（环境工程专业论文）组合填料sbr工艺处理生活污水研究.pdf

组合填料s b r 工艺处理生活污水研究 摘要 在序列间歇式反应器( s b r ) 中分别投加盾式填料和立体弹性纤维，构成组 合填料s b r 反应器，并以不投加填料的传统s b r 为对照，研究了组合填料s b r 工艺对生活污水中有机物和氮的去除效果。本研究分为四部分内容，一是研究和 比较了三个反应器的挂膜启动过程；二是通过对厌氧、好氧时序的调节，确定最 佳运行模式；三是反应器运行条件研究，研究了在不同好氧段d o 、初始p h 、 c n 条件下，组合填料s b r 反应器处理生活污水的性能；四是将微生物菌剂引 入s b r 反应器，研究投加菌剂及菌剂投加量对高浓生活污水处理效果的影响。 研究得到如下结论： ( 1 ) 在挂膜启动阶段，盾式填料反应器、立体弹性纤维反应器和无填料反应 器的氨氮去除率和总氮去除率均逐步升高，经过约一个月的挂膜培养后，氨氮去 除率分别稳定在8 5 ，8 1 ，7 2 左右，总氮去除率分别稳定在7 9 ，7 6 ，6 4 左右。 ( 2 ) 最佳运行模式为厌氧1 h ，好氧曝气6 h ，厌氧3 h ，沉淀排水2 h 。在最佳 运行模式下，盾式填料反应器、立体弹性纤维反应器、无填料反应器的c o d 去 除率分别为9 6 7 ，9 3 9 ，9 0 6 ，氨氮去除率分别为9 5 8 ，9 2 7 和9 0 4 ， 总氮去除率分别为8 5 2 、8 1 9 和7 9 2 。 ( 3 ) 当d 0 从0 5 m g l 提高n 5 0 m g l 时，3 个反应器的c o d 和氨氮去除效果均 随着d o 浓度的增大而提高；在d o 为2 5 m g l 时，三个反应器总氮去除效果最好， 盾式填料反应器、立体弹性纤维反应器、无填料反应器分别为7 8 2 、7 4 o 、 7 0 5 。 ( 4 ) 进水p h 在6 0 - 9 0 范围内，随着p h 值的增大，3 个反应器对c o d 、氨 氮、总氮的去除率都是先增大后减小的，在p h = 7 0 时，c o d 、氨氮、总氮的去 除效果最好，组合填料s b r 反应器要好于无填料传统s b r 反应器，盾式填料反 应器去除效果最好。 ( 5 ) c ：n 在4 0 1 2 o 范围内，3 个反应器的c o d 和氨氮去除率随c n 的增加 有小幅度降低，总氮去除率随c n 的增加而提高；在c n 为1 2 时，三个反应器 总氮去除效果最好，盾式填料反应器、立体弹性纤维反应器、无填料反应器分别 为8 5 7 、8 3 5 、7 8 6 。 ( 6 ) 投加微生物菌剂( n 1 ) 可以提高组合填料s b r 反应器对高浓度生活污水 的处理能力，不同的菌剂投加量对反应器处理性能影响不同。当v _ 荆v 污水= 2 1 0 0 0 时，盾式填料反应器、立体弹性纤维反应器、无填料反应器的c o d 去除率最好， 分别为9 9 1 0 ，9 6 6 2 ，8 9 7 1 ；当v _ 剂v 污术= 5 1 0 0 0 时，氨氮和总氮的去除 率最好，氨氮去除率分别为9 9 2 2 ，9 8 6 6 ，9 3 9 8 ，总氮去除率分别达到 8 8 0 4 ，8 4 6 4 ，7 4 6 3 。 关键词：生活污水盾式填料立体弹性纤维s b r 脱氮微生物菌剂 s t u d yo nd o m e s t ics e w a g et r e a t m e n tb ys e q u e n cin gb a t c h r e a c t o rwit ha s s e m bie dt y p e p a c kin gm e dia a b s t r a c t i nt h i ss t u d y , p e l t a t ep a c k i n ga n dr e s i l i e n tp a c k i n gw e r ea d d e di n t os b rs y s t e m t h ed o m e s t i cs e w a g ew a st r e a t e db yu s i n gt h ea s s e m b l e dt y p ep a c k i n gs b ra n da c o m p a r i s o nw i t ht r a d i t i o n a ls b rw a sm a d e t h es t u d yf o c u s e do nt h eo r g a n i c p o l l u t a n t sr e m o v a la n dn i t r o g e nr e m o v a lp e r f o r m a n c e t h es t u d yi sd i v i d e di n t of o u r p a r t s i nt h es t a r t - u pp h a s e ，t h et r e a t m e n tp e r f o r m a n c eo fr e a c t o r sw a si n v e s t i g a t e d a n dc o m p a r e d s e c o n d l y ，t h eo p t i m a lo p e r a t i n gm o d ew a sd e f i n e d t h i r d l y , t h ee f f e c t o fd o 、i n i t i a lp h 、c no nt h ed o m e s t i cs e w a g et r e a t m e n tw a sr e s e a r c h e d f o u r t h l y , c o m p o s i t eb a c t e r i a ls t r a i n sw e r ea d d e di n t ot h r e es b rr e a c t o r s ，t h ei m p o r t a n ts t u d i e d p o i n ti nt h i sp a p e r i se f f e c to fb a c t e r i a ls t r a i n sa d d i t i o no nt h er e m o v a lr a t eo f o r g a n i c p o l l u t a n t sa n dn i t r o g e no fh i g hc o n c e n t r a t i o nd o m e s t i cs e w a g e t h ec o n c l u s i o n so ft h i ss t u d yw e r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ( i ) i nt h es t a r t u pp h a s e ，t h en ila n d i nr e m o v a lr a t e so ft h er e a c t o rw i t h p e l t a t ep a c k i n g ，t h er e a c t o r 丽t 1 1r e s i l i e n tp a c k i n ga n dt h er e a c t o rw i t h o u tp a c k i n ga r e a l le s c a l a t i n g a f t e ra b o u to n em o u t ht i m e ，r e s p e c t i v e l y , t h en h 4 + r e m o v a lr a t e sa r e a b o u t8 5 ，8 1 ，7 2 ：t h et nr e m o v a lr a t e sa r ea b o u t8 5 2 、8 1 9 a n d7 9 2 ( 2 ) t h eo p t i m a lo p e r a t i n gm o d ei sd e t e r m i n e da s1 ha n a e r o b i cs t i r r i n g ，6h a e r a t i o n ，f o l l o w i n gb y3ha n a e r o b i cs t i r r i n g ，a n dt h e n2hs e d i m e n t a t i o na n dd r a w i n g u n d e rt h eo p t i m a lo p e r a t i o nm o d e ，t h eo r g a n i cp o l l u t a n t sr e m o v a lr a t e so ft h er e a c t o r w i t l lp e l t a t ep a c k i n g t h er e a c t o rw i t hr e s i l i e n tp a c k i n ga n dt h er e a c t o rw i t h o u t p a c k i n ga r ea b o u t9 6 7 ，9 3 9 ，9 0 6 ；t h en i - h + r e m o v a lr a t e sa r ea b o u t 9 5 8 ， 9 2 7 和9 0 4 ；t h et nr e m o v a lr a t e sa r ea b o u t8 5 2 、81 9 和7 9 2 ( 3 ) a si n c r e a s i n gd o f r o m0 5m g lt o5 0m g l ，t h eo r g a n i cp o l l u t a n t sa n dn i - h + r e i n o v a lr a t e sa r ea l li n c r e a s i n g a td ov a l u eo f2 5 m g l t h ea v e r a g et nr e m o v a l e f f i c i e n c i e so ft h et h r e er e a c t o r sa r ea l lb e s t , w h i c ha r e7 8 2 o ft h er e a c t o r 诵t l l p e l t a t ep a c k i n g ，7 4 0 o ft h er e a c t o rw i t hr e s i l i e n tp a c k i n g , 7 0 5 o ft h er e a c t o r m w i t h o u tp a c k i n g 。 ( 4 ) a tt h er a n g eo fp h6 0 - - 9 0 ，t h eo r g a n i cp o l l u t a n t sa n dn i t r o g e nr e m o v a lr a t e s a l li n c r e a s e sf i r s t l ya n dd e c r e a s e sa f t e r w a r d sw i t hi n c r e a s i n gp hv a l u e a t p hv a l u eo f 7 0 ，t h eo r g a n i cp o l l u t a n t sa n dn i t r o g e nr e m o v a le f f i c i e n c i e so ft h et h r e er e a c t o r sa r e a l lb e s t ，m o r e o v e r , t h er e m o v a lp e r f o r m a n c eo fa s s e m b l e dt y p ep a c k i n gs b ri sb e t t e r t h a nt h et r a d i t i o n a ls b r , a n dt h er e a c t o rw i m p e l t a t ep a c k i n gi sb e s t ( 5 ) a d j u s t i n gc nr a t i of r o m4 0 t o12 0 ，t h eo r g a n i cp o l l u t a n t sa n dn h 4 + r e m o v a lr a t e sa led e c r e a s i n ga st h ec nr a t i oi si n c r e a s i n g ，w h i l et h et nr e m o v a lr a t e a r ei n c r e a s i n g a tc nr a t i oo f12 ，t h et nr e m o v a lr a t e so ft h er e a c t o rw i t hp e l t a t e p a c k i n g ，t h er e a c t o r w i t hr e s i l i e n tp a c k i n ga n dt h er e a c t o rw i t h o u tp a c k i n ga r e r e s p e c t i v e l y8 5 7 、8 3 5 、7 8 6 ( 6 ) a d d i n gc o m p o s i t eb a c t e r i a ls t r a i n si n t ot h r e es b rr e a c t o r sc a ni m p r o v et h e e f f l u e n tq u a l i t yo fh i g hc o n c e n t r a t i o nd o m e s t i cs e w a g e t h et r e a t m e n te f f e c t so f d i f f e r e n tb a c t e r i a ls t r a i n sa d d i t i o n sa r er e s e a r c h e d a tt h er a t i oo fb a c t e r i a ls t r a i n s a n ds e w a g eo f2 l0 0 0 ，t h eo r g a n i cp o l l u t a n t sr e m o v a le f f i c i e n c i e sa r et h eb e s t ，w h i c h a r e9 9 10 o ft h er e a c t o rw i t l lp e l t a t ep a c k i n g ，9 6 6 2 o ft h er e a c t o rw i t hr e s i l i e n t p a c k i n g ，8 9 71 o ft h er e a c t o rw i t h o u tp a c k i n g ；a tt h er a t i oo fb a c t e r i a ls t r a i n sa n d s e w a g eo f5 10 0 0 t h en h 4 + a n d in r e m o v a le f f i c i e n c i e sa r et h eb e s t t h en h 4 + r e m o v a lr a t e sa r er e s p e c t i v e l y9 9 2 2 ，9 8 6 6 ，9 3 9 8 ，w h i l et h et nr e m o v a lr a t e s a r e8 8 0 4 ，8 4 6 4 ，7 4 6 3 k e y w o r d s ：d o m e s t i cs e w a g e ；r e s i l i e n tp a c k i n g ；p e l t a t ep a c k i n g ；s b r ； n i t r o g e nr e m o v a l ；b a c t e r i a ls t r a i n s 组合填料s b ri 艺处理生活污水研究 己i 言 jif j 我国城市污水处理起步较晚，上世纪七十年代开始建设城市污水处理设施。 最初的城市污水设施是以稳定塘的形式出现的，据相关调查，这个时期我国日处 理城市污水约1 7 3 万立方米，其中一半是生活污水，其余包括印染、造纸、化工、 石油等多种工业废水【l 】，在这个时期，我国污水处理能力，污水处理技术和管理 水平都比较落后。进入八十年代后，我国城镇化步伐的加快，城市污水处理设施 的建设也有了很大的发展。天津纪庄子污水处理厂作为我国第一座大型城市污水 处理厂，于1 9 8 4 年投产运行，处理规模为2 6 1 0 4 m 3 d t 2 1 。随着政府对城市污水 处理力度的加强，我国城市污水设施建设在九十年代经历了一个高潮期，全国各 地都开始建设大型污水处理项目并相继投产。进入二十一世纪后，在国家不断采 取一系列扩大内需促进经济增长的政策措施推动下，城镇污水处理设施建设仍然 保持增长趋势。2 0 0 3 年，我国已建设城市污水处理厂6 1 2 座【3 1 。截至2 0 0 9 年3 月底，全国城镇建成污水处理厂1 5 9 0 座，处理能力达9 2 0 4 万立方米日。全国 在建城镇污水处理项目1 8 8 5 个，设计能力约5 5 1 7 万立方米日。 在国家和政府对环境保护的重视下，我国污水处理行业在快速增长，城镇污 水处理率也在不断提高，但我国目前污水处理能力仍然跟不上用水规模的迅速扩 张，且污水率与发达国家相比还存在一定的差距。1 9 9 8 年至2 0 0 8 年，我国废污 水排放量逐年上升，从5 9 3 亿吨增长到7 5 8 亿吨，其中工业废水排放量增长7 1 ， 生活污水排放量增长7 9 3 。据分析报告指出，2 0 0 8 年，我国生活污水排放增长 率大幅增长，而工业废水排放增长率大幅下降。在国家节能减排政策下，预计未 来生活污水排放量的增长速度仍将超过工业废水排放量。 因此，我国目前建设污水处理厂的升级改造也迫在眉睫，通过对传统工艺进 行强化的方法，提高污水处理厂的出水指标，也是改善我国目前污水处理能力的 一条出路。 组合填料s b r 工艺处理生活污水研究 1 文献综述 1 1 污水的生物处理一活性污泥法 1 1 1 活性污泥法的基本流程 活性污泥法作为最基本的污水生物处理方法，其反应过程分为五个步骤，分 别是进水、反应、沉降、排水和闲置。活性污泥法处理系统最常见的基本工艺流 程如图1 1 所示。 出水 ： ： ： -。-i：二：!：- 污泥处理工序回流污泥l 剩余污泥去污泥处理处理工序 i 图1 - 1 活性污泥法污水处理系统基本工艺流程 1 1 2 活性污泥法的净化原理 活性污泥法处理污水的反应原理是依靠活性污泥中的微生物的新陈代谢作 用，有机污染物作为营养物质被活性污泥微生物摄取，通过细胞的代谢与利用， 将有机物从污水中去除。 活性污泥法的处理分以下几个阶段完成。 ( 1 ) 、初期吸附阶段。污水进入活性污泥系统中，在反应的最初五分钟至十 分钟内，大量有机物和b o d 被去除，原因是活性污泥的菌胶团具有巨大的表面 积和黏性糖类，污水中的有机物被吸附在菌胶团表面，而较大的有机物可以被细 菌胞外酶利用，分解成为小分子有机物。这个阶段反应时间通常为三十分钟，而 b o d 的去除率可以达到7 0 ，是有机物被高速去除的阶段。 ( 2 ) 、微生物代谢。活性污泥内的微生物在氧气充足的条件下可以将污水中 的有机物摄入体内，作为营养物质进行氧化分解，产生二氧化碳和水，另一部分 供给自身的生长繁殖。营养物质经过消耗，在曝气池末端出现不足现象，仅供微 生物进行内源代谢，形成新的微生物细胞，从而使污水处理系统中污泥量增加， 有利于污水净化处理。 ( 3 ) 污水经过活性污泥处理后，产生的混合液进入二沉池，发生泥水分离 2 组合填料s b ri 艺处理生活污水研究 现象，悬浮污泥与部分固体物质沉淀与水分离，上清液作为处理水排出系统，沉 淀后的污泥可作为接种污泥被曝气池再次利用。 活性污泥处理法与自然界水体自净过程相似，可以形象地说是污水中的有机 物作为食物被微生物摄取代谢，从而使污水得以净化。而人工强化会使污水的净 化效果更好。 1 1 3 活性污泥法的特点 活性污泥的最早处理形式是采用推流式曝气池，多呈狭长状，污水进入曝气 池后，有机物浓度随时间推移及池长方向逐渐降低。传统活性污泥法处理效果较 好，处理程度比较灵活，可根据废水水质进行相应调节。缺点是进水浓度受到限 制，对冲击负荷的适应性较小。此外，反应对氧气的需求量应前大后小，但系统 中空气的供应是均匀分布的，于是形成前段溶解氧不够，后端溶解氧过量的现象， 增加了处理费用，造成浪费。最后，该处理法占地多，建设费用高，体积负荷率 也较低。 1 2 污水的生物处理一生物膜法 1 2 1 生物膜法简介 生物膜处理法是一种固定膜法，作为一种好氧生物技术，主要运用于去除溶 解性和胶态有机物。生物膜法主要依靠于填料表面的微生物进行污水净化，生长 在固体表面的微生物是由复杂的菌群构成的生态系统，包括好氧菌、厌氧菌、兼 性菌以及原生动物、真菌等。微生物附着生长的固体介质成为填料或载体。污水 进入生物膜系统中，首先与生物膜外层的好氧菌发生好氧反应，然后进入厌氧菌 层进行厌氧分解，通过水层的流动与切割，老化的生物膜不断脱落，新的生物膜 不断地生长出来，从而达到净化水质的目的。 1 2 2 生物膜的构造及作用机理 污水中含有营养物质，可与接种微生物共同作用于填料或载体表面，在不断 的接触中，经过一定时间，微生物会在填料表面附着生长，并不断繁衍增殖，由 最初的薄层生物膜逐渐增长为成熟的生物膜，生物膜系统对有机物的降解能力达 到稳定后，生物膜上的微生物群落也达到了平衡和稳定，标志着生物膜的成熟。 生物膜不断地形成后达到成熟，厚度不断增加，膜的深处由于不能与氧接触， 会转变为缺氧或好氧状态。好氧膜和厌氧膜共同构成成熟的生物膜体系。好氧膜 组合填料s b r 工艺处理生活污水研究 的厚度一般为2 r a m ，主要作用于有机物的降解。厌氧膜的代谢产物随时问增多， 厌氧膜与好氧膜的平衡状态被破坏，气态产物逸出，减弱了厌氧膜在填料上的附 着能力，成为老化生物膜，易于脱落。同时，新的生物膜会不断地生长出来，较 老的生物膜具有更强的净化功能， 1 2 3 生物膜法的特点 生物膜上的微生物在生物种群上与活性污泥法差别不大，但在种类和数量上 要丰富得多。包括增殖缓慢的微生物、丝状菌、肾形虫、轮虫、线虫等。生物膜 表面受阳光照射较多的部分，会生长较多的藻类，包括球藻属、枝藻属等。生物 膜适合于世代时间较长的微生物的生长，这是因为污水停留时间与污泥龄没有太 大关系。由于生物膜存在包埋的细胞和游离的细胞，故对水质变动有较强的适应 性。部分生物污泥从生物膜上脱落，由于含有动物成分较多，比重较大，颗粒个 体也较大，故具有良好的沉降性能，便于固液分离。因此，生物膜法较活性污泥 法更易于维护和管理，可以节约动力费用，节省能源。 1 3 传统s b r 系统的运行原理 传统活性污泥法起源于间歇式充排( f i l l a n d d r a w ) 系统，随着人们对其研究 的不断增多，于2 0 世纪8 0 年代出现许多新型的s b r 衍生工艺，s b r 法的生化 动力学性得到了发掘，工艺优越性得到探究，s b r 法在国内外也得到了广泛的 应用【4 1 。 s b r 法集曝气反应和沉淀分离于同一个反应器中进行，分批进行生化反应， 工作周期可分为五个阶段，包括进水、反应、沉淀排水和闲置。 ( 1 ) 进水期：指反应器从始进水至到达一定反应体积所用的时间。进水方式 有三种：非限制曝气、限制曝气和半限制曝气，采用何种进水方式根据微生物的 生长特点、废水水质及处理目标来确定。 ( 2 ) 反应期：可选择好氧曝气和厌氧搅拌的方式。根据反应目的确定反应条 件，可以达到去除有机物和脱氮除磷的效果。 ( 3 ) 沉淀期：沉淀阶段发生泥水分离，本工序保持静置状态，作用相当于二 沉池，使污泥和上清液分离。沉淀过程一般为0 5 - - 1 o h ，甚至可以达到2 h 。 ( 4 ) 排水期：排水过程是将沉淀期产生的上清液从反应器中排出，应保证排 水后的水位距离污泥仍有一定的保护高度。沉降污泥作为回流污泥应用于下一个 4 组合填料s b r 工艺处理生活污水研究 周期，过剩污泥可以排除。排水阶段采用滗水器，滗水能力决定滗水所需时间， 不会影响污泥层。 ( 5 ) 闲置期：沉淀期至下一周期的进水期的时间间隔为闲置期。活性污泥可 以进行内源呼吸，反硝化细菌可进行脱氮反应。闲置期的时间由原水流量决定。 同传统活性污泥工艺相比较，s b r 具有下述特点： ( 1 ) 构造简单、节约能源，无需二沉池、调节池和回流装置等设施，适合于 乡村地区和常日班的污水处理厂。k e t c h u m 等人发现，与传统活性污泥法相比， 运用s b r 法处理小城镇污水可以节省基建投资3 0 【5 】以上。 ( 2 ) 生化反应推动力大，速率快、效率高，出水水质好。i r v i n e 等人研究发 现：s b r 系统中微生物的核糖核酸含量是传统活性污泥系统中3 4 倍【6 】。而核糖 核酸的含量高表明微生物活性强，因此s b r 法对有机物降解效率也较高。 ( 3 ) 活性污泥性状好、污泥膨胀量少，污泥产率低。由于s b r 法底物浓度 梯度较大【7 】，底物浓度在反应初期较高，使絮体细菌快速增殖并成为优势细菌， 抑制了专性好氧丝状菌生长。此外，s b r 系统中好氧、缺氧状态交替出现，也 不利于丝状菌生长。 ( 4 ) 操作灵活多样。根据不同的进水水质和水量，通过控制各种方式的先后 顺序，s b r 法可以以各种方式灵活运行。如进水方式，运行顺序，曝气强度及 周期内阶段分配比均可以进行调节，从而实现不同的功能 8 1 。 ( 5 ) 耐冲击负荷能力强。从时间顺序上看，s b r 法是理想推流过程，从反 应器的混合状态来看，属于典型的完全混合式，具备完全混合曝气的优点【9 1 。此 外，由于节省了回流装置，可使反应器内的污泥保持较高的浓度值，提高了系统 的抗冲击负荷能力。 ( 6 ) 沉淀效果好。理想的静止沉淀方式，避免了进出水的水流干扰，可实现 理想的固液分离【1 0 】，沉淀所需时间短，沉淀产生污泥浓度高，沉淀后出水中悬 浮物较少。 1 4 生物膜一s b r 复合工艺 生物膜一s b r 复合工艺，是将生物膜法运用到s b r 工艺中，即在反应器中 投加填料，作为微生物生长的载体，增加反应器内的微生物量，增强废水处理能 力，综合两种处理方法的优势，最大限度地去除有机物和氮、磷。 组合填料s b r 工艺处理生活污水研究 1 4 1 生物膜一s b r 工艺发展现状 t o n g c h a is r i w i r i y a r a t 等】考察了u c t v i p 工艺在低温下( 1 0 c ) 的脱氮除 磷效果，在好氧区和缺氧区分别加入填料，结果表明，该复合工艺能够维持较好 的硝化和反硝化除氮效果，说明悬浮态污泥的污泥龄低于硝化细菌的临界污泥龄 不会影响该工艺的处理性能。 m o h a m e de h a m o d a 等【1 2 1 将复合式反应器用于城市污水处理的研究表明，水 力停留时间分别为2 、4 、6 和8 h 的条件下，b o d 的去除效果均较好，去除率在 9 4 以上，出水溶解性b o d 为4 5 7 5 m l ，c o d 的去除率在6 5 7 - 一7 6 ，出 水溶解性c o d 在7 0 8 9 6 m g l 。试验结果表明该复合工艺对有机物的去除有良 好的稳定性。复合式系统实现了在一个反应器中同时完成有机物的去除和氨氮的 硝化，且污泥产量较少。不同的h r t 条件下，硝化效果不同，h r t 越长，硝化 反应进行的越彻底。在h r t 较长时，附着态生物膜的活性比悬浮态污泥的活性 高，h r t 较短是则相反。 王建龙1 3 , 1 4 1 研究发现，复合式反应器内附着相微生物的量随着反应器内载体 投加量的增加而升高，从而反应器内总生物量升高。有机负荷增加时，附着相生 物膜量增加，总生物量增加，且附着相微生物量在总生物量中所占比例随有机负 荷的增加而增加，而悬浮态污泥量减少。说明在较高有机负荷条件下，复合反应 器内附着相微生物对有机物的去除起主要作用。 吴立波【1 5 , 1 6 】等通过试验证明，由多孔载体构成的生物膜s b r 反应器，可增 加反应器内活性污泥的浓度，提高反应器处理能力。在负荷较高的条件下，污泥 龄和悬浮相污泥的浓度均有一定程度降低，反应器内两种污泥和对照试验污泥的 好氧活性和硝化活性均有所提高，且复合系统中附着相微生物的好氧活性高于悬 浮态污泥；在负荷较低的条件下，三种污泥好氧活性和硝化活性相近。这是由于 高负荷条件下，对照试验中的硝化菌由于污泥龄降低，菌量流失，硝化活性减弱， 而系统中的载体上由于优先附着了活性菌种，且载体的结构有利于形成泥龄较长 的微环境，从而硝化菌能够良好生长，利于硝化反应的进行。复合系统中存在两 相生态系统，污泥浓度较高，且易于形成缺氧或厌氧环境，因此附着相与悬浮相 微生物的反硝化活性较高。 王乾杨和陈国喜【l7 】用膜法s b r 工艺处理皮革工艺废水，实验设置s b r 反应 6 组合填料s b r 工艺处理生活污水研究 器两个，一个悬挂填料( b s b r ) ，一个不悬挂填料，选用填料为y d t 弹性立体 填料。进水c o d 为1 5 0 0 2 4 0 0 m g l ，反应器运行稳定后，普通s b r 法出水c o d 为4 0 0 m g l ，而b s b r 法可将c o d 降到2 0 0 m g l ，且降解速率快。由于b s b r 法中，大部分污泥以生物膜形式附着在填料上，生物膜有丰富的生物相，其中高 营养级的微生物较多，故相对于普通s b r 法而言，b s b r 法产生的剩余污泥量 少。 s h i n 1 8 】的试验发现，将废旧轮胎进行特殊加工处理后，可以形成胶条状载体， 将其用于复合反应器中处理含酚污水，结果发现污水的驯化期仅需1 2 天，系统 达到稳定后，污水二氯苯酚的去除率达9 8 ，氯酚去除率达7 0 ，填料表面微 生物浓度可达3 7 2 9 e r a 2 。 p a r k 1 9 1 报道了复合反应器处理石化污水的试验研究，系统采用s a r a n 型网 状填料，研究发现污水c o d 的去除率与填料的比表面积、空隙率和堆积密度均 有相关性，而出水c o d 值及悬浮物浓度与填料密度无关。采用s a r a n 型网状 填料可使反应器的比表面积增加到4 0 0 m 2 m 3 ，有机负荷提高至 1 - - 6 2 k g c o d m 3 d ，c o d 去除率达9 1 8 以上。 姜峰2 0 】研究了悬浮填料s b r i 艺处理人工合成废水的性能，试验采用聚丙烯 酸酯类高分子材料，试验采用曝气3 h ，曝气量0 4 m 3 1 1 ，沉淀1 h 的运行模式，试 验配制废水浓度为c o d1 2 0 0 m g l ，试验证r f c o d 去除率可达9 0 以上，n h 3 n 去除率可达7 0 以上。与传统活性污泥法相比，悬浮填料s b r 工艺在有机物的去 除和碳氧化方面均具有一定的优势，且对低浓度进水n h 3 n 具有较好的适应性， 其脱氮能力可用生物膜的同时硝化反硝化作用来解释。 1 4 2 填料的类型及发展 填料通常按照安装方法进行分类，分为固定式、悬挂式、悬浮式等；按照填 料的弹性可分为硬性、半软性、软性等；按照填料材质可分为无机填料和有机填 料；还可分为天然填料、合成高分子填料2 1 2 2 】。 一 ( 1 ) 固定式填料 固定式填料普遍为硬性填料，常见蜂窝状和波纹板状，一般由薄形玻璃钢或 塑料片构成。固定式填料广泛用于生物接触氧化池，生产运行数据表明：其一， 采用固定式填料可增加反应池的生物浓度，提高生物活性，对有机污染物有较好 7 组合填料s b r 工艺处理生活污水研究 的去除能力，c o d 的去除率可达8 5 - - 9 0 ：其二，与传统活性污泥法相比， 体积负荷较高，处理时间缩短，反应器容积减少；其三，动力效率较活性污泥法 提高3 0 左右；其四，最大限度地避免了污泥膨胀，产泥量较低。该类填料的缺 点是比表面积小，表面光滑，不宜挂膜，易堵塞，生物膜量小，生物膜易脱落， 气水分布不均匀，造价较高。此外，填料的安装需辅助支架，造成更换等诸多不 便，运转费用相对提高。目前，该类硬性填料已逐渐被淘汰。 ( 2 ) 悬挂式填料 悬挂式填料包括软性、半软性及组合填料，基本结构是软性纤维束绕中心绳 系扎而成，造价低廉，加工方便。软性填料具有一定的空隙，可避免堵塞现象。 缺点是在使用一定时间后会出现纤维束结团现象。半软性填料由耐酸、耐碱、耐 老化性能较好的低密度聚乙烯为原料制成，通常由填料单片、塑料套管和中心绳 三部分组成。软性填料孔隙率大( 大于6 0 ) ，流阻小，且具有特殊的结构和水力 性能，优点是传质效率高、节能、不易堵塞、耐腐蚀、耐老化。组合填料是在软 性填料及半软性填料的基础上发展而成，填料单元中间是一个尺寸较小的半软性 填料，周围连接软化纤维束。该类填料易挂膜，不易堵塞，目前已广泛用于接触 氧化法处理各种废水。 ( 3 ) 悬浮式填料 悬浮型填料的密度接近于水，可随曝气搅拌悬浮于水中，并在池中均匀流化， 无需固定支架，能耗较低。研究发现，悬浮填料非常适用于中水、化工、制药、 印染、造纸等工业废水的处理。多面空心球填料、内置式悬浮球填料、k a l d n e s 悬浮填料和n a t r i x 悬浮填料等是工程中应用较多的悬浮式填料。 悬浮填料是全立体结构，可以直接投放到反应池中，无须固定，广泛应用于 兼氧一好氧工艺中，c o d 去除率可达9 0 以上，脱氮效果也很好，剩余污泥量 较少，使用寿命长。悬浮填料比表面积较大，微生物与有机底物接触机会多，可 使溶解氧分布更均匀，挂膜容易，不易堵塞。悬浮填料反应池需设置绳网和不锈 钢网，在进、出水口处避免填料流失。 1 5 污水处理强化技术一微生物菌剂 1 5 1 微生物菌剂技术的提出 生物处理是目前常用的废水处理手段，生物强化技术是指在传统的生物处理 8 组合填料s b r 工艺处理生活污水研究 系统中投加具有特定功能的微生物或某些基质，提高反应系统对特定污染物的降 解能力，从而改善整个污水处理体系的处理效果。 微生物制剂目前是较为广泛应用的一种生物强化技术，己应用在农业、工业、 医药、食品等各个领域，在环保领域的研究正处于探索阶段。微生物菌剂是采用 先进的生物技术和特殊的生产工艺制成的高效生物活性菌剂，是从自然界中筛选 的优势菌种或通过基因组合技术生产出的高效菌种【2 3 弘】。这种活性菌剂保持了天 然存在菌株的活性，并采用了强化技术，从而优化了微生物种群，提高污水效率。 采用的活性菌剂一般需要满足一下条件2 5 】： ( 1 ) 保证污水处理效果； ( 2 ) 对工艺设施的适应性； ( 3 ) 对土著微生物的包容性。 微生物菌剂具有很多优点2 6 】：( 1 ) 缩短微生物培养驯化时间，提高生物处 理系统中微生物的浓度，提高工作效率；( 2 ) 生物制剂含天然微生物，不含致病 菌和病原体，微生物在酶的催化作用下，摄取污水中的有机营养物质，当污水净 化完成后，随着污染物浓度的降低，微生物会逐渐减少，直至消亡，不会造成二 次污染；( 3 ) 操作简单方便安全，无需添加设备或者工程，节约能源，节省资金。 1 5 2 微生物菌剂在处理废水中的应用 在废水处理系统中，微生物菌剂是将不同污水中势旺、生命力强的菌种筛选 出来，用该种水进行培养驯化后重新投入到水中进行污水处理，以达到更高更快 的处理效果。它具有专用化性质，对某一类有机污染物质具有高效分解和利用的 效果，从而达到净化被污染水体的目的【2 7 1 。通过筛选和富集自然界的高效微生 物，将之固定化，或利用质粒转移，基因重组等生物学手段人为创造工程菌【2 8 】， 可以提高废水生物处理系统的能力，特别为难生物降解的有机污染物的处理创造 了可能。 从2 0 世纪7 0 年代至今，我国各研究院所和高等院校先后分离出高浓度有机 废水处理的非硫细菌、焦化废水处理的微生物菌剂、硫氰酸钠和硫代硫酸钠等的 降解菌、治理电镀废水的硫酸盐还原菌、酚的降解菌、氰和腈的降解菌、硝基苯 系物降解菌，印染废水降解合成染料的高效脱色菌、多种农药降解菌和氯代芳烃 降解菌、有机磷及乐果农药降解菌、苯并花降解菌，并在电镀废水治理、印染废 9 组合填料s b r 工艺处理生活污水研究 水治理、农药废水治理、t n t - d n n 和t n t - r d x 的混合状废水治理、石油化 工废水等工程中得到应用，效果非常显著。史红文、邱喜阳、马松江【2 9 】等试验 结果表明：在温度为2 5 ，曝气1 6 h 的条件下，投加菌剂可使c o d 、挥发酚、 氰化物、氨氮去除率分别增加了9 5 、o 6 、3 3 、3 5 1 ，提高了反应器耐有 机物冲击负荷的能力。宋乾武、王之晖【3 0 】等采用由多种酵素混合而成的微生物 菌剂对某制浆厂生产废水进行处理，结果表明：保持工艺运行参数不变的条件下， 投加菌剂能够增加活性生物量，提高生物处理系统的生物活性，c o d c ，、s s 、色 度去除率平均提高了1 6 、1 7 、2 7 。李捍东等【3 l 】人采用厌氧发酵纤维生化 反应处理抗生素废水，定向选育和制备降解能力较高的纤维降解工程菌，活菌数 可达到9 1 0 8 个僧，最佳工艺条件为：温度3 5 4 0 c ，p h 值6 8 - 7 5 ，菌剂用量 为1 0 ( 体积) ，出水指标达到国家制药行业污水排放标准，c o d e r 值小于 3 0 0 m g l a 微生物菌剂更适用于城市生活污水的处理，城市污水中含有大量的碳水化合 物及氮、磷有机物，为强化微生物提供了丰富的营养物质。将微生物菌剂用于城 市污水处理，可显著提高有机物的去除率，增强硝化作用、减少固体物质的产生、 提高脱氮脱磷效果【3 2 】。2 0 世纪8 0 年代，美国克里夫兰大学的洪永哲教授与俄亥 俄州辛辛那提的环境科学总公司共同研制成功微生物活菌液( i i m o ) ，由假单孢杆 菌( p s e u d o m o n a d ) 、芽孢杆菌( b a c i l l u s ) 、纤维单孢菌( c e l l u l o m o n a d e a e ) 、硝化细菌 ( n i t r o b a c t e r i a ) 、亚硝化杆菌( n i t r i t e b a c t e r i a ) 、红单孢杆菌( r e d o p s e u d o m o n a ) 、肠 细菌( e n t e r b a c t e r i a ) 七种细菌组成。将混合菌液用于处理域市生活污水，大大降低 了曝气池中污泥的沉降量，提高了b o d 、c o d 的去除率 垮3 5 1 。b e l i a 和s m i t h 3 6 】 研究采用投加菌剂的方法来驯化脱磷菌，向传统活性污泥中加入1 0 的降解磷的 纯菌，可以使整个系统只需1 4 d 就成为一个高效脱磷系统( 脱磷率达9 0 以上) ， 单独用活性污泥驯化达到此脱磷率需要5 8 d 。白晓慧【3 7 】采用吸附法，以纤维球为 载体固定光合细菌，并与s b r 法结合，对生活污水进行处理，出水c o d 小于 5 0 m g l ，去除率9 0 以上，脱色效果、n h s - n 、t p 去除效果均较好。金敏、李 君文、王新为【3 8 】选择产蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶的菌株和硝酸细菌及亚硝酸 细菌组成强化微生物菌剂，加入到中空纤维膜生物反应器用于处理生活污水，反 应器有效体积3 6l ，水力停留时间5 1 0h ，进水c o d 、氨氮、色度、浊度分别 1 0 组合填料s b r 工艺处理生活污水研究 为2 3 0 5 8 0m g l 、8 0 1 3 0m g l 、6 0 8 0 倍、4 0 8 0n t u ，结果表明反应器启动 时间仅需2 似8h ，稳定期c o d 出水浓度平均为4 0m g l ( 去除率为9 0 0 ) ；氨 氮出水浓度平均为0 6 6r a g l ( 去除率为9 9 4 ) ；色度为0 - 5 0 倍；浊度为0 1 n t u ，试验运行3 个月后，出水水质达到稳定。 1 6 生物脱氮工艺的发展 1 6 1 生物脱氮机理 在新鲜的生活污水中，有机氮和氨氮的比例分别约占6 0 和4 0 ，在陈腐 的生活污水中，由于受到生物分解，有机氮含量减少，所占的比例下降，氨氮含 量增加，所占的比例升高【3 9 】。生物脱氮是通过硝化和反硝两个过程实现的。硝 化作用通常被定义为由氨到硝酸的生物氧化过程，硝化是化能自养过程，一般分 为两步进行，第一步由亚硝酸细菌将氨氮转化为亚硝酸盐，这一过程称为氨化作 用，这是有机氮转化为氨的生物转化形式，是矿化有机氮的第一步。第二步由硝 酸细菌进一步将亚硝酸盐氧化成硝酸盐。亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌，这类 细菌的生理活动不需要有机性营养物质，将无机碳化合物如c 0 3 。、h c 0 3 一、c 0 2 做为碳源，从无机物氧化过程中获取能量 加1 。 1 6 2 新型生物脱氮工