（环境工程专业论文）水解—曝气生物滤池工艺处理生活污水的研究.pdf

摘要 本文主要研究水解一曝气生物滤池工艺处理生活污水的主要工艺参数和降低水解池出 水悬浮物浓度的措施。采用中试实验，在不同的水力负荷和有机负荷下，测定进出水中主要 污染物的水质指标及其去除率，对该工艺的主要影响因素进行讨论，并推导了水解酸化池的 动力学关系。通过实验，确认该工艺在较高的负荷率时出水水质优于污水综合排放二级标 准( g b 8 9 7 8 - - 9 6 ) 。 主要研究结论如下： 1 经过水解作用后污水中溶解性c o d ( s c o d ) 占总c o d 的比例5 c 可由进水的3 97 5 升 高到出水的6 9 ，7 5 ，表明污水中部分悬浮有机物和难降解的有机物被水解成可溶性的易降 解的有机物污水的可生化性得到提高，从而可提高后续好氧生物处理的效果。 2 在水解酸化池上部加设斜管不但能有效的改善普通水解池容易漂泥的现象，而且能 提高出水水质，有效的降低出水c o d 、s s 浓度，特别是对于s s ，其去除率可提高2 0 以 上。改进的水解池对c o d 和s s 的去除率分别为6 0 和7 5 。其水力停留时间可比普通的 水解池缩短1 h 以上因此可以减小水解池的容积。对于一般的生活污水，建议水解池上部 设置5 0 0 m m 高的斜管，设计水力停留为2 ，3 h ，水力负荷1 5m 3 m 2 , h 2 5m 3 m 2 h 。 3 下向流曝气生物滤池处理生活污水的同步硝化反硝化率约为3 0 。降低水力负荷可 以提高通过同步硝化反硝化去除的t n 的量。 4 下向漉曝气生物滤池处理生活污水，建议的水力负荷为2 0m m 2 h ，此时的水力停 留时i 可为1 0 h 对c o d 、n h t n 、s s 的去除率分别为6 5 、6 0 、3 0 、8 5 出k 水质分别为5 6 3 m g l 、2 0 o m g l 、4 47 m g l 、1 5 m g 几。 5 采用水解一一级曝气生物滤池工艺处理生活污水，出水指标远远好于污水综合排放 二级标准( g b 8 9 7 8 9 6 ) 。对于一般生活污水为更好的达到污水综合排放一级标准，建议 采用2 级曝气生物滤池，前一级主要用于除碳，后一级主要用于除氮和化学除磷。 6 采用水解一曝气生物滤池工艺，通过将滤池出水回流到水解池进行反硝化，当流量 为o 2 m h ，回流比为1 5 0 时，t n 的去除率可达到6 0 以上，出水t n 为2 4 m l ，远远 低于没有回流时的t n 值。 关键词：生活污水除磷脱氮水解酸化曝气生物滤池 t h i sp a p e rs t u d i e st h ep r i m a r yp a r a m e t e r so ft h ep r o c e s so fh y d r o l y s i s b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r t r e a t i n gs a n i t a r yw a s t e w a t e ra n dt h ep r a c t i c a lm e t h o d st or e d u c et h es si n t h ee f f i u e n tf r o mt h e h y d r o l y s i sp r o c e s s w i t hap i l o ts c a l et e s t ，b ya n a l y z i n gr e m o v a le f f i c i e n c yo fo r g a n i cp o l l u t a n ti n t h ei n f i u e n ta n de f f l u e n ta td i f f e r e n th y d r a u l i cl o a d i n ga n do r g a n i cl o a d i n g ，t h em a i na f f e c t i n g f a c t o r sa r ed i s c u s s e d i nt h et e s t ab e t t e re f f l u e n ti sg a i n e dt h a nt h ei n t e g r a t e dw a s t e w a t e rd i s c h a r g e s t a n d a r d ( g b 8 9 7 8 9 6 ，t h es e c o n ds t a n d a r d ) t h ek i n e t i cr e l a t i o no f t h eh y d r o l y s i sp r o c e s si sa l s o d i s c u s s e d t h em a i nr e s u l t sa r es u m m a r i z e da sf o i l o w s ： 1 t h er a t i oo f s o l u b l ec o da n dt h et o t a lc o di nt h ew a s t e w a t e rc a l lb ee n h a n c e df r o m3 9 7 5 t o6 9 7 5 t h i si n d i c a t e st h a tt h e b i o d e g r a d a b i l i t y o ft h ew a s t e w a t e rc a nb e i m p r o v e d s i g n i f i c a n t l y 2 b ya d d i n gt h ei n c l i n e dt u b e si nt h eu p p e rp a r to f t h eh y d r o l y s i sr e a c t o r , i tc a nn o to n l yr e d u c e t h es l u d g ef l o a t i n ga w a yf r o mt h eh y d r o l y s i sr e a c t o rb u ta l s oi m p r o v et h ee f f l u e n t ，e s p e c i a l l yt h e r e m o v a le f f i c i e n c yo fs s ，w h i c hc a nb ei n h a n c e db y2 0 t h ei m p r o v e dh y d r o l y s i sr e a c t o rc a n r e a c ht h er e m o v a le f f i c i e n c yo f6 0 c o da n d7 5 s s t h eh r to ft h e i m p r o v e dh y d r o l y s i s r e a c t o ru s e da st h ep r e - 自r e a t m e n to ft h es a n i t a r yw a s t e w a t e re a r lb er e d u c e df o rlh o u rt h a nt h e n o r m a lh y d r o l y s i sr e a c t o r s o ，i tc a nr e d u c et h ev o l u m eo ft h eh y d r o l y s i sr e a c t o r f o rt h en o r m a l s a n i t a r yw a s t e w a t e r , t h ed e s i g nh r to fa ni m p r o v e dh y d r o l y s i sm a c t o “b ya d d i n gt h ei n c l i n e d t u b e si nt h eu p p e rp a r t ) i s2 - 3 h 3 t h es i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o nr a t eo ft h ed o w nf l o wb i o l o g i c a la e r a t e d f i l t e ri s3 0 i n t r e a t i n gs a n i t a r y w a s t e w a t e r t h er a t ec a nb ei n c r e a s e d t h r o u g hl o w i n gt h e h y d r a u l i cl o a d i n g 4 t h e p r o p o s e dh y d r a u l i cl o a d i n go f t h e d o w nf l o wb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e ri nt r e a t i n gs a n i t a r y w a s t e w a t e ri s2 0m 3 m ，h ，t h ec o r r e s p o n d i n gh r ti sl h ，u n d e rt h i sh y d r a u l i cl o a d i n g ，t h ec o d 、 n h 3 - n 、t na n ds se f f l u e n tc o n c e n t r a t i o nc o u l db er e s p e c t i v e l yc o n t r o l l e db e l o w5 6 3 m g l 、 2 0 0 m g l 、4 4 7 m g l 、1 5 m l t h er e m o v a lr a t eo f c o d 、n h 3 - n 、t na n ds si sr e s p e c t i v e l ya b o v e 6 5 、6 0 、3 0 、8 5 5 u s i n gt h ep r o c e s so fh y d r o l y s i s b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e rt ot r e a ts a n i t a r yw a s t e w a t e r , ab e t t e r e f f l u e n ti s g a i n e d t h a nt h e i n t e g r a t e d w a s t e w a t e r d i s c h a r g es t a n d a r d ( g b 8 9 7 8 9 6 ，t h e s e c o n d s t a n d a r d ) t o t h e s a n i t a r yw a s t e w a t e r , i n o r d e rt om e e tt h e i n t e g r a t e d w a s t e w a t e r d i s c h a r g e s t a n d a r d ( t h ef i r s ts t a n d a r d ) ，t w os t a g e so ft h eb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e ri sp r o p o s e d 6 u s i n gt h ep r o c e s so fh y d r o l y s i s b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e ra n dt h r o u g hr e e y l i n gt h ee f f l u e n tt o t h eh y d r o l y s i sr e a c t o rt ou n d e r g o i n gd e n i t r i f i c a t i o n ，t h er e c y l i n gr a t i oo fl5 0 i sp r o p o s e d ，u n d e r w h i c ht h er e m o v a lr a t eo ft n c a nr e a c h6 0 ，t h ec o r r e s p o n d i n ge f f l u e n tt ni sb e l o w 2 4 m g l f a r l o wt h a nw h e nt h e r ei sn or e c y l i n gt ot h eh y d r o l y s i sr e a c t o r k e y w o r d s ：s a n i t a 吖w a s t e w a t e r ；t h er e m o v a lo fp h o s p h a t ea n dn i t r o g a n ；h y d r o l y s i s ； b i o l o g i c a l a e r a t e df i l t e r 东南大学学位论文独创性声明 本人声f i i j j 所呈交的学位论文是我个人在导师指导卜进行的研究一作及取得的研究成果。尽我 所知，除了文中特别加以标往 f l 致嘲的地方外，论文中不也禽 0 他人已经发表或撰。写过的研究成 果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学何或nb 丽他l i lj _ l l n 材制。与我同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明f ( f | j 的醴f 蚶并表示了洲意。 研究生签名：拯日期：盟 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中围科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复e i j f q 二和 电子文档，i q 以采用彩印、缩印或其他复制手段保存论文。本人l - 文耥的内容和纸质论文的内 容相一致。除存保密期内的保密论文外，允许沦文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 沦文的 全部或部分内容。论文的公市( 包括刊登) 授权东南大学研究z l 院办理。 h 剿：却、弓 呼 第一章绪论 1 1 研究背景 近几十年来，随着现代工业和城市建设的发展我国城市的环境污染特别是水污染问题 日趋严重，同时水资源问题也日趋紧张。我国是一个人均水资源占有量匮乏的国家仅为世 界人均值的四分之一，而且时空分布不均，许多地区和城市严重缺水。2 0 0 2 年，全国工业 和城镇生活废水排放总量为4 3 9 5 亿吨，比上年增加1 5 。其中工业废水排放量2 0 7 2 亿 吨，比上年增加2 3 ：城镇生活污水排放量2 3 2 3 亿吨，比上年增加0 9 。我国水污染 控制的重点已经从工业点源为主的控制，逐步转变为以城市污水污染为主的控制。我国城市 污水集中处理率仅为3 6 5 ( 九五期间) ，6 0 的污水未经有效处理就排入江河湖海，水污染 严重和水资源的短缺已经成为严重制约我国社会经济持续发展、危害生态环境、影响人民生 活和身体健康的突出问题，迫切需要加以解决。本课题是马鞍山市科技三项基金的项目。 1 2 城市污水处理技术的现状与发展趋势 我国城市污水处理技术从“七五”国家科技攻关开始逐步进行研究，“七五”和“八五” 攻关项目在氧化塘、土地处理和复合生态系统等自然处理技术方面的研究较多。以这些成果 为设计依据，建立了一些氧化塘、土地处理城市污水示范工程。在人工处理技术方面，“八 五”对高负荷活性污泥、高负荷生物膜、一体化氧化沟技术进行了深入研究引进、开发了 a b 、a a o 、a o 、s b r 等处理工艺，研究成果己被应用于大批污水处理厂；城市污水厂 污泥处置问题在“九五”科技攻关中受到重视，并配套开发成套的污泥处理技术。“九五” 期间工艺技术研究重点为中小城镇简易、高效污水处理实用的成套技术，解决人工处理能耗 商、自然处理占地大等问题。就工艺技术的广度而言，与国际上的差距已经缩小。目前在水 污染治理技术上，己能提供下列技术的工艺参数：传统活性污泥法技术包括传统法、延时法、 吸附再生法和各种新型活性污泥工艺，如：s b r 、a b 法和氧化沟技术等等；a o 法和a 2 0 技术：水解( 酸化) 一好氧技术；多种类型的稳定塘技术：土地处理技术等等，已经可以满足 大多数城市污水治理的要求。从2 0 世纪6 0 7 0 年代，氧化沟和s b r 工艺发展迅速，近年来 成为我国城市污水处理厂占主导性的工艺。而曝气生物滤池和一级强化工艺是国际上2 0 世 纪8 0 年代末、9 0 年代初新开发的、具有发展潜力的商效城市污水处理_ 艺。今年来我国引 进了很多国外的新工艺，建立了相当多的工程，这些工作是我国在城市污水处理领域的宝贵 财富，应该对此进行系统的总结。但我国的污水处理技术研究以单项研究为主，且偏重于工 艺研究，缺乏系统性、完整性，也缺乏综合性的比较研究和技术经济评价体系。这也是近年 来，首先流行a b 工艺，然后流行三沟氧化沟，以及其他形式的氧化沟，目前又在流行s b r 工艺的原因所在。缺乏全面和综合比较能力，在很长的一段时间内国外的新技术年新产品就 不断冲击国内市场，国产技术总是无法在市场上占有一席之地。从另一方面讲，目前我国城 市污水处理厂普遍采用的工艺为普通活性污泥法、氧化沟法、s b r ( 间歇式活性污泥) 法、 a b 法等，这与美国、德国等发达国家所采用的技术与工艺几乎处在同一水平上，被证明是 行之有效的技术，但并不一定是先进的技术，特别是不一定都适合我国的国情。例如：目前 国内大多采用国# l - 日l 进的氧化沟、延时曝气的s b r 等工艺。延时曝气是一种低负荷工艺， 对于我国这样一个资源不足、人口众多的发展中国家，是否适合推广这种低负荷的活性污泥 工艺是值得推敲的问题。低负荷的曝气池的池容和设备是中、高负荷活性污泥工艺的几倍， 所以相应的投资要高数倍；延时曝气对污泥是采用好氧稳定的方法其能耗比中、高负荷活 性污泥要高4 0 - 5 0 左右；能耗增加不但带来了直接运行费的增加同时还要增加间接投 资。据资料报道，目前每k w 发电能力脱硫需要投资1 0 0 0 美元，因此每万吨污水增加的脱 硫投资需要7 0 万元。如果按脱硫投资为电站投资的1 0 计，则增加的电厂投资为7 0 0 万元， 这接近污水处理单位投资的5 0 。从可持续发展角度讲，采用延时曝气的低负荷工艺，如 氧化沟工艺等等是不适合中国国情的 。 污水处理是项侧重于环境效益和社会效益的工程在建设和实际运行过程中常常受到 资金的限制，使得治理技术与资金问题相连成为解决我国水污染的“瓶颈”。因此，开展经 济有效的污水处理新工艺、新设备的研究与开发，研究一种适合我国国情的污水处理新工艺， 从而降低污水处理的投资和运行费用、占地面积小、管理方便、出水水质好、能达到国家综 合污水排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 及城市一般回用水水质标准对我国国民经济和社会发展 及环境保护具有十分重要的意义，而且也必将有其巨大的应用范围和市场。 国家科技部在“科技型中小企业技术创新基金若干项目指南( 2 0 0 2 年) ”明确指出：2 0 0 2 年度水处理技术及设备重点支持的创新项目是具有自主知识产权、创新点突出、工艺先进、 技术成熟、易于推广的各类高效、低耗的水处理关键技术及集成。通过关键技术创新与集成， 带动我国中小环保企业的发展和水质净化与污染控制领域摧体技术水平的提高。并在文中进 一步指出：我国城市化进程加快和中、小城市的发展使城镇水污染日趋严重，中、小城市污 水处理技术及城镇污水再利用技术将是重点支持的项目。2 0 0 2 年度重点支持的技术创新被 列为项目首位的是“经济、高效的中、小城市污水处理技术的新技术、新材料和新产品以及 如：低能耗厌氧处理技术、曝气生物滤池、装配式的反应器等。”因此开展经济、高效、低 能耗可装配式污水生物处理技术与装置的理论和实用意义的研究是十分重要的。 水解酸化处理技术是在厌氧处理技术的基础上派生出来的一种工艺f 3 , 4 1 。厌氧生物处理 针对的是高浓度的有机废水，水解酸化处理技术对象主要是中低浓度的有机废水，包括各种 工业废水和生活污水。在水解过程中，大分子、难降解有机物被转变为小分子、易降解的有 机物，使出水的可生化性同时得到改善，大大减少了后续好氧过程的停留时间，与此同时进 水中的悬浮物，以及后续好氧处理系统中被回流至水解池的剩余活性污泥被水解为可溶性物 质，使污泥也得到处理。表l 一1 中列出了水解工艺与各种好氧工艺组合起来用于处理制药、 含酚、合成橡胶、啤酒废水等各种工业废水和生活污水p i 。 2 表1 叫国内水解生物处理工艺情况 磨水种类承解设蔷 水解处理兢果 娄型窑投停冒填料种娄 c o d出水 ，m 时阃进水出水去除率进水出木圭赊率 m m g 几m lm 以m l 魁药 u b ，生蜘 辩 台成棹腔座氧复音床芈轼性填料 2 32 啤酒车软蛀填料 2 72 生话与工业u a s b 4 35 生话与工业 3 35 内类加工弹性埔辩 5 97 啤酒 3 92 印染d 3 戟填料 3 73 涤纶厂聚醢半软性填辩 2 53 j 置羝 4 s 古硫组台纤维填 3 7e 料 注：为上流式厌氧污泥床一滤层反应器：为升流式厌氧污泥床反应器。 北京环科院的王凯军对水解工艺应用与低浓度生活污水进行了系统的研究，有力的说明 了水解工艺应用与低浓度生活污水是一项值得推广的技术。 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 ) 是九十年代初在欧美发展起来的一种新 型污水处理技术，能够作为普通活性污泥法和接触氧化法的替代工艺“。“。该工艺综合了过 滤、吸附和生物代谢等多种净化作用，使其具有体积小、占地面积省、处理效率高、山水水 质好、流程简单、操作管理方便并可省去二沉池等优点。该技术在欧洲、美国、日本被广泛 地用于处理生活污水和工业废水，国外著名环保公鼋都将其作为拳头产品。马鞍山钢铁设计 研究院近年来对该技术进行了消化吸收，并结合我国的实际情况进行了改进和开发，在国内 率先应用于国内的生活污水和工业废水处理工程，已在广东新会东郊污水处理厂、陕西杨凌 农业离新区污水处理厂、辽河油田机械修造公司生活污水处理、上海东方种畜养猪场粪便污 水处理、芜湖正字备产品有限公司污水处理、青岛啤酒集团金波啤酒厂污水处理等工程中成 功应用。曝气生物滤池与稳定塘、活性污泥法a o 法、氧化沟、s b r 法的比较见表1 2 ”1 。 表1 2不同处理工艺比较表 项目曝气生物滤池工艺s b r 工艺a 2 o 工艺 土建工程无须二沉池，预处理配斜无须二沉池池体一般较士建量最大 板沉淀池效率很高，土深，土建量较大 建量最小 投资 机电设备及仪表设备量稍大，自控仪表稍设备闲置浪费大自控仪设备投资一般 费用 多表稍多 征地赞占地最小是传统工艺的占地稍小征地费较多 占地最大，征地赞最多 1 5 1 1 0 征地费最少 总投资 最小较大最大 水头损失 约3 3 5 米约3 4 米 约l l5 米 污泥回流不需污泥回流 不需污泥回流 1 0 0 4 1 5 0 曝气量比活性污泥法低3 0 与 7 o 工艺基本相同大 4 0 运行 药剂量用于预处理稍大 较低较低 费用 处理后出水的消毒由于出水水质好，一般不 一般需要过滤、消毒，消一般需要过滤、消毒，消 需过滤。消毒剂消耗最少 毒剂消耗较大毒剂消耗较大 电耗很小 较高最高 总运行成本较低 较高墙高 s s 可达1 5 m g l 以下 s s 可达3 0 m g ls s 可达3 0 m g l b o d 可达l o m g l 以下 b o d 可选1 5 m g l 以下b o d 可选1 5 m g l 以下 出水水质c o d 可达4 0 r a g 1 以下 c o d 可达l o o m g lc o d 可达l o o m g l t k n 可达1 5 m g l 以下 t k n 可达i s m g l 以下t k n 可达1 5 m g l 以下 产怩量产娓量相对于话性污泥 产泥量与时0 差不多，污产泥量一般，污泥相对 法稍大，污泥稳定性稍差泥相对稳定 稳定 有无污泥膨胀无 容易产生，需加生物选掸容易产生，需加生物选择 工艺起来防止起来防止 效果 流量变化的影响受过滤速度限制有一定受每个处理单元的可接 受沉淀速度限制有一定 影响纳容积限制有一定影响影响 冲击负荷的影响可承受日常的日冲击负 池容决定了承受冲击负池容决定了承受冲击负 荷荷的能力，较强荷的能力。较强 温度变化( 低温) 的滤池从底部进水上部可 处理效果受低温影响较嚣天面积大，处理效果受 影响( 温度将影响硝化封闭。水温被动小，低温 大低温影响较大 反硝化)运行较稳定 自动化程度( 随着计算连续进水系统，可根据出 序批式进水系统，可实现连续进水系统，可实现供 机技术的发展自控系水水质实现供氧量和反 供氧量和回流比的自动氧量和回流比的自动调 统的投资不需很大)冲洗的自动调节和控制，调节 节 运行自动化程度最高 管理设备和管道布置紧密，厂设备闲置较多微孔j 曝气厂区面积大设备分散， 日常维护和巡视区面积小，采用穿于l 管曝头容易堵塞，维护量大微孔曝气头容易堵塞维 气，不堵塞，巡祝简单护巡视量晟太 滤池成组布置，数量较需停一个s b r 池进行依次 l | 停一条线进行大修，时 多，停一个滤池进行依次大修时间长对处理水间长对处理水量和出水 大修大修对出水术质和出水量和出水水质有影响水质有影响 量影响根小 操作和管理人员人数很少较多较多 模块化结构扩建容易池体为模块结构，扩建相由于它为非模块结构扩 所需占地和土建工作量对常规工艺容易，但所需建时所有的沉淀池和曝 扩建正带的增加处理量很小。工期裉短占地和土建工程量大工气池均需增加个数，所需 期较长占地和土建工程置是大 4 环境 问题 l 生化部分可为封闭式，臭i 生化部分为敞开式。臭味i 生化部分为敞开式，臭味 臭气问题l 味对周围环境影响很小l 对周围环境影响很大l 对周围环境影响很大 本课题在分析了水解工艺和曝气生物滤池各自的特点的基础上，着重研究水解一曝气生 物滤池工艺在有回流和无回流的情况下对有机物，氮磷营养物的去除效率及降低水解出水悬 浮物的措施。水解一曝气生物滤池工艺是水解一好氧生物处理工艺的一种，好氧段采用曝气 生物滤池的水解一好氧工艺，虽然已有一些工程在应用，但是对其的设计还停留在经验的基 础上，因此，开展水解一曝气生物滤池工艺对生活污水处理的研究具有重要的现实意义，能 够为工程设计提供可靠的实验依据和设计参数。 第二章曝气生物滤池基本原理及工艺 2 。1 曝气生物滤池的基本原理 曝气生物滤池( b a f , b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ) 也叫淹没式曝气生物滤池( s b a f , s u b m e r g e d b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ) 。国外从2 0 世纪初开始进行研究，于8 0 年代末基本成型，后不断 改进，并开发出多种形式。在开发过程中，充分借鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的 设计思路，集曝气、高滤速、截留悬浮物、定期反冲洗等特点于一体。其工艺原理为，在滤 池中装填一定量粒径较小的粒状滤料，滤科表面生长着生物膜，滤池内部曝气，污水流经时， 利用滤料上高浓度生物膜量的强氧化降解能力对污水进行快速净化，此为生物氧化降解过 程；同时，因污水流经时，滤料呈压实状态，利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝 作用，截留污水中的大量悬浮物，且保证脱落的生物膜不会随水漂出，此为截留作用：运行 一定时间后，因水头损失的增加，需对滤池进行反冲洗，以释放截留的悬浮物并更新生物膜， 此为反冲洗过程。一般说来，曝气生物滤池具有以下特征：( 1 ) 用粒状填料作为生物载体， 如陶粒、焦炭、石英砂、活性炭等：( 2 ) 区别于一般生物滤池及生物滤塔，在去除b o d 、氨 氮时需进行曝气；( 3 ) 高水力负荷、高容积负荷及高的生物膜活性：( 4 ) 具有生物氧化降解和 截留s s 的双重功能，生物处理单元之后不需再设二次沉淀池；( 5 ) 需定期进行反冲洗，清洗 滤池中截留的s s ，同时更新生物膜p ”j 。 2 1 i 曝气生物滤池对有机物的去除 曝气生物滤池是一种膜法生物处理工艺，微生物附着在载体表面，污水在流经载体表面 过程中，通过有机营养物质的吸附、氧向生物膜内部的扩散以及生物膜中所发生的生物氧化 等作用，对污染物质进行氧化分解，使污水得到净化。 生物膜的吸附作用主要是由于在生物膜的表面附着层薄薄的水层，水中的有机物被生 物膜所氧化，当废水在滤料表面流动时，有机物就会从运动着的废水中转移到附着在生物膜 表面的水中去，被生物膜所吸附。空气中的氧也将经过废水而进入生物膜。生物膜上的微生 5 物在氧的参与作用下对有机物进行分解和机体代谢，产生了包括二氧化碳等的无机物，它们 又沿着相反的方向，即从生物膜经过附着水层排到流动着的废水及空气中去。生物滤池中废 水的净化过程是很复杂的它包括废水中复杂的传质过程、氧的扩散与吸收、有机物的分解 和微生物的新陈代谢等各种过程。 2 1 2 曝气生物滤池对氮的去除 污水处理中生物脱氮通常包括三个基本过程，即同化作用、硝化作用、反硝化作用，以 及最近提出的同步硝化反硝化过程l l ”。 ( 1 ) 同化作用同化作用除氮指的是用于合成微生物机体所消耗的氮量。曝气生物滤池 理论上用于同化作用的n h ，- n 对b o d 的最大去除比例为o 0 4 1 ，实际上由于微生物细胞的 内源衰竭作用，通过同化作用去除的氮量占原污水的3 左右，这部分氮转化到微生物体中 最终以剩余污泥的形式从系统排除。 ( 2 ) 硝化作用将n h 3 氧化成n 0 2 。然后再氧化成n 0 3 的过程。 氨氮氧化成硝酸盐的硝化反应是由两组自养型好氧微生物通过两个过程来完成的。第一 部先由亚硝酸菌( n r r o s o m o n a s ) 将氨氦转化为亚硝酸盐( n 0 2 ) ，第二步再由硝酸菌 ( n i t r o b a t e r ) 将亚硝酸盐氧化成硝酸盐( n 0 3 ) 。亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌。在生理 浓度下n h 。+ 氧化为n 0 2 产生能量为2 4 2 8 - 3 5 1 7 k j m 0 1 所产生的能量亚硝酸菌可以利用 5 1 4 ，n 0 2 氧化为n o s 产生的能量仅为6 4 5 8 7 5k j t o o l ，硝酸菌的能量利用率为 5 10 ，所以，在平稳状态下，不会产生亚硝酸盐的积累，氨氮转化成皿硝酸盐的过程是 完全硝化的限速步骤。 ( 3 ) 反硝化作用是指将n 0 2 和n o a 还原为气态氮的过程，在该过程中反硝化菌用 n 0 2 和n 0 3 作为电子受体进行缺氧呼吸。 ( 4 ) 同步硝化反硝化i l 传统生物脱氮理论认为硝化与反硝化反应是不能同时发生的，而近年来提出的s n d ( s i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o n d e n i t r i f i c a t i o n ) 生物脱氮机理却突破了这一认识。目前对s n d 生物脱氮的机理可以从生物学和物理学两方面加以解释。生物学方面，好氧反硝化菌和异养 硝化菌等的发现，打破了传统理论认为硝化反应只能由自养菌完成和反硝化反应只能在厌氧 条件f 进行的认识。对于好氧反硝化、低d o 下的硝化、异养硝化、自养反硝化等现象，近 年来生物学上的发现和进展已经可以给出令人满意的答案。许多好氧反硝化菌如 t h i o s p h a e r a p a n t o t r o p h a 、p s e u d o m o n a ss p p 、a l c a l i g e n e s f a e c a l i s 等同时也是异养硝化菌，并 因此能够直接地把n h n 转化为最终气态产物而逸出。从物理学角度解释s n d 的微环境理论 是目前已被普遍接受的观点。微环境理论研究活性污泥和生物膜的微环境中各种物质( 如 d o 、有机物等) 传递的变化，各类微生物的代谢活动及其相互作用，从而导致微环境的物理、 化学和生物条件或状态的改变。该理论认为：由于氧扩散的限制，在微生物絮体内产生d o 梯度，微生物絮体的外表面d o 较高，以好氧菌、硝化菌为主；深入絮体内部，氧传递受阻 6 及外部氧的大量消耗，产生缺氧微区，反硝化菌占优势；正是由于微生物絮体内缺氧微环境 的存在，导致了s n d 的发生。由于缺氧微环境的形成有赖于系统中d o 的浓度以及微生物 的絮体结构特征，因此，控制系统中的d o 浓度及微生物的絮体结构或生物膜的厚度对能否 进行s n d 及其发生的程度至关重要。 2 1 3 曝气生物滤池对磷的去除 生物除磷主要靠聚磷菌的作用“”。研究表明聚磷菌能在厌氧状态下分解细胞内聚磷酸 盐和糖原，释放磷和能量，并利用释放的能量来吸收低分子有机物( v f a ) 合成p h b 。在 好氧状态下将p h b 分解成乙酰c o a ，一部分用于细胞合成大部分进入三羧酸循环和乙醛 酸循环，产生能量供给聚磷菌生长和主动吸收周围环境中的磷合成聚磷酸盐。 据报道，曝气生物滤池对总磷的去除率在3 5 4 0 ，其原因主要是由于滤料对入流污 水中的颗粒物质的截留作用，导致部分非溶解状态的磷从废水中分离，最终以剩余污泥的形 式排出系统外。有研究表明曝气生物滤池的生物除磷效果不明显除用于合成微生物机体 本身同化作用去除一部分磷外，基本无生物除磷作用。 若要提高曝气生物滤池的除磷效果，必须结合化学除磷。曝气生物滤池工艺化学除磷药 剂投加点有两种选择，一是采用高效沉淀池预处理工艺，其化学除磷为前置沉淀法，即在高 效沉淀池入口处投加化学药剂，经混合、絮凝、沉淀作用，磷的积聚体被分离到沉淀池的污 泥中，达到污水除磷目的；另一种是同步沉淀与絮凝过虑即在曝气生物滤池中投加化学药 剂，在滤床填料的作用下诱发了絮凝，沉淀物截留于滤床上，通过周期性的饭冲洗，将磷排 出系统外，达到除磷目的。 2 1 4 曝气生物滤池的类型 曝气生物滤池主要分为以下三种形式。 ( 1 ) b i o c a r b o n e 结构简图如图2 一i ，污水从滤池上部流入，下向流流出滤池。在 滤池中下部设曝气管( 一般距底部2 5 4 0cm 处) 进行曝气，曝气管上部起生物降解作用， 下部主要起截留s s 及脱落的生物膜的作用。运行中，因截留了s s 及生物膜的生长，水 头损失逐渐增加达到设计值后开始反冲洗。一般采用气水联合反冲，底部设反冲洗气、 水装置。b i o c a r b o n e 采用气水逆向流，能增大气渡接触匦积，增加传氧效率。 ( 2 ) b i o s t y r 的结构示意图见图2 2 。b i o s t y r 采用密度小于水的滤料，一般为 聚苯乙烯小球。运行时采用上向流，在滤池项部设格网或滤板以阻止滤料流出，正常运行时 滤料呈压实状态，反冲时采用气水联合反冲反冲水采用+ f 向流以冲散被压实的滤料小球， 反冲出水从滤池底部流出。 b i o s t y r 工艺在欧美应异；i 较为普遍，而且许多集中在处理厂用地紧张、出水水质要求高 的地方。对于己实现有机碳降解、硝化的处理厂该工艺可在外加有机碳源的情况下，完成 反硝化【l ”。也可对只进行有机碳降解的二级处理厂进行升级，达到脱氮的水平。在具备一 7 级强化处理的条件下，该工艺又能完全胜任工业废水、市政污水的二级处理。此外，与化学 混凝沉淀结合，还能有效除p 。从功能上讲在去除废水中b o d 、s s 以及硝化、脱氮等方 面，该工艺已经系列化【，通过具体工艺形式的改变( 是否设置回流、改变工艺空气管在滤 池内的高度以及曝气量等) ，b i o s t y r 即可单独实现去除s s 和降解b o d 、完成硝化和反硝化 的功能。表2 一l 记录了b i o s t y r 在丹麦的几个运行实例。 _ _ 。峰。赢建啦 l j 一一 fl _ 啦 遗书 图2 1b i o c a r b o n e 示意图图2 2b i o s t y r 示意图 表2 1 丹麦b i o s l y r 的运行实例 ( 所有b i o s d r 处理厂的预处理中均投加f e c l 3 用于除pr ”1 处理厂 n y b o r g h o b r of r e d e r i k s h a v n 处理目的硝化反硝化硝化b i o s t y r 反硝化 硝化反硝化 污水性质城市污水( 含5 0 ( b i o s t y rd y n a s a n d ) 城市城市污水( 含2 0 i 业废水) 工业废水)污水( 含4 0 i 业废水) 设汁流量，m3 d1 3 0 0 09 1 0 0 j 0 1 0 0 滤速m h i12 21 c o d 负荷，k g ，( m 3 d ) 2 4222 3 滤池面积m 2 5 0 41 6 84 4 l 好氧区高度，缺氧区高度m ls 1o2 4 0 62 t o9 ( 后置d n 滤床深3 0 r a ) 回流比3 0 01 0 02 0 0 反硝化碳源甲醇 乙醇- 甲醇( 1 9 9 6 i 以甲醇 后) 出水水质n h t n 1 9 9 4j 81 9 9 58 1 o3 5 1 9 9 5 ，6 的数据0 9 mg l n o j n 0 3 - n 官方4 61 9 9 6 9 1 的 流量为6 9 7 9 m 3 d39 t n 数据6 5数据 63 4 一 ”0 8流量为0 0 6 c o d 7 ( b o d 5 ) 8 3 5 0 m ，d3 85 85 s s1 l759 备注 h o b r o 和f r c d e r i k s h a v r t 处理厂b i o s t y r 只部分地完成反硝化，其余的反硝化由 其他反硝化装置( 仍是生物滤池) 完成 ( 3 ) b i o f o r 结构示意如图2 3 所示。底部为气水混合室，之上为长柄滤头、曝气管、 垫屠、滤料。所用滤料密度大于水，自然堆积。b i o f o r 运行时般采用上向流，污水从底 8 部进入气水混合室，经长柄滤头配水后通过垫层进入滤料，在此进行b o d 、c o d 、氨氮、 s s 的去除。反冲洗时，气、水同时进入气永混合室，经长柄滤头配水、气后进入滤料，反 冲洗出水回流入初沉池，与原污水合并处理。 蜂摊瞳k 蕺 匿挣瞳凑 蠹棒整熬 避拳 图2 3b i o f o r 示意图 德国某公司为我国某市污水处理厂设计采用两级b i o f o r 工艺，出水可达到生活杂用水 标准。处理量为1 2 万m 3 d ，其设计出水水质见表2 - 2 。 表2 2 德国某公司为我国某市污水处理采用b i o f o r 工艺设计出水水质 项目s s c o d 。，b o d 5n h 3 - n 数值 去除数值去除率数值去除率数值去除率 ，m 扎 搴， m g l ，m l ，m g ，l ， 原水3 5 04 8 02 1 64 0 初沉出水5 88 341 6 96 487 66 482 73 2 5 一级b i o f o r 出永1 47 595 66 691 77 7 62 12 2 2 二级b i o f o r 出水65 7 13 04 6 457 0 60 l9 9 5 b i o f o r 总去除率8 9 78 2 29 3 49 9 6 胤 系统总去除掌， 9 8 39 3 89 7 79 9 8 以上为曝气生物滤池主要的三种形式，在世界范围内都有应用。其中b i o c a r b o n e 为早期形式目前大多采用b i o f o r 和b i o s t y r 。b i o f o r 的滤料球状轻质陶粒已 实现国产化有实验证明，采用该滤料的b i o f o r c n + b i o f o r c 工艺进行处理，出水水质 可达到生活杂用水标准。滤料的国产化为b i o f o r 在我国的应用创造了重要的条件。 2 1 5 曝气生物滤池的特点及影响因素 2 1 5 1 工艺特点啪2 2 l ( 1 ) 占地面积小基建投资省。 曝气生物滤池之后不设二次沉淀池，可省去二次沉淀池的占地和投资。此外，由于采用 的滤料粒径较小，比表面积大，生物量高，再加上反冲洗可有效更新生物膜，保持生物膜的 高活性，这样就可在短的时间内对污水进行快速净化。曝气生物滤池水力负荷、容积负荷大 9 大高于传统污水处理工艺停留时间短( 每级o 5 一o 6 6 h ) ，因此所需生物处理面积和体积都 很小，节约了占地和投资。 ( 2 ) 出水水质高。 在b a f 中，由于填料本身截留及表面生物膜的生物絮凝作用，使得出水s s 很低，一 般不超过1 0 mgf l ；因周期性的反冲洗，生物膜得以有效更新，表现为生物膜较薄( 一股为 1 1 0um 左右) ，活性很高。高活性的生物膜可吸附、截留一些难降解的物质。采用一级b a f ， 出水可达到国家二级处理出水标准；若采用两级b a f ，出水可达生活杂用水标准；若采用 全套b a f 工艺，则可除磷脱氮。 ( 3 ) 氧的传输效率很高，曝气量小，供氧动力消耗低。 在b a f 中氧的利用效率可达2 0 3 0 ，曝气量明显低于一般生物处理法。其主要机 理是：因填料粒径很小，气泡在上升过程中，不断被切割