（环境工程专业论文）纳滤浓水中有机物去除的试验研究.pdf

中文摘要 本课题依托国家科技重大专项“水体污染控制与治理”( 2 0 0 8 z x 0 7 3 1 4 0 0 3 ) 子课题“城市污水再生利用及水质安全保障技术研究与工程示范”，利用纳滤脱 盐技术所产生的纳滤浓水作为本试验的进水。 试验进水水质具有盐分高、总氮含量高、c o d 负荷低、氨氮浓度低、浊度 低等特点。通过查阅大量文献，本试验选择s b r 法和生物接触氧化法，分别研 究其对纳滤浓水中有机物去除的效果。主要研究结论如下： 试验用s b r 反应器培养驯化活性污泥，通过逐步调高进水的含盐量和适当 的投加葡萄糖来加快污泥的驯化速度；稳定运行后，s v i 值稳定在5 5 5 7m l g ， 出水c o d c ，为5 0 5 5m g l 、去除率5 8 左右，出水t n 为1 0 1 5m g l 、去除率 约7 0 。大部分有机物在好氧阶段被吸收，而总氮的去除主要发生在缺氧阶段。 分别对s b r 工艺和生物接触氧化工艺的运行参数进行优化调整：( 1 ) 在温度 为3 0 3 5 ，污泥浓度为3 5 0 0m g l ，p h 为7 6 7 9 时，s b r 工艺最佳运行条件 是缺氧时间3h ，曝气时间4h ，沉淀时间1h ；c o d c ，及t n 去除率分别为5 6 5 和7 2 2 ，出水浊度1 8 5n t u 。( 2 ) 生物接触氧化工艺最佳运行条件是水力停留 时间8h ，气水比2 ：1 ，温度2 0 2 5 ，填料( 火山岩) 粒径1 5 - 2 01 1 1 1 1 1 ；c o d c ， 及t n 去除率分别为6 5 和7 0 ，出水浊度1 5 7n t u 。 从实际工程建设投资和运行费用，模拟分析两工艺的经济技术优势：在统一 进水水质水量和出水水质的基础上，s b r 工艺更具优势。 关键嗣：纳滤浓水；s b r ；生物接触氧化；含盐量；优化 a b s t r a c t t h i ss u b j e c tw a ss u p p o s e db yu r b a nw a s t e w a t e rr e u s ea n dw a t e rs e c u r i t y t e c h n o l o g yo fr e s e a r c ha n dd e m o n s t r a t i o n ，l e a d i n gu n d e rt h em a j o rs c i e n c e a n d t e c h n o l o g yp r o j e c t so fn a t i o n a lw a t e rp o l l u t i o nc o n t r o l a n dm a n a g e m e n t ( 2 0 0 8 z x 0 7 3 1 4 - 0 0 3 ) t h en a n o f i l t r a t i o ne n r i c h m e n tw a t e rp r o d u c e db yu s i n gd e s a l i n a t i o n t e c h n o l o g yw a st h et e s tw a t e r t h ei n f l u e n ti sh i g hl e v e l so fs a l t ，l o wc o dl o a d ，h i g hn i t r o g e n ，l o wa m m o n i a a n dl o wt u r b i d i t y t h ee x p e r i m e n tc h o s es b ra n db i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o n p r o c e s st o b eu s e ds e p a r a t e l yt ow i p eo f ft h eo r g a n i cm a t t e rf r o mn a n o f i l t r a t i o n e n r i c h m e n tw a t e r , b ym e a n so fc o n s u l t i n gl o t so fl i t e r a t u r e t h er e s e a r c hw a sa s f o t l l o w s ： t h es b rr e a c t o rw a su s e dt oc u l t i v a t ea c t i v a t e ds l u d g ew h i c hc o u l db eq u i c k l y a c c l i m a t e db yi n c r e a s i n gg r a d u a l l ys a l i n i t yo fi n f l u e n ta n da d d i n gm o d e r a t e l yg l u c o s e a ts t e a d ys t a t e ，s v lw a sa b o u t5 5 - 5 7 m l g ，t h ee f f l u e n to fc o d e rw a s5 0 5 5 m g l ， a b o u t58 r e m o v a l ，a n dt h ee f t u e n to ft nw a s10 - 15 m g l ，a n dt h er e m o v a lr a t ew a s a b o u t7 0 m o s to ft h eo r g a n i c sw e r er e m o v e di na e r o b i cp h a s e ，w h i l et h et o t a l n i t r o g e nr e m o v a lo c c u r e dm a i n l yi nt h ea n o x i cp h a s e i no r d e rt of i n dab e t t e ro p e r m i n gc o n d i t i o n ，t h em a i nf a c t o r so fs b ra n d b i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o nw e r es t u d i e d ( 1 ) w h e nt h et e m p e r a t u r ew a s3 0 3 5 ， t h es l u d g ec o n c e n t r a t i o nw a s3 5 0 0m g l ，p hw a s7 6 7 9 ，t h eo p t i m u mc o n d i t i o no f s b r s y s t e mi sh y p o x i a t i m eo f3h ，a e r a t i o nt i m eo f4h ，s e t t l i n gt i m eo flh ，t h e nt h e r e m o v a lr a t e so fc o da n dt nw e r e5 4 8 a n d7 2 2 t h ee f f l u e n tt u r b i d i t yw a s1 8 5 n t u ( 2 ) t h eo p t i m u mc o n d i t i o no fb i o c o n t a c t o x i d a t i o np r o c e s sw a sh y d r a u l i c r e t e n t i o nt i m eo f8 h ，g a s - w a t e rr a t i oo f2 ：1 ，t e m p e r a t u r eo f2 0 2 5 ，f i l l e r p a r t i c l e ( v o l c a n i c ) s i z eo f15 - 2 0m mc o n d i t i o n s ，a n dt h er e m o v a lr a t e so fc o d a n d t nw e r e6 5 a n d7 0 ，t h ee f f l u e n tt u r b i d i t yw a s1 5 7n t u t h ee c o n o m i ca n dt e c h n i c a la d v a n t a g e so ft w op r o c e s s e sw a ss i m u l a t e da n d a n a l y z e db yf r o mi n v e s t m e n ta n do p e r a t i o nc o s t so fe n g i n e e r i n g w h e nt h ei n f l u e n t w a sa u n i f i e dq u a l i t ya n dq u a n t i t y , w h i l et h ee f f l u e n tw a sa l s oa u n i f i e d ，s b rw a sm o r e a d v a n t a g e s k e yw o r d s ： n a n o f i l t r a t i o ne n r i c h m e n tw a t e r , s b r ，b i o c o n t a c to x i d a t i o n s a l t c o n t e n t ，o p t i m i z a t i o n 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 随着社会工业化大发展和人们对物质生活水平需求的提高，水资源作为人类 生产和生活中重要的一部分，已经受到越来越大的压力。人类对水资源需求的增 加和水资源污染程度的加剧己经成为一个激烈的矛盾。 由2 0 1 0 年中国环境状况公报来看【1 】，我国部分环境质量指标持续好转，但 环境总体形势依然十分严峻，面临许多困难和挑战。全国地表水污染依然较重。 长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河等七大水系总体为轻度污染。2 0 4 条河流4 0 9 个国控断面中，i 至i i i 类、至v 类和劣v 类水质的断面比例分别为 5 9 9 、2 3 7 和1 6 4 。长江、珠江总体水质良好，松花江、淮河为轻度污染， 黄河、辽河为中度污染，海河为重度污染。湖泊( 水库) 富营养化问题依然突出， 在监测营养状态的2 6 个湖泊( 水库) 中，富营养化状态的占4 2 3 。全国近岸海 域水质总体为轻度污染。一、二类海水比例为6 2 7 ，三类海水为1 4 1 ，四类 和劣四类海水为2 3 2 。四大海区中，黄海和南海近岸海域水质良好，渤海近岸 海域水质差，东海近岸海域水质极差。与上年相比，胶州湾一、二类海水比例上 升2 5 0 ，渤海湾、长江口和珠江口一、二类海水比例下降2 0 0 以上。公报同 时显示，全国部分生态系统功能有所改善，但主要生态环境问题依然突出。生物 多样性下降趋势尚未得到有效遏制，遗传资源不断丧失和流失。此外，我国农村 环境问题日益显现，农业源污染物排放总量较大，局部地区形势有所好转，但总 体形势仍十分严峻。 由此可见，我国水域已经受到不同程度的污染，除去个别水系支流和部分内 陆河外，总体上呈加重趋势，8 0 的城市河段已经不适宜做饮用水水源，尤其工 业发达的城市水域污染突出。纵看全国各个水体污染情况，污染源主要是生产生 活废水中的有机物，氨氮和磷元素等。作为水体恶化的一个重要污染源即有机污 染物是本试验考察的一个重要内容，而生产、生活污废水中，含氮有机物在微生 物的分解作用下产生大量的氨氮，且氨态氮在经过硝化菌的作用会转化为硝态氮， 而硝酸盐、亚硝酸盐会对水体环境产生更大的危害，而且能对人体产生致癌作用， 因此控制水体中t n 的含量也是本试验研究的一个重要内容。 天津市是一个非常缺乏淡水资源的国际化大城市，为了充分利用有限的淡水 资源，近年来天津市先后设立纪庄子再生水厂、滨海新区某污水厂等，通过微滤、 天津大学硕士学位论文第一章绪论 超滤与纳滤或反渗透装置相结合获得除生活饮用水之外的生产，生活，消防，绿 化用水。这在很大程度上缓解了天津市淡水资源的不足，但是纳滤装置在产生可 供使用的中水的同时，还产生了一部分对生态环境有更大污染的废水，即纳滤是 将原污水经过三到四倍的浓缩而产生更高浓度的污染物。这些废水的特点主要是 高盐分，低c o d c ，负荷，且有机物多具有难降解性。本试验依托天津市空港某 水厂3 0 0t d 纳滤深度脱盐示范工程，研究如何能够在含盐条件下有效去除纳滤 浓水中的有机污染物。 1 2 含盐废水水质的性质、危害 根据含盐废水来源可将含盐废水分为【2 ： ( 1 ) 海水直接利用过程中所排放的废水 它主要包括海水作为工业冷却水，广泛适用于钢铁、电力、机械、化工、 纺织、食品等行业。作为工业生产用水。在化工、印染、建材、海产品加工等 行业的某些工艺中，海水可以直接作为生产用水。作为城市生活用水。用于冲 洗厕所和道路，消防，绿化及游泳娱乐等方面。 ( 2 ) 工业废水 在生产过程中一些工业行业会排放出大量的含盐有机废水，其中包括化学试 剂的生产，石油、天然气的开采。化工生产在制造化学药剂，如灭草剂、杀虫剂 等，造纸，印染和腌制过程中会产生大量的含盐废水。另外，开发石油、天然气 也会产生高盐废水。这些废水中包含有高浓度的盐，油，有机酸和重金属元素。 ( 3 ) 其他含盐废水 大型船舰上的污水是高含盐生活污水。还有某些地下水异常地区的天然水比 一般淡水的含盐量还多，如河北平原部分地区( 像天津等) 浅层地下水为咸水，总 溶解固体浓度可达5 l 左右。另外，废水最少化也产生大量含盐废水。虽然废 水最少化主张从源头减少废物量，但其过程无法控制废物的产生。结果，废物总 体积减少了，但其中的有机物和无机盐浓度升高了。 含盐废水不仅含有高浓度无机盐，还含有高浓度的有机物或者n 、p 等营养 物质，又或者同时含有这两种物质，含盐废水的盐度、有机物、营养物质的浓度 和成分根据不同来源途径而不同。而且这种含盐废水不经过处理就排放，会给生 态环境和生物链系统带来严重的影响，主要包括以下几个方面： 首先，微生物系统在高盐的环境下会产生不良影响。离子强度的变化使得常 规的活性污泥系统非常敏感，当系统受到盐度的冲击时，有机物去除率通常会降 低，而且出水悬浮物也会增加。同时，盐度的增加也会影响了微生物的代谢活性， 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 以至使得反应的动力学系数降低，即便是活性污泥系统经过驯化，其适应范围也 是有限的【3 1 。对于工业上产生的含盐水，目前处理工艺有很多，但对于高盐废水 的生物处理通常采取的做法是先除盐或是将废水稀释到对微生物活性影响较小 后再进生物处理系统。而这两种方法通常是不可取的，因为采用电化学、离子交 换和反渗透方法除盐是很昂贵的，采用淡水稀释是不仅浪费水资源而且非常不高 效，同时还增大了大体积的水受污染【4 】o 其次，对土壤和环境造成严重影响。废水中的盐渗流入土壤中，使得土壤中 的生物和植物均由于脱水而死亡，这样就会导致土壤生态系统的瓦解。 再次，高盐废水所含物质比较复杂，通常含有机物或营养物的浓度都比较高， 如c o d 、n 、p 等，这些物质大多数都没有回收价值，若不经过处理就直接排放， 给水体环境带来的压力会更大，将使得江湖的富营养化进程加速。 随着工业的发展和水资源的紧缺，高盐生产废水污染程度越来越严重，成分 也越来越复杂，排放量也会越来越大，所带来的环境压力也会越来越大。特别是 在沿海地区地下水层含盐量都较高，含盐海水渗透进入下水道及排水管道系统， 带来了高浓度的氯化物和硫酸盐，要加强高盐污水治理的力度，做到“有污必治”。 另外，国家对排放至海洋的污水标准日益严格以及中水回用工作的重视程度也目 益增加，以天津市为例，天津市属中国北方严重缺水地区之一，对于渤海湾地区 的港口，将逐步减少污水排放量直至不向渤海湾排放一滴污水。因此，随着国家 “节能减排，循环经济”和建设资源节约型、环境友好型社会理念的逐步深入， 实现污水处理和中水资源化回用愈发显示出重要性。 1 3 含盐废水处理技术研究现状 目前，含盐有机废水主要采用的处理方式有两种：非生物法( 物理、化学) 和生 物法。由于此类废水所含溶解性的有机物比较高，一般物理、化学方法难以有效 处理并且即使用物化法处理其处理成本又很高，而生物处理法因具有高效、经济、 无害的特点，应该是作为首选的处理方法。目前为止，国内外学者采用了不同的 处理工艺研究了，含盐废水生化处理系统中盐度对有机物去除率的影响，盐度对 硝化脱氮效率的影响，盐度对活性污泥微生物生态的影响，盐度对系统稳定性的 影响，盐度对系统耗氧率和基质利用率的影响，嗜盐菌的培养等，并得出了一系 列不同含盐废水生化处理系统的设计参数。但是得出的结论因采用的工艺不同和 研究的水质不同而很不一致，甚至有些结论还互相矛盾，主要分歧就在于高盐度 的废水处理的效果上。以下就不同处理工艺对含盐废水的处理效果进行了比较性 研究： 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 ( 1 ) 传统活性污泥法 传统活性污泥法是目前采用生物处理方法中最普遍的一种处理方法之一，盐 度对传统活性污泥法的影响远大于盐度对生物膜法的影响，因此，通过在高盐环 境下对活性污泥的培养，驯化出对有机物降解性能良好的耐盐微生物，是处理高 盐有机废水的重要前提。 1 9 9 6 年，m f h a m o d a 等人采用活性污泥系统对高盐废水的处理进行研究， 研究发现：在高盐环境下，微生物的活性和c o d c ，的去除率均有所提高，在n a c i 浓度为0m g l 、1 0 m g l 、3 0m g l 时，t o c 去除率分别为9 6 3 、9 8 9 和9 9 2 。 这就说明在一定的高盐环境下，微生物生长并不会受到抑制，相反对一些嗜盐菌 的生长有促进作用，这就使得反应中微生物浓度增加，有机负荷降低，污泥的絮 凝性也随之升高。经动力学分析可以得到，随着盐度的增加，基质降解常数减少， 而污泥量增加1 5 】。1 9 9 5 年，陈郭健对高盐度、高氨氮肠衣废水的处理进行了研究， 研究中首先通过简单的絮凝预处理后，然后再进行p a c s b r 生化处理。结果表 明：有机物的去除效果佳，且脱氮效果显著，说明c l 对系统的生化处理能力并没 有明显的影响1 6 】。2 0 0 0 年，何健等采用逐步提高有机负荷盐浓度的方法，驯化出 耐高盐度的活性污泥。在进水n a c i 浓度为2 6 8 0 0 - 4 7 2 0 0m g l 之间时，保持较高 的污泥浓度可使反应器c o d 容积负荷达到1 6k g ( m 3 d ) ，c o d c ，和苯乙酸去除 率达到9 5 以上 7 1 。2 0 0 2 年，刘祥风，李青山，乌锡康对在高含盐量有机废水 中驯化活性污泥处理进行了研究。结果表明，驯化完成后的活性污泥对高含盐量 有机废水可以有效地进行处理，在n a 2 s 0 4 含量小于2 0 0 0 0m g l 内，废水中的有 机物去除能达到正常效果，指示剂苯酚的去除率稳定在9 0 以上。通过驯化，微 生物抵御盐抑制的能力大大的增强，在好氧系统中甜菜碱的抗钠毒性作用不明显 【8 】 o 存在的问题：抗冲击负荷差，池容积利用率低，氧利用率低，占地面积大， 基建费用高。 ( 2 ) m m o 法 1 9 9 9 年，t h o n g c h a ia n dp a n s w a d 采用a 2 o 法利用接种和未接种驯化活性污 泥对含盐废水进行研究，实验中厌氧、兼氧、好氧的水力停留时间分别为：2h 、2 h 、1 2h ，固体停留时间为1 0d ，其进水c o d c 。、n 、p 分别为5 0 0m e ：j l 、2 5m g l 、 15m g l 。当n a c i 浓度从0m g l 增加到3 0m g l 时，发现未经驯化的污泥c o d c ， 去除率从9 7 降到6 0 ，驯化污泥c o d 去除率从9 0 降到7 1 。氧吸收率( s o u r ) 在稳定状态下，随盐度增加而增加，总氮去除率减小较小，说明硝化细菌比异养 菌更能适应高盐环境，系统在受到剂量高达7 0m g l 的盐度冲击时，总氮去除率 减少到4 0 - 6 0 。反硝化菌比硝化菌有更好的盐度耐受力【9 1 。2 0 0 3 年，张延青 4 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 等采用a o 工艺对沿海城市海水利用后含海水污水对城市污水处理厂生物处理 系统可能造成的影响进行了实验研究。结果表明：当海水比例超过5 0 ( 此时污水 中的氯离子浓度约为8 5 0 0m g l ) 时，生物处理系统受到明显影响，生物活性受 到抑制，且较难恢复正常，c o d c ，、氨氮的去除率明显降低，出水水质己不能满 足城市污水厂二级出水水质要求【10 1 。 尽管a a o 法脱氮除磷效率高，耐冲击负荷强，但是由于其工艺复杂，占 地面积大，基建费用高，污泥内回流量大，能耗高，而本课题研究的主要方向是 如何能够有效去除纳滤浓水中的有机污染物，固不采用该方法。 ( 3 ) 生物滴滤池 l a w t o n 和e g g e r t 在2 0 世纪5 0 年代末对在高盐环境下盐度对滴滤池的影响 进行了研究，当盐度突然升高至2 0 0 0 0m g l 以上或从2 0 0 0 0m g l 的盐度环境突 变成无盐环境，系统中b o d 去除均出现负值现象，这就说明盐度对滴滤池的处 理效率有影响l 。2 0 0 1 年，d i n c e r 和k a r g i 研究了不同盐度( o 和1 0 0 ) 下废 水在生物转盘系统中去除的效果，并探讨了盐度同有机物去除率之间的关系。当 升高无机盐浓度时，c o d 的去除率则降低，当无机盐的浓度为5 和1 0 时， c o d 的去除率分别降低到8 5 和6 0 l 1 2 】，结果表明：当盐度过高时，盐度对生物 转盘系统的处理效果影响比较大。 存在的问题：( 1 ) 滤料问水流缓慢，水力冲刷力小；( 2 ) 生物膜只能自行脱 落，剩余污泥不易排走，滞留在滤料之间易引起水质恶化，影响处理效果；( 3 ) 滤料更换，构筑物维修困难，运行费用高。 ( 4 ) 转盘式好氧反应器处理含盐废水 k i m w i n d e y 等【l3 j 利用转动式生物接触反应器处理高盐废水，在含盐质量浓度 为3 0g l ，n 负载率为7 2 5m g ( l d ) 时，c o d 的去除率达8 4 。d i n e e r 等【1 4 1 采用转盘式好氧反应器处理自配的糖蜜含盐废水，当含盐的质量浓度低于5 0g l 时，c o d 的去除率可以达到8 0 。f i k r e tk a r g i 等【1 5 】在转动式生物转盘中投加嗜 盐菌来处理含盐废水，经研究发现当盐的质量分数大于3 时，其会对微生物去 除c o d 有抑制作用。在a q 为1 0 6 0 ( m 2 h ) m 3 的废水中，在不含盐时c o d 去除率为9 3 ，在0 3 ( 盐) 为5 时去除率降至8 5 ，在0 3 ( 盐) 为1 0 时去除率降 至6 0 。 存在的问题有：处理量小仅使用于中小规模污水处理厂，目前，国内外所用 生物转盘的盘片存在着生物膜易脱落、处理效率低、能耗偏高等缺点。不符合当 今倡导的建设低碳高效节约型社会。 ( 5 ) s b r 工艺处理含盐废水 w o o l a r d 等【l6 j 采用s b r 工艺，利用中度嗜盐菌处理含0 ) ( 盐) 为15 的有机 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 废水，苯酚的去除率高达9 9 5 。l e f e b v r e 等【1 7 j 利用好氧s b r 反应器处理含盐 制革废水( 废水中p ( n a c i ) 为3 4g l ) ，c o d ，p 0 4 3 ，t k n 和s s 去除率分别为 9 5 ，9 3 ，9 6 和9 2 ，水力停留时间为5 d ，c o d 有机负荷率为0 6k g ( m 3 d ) 。 张华等【1 8 】利用a b r + s b r 组合生物工艺处理高盐 p ( 总盐) 为2 7 4 3 1 8g ，l ，高 氯 9 ( c i ) 为1 4 0 0 0 1 5 0 0 0m g l 采油废水，出水的各项指标均达到g b 8 9 7 8 1 9 9 6 污水综合排放标准一级标准。周健等【旧1 将从榨菜腌制废水中筛选的耐盐菌 接种于s b b r 反应器中，可使s b r 反应器中活性污泥对高盐度废水具有良好的 适应性。其中进水盐度 0 ) ( n a c i ) 为2 ，9 ( c o d ) 为3 5 0 0m g l ，p ( t n ) 为5 3 0 m g l ，p ( n h 4 + - n ) 为1 5 0m g l 的榨菜废水，其出水p ( c o d ) 小于8 0m g l ， p ( n h 4 + - n ) 小于3m g l ，p ( t n ) 小于1 6m g l ，n h 4 + - n 和t n 的去除率分别为9 8 和9 6 。宋晶、孙德栋等【2 0 】采用s b r 方法通过直接驯化嗜盐菌来处理高盐废水， 利用培养的污泥进行高盐模拟废水处理试验，结果表明，对盐度为3 5 、c o d 为2 4 0 3 4 0m g l 的高盐废水，在运行周期1 2h 、污泥m l s s 为6 0 0m g l 、曝气 量0 6l m i n 、污泥龄为1 8d 条件下，c o d 去除率可达9 5 以上，n i - h + - n 去除 率可达6 1 ，t p 去除率可达5 5 。实验表明改变进水有机负荷对出水c o d 去 除影响不大，该系统耐有机负荷冲击能力较强，盐度负荷的改变对c o d 的去除 影响不大，而n h 4 + - n 去除率有明显变化，在3 5 和5 0 的盐度下，n h 4 + - n 去 除率分别为6 1 和3 1 。 工艺特征：无调节池、二沉池和污泥回流，结构简单，操作方便。污泥易于 沉淀，不产生污泥膨胀，通过调节运行方式可以达到脱氮除磷得目的，本工艺可 以实现全部自动化，处理水质优于连续式。 ( 6 ) 生物接触反应器处理含盐废水 生物接触氧化法又称淹没式生物滤池，是在生物滤池的基础上，通过接触曝 气方式演变成的一种污水生物处理技术。生物接触氧化法运行时填料全部浸没在 污水中，微生物膜大部分附着在固体填料上，利用机械曝气装置向水体充氧。由 于生物膜的吸附作用，生物膜表面上附着一层滞流薄水层，空气中0 2 通过滞流 层进入生物膜，在有氧条件下，污水层内有机物不断被膜内微生物吸附、氧化代 谢分解。在实验室条件下，r u e y s h i nj u a n g 掣2 1 】用微孔聚丙烯中空纤维膜接触器 作为生物反应器，当废水中n a c i 浓度达1 5 2m o l l 时，能完全降解5 0 0m g l 的 苯酚。张小龙【2 2 j 等采用强化接触氧化法处理高盐废水，试验使用两株嗜盐菌在 接触氧化反应器中通过连续操作对含盐废水进行处理，研究了盐度，c o d 负荷， 溶解氧对c o d 去除率的影响关系。在废水盐度为3 5 l ，进水c o d 为4 5 0 0 m g l ， c o d 容积负荷为3 5k g c o d ( m 3 d ) 时，c o d 去除率达9 0 左右，系统对废水 取得较好的去除效果。王新刚掣2 3 1 采用水解酸化生物接触氧化法处理高盐含油 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 废水，水解酸化作用使废水的可生化性提高了1 0 2 ，在水利停留时间为1 4h ( 水 解8h + 好氧6h ) 的情况下，系统运行稳定，出水水质良好，c o d 及油的去除率 分别维持在8 5 和8 8 左右，出水己达到国家污水排放一级标准。同时他们还 指出了，系统中进水盐质量浓度应保持小于2 0g l ，才能获得良好的去除效果。 工艺特征：微生物种类多，生物网过滤，耐冲击负荷，勿需污泥回流，不产 生污泥膨胀，污泥生产量少，易沉淀。主要的缺点：填料可能堵塞，布水、曝气 不易均匀。 ( 7 ) 高级氧化法 张叶来，张玉先 2 4 】等采用0 3 b a c 和粉末活性炭g a c 两种预处理工艺去除 浓水中的有机物，两种工艺均可保证系统的出水c o d 小于3 0m g l ，满足r o 膜对进水c o d 的要求。以n a o h 作为软化剂进行r o 浓水的软化中试试验，在 n a o h 的投加量为4 0 0 4 4 0m g l 、聚合氯化铝( p a c ) 的投加量为5m g l ( 在软化 反应后期投加) 、曝气量为o 1m 3 ( h m 2 ) 的条件下，软化装置对总硬度、c o d 、 n h 3 - n 的去除率分别约为8 0 、( 7 1 2 ) 、3 0 。 高级氧化法最大的问题就是成本高昂，难以大规模应用。 ( 8 ) 厌氧反应器 大量含盐有机废水( 如海产品加工废水) 采用厌氧处理更具有实用性。 1 9 8 8 年，a r j e n r i n z e m a 研究了u a s b 反应器中盐度对硝化的影响，p h 值为 6 5 7 2 时，盐度分别为5g l 、1 0g l 、1 4g l 时，乙酸形成甲烷会减少1 0 、 5 0 、1 0 0 2 5 1 。 1 9 9 2 年，r m e n d e z 用厌氧处理加工海产品废水( c l 质量浓度为1 5g l ) ，不 但可以处理来自多个工厂的海产品废水，而且在水质水量发生变化时，处理效果 也仍很稳定。c o d c ，有机负荷在4k g ( m 3 d ) 时，去除率达到7 6 8 0 【2 6 1 。 1 9 9 5 年，g u m e r s i n d of e q o o 利用u a s b 研究v f a 的甲烷化反应。当钠离子 的质量浓度从3g l 增加到1 6g l 时，硝化作用减少5 0 ，厌氧污泥显示了较高 的耐盐性。经过4 0d 的硝化反应，当钠离子的质量浓度为2 1 5g l 时，甲烷菌 活性增加了4 5 。当阴阳离子同时存在时，会产生拮抗作用，从而影响了钠离子 的毒性1 27 | 。 综上述，在含盐量不同的情况下，不同的处理工艺，其处理效果也不尽相同， 尤其是在高盐度的情况下，微生物代谢受到严重影响，再加上由于废水水质、处 理工艺、运行条件及微生物驯化方式的不同，得出的实验结果也有很大不同。通 过对以上处理含盐废水的工艺及特点的研究，最后选择s b r 工艺和生物接触氧 化工艺作为本试验处理纳滤浓水的主体工艺，s b r 反应器对高盐的环境具有一 定的抵抗力，且该工艺耐冲击负荷强，一般不发生污泥膨胀，不需要污泥回流， 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 运行效果稳定，操作方便简单，容易控制；生物接触氧化处理工艺具有微生物种 类多，池容体积小，耐冲击负荷强，勿需污泥回流，不产生污泥膨胀等。尽管两 种工艺的优点有很大的相同和相似之处，但是s b r 系统的活性污泥是悬浮态， 而生物接触氧化系统的活性污泥是附着态的，并且两种工艺的运行条件也不尽相 同，所以本试验选择这两种工艺，分别研究对纳滤浓水去除效果的影响，得出两 种工艺独立运行情况下的优化参数，最后对两种工艺进行比较，得到纳滤浓水污 染物去除效果最佳的工艺。 1 4s b r 工艺应用研究及发展 1 4 1 研究现状 s b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 是序批式间歇活性污泥法的简称，该工艺不 同于传统活性污泥法，它结构形式简单，运行方式灵活，抗冲击负荷能力强及有 脱氮除磷功能等优点。 1 9 9 9 年，c h a r l e sg l a s s 进行了在s b r 反应器中高盐高氨氮污水的处理研究， 在试验条件p h 值为9 ，硝酸氮浓度为8 2 0 0m g l ，t d s 为l8 ，污泥经过驯化 后有脱氮的功能，而p h 值为7 5 ，硝氮质量浓度为5 4 0 0m g l 时，即使是驯化 活性污泥，系统也完全停止反硝化反应。研究表明盐度增加会导致脱氮率减小【2 8 1 。 2 0 0 3 年，李琳琳，林冰，徐金枝等利用c a s s 法对含盐废水的处理进行了 研究。研究中采用鱼品加工厂生产废水，并采用掺一定比例的海水来增加废水盐 度作为实验用水，通过含盐量的不断增加来研究系统的耐盐性，通过含盐量的降 低和升高来研究系统的抗盐度波动性。实验表明，当废水中氯离子的质量浓度超 过4 5 0 0m g l 后，c a s s 生化处理系统的抗海水浓度波动能力减弱，遇到相同浓 度梯度的冲击时，所需的恢复时间较长【2 9 1 。 2 0 0 9 年，赵利平、龚丽等通过用c a s t 方法来处理高盐废水的试验研究。 在溶解氧为2 0 - 3 0m g l 、p h 值为7 0 左右、污泥浓度为3 5 0 0m g m 的试验条件 下，进水c o d 为3 5 0m g l 及n h 4 + - n 为4 0m g l 左右时，有机物的去除率和生 物脱氮效率整体上会随着盐度的升高而降低，当盐度超过1 7 2 5g l ( 5 0 海水比 例) 时，有机物的去除效率明显下降，说明去除有机物的微生物的耐盐极限为 1 7 2 5 l ；与有机物去除率相比，海水比例在7 0 范围内，氨氮去除率受盐度影 响不大，这种差别是由于盐度对微生物去除有机物和氨氮的影响程度不同造成的 【3 0 0 2 0 1 0 年，宋晶、孙德栋等应用s b b r 法处理高盐废水，通过逐步提高盐度 8 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 的方法驯化出耐高盐的活性污泥，采用序批式生物膜法( s b b r ) 进行模拟高盐废 水的处理试验，对盐度为0 和2 ，c o d 为3 0 0m g l 的高盐废水进行研究。结果 表明，在每周期1 2h 、曝气量0 6l m i n 、平均污泥质量浓度2 0 0 0 3 5 0 0m g l 、 污泥龄为1 8d 条件下，出水c o d 的去除率变化不大，分别为9 7 和9 3 ，而相 应的出水n h 4 + - n 去除率从9 3 降低到7 2 ，表明废水盐度增大，对系统的硝化 能力有较大影响。改变进水有机负荷对出水c o d 去除影响不大，证明该系统耐 有机负荷冲击能力较强1 3 1 1 。 1 4 2 工作原理及特点 原则上，可以把问歇式活性污泥法系统作为活性污泥法的一种变法，一种新 的运行方式。如果说，连续式推流式曝气池，是空间上的推流，则间歇式活性污 泥曝气池，在流态上虽然属完全混合式，但在有机物降解方面，则是时问上的推 流。在连续式推流曝气池内，有机污染物是沿着空间降解的，而间歇式活性污泥 处理系统，有机污染物则是沿着时间的推移而降解的。间歇式活性污泥处理系统 的间歇式运行，是通过其主要反应器一曝气池的运行操作实现的。曝气池的运行 操作，是由流入，反应，沉淀，排放，待机等5 个工序组成。这5 个工序都在曝 气池这一个反应器内进行、实施。 s b r 系统与连续式活性污泥法系统相较，本工艺系统组成简单，无需设污 泥回流设备，不设二沉池，曝气池容积也小于连续式，建设费用与运行费用都较 低。此外s b r 系统还具有以下特征： ( 1 ) 在大多数情况下( 包括工业废水处理) ，无设置调节池的必要。 ( 2 ) s v i 值较低，污泥易于沉淀，一般隋况下，不产生污泥膨胀现象。 ( 3 ) 通过对运行方式的调节，在单一的曝气池内能够进行脱氮和除磷反应。 ( 4 ) 应用电动阀、液位计、自动计时器及可编程序控制器等自控仪表，可 能使本工艺过程实现全部自动化，而由中心控制室控制。 ( 5 ) 运行管理得当，处理水水质优于连续式。 1 4 3 主要影响因素 根据试验研究的内容和目的的不同，影响s b r 系统处理效果的主要因素也 不尽相同，归纳影响s b r 系统处理效果的主要因素包括： ( 1 ) 反应时间 s b r 系统一个周期分为进水，反应，沉淀，排水，待机五部分。水体中污 染物的去除主要就是发生在反应时间段内，因此，反应时间对系统去除污染物具 有十分重要的作用，在其他条件不变的情况下，反应时间的长短直接影响到系统 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 对污染物去除的效果，根据不同的废水水质，反应段又可以分曝气，缺氧，厌氧 反应等，如何调整各个反应段的时间也是本课题要研究的一个重要内容。 ( 2 ) 溶解氧 溶解氧是活性污泥好氧处理过程的重要控制参数，在微生物好氧降解有机物、 硝化都是好氧过程，在好氧段要保持溶解氧维持在略高于好氧微生物连续生长所 需的溶解氧浓度，对于硝化反应的曝气池，溶解氧含量不能低于1m g l 。在缺 氧段要保持溶解氧浓度适合厌氧或兼性厌氧性，如反硝化菌适宜的溶解氧浓度应 不大于0 5m g l 。 ( 3 ) 污泥浓度 活性污泥微生物是活性污泥处理系统的核心。在混合液内保持一定数量的活 性污泥微生物是保证活性污泥处理系统运行正常的必要条件。活性污泥微生物高 度集中在活性污泥上，活性污泥是以活性污泥微生物为主体形成的，对此，以活 性污泥在混合液中的浓度大小来分析系统处理有机物的效果有着重要的意义。 ( 4 ) 污泥龄； 污泥龄( 生物固体平均停留时间) 是活性污泥处理系统设计、运行的重要参数， 在理论上也有重要意义。污泥龄与污泥去除负荷呈反比关系。这一参数还能够说 明活性污泥微生物的状况，世代时间长于污泥龄的微生物在曝气池内不可能繁衍 成优势菌种属，如反硝化菌的污泥龄在1 5 天左右，只有当系统中活性污泥龄超 过1 5 天，反硝化菌才能够成为优势菌种。 ( 5 ) p h 微生物的生理活性与环境的酸碱度密切相关，p h 值的变化可以引起细胞膜 电荷的变化，从而影响了微生物对营养物质的吸收，还可以影响代谢过程中酶的 活性，改变生长环境中营养物质的可给性及有害物质的毒性。一般情况下，最佳 p h 范围介于6 5 8 5 之间。 ( 6 ) 温度 在影响微生物生理活动的各项因素中，温度的作用非常重要。温度适宜，能 够促进、强化微生物的生理活动，温度不适宜，能够减弱甚至破坏微生物的生理 活动。温度不适宜还能导致微生物形态和生理特性的改变，甚至可能使微生物死 亡。因此本实验将温度作为影响系统去除污染物的一个重要因素。 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 5 生物接触氧化技术应用研究及发展 1 5 1 研究现状 生物接触氧化法是生物膜法的一种形式，它是在生物滤池的基础上，从接触 曝气法改良演化而来的，因此有人称其为“浸没式滤池法”、“接触曝气法”等。 早在1 9 世纪末韦林( w a r i n g ) 、迪特( d i r e r ) 等人就试验研究了接触氧化法处理污 水。1 9 1 2 年克洛思( c l o s s ) 获得了德国的专利登记，但是发展为正规的污水处理 法，还是德国的贝奇( b a c t h ) 和美国的布思维尔( b u s w e l l ) 分别在埃姆兴、阿尔巴 纳处理场实现的。1 9 3 8 年，在日本的歧阜市亦进行过试验研究，那时候的接触 氧化处理效果都不理想，b o d 去除率低【3 2 1 。 自2 0 世纪7 0 年代后期以来，生物接触氧化法在我国得到了广泛的应用，1 9 9 0 年，安丽、顾国雄应用二段生物接触氧化法来处理含盐有机废水，实验表明：生 物接触氧化法对含盐有机废水( 2 5 0 0 0p p m 和3 5 0 0 0p p m 盐度) 有较好的处理效果。 盐度和有机负荷等因素对系统处理效果有较大的影响。盐度较低时，系统的去除 率较好：随着有机负荷增大，系统的去除率一般下降 3 3 。 2 0 0 4 年，武桂芝，武周虎，沈晓南，白焕文采用生物接触氧化法对含海水 城市污水进行了试验研究。试验结果表明：当海水比例不超过3 5 时，生物接触 氧化系统对c o d c 。的去除率可达8 4 以上，出水c o d c 。小于1 0 0m g l ，n h 3 n 去除率高于9 0 ，出水n h 3 - n 小于8 0m g l ，出水完全满足城市污水二级排放 要求；当海水比例超过4 5 时，生物接触氧化系统受到了明显影响，对c o d c ， 去除率仅为5 5 7 5 ，且出水c o d c r 高于1 2 0m g l ，系统对n h 4 + - n 去除率也 降到6 7 左右；并且随着污水中海水含量的增加，生物膜上微生物的种类及数量 则逐渐减少【”j 。 随着污水排放标准越来越严格，对污水处理的要求越来越高。近年来，生物 接触氧化法在工艺上有了很大的改进，出现了一些新型的反应器。 ( 1 ) 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 e r ，简称b a f ) 是一种新型好氧生物处理 设备。它与传统生物接触氧化池有较大的类似，采用固定床形式，只是填料尺寸 更小，采用新型粒状填料，具有体积小、处理效率高、出水水质好等优点。气水 并流向上，从而增大了气水接触面积，有利于氧的转移。曝气生物滤池中的颗粒 状填料，一方面提供微生物生长的场所，另一方面，可以截留污水中的固体悬浮 物和产生的剩余污泥。曝气点以下的滤层则起到了过滤的作用，进一步截留水体 中的悬浮物和填料上脱落的生物膜，完成固液分离的过程。当滤池运行到一定时 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 期，随着生物量和滤料中截留杂质的增加，滤料中水头损失增大，水位上升，需 对滤料进行反冲洗，反冲洗废水通过排水管回流到一级处理设施。当进水浓度过 高时需进行稀释，