（环境工程专业论文）asbrsbr（反硝化）sbr（碳氧化）baf（硝化）联合处理焦化废水的研究.pdf

太原理工大学硕士学位论文 摘要 p js 1 8 1 8 2 在实验室进行厂a s b r + s b r ( 反硝化) + s b r ( 碳氧化) + b a f ( 硝化) 联合 处理焦化废水的研究。 研究了焦化废水在厌氧预处理之后，采用单级好氧反应器进行碳氧 化硝化合并处理时，硝化菌所受废水中有毒物质的影响。指出n h ；- n 完全硝化的前提是废水中c o d 的充分降解，以消除有毒物质对硝化菌 的抑制作，| j 。 研究了在a s b r + s b r ( 反硝化) + s b r ( 碳氧化) + b a f ( 硝化) 丁艺巾， 、0b a f 在h r t = 2 4 h 运行条 ，| ：f ，1 i 刷的气水比对处理效果的影响，i ： 寻求最佳气水比。实验结粜表i 北“1 乍物曝气滤池相：气水比为7 0 ：1 的 工艺条件下时，整个工艺能够有效的对焦化废水进行处理，满足国家对 废水排放的要求。 关键词：焦化废水a 2 0 2 生物曝气滤池b a f 太原理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h et r e a t m e n to f c o k i n g w a s t e w a t e rw i t ht h eu n i t e d a s b r + s b r f b a fw a ss t u d i e di nt h i sp a p e r t h ep a p e rs t u d i e dt h et o x i c a n te f f e c to nt h en i t r o b a c t e r i ai nt h eu n i t e d t r e a t m e n to fc o x i d a t i o na n dn i t r a t i o nu s i n gt h es i n g l ea e r o b i cr e a c t o ra f t e r a n a e r o b i cp r e t r e a t m e n to ft h ec o k i n gw a s t e w a t e r t h er e s u l t si n d i c a t et h a t e x c e l l e n tn i t r a t i o no fn h 3 一nn e e dt h es u f f i c i e n tr e m o v a lo fc o dt op r e v e n t t h er e s t r a i no f t o x i c a n to nt h en i t r o b a c t e r i a i nt h et e c h n o l o g yo f u n i t e da s b r + s b r + s b r + b a f ，t h ee f f e c to nt h e t r e a t m e n to fv a r i o u sg a s w a t e rr a t i o sw h e nt h eh r ti nt h eb a fw a s2 4 hw a s s t u d i e da n dt h eg a s w a t e rr a t i o sw e r eo p t i m i z e dt h er e s u l t ss h o w e dt h a tw h e n t h eg a s w a t e rr a t i ow a s7 0 ：1 i nt h er e a c t o rb a f t h ea s b r + s b r + s b r + b a fc a ne f f e c t i v e l yt r e a tt h ec o k i n gw a s t e w a t e ra n dt h ee f f l u e n tc a nm e e tt h e s t a t i o nw a s t e w a t e re m i s s i o ns t a n d a r d k e y w o r d ：c o k i n gw a s t e w a t e r ；a 2 o , b a f 太原理工大学硕士学位论文 第1 章引言 1 1 研究课题的提出及意义 水是人类存在和发展的基本物质条件，是任何物质都不能代替的宝 贵资源。随着工业的发展和人民生活水平的提高，水污染问题日益突 出，水质的恶化使人类的生存受到威胁，已成为全球性的问题。世界 各国都在利用新技术、新工艺来进行废水处理与回用，以缓解水资源 危机。 近年来，我国每年排放的废水中约有7 0 为工业废水。工业废水 处理率虽达7 0 左右，但其中只有3 0 左右的处理设施的出水能达到 标准。我国城市废水处理率不到1 0 ，如此大量的废水夹带着悬浮物、 有机污染物、氮磷等营养性污染物、重金属、有毒有害污染物、难生 物降解污染物等，排放入全国的各类江、河、湖、水库、河口、海湾 及近海海域，造成了严重的水环境污染。根据国家环保局( ( 2 0 0 1 年中 国环境状况公报，2 0 0 1 年，我国七大水系监测的7 5 2 个重点断面中， v 类和劣v 类水质占5 2 8 ，而i i i i 类水质仅占2 9 5 ；主要湖泊 富营养化问题依然突出，黄河、淮河和辽河水体污染加重。全国7 0 0 多条河流，目前已有4 6 的河水受到污染，1 0 6 的河水严重污染， 水体己丧失使用价值：9 0 以上的城市水域污染严重。我国年排放污 水8 0 0 多亿立方米，城镇日排污水约3 3 7 亿吨，污水处理率仅为6 ， 大量的污水未经处理或部分处理排放【l 】。 在对各种水体的污染中，工业废水的污染是主要的。工业废水的水 质因其工业部门和生产工艺的千差万别也变得各不相同，有些生物降 解性能比较好，有些生物降解性能比较差。焦化废水就足一种生物降 太原理工大学硕士学位论文 解性能差的废水。 焦化废水含高浓度氨氮和许多难降解有机物，对环境有较大危害。 因此，国内外对焦化废水处理进行了许多研究。2 0 世纪7 0 年代以来， 国外主要进行生物处理法的研究，如p a c 活性污泥法、两极生物流化 床缺氧好氧法、悬浮污泥缺氧好氧法等。p a c 活性污泥法对于c o d 、 c n 、酚、色度处理效果较好，去除率可达8 0 以上，但是，对去除氨 氨没有效果。 在前人研究的基础上，本实验通过加强对焦化废水的预处理、碳氧 化、硝化作用来实现对焦化废水的治理。 1 2 研究目的及研究内容 李玉瑛 2 1 已完成了用a s b r 对焦化废水进行预处理的研究工作，取 得了最佳的运行工艺参数，稳定运行时在厌氧预处理阶段的c o d 去除 率可达到3 0 - - 4 0 。本实验对a s b r 处理后的出水进行进一步的好氧 降解，以使最终的出水达到排放标准。 本课题的研究内容是： ( 1 ) a s b r 、两级s b r 、曝气生物滤池联合处理焦化废水，力求 使出水排放达标； ( 2 ) 整个运行工艺的最佳工艺条件的选择。 太原理工大学硕士学位论文 第2 章文献综述 2 1a s b r 工艺 近三十年来，世界各国对厌氧生物处理工艺进行了深入的研究，开 发了许多厌氧新工艺，如厌氧生物滤池( a f ) 、升流式厌氧污泥床 ( u a s b ) 、厌氧生物转盘( a r c ) 、厌氧流化床( a f b ) 等。这些新工艺能 够提供足够长的污泥停留时间( s r t ) ，提高了厌氧生物处理的效率， 从而使厌氧法广泛用于城市污水、工业废水以及污泥的处理。最近，美 国d a g u e 教授等将s b r 用于厌氧生物处理过程，开发了厌氧序批式 活性污泥法( a n a e r o b i cs e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) ，简称a s b r t 3 j 。 典型的a s b r 运行周期包括四个阶段，即：进水、反应、沉降、 排水，如图2 - 1 所示。 气搅拌排气 丑重童蓝 进水期反应期沉降期排水期 图2 - 1a s b r 运行周期示意图 d a g u e 等人在美国l o w a 州立大学利用一系列的a s b r 反应器进行 了处理牛奶废水的试验研究，他们发现a s b r 工艺与连续进水的厌氧 3 太原理工大学硕士学位论文 接触法相比，在c o d 的去除率、甲烷气体产率方面都具有优越性。 a s b r 运行同s b r 一样是周期性顺序操作的，每个周期经历进水、 反应、沉淀、出水四个阶段。 进水阶段使反应器内基质浓度骤然增高。由m o n o d 动力学方程可 知，在此条件下，微生物获得了进行代谢活动的巨大推动力，基质转 化速率高。进水水量由预期的水力停留时间、有机负荷、期待的污泥 沉降性能来确定。 反应阶段是有机基质转化成生物气的最重要的阶段。这一阶段所需 要的时间由基质的性质、要求的出水水质、微生物的浓度以及污水温 度等多种因素来决定。反应过程可进行搅拌。 沉淀阶段停止搅拌以便泥水分离，反应器自身为澄清池。澄清需要 的时间随着污泥的沉降性能不同而变化，一般需要10 3 0m i n 。污 泥的沉降性能取决于反应阶段终止时基质浓度与微生物量之比，即f m 值。 出水阶段是在有效的泥水分离之后进行的。出水阶段所需要的时间 是由进水量与出水流速来控制的。出水阶段结束，则下一个周期的进 水阶段立即开始。 a s b r 的运行特征是周期性序列间歇式运行。反应器内f m 是变 化的。其变化过程在时间上是一个推流的过程。 2 2s b r 工艺 2 0 世纪7 0 年代初，美国n a m ed a m e 大学的i r v i n e 教授等在美国 自然科学基金资助下，开始了间歇式活性污泥法的研究，在实验室中 对序列问歇式( 序批式) 活性污泥法( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ，简称s b r ) 幂1 1 连续流活性污泥法( c o n t i n u o u s 4 太原理工大学硕士学位论文 f l o ws y s t e ma c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ，简称c f s ) 的运行特性作了系统 的比较研究，详细定义和描述了序批式间歇反应器( s b r ) t 4 1 ，并于1 9 8 0 年把印第安纳州的c l u c v e r 城市污水厂改建成s b r 系统，取得了令人 满意的效果。随着对该工艺的深入研究，s b r 法已逐渐被认为是替代 c f s 法的一种较好的替代工艺。i r v i n e 等人的研究成果引起了世界各国 如日本、加拿大、澳大利亚、东南亚等国的广泛重视，各国技术人员 都相继进行了大量的研究。我国近年来对s b r 的研究和应用开展迅 速，1 9 8 5 年在上海市吴淞肉联厂设计并建成了我国第一座s b r 废水 处理设施。 2 2 1s b r 工艺的工作原理 s b r 的处理流程可用图2 - 2 表示 图2 - 2s b r 处理流程 s b r 法是- - ；f , v 间歇运行的污水生物处理工艺，它由一个或多个s b r 池组成。运行时，从污水分批进入池中，经活性污泥的净化，到净化 后的上清液排出池外，完成一个运行周期阢s b r 的一个完整操作周 期有以下五个阶段：进水期、反应期、沉淀期、排水期和闲置期，如 图2 3 所示。 太原理互大孥蘸圭学位论文 供气 咽国目b 水囡 进永期反应瓣沉淀瓣稚永辩 潲置辐 墼2 - 3s 磐襄戆甓勰过程 进水期用来接纳污水，有调蓄池的功用；反应期是在、投有进水的情 况下，通过曝气来降解有机物，并使氨氮进行硝化；沉淀期是让污泥 与效进行分离；撼水期翅来摊放出水颓剩余污泥；闪置期是处于进水 等待状态。荜令s b r 漶就是一个能窦如按铡避出冰及曝气的反应池。 对于连续l 莽 放鹣污永，s b r 系统霉罐，b 令s b r 反应器轮滚接纳污水， 分批进行处理；对于间歇排放瀚污求，嚣要排承阕欷期足够长，使s b r 反应池能完成反应、沉淀及排冰等一审操作，部么用个s b r 港就熊 达到处理要求。由此可知s b r 集调节池、曝气浊、沉淀泡为体，不 需设回流污泥泵。 在个运行周期中，各个阶段的运行时间、反应器内混合液体积的 交化以及运行、捩态等都可以根据具体污水性质、如水质量与运行功能 要求等灵活掌握。s b r 法豹运行工况是以闻歇操作为主要特征，能灵 活适疲污承在承矮稻承量上豹大攘度变悠，达到嶷好豹b o d 5 、氮、 磷去除效鬃。s b r 是在革一的反应器瘫，在时闺上遴行务穗嚣静不鼹 的操作，故称之为时间序列上的废水始理工艺。 2 2 2s b r 工艺的特点 s b r 法的备个运行期在时间上的有序性，使它其肖不阿于连续流活 性污混法( c f s ) 的些特性。 6 太原理工大学硕士学位论文 1 ) 运行操作灵活，效果稳定 s b r 在运行操作过程中，可以根据废水水量水质的变化、出水水 质的要求来调整一个运行周期中各个工序的运行时间、反应器内混合 液容积的变化和运行状态，即通过时间上的有效控制和变化来满足多 功能的要求，具有极强的灵活性。s b r 可以通过调节曝气时间来满足 出水要求，因此运行可靠，效果稳定。 2 ) 工艺简单，运行费用低 s b r 法的工艺简单，便于自动控制。其主要设备就是一个具有曝 气和沉淀功能的反应器，无需c f s 法中的二沉池和污泥回流装置，在 大多数情况下可以省去调节池和初沉池。s b r 系统构筑物小，而且简 单，因此占地面积少、投资省。s b r 由于不需要回流污泥而节省了能 耗。s b r 如采用限制曝气方式运行，则在曝气反应之初，池内溶解氧 浓度梯度大，氧气利用率也较高；在缺氧条件段，微生物可以有效地 从硝酸盐中获得氧，这也节省了充氧量：重要的是s b r 的反应效率高 于一般c f s ，即在获得同样的出水水质条件下，s b r 的曝气时间可明 显少于c f s 。上述几种因素使s b r 的运行费用相对较低。 3 ) 对水量、水质变化的适应性强 一些废水间歇排放且流量很小，或者水质波动极大，如设计一个c f s 来稳定处理是困难的，此时如果采用s b r 法则易取得良好的效果。在 实际工程中，已有一些由于负荷变动大而不能稳定运行的小型c f s 装 置改为s b r 以后，处理效果得到了明显的改善。还有少数特殊废水， 其中含有只能通过“共代谢”途径才能降解的有机物，而s b r 由于运 行的序列性而能为“共代谢”提供条件，保证废水得以有效处理。 4 ) 耐冲击负荷 一个s b r 池在充水时相当于一个均化池，在不降低出水水质的情 7 太琢理工大攀硕士学住论文 况下，冒戳承菠高峰流量稀有橇穆浓度懿 毒受稽，龙冀是采用嚣黢 制曝气运行方式，踅能大大增强s b r 处理有毒有橇废永的髓力。另外 s b r 法比c f s 法疆容易保持较高的污泥浓度这也掇高了它抗渖击负 荷的能力。 5 ) 反应推动力大 在采用限制曝气和半限制曝气方式运行时，有机物浓度的变化在时 阕上是一令理想豹推滚过程，从藤馊它镙特了最大的反j 夔推动力。因 瑟，s b r 法魄般豹宠全混合式c f s 具蠢更瘫约处璎效攀，在达到网 样国水永质静静箍- f ，s b r 所需簧静有效反斑容积鹗显少予完全混会 式c f s 。 6 ) 能有效地防止污泥膨胀 c f s 其有机负荷率的可变范围非常小，易于发生污泥膨胀。而阪制 曝气的s b r 在反应阶段是时间上理想的推流状态，即有机物浓度存在 较犬的浓度梯度，制予菌胶团细菌的增殖，抑制熊状菌的生长。因此， 艰划曝气豹s b r 最不褰易也现污泥膨胀。 7 ) 脱氮除辚效果好 凌求的鑫我脱煞除磷需要不冠瓣生态臻境_ 耱条件，在c f s 中逶豢 需要通过o 工琶来达弱去除有梳锈藕氮磷的磊的。毽s b r z 苞 的时闻序列性和运行条件上的较大灵活径为英脱氮除磷攥侯了得天猿 厚的条件，即s b r 工艺在时间序捌j 二提供了缺氧( d o = 0 ，n o x 0 ) 、 厌氧( d o = 0 ，n o x = 0 ) 和好氧( d o 0 ) 的环境条件，使缺氧条件下实现 反硝化，厌氧条件下实现磷的释放和好氧条件下的硝化及磷的过度摄 取，从褥套效她聪氮赊磷 6 1 。s b r 工艺农一个反应器中实现有机物和 氮磷毂恳黪去除这一独特傻点，是它近年来馈受踅视蒡锝到广泛应用 懿难要漂嚣之一。s b r 豹涂氮、豫磷效采见表2 1t t l 。 g 太原理工大学硕士学位论文 垂；：!璺堡垦塑垄箜逾适丝巫婆鲨篷竖2 笪些堑( 生适翌盔2 方法b o d 5 去除氮去除磷去除 8 ) 具有生物选择的功能 s b r 最大的特点是微生物处于富营养、贫营养、好氧、缺氧、厌氧 周期性变化的环境中。反应器内营养物浓度的降低可使营养物被摄取 速率增加，可利用基质范围增大。通过控制运行周期、流量、营养物 浓度及do 等环境压力的改变可强化反应器对微生物的选择，这是因 为在不同条件下，有不同的微生物在起作用。 9 ) 固液分离效果好 s b r 在沉淀时没有进出水流的干扰，可以避免短流和异重流的出 现，是一种理想的静态沉淀，固液分离效果好，容易获得澄清的出水。 剩余污泥含水率低，浓缩污泥含固率可达到2 5 0 0 - 3 ，这为后续污泥 的处置提供了良好的条件。 1 0 ) 易于与物化处理工艺结合 s b r 运行的阶段性使之为混凝、投加吸附剂等提高处理效率的物 化工艺相结合提供了便利。如果城市污水中有机物与磷的比值很低， 则可以增加一个沉淀池，利用p h o s t r i p 除磷原理来增加磷的去除效率。 s b r 中投加混凝剂或粉末活性炭及其代用品可以提高污泥沉降性能， 或者增加对难降解有机物的去除。 9 太原理工大学硕士学位论文 2 3 生物曝气滤池( b a f ) 2 3 1 概述 曝气生物滤池( b a f ，b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ) 也叫淹没式曝气生物 滤池( s b a f ，s u b m e r g e db i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ) 。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2o 世纪初开始进行该工艺的研究，于8 0 年代末基本成型， 后不断改进，并开发出多种形式。目前世界上已有一百多座污水处理 厂应用了这项技术。不仅用于水体富营养化处理，而且广泛地用于生 活污水、生活杂排水和食品加工、水果蔬菜罐头、鱼肉制品、酿造和 造纸等工业废水处理中。随着研究的深入，曝气生物滤池从单一的工 艺逐渐发展成系列综合工艺。有去除ss 、去除cod 、去除bod 、 硝化、脱氮、除磷、除去aox ( 有害物质) 等作j l 。该工艺在丌发 过程中，充分借鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路， 集曝气、高滤速、截留悬浮物、定期反冲洗等特点于一体。 2 3 2 工艺原理 在滤池中装填一定量粒径较小的粒状滤料，滤料表面生长着生物 膜，在滤池内部进行曝气，污水流经时，利用滤料上高浓度生物膜量 的强氧化降解能力对污水进行快速净化，充分发挥生物代谢作用、物 理过滤作用、生物膜和填料的物理吸附作用以及反应器内食物链的分 级捕食作用，此为生物氧化降解过程；同时，因污水流经时，滤料呈 压实状态，利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截留 污水中的大量悬浮物，并保证脱落的生物膜等不会被出水带走，此为 截留作用；运行一定时间后，因水头损失的增加，需对滤池进行反冲 f 0 太原理工大学硕士学位论文 洗，以释放截留的悬浮物并更新生物膜，此为反冲洗过程。反应器内 存在着不同的好氧、缺氧区域，可同步实现硝化和反硝化，在去除有 机物的同时达到脱氮的目的。 2 3 3 基本结构 曝气生物滤池的形式在进水方式、填料选择和使用功能上各有所不 同，即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 物滤池和沉没填料曝气生物滤池：去碳曝气生物滤池、硝化曝气生物 滤池、反硝化曝气生物滤池、水源水预处理曝气生物滤池和组合曝气 生物滤池等等。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 、b i o p u r 。常用的b i o c a r b o n e 的结构简图如图2 _ 4 ，污水从滤池上部流入，下向流流出滤池。在滤池 中下部布设曝气管( 一般距底部2 5 4 0 c m 处) 进行曝气，曝气管上部起 生物降解作用，下部主要起截留ss 及脱落的生物膜的作用。运行中， 因截留了ss 及脱落的生物膜，水头损失会逐渐增加，达到设计值后， 开始反冲洗。一般采用气水联合反冲，底部设反冲洗的气、水装置。 气水之间相互对流，一方面由于上升气泡被细小滤料不断切割，增大 了气水接触面积，易于氧的转移，有利于上层滤料表面生物膜的氧化 降解作用；另一方面又由于气水之间的相互搅动，使进水中的悬浮物 不易于在滤料的最上层积累，从而提高整个生物滤池的储污能力，延 长反冲周期。 太骧理麓大学硕士攀往论文 图2 _ 4b i o c a r b o n e ：的结构简图 一般说寒，瀑气生携滤遗魏结梅特链蠢：( 1 ) 强粒状壤料终为生物 载体，如陶粒、焦炭、石英砂、活性炭等：( 2 ) 区别予般生物滤池及 生物滤塔，在杂除bod ，氨氮辩霈送行瀑气；移) 在瀑气垒纺滤港魏 滤料中存在厌氧或缺氧的微环境，可供厌氧或装性微生物生存，同时 在生物膜的内部也存在厌氧或兼性微生裾，所隘，w 同爵谶行硝能 稠反硝化反应。( 4 ) 氧麴转移靼利用效率高；( 5 ) 具有生物氧化降解和 截留ss 的双黧功能，生物处理单元之后不需再设二次沉淀池：( 6 ) 爨定麓避孬反羚洗；瀵洗滤涎孛截窜驰ss ，懑对更鼗生物骥。( 7 ) 具有高水力负荷、商容积负荷及高生物膜活憔等特点；水力停留时间 短，所簧基建投资遴乡，弱霹懑农承痿恣鞍裹。 2 3 4 曝气生物滤涟静工艺特点 2 3 4 l 主要优点 ( 1 ) 占地面积小，基建投资省。曝气生物滤： 彀之后不设二次沉 淀池，阿省去二次沉淀浊的占地和投资。此外，由于溪用的泌料粒颀 较小，比表面积大，生物量高，再加二反冲洗可有效更新生物膜，僳 1 2 太原理工大学硕士学位论文 持生物膜的高活性，这样就可在短的时间内对污水进行快速净化，水 力停留时间短，因此所需生物处理面积和体积都很小，节约了占地和 投资。表2 2 列出了b a f 工艺和传统工艺基建投资方面的费用比较例。 表2 - 2 不同工艺占地、基建和运行费用比较 ( 2 ) 出水水质高，可满足回用要求。在b a f 中，由于填料本身截 留及表而生物膜的生物絮凝作刚，使得出水ss 很低，一般不超过1 0 mg l ；因周期性的反冲洗，生物膜得以有效更新，表现为生物膜较 薄( 一般为1 0 0um 左右) ，活性很高。高活性的生物膜可吸附、截留 些难降解的物质。采用一级，出水可达到国家二级处理出水标准； 若采用两级，出水可达生活杂用水标准；若采用三级，则可除磷脱氮。 表2 3 列出了不同工艺下出水水质的比较。 表2 3 不同工艺下出水水质比较 处理工艺b o d ( m w l ) c o d ( m # l ) n h 3 - n ( m g l ) n ( m g l ) p ( m s l ) s s ( m 班) 传统活性污泥法 1 5 7 551 81 1 0 混合法1060 210110 baf1060210 4 蹲，垒携骥内将出现不同的功能分区；通过测定好氧速率发 现硝化细菌、豫硝化细菌及异养细菌在反应器中的空间分布与c o d 浓 发有关，呈秘纛豹分嚣分枣。w i j e y e k o o n t l 越磷究了滤逮与磷化萤活性 的关系。发现硝化菌活性分布予滤速有关。目前的研究表明，曝气生 物滤涟豹硝傀髓能与膏梳耪浓度、温爱青密弼豹关系，嚣滤遮熬影碗 也很大【1 4 1 。硝化性能研究一直耀曝气嫩物滤池技术的核心课题，该方 向上的研究成采不仅撬高了焦物过滤技术在磷亿脱氮方面的应用散 架，还带来了研究方法上的革命。 1 6 太原理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 影响硝化的因素 流向：一般情况下，下向流的硝化性能要优于上向流，这是因 为，a ：b a f 上部异养菌占优势，硝化菌主要生长在下部。稳态运行条 件下，下向流b a f 内生长着不同优势菌填料的混合程度较低，利与硝 化的进行【1 4 1 。b ：进水中悬浮物的附着会加大生物膜厚度，抑制硝化菌 的生长，由于下向流b a f 截留悬浮物的能力优于上向流，从而减少了 穿透到硝化区的悬浮物【1 5 】，利与硝化菌的生长。c ：下向流b a f 内气 水的相向流动提高了氧气的转移率，能更好的满足硝化菌对氧的需求。 温度：硝化反应可以在4 4 5 温度范围内进行。温度不仅影响 硝化菌的比增长速率，而且影响硝化菌的活性。亚硝化菌最佳生长温 度为3 59 c ，硝化菌的最佳生长温度为3 5 - - - 4 2 ci t 6 硝化速率的影响可表 示为：1 1 一l l0 ( t - 2 “。不同温度下距硝化菌的最大比增长速率见表2 5 ( 1 7 1 。 表2 5 不同温度下亚硝化菌的最大比增长速率 温度( ) un ( d 1 ) 1 00 _ 3 2 00 6 5 3 01 2 温度对硝化的影响可参考表2 6 【”1 表2 - 6 温度与n h ，- n 氧化能力关系 温度( ) n h z , - n 氧化能力( k g m 3 d ) 1 2 o _ 3 9 1 80 5 2 4o 6 溶解氧：l g n h ，- n 氧化为n o ，- n 需氧4 5 7 9 ，故硝化需氧量较 1 7 太原理工大学硕士学位论文 高。通常情况下，硝化反应不受高d o 浓度所抑制，而低d o 则具有 明显的抑制作用【”】。s t c n s t r o m t m l 的实验表明，发生硝化的最低d o 浓 度为o 3 m , g l 左右。也有人认为，当d o 浓度低于2 m g l 时，就会抑 制硝化的进行，并导致亚硝酸盐的积累1 。一些文献报道1 2 2 1 ，b a y 氧 转移率可高达2 0 - 2 5 ，为传统工艺的2 3 倍。b a f 内，因填料粒径 较小，气泡上升过程中不断被切割成小气泡，加大了气液接触面积， 有利于氧气向液体中的传输。同时填料及其内大量孔隙延长了气泡的 滞留时间，并且由于气泡上升路径曲折，增大了气泡的实际上升距离， 从而增加氧气与生物膜的界面接触，利于氧气向生物膜内部的转移， 提高了生物体对溶解氧的利用率。 ( 4 ) 反硝化脱氮 在生物膜反应系统中，由于存在着厌氧区，可实现一定程度的 反硝化脱氮。脱氨效率的高低取决于底物条件、传质条件及反硝化细 菌的代谢特点。在曝气生物滤池系统种，反硝化以两种方式进行，即 在滤池设置缺氧区或单独设一个不曝气的反硝化生物滤池，并根据底 物供应情况决定是否投加碳源物质。研究表明】，曝气生物滤池系统 的反硝化效能在较高滤速和负荷下可以接近1 0 0 。 ( 5 ) 生物膜 有关生物膜结构特征、生物活性、生物种群构成，污染物负荷、 传质效率、扩散效率、水力条件、处理效率与反应器微生物特征相关 性的研究近年来比较活跃。f d z - p o l a n c o l l 习等研究了硝化曝气生物滤池 中异养菌和硝化菌的空间分布情况。通过采用分子生物学技术、扫描 隧道显微镜技术( s m t ) 等检测手段，提高了生物监测的灵敏性和准 确性，使得生物膜的研究正得以广泛而深入的进行着，成为一个较前 沿的领域。 1 r 太原理工大学硕士学位论文 ( 6 ) 与其他水处理技术的组合应用 曝气生物滤池在实际运行时要求对进水进行一级强化处理，以 延长过滤周期。对一些水质情况比较复杂的污水，可通过单元操作组 合，充分发挥曝气生物滤池的优势，使污水中的各种污染物逐次去除， 达到彻底净化污水的目的。g o n c a l v e s t 2 4 瑚等利用u a s b 和曝气生物滤 池串联对生活污水进行二级处理，系统的污泥产量大大减少，同时 u a s b 的产气量也有一定程度的提高，对s s 、b o d 、c o d 的平均去除 率为9 4 ，9 6 ，9 1 ，出水的s s 、b o d 、c o d 分别为1 0m g l ，9m g l ， 3 8 m g l 。 2 4 焦化废水 2 4 1 焦化废水的来源和成分 焦化废水产生于炼焦、制气过程，废水排放量大，水质成分复杂， 除了氨、氰、硫氰根等无机污染物外，还含有酚、油类、萘、吡啶、 蒽、喹啉等杂环及多环芳香族化合物。多环芳烃不但难以生物降解， 通常还是致癌物质，因此焦化废水的大量排放，不但对环境造成严重 污染，同时也直接威胁到人类的健康。 废水中的有机物在微生物的好氧分解下要消耗水中的溶解氧，恶化 水质；而氨氮则不仅在硝化反应时要消耗溶解氧，同时由于它自身的 刺激性气味还会恶化空气质量，使人更加无法忍受。对焦化废水处理 的主要目的就是去除有机物和氨氮。焦化废水所含的有机物极其复杂， 何苗等对焦化废水进行了0 2 m s 分析，共检出5 1 种有机物，全部 属于各类芳香族化合物及杂环化合物，见表2 7 。 太原理工大学硕士学位论文 表2 7 焦化废水有机物组成2 6 j 所占质量所占t o c所占质量所占t o c 物质名称百分比( ) 浓度( m g l )物质名称 百分比( ) 浓度( m e e t , ) 苯酚2 9 7 79 4 0 7喹啉52 61 66 2 甲基苯酚( 间+ 对+ 邻)1 344 23 4异喹啉26 383 1 1 二甲酚( 3 ，4 、3 , 5 一二甲酚) 9 0 3 2 85 3甲基喹啉2 9 29 2 2 7 间苯二酚 2 8 8 8 4 8羟基喹啉o 3 210 1 l 禾甲基邻苯二酚30 59 6 3 8 c 烷基喹啉 0 5 9 i8 6 4 2 , 3 ，5 - 三甲基苯酚 20 364 1 5c 烷基喹啉0 722 1 2 苯甲酸0 5 1l6 1 2喹啉酮0 1 70 5 3 7 乙苯57 71 8 2 3三联苯0 9 22 9 0 7 苯乙腈o6 721 1 7吩噻嗉0 8 42 6 5 4 2 ，4 环戊二稀1 - 次甲基苯o3 10 9 8c 烷基苊01 203 8 甲基苯 2 2 27 0 1 5 邻苯二甲酸酯o 20 6 3 2 二甲苯1 5 84 9 9 3 吡啶1 2 639 8 2 苯乙烯酮o 0 4o 1 2 6苯基吡啶0 5 417 0 6 吲哚1 1 43 6 0 2c 烷基吡啶0 1 8o 5 6 9 蒽0983 0 9 7氰基吡啶0 0 50 1 5 8 葸腈01 1o 3 4 8甲基吡啶0 1 4o 4 4 2 菲03 40 4 4 2c 烷基吡啶0 2 5o7 9 昧唑08 92 8 1 2呋喃0652 0 5 4 苯并眯唑0 7 12 2 4 4苯并呋喃0 7 42 3 3 8 吡咯 12 3 38 8 6二苯并呋哺02 808 8 5 二举基毗咯0 0 60 1 9雄并噻吩05 417 0 6 联苯11 736 9 7咔唑09530 0 2 萘酚01 30 4 1 1萘10 53 3 1 8 c 烷基苊o 2 5o 7 9甲萘基氰0 1 1o 3 4 8 2 甲基1 异氰 噻吩08 227 1化萘0 1 605 0 6 苯并喹啉0 8 82 8 3 合计1 0 03 1 6 太原理工大学硕士学位论文 2 4 2 焦他废水处理技术的研究进展 由于焦化废水中含有许多稠环芳烃和杂环化合物( 如吲哚、萘、喹 辩、嗽疑等) 簿滩降鼹瓣毒糗携，傻焦纯褒求遴过簧统熬好氧生物处 理很难达到排放标准。根据冶金部1 9 9 7 年的调查，9 0 以上的焦化 厂处理螽i 貔c o d 、n h 3 - n 无法这标翰。为了箍藤c 及黼；- n 虢去除 率，近年来人们从微生物、工蕊流程及反应器几方面瀚手，进行了大 量的研究开发工作，主簧集中予生亿处理技术和稍二学鲶毽技术的研究。 l 、生物强化技术进展 生物强化技术，就是为了掇高废水处理系统的处理能力，而向该系 统孛投翱麸是然赛孛赡选兹优势萤静或通过基因组合技术产生熬毫效 菌种，以去除某一种或某一类有害物质的方法。投入的菌种与底质之 瓣熬终溪主要蕊菇壹接终簿秘荚健落掺爱 蠲。 萘和毗啶题焦化废水中含鬣较高的典型难降解有机物。王景等人( 嚣j 通过硐亿、富榘、培葬，获鲶瑾焦证淡承的涵毪污瀛中分离辫两棘萘 降解菌和一株眦啶降解菌，研究了投加高效菌种及微生物共代谢对焦 化废水生物处理的增强作用。缩采表明，投加熬代谢秘级基质、f d + 和 高效蘸葶申均能促进难黪解有机物的降瓣，提离焦化废水c o d 去除率， 当三者协同作用时，效果更好。 2 、生耪浚纯瘃技7 跫进展 近年来，擞物流化床技术程含酚废水的处理方面量现良好的发展前 景鳓。建纺滚健床是数砂、焦炭、活拣炭这裘糇粒耪瓣势载俸，承波 自下向上流动，使载体处于流化状态，在载体表面生长、附着生物膜。 载体粒径一般为1 o 0 m m 。生物流纯床兼露完全滋合式活瞧污淀法 接触所形成的礴效率和生物膜法能够承受负荷变化冲漕的双煎优点， 2 太琢瑷工夭学碛士学位论文 其有良好酶羟建效渠，因就近年来在处理雉降勰蠢枫滚水方鬣越来越 受掰人们的重褫。 生物流化床技术主罄有四种工艺，鄱空气流化床工艺、纯轼流亿廉 工艺、三相流化床工芑和厌氧和兼性流化床工艺，其中三相流化床反 应器是将生物技术、化工技术和水处理技术有机结合的一种新型生化 处理装置，如用内循垮生物流化床、气提升循环流化床、活性炭厌氧 滚纯疼簿处理会酚废水，均取终了比较好的除酚效果。 p a u l 礁s u t t o n 等人f 3 l 】孀滚钝廉反应器羽墩) 对妇拿大a l g o m e 镪厂 焦纯废水静应糟处蓬逡彳亍了研究，其中废农流量4 0 m 3 h ，含酸矮量浓 度为1 0 0 0 m g j l ，并加入等璧的稀释永黻控稍永溢。2 弼盾，濂亿床反 应器出水中酚的去除率达9 9 ；5 周后，硫氰酸旋的质爨浓度降至5 m g l 以f 。 3 、固定化微生物技术进展 固定化微生物技术，是国际上从2 0 世纪6 0 年代后期开始迅速发展 的顼技术，它是通过化学或物爨手段将游离豹微生物固定嶷载体上 使箕离度密集，著镬其保持活性及复利题戆方法。最扔圭要髑于_ i 业 微生耪发酵生产，2 e 世纪为年代螽瓣：汗戆痤掰子废承处瓒。溜定纯微 生物技术爵前函内还没有统一的分类标准，主要有结合藏定纯、交联 固定化、包埋间定化和自身固定化等几种方法。关立波等人渊用多孔 陶粒吸附自固定化混合硝化菌种来处理焦化废水，比较了自闽定化前 后翁种活性的变化。结果袭明，附着棚和悬浮相菌种的硝化活性相近， 但当外界条件变化或毒性物质存在时，附着棚微生物的抗耐性明显强 于悬浮翅。 4 、a 2 o 工艺 a 2 o 置艺跫使污水经过茨氧、缺裁及抒氧三令生物过程。最初豹 2 2 太原建工大学磺士学位论文 设计瓣静是使污承中静c o d 、鬣、磷潜瓣褥戳去豫，一般都采捌箍渡 式活性污泥系统。近年来该工艺被广泛成丽子焦仡廒永的怒理，与常 规好筑处理王艺相比，a 2 o 工艺凭论建对焦化废水中有机物酌整体 去除，还是对难降解有机物以及氮氮的去除效果均熨为理想l 。但魑， 由于该工艺采用活性污泌法，相应也就存在着污泥流失、生物鬟难控 制等阏题，谗多研究者棚继叉开发了生物膜法脱氮系统蚓口”。与活性 污泥法攘比，生物膜法水力条件好，生物浓度离，好氧池中污泥龄 达到3 0 d 以上，逶会世健黠蠲较长瓣硝他蕊生长，溺对也解决了污淀 流失藕生物量滚控蒂l 等滔题。 2 s 懿语 出于焦化废水是种难降解泼水，用a s b r 首先进行厌氧酸亿淤 提高生物可降解性是必要的；前濯厦硝化可以减少摊水中的氮含量以 杜绝对水体富营养化的影响：碳氧化和硝化两个过程分别在不间的反 应器肉进行，有利于各自的优势蔼群充分发挥作用；生物曝气滤池生 物媚丰富且分层的特点使之硝化性能优良，阀时其附着楣的微生物对 毒性物质的摭耐性较强，这些饯点傻其作为硝蚀段豹反应爨成必一鼬 较好黪选择。 太嚣i 理墨大学硕士学位论文 第3 章实验工作 3 1 实验设备耧佼器 3 1 1a s b r 反应器实验运舒系统 】，a s b r 反应器：由有机玻璃加工涮律丽成，为爵往形，有效容积 1 2 l ( 内径1 4 8 e m ，液体高度6 9 8 0 m ) ，上端留有2 l 的气室，在不同 高度设有进水口、出水口、取样口，底部设有稚气环。 反成器取样口商度及反应器分段容积见表3 1 、表3 - 2 。 表3 - 1 反应爨墩榉f 赢度 取样蠢编号 1 2 345678 取样矗嵩度( r a m ) 4 e 1 4 32 4 63 4 94 0 7 注：高度均觚反应器肉底舔算起； 有些取样口还兼有其他功能，如避永、蹦水、微量金属元素 投加口等。 表3 - 2 反应器分段容积 2 恒溢箱：试验采璃中温发酵( 3 5 - 3 7 c ) ，a s b r 反应嚣置于鑫 制矿棉绝热恒湓箱内，用两台简型弩温控仪( + t 海医瑙仪袭厂w m z k 0 1 型温控范围0 5 0 c ) 串联控潺，以免其中一台失灵致使濂度上升 过商导致实验失败。 3 进水瓶：采用1 0 l 下口瓶，海绵保温，出髓用胶皮管与进水泵 2 4 太原理工太学磺士学穰论文 入1 ：3 稽连，预热至3 5 c 懿庚承遥过避承泵努入反应嚣或俸势薅纯求蒎 直接迸水或通过液体流量计控帝l 避水。 4 进水泵：采用常温2 z l * 6 6 4 型柱塞计蹩泵。 5 搅拌泵：将养煎用加氧泵加以改造，使之能够通过管道抽取生 物气并泵入反应器，同时保证无空气泄漏。 6 。对间挖刎嚣：采门 问歇h 玎关，型口t ：1 4 1 3 - 8 8 ；控制范嗣存 0 5 - - - 6 0 r a i n 。 7 气体滚量计：沈阳市玻璃仪器厂暴造数l z b 转予渡量计，滤攫 范围笼0 1 l r a i n 。 8 液体流量计：天津市自动彳毛仪表十圈厂锖l 造鼢l z b 型玻璃转 予流量计，流量范围为0 1 0 l h 。 3 1 。2s b r 反硝化反应系统 1 s b r 反应器：由有机玻璃加工制作而成，为圆柱形，有效容积 5 l ，妻径1 8 e r a ，赢2 7 e m 。 2 磁力搅拌黎：z b - n i 型，功率5 5 w 3 1 3s b r 磺氧亿反艘系统 1 s b r 及应器：由有机玻璃加工镱作而成，为圆柱形，有效容积 5 l ，直径1 8 e r a ，高2 7 c m 。 2 曝气装置：1 0 w 功率的普通空气泵 3 1 4 曝气生物滤浊硝优反应系统 1 。瀑气生妨滤池：采用杰径6 e m ，总窟2 。8 m 的有机玻璃柱刨成。 反痘器最廉郝隽2 0 e r a 离黪承据爨( 内装秒露) ，其上部毙填宠 2 5 太原理工大学硕士学位论文 床，高1 7 m ，容积为4 7 8 l ，内装陶粒填料，沿填充床从下到 上3 0 c m 、5 8 c m 、8 6 c m 、1 1 4 c m 、1 4 2 e m 依次设5 个取样口。距 填充床顶部3 2 c m 处设有两个反冲洗出水口。原水从滤池顶部流 入，经过滤料层和承托层后从滤柱底部滤出。反应器结构如图3 1 所示： 图3 - 1b a f 结构示意图 2 填料：填料选用2 5 m m 的陶粒，其特性参数如表3 - 3 ： 表3 - 3 陶粒特性参数 容重比表面积 七重( k g ，m 3 ) ( k g m 3 ) 强度( m p a )磨损破碎率( ) ( c m 2 g ) 空隙率( )孔隙率( ) 2 46 5 0 8 5 0 4 05 7 1 0 0 0 03 06 5 7 8 3 空压机：广东新力机电厂生产的空压机。型号a c o 3 2 8 a ，功 率5 5 w 。 2 6 太原理工大学硕士学位论文 4 空气扩散器：距填料床底部2 5 c m 、3 5 c m 出各设一个微孔曝气 头，向反应器内供氧气。微孔曝气头为圆柱形，直径2 5 r a m ， 高5 0 m m 。 5 气体流量计：沈阳市玻璃仪器厂制造的l z b 转子流量计，流量 范围为o 1 l m i n 。 6 进水瓶：采用1 0 l 下口瓶。 7 水泵：d b z 型上海宏大自吸泵。功率3 7 0 w ，扬程2 5 m ，吸程1 6 m 。 3 2 实验工艺流程 从太原煤气化公司焦化厂取回经气浮除油的焦化废水，经过a s b r 工艺厌氧预处理后来提高焦化废水的可生化性，然后与回流的b a f 硝 化反应器出水混合进入s b r 反硝化反应器，之后再进入s b r 碳氧化 反应器，最后进入b a f 硝化反应器，b a f 的出水一部分排放，一部分 回流。简易流程如图3 - 2 所示，详见图3 3 ： 进水- + 口 国3 - 2 工艺流程简圉 太原理工大学硕士学位论文 回漉 图3 - 3 工艺流程详图 1 - a s b r 反应器2 一布气环3 时间控制器 4 - 气泵5 一气量计 6 进水泵7 液量计8 进水瓶9 保温材料1 0 - 出水口 1 1 - 取样f i1 2 一泡 沫分离瓶1 3 气袋1 4 气体取样瓶1 5 一水封瓶1 6 - 测气瓶1 7 - 恒温箱 1 8 s b r 反硝化反应器1