（环境工程专业论文）核桃壳填料曝气生物滤池去除废水中氨氮的研究.pdf

核桃壳填料曝气生物滤池去除废水中氨氮的研究 摘要 氨氮是引起水体富营养化的主要因素之一，为满足公众不断提高的环境 质量要求，国家对氨氮制订了越来越严格的排放标准，研究开发经济、高效 的氨氮处理技术已成为水污染控制工程领域研究的重点和热点。 我国是农业生产大国，每年都有大量的核桃壳、麦秆、玉米芯等农业废 弃物产生，其中绝大部分只能被丢弃或只作为农家燃料，不仅造成资源极大 的浪费且增加环境负担。作为一类重要的生物质资源，农业废弃物具有再生 周期短、可生物降解、环境友好等诸多优点。将农业废弃物用于水处理，既 能降低处理成本，又能利用现有的绿色资源，为农业废弃物的综合利用提供 了新途径。本试验采用核桃壳作为曝气生物滤池的填料，研究坚硬而多孔的 核桃壳填料的表面特征以及其脱除废水中氨氮的效果，并对曝气生物滤池的 运行参数进行了优化，并得到以下结论： 1 ) 对核桃壳基本理化性质的测试表明，核桃壳的主要成分是酸不溶木 素以及纤维素，难降解，作为填料其具有良好的生物和化学稳定性；与其他 曝气生物滤池的填料相比，核桃壳具有较大的比表面积以及孔隙率，具有良 好的截污能力，是一种较为理想的曝气生物滤池的填料。 2 ) 曝气生物滤池的挂膜启动试验表明，微生物能够在核桃壳填料上成 功挂膜；核桃壳填料曝气生物滤池的c o d 和氨氮的去除率与陶粒填料曝气 生物滤池的基本相同，分别为8 0 与9 0 ；与陶粒填料相比，核桃壳填料 挂膜速度稍慢，需要2 7d ，而陶粒为2 1d 。出水中硝酸盐氮和亚硝酸盐氮含 量变化趋势表明，核桃壳曝气生物滤池启动的硝化作用较陶粒曝气生物滤池 的稍弱，需要较长的时间达到稳定。 2 ) 对各工艺参数的考察结果发现，水力负荷对反应器的c o d 的处理影 响较小，而对氨氮的处理效果有较大影响。水力负荷由0 5m h 上升至0 8 m h ，氨氮的去除率变化不大；水力负荷的进一步提升至1 2m h ，氨氮的去 除率由7 0 迅速下降至4 6 ；当水力负荷升至1 8m h 时，氨氮的去除率仅 为3 8 。为了保证系统对c o d 和氨氮同时高效去除，0 8 m h 应为最适宜水 力负荷。 3 ) 气水比增大有利于有机污染物的降解，在大于6 ：1 气水比时，c o d 和氨氮的去除率分别达到9 0 和7 0 左右。高的气水比会使得生物膜被冲 刷脱落，c o d 的去除率在高的气水比条件下反而略微降低。因而气水比为 6 ：1 是最适宜气水比值。 4 ) 分析核桃壳和生物核桃壳的比表面积以及s e m 照片发现，挂膜后的 生物核桃壳表面有许多小孔，并且其比表面积也增大了，这说明微生物能够 利用核桃壳表面的某些物质作为营养进行代谢，同时这些孔道为微生物提供 了新的附着点，从而使反应器的处理效率得到进一步提升。 关键词：核桃壳，曝气生物滤池，氨氮，填料 h r e s e a r c ho n t h ep e r f o r m a n c eo f a m m o n i an i t r o g e nr e m o v a li n w a s t e w a t e rb yb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r u s i n gw a l n u ts h e l la st h em e d i a a b s t r a c t a m m o n i an i t r o g e ni so n eo ft h em a i nf a c t o r st h a tc a u s et h ew a t e r e u t r o p h i c a t i o n t os a t i s f yt h ei m p r o v i n gp u b l i cr e q u i r e m e n t so fe n v i r o n m e n t q u a l i t y ，m o r ea n dm o r es t r i n g e n ts t a n d a r d so fa m m o n i an i t r o g e ne m i s s i o nw e r e w o r k e do u t ，w h i c hm a d et h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m i c a la n de f f i c i e n ta m m o n i a n i t r o g e nt r e a t m e n tt e c h n o l o g yar e s e a r c hf o c u sf o re n v i r o n m e n t a l i s t s a sa l la g r i c u l t u r ep r o d u c t i o nc o u n t r y ，t h e r ea r eal o to fa g r i c u l t u r a lw a s t e s s u c ha ss t r a w ，c o m c o b s ，w a l n u ts h e l l sp r o d u c e de v e r yy e a r , t h ev a s tm a j o r i t yo f w h i c hc a no n l yb ed i s c a r d e do ro n l ya saf u e lf o rp e a s a n t s i td o e sn o to n l yw a s t e r e s o u r c e sa n di n c r e a s et h ee n v i r o n m e n t a lb u r d e n a sak i n do fi m p o r t a n t b i o m a s sr e s o u r c e s ，a g r i c u l t u r ew a s t eh a sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha sr e n e w a b l e ， s h o r t e rr e g e n e r a t i o nc y c l e ，b i o d e g r a d a b i l i t ya n de n v i r o n m e n tf r i e n d l y t h eu s i n g o f a g r i c u l t u r a lw a s t ei nw a t e rt r e a t m e n tc a nn o to n l yr e d u c ep r o c e s s i n gc o s t s ，b u t a l s oc a nu s et h ee x i s t i n gg r e e nr e s o u r c e ，w h i c hp r o v i d e san e ww a yf o rt h e c o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fa g r i c u l t u r a lw a s t e i nt h i se x p e r i m e n t , t h ew a l n u t s h e l l sw e r eu s e da st h em e d i ao fb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r st os t u d yt h es u r f a c e c h a r a c t e r i s t i c so ft h em e d i aa n dt h er e m o v a le f f e c to fa m m o n i an i t r o g e ni n w a s t e w a t e r ，a n df i n a l l yt h eo p e r a t i o np a r a m e t e r so fb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r s w e r eo p t i m i z e d t h ew o r k g o t t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： 1 ) 卟et e s t sr e s u l t so fp h y s i c a lp r o p e r t i e so fw a l n u ts h e l ls h o w e dt h a tt h e w a l n u ts h e l lw a sm a i n l yc o m p o s e do fa c i d - i n s o l u b l el i g n i na n dc e l l u l o s e ，w h i c h w e r eh a r dt ob i o d e g r a d e d ，a n dt h i sm e a n tt h a tt h ew a l n u ts h e l lw a sb i o l o g i c a l l y a n dc h e m i c a l l ys t a b i l i z e df o rt h eb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r sm e d i a c o m p a r e dw i t h t h eo t h e rm e d i ao fb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r s ，t h ew a l n u ts h e l lh a dm o r es p e c i f i c s u r f a c ea r e aa n dh i g h e rv o i dr a t i o ，w h i c hw a sb e n e f i c i a lt ot h eb i o l o g i c a la e r a t e d f i l t e r sm e d i a 2 ) t h ee x p e r i m e n to fb i o f i l mf o r m a t i o no fb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ss h o w e d t h a tm i c r o b e sc o u l da d h e r et ot h es u r f a c eo fw a l n u t t h er e m o v a lr a t e so fc ：0 d i i i a n da m m o n i an i t r o g e ni nb o t hw a l n u ts h e l lm e d i ab i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r sa n d t h ec e r a m i cg r a i nm e d i a b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r sw e r eb a s i c a l l yt h es a m e ，w h i c h w e r e8 0 a n d9 0 ，r e s p e c t i v e l y t h eb i o f i l mf o r m a t i o no fw a l n u ts h e l lm e d i a p r o c e e dab i tm o r es l o w l y ，w h i c ht o o k2 7d a y s ，c o m p a r e dw i t ht h ec e r a m i cg r a i n ， w h i c ht o o k21d a y s t h ev a r i a t i o nt e n d e n c yo fn i t r a t ea n dn i t r i t ei ne f f l u e n to f t h er e a c t o rs h o w e dt h a tt h en i t r i f i c a t i o ni nw a l n u ts h e l lm e d i a b i o l o g i c a la e r a t e d f i l t e r sw a ss l i g h t l yw e a k e rt h a nt h a ti nc e r a m i cg r a i nm e d i ab i o l o g i c a la e r a t e d f i l t e r s ，w h i c ht o o km o r et i m et og e ts t e a d y 3 ) h y d r a u l i cl o a dp l a ya ni m p o r t a n tp a r to nt h ec o d a n da m m o n i a n i t r o g e n r e m o v a lr a t eo ft h er e a c t o r t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h er e m o v a lr a t eo fc o dh a d as m a l lc h a n g ew h e r e a st h er e m o v a lr a t eo fa m m o n i a n i t r o g e nh a das h a r p d e c r e a s ew i t ht h ei n c r e a s eo ft h eh y d r a u l i cl o a d w h e nt h eh y d r a u l i cl o a d v a r y i n gf r o m0 5m ht o0 8m h ，t h ea m m o n i an i t r o g e nr e m o v a lr a t eh a dn o ty e t d e c r e a s e dm u c h w h e nh y d r a u l i cl o a dr e a c h e d1 2m h ，t h ea m m o n i an i t r o g e n r e m o v a lr a t ef e l l r a p i d l yf r o m7 0 t o4 6 ，a n dd e c r e a s e dt o38 w h e n h y d r a u l i cl o a dr e a c h e d1 8 m h i no r d e rt og u a r a n t e et h ec o da n da m m o n i a n i t r o g e nr e m o v a le f f i c i e n c ya tt h es a m et i m e ，0 8m hs h o u l db et h ea p p r o p r i a t e h y d r a u l i cl o a d 4 ) ah i g hr a t i oo fg a sa n dw a t e ri sb e n e f i c i a lt ot h ed e g r a d a t i o no fo r g a n i c p o l l u t a n t s ，b u ti t i sd i s a d v a n t a g ef o rd e n i t r i f i c a t i o n w h e nt h er a t i oo fg a sa n d w a t e rw a sh i g h e rt h a n6 ：1 ，c o da n da m m o n i a n i t r o g e nr e m o v a lr a t ew e r e9 0 a n d7 0 r e s p e c t i v e l y ah i g hr a t i oo f g a sa n dw a t e rw o u l dm a k eb i o f i l mw a s h e d o f fa n dt h ec o dr e m o v a lr a t es l i g h t l yd e c r e a s e d ；h e n c e ，6 ：1s h o u l db es u i t a b l e f o r t h er e a c t o r 5 ) t h es p e c i f i cs u r f a c ea r e ao fb i o l o g i c a l l yw a l n u ts h e l lw a sh i g h e rt h a n t h a to f w a l n u ts h e l l ，a n dt h es e m i m a g eo fb i o l o g i c a l l yw a l n u ts h e l ls h o w e dt h a t t h e r ew e r em a n ym i c r o p o r e so nt h es u r f a c eo fi t t h i sm e a n tt h a ts o m e t h i n gi n t h es u r f a c eo fw a l n u ts h e l lw a sm e t a b o l i z e db ym i c r o b e s m e a n w h i l e ，t h i sn e w m i c r o p o r e sc o u l dp r o v i d en e w a t t a c h m e n tp o i n t sf o rm i c r o b e s ，w h i c hw a sg o o d f o r t h ee f f i c i e n c yo ft h er e a c t o r k e yw o r d s ：w a l n u ts h e l l ，b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r , a m m o n i an i t r o g e n ， m e d i a i v 核桃壳填料曝气生物滤池之除废水中氨氮的研究 1 引言 1 1 氨氮废水处理概述 1 1 1 氨氮废水处理的必要性和紧迫性 水体中的氨氮主要以游离态氨n h 3 和离子态铵n h 4 + 形式存在。作为营养盐污染物， 氨氮是引发水体富营养化的主要元凶，使水体变黑变臭；当污水回用时，再生水中的氨 氮会促进输水管道和用水设备中微生物的繁殖，形成生物垢，堵塞管道和用水设备，并 影响换热效率；而非离子态氨还会引起水生生物毒害，具有致癌和致畸作用，对人类的 生产生活和生态平衡造成严重威胁。 随着我国社会经济的迅速发展，氨氮排放量日益增多，已远远超出受纳水体的环境 容量，水体氨氮污染日益严重，且呈迅速发展趋势。根据2 0 1 0 年中国环境状况公报i l 】， 我国七大水系中，氨氮是长江的首要污染物，同时也是黄河、珠江、松花江、海河和辽 河的主要污染物；而在2 6 个国控重点湖泊( 水库) 和四大海区中，总氮成为其主要污染 物，对氨氮的控制成为改善水体水质的关键。 据环保部统计【1 1 ，2 0 0 6 年我国氨氮排放量为1 4 1 3 万吨( 仅包括工业和生活污染源) ， 而2 0 1 0 年这一数据为1 2 0 3 万吨，其总排放量下降了1 4 8 6 ，但是地表水体氨氮超标 的情况并未有大幅改善。全国七大水系总体为轻度污染，2 0 4 条河流4 0 9 个地表水国控 监测断面中，i 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为5 9 9 、2 3 7 和1 6 4 ； 2 6 个国控重点湖泊( 水库) 中，满足i i 类水质的1 个，类的5 个，类的4 个，v 类 的6 个，劣v 类的1 0 个，湖泊( 水库) 富营养化问题突出。 在国家“十二五”规划里，氨氮成为“十二五 减排新的重点约束性指标，提出至 2 0 1 5 年，全国氨氮排放总量在消化增量的基础上，要比2 0 1 0 年降低1 0 ，降低到2 3 8 万 吨( 包括工业、生活和农业等污染源) 。这一重要举措无疑为改善我国的水环境质量创 造了有利条件，但同时也存在不少的难点。 受行业发展水平限制，我国目前部分行业标准的氨氮排放限值相比国外同类标准还 有相当的收严空间。一些行业缺乏行业排放标准，以通用排放标准代替。部分企业治理 设施简陋，缺乏深度治理设施，运行管理不到位，无法稳定达标排放，偷排漏排现象在 一定范围内依然存在。早期建设的城市生活污水处理厂不具备脱氮除磷的功能，需要进 行提标改造；不少污水处理厂污水管网不配套，污水负荷率低；此外，污水处理厂运行 水平低下、污水处理费征收不足、监管不力等因素也影响实际处理效果，这些都使我国 目前氨氮去除效率总体较低。因此，在制定新标准、更新设备、强化管理，加快管网建 陕西科技大学硕上学位论文 设，保障其正常运行的同时，对现有污水处理设施进行提标改造，提高其脱氮除磷效果， 将是未来几年氨氮减排的重点。 1 1 2 氨氮废水处理技术 氨氮废水的处理技术多种多样，总体上可分为物化法，如微波、超声、氧化剂氧化、 催化氧化、电解、离子交换和臭氧氧化、吹脱法、吸附法、膜法等，以及生化法。b a r b i e r 等1 2 j 分别以p t c e 0 2 、r u c e 0 2 、p d c e 0 2 为催化剂，0 2 为氧化剂，通过试验优化催化剂， 对含氨氮的废水进行了研究。发现当温度为2 0 0 、氧分压为2 0b a r 时，迸水氨氮质量 浓度为7 0 0m g l 的废水去除率达9 5 以上。通过控制氧分压的大小，处理产物中n 2 的 选择率大于9 0 ，可有效防止n 2 0 、n o 、n 0 2 等气体的产生。 l il i n 等1 3 j 采用微波辐射法处理废水中的氨氮，并研究了p h 、辐射时间、曝气量以 及起始氨氮浓度对处理效果的影响。试验结果表明，p h 以及辐射时间对氨氮的去除率有 较大影响，当p h 为1 l 而辐射时间为3r a i n 时，氨氮的去除率达到最大。曝气量以及初 始的氨氮浓度对处理效果几乎没有影响。其对实际焦化废水中氨氮去除效果的研究表明， 微波辐射对于废水中氨氮的去除的确行之有效。 肖震 4 1 分别采用酸、碱、盐对粉煤灰进行表面改性，并就改性粉煤灰对氨氮的吸附 性能进行了研究，结果发现，碱性条件下改性的粉煤灰相较于酸、盐改性的粉煤灰有更 高的阳离子交换能力，即有更高的氨氮吸附量；改性粉煤灰对低浓度的氨氮废水的去除 率更高。 一般来讲，物化法处理投资成本高，运行费用高，且易造成二次污染，而生化法具 有条件温和，处理成本低、二次污染少等多种优势，故国内外针对氨氮废水处理的技术 研发主要集中在生物处理领域。 关清卿【5 j 研究了a o 生物滤池工艺对微污染水源水中的氨氮的去除情况，结果表明， 该工艺在去除氨氮的同时，有效降低了水源水中的总氮；同时对运行参数的研究表明， 气水比和温度对氨氮的去除效果有较大影响。 为提高氨氮的处理效率，微生物固定化技术被应用于氨氮的处理当中。陈兵红1 6 】以 沸石为载体将其自生活污水中筛选驯化的高效降解菌固定化，研究其对农村生活污水中 氨氮的去除效果，结果表明，该生物沸石能够很好地降解生活污水中的氨氮；同时对温 度、p h 值、生物沸石投加量和接触时间等影响因素试验表明，温度为显著影响因子：沸 石固定化细胞处理农村生活污水中的氨氮的最优条件为：温度3 0 ，p h 值8 ，接触时 间6 0n f i n ，生物沸石投加量1 5g l ，此时去除率为9 9 7 2 。 废水中的氨氮主要来源于生活污水中含氮有机物受微生物作用的分解产物、某些工 业废水以及农业源。大多数情况下，这些废水的c ：n 都较低，需要在反硝化时另外投加 碳源( 如甲醇) 。为节约废水处理成本，研究者们研究并优化了在低碳氮比条件下的氨 2 核桃壳填料曝气生物滤池去除废水中氨氮的研究 氮去除效率。回进等【7 l 以自行研发的新型碳聚合物为载体进行低碳氮比条件下的生物膜 脱氮研究，并考察p h 、d o 、温度、h r t 等因素对系统同步硝化反硝化的影响。结果表 明，碳氮比4 ，p h 为8 ，d o 为lm g l ，h r t 为6h ，温度2 4 ，氨氮及总氮的去除率 分别可达9 0 及7 0 。 黄海明等【8 】针对目前几种实际可行的氨氮废水处理技术，讨论了各自的应用条件、 处理效果及处理成本。通过分析对比，生物法对可生化性好的氨氮浓度较低的废水氨氮 处理效果好，去除率可达9 8 以上，处理费用一般在2 - 2 0 元( k gn i - 1 3 邶) ，处理后废水 一般可直接排放；氨吹脱法对高浓度氨氮废水去除效果好，氨氮去除率为8 0 - 9 0 ，处 理成本较低，为1 8 1 0 元肚g n h 3 - n ) ，但容易造成结垢影响操作且还可能造成二次污染； 磷酸铵镁沉淀法对高低浓度氨氮废水均有较好的去除效果，氨氮去除率可达9 0 以上， 但药剂费用高，处理费用为5 0 7 0 元他gn h 3 - n ) ，生成的沉淀需进一步处理，还可能给 废水带来磷污染；折点氯化法适合于低浓度的有机物含量少的氨氮废水处理，氨氮去除 率可达9 6 以上，单位处理费用在3 7 6f r ( k g n h 3 - n ) 左右。无疑生物脱氮在工程应用中 更具优势。 1 2 曝气生物滤池工艺 1 2 1 曝气生物滤池工艺概述 在污水治理领域，目前的污水处理工艺，如活性污泥工艺及其变形工艺、生物氧化 沟、生物脱氮除磷工艺( a o 法、a a o 法等) 、a b 法和s b r 等处理工艺，处理的水质 一般都能达到排放水的要求，如活性污泥法，其研究、应用、改进已有很长的历史，目 前在世界上仍占优势地位。但同时也存在一些难以克服的缺点：占地面积大，基建投资 高，处理负荷低，经常出现污泥膨胀，启动慢、不能对冲击负荷做出快速反应等现象【9 j 。 而几乎与活性污泥法同时发展起来的生物膜法生物处理工艺，自2 0 世纪7 0 年代以 来得到了广泛的关注，其代表性工艺生物滤池亦得到了较多的应用。但是，随着研究和 应用的深入，人们发现，生物滤池工艺存在诸多缺点：其填料表面的微生物膜增厚后不 能很好的脱落更新使得微生物膜表层的活性变差，长时间运行后其处理效率会有所下降； 同时，其填料的截污能力较差，出水中含有大量的悬浮物质( s s ) 和脱落的生物膜，出 水必须采用二次沉淀池进行固液分离；此外，由于其采用自然通风供氧，供氧量和供养 效果不佳，受制条件多，对处理效果影响较大。 随着人们对生活质量要求的不断提升以及随之而来的对污染物的容忍度的下降，国 家的污水排放政策正在日益严格，而资源与环境矛盾的不断加剧，更加速了上述传统高 耗低能的污水处理工艺的衰落。针对传统水处理工艺的不足，近十几年来，涌现出多种 废水处理新技术，曝气生物滤池工艺成为其中一支强大的生力军。 陕两科技大学硕二学位论文 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 ，简称b a f ) ，是2 0 世纪8 0 年代末9 0 年 代初在普通生物滤池的基础上借鉴给水滤池工艺而开发的一种膜法水处理新技术，最初 用作污水二级处理后的深度处理，后由于其良好的处理性能，应用范围不断扩大。其最 大特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，省去了后续二次沉淀池，在保证处理效果 的前提下使处理工艺简化。与传统的活性污泥法相比，曝气生物滤池中活性微生物的浓 度要高得多，反应器体积小，且不需二沉池，占地而积少，还具有模块化结构、便于自 动控制和臭气少等优点。 l 缓冲配水区 2 承托层 j 滤料区 - l 出水区 s 出水槽 6 反冲洗捧水管 7 净化水捧出管 8 斜板沉淀区 9 栅形稳流板 i o 曝气管 l l 反冲进气管 1 2 反冲洗水管 1 3 滤池进水管 1 4 撑料板 1 5 滤头 图1 1 曝气生物滤池构造示意 f i g l - 1t h es t r u c t u r eo fb i o l o g i c a la r e a t e df i l t e r 根据污水在滤池运行中过滤方向的不同，曝气生物滤池可分为上向流滤池( b i o f o r 生物滤池) 和下向流滤池( b i o c 触也o n e 生物滤池) 两种，除污水在滤池中的流向不 同外，二者的池型结构基本相同。以b i o f o r 曝气生物滤池为例，其构造i lo j 如图1 1 所 示，曝气生物滤池在结构上共分成三个区域：缓冲配水区，承托层及滤料层，出水区及 出水槽。污水流入缓冲配水区，经滤料上附着生长的微生物膜净化处理后经过出水区排 l ：同时由曝气管向池内供给微生物代谢所需的空气。当反应器运行到一段时问后，由 于微生物增长，滤料上的微生物膜过厚而脱落，出水中会带有部分脱落的微生物膜，使 出水水质变差，这时必须进行反冲洗。反冲洗采用气水联合反冲洗，在滤池反冲洗时， 较轻的滤料有可能被水流带至i l ：水i 1 处，并在斜板沉淀区沉降回流至滤池内，以保证滤 4 核桃壳填料曝气生物滤池玄除废水中氨氮的研究 池内微生物的浓度。 曝气生物滤池净化污水是颗粒状填料及其附着生长的生物膜充分发挥生物氧化、填 料过滤以及生物膜和填料的物理吸附作用的结果【l 卜1 5 j 。 与其他生物处理工艺相比，曝气生物滤池具有如下优剧憎j 。 1 ) 占地面积小，基建费用低。曝气生物滤池不需设二沉池，其容积负荷可达到5 - 6 k g b o d 5 ( m 3 d ) 时，是活性污泥法的6 1 2 倍，停留时间短，占地仅为普通生物滤池占地 的1 5 ，为活性污泥工艺占地的1 1 0 2 0 】。 2 ) 处理效率高、出水水质好。曝气生物滤池的生物量较大，其生物量为普通活性污 泥工艺的4 5 倍1 2 1 1 ，抗冲击负荷能力较强，耐低温，不发生污泥膨胀，出水水质好，其 b o d 5 和n h 3 - n 去除率大于9 0 ，出水s s 和b o d 5 均可保持在1 0m g l 以下，n h 3 - n 可控制在lm g l 以下。 3 ) 运行费用省。曝气生物滤池中氧的传输效率高，曝气量少，供养动力消耗低，处 理单位污水电耗低，运行费用较常规方法处理低l 5 左右 2 2 1 。 4 ) 易于操作管理。曝气生物滤池的自动化程度高，运行管理方便。 5 ) 曝气生物滤池运行时易挂膜，启动快，在水温1 0 1 5 时，2 3 周即可完成挂膜 过程。 6 ) 处理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空的粒状填料内 部和表面，可以保持一定的微生物活性，因此，当曝气生物滤池停止运行一段时间后， 系统恢复启动快。 1 2 2 曝气生物滤池填料的选择 填料作为微生物的载体，是微生物栖息、繁殖的场所，同时在运行过程中又起着截 留悬浮物质的作用，是曝气生物滤池处理技术的核心之一，其材质组成和表面性能将直 接影响填料表面微生物的附着、生长、繁殖和活性，进而影响微生物挂膜性能和污染物 降解效率。同时，由于填料在曝气生物滤池的建设投资中占有相当大的比重，所以其价 格又关系到曝气生物滤池技术的经济合理性。 对于曝气生物滤池而言，其生物填料应具备以下一些基本要求：生物亲和性好，同 时具有较为合适的比表面积，挂膜快的同时不容易发生堵塞为最佳；孔隙率大，截污能 力强；水流流态良好，有利于发挥传质效应；阻力小，强度大，化学和生物稳定性好， 经久耐用；货源充足，价格便宜，运输和安装施工方便等【2 3 1 。 目前国内应用较多的传统生物滤池的填料是以粘土和粉煤灰为主要原料的球形轻质 多孔生物陶粒、页岩陶粒以及进口火山岩。由于生物陶粒滤料和进口火山岩滤料的价格 相对比较贵，而传统滤料如塑料蜂窝填料等不符合曝气生物滤池的工艺要求，使得曝气 生物滤池在工程上的应用大受限制，因此，开发性能良好同时又价格便宜的曝气生物滤 5 陕西科技人学硕j 二学位论文 池的填料成为目前研究中的热点。 目前研究较多的曝气生物滤池填料主要有活性炭、以粉煤灰和粘土为主要原料烧制 的球形轻质多孔生物陶粒填料、沸石等天然硅酸盐矿物质填料以及由多种填料组合而成 的复合填料等。 活性炭是最早应用也是迄今为止最优良的吸附剂，一般由木炭等含炭物质经商温炭 化和活化而成，其表面及内部都有细孔，呈相互连通的网状空间结构，具有很大的比表 面积。将活性炭的吸附作用和微生物的生化作用结合在一起，可有效延长活性炭的吸附 能力，处理效果更佳。吴云海等【2 4 】研究了生物颗粒活性炭( b g a c ) 处理合成苯酚废水的 效果和机理。结果表明，b g a c 能够高效处理苯酚废水，处理效果优于活性污泥法和颗 粒活性炭( g a c ) 吸附。分析出水p h 值和反应器中溶解氧的变化情况，结果表明，b g a c 对苯酚废水的处理主要借助于活性炭的吸附和微生物降解的交替作用。 由于活性炭对水的预处理要求高，而且活性炭的价格昂贵，因此在废水处理中，活 性炭主要用来去除废水中的微量污染物，以达到深度净化的目的。刘建广等1 2 5 】以微污染 河水为原水，分别利用生物脂磷法和比耗氧速率法测定了生物活性炭滤池内的生物量和 生物活性。结果表明，生物活性炭滤层中的生物量及生物活性沿水流方向逐渐减小，其 中异养菌在滤层中不同高度处的生物量差异较小，硝化菌生物量沿滤层高度变化较大， 沿水流方向急剧减小，这些变化均与滤层水中的可生物降解有机物及氨氮的基质营养水 平有关。 生物陶粒是以粉煤灰为主要原料，以粘土为粘结剂，添加少量造孔剂，经高温烧结 而成，具有较高的比表面积和孔隙率，化学和物理稳定性好。与常规的聚氯乙烯、聚丙 烯、维尼纶等规则滤料相比，具有生物附着性强，挂膜性能良好，水流流态好，反冲洗 容易进行，截污能力强等优点。沈耀良等【2 6 1 研究了在相同运行条件下瓷粒和陶粒两种同 填料的曝气生物滤池0 3 a f ) 启动运行特性。结果表明，在常温2 0 2 5 下两种填料所需 的启动挂膜时间有较大差异，陶粒填料仅需1 0d ，而瓷粒填料则需3 0d 。启动挂膜过程 中，两种填料b a f 对c o d 和n h 3 - n 的去除率基本相同。陶粒填料b a f 硝化效果好于 瓷粒填料。镜检发现，两种填料表面生物膜中均存在着明显的生物相分布。纳米粉末颗 粒分散相具有大的比表面积和强的界面效应，附着于陶粒填料表面和内部空隙表面，为 反应器的挂膜和启动提供高的粗糙度，从而提高细菌增殖速度和生物膜的形成速度。余 莹【2 7 】等用纳米材料对陶粒进行改性，并在曝气生物滤池中进行了试验。结果表明，改性 后的陶粒比表面积比国产商品陶粒提高了7 8 9 0 , 6 ，其生物亲和性好，挂膜速度快，出水 水质稳定，耐冲击负荷，适合作为微生物载体。 天然沸石是一种成本低、易开发且无毒副作用的含水架结构的多孔硅铝酸盐i 碉。 沸石由于它的特殊结构，使其具有较好的吸附性、离子交换性、催化性、耐酸性和热稳 6 核桃壳填料曝气生物滤池去除废水中氨氮的研究 定性【捌，在水处理中能够有效地去除水中的氨氮、有机污染物、重金属离子、氟、磷和 含氧酸阴离子，并且在使用和处理过程中不会对环境造成二次污染，是一种环境友好水 处理材料。沸石是一种理想的生物载体，将其进行微生物的适当引种、驯化后应用到污 水脱氮领域，不仅可发挥其优良的吸附性能，而且还能利用微生物作用有效地去除各种 形态的氮【3 0 l 。雷小利3 1 j 以沸石作为填料研究其对制革废水中氨氮的去除效果，结果表明， 生物沸石对实际制革废水的氨氮和c o d 的去除率分别达8 4 3 和8 4 1 ，脱氨氮性能较 好。w o n - s e o kc h a n g 掣3 2 】研究了天然斜发沸石填料曝气生物滤池对纺织废水中氨氮的去 除效果，并分别与砂土填料和颗粒活性炭填料的曝气生物滤池作了对比，研究发现，沸 石填料b a f 对氨氮的去除效果优于砂土填料和颗粒活性炭填料的b a f ，其对氨氮的脱 除是离子交换、硝化作用以及生物氧化共同作用的结果，三种作用分别占3 5 1 ，4 0 2 ， 2 2 3 ，天然沸石是一种较为理想的b a f 的填料。 利用不同填料在废水处理中的优点，将它们进行组合可生产出具有更高废水处理性 能的新型复合填料。杜永祥等【3 3 j 采用陶粒沸石一活性炭组合填料曝气生物滤池处理地表 水体。结果表明：在温度为1 6 - 2 4 ，气水比为1 ：1 ，水力停留时间为6h 的条件下，反 应器处理效果较好，出水高锰酸盐指数和氨氮浓度分别降至2m g l 左右和0 1m g l 以 下，陶粒层高锰酸盐指数去除率和沸石层氨氮去除率分别稳定在5 0 和8 5 左右。葛伟 青【驯采用海绵铁和陶粒复合填料深度处理豆制品加工废水，结果表明，在海绵铁与陶粒 混合质量比为l ：3 、水力停留时间为1 0h 时，曝气生物滤池对c o d 、色度的去除率均 能达到4 0 以上，运行效果稳定，并且向海绵铁中加入陶粒可有效地避免填料板结，还 可相对节省工程费用。 此外，为提高曝气生物滤池的运行效率，研究者亦尝试采用多种材料作为生物填料 处理污水。申颖洁等【3 5 l 采用聚丙烯腈中空纤维膜段作为上流式曝气生物滤池的填料，研 究其挂膜情况以及对生活污水中氮化合物的去除效果。结果发现：在载体的外表面进行 硝化反应的同时，其内部还发生了反硝化反应；中空纤维膜段的形状结构和表面特点使 其适宜作为生物膜的载体。 周爱姣等【3 6 】以陶粒填料作对比，考察水力负荷对木炭填料的曝气生物滤池处理效能 的影响。结果表明，水力负荷对反应器的出水c o d 影响不大，但对其脱氮效果的影响 较显著。木炭滤池对氨氮的去除效果总体上要好于陶粒滤池；最佳水力负荷为4 m 3 ( m 3 d ) ，此时木炭和陶粒滤池的氨氮去除率分别为8 0 和6 5 。 戴松林等1 3 7 j 采用添加了生物亲和亲水物质、活性炭及磁粉并磁化的改性聚丙烯填料 进行挂膜和模拟污水生物降解试验。结果发现，改性聚丙烯填料比普通聚丙烯填料具有 更快的挂膜速度和更高的c o d 降解率，并能承受更高的气水比以及气流和水流的冲击。 改性聚丙烯填料的挂膜期从普通聚丙烯填料的7d 缩短为3d 。 7 陕西科技大学硕f ：学位论文 1 3 农业废弃物在废水处理中的应用 农业废弃物是农业生产与加工过程中产生的副产品，例如树皮、果壳、锯未、秸秆、 蔗渣等。作为一类重要的生物质资源，其数量巨大，具有可再生、再生周期短、可生物 降解、环境友好等诸多优点。 在农村，农业废弃物由于未能得到较好的转化利用，每年有大量的农业废弃物被弃 置于自然环境或露天焚烧，既造成了生态环境的污染，又造成了资源的极大浪费。将农 业废弃物用于废水处理，既能降低废水处理成本，又能利用现有的绿色资源，为农业废 弃物的综合利用提供了新途径。 目前，在水处理中，农业废弃物主要应用于以下几个方面：利用核桃壳、花生壳等 制各活性炭吸附处理废水：利用秸秆、木屑等吸附处理废水中的铅、汞等重金属、各种 染料、油以及氨氮等；木屑、棉花等作为微生物载体处理含氮废水。 1 3 1 利用农业废弃物制作活性炭 核桃壳等农业废弃物，其主要成分为木素、纤维素、半纤维素，为很好的制作活性 炭的原料。蒋卉等1 3 捌以甘蔗渣为原料，采用z n c l 2 一微波法制备活性炭，在活化剂z n c l 2 浸泡浓度为4 0 、浸泡时间2 4h 、微波功率6 5 0w 、作用时间1 4r a i n 的工艺条件下，可 得到产率为3 4 、亚甲基蓝吸附值为1 1 0 3m l g 的活性炭，其亚甲基蓝吸附值达到国家 一级活性炭标准的1 2 3 倍。 r 1 lb a n s o d e 等i ”1 分别采用以磷酸、水蒸气、二氧化碳活化法制备核桃壳基活性炭， 吸附处理含c u 2 + ，p b 2 + ，z n 2 + 的废水，并以商用碳作对比，研究发现，磷酸活化的活性 炭，其对p b 2 + 和z n 2 + 能够较好地吸附去除；水蒸气活化的活性炭对c u 2 + 有较好的吸附作 用，而二氧化碳活化的活性炭和商用碳对三种金属离子的吸附效果较差。 信欣等m j 采用氯化锌活化法制备生物质废物硬壳活性炭，其制得的活性炭碘吸附值 为1 0 3 8 3 3m g g ，比表面积为6 4 5 3 6m 2 g ，平均孔半径为1 3 7n 1 n 。其c ，废水的最大吸 附量为8 0 2 4m g g ，吸附符合l a n g m u i r 等温模型。 1 3 2 利用农业废弃物制作生物吸附剂 农林废弃物作为吸附剂主要是利用其主要成分纤维素、半纤维素、木质素及少量无 机硅的结构，用来吸附水中的重金属、无机离子和有机物等污染物。h m u h 锄a d 【4 i 】以麦 秆作为吸附剂吸附废水中的c d 2 + 和c u 2 + ，研究初始p h 值、温度以及初始离子浓度对吸 附量的影响，结果表明，麦秆对c d 2 + 和c u 2 + 的吸附量随着初始p h 值和温度的升高而增 大，其吸附量分别可达到1 5 7m g l 和1 2 2m g l 。韦平英等1 4 2 】用n a o h 处理板蓝根药渣 后，用于吸附低浓度含铅废水，对铅的吸附率高达9 9 6 ，并且用硝酸解吸附，防止了 铅的二次污染。 r u n p i n gh a r t 等【4 3 】以梧桐树叶为吸附剂吸附废水中的亚甲蓝，研究了吸附时间、吸 8 核桃壳填料曝气生物滤池去除废水中氨氮的研究 附剂用量、初始p h 值，离子浓度，初始亚甲蓝的浓度对吸附效果的影响。结果表明， 梧桐树叶对亚甲蓝的吸附量随着吸附剂用量的增加而增大；初始p h 值( 4 5 1 0 o ) 对吸