（环境工程专业论文）曝气生物滤池工艺的试验及应用研究.pdf

青岛理工大学工学礤土学位论文 摘要 国内外在城镇污水处理技术的研究与应用方面主要有厌氧水解一高负荷生物滤池、 生态滤池、淹没式生物膜反应器、稳定塘、人工湿地等。我国关于城镇污水处理方面的 研究尚处于起步阶段，还没有形成系统的理论。本课题广泛借鉴国内外关于城镇污水处 理技术的研究成果和经验，探讨开发具有简洁、高效、经济、实用特点的中小城镇污水 处理工艺和技术。 曝气生物滤池在普通生物滤池的基础上，借鉴给水滤池工艺原理而开发的污水处理 工艺，是近年来国内外发展较快的一种废水好氧生物处理新工艺。论文首先对曝气生物 滤池进行小试试验研究，考察了该工艺去除了有机物、氮、磷等污染物质的功能，并对 工艺的运行参数进行了优化。在小试试验基础上，分析国内外一些曝气生物滤池的实例， 结合具体工程，论文最后对曝气生物滤池合适的工艺设计参数进行了初步探讨，并对在 运行中的优缺点进行了初步评价。主要得到以下结论： 曝气生物滤池小试试验研究表明：( 1 ) 小试系统对不同填料运行效果比较分析结果 表明，新型陶瓷滤料与生物陶粒对污水的处理效果相当，而新型陶瓷滤料在反冲洗时具 有比重轻、机械强度高的优点。( 2 ) 新型陶瓷滤料和生物陶粒系统好氧区最佳水力停留 时间均为1 5 h 。最佳工况运行时，两系统c o d 。去除率分别为8 1 2 和8 0 8 ，n h 4 + - n 去除率分别为9 9 8 和9 9 5 ，t p 去除率分别为6 8 1 和6 6 7 。此条件下，最佳反冲 洗周期为两天。( 3 ) 对曝气生物滤池系统沿程污染物去除情况研究表明，沿曝气生物滤 池柱高c o d , , 浓度急剧下降，n i - 1 4 + n 浓度变化小，在柱末端硝化自养菌逐渐取得竞争 优势。( 4 ) 曝气生物滤池下向流运行方式运行时，对c o d u 和s s 的去除效果稍好，但 其沿程过滤水头损失明显较按上向流方式运行时高，串联方式时回流比为1 5 0 时效 果最好。( 5 ) 在优化的工艺运行参数条件下，系统最终出水c o d 。为1 9 6 m g l ，n h _ 4 + - n 为0 m g l ，n 0 3 - n 为1 2 1m e , l ，t p 为o 1 2 m g l ，达到了城镇污水处理厂污染物排放 标准( g b1 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 一级标准a 标准。 曝气生物滤池应用研究结论如下：( 1 ) 曝气生物滤池在实际运行中的优点主要表现 在：占地面积小。基建投资省；出水水质高；氧的传输效率高，供氧动力消耗低；抗冲 击负荷能力强，耐低温；易挂膜，启动快；采用模块化结构，便于后期改建、扩建。( 2 ) 曝气生物滤池在实际运行中的不足之处主要表现在：曝气生物滤池对进水的s s 要求较 高；水头损失较大，水的总提升高度大；在反冲洗操作中，短时间内水力负荷较大，反 冲出水直接回流入初沉池会对初沉池造成较大的冲击负荷；此外，因设计或运行管理不 当还会造成滤料随水流失等问题。这些不足之处需要在设计与运行中采用适当措施予以 避免和改进。 关键词：城镇污水；曝气生物滤池；小试试验：滤料：h r t ：脱氮除磷；应用研 究；优缺点评价 l i 耋墨堡三盔耋三耋堡圭耋堡鎏圣 a b s t r a c t t h er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o n so fu r b a nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tl e c h n o l o g ym a i n l yi n c l u d e a n a e r o b i ch y d r o l y s i s h i g hl o a db i o - f i l t e r , b i o n o m i c sf i l t e r , s u b m e r g e db i o - f i l mr e a c t o r , s t a b i l i z a t i o np o n d , w e tg r o u n da n d o i l i no u rc 0 1 1 t l t l y , t h er e s e a r c ho fu r b a nw a s t e w a t e r t r e a l n e r l th a sn o tb u i l ta c o m p l e t et h e o r ys y s t e m t h em a i ni d e ao f t h i sr e s e a r c hi st od i s c u s s a n dd e v e l o p1 1s i m p l e ，e f f e c t i v e , e c o n o m i c a la n dp r a c t i c a b l ew a s t e w a t c ri r e a t m e n tt e c h n o l o g y a n dp r o c e s sw h i c hi ss u i t a b l ef o rm i d d l ea n ds m a l lt o w n , o nb a s eo f h o m ea n da b r o a ds t u d i e s a n d 仞【p a i c n c 髓o f w a s t e w a t e ri r e a l r n e n tt e c h n o l o g y b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r i san e wa e r a t e db i o l o g i c a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s , w h i c hi sd e v e l o p e dr a p i d l yt h e s ey e a r s0 1 0 t h eb a s eo fc o n l m o nb i o l o g i c a lf i l t e ra n dw a t e r s u p p l yf i l t e rp r o c e s s t h i sp a p e rs t u d y0 1 3t h eb e n c h - s c a l et e s to f b a ff i r s t , i n v e s t i g a t es y s t e m a b i l i t yt ol - 锄l o v eo r g a n i cs u b s t a n c e 、n 、pa n do t h e rp o l l u t a n t s ，a n do p t i m i z eo p e r a t i o n p a r a m e t e r so f t h ep r o c e s s o nb a s eo ft h eb e n c hs c a l et e s t , t h ep a p e rs e c o n d l ya n a l y s i ss o m e p r a c t i c a le x a m p l e sf r o mh o m ea n da b r o a d t h ep a p e ra l s or e s e a r c h0 1 1t h es u i t a b l ep a r a m e t e r s f o rp r o c e s sd e s i g n , a n de v a l u a t et h em e r i t sa n dd e m e r i t si nt h eo p e r a t i o na n dc o n t r o l a c c o r d i n g t os o m ee n g i n e e r i n ge x a m p l e s t h em a i nc o n c l u s i o n sa 砖f o l l o w e d ： t h es t u d yo fb a fb e n e l a - s e a l et e s ts h o w st h a t ：( 1 ) c o m p a r i s o na n da n a l y s i so ft h e r e a c t o re f f e c tw i t hd i f f e r e n tf i l l i n g ss h o wt h a t ：t h ea c t i o n so fn e wt y p ep o r c e l a i nf i l l i n ga n d b i o - e l a yg r a i na r cn e a r l yt h es a m e w h i l et h en e wt y p ep o r c e l a i nf i l l i n gh a sal i g h t e rg r a v i t y a n db e t t e rm e c h a n i c a lr o b u s t n e s sa tb a c k w a s ht i m e ( 2 ) i na e r o b i cz o n e , t h eb e s th r to f n e w t y p ep o r c e l a i nf i l l i n gs y s t e mi s1 5 1 a , w h i c hi st h es a 眦t ob i o - e l a yg r a i nf i l l i n gs y s t e m u n d e r t h eb e s to p e r a t i o nc o n d i t i o n , t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d e r n h 4 + - na n dt pa 陀8 1 2 9 9 8 a n d6 8 1 i nn e wt y p ep o r c e l a i nf i n i n gs y s t e m , a n dt h ev a l u e sa 8 0 8 9 9 5 a n d 6 6 7 i nb i o - c l a yg r a i nf i l l i n gs y s t e m a n dt h eb e s tr i n s i n gp e r i o di s2d a y s ( 3 ) s t u d yo f c o n t a m i n a t i o nr e m o v a la l o n gt h es y s t e ms h o w st h a t ：c o d c rh a sar a p i dd e c r e a s ea l o n gt h e f i l t e rp i l l a r t h ec h a n g e so fn i - 1 4 + nc o n c e n t r a t i o na r cs m a l l a tt h ee n do fr e a c t i o np i l i a r , n i t r i f ya u t o t r o p h i eb a c t e r i aa r cg e t t i n gd o m i n a n c eg r a d i l a l l y ( 4 ) t l a ec o da n ds sl 瑚a l o v a l e f f e c to f d o w n - f l o wb a fi sb e t t e r , w h i l et h eh e a d w a t e rl o s si nf i i w a t i o ni sh i g h e rt h a nt h eo n e i nu p - f l o wb a f w h e nb a fi sc o n n e c t e di ns e r i e sa n dr e c y c l er a t ei s1 5 0 ，t h el 犯m o v a l n i 耋里堡三态耋三耋堡圭耋堡鎏圣 e f f e c ti st h eb e s t ( 5 ) w i t ht h eo p t i m i z e dp a r a m e t e r so fp r o c e s so p e r a t i o n , e f f l u e n tc o d ， n i - h + n ，n 0 3 - na n dt pc o n c e n t r a t i o ni si n d i v i d u a l l y1 9 6 m g l ，0m g l ，1 2 1m g l , o 1 2m g a , w h i c hc o n f o r mt h ef i r s t - c l a s ss t a n d a r do f m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp o l l u t a n t d i s c h a r g es t a n d a r d ) t h er e s e a r c ho d b a fa p p l i c a t i o ns h o w st h a t - ( 1 ) t h em a i nm e r i t so fb a fi np r a c t i c a l o p e r a t i o na r et h a t ：s m a l lf o o t p r i n t , l o wc o n 删o nc o s t ；h i g he f f l u e n tq u a l i t y ；h i g he f f i c i e n t o fo x y g e nc o n v e y a n c e ，l o wo x y g e ns u p p l ye n e r g yc o s t ；h i g ha b i l i t yt or e s i s ts h o c kl o a d ， t o l e r a n c eo fl o wt e m p e r a t u r e ；e a s yt os t a r t - u p ；c o n v e n i e n tt oa l t e r a t i o na n de x t e n s i o nb y a p p l i c a t i o nm o d u l a rs t r u e t u r e ( 2 ) t h em a i nd e m e r i t so fb a f i np r a c t i c a lo p e r a t i o na r ct h a t ： l l i g hd e m a n df o ri n f l u e n ts s ；b i gh e a d w a t e rl o s s b i gw h o l eh e i g h tt oe n h a n c ew a t e r ；h i 【g h h y d r a u l i cl o a di ns h o r tt i m ef o r m e di nb a c k w a s hm a yc a u s eh i g hs h o c kl o a dt op r i m a t y s e t t i n gb a s i n ；c a n i e r sl o s sw i t he f f l u e n tb e c a u s eo f t h ew r o n gd e s i g n0 1 c o n t r o la n do p e r a t i o n , a n ds oo n t h e s ep l a c en e e dt ov o i da n dd e v e l o pb ys o m em e t h o d si nd e s i g na n do p e r a t i o n k e yw o r d ：u r b a nw a s t e w a t e r ；b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ；, b e n c h - s c a l et e s t ；c a r r i e r ；h r t ； na n dpr e m o v a l ；a p p l i c a t i o n 龙- s e a r c h ；m e r i t sa n dd e m e r i t se v a l u a t i o n 青岛理工大学工学硕士学位论文 第1 章概述 1 1 我国城镇污水污染的状况 水，作为人类生产和生活所需的不可替代的一种资源，是社会持续发展的重要支柱 之一。淡水资源是一种非常有限的国际性自然资源，储存量短缺且各地区分布不均衡。 据资料报道，世界上有国际河流与湖泊2 1 4 条( 个) ，其流域面积约占全球陆地面积的 4 7 ，但储存水量仅约占世界淡水资源的一半。据有关资料显示，我国的水资源总量( 地 表水资源量与不重复量之和) 为2 4 1 3 0 亿立方米，居世界第六位，但人均水资源仅2 0 0 0 立方米左右，不足世界人均占有量的1 4 ，排在世界第1 2 1 位，是世界1 3 个贫水国家之 一。 就山东省水资源状况而言，山东属于严重缺水地区，其人均水资源占有量仅为全国 平均水平的六分之一，即使加上分配的黄河客水也不足全国平均水平的五分之一。山东 省一般年份缺水1 0 0 亿立方米，干早年份缺水高达1 8 0 亿立方米。1 9 9 8 年以来，济南、 青岛、烟台、威海等城市及所属大部分县( 市、区) 供水严重不足。长期超采地下水使 山东省的地下水漏斗面积增至2 万平方公里，莱州湾海水入侵面积发展到1 0 0 0 平方公 里。2 0 0 0 年，全省大部分水库水位在死库容以下，境内多数河流干枯，对生态环境造成 严重影响。 近年来，随着我国城市化战略的实施，城镇建设的步伐明显加快，在推动经济发展 的同时，其带来的环境问题日益显现，尤其是城镇污水处理问题更加突出。我国现有城 镇两万多个，而城镇生活污水处理率还不到1 ，城镇污水是造成我国水环境污染的主 要原因之一1 2 】，因此，城镇污水未经处理直接排放不仅造成中小城镇自身区域内的环境 污染日趋严重，而且致使一些城镇污水成为了区域性水环境污染的重要污染源，加剧了 我国水资源严重缺乏的现状。2 0 0 1 2 0 0 5 年的污水排水增长率0 8 ，2 0 0 6 2 0 1 0 年污 水排放年增长率为o 1 ，这样到2 0 1 0 年我国的年污水排放量为7 6 3 亿吨【l l 。其中工业 废水的排放量呈紧缩稳定趋势，而城镇生活废水排放量却越来越占据了污水排放的主导 地位。目前我国两万多个中小城镇绝大多数没有污水处理设施，在新开发的居民小区、 旅游风景点、度假村、疗养院、机场、铁路车站、经济开发区等分散的人群聚居地，其 污水绝大多数未经处理就直接排放。同时，与城镇建设同步实施的环境保护设施建设明 青岛理工大学工学磺土学位论文 显滞后，随之而产生的污水污染问题将成为环境保护问题的主要矛盾，甚至成为阻碍社 会经济发展的重要因素。山东省城镇化发展的特点是覆盖面积巨大并且呈点状分布，由 于受山东省东西部地区经济发展不平衡的影响，其城镇化发展也呈不平衡状态。据有关 调查资料表明，目前山东省城镇的污水治理率还很低。除东部经济较为发达的地区已建 或正在兴建部分污水处理厂外，其它地区污水治理率几乎为零，即使一些己建好的污水 处理厂由于各种原因也无法保证长期稳定的正常运行，这种状况与山东省社会经济的快 速发展极不相称。 随着南水北调东线工程的实施，山东省境内输水沿线城镇的污水处理问题如得不 到很好解决，其必然对南水北调工程造成严重影响。因此，山东省城镇在建设中潜伏着 的环境危机必须得到足够的重视，并且采取有效措旌解决业已存在的问题。城镇所在地 人口的相对集中，为其污水的治理创造了有利条件。因此，切合实际地按照中小城镇区 域性特点，研究开发适合城镇的污水处理技术和模式具有很大的必要性和紧迫性，对促 进社会经济的可持续发展具有重要意义。 我国人口的发展趋势有两个方面，一方面，为缓解城市的人口压力，城市人口正逐 渐向城镇迁移，这必将促进卫星城镇的发展；另一方面，我国现有8 0 的人口在农村， 随着小康社会的建设，农村大量的剩余劳动力要找出路。他们不能都到城市去谋发展， 其科学的办法就是农村入口城镇化。因此，无论从规模上还是从数量上，城镇的发展空 间还是很大的。预计今后我国8 0 以上的生活污水将来自城镇 2 】，因此，城镇的水污染 问题是我们面临的大问题，必须给予足够重视。 另外，随着综合国力的提高，我国每年投入环保的资金正逐步增加，目前已达g d p 的2 。o 左右，但这些资金绝大多数用于大城市的污水处理工程，根本无力顾及中小城 镇。同时，农村生态环境质量正在迅速恶化，城镇污水已经成为区域性水环境污染的重 要污染源。因此，城镇污水处理的现状更加突出了该问题的严重性。 从城镇的污水处理工艺来看，尚缺乏系统的研究，城市二级污水处理工艺存在着投 资大、运转费用高等一系列问题，其对财政并不富裕的中小城镇来讲是致命的。与城市 污水处理相比，城镇污水处理有以下特点： ( 1 ) 污水量较小，一般在( o 5 x 1 0 4 ) 一( 3 o 1 0 4 ) m 3 d ，且各个中小城镇污水排 放规律也很不相同，水量波动较大； ( 2 ) 由于各个中小城镇一般都有各自的乡镇企业，不同乡镇企业废水的大量捧入， 导致各中小城镇水质波动也很大，并存在复合污染物问题； ( 3 ) 城市污水处理厂的污水是经过长距离管网输送的，有一定调解缓冲空间，中 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 小城镇污水不具备这一有利条件； ( 4 ) 城镇污水处理工艺应与中小城镇的财力和具体情况相适应， 效率的处理工艺： ( 5 ) 城镇污水处理产生的污泥出路也应有别于城市污水处理厂， 置或资源化1 3 】。 应是低投入、高 应分类别就近处 随着经济的发展，城镇在我国环境保护和经济可持续发展中的作用越来越大。由于 历史的原因和经济发展的不平衡，造成了城镇水环境和水污染的特殊性。并且，根据我 国水污染的现状及入口发展趋势，可以预测未来我国永的污染源将主要来自中小城镇。 有人提出，目前我国城镇迫切需要经济、高效、节能、技术先进可靠的污水处理工艺和 技术，即所谓的“三低一少”技术( 低建设费用、低运行费用、低操作管理需求、二次 污染物排放少的城镇污水处理技术) 4 1 。 因此，针对城镇污水水量小、水质复杂、波动性大等特征，并结合中小城镇所在地 的具体情况，开展中小城镇污水处理工艺的系统研究，开发适合中小城镇的、易于推广 的、经济、高效、节能和简便易行的水污染控制技术是当务之急。 1 2 城镇污水水质 城镇的污水水质完全不同于城市污水，各中小城镇之间的污水水质也不完全相同， 没有类比性，不像城市污水，通常具有可参考和类比的水质资料。 城镇污水水质因其工业废水水量、水质不同，其污水水质相差很大。有的中小城镇 乡镇企业较少，产生的废水量较小，城镇污水以生活污水为主。由于中小城镇老城区一 般采用合流制，排水管网不健全，有的甚至采用明渠排水，导致污水泥砂含量大，再加 上地下水渗入，致使污水中的c o d e r 、b o d 5 较低，有的中小城镇乡镇企业产生的废水 量大，工业废水量大，浓度高( 国家要求各企业出水水质达到污水排入城市下水道水 质标准( c j l 8 8 6 ) ，但乡镇企业废水的超标排放现象严重) ，这类中小城镇污水以工业 废水为主，生活污水量较小。此情况下中小城镇污水水质完全取决于工业废水的水质、 水量，一般来说，此时污水中c o d = ，b o d 5 浓度较高，而n h 3 - n 、t p 较低，表1 2 列出了2 个以工业废水为主的中小城镇污水水质【2 】。 应该说，绝大多数城镇的污水水质介于上述两种情况之间。一般情况下，城镇污水 主要是生活污水和以农产品加工为主的工业废水( 有机废水) 的混合污水，水量较小， 而且在质和量上都不够均匀和稳定。目前，我国中小城镇不仅在数量上较以前有很大增 青岛理工大学工学硕士学位论文 加，而且已有相当规模。建制城镇的城区人口平均1 6 8 万人，占全镇总人口的3 5 5 ； 镇区常住人口平均l 万人，其中非农业人口占4 8 8 。县级城镇的基本人口规模在3 一 l o 万人，自来水普及率为6 8 。小城镇的人口规模、自来水的普及率和工农业发展的 结构与水平，决定了小城镇的污水排放量大都在( o 5 1 0 ) ( 3 0 1 0 4 ) i d _ 3 d 的规模范 围内，其中生活污水量占5 0 以上。由于生活污水占的比重较大，造成污水有较大的时 不均匀性，同时水质的波动性较大1 5 1 。 城镇与城市的城乡关系随着改革开放变得越来越密切，城乡差别开始缩小，地域组 织和空间结构出现了农业活动和非农业活动的农工混合、非城非乡的“城乡衔接地带”。 这就决定了其污水的主要成分是生活污水和一定量的工业废水，而工业废水以农产品加 工业废水为主。中小城镇生活水平也决定了污水的组成成分，如污水中悬浮浓度较高， 有机物浓度较低。尤其是一些小城镇的排水系统不健全，采用明渠排水较多，致使大量 的雨水流入和地下水渗入，也降低了污水中的有机物浓度【3 】。 由于各城镇的污水水质水量都有其各自的特点，所以必须进行实地调研，摸清城镇 特色工艺的废水量、废水水质以及中小城镇的集污系统，才能准确地确定城镇污水的水 质。 1 3 城镇污水处理工艺选择 1 3 1 工艺选择 各城镇的污水水质相差很大，因此其污水处理工艺也应有较大的不同，大多数污水 处理工艺包括预处理单元、生化处理单元和污泥脱水单元三部分，预处理单元主要包括 租、细格栅，沉砂池，初沉池等，目的是去除较大的悬浮物和呈悬浮状态的有机物，减 轻后续构筑物处理负荷，保证后续处理设施稳定运行。污泥脱水单元主要包括污泥浓缩、 机械脱水、干泥外运等。各中小城镇污水处理系统的预处理单元和污泥脱水单元基本相 似，其主要不同在于生化处理单元。目前，常用污水处理工艺有普通活性污泥法、a b 法、氧化沟、s b r 法及a 2 ，o 法等。选择合适的中小城镇污水处理工艺，除了全面、准 确地掌握进水水质、水量外，还必须掌握各种生化处理方法的特点、适应范围等，经全 面的技术、经济比较后才能决定 6 1 1 7 1 ，应考虑的经济技术指标有： ( 1 ) 处理单位污水量的投资，削减单位污染物的投资； ( 2 ) 处理单位污水量的电耗和成本，削减单位污染物的电耗和成本； 青岛理工大学工学硕士学位论文 ( 3 ) 运行性能的可靠性，达标的可靠性； ( 4 ) 管理、维护难易程度； ( 5 ) 占地面积： ( 6 ) 产泥量； ( 7 ) 除磷脱氮的效果。 1 3 i i 普通活性污泥法 普通活性污泥法技术成熟，运行管理经验丰富，我国在2 0 世纪8 0 年代以前建造的 城市污水处理厂基本都采用该工艺。但该工艺的构筑物、设备相对较多，污泥消化投资 较大。 该工艺的特征是有机物在曝气池内被吸附降解，经历了第一阶段吸附和第二阶段代 谢的完全过程，活性污泥也经历了一个从池首端的对数增长，经衰减到池末端的内源呼 吸期的生长周期。 由于有机物浓度沿池长逐步降低，需氧速率也是沿池长逐渐降低。因此，在池首端 和前段混合液中的溶解氧浓度较低，甚至可能是不足的。溶解氧沿池长逐渐增大，在池 末端溶解氧含量一般都能达到规定的2 m g l 左右。 普通活性污泥对污水中有机污染物处理的效采较好，b o d s 去除率可达9 0 以上， 适用于去除率要求较高和要求处理效果稳定的污水处理厂嘲。 经长期运行实践证实，普通活性污泥法存在着下列问题： ( 1 ) 曝气池首端有机负萄率高、耗氧速率也高，为了避免由于缺氧形成厌氧校态， 迸水有机负荷率不宜过高。因此，曝气池容积大，占用土地较多，基建费用高。 ( 2 ) 对水质、水量变化的适应能力较低，运行效果易受水质、水量变化影响。 ( 3 ) 耗氧速率与供氧速率难于沿池长吻合一致，在池前段可能出现耗氧速率高于 供氧速率的现象，而池后段又可能出现相反的现象。 ( 4 ) 没有除磷脱氮功能。 为克服普通活性污泥法的弊端，后来发展起来了完全混合式活性污泥法，在该工艺 中，污水与回流污泥进入曝气池后，立即与池内混合液充分混合，可以认为池内混合液 是经处理而未经泥水分离的处理水。该工艺主要特点如下： ( i ) 进入曝气池的污水很快被池内的混合液所稀释、匀化，原污水在水质、水量 方面的变化对活性污泥的影响将降到最小的程度，正因为如此，这种工艺具有较强的耐 冲击负荷能力，适用于处理工业废水，特别是污染物质浓度较高的工业废水。 5 青岛理工大学工学硕士学位论文 ( 2 ) 污水在曝气池内均匀混合，池内各个部位水质相同，f m 值相等，微生物群 体的组成数量几乎一致，各部分有机底物降解速率相同。因此，有可能通过对f m 值的 调整，将整个曝气池的工况控制在最佳状态，此时的工作点处在微生物增殖曲线上，活 性污泥的净化功能得以发挥。在处理效果相同的条件下，其有机负荷高于推流式活性污 泥法。 ( 3 ) 完全混合式活性污泥法的另一个特点是池内需氧均匀，因此其动力消耗低于 推流式活性污泥法。 ( 4 ) 完全混合式活性污泥系统的主要缺点是活性污泥较易产生膨胀现象。 1 3 1 2 a b 法 a b 工艺( a d s o r p t i o nb i o d e g r a d a t i o n ) 是吸附一生物降解工艺的简称，是在常规活 性污泥法和两段式活性污泥法基础上发展起来的一种新型污水处理工艺。该技术是原联 邦德国亚琛大学于2 0 世纪7 0 年代中期发明的。由于其具有有机负荷高、节能、对水质 变化适应能力强、处理效果好等优点，于8 0 年代初开始应用于工程实践【9 】。 a bt 艺的工作原理主要是充分利用微生物种群的特性，为其创造适宜的环境，使 不同的生物群在不同的环境条件下得到良好的繁殖、生长，通过生物化学作用净化污水。 a b 工艺在流程上分a 、b 两段处理系统，两段分别设有各自的曝气池、沉淀池以及污 泥回流系统。a b 法工艺流程如图1 1 所示。 a 段 b 段 出水 一格柑 市政管 网捧水 图1 - 1a b 法工艺流程图 a b - i - 艺不设初沉池，由a 段絮凝吸附段和b 段一生物氧化段串联而成。a 段停 留时间短，一般为2 0 - - 3 0 r a i n ：有机负荷高，可达3 - - 5 k g b o d ( k g m l s s d ) ，约为常规 活性污泥法的1 0 2 0 倍，对有机物的去除率可达5 0 一7 0 ；泥龄较短，一般为0 3 - 0 5 d 。 a 段的微生物以细菌和大肠杆菌为主，其世代时间很短，约为2 0 m i n ，繁殖速度很高， 相当于每天7 2 个世代，并且这些细菌比较活跃、更新快、适应环境能力强【。 6 青岛理工大学工学硕士学位论文 a 段可通过控制曝气池内溶解氧，以好氧或兼氧方式运行。溶解氧含量为 0 2 0 7 m g l 。a 段去除有机物以絮凝吸附为主，因此污泥絮体粗大，污泥浓度一般为2 0 0 0 - - 3 0 0 0 m p j l ，沉降性能好，污泥指数约为5 0 左右，产泥量大，占污泥总量的7 5 一8 0 ， 比初沉池高3 0 ，剩余污泥有机物浓度高、产气量大、容易脱水、能够浓缩到含固率6 - - 8 。 b 段微生物由菌胶团、原生动物以及后生动物等组成，污泥呈细絮状结构，与常规 活性污泥法基本相似。由于在a 段已去除了大部分有机物，因此b 段污泥负荷较低， 一般为o 1 5 - 0 3 0 k g b o d s k g m l s s d ，对有机物的去除率为3 0 - - 4 0 。b 段停留时间 约为2 - 6 h ，泥龄1 5 2 0 d ，污泥指数低、产泥量少( 占污泥总量的1 5 一2 0 ) ，运行稳 定。由于a 段对进水的稀释调节作用，使b 段具有良好的硝化环境，硝化能力要比单 级活性污泥法高5 0 。 a b 工艺具有一定的特色，对b o d 、c o d 、s s 、氮、磷等的去除率，一般均高于传 统活性污泥法，且可节省基建投资约2 0 、节省能耗1 5 左右。其突出的优点是a 段 有机负荷高，抗冲击能力强，对p h 值和有毒物质具有很大的缓冲作用，特剔适用于处 理浓度较高、水质水量变化较大的污水f l l l1 1 2 l 。其主要弱点为产泥量较大，给污泥处置 增加了难度。而且a b 工艺不具有深度脱氮除磷功能。 1 3 1 3 氧化沟法 氧化沟( o x i d a t i o nd i t c h ) 是一种活性污泥法变型工艺，其曝气池呈封闭的沟渠形， 污水和活性污泥混合液在其中循环流动，因此被称为。氧化沟”，又称“环形曝气池”。 其有机负荷一般低于o 1 0k g b o d s ( k g m l s s d ) ，属于延时曝气活性污泥法，因此其出 水水质好，而且运行可靠、稳定 氧化沟通常采用延时曝气，其池体结构采用环形沟渠形式，混合液在氧化沟曝气器 的推动下作水平流动( 平均流速大于o 3 m s ) ，污泥负荷和污泥龄的选取要考虑污水硝 化和污泥稳定化两个因素，一般污泥龄为1 0 - - 3 0 d ，污泥负荷在o 0 5 一o 1 0k g b o d 5 ( k g m l s s d ) 之间1 1 3 】1 1 4 l 。 虽然氧化沟属于活性污泥法的变形，但在其发展过程中也形成了许多氧化沟独有的 特点。废水和活性污泥混合液在环状的曝气渠道中不断循环流动，其特殊的循环流态， 使氧化沟工艺既具有完全混合式又具有推流式的特征。氧化沟一般在延时曝气条件下使 用，污水和污泥停留时问长，固体总量较多，因而对进水水质的冲击有一定的缓冲作用。 同时，氧化沟内循环量是进水流量的几十倍甚至上百倍，使其具有较大的稀释能力，可 7 青岛理工大学工学硕士学位论文 以减小水质水量波动和有毒有害物质对系统的冲击。所以，氧化沟具有很强的耐冲击负 荷能力，适合处理高浓度有机废水【1 5 】 1 6 1 。 氧化沟的曝气按点交替运行，存在着不同的生物环境，可发挥不同微生物的生物特 征。氧化沟的构造形式、水流混动状态和溶解氧的分布有利于活性污泥的生物絮凝，并 且可进行硝化、反硝化反应，达到生物脱氮的目的，由于泥龄较长，污泥在氧化沟内有 一定的好氧稳定性，无须进行污泥消化处理，但氧化沟的能耗较高。 氧化沟具有处理流程简单、操作灵活、适应性强、处理效率稳定和操作管理方便等 优点，自1 9 5 4 年在荷兰v o o r s h o p e n 第一次投入使用至今，发展迅速。据报道，从1 9 6 2 年以来，美国共建设5 5 8 座氧化沟工艺污水处理厂、英国共兴建3 0 0 多座氧化沟工艺污 水处理厂，目前，在国内主导类型的氧化沟有丹麦开发的t 型氧化沟和d e 型氧化沟、 荷兰d h v 公司开发的c a r r o u s e l 氧化沟及美国e n i v i r e x 公司设计的啪a l 氧化沟 9 1 。 1 3 1 4s b r 法 s b r ( s e q u e n c i n gb a l l c hr e a c t o ra c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ) t 艺即序批式活性污泥法。 s b r 法以其独特的优点，近年来在世界各地得到迅速发展，人们对它的研究逐渐增多。 在2 0 世纪8 0 年代，国外对其研究进入了工业化生产研究阶段【1 7 1 。2 0 世纪8 0 年代末我 国的一些科研单位及大专院校也对其展开了研究，并开始在实际工程中应用。 原则上，可以把间歇式活性污泥法作为普通活性污泥法的一种变形，一种新的运行 方式。如果说，连续推流式活性污泥法是空间上的推流，间歇式活性污泥法则是时间上 的推流。连续流工艺中污水先进入反应池，然后进入沉淀池泥水分离，而闻歇式活性污 泥法s b r 则是通过在时间上的交替运行来实现这一过程的；它只设一个池子，将曝气 池和二沉池的功能集中在该池子上，兼行水质水量调节、微生物降解有机物和固液分离 等功能 z s l 。 s b r 工艺独特的运行方式，使其有不同于其它水处理工艺的优缺点： 优点： ( 1 ) 在大多数的情况下( 包括工业废水处理) ，无需设置调节池： ( 2 ) 可以拟制丝状菌的生长，s v i 值较低，污泥易于沉淀，一般不易发生污泥膨 胀现象【1 9 1 ； ( 3 ) 通过调节运行方式，在单一的反应器内能够除磷脱氮刚： ( 4 ) 运行管理得当；处理出水水质优于连续式； ( 5 ) 工艺简单，可以省去二沉池和污泥回流系统，运转费用低； s 青岛理工大学工学硕土学位论文 ( 6 ) 抗冲击负荷能力强。 缺点； ( 1 ) 运行管理难度较大，对于多个s b r 反应器，进水和排水的阀门切换频繁； ( 2 ) 工程投资比氧化沟略高； ( 3 ) 无法解决大型污水处理工程连续迸水、连续出水的处理要求； ( 4 ) 设备的闲置率较高； 随着计算机和自控技术的发展，s b r 工艺也得到了很快的发展，开发出了许多新的 处理工艺，如c a s s 工艺、i c e a s 工艺、u n i t a n k 工艺、m s b r 工艺、d a t - i a t 工艺、 i d e a 工艺、p a c s b r 工艺等【2 ”。 1 3 1 5a 2 o 法 a 2 o 法系“厌氧，缺氧，好氧”污水处理工艺，是2 0 世纪8 0 年代发展起来的新工艺。 其工艺利用生物法脱氮除磷，可以获得优质出水，目前已被广泛应用。a 2 o 法生物处 理系统可同步脱氮除磷，其工作机理由两部分组成。 其一是生物除磷，生物除磷主要由一类统称为聚磷菌的微生物来完成，该类微生物 属异养型细菌，现已报道的包括：不动杆菌属，气单胞菌属，假单胞菌属和棒杆菌属等。 在厌氧条件下，聚磷菌把细胞中的聚磷水解为正磷酸盐( p 0 4 p ) 释放到细胞外，并从中 获取能量，利用污水中易降解有机物，如挥发性脂肪酸( 、，f a ) 合成贮能物质聚p 羟基丁 酸( p x - m ) 等贮于胞内；在好氧条件下，聚磷茵以游离氧为电子受体氧化胞内贮存的p h b ， 利用该反应产生的能量，过量地从污水中摄取磷酸盐合成高能物质a t p ，其中一部分又 转化为聚磷，作为能量贮于胞内。好氧吸磷量大于厌氧释磷量，故通过剩余污泥排除可 实现高效除磷的目的。好氧条件下，细胞内p h b 含量随时问呈指数关系减小：厌氧条 件下则呈线性关系增加，且p h b 的增加与胞内聚磷的减少呈线性关系。在一定条件下， 聚磷菌厌氧有效释磷越彻底，其吸磷动力就越强，在好氧条件下的吸磷量也就越大圈嘲 叫。 其二是生物脱氮，生物脱氮由硝化和反硝化两个反应过程组成。废水中的有机氮通 过氨化作用转化为氨氮，与废水中原有的氨氮，在供氧充足及其它适宜条件下，通过硝 化作用被氧化成亚硝酸盐和硝酸盐，同时一部分氨氮被同化作用合成新细胞，由于生物 物质的自溶或自身氧化，其中一部分用于同化的氨氮又返回液相，剩余部分用于净生长 并以剩余污泥形式排放。硝化作用产生的硝态氮在无游离态分子氧存在的条件下，可通 9 青岛理工大学工学硕士学位论文 过反硝化作用转化为对人体无害的分子态氮气，从而达到脱氮目的。 因此，污水生物脱氮主要有两条途径：一部分转化为n 2 ，n 。q 等气体形态逸入大 气；另一部分通过同化作用合成细胞或被微生物吸附，随剩余污泥排放。但是，通过同 化作用去除氮的量受微生物净生长量所制约，而净生长量又依赖于废水中有机物含量和 处理系统的运行条件。因为微生物细胞中氮含量约占1 2 5 ( 干重) ，即使考虑生物吸附 等因素，由剩余污泥排放引起的脱氮量仅占进水总氮的3 0 左右。因此，通过剩余污泥 排放途径难以达到显著的脱氮效果，把各种形态的氮转化为气体形态，并排入大气是目 前生物脱氮的主要途径1 2 5 】闭。 a 2 o 法生物处理系统的优缺点如下： 优点： ( 1 ) a 2 o 法运行效果稳定、可靠，b o d 5 去除率一般可达9 0 ，有较丰富的运行 管理经验； ( 2 ) 鼓风机根据曝气池溶解氧自动控制，可节省运行电费； ( 3 ) 具有较好的抗冲击负荷能力，适用于中小城市水质水量变化较大的污水处理； ( 4 ) 出水水质好，能深度脱氮、除磷。 缺点： ( 1 ) 运行操作难度较大； ( 2 ) 工程占地面积较大； ( 3 ) 污泥产量较大。 另外，a 2 o 工艺为适应不同条件下的水质水量，其还有一些变形工艺，如e a s c 工艺、l s 工艺、u c t 工艺、v 口工艺、蛐工艺、倒置a 2 o 工艺等 2 3 1 。 1 3 1 6 曝气生物滤池 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 9 0 年代在普通 生物滤池的基础上，借鉴给水滤池工艺原理而开发的污水处理工艺。曝气生物滤池是近 年来国内外发展较快的一种废水好氧生物处理新工艺，该工艺具有处理能力强、处理效 果好、不需二沉池等优点1 2 7 1 。 曝气生物滤池是普通生物滤池的一种变形形式，也可看成是生物接触氧化法的一种 特殊形式，即在生物反应器内装填高比表面积的颗粒填料，以提供微生物生长的载体， 并根据进出水流向不同分为下向流或上向流，污水由上而下或由下而上流过滤料层，滤 料层下部鼓风曝气提供生化反应所需的氧气，在填料表面附着生长的微生物的作用下， 1 0 青岛理工大学工学硕士学位论文 污水中的有机污染物得到净化，同时填料起到物理过滤作用。 曝气生物滤池最大优点是集生物净化和物理过滤于一体，不需设置二沉池，处理工 艺流程