内被渐次去除。 ( 4 ) 反应器运行过程中通过反冲洗去除滤层中截留的污染物和脱落的生物膜， 一般不需要设置二层池，可节省占地面积，其占地面积为传统活性污泥工艺和接触氧 化工艺的1 5 l 1 0 。 6 苏州 ： 技7 ：院硕l j 学f 廿论艾第一章绪论 ( 5 ) 运行方式灵活，可根据处理要求及废水水质，选择合适的运行方式或者与 其它工艺联用，以实现不同的处理目标，因而具有较强的适用性和处理功能。 ( 6 ) 充分借鉴了单元反应器原理，采用模块化结构设计，为整个工艺的紧凑化、 设备化、自动化及进一步改扩建提供了有利条件。 ( 7 ) b a f 工艺也存在一定的不足。第一，对预处理有较高要求，要求进水中的 s s 浓度低于1 0 0 m g l ，最好控制在5 0 6 0 m g l 以下。因而通常需对其进水进行必要 的强化处理( 如考虑混凝沉淀或采用斜板沉淀等方式) 或降低初沉池表面负荷率( 延 长h r t ) 【3 0 】；第二，b a f 的水头损失较大，一般每级b a f 的水头损失为1 2 m ，因 而所需的总提升高度大，反冲洗频繁，周期较短；第三，污泥产量较高且污泥的稳定 性较差，脱氮效果不理想，除磷效果较差。 1 3 2 曝气生物滤池的构造和结构形式 1 3 2 1 曝气生物滤池的构造与组成 曝气生物滤池的构造与普通快滤池基本相同，但增设了曝气系统，使用的填料粒 径较小，具有很大的孔隙率和比表面积，且比重较小。 曝气生物滤池由布水系统、布气系统、承托层、滤料层和反冲洗系统( 包括反冲 洗空气和反冲洗水) 五个部分组成。如图1 - 2 所示为典型的b a f 工艺构造。 图l - 2b a f 工艺典型构造图 f i gl - 2t y p i c a lc o n n g u r a t i o nd i a g r a m o fb a f p m c e 辅 7 苏州科技学院硕i 论艾 弼币绪论 1 3 2 1 曝气生物滤池的结构形式 曝气生物滤池的结构形式在水流方向、填料种类和除污功能上各有所不同，分别 可分为上向流曝气生物滤池和下向流曝气生物滤池；悬浮填料曝气生物滤池和淹没填 料曝气生物滤池；除碳曝气生物滤池、硝化曝气生物滤池、反硝化生物滤池、水源水 预处理曝气生物滤池和组合形式曝气生物滤池等等【3 i 】。目前工程中曝气生物滤池的使 用形式可以分为四大类：即b i o c a r b o n e 、b i o f o r 、b i o s t y r 和b i o p u r ，其中 b i o p u r 的形式与b i o f o r 的形式基本相同，只是b i o p u r 的填料是根据不同水质 采用波纹板、陶粒或砂，以取得不同的处理效果。图l - 2 、1 - 3 、1 4 分别是 b i o c a r b o n e 、b i o f o r 和b i o s t y r 的结构示意图。早期的曝气生物滤池多采用 下向流，由于下向流曝气生物滤池的纳污效率不高、易堵塞、运行周期短，因此现在 多采用上向流方式( 即采用气水同向流) ，气、水平行流动使水、气高效的均分，防 止气泡凝结，提高了供氧效率。同时，在水气上升过程中可把底部截留的s s 带入滤 池中上部，增加了滤池的纳污能力，延长了工作周期，因而升流式b a f 具有比降流 式更广的适用性【3 2 1 。目前，上向流b i o f o r 应用更为广泛，本试验采用组合填料形 式的上向流b i o f o r 反应器类型。 进水 曩气管 更冲气 反冲洗 水 出水 图l - 3b i o f o r 结构示意图 f i gl - 3s c h e m a t i cd i a g r a mo fb i o f o r e 水 曝气管 反冲可 j * 1 l ，一 反冲洗进水 出水 反冲出水 图1 1 4b i o s t y r 结构示意图 f i gl s c h e m a t i cd i a g r a m o fb i o s t i 1 3 3 曝气生物滤池运行控制的几个关键问题 ( 1 ) 填料 填料作为曝气生物滤池的核心组成部分，影响着曝气生物滤池的发展。曝气生物 滤池所用填料，根据其采用原料的不同，可分为无机填料、有机高分子填料；根据填 料密度的不同，可分为上浮式填料和沉没式填料。无机填料一般为沉没式填料，有机 高分子填料一般为上浮式填料。常见的无机填料有陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、膨 8 功：州科于上院硕卜。f p 论文 筇一帝绪论 胀硅铝酸盐等，有机高分子填料有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。目前在曝气生物 滤池中采用的多为颗粒状硬性填料。填料性质的好坏直接影响着曝气生物滤池的后续 挂膜、正常运行方式。填料的物理特征、化学稳定性、有无生物毒害、亲疏水性及表 面电性、吸附特征、粒径、孔隙度及表面粗糙度等对微生物的吸附生长和反应器效能 有着重要的影响。w o n _ s e o kc h a n g 【3 3 】等在用天然沸石为填料的曝气生物滤池去除纺 织废水的研究中比较了天然沸石和砂砾两种填料的去除效果，其对c o d 的去除率分 别达到8 8 和7 5 。天然沸石有较高的脱氮效果，主要是由于它对n h 4 + 的离子交换 能力，另外以天然沸石为载体的生物膜中的硝化细菌的数量较多，对总氮的去除率达 到9 2 。两者对s s 的去除效果都较好，去除率达到了9 7 。m o o r e 【3 4 】等研究发现随 着曝气生物滤池内滤料尺寸的减小，可以提高反应器对底物的去除效率，但会增加反 冲洗的需求。s h e n g - b i n gh e 【3 5 】等在以天然沸石为填料的曝气生物滤池的研究中探测 异养菌和硝化细菌的数量也发现硝化细菌比较适合附着在天然沸石填料上生长，因 此，在天然沸石曝气生物滤池中有着良好的硝化作用。 ( 2 ) 气水比 气水比是影响生物膜生长和出水效果的重要因素。在好氧处理工艺中需氧量是工 艺控制的主要指标。生物膜的数量，微生物的代谢能力和代谢过程，出水中有机物的 浓度，均与氧的供给密切相关。因此，控制曝气量的大小就显得尤为重要。曝气量大， 滤池中的溶解氧( d o ) 就高，好氧微生物可以得到充足的溶解氧，加强了好氧微生物活 性和生物膜对有机物氧化分解的速率，从而出水的c o d 就低。加大曝气量后，气流上 升产生的剪切力有助于老化的生物膜的脱落，防止生物膜过厚，有助于生物膜的更新