（分析化学专业论文）饮料废水厌氧处理的研究及应用.pdf

郑强大学硬士学位论文 中文摘要 近年来，环境保护作为我国的一项基本国策已被越来越多的人所 接受，我国水资源的匮乏和水污染的严重现状使环保工作者意识到发 展水污染防治技术的重要性。 郑州太古可口可乐饮料有限公司从国外引进u a s b 一好氧系统对生 产过程产生的废水进行处理，工程总投资8 0 0 万元，主要设备均由国 外进口，采用全电脑监控，处理水基本达到国家一级排放标准。为更 好地使用、运行该系统，我们在现有运行经验和工艺设计的基础上， 对运行工艺进行了优化研究和改进，既节约了大量水资源，又收到了 良好的经济效益。 本文研究内容主要包括三个方面：l 、研究了u a s b 一好氧在饮料 废水处理中的应用。总结了工艺运行经验及工艺设计特点并进行了工 艺改进，运行以来，b o d 去除率大于9 5 ，c o d 去除率大于9 0 ，出水 水质达到国家一级排放标准。2 、进行了v f a 在废水厌氧处理中的应 用研究，在废水处理中监测v f a ( 挥发性脂肪酸) 可直接监测厌氧处 理的运行情况，主要介绍了v f a 的测量方法，考察了影响w a 的因 素，并应用于实际操作中。3 、探索了饮料废水厌氧处理的工艺。在 u a s b 中添加营养元素铁和氮有助于提高反应器的生物活性，营养元 素添加后，u a s b 的去除率从6 0 一7 0 上升到8 0 ，实验表明，最佳的 添加铁浓度为1 0m g 1 ，氮浓度为0 0 2g n g c o d 。 关键词：环境保护，废水处理，厌氧处理，化学耗氧量，生物耗氧量， 挥发性脂肪酸，营养元素 郑弛大学皎士学位论文 a b s t r a c t r e c e n t l y , e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n h a sb e e na c c e p t e db ym o r ea n d m o r ep e o p l ei no u rc o u n t r y t h e i m p o r t a n c e t o s t u d yt e c h n o l o g y o f w a s t e w a t e rt r e a t m e n ta n d p r e v e n t i o nh a sb e e nk n o w nb ye r w i r o n m e n t a ! p r o t e c t o rd u et oo u r s h o r to fw a t e rr e s o u r c ea n dt h es e r i o u si n s t i t u t i o no f w a s t e w a t e r s w i r ec o c a c o l ab e y l t d 。z h e n g z h o ui n t r o d u c e dt h ew a s t e w a t e r t r e a t m e n tp l a n t ( u a s b a e r o b i c ) f r o ma b r o a d ，t h ep r o j e c ti n v e s t e dr m b 8m i l l i o ni nt o t a l ，e q u i p m e n t sm a i n l yi m p o r t e df r o me u r o p e ，p r o c e s s c o n t r o l l e db yc o m p u t e r , t h ep l a n to p e r a t e dw e l la n dt r e a t e dw a t e rc a n m e e tt on a t i o n a l1s ts t a n d a r do fd r a i n a g es i n c e s y s t e ms t a r t - u p f o r i m p r o v i n gt h ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e m ，s o m eo p e r a t i o np a r a m e t e r s w e r e i n v e s t i g a t e da n do p t i m i z e d i nt h i sd i s s e r t a t i o n t h ed i s s e r t a t i o nm a i n l yc o n s i s t so f3 a s p e c t s f i r s t ，s t u d yo nt h e a p p l i c a t i o n o fu a s b - a e r o b i ci nt r e a t m e n to fb e v e r a g ew a s t e w a t e r b a s i n go n t h ee x p e r i e n c e so f o p e r a t i o na n dd e s i g no f t h es y s t e m ，t h er u n p a r a m e t e rw a si m p r o v e dw i t ht h er e m o v ee f f i c i e n c yo f b o db e t t e rt h a n 9 5 a n dt h er e m o v ee f f i c i e n c yo fc o db e r e rt h a n9 0 ，a n dt h ef i n a l e f f l u e n tm e e tt oc o u n t r y1s ts t a n d a r do fd r a i n a g e s e c o n d ，i n v e s t i g a t i o n o nt h ea p p l i c a t i o no f v f a ( v o l a t i l ef a t i ya c i d ) i na n a e r o b i cw a s t e w a t e r t r e a t m e n t 。矿醋l e v e li nw a s t e w a t e rt r e a t m e n ti n d i c a t e dt h ec o n d i t i o no f a n a e r o b i cp r o c e s s t h ek e yf a c t o r st oa f f e c tw e r ei n v e s t i g a t e da n da p p l i e d t h i r d ，s t u d yo f a n a e r o b i ci nw a s t e w a t e rt r e a t m e n t t of e e dt h en u t r i t i o n a l e l e m e n t sa si r o na n d n i t r o g e n t ou a s bc a n h e l p t oi m p r o v et h e b i o l o g i c a l a c t i v i t yo fr e a c t o r , a n dr e m o v i n ge f f i c i e n c yr a n g e sf r o m a b o u t6 0 一7 0 t o8 0 t h eo p t i m a lc o n c e n t r a t i o n so ft h en u t r i t i o n a le l e m e n t sw e r e o b t a i n e dw i t hi r o no f1 0 r a g 1a n d n i 订o g e n o f 0 0 2 9 n g c o d k e y w o r d s ：e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，a n a e r o b i c t r e a t m e n t ，c o d ，b o d ，v o l a t i l ef a t l ya c i d ，n u t r i t i o n a le l e m e n t i i 郑州大学硕士学位论交 第一章污水处理概况 一、我国水资源状况概述 我国地域辽阔，资源总量大，是资源大国；但人均拥有的资源 量却很少，在这个意义上我们只是“资源小国”。我国淡水资源人均 占有量为世界人均水平的1 4 。水资源业已成为制约我国经济发展 最重要的瓶颈。多年的监测和统计数据表明，在水资源短缺的同时， 我国城市普遍存在着水污染问题。1 9 9 6 年中国环境状况公报指 出，在统计的1 3 8 个城市河段中，1 3 3 个受到不同程度的污染。7 0 以上的城市河段不宜作饮用水源，5 0 的城市地下水受到污染。长江、 黄河、珠江、淮河、松花江、辽河、海河等七大水系的水质状况不 断恶化，水污染程度在加剧，范围在扩大。湖泊水库普遍受磷、氮 和有机物污染，个别湖泊水出现重金属污染。近年来，我国沿海水 体富营养化日益严重，赤潮发生的频率逐年增高，范围逐年扩大。 据海洋研究所的报告，从1 9 9 3 年到1 9 9 7 年我国已观察到的赤潮中， 东海共发生1 3 2 次，黄渤海共发生7 2 次，南海为6 1 次。1 9 9 9 年7 月，渤海在不到1 0 天内连续发生两次大面积赤潮。 我国的水污染如此严重，这是长期以来城市排水工程欠账太多 之故，每年有近3 0 0 亿立方米污水未经处理而直接排放，使水环境 的污染量大大超过了自净能力所能承受的程度，从而破坏了水的良 性循环，导致水资源危机的加剧，进而影响城市的可持续发展。水 资源的短缺和水污染的加重，使人们已警觉到污水再生处理已直接 关系到人民的健康安全和社会、经济的可持续发展，关系到子孙后 代的可持续生存。 郑悄天学硕士学位论交 由于我国水环境污染和生态破坏相当严重，并呈发展趋势，1 9 9 6 年的全国第四次环境保护会议强调保护环境是实施我国可持续发展 的关键，并将防治水污染作为全国性重点。 二、建国以来我国污水处理行业的成长历程 1 5 0 一6 0 年代的状况 解放初期由于工农业生产刚刚起步，当时的污水污染程度很低， 且提倡利用污水进行农业灌溉，特别是北方缺水地区将污水灌溉利 用做为经验进行推广，如著名的沈抚灌渠等，所以全国仅有几个城 市建设了近十座污水处理厂，( 还包括1 9 2 1 年1 9 2 6 年间外国人兴建 的三座污水处理厂) ，在处理工艺上有的还是一级处理，处理的规模 也很小，每天只有几千立方米，最大的也只有每天5 万立方米左右， 致使污水处理技术和管理水平处于较落后的状态。 2 7 0 一8 0 年代的发展变化 随着工农业生产的不断发展，人民生活水平的逐步提高，城市 污水的成分也随之而变化，污染程度由低向高逐渐演变，一些发达 的资本主义国家由于污水的污染，使人民身体健康受到威胁的沉痛 教训，( 日本国骨疼病、水俣病的出现) 引起人们的关注和我国政府 的高度重视，建立了国家级环保组织( 国务院环境及保护办公室) ， 大学也陆续设置环境工程系或环境工程专业，国务院环保办投资在 天津兴建污水处理试验厂( 天津市纪庄子污水处理试验厂) ，7 0 年 代末开始兴建，处理规模：一级处理o 1 立方米秒，二级处理0 0 2 5 立方米秒。天津市纪庄子污水处理厂的诞生填补了我国大型污水处 理厂建设的空白，引起了中央领导的高度重视。李先念主席、彭真 委员长、乔石主席、倪志福主席、李瑞环主席都先后来厂视察。纪 部嘲是学硕士学位论文 庄子污水处理厂自投产运行后多年来达到设计出水水质标准，使黑 臭的污水变为清流，得到全国人大、全国政协委员们的赞扬，并通 过他们向全国各地政府呼吁，加速建设污水处理厂的步伐，发展污 水处理事业，消除污水对环境的污染。由于纪庄子污水处理厂是我 国第一座大型城市污水处理厂，也引起各省市领导的高度重视，纷 纷带队来厂参观取经，他们的到来将污水处理的种子带到祖国各地 开花结果。在他们的决策下，北京、上海、广东、陕西、山西、河 北、江苏、浙江、湖北、湖南等省市根据各自的具体情况分别建设 了不同规模的污水处理厂，使我国的污水处理厂由6 0 年代的十几座 发展到几十座，天津市纪庄子污水处理厂的设计、施工、管理的成 功经验，为我国大型城市综合污水处理厂的建设起到了工程建设的 示范作用，也为我国8 0 年代污水处理事业大规模的发展起到了奠基 作用。 3 2 0 世纪末污水处理技术的发展和污水处理厂建设的成就 国家“七五”、“八五”“九五”科技攻关课题的建立，使我国污 水处理的新技术、污泥处理的新技术、再生水回用的新技术都取得 了可喜的科研成果，某些项目达到国际先进水平。十一届三中全会 以来在邓小平建设有中国特色社会主义理论的指引下，随着改革开 放大好形势的不断深入，我国的污水处理事业也得到了快速的发展。 国外污水处理新技术、新工艺、新设备被引进到我国，在活性污泥 法工艺应用的同时，a b 法、a o 法、a a o 法、c a s s 法、s b r 法、 氧化沟法、稳定塘法、土地处理法等也在污水处理厂的建设中得到 应用。由过去只具有去除有机物功能的污水处理工艺技术发展为具 有除磷脱氮多功能的工艺技术，国外一些先进的、高效的污水处理 专用设备进入了我国污水处理行业的市场。如格栅机、潜水泵、除 郑州太学硕士学位论支 砂装置、刮泥机、曝气器、鼓风机、污泥泵、脱水机、沼气发电机、 沼气锅炉、污泥消化搅拌系统等大型设备。 由于建设大型城市污水处理厂的投资很大，我国的建设资金有 限，无法适应水污染治理的需要。为此引进国外资金建设污水处理 厂成为建设资金的重要组成部分，从而也加快了我国城市污水处理 厂的建设速度。一批大型的城市污水处理厂利用国外贷款项目相继 建成投产。如：我国2 0 世纪最大的污水处理厂高碑店污水厂，处理 规模一期5 0 万立方米天，二期可达i 0 0 万立方米天，天津东郊污 水处理厂，处理规模为4 0 万立方米天。成都三瓦窑污水处理厂处 理规模为4 0 万立方米天，杭州四堡污水处理厂处理规模为4 0 万立 方米天，沈阳北部污水处理厂规模为4 0 万立方米天，郑州王新庄 污水处理厂处理规模4 0 万立方米天。这些大型污水处理厂的建设 标志着我国污水处理事业的不断壮大，标志着污水处理技术在我国 发展的成果，标志着我国政府对污水处理事业的重视，也标志着我 国污水处理事业发展到一个崭新的阶段“1 。 三、污水处理技术原理 依据处理技术的原理分为物理法、化学法、生物法或这三种方 法的不同结合。也可以按处理的对象和目标分为初级处理( 非水溶性 物质的去除) 、二级处理( 溶解性有机物去除) 和深度处理( 营养物质、 微量有毒有机物的去除) 。 废水处理的物理法方法最常用的是沉淀和过滤工艺，由于其运 行费用低、技术成熟，被广泛应用于废水的初级处理和预处理。当 废水中有机或无机的非溶解性污染物能采用沉淀法去除时，应首选 沉淀分离技术。过滤、膜分离、离心分离主要应用于不宜沉淀的微 郑髑走学硕士学位论文 小颗粒物的分离。而吸附主要应用于难降解的溶解性微量污染物的 去除。 化学法中最常用的是化学沉淀和化学氧化法。化学沉淀法可包 括用于去除微小颗粒物和胶体的混凝沉淀，利用絮凝剂的水解架桥 作用与水中微颗粒和胶体形成絮体，通过沉淀实现对污染物的净化 作用。此类工艺广泛应用于工业废水的预处理，近年也在特殊情况 下用于城市污水的一级半处理和污水的化学除磷。另一类化学沉淀 是采用无机盐，如钙盐与无机离子反应形成沉淀，主要用于去除重 金属离子等污染物质。化学氧化法主要用于水中难生物降解的溶解 性污染物的净化，但应用时要注意水中多种物质的竞争氧化问题， 必须先去除水中易降解的有机污染物，然后有针对性地采用化学氧 化。 生物法或称为生化法是以生物化学原理为基础利用微生物的代 谢作用去除废水中的有机污染物。此类方法是目前废水处理中大量 采用的工艺方法，包括各种不同的技术，主要应用于废水的二级处 理和深度处理。 废水生物处理技术种类繁多应用广泛，它用于降解废水中的有 机物和氮磷等引起水体富营养化的物质。这些技术可依据不同的处 理对象、应用条件和工艺本身的特点分成不同的类型，并适用于不 同废水的处理。废水生物处理的本质是利用微生物的代谢作用分解 水中的污染物，因此在生物处理工艺中的核心是微生物生长、有机 物分解和环境条件三者的关系。1 。 四、常见污水处理工艺介绍 郜蚋走学硕士学位论文 1 气浮处理工艺 针对废水中含有较多胶体物质，采用常规气浮法能较好地将其 去除。经气浮处理后出水较清，但因其对溶解性有机物不能去除、 出水中c o d c r 含量较高、运行不稳定而不能达到排放标准。同时， 因气浮会产生较多的污泥，而且污泥含水率非常高，所以运行费用 也较高，目前已基本上不单独用于此种废水的处理。 2 好氧处理工艺 对于有机物含量较高且可生化性较好的有机废水，前几年使用 最多的是接触氧化、s b r 、活性污泥法等好氧工艺，对食品废水的处 理效果也较好，c o d c r 的去除率可达9 0 以上，运行也较稳定。其缺 点是需鼓风曝气、动力消耗较多、运行费用高，同时在停产检修后 再启动时需较长时间( 一般要一个月左右) 。 3 厌氧处理工艺 厌氧生物处理技术广泛应用于城市生活污水处理产生的污泥消 化。近年从节能出发也在一些国家应用于城市生活污水的处理，但 仍处于探索阶段。在废水处理中厌氧生物处理主要应用于工业废水 处理。由于厌氧微生物利用有机碳将其转化为甲烷，单位碳源利用 的微生物产量低，所以厌氧生物处理首先可用于处理高浓度易生物 降解的有机废水，如啤酒生产废水、屠宰废水和养殖废水等。其成 本相对较低，例如p i c h o n 姐1 比较了处理2 5 0 0 m 3 dc o d 、b o d 浓度分 别为2 6 0 0 m g l 和1 0 0 0 m g l 的工业废水费用，当用好氧处理时每吨 水成本为0 4 美元，而用厌氧处理时成本仅为0 1 4 美元。 4 s b r 工艺 郑蚋走学硕士学位论交 s b r 是序批式问歇活性污泥法( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 的简称。它是近年来在国内外被引起广泛重视和研究日趋增多的一 种污水生物处理新技术，目前已有一一些生产性装置在运行之中。 s b r 工艺由按一定时间顺序间歇操作运行的反应器组成。s b r 工 艺是一个完整的操作过程，亦即每个间歇反应器在处理废水时的操 作过程包括如下5 个阶段：迸水期；反应期；沉淀期；排 水排泥期；闲置期。s b r 的运行工况以间歇操作为特征。其中自 进水、反应、沉淀、排水排泥至闲置期结束为一个运行周期。在一 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变化 及运行状态等都可以根据具体污水的性质、出水水质及运行功能要 求等灵活掌握”1 。 5 。v t 污水处理工艺 v e r t r e a t ( 下文简称v t ) 污水处理工艺是一种高效好氧活性污 泥法，适用于城市污水处理和工业废水处理。加拿大d e e ps h a f t t e c h n o l o g yi n c 公司对深井曝气工艺进行了多年的研究，并申请了 专利。二十世纪末，加拿大n o r a m 公司收购了d e e p s h a f tt e c h n o l o g y i n c ，公司，并在此基础上进行进一步开发和研究。v t 污水处理工艺 就是n o r a m 公司在深井曝气工艺基础上开发的专利技术，目前在北 美开始运用推广并取得了良好的效果。v t 污水处理工艺是目前先进 的高效好氧活性污泥处理技术之一。它利用潜置于地下的竖向反应 器对污水进行超深水好氧生物处理，其主要特点是将普通深井曝气 工艺中的三个分离处理区合并，使反应池体积更小，氧的利用率更 高，从而有效地降低了工程投资和运行费用。 井式生化反应器从上而下分为一级处理区和二级处理区二个部 分。在生物一级处理区内设有一个同轴回流管，用来保持混合液处 郑州走学硕士学位论文 于循环状态，在一级处理区内包含有氧化区和混合区，占整个井式 反应器长度的3 4 。空气由混合区注入，一方面为一级处理区提供 生物氧化所需氧气，另一方面为反应器内液体的循环提供动力。反 应器的底部为二级处理区( 又称深度氧化区) ，二级处理区溶解氧 含量极高，停留时间较长，b o d 得到深度去除，其出水方式采用从 反应器的底部出水，出水进入气浮澄清池实现泥水分离，气浮分离 过程无须加入任何药剂3 。 6 a b 法工艺 a b 法工艺由德国b o h u k e 教授首先开发。该工艺将曝气池分为 高低负荷两段，各有独立的沉淀和污泥回流系统。高负荷段( a 段) 停留时间约2 0 4 0 分钟，以生物絮凝吸附作用为主，同时发生不完 全氧化反应，生物主要为短世代的细菌群落，去除b o d 达5 0 以上。 b 段与常规活性污泥法相似，负荷较低，泥龄较长。 a b 法a 段效率很高，并有较强的缓冲能力。b 段起到出水把关 作用，处理稳定性较好。对于高浓度的污水处理，a b 法具有很好适 用性，并有较高的节能效益。尤其在采用污泥消化和沼气利用工艺 时，优势最为明显。 但是，a b 法污泥产量较大，a 段污泥有机物含量极高，污泥后 续稳定化处理是必须的，将增加一定的投资和费用。另外，由于a 段 去除了较多的b o d ，可能造成碳源不足，难以实现脱氮工艺。对于 污水浓度较低的场合，b 段运行较为困难，也难以发挥优势。目前 有仅采用a 段的做法，效果要好于一级处理，作为一种过渡型工艺， 在性能价格比上有较好的优势。一般适用于排江、排海场合3 。 郜煳欠学硕士学位论文 7 c e p t 1 7 6 2 年发现的化学沉淀，早在1 8 7 0 年在英国已成为一种确凿 的污水处理方法。1 9 世纪后期，英美等国已广泛采用化学沉淀方法 处理污水，但不久即被生物处理所取代。到了2 0 世纪8 0 年代，鉴 于多数场合下磷为水体富营养化的主要限制因素，为迸一步提高污 水中有机物和磷的去除程度，又开始重新重视化学沉淀由此可见， 近年来引进的“化学强化一级处理”( c e p t c h e m i c a l l ye n h a n c e d p r i m a r yt r e a t m e n t ) 的概念可说是老技术的新发展。 c e p t ( 包括前置c e p t ) 工艺对t p 、s s 、b o d 和重金属等的处理 效果较好，耐冲击负荷的的能力也较强。系统的基建投资、占地面 积小于活性污泥法( 包括a o ，a a o 等工艺) ，而且运行管理灵活 简便、处理过程稳定可靠、近期投资环境效益好。在我国应用该项 技术的主要问题是药剂价格昂贵、运行费用较高、污泥处理处置的 难度较大。因此大家对该项工艺的实用性及其发展前途存在疑虑和 担心。从我国国情和地方经济状况出发，除酸洗废液有可靠来源的 地区外，现阶段还难以在我国城市污水处理厂推广应用”1 。 8 生物化学( b c ) 法 b c 法是生物处理( 高负荷活性污泥) 与化学处理( 絮凝和除磷) 相 结合的污水处理工艺，其最显著特点是流程中投加化学絮凝剂( 三氯 化铁) ，其余则与普通活性污泥法类似。生产性试验( 2 1 0 ”m d ) 证 明，b c 法具有曝气时间短、投药量少、处理效果好、活性污泥沉降 性能好、泥龄短、除磷等特点，特别适用于我国南方低浓度城市污 水。b c 法具有比普通曝气法更优越的技术经济性能，系统中的铁循 环可显著减少化学药剂的投加量。 高负荷活性污泥法的污泥负荷和容积负荷比常规活性污泥法高 郑州走学硕士学位论文 得多，泥龄很短，曝气时间也短。在高负荷活性污泥法中，由于微 生物处于对数增长期，增殖速度较慢的丝状菌难以在系统内存留， 从而有效控制了污泥膨胀。高负荷活性污泥法能够显著节省投资和 运行费，但迄今未得到广泛应用，其原因主要在于高负荷运行条件 下活性污泥的生物絮凝作用不足，出水含有较多的游离菌体和其他 悬浮物，使得b o d 。和其他指标皆去除不充分，难以达到二级处理的 排放要求。 在生物处理技术发展的同时，污水化学处理技术也在不断发展， 其主要特点是投资省、运行稳定、操作灵活、除磷效果好，但不能 去除溶解性有机污染物，出水水质也难以达到二级处理的排放要求， 运行费用往往偏高。 当代污水处理技术的最重要发展趋势就是生物处理与化学处理 的结合，二者相互补充，显然是最合理的工艺流程。b c 法正是这种 生物处理( 高负荷活性污泥) 与化学处理( 絮凝和除磷) 相结合的城市 污水处理技术”1 。 9 o c 0 工艺 0 c 0 工艺实质上也是基于厌氧、缺氧和好氧生化反应原理去除 有机物和除磷脱氮的，但它独特的池型结构和设备配置使生化池内 的缺氧区和好氧区既能相对分开，又能巧妙地解决混合液内回流的 矛盾，从而形成一种新型的污水处理工艺，目前在欧洲得到广泛的 应用。该工艺的生化池因厌氧区、缺氧区和好氧区的组合形似0 c 0 、 故称为0 c 0 工艺。 0 c 0 工艺是十几年前由丹麦的技术人员开发出来的，因为当时 丹麦的有关部门对污水处理不仅要求去除有机物( b o d ) ，而且同时 要求去除氮和磷。十几年来，0 c 0 工艺已被证实为一种经济有效的 邦髑太学硕士学位论丈 处理方法，目前丹麦有近2 0 座采用o c o 工艺的污水处理厂，且运行 良好。除丹麦外，在瑞典、法国、l p 4 , j 时、德国等新建有o c o 污水 处理厂并已投入运行。 o c o 工艺是一种活性污泥工艺，b o d 、氮和磷的去除均在o c o 池 中进行，o c o 池的构造在动力学方面可保证形成适合污水处理的生 化和物理环境。3 。 五、污水处理工艺比较 城市生活污水处理是量大面广的水污染控制问题。主要去除的 污染物是悬浮物、溶解性有机物和氮磷。由于城市污水处理要求采 用廉价的处理技术，所以对于日处理能力在5 万吨污水以上的处理 厂，在悬浮污染物的去除上都采用了沉淀工艺。这主要是由于物理 沉淀法技术简单，运行费用低。溶解性有机物和氮磷的去除多采用 悬浮生长的生物处理系统，如果在日处理5 万吨污水的好氧生物处 理反应池中填充生物填料，不仅要增加数百万元以上的填料费，而 且在维修上也十分困难。 城市生活污水的处理有许多种工艺可以采用，但对于日处理能 力在2 0 万吨以上的城市污水处理厂最适宜的工艺是活性污泥法及 其变形工艺。主要是鼓风曝气的完全混合式活性污泥法和氧化沟工 艺。完全混合式活性污泥法是一种具有广泛适用性的城市污水处理 工艺，而氧化沟工艺是活性污泥法的派生工艺类型。氧化沟的优点 是工艺系统简单，只用一台或几台曝气转刷或转碟以及沟形的生物 氧化池。连续运行的氧化沟需要二次沉淀池，交替运行的氧化沟连 二次沉淀池都不需要。一般讲氧化沟出水水质好和污泥产量低的优 点是有条件的，当设计采用的污泥负荷较低时，氧化沟接近于延时 曝气的方法，有一部分氧被用来稳定沟中的生物污泥，在此条件下 邦髑走学硕士学位论文 确有出水水质好且污泥产量少的优点，但此时处理一吨污水的能耗 自然会较高，且由于设备容积的增加，基建费用也会增加。氧化沟 工艺的缺点是由于转刷式曝气引起的水温损失较大，在北方寒冷地 区使用时必须考虑增加防冻措施，从而会增加造价。 对于日处理能力在2 0 万立方米到5 万立方米的城市污水处理 厂，除上述两类工艺都可以采用外，还可以采用序批式活性污泥法 ( s b r 工艺) 。s b r 法是将一组活性污泥池分别在“进水一曝气反应一 沉淀一排水一排泥”的循环顺序下运行，以达到连续进水，连续处 理的目的。此类工艺之所以很少用于2 0 万吨以上的处理厂是因为处 理能力越大需要的池数越多，运行控制程序越复杂。同时由于池壁 的增加，使基建投资增加。s b r 法的优点是对于每一个单池既可作 为曝气池又可以作为沉淀池，在不同运行阶段中可以好氧、缺氧的 状态运行，起到除碳和脱氮除磷的作用。由于多池组合及其运行条 件的可变性，s b r 工艺可适用于不同水质和不同的处理要求。对于 含反硝化的s b r 工艺，由于在同一池内进行反硝化将消耗一部分有 机碳，可以节省除碳的能耗，降低运行费用。对于日处理能力5 万 立方米以上的污水厂主要采用经典的s b r 工艺，而从s b r 工艺派生 出来的“3 a 工艺”、“u - n i t a n k 工艺”等目前应用的经验还较少。 日处理能力在1 万吨到5 万吨的城市污水处理厂可采用的技术 比较多，近年各种新工艺不断产生，但总体应用上仍以活性污泥法 为主。根据要求的不同可以分为： ( 1 ) 以去除有机碳为目的：活性污泥法、氧化沟、s b r 工艺、 生物滤池、曝气生物滤池、接触氧化法。 ( 2 ) 以除碳脱氮为目的：a 0 法、氧化沟、交替运行氧化沟、 s b r 工艺、c a s 工艺、u n i t a n k 工艺等。 郑铂是学硕士学位论文 ( 3 ) 以除碳脱氮除磷为目的：a 2 0 法，交替运行氧化沟、s b r 工艺等。 以上工艺中值得注意的是a 0 法，氧化沟和s b r 法。a 0 法 是缺氧一好氧生物处理法，该工艺利用缺氧条件下微生物利用化合 态氧化有机碳的过程将硝酸盐还原成氮气，从而达到脱氮的目的。 在脱氮的同时由于利用了化合态的氧，所以减少了后续好氧过程中 氧化有机碳消耗的氧；在缺氧条件下一些颗粒性的有机物，或大分 子的有机物会发生水解，有利于后续好氧生物处理过程对有机物的 降解。因此，a 0 法不仅能脱氮，还可以在相同条件下收到节能、 改善处理效果和抑制丝状菌生长的作用。氧化沟和s b r 工艺在一定 的运行条件下也能达到a 0 法的效果。氧化沟工艺的运行管理更简 单，而s b r 工艺对于每个单池在好氧氧化过程中的纯推流反应模式 和沉淀时的准静置沉淀状态，使处理设施更加紧凑占地面积更小。 日处理能力1 万立方米以下的生活污水处理为了运行稳定和管 理上的方便，除采用上述工艺外，还可以采用固定式生长的生物处 理工艺。由于处理设施容积较小，生物填料不会增加很多基建费用。 采用此类工艺可以避免微生物的流失，对于缺乏专人管理和运行经 验的小型污水处理站尤为适用。在固定生长的生物处理工艺中最常 用的有生物接触氧化法，曝气生物滤池和生物流化床。接触氧化法 已有大量的应用实例和运行经验。生物流化床和曝气生物滤池相对 较新，还缺乏大规模应用的经验。前者处理效率高，适用于土地紧 缺的地区；后者出水水质较好，可考虑在污水回用的地方使用。日 处理1 万吨以下的规模为污水处理装置的设备化提供了发展空间， 在此规模上可以设计生产出各种设备化的污水处理装置。 对于生活污水的除磷一般采用a 2 0 工艺。生物除磷工艺的除 郑她走学硕士学位论文 磷能力是有限的，一般可使出水总磷浓度达到l m g 1 ，要使出水中 总磷浓度降到0 5 m g l ，就需要采用化学除磷与生物除磷的联合处 理方法。 六、废水处理技术的发展 科学技术的发展给废水处理技术提供了发展的机遇。对于大规 模城市污水处理由于工艺技术上基本趋于稳定，主要的发展将在污 水处理厂的自动监测、运行控制与管理方面的技术。近年欧美国家 通过污水厂的仪器化与自动控制已将城市污水厂的处理效率和稳定 活性大幅度提高。对于中小型生活污水处理技术的发展将集中于处 理系统的集成化和设备化，将发展组合式和拼装式污水处理装置， 从而走向系列化标准化的生产模式。工业废水处理技术发展将集中 于高浓度、难降解、高含盐等废水的处理，其中新型絮凝剂的开发， 厌氧生物处理与好氧生物处理的结合应用，以及膜分离技术将成为 发展的热点。对于难降解有毒有机物的工业废水生物强化技术、即 通过投加优选菌种或基因工程菌有针对性地进行降解具有良好的发 展前景”1 。 参考文献 1 朱雁伯我国污水处理事业现状及今后发展的趋势全国给水排 水技术情报网技术交流会，2 0 0 0 年 2 施汉昌废水处理技术的比较与选用中国建设报中国水业，第2 期 3 r e k u n es ，e ta 1 w a t s c i t e c h n 0 1 ，1 9 8 5 ( 1 7 ) ：1 3 3 1 3 4 郜蜘走学硕士学位论丈 4 1 肖大险s b r 激嘲劐沛生瘁锅冰的研究重庆印嘉荆学，1 9 9 6 ( 4 ) ：3 9 - - 4 1 5 郑道才，蒋惠敏v t 污水处理工艺的几点优势中国建设报中 国水业，第2 9 期 6 邱慎初化学强化一级处理( c e p t ) 技术2 1 世纪中国城市水管 理国际研讨会，2 0 0 0 年 7 周克钊生物化学( b c ) 法处理城市污水研究中国给水排 水，2 0 0 0 ，( 1 0 ) ：1 3 1 7 8 姬跃国o c o 工艺的处理特点工业用水与废水，2 0 0 1 ，( 3 ) ： 4 8 - 4 9 郑州大学硕士学位论文 第二章u a s b 在废水厌氧处理中的应用 一、引言 a o ( 厌氧一好氧) 处理废水，在国外从7 0 年代开始发展应用， 至今已有成熟的工艺设计和设备装置。该方法厌氧( a ) 、好氧( 0 ) 两段串联运行“1 ，相互补充，保证了出水的稳定性，缩短了停留时 间，比单纯曝气法节省能源6 0 以上，节约基建投资2 0 ，减少污泥 产生量，不必使用污泥脱水设备。u a s b ( 上流式厌氧污泥床，u p f l o w a n a e r o b i cs l u d g eb e d ) 是厌氧系统的典型应用昭1 ，较好的解决了 气、固、液三相分离的问题，得到了广泛的应用。郑州太古可口可 乐饮料有限公司引进该系统后，收到了良好的处理效果，本文总结 了工艺运行的经验、设计特点及工艺上的改进。 二、工程概况及工艺原理 1 水质情况 郑州太古可口可乐饮料有限公司位于郑州高新技术产业开发 区，在生产过程中因洗瓶、冲洗容器、设各和地面以及溶糖精滤产 生一定量的有机废水，该废水排放为非连续性，水质、水量极不均 匀，尤其是废水随季节波动大，水中有机物含量高，p h 不稳定，如 果采用传统曝气法处理需要建立一个很大的调节池来调节水质和水 量，以满足抗冲击能力小的特点。因此，根据此废水特点从国外引 进先进的u a s b 一曝气处理工艺及设备，1 9 9 7 年1 0 月验收合格一直稳 定运行至今，废水水质水量及出水要求见表1 。 郑刚大学硕士学位论文 2 工艺流程( 见图1 ) 图1 2 1 前处理 废水从车间以重力排出流至一个原水池，再流至进流废水中间 泵池，在中间泵池进流废水经泵至水力格栅隔除大粒固体如碎布， 烟蒂，吸管，碎纸等。经过格栅的废水流至一个隔油池，再流至调 节池。水力格栅定时用高压清洗枪清洗。活性碳( 溶糖时使用) 不 应排进废水中，虽然活性碳不会危害微生物，但它会降低反应器污 泥空间，致使反应器需要频繁的清洗或最终导致反应器关闭。 2 2 调节池 在调节池内，废水的水质和水量得到均衡，废水中的有机物大 部分是溶解的，经酸化微生物反应、水解，转化为挥发性脂肪酸。 调节池中有一个液下式搅拌器，确保调节池完全混合及保证有机物 和酸化微生物有良好的接触。 郑州失学硕士学位论丈 调节池的p h 应保持在4 5 8 5 之间，当p h 高于8 5 时，h c l 泵自动投加酸至调节池，调节池的液位保持在8 0 。一部分经厌氧 处理的废水从缓冲池回流至调节池，流量由电动阀门控制。 当厌氧系统达到设计处理量时，第二回流系统将被启动。第二 回流系统协助保持调节池液位及有助于减低高碱度废水的冲击，从 而确保调节池酸化过程。 2 3 厌氧反应器d 1 0 1 调节池中的废水经泵至厌氧反应器，当废水的p h 值小于7 0 时， n a o h 投加泵自动启动投加n a o h 至在线投加点。p h 调整后，废水经 泵至反应器，由一系列分布管将废水均匀分布到反应器底部。 厌氧反应器是一个独特，改良的设计，称为上流式厌氧污泥床 反应器，在u a s b 反应器中，废水经过一个膨胀的污泥床，含高浓度 的甲烷化微生物，通常呈颗粒状，废水再经过池顶部的三相( 水一 泥气) 分离器。此三相分离器分开混合液和生物气，混合液再被分 为污泥及处理后废水。 过剩的污泥可从底部排出，因其污泥特性非常稳定，其浓度可 达5 1 0 d s 。可以直接弃置。澄清后的废水从反应器项部经排水 堰流至缓冲池。一部分回流至调节池以稳定调节池液位。处理后的 废水流至曝气池进一步耗氧处理。 产生的生物气由沼气燃烧器燃烧后排放，也可回收利用。 2 4 好氧处理 好氧系统由两个矩型的混凝土曝气池组成，内设微孔曝气头。 基本原理( 见图2 ) ：在接触程序中，废水中的有机碳( 0 c ) 和含高 微生物的活性污泥混合。总有机碳可称为工艺中的食物( f ) ，而系 统中的悬浮污泥可称为生物污泥( m ) 。在其接触后很短时间内有机物 郑辫1 大学硕士学位论文 穗定程序 s t a b i l i z a t i o ns t e p 合有橇炭的污泥 s l u d g ew i t h a d s o r b e do r g a n i cc a r b o n 接镯程序 c o n t a c ts t e p o c + 有横炭 o r g a n i c c a r b o n f 新障代谢 m e t a b o l i s m r r 吸收 a d s o r p t i o n 快 f a s t 含微生物之污泥 s l u d g e w i t h m i c r o o r g a n i s m s m 更多污泥 m o r e s l u d g e s ￥ f 2 图2 好氧处理基本原理 含有拽炭之污泥 s l u d g e w i t h a d s o r b e d o r g a n i c c a r b o n 郑嘲走擘硕士学位论文 质被活性污泥吸收。经过接触程序后便是稳定程序，污泥中的微生 物开始以新陈代谢方法分解吸收有机物，同时也消耗氧气，新陈代 谢的结果产生新的微生物。 2 5 沉淀池 活性污泥与水的混合物进入沉淀池，沉淀后的污泥回流至曝气 池，剩余污泥排入u a s b 消化，清水溢流进入废水回收池，经泵加压 后进入草坪自动喷灌系统，多余的水流入市政下水道。 3 各处理单元设计工艺参数 各处理单元设计工艺参数，见表2 。 表2 设计工艺参数要求 三、主要构筑物、设备和一些工程参数 1 调节池 调节池为地下钢筋混凝土结构，冬天可以保温，防止热量散失， 保证厌氧系统的中温发酵。尺寸：1 3 8 m 7 o m 5 o m ，有效容积3 7 5 m 3 ， 废水停留时间6 小时。 2 u a s b 为矩形混凝土池，半地下结构，尺寸：1 3 8 m 8 m 6 5 m ，体积负 荷为6 k g c o d m 3 d ，有8 组三相分离器，5 0 m d n l 0 0 布水管，废水停 留时间8 小时。 郑嘏1 是学硕士学位论文 3 曝气池 曝气池有两组并联使用，尺寸：1 3 8 m 2 5 m x 5 m ，废水停留时间 5 小时。 4 沉淀池 沉淀池为圆形混凝土结构，直径g 米，有效水深2 5 米，表面 积负荷为l m 3 m 2 h ，停留时间为3 小时。 5 。主要设备 u a s b 厌氧反应器装置分为4 个区口1 ，即污泥床区，悬浮层区， 气、固、液三相分离器，气室区。在污泥区聚集了大量的呈颗粒状 的厌氧污泥，废水从进水管经均匀布水后进入污泥床区，与污泥层 中的污泥进行混合接触，微生物分解有机物的同时产生了大量的微 小沼气气泡，在上升过程中不断合并并逐渐形成较大的气泡。由于 沼气气泡的搅动，在污泥床区上部形成了污泥浓度较小的悬浮层， 沼气气泡碰到分离器下部的反射板时，穿过水层进入气室。固液混 合物进入三相分离器的沉淀区，污泥发生絮凝，靠重力滑回反应区， 水从上部溢流堰溢流而出( 见图3 ) 。 厌氧污泥床内污泥浓度高，达到颗粒状，所以可以承受较高的 有机负荷，耐冲击能力较好，容积负荷一般为1 0k g c o d m 3 d ，可以 处理好氧系统的剩余污泥瞳3 ，而其本身的污泥产生量少。并且浓度 可以达到5 1 0 d s ，每两年排放一次，不必使用污泥脱水设备， 降低了污泥处理费用。所需动力设备少，仅需进水泵，比活性污泥 法节约能源，而且可以回收甲烷，收到一定的经济效益。 工程的主要设备全部进口，实现了自动化操作，微机监控各项 参数和设备运行情况，降低了工人的劳动强度，增加了处理工艺的 客观性。动力设备主要是水泵、风机和刮泥机，水泵的开停机靠液 郜悄大学硕士学位论文 排放赓水 e f f l u e n t 生物气 b i o g a s 图3 u a s b 厌氧反应器装置区域划分 说明：1 、生物气由于挡板位置，使其折向，不能进入沉淀区。 2 & 3 由气提升的污泥进入沉淀区将没有气体，并从沉淀区底部返 回反应器。2 3 的回流是由于“空气提升”原理：在气缸的液体 较在沉淀区的液体轻。 2 2 郜州走学硕士学位论支 位自动控制。流量采用流量计和电动阀门连锁控制自动调节，保证 了进水的流量稳定。沼气的燃烧系统也是自动控制，当沼气压力达 到设定值时，沼气自动燃烧，保证了安全性。两台鼓风机装机容量 5 5k w ，风量1 8 0 n m 3 h ，风压5 0 k p a 。 四、调试运行及结果 1 厌氧池接种调试 1 9 9 7 年6 7 月，系统连动空车调试，自动控制系统和电脑监控 部分调试成功。1 9 9 7 年8 月，从城市污水处理厂污泥厌氧消化系统 取得菌种共计1 0 0 立方米，放入u a s b ，然后加入