（环境工程专业论文）纵向流曝气生物滤池污水处理技术研究.pdf

中文摘要 摘要 目前我国城市污水处理厂采用的活性污泥法及其变形工艺存在着占地面积 大、基建投资高、处理负荷低、运行启动慢、经常出现污泥膨胀、易受冲击负荷 影响等不足之处，同时工艺设备处理效能低、能耗高，不能满足高效低能的要求。 随着新型滤料的开发和配套技术的不断完善，与活性污泥法平行发展的生物膜法 工艺技术获得了快速发展。 为了满足稳定的处理效果、并达到节能和减小运行维护难度的目的，本课题开 发了两段上向流曝气生物滤池。处理功能分区、生物相分级是两段上向流曝气生 物滤池具有稳定的处理效果的直接原因，论文通过两段曝气生物滤池处理城市生 活污水的试验研究，进一步了解曝气生物滤池的去除机理，确立最佳运行参数， 并对填料进行比选、优选。得出以下结论： 两段上向流曝气生物滤池最佳水力停留时间为8 h ( 第一段4 4 h ，第二段 3 6 h ) 。在水力停留时间为8 h 的情况下，分别控制b a fc 段、和b a fn 段溶解氧 在2 3 m g l 和3 - s m g l ，其出水c o d 、s s 及氨氮浓度可以满足城镇污水处理 厂污染物排放标准( g bl8 9 18 - 2 0 0 2 ) 中的一级排放标准。 两段上向流曝气生物滤池能承受一定的c o d 容积负荷及水力负荷冲击。 当c o d 容积负荷在o 3 1 0k g m 3 d 范围时，具有较高的c o d 及氨氮去除率，该 去除率随c o d 容积负荷没有明显变化；但c o d 容积负荷增大到0 6 k g m 3 d 以后， 出水氨氮已经有部分不能满足国家城镇污水处理厂污染物排放标准 ( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 一级b 类标准。另外，水温对两段上向流曝气生物滤池处理效 果的影响有限。当水温低于1 5 时，硝化效果明显变差。p h 值对处理效果没有显 著影响。生物相可以指示生物滤池维护的好坏、处理水质是否良好。 两段上向流曝气生物滤池中第二段滤池填料层在沿程的0 - - 0 8 m 为其对污 染物去除最活跃的部分。在0 8 m 处出水的c o d 、氨氮、s s 浓度已经达到城镇 污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 中的一级排放标准。在o 8 m 之后， 填料沿程c o d 、氨氮、总氮、总磷、s s 的浓度及去除率变化较小，主要起到对出 水水质保障的作用。 填料对两段上向流曝气生物滤池运行性能及处理效果有很大的影响。第一 段和第二段分别采用半软性填料和颗粒性填料比两段均采用颗粒性填料更有利于 延长反冲洗周期：酶促好氧填料的硝化性能明显优于p y c 挂膜陶粒，适合作为第 二段曝气生物滤池的填料。 此外，在b a f c 段采用半软性填料，b a f n 段采用酶促好氧填料的情况下， 重庆人学硕十学位论文 可以建立t u b a f 去除有机物的动力学模型： ，耻扣3 8 一料j 1 ( s o - 1 3 8 - 8 势+ 5 5 2 s o r ls 。= s 。lp1 5 ” 关键词：两段式上向流曝气生物滤池，填料，污水处理 ( b a fc 段) ( b a fn 段) 英文摘要 a b s t r a c t n o w a d a y st h ea c t i v a t e ds l u d g es y s t e ma n di t st r a n s m u t a t i o nw h i c hi sa d o p t e db y d o m e s t i cw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n th a ss o m ed i s a d v a n t a g e ss u c ha sb i ga r e a ，h i g h i n v e s t m e n t ，l o wl o a d ，s l o ws t a r t u p a n dt h e s et e c h n i q u e se q u i p m e n t so fl o wd i s p o s a la n d h i g he n e r g yc a n ts a t i s f yt h ed e m a n do fh i g hd i s p o s a la n dl o we n e r g y a l o n gw i t ht h e m a t u r a t i o no ft h en e wf i l t r a t em a t e r i a la n da f f i l i a t e dt e c h n i q u e ，t h eb i o l o g ym e m b r a n eg e t t h ef l e e t l yd e v e l o p m e n t c o n s i d e r i n gs u ba r e ao ft h ed i s p o s e df u n c t i o na n dc l a s s i f i c a t i o no ft h eb i o f o r ma st h e d i r e c tr e a s o no ft h es t e a d yd i s p o s e de f f e c t ，m e a n w h i l ef o rt h ea i mo fs t e a d yd i s p o s ee f f e c t a n dl o we n e r g ya n dm a i n t e n a n c e ，t h i sp a p e rd e v e l o p st u b a f d u r i n gt h et e s to ft h eu b a f , w ek n o wm o r ea b o u tt h ed i s p o s a lm e c h a n i s mo ft h eb a f , e s t a b l i s h i n gt h eb e s tr u n p a r a m e t e ra n dc h o o s et h ep a d d i n g w ec a ne d u c ec o n c l u s i o na sf o l l o w s ： t h eb e s th r to ft h et u b a fi s8 h ( f i r s ti s4 4 h ，t h es e c o n di s3 6 h ) u n d e r8 ho ft h e b e s th r t , c o n t r o l l i n gd oo ft h eb a fc - s t a g ea n db a fn - s t a g eb e t w e e n2 - - 。3 m g la n d 3 5 m g l ，t h ec o d ，n h 3 - na n ds so fe f f l u e n ts a t i s f yt h ef i r s t s t a n d a r do ft h e g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 t h et u b a fc a ne n d u r es o m el o a d w h e nt h ec o dl o a di s b e t w e e n0 3 1 0 k g m 3 d t h er e m o v ee f f i c i e n c yo ft h ec o d a n dn h 3 - ni sb e r e lt h er e m o v ee f f i c i e n c y a n dl o a do ft h ec o da r en o tv a r i e t yo b v i o u s l y b u ta f t e rt h ec o dl o a da u g m e n ta t o 6 k g m 3 d ，t h en h 3 一no ft h ee f f l u e n tg e t si n f l u e n c e t h ei n f l u e n c eo ft h et e m p e r a t u r et o t h er e m o v ee f f i c i e n c yo ft h et u b a fi sl i m i t e d b u tw h e nt h et e m p e r a t u r ei sl e s st h a n15 0 c ， t h en i t r i f i c a t i o ng e tw o r s eo b v i o u s l y t h eb e s td i s t a n c eo ft h es e c o n dp a d d i n gi nt h et u b a f t or e m o v et h ew a s t ei s b e t w e e n0 , - 一0 8 m t h ec o d 、n h 3 - n 、s so ft h ee f f l u e n tc a ng e tt h ef i r s ts t a n d a r do ft h e g b18 918 - 2 0 0 2w h e nt h ed i s t a n c ei s0 8 m w h e nt h ed i s t a n c ei sm o r et h a n0 8 m ，t h e v a r i a b i l i t yo ft h ec o d 、n h 3 - n 、t n 、t p 、s si sl i t t l e t h ep a d d i n ge n s u r e st h ew a t e rq u a l i t y m o s t l y t h ei n f l u e n c eo ft h ep a d d i n gt ot h ef u n c t i o na n dt h er e m o v ee f f i c i e n c yo ft h e t u b a fi sg r e a t t h ef i r s ta n ds e c o n ds t a g ea d o p th a l f - s o f tp a d d i n ga n dg r a n u l ep a d d i n g r e s p e c t i v e l yi sb e t t e rt op r o l o n gt h ep e r i o do ft h ea n t iw a s ht h a nt h et w os t a g ea r ea l la d o p t t h eg r a n u l ep a d d i n g t h en i t r i f i c a t i o no ft h ee n z y m a t i ca e r op a d d i n gi sb e t t e rt h a nt h a to f t h ep y cf i l m - h a n g i n gp a d d i n g ，a n di ti sf i tt ob et h es e c o n dp a d d i n go ft h et u b a f i i i 重庆人学硕十学位论文 w h e nt h eb a f c - s t a g ea d o p th a l f - s o i 瞪p a d d i n g ，t h eb a fn - s t a g ea d o p tt h ee n z y m a t i c a e r op a d d i n g ，t h ed y n a m i c sm o d e lo ft h et u b a fi s p = 扣3 8 一期+ 一1 陋3 8 一爿+ s s 勰 l 2 l s ，= s ，lp 1 5 9 口”“ k e yw o r d s ：t h et u b a f , p a d d i n g ，w a s t e w a t e rt r e a t m e n t i v ( b a fc s t a g e ) ( b a fn - s t a g e ) 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的殳士学位论文 纽盘遗垡幽逸弛远量业燃立室 是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中 特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成 果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 学位论文作者签名： “叁、 导师签名： 诵1 眵 签字日期：弘刁j2 ，6 签字日期：弘矽忆 学位论文使用授权书 本人完全了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意中 国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程( 以 下简称“章程”) ，愿意将本人的一士学位论文 提 交中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社( c n k i ) 在中国博士学位论文全文数据 库、中国优秀硕士学位论文全文数据库以及重庆大学博硕学位论文全文数 据库中全文发表。中国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文 全文数据库可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版，并同意编入c n k i 中国知识资源总库，在 4 时，生物膜内将出现不同的功能分区；通过测定 耗氧速率发现硝化细菌、亚硝化细菌及异养细菌在反应器中的空间分布与c o d c ， 浓度有关，呈明显的分区分布。w i j e y e k o o n 3 1 】研究了滤速与硝化菌活性的关系， 发现硝化菌活性分布与滤速有关。目前的研究表明，曝气生物滤池的硝化性能与 有机物浓度、温度有密切的关系，而滤速的影响也很大。 重庆人学硕十学位论文 曝气生物滤池对磷的去除主要依靠生物同化、吸附作用以及生物积累作用而 去除。由于曝气生物滤池的产泥量少，而且剩余污泥通过反冲洗老化生物膜而去 除，所以除磷效果不理想。同步除磷一直是曝气生物滤池的缺点之一，同时也是 研究的热点问题。目前，曝气生物除磷可以通过曝气生物滤池交替厌氧好氧、加 化学除磷药剂以及与其他工艺组合三种方式进行。d p a k 等人对交替厌氧好氧运 行的两级串联b a f 进行了反硝化同步除磷的性能和影响因素的研究【3 2 】【33 1 。该研究 表明，在交替厌氧好氧运行方式下，影响b a f 反硝化同步除磷的因素有进水 c o d t n 和c o d t p 比值，t n 负荷，水力停留时间，反冲洗强度等；在好氧段产 生的硝酸盐和亚硝酸盐的浓度会影响厌氧段的吸磷效果；反冲洗强度增加，污泥 去除量增大能提高生物吸磷能力，但是对反硝化不利。m o r g e o m ，e 等人也注意 到了反冲洗污泥去除量对生物吸磷能力的影响【3 引。 填料是曝气生物滤池的核心组成部分，影响着b a f 的性能和运行参数，对填 料的研究贯穿于曝气生物滤池的整个发展过程之中。b i o c a r b o n e 、b i o s t y r 、b i o f o r 三种曝气生物滤池分别采用石英砂粒、轻质陶粒和聚苯乙烯球型颗粒。目前，常 见的填料主要有陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、膨胀硅铝酸盐等无机填料和聚苯 乙烯、聚氯乙稀、聚丙烯等有机填料【3 5 1 。随着对b a f 研究的深入，不少学者对种 类繁多的填料处理性能进行了比较，同时，新型填料层出不穷。德国l i n d e 公司 研发的l i n p o r 填料和英国s i m o n h a r t l e y 公司研发的c a p t o r 填料均为聚 氨酯泡沫塑料制成，比表面积高达5 0 0 0 3 5 0 0 0 m 2 m 3 ，能固定微生物质量浓度分 别达到l o 1 8 k g m 3 和7 1 0 k g m 3 ，适合于高浓度工业废水的处理【3 6 1 。a l l a nt m a n n 等人在对不同密度的填料性能研究中发现，悬浮填料( f l o a t i n gm e d i a ) 比 下沉填料( s u n k e nm e d i a ) 更耐有机负荷和水力负荷冲击【3 7 1 。r e b e c c am o o r e 3 8 】等 人在对1 5 - 3 5 m m 和2 5 _ 4 5m n l 两种不同粒径的泡沫粘土填料运行性能研究后发 现，这两种级配的滤料都非常适合用作曝气生物滤池的填料，并且b a f 的负荷达 到1 2k gc o d m 3 d 和4k gs s m 3 d ( 对滤池有效体积而言) 。采用粒径较小的滤 料出水水质更为稳定，更利于氨氮的硝化，而采用大粒径的填料的曝气生物滤池 可以延长冲洗周期，这为曝气生物滤池填料在尺寸要求上提供了一定的依据。 在国内，对曝气生物滤池的研究起步比较晚，各高校及科研单位从上个世纪 9 0 年代后期相继丌始了对曝气生物滤池的研究，获得了丰硕的成果。 清华大学采用校园生活污水对下向流的曝气生物滤池进行了小试研究b 引。结 果表明，s s 、c o d 和b o d 的去除率跟高度的变化成证比，而氨氮和总氮的活跃 层比s s 、c o d 和b o d 等的活跃层更深一些。随着高度的增加，氨氮和总氮的去 除率稍有提高。氨氮和总氮去除的基本同步进行，在3 7 c m 和8 7 c m 处，氨氮和总 氮的去除率基本类似。说明在进行硝化反应的同时，也进行着反硝化反应。在滤 1 2 l 概述 层的好氧环境中总存在着大量厌氧微环境及大量兼性和厌氧微生物，使得反硝化 反应进行良好。田文华等人以沸石为填料研究了，研究了填料粒径对曝气生物滤 池硝化性能的影响1 。结果表明，在2 0 时粒径2 - - 3 m m 的沸石与粒径4 5 m m 的沸石硝化速率分别为1 6 8 m g ( l h ) 和1 0 3 m g ( l h ) 。 哈尔滨工业大学邱立平等人利用二段曝气生物滤池处理生活污水进行了试验 研究f 4 1 1 。在不同位置采用不同的曝气量，以便强化滤池上部的生物氧化作用和下 部过滤阻留作用及整个池内的食物链的分级捕食作用，同时最大限度发挥反硝化 细菌的作用。研究结果表明，进水c o d c ，容积负荷、气水比及h r t 对处理效果有 很大影响。增加c o d c ，负荷会降低出水效果；气水比的选择应按上层填料区3 ：l ， 下层填料区1 ：l ，可以达到较好的净水效果；延长h r t 会提高处理效率。邱立平 等人还对曝气生物滤池的短程硝化反硝化机理进行了研究，结果表吲4 2 】【4 引，曝气 生物滤池在滤速为1 - - - 2 m h 、气水比为3 ：l 、水温为2 1 2 6 5 、进水c o d 负荷 为1 1 8 - - - 5 5 7 k g ( m 3 d ) 、n h 3 一n 负荷为0 2 6 - - - 0 6 2k g ( m 3 d ) 、t n 负荷为0 2 8 - - 0 6 3k g ( m a d ) 的条件下，可以取得良好的去除有机物和脱氮效果。实验发现， 反应器中出现明显的n 0 2 - 积累现象，并表现出显著的短程硝化反硝化特征。王春 利删等人研究了两段曝气生物滤池的同步硝化反硝化特性，通过对b 段反应器的 火山岩填料进行电镜扫描表明，填料内部生物膜主要以丝状菌为骨架，其上附着 大量的球菌和部分杆菌，形成密集的生物网，这为同步硝化反硝化创造了有利的 生存环境。此外，张杰【4 5 】等人对曝气生物滤池反冲洗特性的研究表明，在相同的 反冲洗条件下，在不同的反冲洗方式对比试验中，脉冲反冲洗具有远大于气水连 续反冲洗的效能：在滤池池型的选择中，扩展流池型曝气生物滤池较均匀流池型 曝气生物滤池易于洗净，且生物滤层恢复较快。 近几年来，重庆大学以西部小城镇建设为契机，对曝气生物滤池及填料进行 了一系列的研究，取得了大量成果。严子春【4 6 】等人研究了采用多孔富铁填料的曝 气过滤式化学除磷方式的运行性能。严子春等人将多孔富铁填料填装于折流式曝 气生物滤池的后端，富铁填料释放出铁离子与污水中的溶解性磷产生沉淀，富磷 污泥以反冲洗的方式去除。试验发现，在水力负荷低于7 2m 3 ( m 2 d ) 的情况下，o 3 m 厚的富铁填料即可使出水总磷达到排放标准。何强【2 2 】等人对重庆大学开发的侧向 流曝气生物滤池( l b a f ) 进行了流态试验、运行效能试验并建立了l b a f 整池有 机物去除动力学模型研究。流态试验表明，l b a f 分散模型参数p e z 准数在8 1 5 ， l b a f 的流态偏向于推流式，同时发现流量和曝气量是影响l b a f 流态的重要因 素。关于l b a f 的研究正在深入进行之中。龙腾锐教授继丌发出酶促厌氧生物填 剃47 j 之后，又开发出酶促好氧生物填料，用于曝气生物滤池取得了较好去除效果。 综上所述，目前针对曝气生物滤池的研究正处于理论研究逐渐深入、应用范 重庆人学硕十学位论文 围不断扩大的发展阶段。其中有关曝气生物滤池在有机物和悬浮物去除、硝化和 反硝化脱氮等方面取得了较好的应用研究成果，新的应用尝试和工艺组创4 8 】不断 出现；有关反应器运行参数的影响规律研究比较活跃，并在进水负荷对硝化效率 的影响、填料的选择、温度的影响等方面得到了较为一致的研究结论；有关曝气 生物滤池填料也作了大量研究，来源广、价格底，具有生物亲和性的填料将是未 来的发展方向。但总的况来，有关曝气生物滤池基本运行特性和处理理论的研究， 大部分处于小试或中试阶段，如何将各种成果运用到工程实践中，还有大量工作 要做。 1 3 课题研究的目的、内容和意义 1 3 1 研究目的和意义 在污水处理工艺的发展和运用中，活性污泥法和生物膜法一直占据主导地位。 在我国污水治理领域，现有建成运行的污水处理厂，特别是城市污水处理厂，基 本上是采用活性污泥法及其变形工艺，氧化沟工艺、a b 法工艺、s b r 法等工艺， 虽然这些工艺的处理效果尚可甚至还比较好，但普遍存在着占地面积大、基建投 资高、处理负荷低、运行启动慢、经常出现污泥膨胀、易受冲击负荷影响等不足 之处，同时工艺设备处理效能低、能耗高，不能满足高效低能的要求。随着新型 滤料的开发和配套技术的不断完善，与活性污泥法平行发展的生物膜法工艺技术 获得了快速发展。相比较而言，曝气生物滤池在一定程度上克服了活性污泥法的 一些缺点，突出自身的优点。 我们意图从曝气生物滤池的基本原理出发，对曝气生物滤池进行相对明确的 功能空间划分，实现生物相的分级，从而使曝气生物滤池获得稳定的、良好的出 水水质。同时，就填料对曝气生物滤池处理效果影响进行研究，优选出适宜特定 空间的填料，使其满足处理效果稳定、价格便宜、货源充足，并能在一定程度上 延长反冲洗周期，达到节能和减小运行维护难度的目的。为此，我们计划开发两 段上向流曝气生物滤池。第一段培养的优势菌种为异养微生物，主要用于c o d 的 去除；第二段主要培养自养型微生物，用于去除氨氮以及进一步去除有机物。 1 3 2 研究内容 通过两段曝气生物滤池处理城市生活污水的试验研究，进一步了解曝气生物 滤池的去除机理，确立最佳运行参数，并对填料进行比选，优选出适合特定空间 的填料。具体研究内容有： 对影响曝气生物滤池处理效能的因素( 水力停留时间、水力负荷、有机负 荷、温度、溶解氧等) 及其作用规律进行研究，并探讨其反应动力学和运行规律； 1 4 1 概述 确立两段上向流曝气生物滤池反冲洗条件； 通过填料对比试验，优选出适合两段上向流曝气生物滤池各功能区的填料。 1 5 2 反应器模硝与试验设计 2 反应器模型与试验设计 2 1 反应器模型设计 2 1 1 两段上向流曝气生物滤池( t u b a f ) f 1 c j 设计原理 如前所述，当进水悬浮物浓度较大时，曝气生物滤池运行周期短，反冲洗频 繁，所以曝气生物滤池一般要求对污水进行预处理，这在一定程度上增加了工艺 的复杂性。作为面向中小城镇的污水处理技术，曝气生物滤池应该满足运行成本 低和操作管理简易的要求，并尽可能地降低占地面积和建设投资，将环境效益和 投资回报结合起来。具体构造如下所述。 2 1 2b a f 构造 b a fc 段构造图见图2 1 图2 4 ，b a fn 段为一直径为3 5 0 m m ，高度为 1 0 0 0 m m 的白铁桶。 1 i。-yjr 裂l 乓 2 - + 2 4 图2 1b a fc 段平而图 f i g 2 1p l a nv i e wo f b a fc 1 4 图2 31 1 剖面图 f i g 2 3s e c t i o nv i e wl - 1 1 7 图2 2 布水板钻孔图 f i g 2 1v i e wo fi n f a l lb o a r d 图2 42 2 剖而图 f i g 2 3s e c t i o nv i e w2 - 2 重庆人学硕十学位论文 2 1 3 两段上向流曝气生物滤池( t u b a f ) t _ 艺流程及设计参数 第一阶段试验工艺示意图见图2 5 。 空酥 日a fc b a fn 图2 5 试验工艺流程图 f i g 2 5f l o w s h e e to ft h ee x p e r i m e n t 经过第一阶段试验后，对反应器进行改造，其中，b a fc 段不变，对b a fn 段进行改造，b a fc 段出水全部进入b a fn 段，并且为了稳定进水水质增加了厌 氧池。改造后的试验工艺示意图图2 6 ，其中b a fn 段构造与b a fc 段相同，只 是将高度降为1 8 0 0 m m 。 竺哐托 b a fcb a fn 图2 6 改造后的试验工艺流稃图 f i g 2 6f l o w s h e e to ft h ee x p e r i m e n ta f t e rr e c o n s t r u c t i n g 2 反席器模裂与试验设计 重新设计的t u b a f 处理规模为3 2 5 m 3 d ，总h r t 为8 h ，其中，b a fc 段h r t 为4 4 h ，b a fn 段h r t 为3 6 h ，其它设计参数见表2 1 表2 3 ： 表2 1 进水水质要求 t a b 2 1p a r a m e t e r so f w a t e rq u a l i t yo fi n f l u x i o n 表2 2c o d 去除体积负荷表 t a b 2 2p a r a m e t e r so fc o dl o a da n dr e m o v a lp e r c e n t a g e s 表2 3 氨氮去除体积负荷表 t a b 2 3p a r a m e t e r so fa m m o n i al o a da n dr e m o v a lp e r c e n t a g e s 2 1 4 填料的选择及其性质 新型酶促厌氧生物粒状填料 试验第一阶段选用的填料是新型酶促生物粒状填料。该填料采用黏土为骨料， 粉煤灰为掺和料，煤粉为发泡剂并加入适量的微生物生长促进剂经高温烧结而成， 其表面具有大量的微孔，适合微生物的生长，有利于微生物形成空间网状结构， 具有激化各种微生物活性的特点。t u b a f 采用该种填料作为微生物载体，可以充 分发挥填料在理化性能及微生物学等方面的优势，使滤池具备挂膜迅速、微生物 活性高、有机物去除效果好等特点。 表2 4 新型酶促厌氧填料的部分物理参数 t a b 2 4p h y s i c a lp a r a m e t e r so fe n z m e - e n h a n c e db i o p a d d i n g 1 9 重庆入学硕十学位论文 试验所选用的酶促填料的部分物理参数如表2 4 所示，为延长反冲洗周期、节 省运行成本，本次试验选用颗粒粒径为10 15 m m 的酶促厌氧填料。 新型酶促好氧生物粒状填料 试验第二阶段b a fn 段选用填料为酶促好氧生物填料h 引。该填料以粘土、煤 粉、生物促进剂经高温烧结而成，填料的微孔结构和孔容分布合理，有利于微生 物进入附着，形成表面与内孔的空间网状生物膜结构。 试验所选用的酶促填料的部分物理参数如表2 5 所示，为延长反冲洗周期、节 省运行成本，本次试验选用颗粒粒径为3 - - 6 m m 的酶促好氧填料。 表2 5酶促好氧填料的部分物理参数 t a b 2 5p h y s i c a lp a r a m e t e r so f e n z m e e n h a n c e db i o p a d d i n g 半软性填料 试验第二阶段b a fc 段选用填料为半软性填料，填料塑料环片直径、单片填 料直径、片间距离分别为7 5 m m 、1 5 0 m m 、1 0 0 m m 。该填料结构形式合理，具有良 好的切割气泡和二次布水布气功能，可使氧的利用率提高到4 0 - - - 6 0 ，降低能耗； 在运行状态，每根填料两段虽固定在支架上，但中间部分可随气流和水流扰动， 立体空间不断变化，生物膜更新快；另外，填料的体积可压缩，有利于运输和安 装，使用寿命长( 5 1 0 ) 年等优点。半软性填料也存在一些缺点，如比表面积小， 导致实际运行过程中生物膜总量不足，表面较光滑，微生物附着性能较差，生物 膜易脱落，造价偏高等。 p y c 挂膜陶粒 p y c 挂膜陶粒果粒圆正、均匀，堆积比重轻，强度大，反冲洗耗水量低，截 污能力强。试验选用填料粒径为6 - - 8 m m 。 2 2 试验实施计划 计划选择三组填料进行对比试验，而受条件限制无法做平行对比试验，故将试 验过程分三阶段完成。第一阶段b a f 的两段均采用颗粒填料( 新型酶促厌氧填料) 进行工况试验；第二阶段在第一阶段试验的基础上对两段b a f 进行结构改造，b a f c 段采用半软性填料，b a fn 段采用酶促好氧填料进行工况试验；第三阶段，b a f 2 0 2 反应器模型与试验设计 c 段采用半软性填料，b a fn 段采用p y c 挂膜陶粒进行工况试验。针对不同填料 得出t u b a f 的最佳运行工况并对运行性能影响因数进行分析，从而优选出适合两 段上向流曝气生物滤池的填料，并最终确定曝气生物滤池的运行参数。第一阶段 试验场地设在城南污水处理厂，经过反应器的改造后，试验的第二阶段改在城环 学院市政工程实验楼进行。 2 3 试验仪器与分析方法 常规指标 常规指标的分析测试主要参考水和废水监测分析方法( 第四版) 【5 0 】一书中 规定的标准方法进行，c o d 、硝态氮采用紫外分光光度计测定。具体的分析项目、 方法和所用仪器设备见表2 6 。 表2 6 主要的试验仪器及分析方法 t a b l e 2 6m a i na n a l y t i c a la p p a r a t u sa n dm e t h o d s 生物特性指标 1 ) 生物量：生物量分为生物膜总重与活性生物膜重的测定两步进行。生物膜 的剥离采用机械摩擦剥离法，剥离后形成生物膜悬浮液。将生物膜悬浮液用中速 定性滤纸过滤后，置于温控在1 0 3 1 0 5 。c 的烘箱内烘至恒重，过滤前后滤纸的重 量之差即为生物膜总重。随后将滤纸置于6 0 0 的马弗炉内灼烧约2 h ，冷却后称 重，测得减少的重量值为生物膜中可挥发性部分，即为活性生物膜。 2 i 重庆人学硕十学位论文 2 ) 生物活性：试验以生物好氧速率( o u r ) 和底物转化速率作为生物膜活性 的指示指标。 生物好氧速率( o u r ) 的定义为单位质量的生物膜在单位时间内利用溶解氧 的多少，单位为m 9 0 2 g v s s h ，其测定装置如图2 7 所示。 首先准备与被测生物膜生长环境相同的培养液，并对培养液进行减菌处理， 即将培养液通过双层中速定量滤纸过滤。然后对培养液曝气，使其充氧。检测发 现经过减菌处理的富氧培养液溶解氧浓度变化十分缓慢( 0 0 0 5 m g m i n ) ，不及外 加生物膜后培养液溶解氧变化速度的2 ，培养液内携带的微生物对实验的影响可 以忽略。随后将剥离的生物膜快速放入新鲜充氧的培养液中，以电磁搅拌器搅拌， 溶解氧仪定时记录溶解氧值，直至溶解氧降为0 2 m g l 时结束实验。最后用上述测 定活性生物膜的方法，得到参加o u r 实验的生物膜重量。以实验中溶解氧的变化 值除以实验时间，再除以生物膜重量，即可计算出生物好氧速率( o u r ) 。 2 1 溶解氧仪 2 磁力搅拌器 3 测氧电极 4 磁力搅拌棒 5 胶塞 6 培养瓶 图2 7 生物耗氧速率测定装置 f i g 2 7 s c h e m a t i cd i a g r a mo fo u rm e n s u r a t i o n 底物转化速率的定义为单位时间内单位质量的微生物转化的底物的多少，包 括了降解或生成两种情况，单位为m g 底物g v s s h 。底物转化速率的测定可与o u r 实验同时进行，即分别检测o u r 实验前、实验后底物的浓度，并利用o u r 实验 测定的时问、生物膜重量数据。 3 ) 生物相观察：主要使用m o t i c 生物显微镜进行镜检，并拍摄显微摄影照 片和视频片断记录生物膜特征形态。显微镜最大放大倍数为1 0 0 0 倍，可观察到原 生动物、后生动物及形态较大的细菌个体。 3t u b a f 填料选择试验 3t u b a f 填料选择试验 3 1 酶促厌氧生物填料t u b a f 运行性能分析 该阶段试验在城南污水处理厂进行，工艺流程见图2 5 ，其中b a fn 段直径为 3 5 0 m m ，高度为1 0 0 0 m m ，通过阀门控制b a fn 段进水流量，从而分别确定b a f c 段和b a fn 段适当的h r t 。 3 1 1 试验水质 两段上向流曝气生物滤池的进水的水源是污水厂初沉池的出水，受污水厂运 行管理方式以及进厂原水水质水量的变化影响，试验的进水水质波动幅度比较大， 具体水质情况见表3 1 。 表3 1 试验污水水质 t a b 3 1w a t e rq u a l i t yo fm u n i c i p a lw a s t e w a t e r 水质指标变化范同水质指标变化范闱 c o d ( r a g l ) 19 8 3 4 3 硝态氮( m g l ) 0 1 2 8 b o d 5 ( m g l ) 9 0 7 1 4 6 5s s ( m g l ) 8 9 1 9 9 氨氮( m g l ) 2 5 4 5 4 2 总磷( m g l ) 3 0 5 - 7 7 8 总氮( m g l ) 5 0 4 7 4 5 p h 6 7 - 7 9 3 1 2 挂膜启动 挂膜方法 与其他生物膜法处理技术一样，生物滤池的启动也需要同步进行微生物在反 应器内的富集过程和在填料表面的附着增殖过程：即填料表面稳态生长的生物膜 的形成过程，也称为“挂膜”。生物反应器的挂膜启动方法一般可分为三种：一是先 间歇培养，然后再进行负荷逐渐增加的连续流进水；二是在设计流速或逐渐增加 流速进行连续流培养；三是投加活性污泥接种，然后再进行间歇或连续培养。三 种方法在启动过程中生物膜的形成特征各不相同，但达到稳态时的处理效能却基 本一到3 3 1 。 启动结果及分析 本试验研究中，生物滤池的挂膜启动是采用投加活性污泥，而后连续流培养 的