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碳纤维膜生物反应器在处埋难降解自机废水中的应用研究 中文摘蔓 摘要 众所周知，水是人类最重要的生命资源，社会的进步和经济的发展也给水资源带 来巨大的压力。我国正处于经济高速发展阶段，过程工业发展迅速，其产生的大量高 浓度有机废水至今尚未有适合我国国情的处理方法，本论文主要研究了碳纤维膜生物 反应器处理难降解工业废水的可行性，利用该反应器，对城市生活污水、造纸废水以 及湖田地区地下渗泄轻有机污染水三种不同类型的废水分别试验，证实本课题首次提 出的碳纤维膜生物反应器可在降解有机废水方面的优良性能。 在论文开始的部分，着重综述了有机废水的来源和危害，并总结了有机废水的处 理方法特别是生化处理技术现状和发展趋势，指出了传统方法的缺点和不足，提出了 膜生物反应器的概念，对膜生物反应器在有机废水和处理中的应用进行论述。 论文同时对本课题所选用的研究对象所产生的废水以及传统处理方式进行了总 结和论述，从造纸废水的排污状况和黑液的综合利用，到城市生活污水的排污状况和 处理现状，并分析了本课题选取行业废水处理的技术发展趋势以及存在的问题。 本课题自己设计与生产的碳纤维膜新材料，其具有比表面积高( 1 3 0 0 0 平方米 克) ，重量轻( 5 0 平方米千克) ，亲油性强，弹性好等优点。而本论文选用的碳纤维 膜生物反应器，正是利用碳纤维高的比表面与弹性强的特点，吸附水中的有机污染物， 同时粘附大量水中的微生物，这样在碳纤维膜上就容易形成微生物活性层，从而达到 降解的效果，并通过微生物代谢作用分解去除水中的污染物与完成膜材料的自我生物 活化。 本论文在对造纸废水、城市生活污水以及山东齐鲁石化所在的湖田地区的地下轻 污染有机废水的处理实验过程中，通过控制膜参数和构型，以及控制水力学参数的变 化，来研究各种因素对c o d 去除率的影响；通过合理控制膜上微生物的净增加量， 达至减少水处理过程中污泥的产生量，减少清淤量与清淤次数的目的：与此同时，根 据不同的污染水体的水质分析，来获取膜的有效负荷、微生物生长动力学过程及最佳 水力学参数，保证系统能够充分利用活性微生物来有效的去除有机物与老化的微生物 膜。 本论文通过实验大量的实验数据，基本寻找到了碳纤维膜生物反应器在处理降解 有机物方面的规律和理论依据，为进一步探求该反应器在处理其它难降解有机废水的 研究奠定了理论基础，也必将为该反应器用在工业水处理和其它环境保护的产业化的 实践活动奠定科学根据。 关键词：碳纤维膜生物反应器，难降解有机废水，城市生活污水，轻有机污染水 学生：魏永前 指导教师：刘德启 碳纤维膜生物反应器在处理难降解有机废水中的应用研究英文摘要 a b s t r a c t i ti sw e l lk n o w nt h a tw a t e ri so n eo ft h em o s ti m p o r t a n th u m a nr e s o u r c e s ，w h i c h ， h o w e v e r , i sp o l l u t e dt oal a r g ed e g r e e ，i nt h ew a k eo ft h ed e v e l o p m e n to fs o c i e t ya n d e c o n o m y c h i n ai sn o wd e v e l o p i n gi t s e l fa tav e r yh i g hs p e e d ，t h ep r o c e s s i n gi n d u s t r i e si n p a r t i c u l a r t h e r ei s s t i l ln op r o p e rw a y st oh a n d l et h eg r e a ta m o u n to fh i g hc o n c e n t r a t i o n o r g a n i s mw a s t e w a t e r t h i sa r t i c l em a i n l yt o u c h e su p o nt h ef e a s i b i l i t yo fh a n d l ed i f f i c u l t d e g r a d a d o ni n d u s t r i a lw a s t e w a t e rw i t hc a r b o nf i b e rm e m b r a n eb i o r e a e t o r t h er e a c t o ri s p u ti n t op r a c t i c et oi d e n t i f yt h ep o l l u t i n gr e s o u r c e si nu r b a ns e w a g ew a t e lw a t e ru s e di n p a p e r - m a k i n g ，a n dp e t r i f i c a t e do r g a n i cm i c r o p o l l u t i o nw a t e r , r e s p e c t i v e l y , w i t hav i e wt o t e s t i l y i n gt h eh i g hq u a l i t yo fc a r b o nf i b e rm e m b r a n eb i o r e a c t o r , n e w l yp r o m o t e di nt h i s a r t i c l e ，i nt h ep r a c t i c eo f t h eo r g a n i s mw a s t ew a t e rd e g r a d a t i o n f i r s to f a l l ，t h ei m p o r t a n c ei sa t t a c k e dt ot h er e s o u r c ea n dh a r mo fo r g a n i s mw a s t e w a t e r , t h u sp r e s e n t i n gt h ep r e s e n ts t a t eo ft h em e t h o d su s et od e a lw i t ht h eo r g a n i cw a s t e w a t e r a n dt h et r e n do fb i o c h e m i c a lh a n d l et e c h n i q u e a tt h es a m et i m e ，t h i sa r t i c l ep o i n t so u tt h e d i s a d v a n t a g e so f t h e t r a d i t i o n a lw a yi nt r e a t m e n tw i t ho r g a n i cp o l l u t e dw a t e r t h ec o n c e p t o fm e m b r a n eb i o r e a c t o ri sp u tf o r w a r dt o ，a sw e l l ，s o 嬲t od i s c u s st h ep o s s i b i l i t yo f m e m b r a n eb i o r e a c t o ri nh a n d l i n go r g a n i cp o l l u t e dw a t e r m e a n w h i l e ，m a n ye f f o r t sa r em a d ei nt h i sa r t i c l e t ot a l ka b o u tt h ep o l l u t e dw a t e r p r o d u c e db yt h ec o n c e r n e dp r o j e c t sa n da b o u tt h et r a d i t i o n a lw a yo ft r e a t m e n tw i t h o r g a n i cp o l l u t e dw a t e r av a r i e t yo fi s s u e sa r et o u c h e du p o nh e r e ，f r o mt h es t a t eo ft h e h a n d l i n go fp o l l u t e dw a t e rb yp a p e r - m a k i n g ，t ot h es t a t ea n dw a yo fh a n d l i n go fu r b a n p o l l u t e dw a t e r t h en e wm a t e r i a lc a r b o nf i b e rm e m b r a n e ，d e s i g n e di nt h i sp r o j e c t ，i sp o s s e s s e do f m a n ys t r o n gp o i n t s ，s u c ha s ，t h eh i g hs p e c i f i cs u r f a c ea r e a ，t h es t r o n gl i p o p h i l i c i t y ，a n dt h e g o o de l a s t i c i t y t h ec a r b o nf i b e rm e m b r a n eb i o r e a c t o ri sa b l et od r a wt h ep o l l u t i n go b j e c t s i nw a t e ra n ds e p a r a t em i c r o c r e a t u r e f r o mt h ew a t e r , t h r o u g ht h ea d v a n t a g e so ft h eh i g h s p e c i f i cs u r f a c ea r e aa n dt h eg o o de l a s t i c i t y t h e r e f o r e ，t h em i c r o - c r e a t u r ea c t i v el a y e rw i l l c o m ei n t ob e i n go nt h es u r f a c eo fc a r b o nf i b e rm e m b r a n e b o t ht h eo r g a n i cp o l l u t i o ni s s e p a r a t e df r o mw a t e ra n dt h e s e l f - b i o a c t i v eo fm e m b r a n ea r e b y t h em e a n so f m i c r o c r e a t u r em e t a b o l i s ma n dd e g r a d a t i o n s o m ee x p e r i m e n t sa r ec a r r i e do u to nt h es u b j e c to f h a n d l ep a p e rw a s t e w a t e r 、d o m e s t i c s e w a g ea n dm i c r o p o l l u t e dw a t e r b yc o n t r o lt h em e m b r a n ep a r a m e t e r 、c o n f i g u r a t i o n ) a n d h y d r o m e c h a n i c sp a r a m e t e r ，w ee x p l o r et h ef a c t o r sa f f e c t i n gt h er e m o v a le f f i c i e n c yo f c o d ；t h en e ti n c r e a s eo nt h ef a c eo ff i l mo fm i c r o b e si su n d e rc o n t r o lt od e c r e a s et h e s l u d g ei nt h ep r o c e s so ft r e a t m e n tw i t hw a t e ra n dt od e c r e a s et h ea m o u n ta n dt i m e so f o o z es c a v e n g e ；m e a n w h i l e ，a n a l y s i so fw a t e rq u a l i t yo fd i f f e r e n tp o l l u t e dw a t e r si sm a d et o i l 碳纤维膜生物反应器在处理难降解有机坡水中的j 啦用研究英文摘要 o b t a i nm e m b r a n e se f f e c t i v ec a r r y i n gc a p a c i t y ，t h eg r o w t hk i n e t i c so fm i c r o - c r e a t u r ea n d t h eb e s th y d r o m e c h a n i c sp a r a m e t e r , s a f e g u a r d i n gt h ep o s s i b i l i t yt h a tt h eo r g a n i s m sa n dt h e a g e dm i c r o c r e a t u r em e m b r a n e a r er e m o v e db ya c t i v em i c r o c r e a t u r e b a s e do i lag r e a tn u m b e ro fe x p e r i m e n t s ，t h el a wa n dt h e o r yb a s i so fh o wc a r b o nf i b e r m e m b r a n eb i o r e a c t o rh a n d l eo t h e rd i f f i c u l td e g r a d a t i o no r g a n i s m sa l ef o u n d t h i sh a s p a v e dt h ew a yf o rt h ef u r t h e re x p l o r i n go fc a r b o nf i b e rm e m b r a n eb i o r e a c t o ri nh a n d l i n g o t h e rd i f f i c u l td e g r a d a t i o no r g a n i cw a s t e w a t e ra n dw i l lp r e s e n ts c i e n t i f i cp r o o f sf o rt h e w i d eu s eo f t l l i sr e a c t o l k e yw o r d s ：c a r b o nf i b e rm e m b r a n eb i o r e a c t o ld i f f i c u l td e g r a d a t i o no r g a n i cw a s t e w a t e r , u r b a nd o m e s t i cs e w a g e ，p e t r i f i c a t e do r g a n i cm i c r o - p o l l u t e dw a t e r i i w r i t t e n ：y o n g q i a nw e i s u p e r v i s e d ：d e q il i u 馨7 8 1 s 3 8 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权的声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏 州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本 声明的法律责任。 研究生签名：缝目期： 学位论文使用授权声明 ，叶f ，；垆 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论 文合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论 文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的 保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的 全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名 导师签名： 日期：2 1 1 ：! ：碰 日期：兰! 尘! ! ! 遄 碳纤维膜生物反应器在处理难降蝌有机废水中的应用研究第一章前言 第一章前言 1 1 研究的目的与意义 水是地球的血液，是人类生存的命脉，是一种不可替代的自然资源。随着人口的 不断增长和工业的持续发展，水又将成为短缺的资源。过程工业( 包括化学、石油化 工、炼油、制药、造纸、冶金、电力、某些食品、消费品的生产) 与城市居民生活是 用水、排水大户。工业生产中的一些生产工艺排放出的高浓度难降解工业废水由于处 理技术与处理深度的限制，又是生态、环境的关键性污染源，在区域环境污染负荷中 一直占有极大比例。对此现状，除了提高工业意识、提高国民环保素质、加强法制外， 更需要诉诸于可行的高浓度难降解工业废水、城市生活污水处理技术与产品的研究、 开发与高新技术成果的实际应用，这已成为社会、经济持续发展的重要前提之一。 众所周知，环境水样中的有机物是引起环境污染的重要因素，是评价城市生活污 水和工业废水环境污染的重要指标，引起环境水样中有机物污染的主要来源子人和动 物的物质循环、各种合成化工厂、肥料厂、石油化工厂、造纸业、印染业、工业原料 以及相关化学化工产业的有机物排放，随着近代工业，尤其是有机化工、石油化工、 农药等工业的迅速发展，有机化合物的产量和种类与日俱增，其污染程度和范围也越 来越广，特别是在发达国家和地区，有毒有机污染物对环境的污染和危害已经成为当 今世界上“三大环境问题”之一。 综观工业污染的演变史，正是工业发展史的缩影，可分为以下三个阶段川，第一 阶段是1 8 世纪到1 9 世纪，当时主要是酸、碱和需氧有机物造成的污染；2 0 世纪2 0 年代到4 0 年代是第二阶段，由于炼焦、煤化学工业和石油工业的发展，油、酚、氰 等化学污染日益严重；第三阶段是2 0 世纪5 0 年代之后，由于现代化学工业，特别是 有机合成工业的发展，产生了大量人工合成有机化合物，如合成塑料、合成纤维、有 机农药、合成橡胶、表面活性剂等。这些有机物在生产、使用过程中，通过各种途径 流失到环境中，而且往往极难分解，有剧毒，长期存留在天然环境中，对人类健康及 生态环境构成了严重的威胁。 中国是世界第一人口大国，随着经济的发展，面对总体环境却日益恶化，人均资 源匮乏和不断膨胀的人口等严峻的国情现状，中国政府于1 9 9 4 年制定了中国2 1 世纪议程，开始实施可持续发展战略。2 0 0 2 年8 月发表了中华人民共和国可持续 发展国家报告，党的十六大又提出必须把可持续发展放在十分突出的地位，可见其 重要性。但是就象全球其他国家面临的问题一样，环境污染，特别是水污染问题，已 经成为制约我国经济发展的重要因素。据统计，在全球1 0 大环境公害中，与化工有 关的占7 9 个1 2 。美国t i l l ( t o x i cr e l e a s ei n v e n t o r y ) 3 1 统计的结果也表明，化学工 业为最大的有害物质释放工业，超过排在前l o 名的其他9 个行业的总和。因此，大 力发展水污染防治科学及技术是中国经济发展的当务之急。 综上所述，全球性有机污染的严峻现实，愈来愈迫使人们对环境的有机污染给予 碳纤维膜生物反应器在处璀难降解有机废水中的应用研究 第一章前言 极大的关注。应特别指出的是，具有毒性、难以降解的优先污染物更应是环境工作者 研究的焦点。它敦促人们应就其种类、来源、迁移转化规律、降解机理、去除方法等 方面展开系统深入的研究。 为了适应我国工业产品结构的改变和新原料、新助剂的使用所带来的废水水量、 水质发生的变化；同时满足生态环境与用水安全的要求，本论文在参阅国内外众多文 献的基础上，提出一种新的废水处理技术碳纤维膜生物反应器，探讨其在城市生 活污水和工业废水难降解有机物净化中的可行性与净化机理、操作方法，为该技术在 实际生产中应用提供实验基础。 1 2 有机废水生物化学处理技术发展概况 1 2 1 有机废水的来源与危害 据统计【4 l 人类向环境中排放的有机化学品1 9 5 0 年为7 0 0 万吨，1 9 7 0 年为6 3 0 0 万吨，平均每年增加2 0 0 多万吨，而1 9 8 5 年已达2 5 亿吨。至2 0 0 0 年，该数量已经 达到3 , 5 亿吨。除数量外，种类也在逐年增加，目前己知的有机物约为7 0 0 多万种， 且每年已1 0 0 0 多种的合成速度在增加【5 】。估计在过去1 0 0 年间人工合成化学品在全 球环境中，已造成其背景浓度由稍大于零增加到l p p b 的后果，而今后1 0 0 年将有可 能使其浓度由l p p b 增加到l p p m 的严重程剧“，并且引起一系列危害严重的环境污染 事件。 如前所述，进入环境中日夜增加的有机污染物使人类赖以生存的环境质量日夜恶 化，温室效应、臭氧层破坏等令人关注的全球性的环境问题，有可能从根本上打破生 态系统的平衡，给人类带来无可挽回的灾难。同时，这些污染物在环境中长期存留逐 步蓄积，进而损害了人类健康，它们对人体健康的危害情况，大致可分为以下三类j ： ( 1 ) 急性危害。这大多是由于工业生产中的泄漏事故所造成的。1 9 8 4 年1 2 月， 印度博帕尔农药厂发生的甲基异氰酸酯泄漏，死亡2 5 0 0 多人，1 0 万人终身残废；我 国有的冶炼厂和农药厂也多次发生泄漏中毒事故。 ( 2 ) 慢性危害。一般长期接触浓度较低的某些毒性污染物，会造成累积性慢性 中毒。我国松花江的渔民由于长期饮用含甲基汞的污染水己出现许多严重后果，难降 解有机物能使人产生慢性中毒。 ( 3 ) 潜在危害。某些人工合成物质，不但具有明显的毒性作用，而且还有可能 导致长远的遗传影响。它们能对各种细胞产生不可逆的“突变”作用，从而诱发致癌、 致突变、致畸的“三致”效应，对人类构成严重的潜在危害。医学研究证明，8 0 9 0 的癌症是由环境因素诱发的，而且在已经发现的致癌物中8 0 为有机污染物p j 。 能够引起如此巨大而深远环境影响的有机污染问题受到世界各国的关注。美国环 境保护局( u s e p a ) 率先在7 0 年代组织专家对多种污染物的毒性、生物降解性及其 在水体中出现的概率进行了系统的研究，并于1 9 7 7 年提出了6 5 类1 2 9 种优先控制污 染物，其中有机化合物有1 1 4 种，占总数的8 8 4 。继美国之后，欧洲共同体各成员 碳纤维膜生物反应器在处理难降解有机废水中的应用研究 第一章前言 国、国际卫生组织、日本、前苏联、中国等相继建立或正在建立优先控制的污染物名 单 9 - 13 1 ，加强水净化过程中对这些污染物的控制。比较各国发表的优先污染物控制名 单可以发现，它们大多具有如下特点：难以降解或根本不降解，在环境中逐步富集， 有一定残留水平，具有生物积累性，具有“三致”作用或毒性，对人体健康和生态环 境构成潜在威胁。 1 2 2 有机废水的水质指标与排放标准 1 2 2 1 水质指标 水质指标对用水或排水质量的反映。按各种杂质在水中的存在状态可以分为三 类：悬浮物质、溶解物质以及胶体物质。悬浮物质是由大于分子尺寸的颗粒组成的， 它们靠浮力和粘滞力悬浮于水中，溶解物质则是由分子或离子所组成的，它们被水分 子的结构所支承，胶体物质则介于悬浮物质与溶解物质之间。 仅仅根据水中颗粒杂质的尺寸还不能全面反映水的物理学、化学和生物学方面的 性质，为了评价水的质量，必须建立水质和水质指标的概念。水质是指水和其中所含 的杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合特性。各项水质指标则表示水中 杂质的种类、成分和数量，是判断水质的具体衡量指标。 水质指标项目很多，总共可有上百种。它们可以分为物理的、化学的和生物学i i 4 | 的三大类。 物理性水质指标属于这一类的水质指标主要有： ( 1 ) 感官物理性状指标，如温度、色度、嗅和味、浑浊度、透明度等。 ( 2 ) 其它的物理性水质指标，如总固体、悬浮固体、溶解固体、可沉固体、电 导率等。 化学性水质指标： ( 1 ) 一般的化学性水质指标，如：p h 、碱度、硬度、各种阳离子、各种阴离子、 总含盐量、一般有机物等。 ( 2 ) 有毒的化学性水质指标，如，各种重金属、氰化物、多环芳烃、各农药等。 ( 3 ) 氧平衡指标，如：溶解氧( d o ) 、化学需氧量( c o d ) 、生化需氧量( b o d ) 、 总需氧量( t o d ) 等。 生物学水质指标：般包括细菌总数、总大肠菌群数、各种病原细菌、病毒等。 1 2 22 水质标准”刈 众所周知，水的用途是很广的无论是作为生活饮用水、工业用水，农业用水、 渔业用水，还是作为航运、旅游或水能利用等等，都有一定的水质要求。也就是说， 针对不同的用途，要建立起相应的物理、化学和生物学的质量标准，对水中的杂质加 以一定的限制，对某- - e e 用途不适合的水却可能适合于另一种用途。为了保护环境、 保护水体的正常用途，也要对排入水体的城市生活污水和工业废水建立一定的标准。 碳纤维膜生物反应器存处理难降解有机废水中的应用研究第一章前高 表】第一类污染物最高允许排放浓度( m g l ) 序号污染物最高允许排放浓度 1总汞 o 0 5 2烷基汞 不得检出 3总镉o 1 4总铬1 5 5六价铬o 5 6总砷 0 5 7总铅 1 o 8总镍 1 o 9苯并( a ) 芘o 0 0 0 0 3 1 0 总镀 0 ，0 0 5 1 1 总银 0 5 1 2总a 放射性 1 b q l 1 3总1 3 放射性 1 0 b q l 表2 第二类污染物最高允许排放浓度( r a g l ) ( 1 9 9 7 年1 2 月3 1e t 之前建设的单位) 序 污染物适用范围 一级二级三级 号标准标准标准 l p h一切排污单位 6 96 96 9 2 色度染料工业 5 01 8 0 ( 稀释倍数) 其他排污单位 5 08 0 3 悬浮物( s s )采矿、选矿、选煤工业 1 0 0 3 0 0 脉金选矿1 0 05 0 0 边远地区砂金选矿 1 0 08 0 0 城镇二级污水处理厂 2 03 0 其他排污单位 7 02 0 04 0 0 4 五日生化需氧甘蔗制糖、苎麻脱胶、湿法纤维板 3 0 1 0 06 0 0 量( b o d 5 ) 工业 甜菜制糖、酒精、味精、皮革、化 3 0 1 5 06 0 0 纤浆粕工业 城镇二级污水处理厂 2 0 3 0 4 碳纤维膜生物反应器在处理难降解有机废水中的应用研究第一章前占 其他排污单位 3 06 03 0 0 5化学需氧量 甜菜制糖、焦化、合成脂肪酸、湿 1 0 02 0 01 0 0 0 ( c o d )法纤维板、染料、洗毛、有机磷农 药工业 味精、酒精、医药原料药、生物制 l o o 3 0 01 0 0 0 药、苎麻脱胶、皮革、化纤浆粕工 业 石油化工工业( 包括石油炼制) l o o1 5 0 5 0 0 城镇二级污水处理厂 6 01 2 0 其他排污单位 1 0 0 1 5 05 0 0 6 石油类切排污单位 1 01 0 3 0 7动植物油一切排污单位2 02 0l o o 8 挥发酚一切排污单位 0 5o 5 2 o 9总氧化合物 电影洗片( 铁氰化合物) o 55 o5 ，0 其他排污单位 o ，5o 51 o 1 0硫化物一切排污单位l ，o1 o2 o 1 l氨氮医药原料药、染料、石油化工工业1 55 0 其他排污单位 1 5 2 5 1 2氟化物黄磷工业1 02 0 2 0 低氟地区( 水体含氟量 2 f 接触 氯化消毒的水 时间时间 医院污水1 1 h 、2 l h ) 传染病、结核病医院污水 6 5 f 接 5 f 接触 + 触时间时 间 1 5 h 1 5 h ) 注：+ 指5 0 个床位以上的医院。 + + 加氯消毒后须进行脱氯处理，达到本标准 表3 第二类污染物最高允许排放浓度( m g l ) ( 1 9 9 8 年1 月1 日后建设的单位) 序污染物适用范围一级标准二级标准三级标 号准 i p h一切排污单位6 96 96 9 2色度( 稀释倍一切排污单位5 08 0 数) 3 采矿、选矿、选煤工业 7 0 3 0 0 脉金选矿 7 04 0 0 悬浮物 边远地区砂金选矿 7 08 0 0 城镇二级污水处理厂 2 0 3 0 ( s s ) 其他排污单位 7 01 5 04 0 0 4五日生化需氧甘蔗制糖、苎麻脱胶、湿2 06 06 0 0 量0 3 0 d j法纤维板、染料、洗毛工 业 6 碳纤维膜生物反虑器在处理难降解有机废水中的麻用研究第一市前言 甜菜铝糖、酒精、味精、 2 01 0 0 6 0 0 皮革、化纤浆粕工业 城镇二级污水处理厂 2 03 0 其他排污单位 2 03 0 3 0 0 5化学需氧量 甜菜制糖、合成脂肪酸、 l o o2 0 01 0 0 0 ( c o d )湿法纤维板、染料、洗毛、 有机磷农药工业 味精、酒精、医药原料药、 1 0 03 0 0 1 0 0 0 生物制药、苎麻脱胶、皮 革、化纤浆粕工业 石油化工工业( 包括石油 6 01 2 0 炼s t j ) 城镇二级污水处理厂 6 01 2 05 0 0 其他排污单位1 0 0 1 5 0 5 0 0 6石油类一切排污单位 5 1 0 2 0 7动植物油 一切排污单位 1 01 51 0 0 8 挥发酚一切排污单位 0 5o 52 0 9 总氰化合物一切排污单位 o 5o 51 0 1 0硫化物一切排污单位i 01 01 o 1 1氨氮医药原料药、染料、石油1 55 0 t 卜t t _ p 其它排污单位 1 52 5 1 2 氟化物黄磷工业 1 01 52 0 低氟地区( 水体含氟量 l o2 0 3 0 2 ( 接触 化消毒的医院构含病原体污水间l h ) 时间 污水) 1 h ) 传染病、结核病医院污水 6 ，5 ( 接触 5 ( 接触 时间时间 1 5 h )1 5 h ) 5 6总有机碳合成脂肪酸工业2 04 0 苎麻脱胶工业 2 06 0 ( t o c ) 其他排污单位 2 03 0 注：其他排污单位：指除在该控制项目中所列行业以外的一切排污单位。 指5 0 个床位以上的医院。 料加氯消毒后须进行脱氯处理，达到本标准。 1 2 3 有机废水生物化学处理技术现状与发展趋势 生活污水和工业废水中所含的污染物质是多种多样的，因此，不能期望只用一种 方法就能够把所有的污染物质去除殆尽，往往需要通过由几种方法组成的处理系统处 理后，才能使其达到所要求的排放标准。 工业废水的处理技术有物理处理方法，其中包括均化法、沉沙法、沉降法、蒸发 法、浮选法、萃取法 1 6 】；化学处理方法【1 7 1 9 】包括有化学混凝沉淀法、中和法、氧化还 原法、离子交换法、电解法；但是对于一些含有机污染物和含氮磷的污水，物理法和 一般的化学方法并不能达到处理要求，尤其是大水量、低浓度时，因此最广泛使用的 是生物处理法。生物法包括生物滤池法、活性污泥法、生物转盘法、接触氧化法、生 碳纤维膜生物反应器在处理难降解有机废水中的应用研究第一章前言 物稳定塘法以及近年来研究比较活跃的生物膜法f 2 0 2 2 1 和光致催化氧化法脚1 等。 在自然界中，存在着大量依靠有机物生活的微生物，它们具有氧化分解有机物并 将其转化为无机物的能力f 2 。生物处理法就是利用微生物的这一功能，采取人工措施 来创造更有利于微生物生长和繁殖的环境，使微生物大量繁殖，以提高对污水中有机 物氧化降解效率的一种污水处理方法。生物处理法按参与作用的微生物种类和供氧情 况，又可分为好氧法和厌氧法1 2 ”“。 好氧生物处理法主要有活性污泥法和生物膜法两大类，活性污泥法是水体自净的 人工强化方法，是一种利用在曝气池内呈悬浮 2 7 j 流动状态的微生物群体的凝聚、吸附、 氧化分解等作用来去除污水中有机物的方法，活性污泥工艺是一种应用最广泛的废水 好氧生化处理技术i 2 8 j ，其主要由曝气池、二次沉淀池、曝气系统以及污泥回流系统组 成( 参见图1 ) 。 图1 活性污泥法的基本流程 废水经初次沉淀池后与二次沉淀池底部口流的活性污泥同时进入曝气池，通过曝 气，活性污泥呈悬浮状态，并于废水充分接触。废水中的悬浮固体和胶状物质被活性 污泥吸附，而废水中的可溶性有机物被活性污泥中的有机物用作自身繁殖的营养，代 谢转化为生物细胞，并氧化成最终产物( 主要是c 0 2 ) 。非溶解性有机物需先转化成 溶解性有机物，而后才被代谢和利用，废水由此得到净化。净化后废水与活性污泥在 二次沉淀池内迸行分离，上层出水排放：分离浓缩后的污泥一部分返口曝气池，以保 证曝气池内保持一定浓度的活性污泥，其余为剩余污泥，由系统排出。 在曝气池内，悬浮着大量凌眼可观察到黄褐色( 有时呈铁红色) 的絮绒状污泥颗 粒，叫做活性污泥絮体1 2 9 】。每个絮体内包含着成千上万个活性微生物，是一个丰富多 彩的微生物世界。 污染物质在污水中三种存在状态：溶解态、胶体态和悬浮态p o l 。胶体又分为细分 散和粗分散两类。悬浮态污染物质生要为可沉固体，9 0 以上在初沉池内去除，这部 分约占s s 的5 0 6 0 。其余4 0 6 0 的s s 主要是粗分散类的胶态污染物质，这 部分物质中的有机部分应在活性污泥中去除。另外，所有溶解态和细分散类的胶念物 碳纤维膜生物反应器在处理难降解有机废水中的应用研究第一章前言 质中的有机部分也必须在活性污泥工艺中去除。 溶解态污染物质与胶态污染污质的去除机理略有不同。溶解态污染物质主要是通 过扩散作用进入细菌体内的。溶解态有机污染物质通过上述过程进入细菌细胞内以 后，在细胞质上通过细胞的新陈代谢，一部分被合成为新的细胞体，另一部分被分解 成水、二氧化碳等无机物质被排出体外。 以胶态存在的污染物质不能直接进入细胞内。它们首先被吸附到絮体表面，然后 在絮体内逐渐移动到细菌周围。细茵向体外分泌出一些叫做水解酶的生化物质将胶态 污染物质水解成小分子的溶解性物质，然后这些小分子的溶解性物质可同其他溶解性 污染物质一样，进入到细菌体内分解。 不设初沉池的污水处理厂，悬浮态的污染物质也将进入曝气池内。这些悬浮态颗 粒首先在曝气涡动下变成小颗粒，然后同胶态物质一样，也是先被水解成溶解态小分 于物质，才能进入细菌体内被分解。经过以上吸附、扩散、水解和代谢过程，污水中 无论溶解态的有机污染物，还是悬浮态或胶态的有机污染物，都被转移到了活性污泥 絮体内，一部分被合成为新的细胞体或细胞内储存物质，另一部分被分解成水、二氧 化碳、硝酸盐和磷酸盐等干机物质。 实际上，以上过程在曝气池内是连续不断地进行的，某股污水进入曝气池后， 该股污水就与悬浮在其中的活性污泥絮体之间开始了吸附、扩散、水解和代谢过程， 到该股污水连同其中的活性污泥絮体一起流入二沉池时，以上过程应刚好结束。剐进 入曝气池的污水中的活性污泥絮体来自于回流活性污泥，只有保持充足的活性污泥及 时口流到曝气池前端并与刚进入曝气池的污水保持充分的接触混合，才能使该股污水 流出曝气池时得到充分的净化。 曝气池流出的混合液中，虽然滤过性b o d 5 很低，但s s 仍很高，这些s s 就是生 成的活性污泥絮体，因而必须进入二次沉淀池进行有效的固液分离。正常的活性污泥 具有良好的凝聚沉淀性能。在混合液进入二沉池的初期，活性污泥絮体之间会相互凝 聚，形成更大的絮体。随着凝聚过程的进行，会出现一个清晰的泥水界面，形成成层 沉淀。至此，泥水分离己完成，泥水界面以上为清澈的处理后的污水，b o d ，和s s 都己降至很低。 但在二沉池内，经泥水分离后的污泥必须继续沉淀，泥水界面继续下降，进行一 定程度的污泥浓缩，以便得到浓度较高的排泥。二沉池排泥浓度越高，回流污泥浓度 也越高，在保持一定量的回流活性污泥浓度的前提下，可降低回流比。回流比太大， 会缩短污水在曝气池的实际停留时间，降低处理效果。 衡量活性污泥处理系统的技术参数主要有： ( 1 ) 混合液悬浮固体或混合液污泥浓度( m l s s ) ：是指曝气池中污水和活性污 泥混合后的混合液悬浮固体数量( m g l ) ，是计量曝气池中活性污泥数量的指标。它 包括微生物、微生物自身氧化的残留物、吸附在污泥上不能为微生物降解的有机物和 无机物四者的总和。 碳纤维膜生物反应器在处理难降解有机废水中的应用研究 第一章前言 ( 2 ) 混合液挥发性悬浮固体( m l v s s ) ：混合液悬浮固体中有机物的数量( m g l ) ， 其中不包括无机物，较真实的反映活性微生物的数量。 ( 3 ) 污泥沉降比( s v )