（环境工程专业论文）icaobiofor工艺处理高浓度有机废水的研究.pdf

摘要 摘要 i i i p i i li i i i ii i h i i l l l li i i ll l l l l l i y 2 1 4 18 9 2 江西某生产乳酸的生物化工有限公司在生产过程中产生大量的高浓度有机 废水，采用i c + 刖o + b i o f o r 组合工艺对其进行处理，通过对组合工艺进行理 论研究，并结合实际工程的启动、运行研究，得出以下研究成果： l 、由于该废水的进水c o d 。，浓度较高，在3 0 0 0 1 1 0 0 0 m e f l l ，属于高浓度有 机废水，先用i c 进行厌氧处理后可以有效的去除大部分c o d 。，。进水p h 在 6 5 8 0 ，温度在3 0 3 8 c ，i c 满负荷运行时的容积负荷为1 0 k g c o d m 3 d ，上 升流速为0 6 m h ，i c 稳定运行后，出水的c o d 。，浓度在1 0 0 0 m g l 以下，去除 率在7 5 9 0 。废水经厌氧处理后减轻了后续好氧工艺的负荷，确保了好氧工 艺的正常运行。 2 、研究表明，p h 、温度、d o 浓度及混合液回流比等是影响a o 运行的重 要因素，当c ：n ：p 保持在1 0 0 ：5 ：1 ，缺氧池( a 池) 的溶解氧控制在o 5 m g l 以下， p h 为6 5 7 5 ，温度5 4 0 ；好氧池( o 池) 的溶解氧保持在2 0 m g l - 4 0 m g l ， p n 为7 0 - 8 0 ，温度2 0 4 0 ，混合液回流比为1 时，经过4 0 d 的启动，系统 进入稳定运行阶段，对c o d 。，及氨氮的去除效果基本都能稳定在8 5 左右。 3 、b i o f o r 的成功挂膜与稳定运行主要受到反冲洗、气水比、容积负荷和 水力负荷等各要素的影响。当气水比控制在( 6 8 ) ：1 ，并控制容积负荷及水力负荷， 1 5 d 后b i o f o r 挂膜成功，稳定运行后，对c o d 口的去除率在6 0 左右。经过 b i o f o r 滤池的深度处理后，进一步去除了剩余的c o d 。，、氨氮，能较好的保证 出水稳定。 4 、研究表明，采用i c + 刖o + b i o f o r 组合工艺处理该厂的高浓度有机废水 处理效果良好，系统对c o d 。，和n h 3 - n 的去除率分别稳定在9 8 和8 8 左右， 出水的各项指标均可达到污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 的一级标准要求， 而且系统运行稳定。 关键词：高浓度有机废水i ca ob i o f o r a b s t r a c t a b s t r a c t ab i o l o g i c a la n dc h e m i c a lc o ，l t d i nj i a n g x ip r o v i n c e ，w h i c ht h ep r o d u c t i o n w a sl a c t i ca c i d ，a n dal a r g en u m b e ro fh i g hc o n c e n t r a t i o no r g a n i cw a s t e w a t e rw a s p r o d u c e di nt h ep r o d u c t i o np r o c e s s t h ew a s t e w a t e rw a st r e a t e db yt h ec o m b i n e d p r o c e s so fi c + a o + b i o f o r t h r o u g ht h es t u d y i n go nt h et h e o r yo ft h ec o m b i n a t i o n p r o c e s s ，a n dw i t ht h er e s e a r c h i n go ft h ep r a c t i c a lp r o j e c ts t a r t i n g u p ，c o m m i s s i o n i n g a n dr u n n i n g ，c a m et ot h ef o l l o w i n gf i n d i n g s ： 1 、t h ew a s t e w a t e rw a sh i g hc o n c e n t r a t i o no r g a n i cw a s t e w a t e r , t h ei n f l u e n t c o d e rc o n c e n t r a t i o nw a s h i 曲，b e t w e e n3 0 0 0t o110 0 0 m g l ，a f t e rt h et r e a t m e n tb y i cc o u l de f f e c t i v e l yr e m o v em o s to fc o d e r i n f l u e n tp hw a s6 5 8 0 ，t e m p e r a t u r e w a s3 0 。c - 3 8 。c w h e nr u na tf u l l c a p a c i t yt h eo r g a n i cl o a dw a s1 0 k g c o d m 3 d ， u p - f l o wv e l o c i t y w a so 6 m h ，w h e nt h es y s t e mw a ss t a b l y r u n n i n g ，t h ec o d e r c o n c e n t r a t i o no ft r e a t e dw a s t e w a t e rw a sb e l o w10 0 0m g l ，t h er e m o v a lr a t ew a s 7 5 0 旷9 0 w a s t e w a t e rw a sf i r s t l yt r e a t e db ya n a e r o b i ct r e a t m e n tt or e d u c et h el o a d o nt h es u b s e q u e n ta e r o b i cp r o c e s s ，e n s u r et h a tt h ea e r o b i cp r o c e s sc a nr u nn o r m a l l y 2 、t h es t u d ys h o w e dt h a tt h ep h ，t e m p e r a t u r e ，d o ，a n dt h em i x t u r er a t i ow e r e v e r yi m p o r t a n tt ot h ea oo p e r a t i o n ，w h e nt h ec ：n ：pw a sm a i n t a i n e da t1 0 0 ：5 ：1 ，t h e d i s s o l v e do x y g e nc o n t r o l l e db e l o w0 5m g li nt h ea n o x i ct a n k ( p 0 0 1 ) ，p hw a s6 5 7 5 ，t e m p e r a t u r ew a s5 4 0 。c ；d i s s o l v e do x y g e nw a sm a i n t a i n e d2 0 m g l t o 4 0 m g li nt h ea e r o b i ct a n k ( op 0 0 1 ) ，p hw a s7 0 - 8 0 ，t e m p e r a t u r ew a s2 0 c - 4 0 。c ， t h er e t u r nr a t i ow a s1 ，a f t e r4 0d a y s ，t h es y s t e mc o u l do p e r a t es t a b l y , t h ec o d e ra n d n h 3 - nr e m o v a le f f i c i e n c yw e r es t a b i l i z e da t8 5 b ya os y s t e m 3 、t h es u c c e s s f u lb i o f i l mf o r m a t i o na n ds t a b i l i t yr u n n i n go fb i o f o rw e r e i n f l u e n c e db yt h eb a c k w a s h ，g l ，o r g a n i cl o a da n dh y d r a u l i cl o a d w h e ng lw a s c o n t r o l l e da t ( 6 - 8 ) ：1 , a n dc o n t r o l l e dt h eo r g a n i cl o a da n dh y d r a u l i cl o a d ，a f t e r15d a y s b i o f o rb i o f i l mw a ss u c c e d e d t h er e m o v a lr a t eo fc o d e rw a sa b o u t6 0 w h e n b i o f o rw a ss t a b l y o p e r a t i n g a f t e rt h e d e p t ht r e a t m e n tb yb i o f o r , f u r t h e r r e m o v e do ft h er e m a i n i n gc o d e r , n h 3 - n ，i tc o u l db e t t e re n s u r et h es t a b i l i t yo f e f f l u e n t i i 垒里璺! ! 坠里! i - _ - _ _ i _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ l _ _ _ _ _ _ l - _ _ - _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ 一 4 、s t u d i e sh a v es h o w dt h a t ，t h et r e a t m e n te f f e c t i o nw a sv e r yg o o db yu s i n g i c + a o + b i o f o rc o m b i n a t i o np r o c e s st ot r e a tt h ep l a n t sh i g hc o n c e n t r a t i o no r g a n i c w a s t e w a t e r , t h er e m o v a le i t i c i e n c i e so fc o d c ra n dn h 3 - nw e r ea b o u t9 8 a n d8 8 t h ee m u e n ti n d i c a t o r sw e r ea b l et om e e tt h ef i r s tc l a s sc r i t e r i as p e c i f i e di ni n t e g r a t e d w a s t e w a t e rd i s c h a r g es t a n d a r d ( g b 8 9 7 8 19 9 6 ) ，a n dt h es y s t e mw a sr t m n i n gs t a b l y k e yw o r d s ：h i g hc o n c e n t r a t i o no r g a n i cw a s t e w a t e r , i cr e a c t o r , a o ，b i o f o r 第1 章绪论 第1 章绪论 水环境的有机污染在当今世界已经成为了一个全球性的环境问题。2 0 世纪 5 0 年代以来，人工合成的有机物种类与数量随着化学工业及其他新型工业的发 展在快速增长。这些有机物一旦进入水环境形成的高浓度有机废水就会引发一 系列水体污染、生态环境恶化等问题，严重威胁了人类的生存及社会的进步， 也阻碍了相关工业的发展。据有关报道指出，8 0 9 0 人类癌症的发生与环境 因素有关，而在已发现的致癌化学物中，8 0 以上为有机污染物【l j 。因此，高浓 度有机废水的处理已经成为世界各国环境保护亟待解决的一个难题。 1 1 高浓度有机废水的来源与危害 1 1 1 高浓度有机废水的来源与危害 水污染问题里总污水量中7 0 以上的是工业废水，而工业废水中又以高浓 度有机废水为主。高浓度有机废水一般指的是由造纸、皮革、食品工业及化学 工业等排出的化学需氧量( c o d ) 在2 0 0 0 m g l 以上的废水1 2 。按性质与来源的不 同可将高浓度有机废水分为以下三类1 3 1 ：第一类来源于食品工业废水等以农牧产 品为原料的工业废水，这类高浓度有机废水不含有害物质且易于生物降解；第 二类指的是部分化学工业、冶金工业和制药业废水等，这类高浓度有机废水含 有有害物质且易于生物降解；第三类来源于农药生产工业废水和有机化学合成 工业废水等，这类高浓度有机废水含有有害物质且不易于生物降解。高浓度有 机废水中往往含有大量的有机物质，比如蛋白质、脂肪、碳水化合物等，所以 如果不对其进行处理而直接排放，必定会对水环境产生严重的污染。 高浓度有机废水的危害可归纳为i l l ：分解废水中的污染物需要消耗大量溶解 氧( d o ) 造成的需氧性污染危害、污染成分往往具有强酸或强碱性从而改变水体 的p h 造成的酸碱污染危害、废水色度高有异味造成的感官性污染危害、以及废 水成分中的含有的有毒有机物或重金属等造成的致毒性污染危害等。 1 1 2 高浓度有机废水的处理现状及发展趋势 结合国内外的研究与工程实践可知，现阶段主要使用物化处理法和生物处 第1 章绪论 理法对高浓度有机废水进行处理。常用的物化处理法主要有：混凝法【4 】【5 】、膜分 离法【6 】、高级氧化法【7 9 】、微电解法1 0 】 1 1 1 等，虽然处理方法不容易受到水质水量 变动的影响、且出水水质也相对稳定，然而如果只是单独使用这些物化处理的 方法来处理高浓度有机废水，就会有较难处理、运行成本高等缺点。 相对于物化处理法，生物处理法由于具有处理能力大、操控简便、设备自 动化程度高、经济可行以及不会造成二次污染等特点，成为了目前世界上各国 处理有机废水尤其是是高浓度有机废水的主要方法。生物处理法主要有好氧生 物处理法、厌氧生物处理法及厌氧一好氧组合处理法。其中，好氧生物处理法 比较适合对浓度较低的中、低浓度的有机废水进行处理，经过好氧生物处理后 的出水水质都较好；而厌氧生物处理法很适合应用于对高浓度有机废水的处理， 并且运用厌氧生物法处理有机废水还具有较高的去除负荷、较小的动力消耗等 优点，但经厌氧生物法处理后的出水往往难以达到排放的标准。结合好氧生物 处理法及厌氧生物处理法各自的特点可知，如果把它们组合起来运用，发挥各 自的优点，就能对高浓度有机废水进行有效的处理。例如采用膨胀颗粒污泥床 和好氧活性污泥法相结合的方法处理高浓度的变性淀粉废水【l2 1 、采用两相厌氧 消化与接触氧化法的串联工艺处理中药生产废水l l3 、采用上升流式厌氧污泥床 ( u a s b ) 与两级好氧生物接触氧化法组合的方法处理高浓度甲基苯甲酸生产废水 【1 4 】等，另外还有其他很多采用厌氧好氧组合工艺处理其他高浓度有机废水的实 践报告，通过这些实例的研究及证明，不难看出，这些厌氧好氧组合工艺对高 浓度有机废水的处理效果较好，出水水质稳定且均能达到排放标准，并且由于 其经济可行在实际应用中均取得了良好效果。 综上所述，我们知道由于每种处理方法都会存在着一定的限制性，单一的 处理技术就通常都不能取得令人满意的处理效果，因此优化组合工艺的研究开 发与利用将会是今后高浓度有机废水治理的重点。 1 2 厌氧生物处理技术 1 2 1 厌氧生物处理的基本原理 厌氧生物处理指的是废水中的各种有机物质在无分子氧的条件下，被厌氧 微生物( 包括兼氧微生物) 的生物降解的作用分解、转化为c h 4 和c 0 2 等物质的过 程旧，也称为厌氧反应或者厌氧消化。 2 第1 章绪论 目前被认为对厌氧生物处理过程较为全面和准确的描述的是三阶段理论和 四类菌群理论。其中厌氧消化过程的三阶段理论是由2 0 世纪7 0 年代，b r y a n t 提出的( 如图1 1n n ) b 6 。三阶段理论所描述的是： 产甲烷菌 图1 1 厌氧消化过程三阶段和四类群理论 f i 9 1 1t h r e e - s t a g ea n df o u r - p o p u l a t i o nt h e o r yo fa n a e r o b i cd i g e s t i o n 厌氧消化的第一阶段是指，复杂的有机物在水解发酵细菌的作用下被转化 为些简单的产物的过程，如碳水化合物、蛋白质与脂肪等被转化成单糖、氨 基酸、脂肪酸、氢气、二氧化碳等；厌氧消化的第二阶段是指，第一阶段的产 物在产氢产乙酸菌的作用下被转化为氢气、二氧化碳和乙酸的过程，例如： 丙酸的转化 c h 3 c h 2 c o o h + 2 h 2 0 一c h 3 c o o h + 3 h 2 + c 0 2 乙醇的转化 c h 3 c h 2 0 h 十皿d 寸c h 3 c o o h + 2 h e 在厌氧消化过程第三阶段的反应是通过生理上不同的两组产甲烷菌的共同 作用完成的，其目的是把前面阶段的产物转化为甲烷和二氧化碳等产物。其中 3 第1 章绪论 的一组细菌把日，和c o ，转化成c h 。，即： 4 皿+ c d 2 专c h 4 + 2 日2 d 另组细菌则是把c h ，c o o h 脱羧转化为c h 。，即： c h 3 c o o h c h 4 + c q 四菌群学说即四类群理论是由z e i k u s 提出的【l 刀( 见图1 1 ) ，指的是，根据细 菌的不同代谢方式，参与厌氧消化过程的发酵细菌被划分为4 类菌群，它们是 水解发酵细菌群、产氢产甲烷菌群、产甲烷细菌群和同型产乙酸细菌群( 耗氧产 乙酸菌群) 。也就是说，与b r y a n t 提出的三阶段理论相比，z e i k u s 提出的四类群 理论增加了同型产乙酸菌群( 耗氧产乙酸菌群) ，它们能将氢气、二氧化碳合成为 乙酸，这也是这类菌群的代谢特点。但是有关研究结果表明，这一部分的乙酸 产量可以忽略不计。 一直以来，人们不断深入研究和探索厌氧消化过程的理论原理与实际应用， 相继发明出了一批高速厌氧反应器，也已经被一些大规模的废水处理工程采用， 而且应用后所取得的处理效果也较好。在厌氧反应器的发展过程中，厌氧生物 处理的范围也在逐渐扩大，从起初只是运用于对污水污泥进行消化处理到现在 可以对各种有机废水进行处理，比如对高浓度有机废水的处理，甚至是在低浓 度生活污水的处理中也得到了很好的应用。近年来，厌氧滤池a f ( a n a e r o b i cf i l t e r ) 和上升流厌氧污泥床反应器u a s b ( u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb e d ) 在世界各国的 各种高浓度有机废水的处理中均得到了广泛地应用【l 引，另外内循环厌氧反应器 i c ( i n t e r n a lc i r c u l a t i o nr e a c t o r ) 也由于处理效率高，节省占地面积等优点越来越 受到重视。 1 2 2 厌氧生物处理法的优缺点 由于好氧生物处理法的能耗较大，剩余污泥量又较多，所以相比好氧生物 处理法，高浓度有机废水更适合用厌氧生物处理法进行处理，在以前厌氧生物 处理则主要用于处理城市污水处理厂的污泥和有机废料等，现在则甚至可以用 于对中、低浓度的有机废水进行处理。与好氧生物处理法相比，厌氧生物处理 法具有以下优尉1 7 1 1 9 】：适用范围比较广、对营养物质的需求量小、产生的剩余 污泥量少且脱水性好、能耗较低并且具有一定的杀菌效果等。 当然在这些优点之外，厌氧生物处理法自身也存在一些缺点，比如：启动 4 第1 章绪论 和处理的时间较长、处理后的废水难以达到排放标准、可能造成二次污染、操 作控制复杂等。 1 2 3 内循环o c ) 厌氧反应器 内循环厌氧反应器( i n t e r n a lc i r c u l a t i o nr e a c t o r ，简称i c 反应器) 是荷兰帕克 ( p a q u e s ) 公司8 0 年代中期在上升流厌氧污泥床反应a ( u p f l o wa n a e r o b i c s l u d g eb e d ，简称u a s b ) 的基础上进行研究开发，并且取得成功的第三代高效厌 氧反应器 2 0 i 。i c 反应器中的废水和污泥由于内循环作用能得到很好的相互接触、 摩擦，传质效率得到了强化，因此污泥的活性很高，又由于其高径比大、有机 负荷高等特点，有着重大的理论意义和实用价值，是现代高速厌氧反应器的一 种突破团i 。 ( 1 ) i c 反应器的原理 i c 反应器的高度可以达到1 6 - 2 5 m ，并且有很大的高径比，一般可达4 8 。 其基本构造与工作原理如图1 2 所示【2 2 2 4 1 。 沼气外排 第二反应 室集气罩 回流管一，一； 一。一 一t t 1 _ 一 进水l _ 。 图1 2 i c 反应器构造原理 f i 9 1 2t h es t r u c t u r ea n dp r i n c i p l eo fi cr e a c t o r 由图1 2 可以看出，i c 反应器由配水系统( 混合区) 、第一反应室( 污泥膨胀 床区) 、第二反应室( 精处理区) 、内循环系统和出水系统5 个基本部分组成。其 5 第1 章绪论 中，i c 反应器最重要的核心部分是内循环系统，其组成结构包括下层的三相分 离器、生物气提升管、污泥回流管和气液分离器。从图上看反应器的整体是由 第一反应室( 污泥膨胀床区) 和第二反应室( 精处理区) 上下叠加而成的，在两个反 应室的顶部都各自设有一个气液固三相分离器，这样也可以把i c 反应器就看 做是由上下两个u a s b 反应器串联叠加而成的。下部污水污泥混合液的内循环 是通过下部的u a s b 反应器即第一厌氧反应室里发生反应所产生的沼气作为动 力来实现的，在这一级里废水得到强化的预处理；上面的u a s b 反应器即第二 厌氧反应室则再对废水进行进一步的处理，使最后处理后的出水可以达到预期 的效果。 ( 2 ) i c 反应器的特点 i c 反应器具有口5 】【2 6 】：生物浓度高、容积负荷率高；占地面积小、节省用地 及基建投资费用；能利用沼气提升来实现自身的内循环；抗冲击负荷及抗低温 能力强，低温运行稳定；能缓冲p h 值；上部出水为清水，不易堵塞，且出水水 质较稳定；污泥产量低且稳定；能够产生优质燃料甲烷等特点。 ( 3 ) i c 反应器的国内外应用情况及发展前剽2 7 2 9 】 据有关资料报道，1 9 8 9 年在荷兰建造了用来处理啤酒废水的高2 2 m 、体积 9 7 0 m 3 的第一座i c 反应器，其进水的容积负荷高达2 0 4 k g c o d ( m 3 d ) 。现在早 已经建成多座处理啤酒废水和土豆废水的i c 反应器。1 9 9 6 年沈阳华润雪花啤酒 有限公司建成的一座i c 反应器高1 6 m ，体积7 0 m 3 ，c o d 容积负荷率高达 2 5 3 0 k g c o d ( m 3 d 1 ，对c o d 的去除率稳定在8 0 ，这座i c 反应器是我国从 p a q u e s 公司引进的第一套i c 反应器处理技术，现在我国的上海无锡等地的一些 啤酒厂也已经相继建成了多座i c 反应器。通过相关的工程实践报告可以看出， 目前高浓度有机废水的处理已经开始广泛使用i c 反应器做处理，例如淀粉1 3 0 1 、 啤酒【3 1 1 、造纸吲以及其他各个行业的污水处理都得到了很好的应用，并且结果 都表明处理效果很好。 1 3 好氧生物处理技术 1 3 1 好氧生物处理的基本原理及工艺 好氧生物处理法指的是，好氧微生物在有游离氧即分子氧存在的条件下， 通过生物降解作用降解废水中的有机物质，使其稳定、无害化的处理方法3 3 1 。 6 第1 章绪论 一般用于高浓度有机废水的好氧生化处理法主要有：序批式活性污泥法 ( s b r ) 【3 4 】、深井曝气法( d s p ) 、好氧生物流化床( a b f b ) 及其他生物膜法等， 工程实例及研究结果都表明有很好的处理效果。 1 3 2 刖。池的原理及特点 a o 工艺实际上可以概述为是使污水以及污泥顺次厌氧、好氧交替循环流动 的一种生物处理方法，对生物脱氮非常有效。通过硝化和反硝化两个生化过程 完成废水的生物脱氮。 a o 工艺中的a 池也叫做反硝化池，在里面进行的反硝化反应是指硝酸盐 和亚硝酸盐被反硝化菌还原为气态氮的过程。反硝化细菌大多数都属于异养的 兼性厌氧菌，它们能利用各种有机基质作为碳源，即反硝化反应中所需要的电 子供体，这些有机质包括：碳水化合物、有机酸类、醇类等 3 7 3 9 1 。反硝化反应 式可表示为： 5 c ( 有机c ) + 2 h ，0 + 4 n o ；斗2 个+ 4 0 h 一+ 5 c 0 2 个 另外在反硝化反应中还会产生一定量的碱度，例如按c a c 0 3 计，l g n 0 3 n 被还原成n 2 ，产生碱度的量为3 5 7 9 ，因此可以弥补部分硝化作用所耗去的碱度。 a o 工艺的o 池一般叫做硝化池，在里面发生的硝化作用是指n h 3 被亚硝 酸菌氧化成n 0 2 ，再进一步由硝酸菌氧化成n 0 3 的过程。硝化反应式可表示 为： 2 旧j + 3 0 2 争2 n 0 2 + 4 日+ + 2 h 2 0 2 n o j + 0 2j2 n o ； 6 n o ；+ 5 c 胃3 0 h 争5 c q + 3 n 2 个+ 7 日2 d + 6 0 h 一 由上面的反应式可知，硝化作用过程要耗去大量的氧，使1 分子n i - h 。n 完 全氧化成n 0 3 需耗去2 分子氧，则要转化1 9 的氨氮为硝酸氨需要4 5 7 9 的氧。 另外，硝化反应的结果还会生成强酸0 - i n 0 3 ) ，反应所释放出的h + 将会消耗水中 的碱度，增强环境的酸性，如果以c a c 0 3 计，l g n n 3 - n 被氧化后将耗去碱度的 量为7 1 4 9 。 a o 好氧工艺的特点主要有1 4 0 1 ；处理效率高的高效性；反硝化过程产生的 碱度可以节约水处理药剂；操作运行管理简单方便；出水水质好且保持稳定； 运行成本低等。 7 第1 章绪论 1 3 3b i o f o r 的原理及特点 曝气生物滤池发展至今依据池型结构和选用的生物膜载体的不同，主要分为 以下三大类别【4 1 】：德国p h i l l i pm u l l e r 公司的b i o f o r ( 法国得利满公司后来也开 发b i o f o r 工艺并有所改进) ；法国o t v 公司的b i o s t y r 和瑞士v at e c h w a b a g 公司的b i o p u r 。 图1 3 为b i o f o r 生物滤池的结构原理图。 长柄滤头 水 反冲洗进水 进水 图1 3b i o f o r 结构原理图 f i g 1 3t h es t r u c t u r ea n dp r i n c i p l eo fb i o f o r b i o f o r 滤池的工艺特点与给水工程中常见的v 型滤池的某些特点很相 似，采用的是上向流气水同向流方式，布水布气都较为均匀，反冲洗的水气流 方向也是从下向上的，为联合气水反冲洗，反冲洗系统与曝气系统都是各自独 立的。b i o f o r 生物滤池实际上就是“氧化向上汇流生物滤池 ( o x y g e n a t e d c o c u r r e n tu p f l o wb i o f i l t e r ) t 4 2 1 ，在滤池中装填一定量的粒径较小的粒状滤料( 如 陶粒等1 ，通过从滤池底部进行曝气，使微生物附着生长在滤料的表面形成生物 膜。利用滤料的高比表面积上附着的生物膜的强氧化作用降解从下向上流过的 废水中的有机物，这是好氧微生物的氧化降解作用；同时因为滤料的粒径小、 间隙多的特点，再加上滤料表面的生物膜所具有的生物絮凝作用，可以截留废 水中的大量悬浮物以及生物降解作用产生的剩余污泥，使它们留在在滤料内， 8 第1 章绪论 这是截留吸附作用 4 3 1 。所以一般不用再在b i o f o r 生物滤床工艺后加设后沉池， 这样就节省了占地面积及投资费用；但生物滤床工艺的悬浮物去除率比常规过 滤 氐( 5 m g s s l 以下1 【删，一般b i o f o r 的出水s s 浓度很难保证稳定在l o m g l 以下。 b i o f o r 工艺相较于传统活性污泥的处理法及普通生物滤池具有以下优点 【4 1 】【4 5 】：池容小、占地面积较小、投资成本低：工艺流程简单：微生物活性高、 氧利用效率高、处理效率高；出水水质好且较稳定；运行稳定、抗冲击负荷能 力强；大多为模块化的设计，方便工艺的紧凑化、设备化、自动化设计以及进 一步的改扩建工作；另外系统可以进行间断运行，经反冲洗后可以快速恢复运 行等。 b i o f o r 滤池除具有上述优点外，也存在着对进水s s 浓度要求较严；系统 复杂、土建施工难度大；反冲洗的出水会对上级处理产生较大的冲击负荷等不 足【4 7 1 ，同时因为需要强烈的曝气以及进行定期的反冲洗所以能耗、水耗相对 也比较高。另外，b i o f o r 滤池在脱氮除磷方面效果较差，尤其不能用于大量除 磷，若要用来除磷一般还需要再结合化学处理方法做进一步除磷。 1 4 课题的来源和内容 1 4 1 课题来源 本课题来源于导师的工程实例，以江西省某生化有限公司的生产废水为研 究对象，研究其处理方法。该公司采用最新的生物技术和先进的精制技术生产 乳酸，在生产过程中产生大量高浓度有机废水。而因为工艺生产增加了o e 项目， 高浓度有废水的水量及浓度都增大，使得原有的一座i c 反应器无法满足处理要 求，且产生污泥流失严重的现象，再加上后续的a o 池偏小、沉淀池偏小、 b i o f o r 滤池进水悬浮物过高等原因，迫切需要对原有工艺进行改扩建工程。针 对该废水中有机物浓度高、可生化性好的特点，以及原有的处理工艺对原规模 的废水处理效果很好的原因，依然选择厌氧( i c 反应器) 好氧( a o + b i o f o r ) 处理 工艺对现在的废水进行处理，改扩建工程即为加设一座i c 反应器及一套a o 处 理系统。而本课题就是选择对“i c + o + b i o f o r ”联合工艺处理该厂的高浓度 有机废水的处理效果及工艺运行的研究。 9 第1 章绪论 1 4 2 研究意义 本课题为江西省科技厅重点科技成果推广计划( 编号：2 0 0 9 a e 0 0 2 0 0 ) 以及江 西省科技厅“节能减排示范项目( 编号：2 0 1 0 a e 0 0 2 0 0 ) 。课题的目的在于通过 对i c + o + b i o f o r 组合工艺的运行调试得出每工段的最佳运行参数，为本工 艺的正常运行提供参考资料，并且对调试运行过程中出现的问题及解决方法进 行分析讨论，让该组合工艺在有效处理该厂的高浓度有机废水的同时对其他类 似废水的处理项目提供有用的经验。 1 4 3 研究内容 通过对i c 、a o 、b i o f o r 工艺的理论原理等知识进行学习，结合对 i c + o + b i o f o r 组合工艺的工程启动运行调试，对以下内容进行研究： 1 、研究i c 反应器启动条件，考察其运行状况、运行效果及分析营养、温 度、p h 、碱度、进水方式、水力负荷等因素对i c 反应器的影响。 2 、研究a o 系统的启动条件，考察其运行状况、运行效果及分析营养、温 度、p h 、溶解氧、混合液回流比等因素对a o 池的影响，并观察活性污泥状态。 3 、研究b i o f o r 池的启动条件、考察其运行状况、运行效果及分析反冲洗、 p h 、容积负荷、水力负荷以及气水比等因素对b i o f o r 滤池的影响。 4 、对i c + 0 + b 1 0 f o r 组合工艺处理高浓度有机废水的整体运行及其去除 效果进行研究分析，并通过实践运行分析得出各工段的最佳运行参数。 1 4 4 创新点 运用厌氧( i c 反应器) 好氧( a o + b i o f o r ) 组合工艺处理高浓度有机废水，结 合高效厌氧生物处理工艺可以提高废水的可生化性、能耗低以及高效好氧生物 处理工艺的出水水质好的特点，组合工艺不仅降低能耗和运行成本，有益于其 它高浓度有机废水处理的借鉴，并且用b i o f o r 作为深度处理，有效的保障了 出水水质。 1 0 第2 章工程概况 第2 章工程概况 2 1 工程概况 2 1 1 废水来源 江西某生物化工有限公司是一家大型生物化工企业，采用最新的生物技术 以及先进的精制技术，以淀粉为原料，主要以生物发酵法生产包括l 体、d 体、 d l 体三大系列乳酸。在生产过程中产生的大量生产废水，主要来源于滤液、设 备清洗水、废碱液等，这些废水中的污染物主要为有机化合物，且浓度较高， 若未经处理的工业废水排入河道、池塘及水田中将会对水质造成严重污染，除 此之外还有办公人员所产生的生活污水。 2 1 2 废水水质特点 根据该公司提供的水质水量资料，可以得出该厂排放废水的特点有： ( 1 ) 废水量较大。废水来自厂内的各个生产车间，其中高浓度有机废水 1 5 0 0 1 6 0 0 t d ，脂肪酸聚氧乙烯酯( o e ) 生产废水2 0 0 f f d ，设备及地面冲洗水l o o v d ， 则总的进水量约为2 0 0 0 t d ； ( 2 ) 有机浓度较高，且浓度波动较大。废水中高浓度有机废水c o d 盯为3 0 0 0 - - 8 0 0 0 m g l ，平均5 0 0 0 m g l ，脂肪酸聚氧乙烯酯( o e ) 生产废水c o d 。，为 8 0 0 0 - 1 1 0 0 0 m g l ，平均9 0 0 0m g l ，设备及地面冲洗水c o d 。，为4 0 0 - 5 0 0 m g l ， 混合后废水的c o d 。，平均为5 5 0 0 m g l ； ( 3 ) 氨氮、s s 浓度不是特别高，分别在1 0 0 m g l 和2 0 0 m g l 左右，但也需根 据达标排放的目的做出相应处理； ( 4 ) p h 波动较大。该公司是以生物发酵法生产乳酸，生产废水基本显酸性， 而生产过程中又偶尔会有废碱液排出，因此p h 波动较大，在3 - 9 之问。 2 1 3 废水水质水量及排放要求 该厂的废水经处理后出水水质要求达到污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 中的一级排放标准。废水水质及排放标准见表2 1 所示： 第2 章工程概况 高浓度废水 2 0 0 03 0 0 0 i10 0 01 2 0 0 4 0 0 04 0 1 2 0 排放标准 1 0 0 5 3 0 墨1 5 1 0 0 2 5 03 9 夕o 6 - - 9 2 1 4 水质检测项目及方法 c o d ：标准重铬酸钾法； b o d ：五日生化法； n h 3 - n 滴定法； 碱度：中和滴定法，结果以c a c 0 3 计； p h p b 1 0 型p h 计； s s ，v s s ：重量法； v f a ：滴定法 污泥形态：光学显微镜。 2 2 工艺流程及说明 2 2 1 工艺流程 该工程为改造项目，公司于2 0 0 5 年建成一座日处理能力为5 0 0 t 的污水处理 站，主要工艺为b i o f o r 工艺，于2 0 0 7 年建成专门处理高浓度有机废水的i c 反应器一座，经过i c 预处理的废水进入后续好氧处理工艺，组合工艺处理后的 最终出水能达到国家一级排放标准。随着新产品的开发、生产规模的扩大，排 放的废水量也随之增多，再加上后来投入生产o e 项目，原先的一座i c 反应器 已经不能满足处理废水的要求，并且由于水量的增加，i c 反应器跑泥现象严重， 使后续好氧处理的c o d 。，浓度增高，而原先的a o 池容小造成有机负荷过大， 产生污泥膨胀现象，使沉淀池无法有效截留污泥，污泥进入b i o f o r 池，造成 b i o f o r 进水悬浮物浓度太高，堵塞曝气孔和滤料层，影响b i o f o r 的处理效 果，最后致使出水c o d 。，浓度很高，达不到排放要求。通过对原有工艺的分析 和研究后，增加厌氧处理设备i c 反应器一座，两座i c 塔预处理高浓度有机废 水后，出水进入b i o f o r 滤池之前增加的缺氧好氧预处理a o 系统，使进入 1 2 第2 章工程概况 b i o f o r 的c o d s s 浓度均较低，经b i o f o r 进行深度处理后确保出水稳定 达标排放。废水处理工艺流程如图2 1 所示。 出 图2 1 废水处理工艺流程 f i 9 2 1p r o c e s sf l o wo fw a s t e w a t e rt r e a t m e n t 2 2 2 工艺说明 生产废水首先经过格栅井去除较粗大的悬浮物和漂浮物，到调节池进行水 质及水量的调节，经过调节池调节p h 和碱度后，废水由提升泵提升进入初沉池。 由于该厂主要生产乳酸，废水基本显酸性，在调节池的中段位置安装有在线p h 计，通过p l c 自动投加碱液，控制调节池出水的p h 在6 5 8 0 。为了降低后续 工段的负荷，先在初沉池中去除掉大部分的悬浮颗粒，之后出水进入中间罐， 在中间罐中再进行一次p h 微调以及对温度的调节后，经过管道提升泵提升到i c 反应器进行厌氧生物处理，去除大部分高浓度的c o d 。，。然后i c 反应器的出水 自流进入a o 系统，在a o 池中废水中的有机物进一步被氧化分解，大部分 n h 3 - n 及c o d 盯在此得到去除。a o 池的出水分别进入两边的二沉池，在二沉 池中截留a o 池带出的悬浮污泥，二沉池的出水再进入b i o f o r 滤池进行深度 处理，去除剩余的c o d 。，、n h 3 - n 等，b i o f o r 的出水最后进入净水池达标排放。 在处理过程中，初沉池的剩余污泥、二沉池的剩余污泥，通过排泥泵提升到污 泥浓缩池进行污泥浓缩，然后再进入到离心机离心脱水，最后泥饼外运。 工艺流程中的初沉池为原有构筑物，当废水量小时，废水先经过初沉池沉 1 3 第2 章工程概况 淀再进入i c 反应器，但若废水量较大时，新i c 反应器的进水可以不必经过初 沉池处理而直接进入i c 反应器处理，工程实践表明其并无太大影响；i c 前的中 间罐中装有在线p h 计，可严格控制进入i c 反应器的废水p h 在6 5 8 0 之间， 中间罐还装有蒸汽加热管，即使在冬季气温较低时也可以保证进入i c 反应器的 进水温度可以保持在3 0 3 8 ；i c 反应器为单独结构，钢制设备，内壁是环 氧树脂结构，可防腐，外壁为保温层；为了有效利用厂区面积，a o 池建为上下 楼结构，上层为缺氧池和一级曝气池，二级曝气池建在楼下中部，两边为二沉 池，二沉池属于斜板沉淀池，曝气池的出水从两边分别进入斜板沉淀池；二沉 池采用升流式异向流沉淀方式，两池共设置斜板1 0 0 m 3 ；另外a o 系统配有一 套曝气系统及污泥回流系统；b i o f o r 滤池为钢混结构，共分为6 格，采用的填 料为陶粒，粒径为3 5 m m ，设有一套曝气系统、反冲洗装置，采用气水联合反 冲洗，反冲洗周期为每格每7 d 各冲洗1 次，反冲洗时间控制在1 5 - 2 0 m i n ，用净 水池的水作为反冲洗水，水冲强度为1 0 l ( m 2 s ) ，气冲强度为1 2 5 m 3 ( m 2 m i n ) ， 反冲洗后的水排入调节池，随进水一起被处理。 2 2 3 工艺特点 生产废水中含有较高浓度的有机化合物，属于较难处理的高浓度有机废水， 所以单一的生化处理工艺很难达到排放标准，采用i c + o + b i o f o r 组合工艺 处理废水，具有以下优点： ( 1 ) 高效性：高浓度有机废水首先经i c 反应器厌氧处理，由于i c 反应器有 较高的生物量、较高的容积负荷，因此有很高的去除效率，大部分有机物可以 得到去除，i c 出水的c o d 。，浓度基本能降至1 0 0 0 m g l 以下，减小了后续好氧生 物处理的负荷，后续的a o + b i o f o r 好氧处理也由于具有大量的活性污泥及生 物膜，也有较好的去除效率，可以将剩下的有机物去除。 ( 2 ) 可靠性：废水经i c 处理后去除了大部分c o d 。，保证了进入好氧