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(环境工程专业论文)环流式活性污泥—生物膜组合工艺脱氮除磷试验研究.pdf.pdf 免费下载
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中文摘要 摘要 环流式活性污泥生物膜组合工艺( c y c l i ca c t i v a t e ds l u d g ec o m b i n e db i o f i l m s y s t e m ,简称c a s b s ) 是一种融合氧化沟、s b r 、o g o 反应器特征的污水处理新 工艺。该工艺集成了侧流除磷活性污泥法的除磷脱氮能力、生物膜法的抗冲击负 荷能力和s b r 的调节能力,是一种可用于水质水量变化大的污水处理新技术。该 技术已成功申报发明专利,并已获授权( 专利号:z l2 0 1 0l0 2 2 4 7 0 5 3 ) 。c a s b s 反应器在设计上具有外环曝气装置和生物膜交错布置的特点,使其在环流反应器 上形成了溶解氧分区,但系统内的半软性填料附着生物膜容易过厚,加大对反应 器内污水和活性污泥混合液流动阻滞影响反应器的流态。论文在采用对比实验方 法研究了固定式生物填料和悬浮式生物填料对c a s b s 反应器流速、d o 分布及除 磷脱氮性能的影响;同时研究了常温和低温情况下填充率、不同推流模式对c a s b s 工艺污染物去除效率的影响,以期在维持较高的微生物数量的同时,减小生物膜 对环流流态和污泥淤阻。主要研究结论如下: 固定式填料和悬浮式填料这两种填料类型对c a s b s 反应器的流速、d o 分 布及脱氮除磷效能均有一定影响。固定式填料系统的水流阻力大于悬浮式填料系 统。但是,固定式填料在挂膜性能上和d o 分布上优于悬浮填料。从处理能力上 来看,固定式填料系统具有更好的除磷脱氮效果。当进水c o d 、氨氮、t n 、t p 浓度分别为1 2 7 7 5 6 、1 4 0 5 5 8 2 2 、2 7 6 0 - 6 5 2 5 、1 2 6 - 4 5 4 4m g l ,固定式填料的 c a s b s 反应器出水能够达到城镇污水处理厂污染物排放标准一级a 标,平均 去除率分别为9 4 2 、9 5 4 、7 9 4 、9 3 2 。固定式填料系统形成了有利于s n d 顺利进行的条件,对提高系统的除磷脱氮效果有利,相对于悬浮式填料,固定式 填料更适宜于c a s b s 工艺。 填料填充率对c a s b s 工艺的除磷脱氮性能有较大影响。在常温条件下, 填充率为1 5 、2 5 、5 0 时,c a s b s 反应器对c o d 的平均去除率分别为9 2 4 、 9 4 2 、9 4 3 :对n h 3 - n 的平均去除率分别为9 1 6 一9 5 1 、9 4 7 ;对t n 的平均去除率分别为7 1 8 、7 9 4 、8 2 3 ;对t p 的平均去除率分别为8 9 8 、 9 2 7 、9 2 4 。填料的填充率对系统c o d 去除和除磷去除影响较小,对脱氮能力 影响较大。随着反应器内填充率增加,系统的硝化和反硝化能力得到提升,脱氮 效果加强。在常温下,从减少运行费用和处理效果的综合考虑选择填料填充率为 2 5 。在低温条件( 水温均低于1 2 ) 下,把反应器填充率从2 5 提升至5 0 , c a s b s 工艺的c o d 、n h l n 、t n 、t p 的去除率分别为9 2 4 、7 0 2 、6 5 4 、 7 5 1 。其平均去除率较填充率为2 5 时,分别提高3 6 个、7 7 个、7 4 个、4 0 重庆大学硕士学位论文 个百分点。这说明通过提高填充率来提高反应器内的生物量有助于提升c a s b s 反 应器在低温运行的效果。 双向推流利于保持c a s b s 工艺的稳定性。c a s b s 反应器按顺时针和逆时 针方向推流时,出水c o d 、n h 3 - n 、t n 、t p 去除率相差不大,分别维持在为9 4 、 9 5 、8 0 ,9 3 左右。但是顺逆时针交替双向推流运行模式相比单向推流模式, 可以改善反应器的流态,减少污泥淤积产生,同时也能使填料上的生物膜能均匀 生长。双向推动模式能够减少对c a s b s 系统内生物膜填料定期清洗的次数,对工 艺脱氮除磷有利。 关键词:脱氮除磷,c a s b s i 艺,填料,填充率,双向推流 英文摘要 a b s t r a c t c y c l i ca c t i v a t e ds l u d g ec o m b i n e db i o f i l ms y s t e m ( c a s b s ) p r o c e s si sd e v e l o p e d b a s e do no x i d a t i o nd i t c h 、s b r 、o g op r o c e s s t h ep r o c e s si san e w t e c h n o l o g y , w h i c h h a sa d v a n t a g e so f p h o s t r i p ,s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o ra n dm e m b r a n eb i o - r e a c t o r , t h u s i tr e m o v e sn i t r o g e na n dp h o s p h o r u se f f e c t i v e l y , a c h i e v i n gg o o da n t i s h o c kl o a d i n g c a p a b i l i t ya n dm a k i n gr u n n i n go p e r a t i o ne a s i l y i tc a nb eu s e dt ot r e a tt h ew a s t e w a t e r w i t l l q u a l i t y a n d q u a n t i t yv a r i e s m u c hm o r ew i d e l y t h et e c h n o l o g yh a sb e e n s u c c e s s f u l l yd e c l a r e di n v e n t i o np a t e n t s ,a n dh a sb e e na u t h o r i z e d t h er e s e a r c hs h o w s t h a tt h eb i o f i l ma n ds t a g g e r e da e r a t i o ns y s t e mi nt h ec o m b i n e dp r o c e s sf o r ma e r o b i c z o n ea n da n o x i cz o n ei nl o o pr e a c t o r ,b u ti th a ss o m ed e f i c i e n c i e s ,s u c ht h a tt h eb i o f i l m a t t a c h e dt os e m i - s o f tp a c k i n gi n s i d et h es y s t e mi se a s i l yt o ot h i c k ,a n dt h e ni n c r e a s et h e f l o wp a t t e r no ft h er e a c t o rf o rs e w a g ea n da c t i v a t e d s l u d g ef l o wr e a c t o rb l o c k t h i s d i s s e r t a t i o nh a ss t u d i e dt h ei n f l u e n c eo ff i x e d p a c k i n g a n ds u s p e n d e dp a c k i n g o nf l o wr a t e 、d od i s t r i b u t i o na n dn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a li nc a s b s b y c o m p a r a t i v em e t h o d s a l s o ,t h ed i s s e r t a t i o nh a ss t u d i e dt h en i t r o g e na n dp h o s p h o r u s r e m o v a le f f i c i e n c yo fc a s b s 诵t l ld i f f e r e n tf i l lr a t ei nr o o ma n d l o wt e m p e r a t u r e ,a n d w i t i ld i f f e r e m tp l u g - f l o wm o d e s t h er e s u l t so ft h er e s e a r c ha r es h o w e da sf o l l o w i n g t h et w ot y p e so ff i x e dp a c k i n ga n ds u s p e n dp a c k i n ga f f e c to nf l o wr a t e 、d o d i s t r i b u t i o na n d n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a li nc a s b s t h ef l o wr e s i s t a n c ei n f i x e dp a c k i n gs y s t e mi sg r e a t e rt h a nt h a ti ns u s p e n d e dp a c k i n gs y s t e m b u tt h et h ef i l m f o r m a t i o np r o p e r t ya n dd od i s t r i b u t i o ni nf i x e dp a c k i n gs y s t e mi sb e t t e rt h a nw h i c hi n t h es u s p e n d e dp a c k i n gs y s t e m t h er e m o v a lo fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u si sb e t t e ri n f i x e dp a c k i n gs y s t e m w h e nt h ec o n c e n t r a t i o n so fc o d ,n h 3 一n ,t na n dt pi n i n f l u e n ta r e1 2 7t o7 5 6m g l ,1 4 0 5 t o5 8 2 2m g l ,2 7 6 0t o6 5 2 5m g la n d1 2 6t o 6 4 4m g la n dt h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c i e so fc o d ,n h 3 一n ,t na n dt pa r e 9 4 2 、9 5 4 、7 9 4 、9 3 2 r e s p e c t i v e l y , w h i c hm e e t st h ef i r s tl e v e lac r i t e r i a s p e c i f i e di nt h ed i s c h a r g es t a n d a r do f p o l l u t a n t sf o rm u n i c i p a lw a s t ew a t e rt r e a t m e n t p l a n t ( g b18 918 - 2 0 0 2 ) f i x e dp a c k i n gs y s t e mf o r m e dt h ec o n d i t i o n sc o n d u c i v et ot h e s m o o t h p r o g r e s s o ft h es n d , b e n e f i c i a l l ye f f e c to ni m p r o v i n g t h en i t r o g e na n d p h o s p h o r u sr e m o v a lo ft h es y s t e m ,r e l a t i v et o t h es u s p e n s i o np a c k i n g ,f i x e dp a c k i n g s u i t a b l ef o rc a s b s p r o c e s s t h e f i l lr a t ec o u l da f f e c tt h er e m o v a le f f i c i e n c yo fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u so f i l l 重庆大学硕士学位论文 c a s b s i nr o o mt e m p e r a t u e w h e nf i l lr a t ea r e15 、2 5 、5 0 o fc a s b s , r e s p e c t i v e l y , t h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yo fc h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ( c o d ) a r e 9 2 4 ,9 4 2 ,9 4 7 ,r e s p e c t i v e l y ;t h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yo f n h 3 - n a l e9 1 6 , 9 5 1 ,9 4 7 ,r e s p e c t i v e l y ;t h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yo ft o t a ln i t r o g e n ( t n ) a r e 7 1 8 ,7 9 4 ,8 2 3 ,r e s p e c t i v e l y ;t h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yo f t o t a lp h o s p h o r u s ( t p ) a l e8 9 8 ,9 2 7 ,9 2 4 ,r e s p e c t i v e l y f i l lr a t eo nc o d a n dt pr e m o v a li sl e s s a f f e c t e d ;i l l l r a t ei nc a s b si n c r e a s e d ,t h en i t r i f i c a t i o n a n dd e n i t r i f i c a t i o n c a p a c i t yo ft h es y s t e mw o u l d b ee n h a n c e dt o s t r e n g t h e nn i t r o g e n r e m o v a l a tl o w t e m p e r a t u r e s ( w a t e rt e m p e r a t u r ei s l o w e rt h a n12 ) ,t oe n h a n c et l l e f i nr a t ei n c a s b sf r o m2 5 t o5 0 ,t h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yo fc h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ( c o d ) , n h 3 - n ,t o t a ln i t r o g e n ( t n ) ,t o t a lp h o s p h o r u s ( t p ) a r e9 2 4 ,91 6 ,71 8 , 8 9 8 r e s p e c t i v e l y ;t h ea v e r a g e r e m o v a lr a t ei s h i g e r 3 6 ,7 7 ,7 4 , 4 0p e r c e n t a g ep o i n t sr e s p e c t i v e l y , t h a nw h i c hw i t ht h ef i ur a t eo f2 5 t w o w a yp l u g f l o wi s b e n e f i c i a lf o r t h es t a b i l i t yo ft h ec a s b sp r o c e s s n o m a t t e rp l u gf l o wi nac l o c k w i s eo rc o u n t e r c l o c k w i s e ,t h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c i e s i so r l e s s ,t h ea v e r a g e r e m o v a l e f f i c i e n c y o fc h e m i c a l o x y g e n d e m a n d ( c o d ) , n h 3 - n ,t o t a ln i t r o g e n ( t n ) ,t o t a lp h o s p h o r u s ( t p ) a r ea b o u t9 4 ,9 5 ,8 0 , 9 3 r e s p e c t i v e l y c i s a n t i - c l o c k w i a ea l t e r m a t i n gt w o - w a yp l u g - f l o wo p e r a t i o nm o d e c a nd e l a yt h eo c c u r r e n c eo ft h i sp h e n o m e n o n ,a sc o m p a r e dt oo n e w a yp l u gf l o w m o d e ,i tc a n i m p r o v et h ef l o wp a t t e mo ft h er e c t o r , a n dr e d u c et h es l u d e g ed e p o s i t i o ni n p r o d u c e ,b u ta l s om a k ep a c k i n gb i o f i l mc a nb e u n i f o r mg r o w t h ,t oa v o i d d u et op u s hi na s i n g l ed i r e c t i o no ff l o w s h e a rs t r e s s ,t h es i d eo ft h eg r o w t ho ft h i c k e rs i d eo ft h i n t w o w a yp l u g - f l o wm o d ec a nr e d u c et h en u m b e ro fr e g u l a rc l e a n i n go fb i o i l l m ,a n di s b e n e f i to fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a li nc a s b ss y s t e m k e yw o r d s :r e m o v a lo f n i t r o g e na n dp h o s p h o r u s ,c a s b sp r o c e s s , p a c k i n g ,f i l l i n gr a t e ,t w o - w a yp l u g f l o w i v 1绪论 1绪论 1 1 我国小城镇水资源现状 1 1 1 小城镇污水治理的必要性 随着小城镇城镇化进程的加快,我国小城镇规模也不断增大。村镇人口不断 的集中,乡镇企业的迅猛发展,小城镇污水的排放量也逐渐增加。同时,小城镇 一般处于城乡结合部,紧邻农村,畜禽和水产养殖,农药及化肥的使用也使得越 来越多的氮磷营养物质排入水体。但由于小城镇的环保建设远远滞后与其城镇建 设。使得小城镇污水的处理率和达标率都相对大中城市低的多,小城镇自身生态 环境和河湖水体的区域性水环境问题越来越严重。据相关部门统计,我国有9 0 以上小城镇水体环境均受到不同程度的污染,7 8 的城镇河段不宜作饮用水水源, 5 0 的城镇地下水受到污染,工业较发达的城镇附近的水域污染则更加突出【1 1 。 根据中国环境保护部发布的中国环境状况公报2 0 1 0 年数据显示,我国地表水 污染依然较重,七大水系1 8 3 条河流总体为轻度污染,并且一般支流的污染程度 严重于干流,2 8 个重点湖库的主要污染指标都是总氮和总磷,湖泊( 水库) 的富 营养化问题突出。因此,小城镇污水己成为水体富营养化的一个重要污染源。小 城镇污水治理不仅符合小城镇自身发展的需要也是流域生态环境保护的要求。小 城镇污水治理具有重要性和迫切性。 1 1 2 小城镇污水治理的特点 小城镇的污水水质由于自然条件和经济发展水平参差不齐,小城镇区域特点 和主要功能不同,因此,其污水的特性也各不相同。但总的来说小城镇相较于大 中城市污水有以下特点: 由于人口少,用水量普遍偏低,污水量较小; 由于小城镇用水量是变化系数较大,再加上雨季的影响,小城镇污水水量 和水质变化大【2 】。小城镇污水厂进水水质指标浮动更大,以重庆市某污水厂1 3 j 的水 质指标为例,c o d :1 0 3 - 1 0 7 4 m g l ;t n :1 6 5 7 1 5 m g l ;t p :0 9 6 - 4 9 0 m g l 。 多数小城镇的经济比较薄弱,且土地资源日趋紧张。经济承受能力弱,可 供选择的适用技术少。而目前建万吨级的污水处理厂,其投资基本都在1 0 0 0 万元 以上,运行成本在o 4 6 元吨左右1 4 j 。 由于小城镇相对技术落后,维护管理人员的运行管理经验严重缺乏。 针对小城镇污水处理面临的问题,开发具有除磷脱氮功能、抗较强的适应冲 击负荷能力和调节能力、运行管理简便易行、基建和运行费用低的的污水处理技 术具有重要意义1 5 j 。 重庆大学硕士学位论文 1 2 小城镇污水处理工艺研究现状及发展 1 2 1 小城镇污水处理常用工艺与技术 目前,常用于小城镇污水处理的工艺有s b r 工艺,氧化沟工艺,以曝气生物滤 池为代表的生物膜处理工艺,以人工湿地为代表的生态处理技术。 s b r 工艺 序批式活性污泥法( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ,s b r ) 1 6 - 1 2 】是目前运用非常广 泛的一种污水处理工艺。在s b r 系统中,污染物质是随着时间的推移而逐渐降解 的,是一种典型的理想推流式反应器。经典s b r 反应器的运行操作包括进水、反 应、沉淀、排放、待机等5 个工序。s b r 通过在时间上的交替而非空间上的连续 来实现传统活性污泥法的运行过程,在其工艺流程上仅设置一个基本单元,将调 节池、曝气池和二沉池的功能集于一身。这样的机构设计也方便对进行水质水量 进行调节。 s b r 工艺的主要优点是:1 ) 有机物去除效率高,净化效果好,出水水质好, 污水沉淀性能好;2 ) 处理设备少,不需二沉池和回流,工艺简单;3 ) 能有效抑 制丝状菌膨胀;4 ) 具有除磷脱氮功能,不需要额外新增反应器,占地面积省。 同时经典的s b r 工艺也存在一些问题:1 ) s b r 阀门设置多,进水出水阀门 自动切换频繁,自控要求高;2 ) 单一s b r 反应器的应用在连续进水时需要较大的 调节池;3 ) s b r 工艺设备的闲置率较高和污水提升水头损失较大等。 氧化沟工艺 氧化沟【1 3 1 6 】( o x i d a t i o nd i t c h ) 是属于活性污泥的一种变型,它是一种曝气 池呈封闭的沟渠形延时曝气工艺,因为污泥的混合液在反应器中循环流动,又称 “循环曝气池”。 氧化沟主要有以下优点:1 ) 流态上介于推流和完全混合之间,有利于活性污 泥的生物凝聚提高缓冲能力:2 ) 独特的水流状态导致明显的溶解氧浓度梯度,特 别适用于硝化一反硝化生物处理,能取得良好的脱氮效果:3 ) 氧化沟的整体功率 密度较低,可节约能源,且对水温、水质、水量的变动适应性强。 但是其除磷效果仍然不理想,还存在污泥沉积,易产生浮泥和漂泥的问题等。 这也制约了氧化沟技术运用于小城镇生活污水。 生物膜处理工艺 污水的生物膜处理法【1 7 , 1 8 1 是与活性污泥法并列的一种污水处理工艺。目前, 如曝气生物滤池和生物接触氧化等生物膜处理工艺在小城镇污水处理中也有较为 广泛的应用。生物膜工艺处理污水的的实质是使细菌、原生动物和后生动物等 微生物附着在滤料或载体上生长繁殖,并且在这些载体上形成生物膜。当污水 和生物膜接触时,生物膜上的微生物将消耗掉污水中的有机污染物,使得污水净 2 1 绪论 化,同时微生物自身也得到繁殖。以典型的曝气生物滤池工艺为例,简单介绍一 些生物膜反应器具有的特征。 曝气生物滤池【1 9 2 0 】( b a f ) 是一种典型的膜法处理工艺。这种工艺将生物接 触氧化和过滤结合在一起。在设置上不设沉淀池,通过对滤料的反冲洗来实现滤 料上生物膜的再生,维持滤池的周期运行。其工艺的主要优点如下: 1 ) b a f 工艺的容积负荷较高,同时还具有较高的氧传质利用效率; 2 ) b a f i 艺沿水流方向,污染物质和生物膜都呈现空间梯度分布特征; 3 ) b a f 工艺占地面积少;b a f 工艺投资省,因为其系统总水力停留时间短, 建设投资费用低,出水水质高。 但在运行过程中发现,曝气生物滤池也有很多不足之处,例如:1 ) 在工艺前 端一般要设置预处理设施;2 ) 若进水s s 较多,反冲洗频繁,影响运行稳定度;3 ) 对除磷的效果不稳定,低于其脱氮的效果。 由此看,用生物膜法处理污水时微生物种类更多,世代时间较长的硝化菌等 微生物更易存活和生长,由于其生物食物链长,污泥产量也低。对于低浓度的污 水生物膜法也具有较好的处理效果【2 l 】。但是,生物膜法也存在的不足也很明显: 即除磷效果尤其差,据报道其总磷的去除率只在1 1 9 7 4 0 之间瞄】。究其原因 是因为传统生物污水处理主要通过排除富磷污泥来除磷,一般要求污泥龄较短, 这与生物膜法所需泥龄较长矛盾,从这点上解释生物膜法处理不利于磷的去除,所 以需通过其他的设计来提高生物膜法中磷的去除。 生态处理技术 其实生态处理技术并非全新的技术,可以认为是在农村、小县城根据当地的 自然和经济条件,适当采用的土地处理技术,包括稳定塘、土地渗滤系统、人工 湿地技术,其中以人工湿地为代表在小城镇污水处理中运用较多。 人工湿地处理技术 2 3 - 2 5 的主要是指:污水有控制的投放到被人工建造的湿地 上,污水沿一定方向流动,在流动的过程中利用耐水植物、微生物、土壤以及人 工介质的化学、物理和生物的综合作用,使污水得到净化。人工湿地的主要作用 机理包括微生物代谢作用、物理沉降作用、吸附、滞留、过滤、氧化还原、植物 遮蔽、残留物积累、沉淀、转化蒸腾水分和养分吸收以及各类动物对污染物的降 解作用。 人工湿地系统的主要优点是:1 ) 建设和运行费用低;2 ) 易于管理;3 ) 对水 力和污染负荷的冲击有较好的缓冲能力。 人工湿地在运行过程中最大的问题是容易发生堵塞,其中有机负荷过高是堵 塞产生的主要原因,此外,不断增加的生物量,厌氧条件都会加速系统的堵塞, 给人工湿地的长期运行造成影响。 重庆大学硕士学位论文 除了堵塞外,人工湿地在运行中还存在以下问题:a ) 人工湿地受季节和气温变 化影响较大1 2 6 1 ,不如一般的污水生物处理法抗低温;b ) 对磷处理效率低,营养物 质在系统中存在累积,随着运行时间的延长,处理效率还进一步下斛2 7 j ;c ) 在运 行中还容易发生渗漏,污染地下水的可能,有关湿地植物、填料也需要进一步研究。 1 2 2 传统的小城镇污水处理工艺存在的问题 以上工艺均属于传统的生物脱氮除磷工艺系统,在实际应用过程中往往出现 脱氮和除磷效果不能同时达到最佳的情况,用于水质水量波动较大的小城镇污水 处理时也存在不少问题,主要体现在以下几方面: 除磷与脱氮之间的污泥龄存在矛盾。传统的生物除磷方式是通过排除富磷 剩余污泥来去除污水中的磷元素物质( 主要是磷酸盐) ,污泥龄短利于除磷;而在 脱氮方面,由于硝化过程所需的硝化细菌增殖速度慢,系统必须维持较长的污泥 龄才能取得良好的脱氮效果。因此,传统工艺往往处理不好脱氮与除磷之间的污 泥龄矛盾,导致除磷脱氮不能兼顾。 硝化作用产生的硝酸盐对聚磷菌的厌氧释磷过程有抑制作用。厌氧区硝酸 盐的存在,会导致反硝化菌与聚磷菌竞争污水中的有机基质,并优先于聚磷菌利 用这些有机基质进行反硝化;部分聚磷菌( 如气单胞菌) 还会利用厌氧区的硝酸 盐作为电子受体进行反硝化,抑制其对有机物的厌氧发酵产酸作用。结果使聚磷 菌无法获得足够的v f a s ( 挥发性脂肪酸) ,从而抑制了聚磷菌的对磷的释放及 p h b ( 聚b 羟基丁酸盐) 的合成能力,进而也影响在好氧条件下聚磷菌的吸磷能 力,使系统除磷效果下降甚至遭到破坏1 2 引。 实际工程中,传统活性污泥法的m l s s 一般为维持在2 0 0 0 - - 3 0 0 0 m g l ,系 统内生物种类较少,世代时间长的生物如硝化菌较难生长,当污水水质水量波动 大时,抗冲击负荷能力低,除磷脱氮效果不稳定。 此外,由于磷元素在自然界循环速度很慢,在生物圈内处于单向流动,使其成 为一种不可更新的宝贵资源。而随着城市污水处理流失的磷不仅导致磷资源的浪费、 而且还加剧水体富营养化进程,因此,从城市污水中回收磷和对磷再循环利用是可 持续发展的需要,寻找污水处理工艺中磷回收的方式和方法变得尤为重要。 1 2 3 小城镇污水处理新工艺 近几年,不断研发出了一些新工艺处理小城镇污水,如厌氧水解一一高负荷 生物滤池和蚯蚓滤池组合工艺、b l 水循环处理工艺、一体化a m o 。工艺、三相内循 环流化床反应器、a a a 工艺等。这些工艺对小城镇污水的处理取得了一系列的 成效,但也存在不小的局限。 厌氧水解高负荷生物滤池和蚯蚓生态滤池组合工艺【2 9 , 3 0 】 厌氧水解高负荷生物滤池和蚯蚓生态滤池组合工艺综合了两种工艺的优 1绪论 势,以水解酸化池、高负荷生物滤池作为预处理工艺,前者主要提高污水的可生 化性并降解大部分污水中大部分有机物质,后者用于截留污水中s s 物质、消除污 水毒性并去除n h 3 - n 等。蚯蚓生物滤池是整个工艺的主要部分,在预处理后进一步 降解污水中的有机物和n h 3 - n 。其特点是在滴滤池中引入蚯蚓,使其吸收、消化和 分解滴滤池进水中的生物膜污泥,并排出蚯蚓粪。这不仅增加了系统的生物多样 性,还有效解决了滤池的堵塞问题。该工艺流程图如图1 1 。 - 1 一 一k - j - i - i l j j - 。_ 图1 1厌氧水解高负荷生物滤池和蚯蚓生态滤池组合工艺 f i g 1 1 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 l o g i c a lf i l t e rc o m b i n e de a r t h w o r mf i l t e rp r o c e s s 该工艺造价低、占地面积少、运行费用低、污泥产率低、管理要求低,适合 小城镇的经济情况,但是脱氮除磷效果不佳,不能达到城镇污水处理厂的排放要 求。 b l 水循环处理工艺f 3 1 , 3 2 】 b l 水循环处理工艺主要包括导流池以及水力澄清池两个部分,是一种生化+ 物化处理的污水处理方式。其中调节池的功能与传统活性污泥工艺的厌氧区相同, 导流池则与好氧段和缺氧段功能相同,主要处理污水中的b o d 5 和氨氮,水力澄清 池的主要作用是化学除磷和固液分离。该工艺的主体部分是导流池,结构如图1 2 。 进求 导漉扳 出水 爆气灭 剩余污泥捧出 图1 2b l 水循环处理工艺导流池剖面图 f i g 1 2 p r o f i l eo fb lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t 重庆大学硕士学位论文 b l 水循环处理工艺是一种占地省,运行效率高的污水处理系统,但其除磷需 要加入的专用水处理剂还没有报道,这也限制了它的运用。另外此工艺抗冲击负 荷能力不强,需进一步研究和改进。 一体化a m o n 工艺【3 3 , 3 4 】 一体化a m o 。工艺中,a 指厌氧或缺氧阶段,o 代表好氧阶段,m 、n 分别代表 这两个阶段的数量或者程度:在此反应器中,a 、o 可以灵活组合,a 或o 可以任一 置前或者置后,也可以a 、o 交替,a m 0 。工艺可以通过变化运行条件灵活地控制反 应情况;a m o n 一体化反应器机理及水力运作形式如图1 3 。 文心产 图1 3a 。o 。一体化反应器运行图 f i g 1 3r u n n i n gc h a no fa m o ni n t e g r a t i v ep r o c e s s a m o n 工艺的脱氮效果较好,但是除磷的状况不好,并且工艺控制也比较复杂。 新型三相内循环流化床反应器【3 5 】 内循环三相流化床反应器的主要特征是气液循环,并且使反应器内的微小载 体能有具有循环流化状态。这不仅使微生物附着生长的面积扩大,也使反应器具 有很好的混合和传质条件。与一般的好氧流化床相比,其流化状态更好,反应器 内呈现完全混合状态,均匀性好。另外,在反应器运行过程中,载体的流失量小, 不需要设置专门的脱膜设备,减少了很多辅助设备和运行费用。工艺工作运行图 如图1 4 所示。 6 1绪论 图1 4 三相内循环流化床反应器运行图 f i g 1 4r u n n i n gc h a r to ft h r e e - p h a s e - i n t e r n a l l o o pr e a c t o rp r o c e s s 由于其具有较好的抗冲击能力,所以适用于小城镇污水处理,但是三相分离 器的设计难度较大,且运行的参数不易掌握,这也为推广增加了难度。 a a a 丌工艺 a a a 工艺( a l t e r n a t i n ga e r o b i ca n da n a e r o b i cc o m p l e t e l ym i x e da c t i v a t e d s l u d g e ,简称a a a 工艺) 是一种专门针对城镇污水处理开发的新工艺。该工艺的 主要特点是:通过自动连续监测反应池的d o 变动速率,控制曝气系统的开关,使 污水能在一个反应池内出现厌氧、好氧的交替状态,完成脱氮和除磷过程【3 6 l 】。此 工艺的核心技术为厌氧好氧交替运行的完全混合式活性污泥处理技术( 简称 a a a c m a s 技术) 。 图1 5a a a t m 工艺流程图 f i g 1 5a l t e r n a t i n ga e r o b i ca n da n a e r o b i cc o m p l e t e l ym i x e da c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s 重庆大学硕士学位论文 该工艺要求自控程度高,需对曝气量和曝气时间监控,因此能显著降低能耗。 由于其只建设一个池子,基建费用省。但a a a 蹦工艺的自控程度高,运行和掌握 的难度也大,对其推广也有限制。其处理工艺流程图如1 5 所示。 1 2 4 小城镇污水处理工艺的发展趋势 小城镇污水处理新工艺主要是围绕高效节能,低成本、低占地面积这些指标 展开。目前仍在朝如下几个方面发展: 高效反应器的发展一一通过提高微生物的生物量和生物活性,旨在提高反 应器的处理负荷。如以三相内循环反应器为代表的移动床生物反应器,其负荷高 于生活膜反应器和活性污泥工艺。 一体化反应器的发展一一这种一体化反应器的发展,使反应器的占地面积 大大减少,满足小城镇的经济条件。让反应、沉淀、分离技术逐步融合,这一趋 势典型代表有一体化a m o n 工艺。 精确曝气,提高充氧性能一一传质条件,尤其是氧的供给问题一直以来限 制着污水生物处理技术的发展。精确曝气技术出现,充氧性能的提高避免了曝气 动力的浪费,对反应进行控制更加精准,有效,女d a a a t m - e 艺体现了这个领域的 发展。 1 3 环流式活性污泥生物膜组合工艺( c a s b s 工艺) 研究现状 1 3 1c a s b s 工艺的构建原理 环流式活性污泥生物膜组合工艺( c y c l i ca c t i v a t e ds l u d g ec o m b i n e db i o f i l m s y s t e m ,简称c a s b s ) 3 7 】是吉芳英课题组针对小城镇污水水质和水量变化大而开 发的一种具有知识产权的新技术,该技术己申报发明专利并已获授权( 专利号: z l2 0 1 010 2 2 4 7 0 5 3 ) 。此工艺克服了传统生物脱氮除磷系统在处理小城镇污水时 除磷和脱氮不能兼顾的难题。在构建时从以下生物脱氮除磷的新技术和新工艺中 受到启发并吸取经验。 同时硝化反硝化技术 同时硝化与反硝化技术( s 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 n ,简称 s n d ) 3 8 , 3 9 是指:利用污水处理反应器中的溶解氧在宏观和微观上分布不均,从 而使硝化反应和反硝化反应发生在同一个反应器中的技术。根据文献显示,溶解 氧( d i s s o l v e do x y g e n ,简称d o ) 4 0 , 4 1 , 4 2 浓度实现同时硝化反硝化的重要因素,并 且s n d 较容易在低溶解氧的情况下发生。同时,p h 4 3 1 值、碳源【4 4 1 也是影响s n d 发生的因素。若反应器中发生同时硝化反硝化反应,则系统的p h 值更加稳定,因 为硝化产生的酸度能够立即被反硝化产生的碱度所中和。s n d 的应用使得缺氧和 好氧可以融为一池,减少了反应器的容积,投资更省。 1 绪论 在c a s b s 反应池的构建中,正是考虑s n d 技术的应用,在主反应器中采用 定点曝气的方式,通过控制d o 浓度,使反应器在宏观上形成d o 分区。并且采用 活性污泥生物膜相结合的方式,在外环反应中加挂填料,使微生物附着生长,在 填料表面形成具有一定厚度的生物膜,生物膜在微观上又具有好氧缺氧,甚至厌 氧的环境,促使s n d 的发生。 侧流除磷技术 根据目前掌握的除磷理论聚磷菌在厌氧状态下释磷,好氧状态超量吸磷,根 据这一原理,排除厌氧富磷污水就可排放出系统中的磷,这一除磷技术成为侧流 除磷技术,它取代了传统脱氮除磷系统中依靠排放污泥来除磷的方式,这对于维 持系统的污泥浓度有积极作用,同时,不依赖排泥除磷也就缓解了与生物脱氮之 间关于污泥龄的矛盾。在系统中可采用长泥龄来提高脱氮效率。 吉芳英等在p h o s t r i p 工艺 4 5 , 4 6 、a s b i o f i l m 工艺【4 7 】和b c f s l 4 s l i 艺基础上, 开发了活性污泥外循环e r p s b r ( e x t e r n a lr e c y c l ep r o c e s so fa e r o b i cs l u d g ei ns b r s y s t e m ) 生物除磷脱氮工艺( 装置及流程见图1 6 ) ,该工艺正是侧流除磷技术的典 型应用。 4 i s b r 反应器2 厌氧反应器3 化学混凝池4 定时器 5 滗水器6 搅拌器7 曝气头8 外循环污泥9 化学污泥l o 污水池 图1 6e r p s b r 生物脱氮除磷工艺 f i g 1 6 e x t e r n a lr e c y c l ep r o c e s so fa e r o b i cs l u d g ei ns b r s y s t e mo fn a n dpb i o l o g i cr e m o v a l c a s b s 反应器在设计时,采用连续进水间歇排水的模式,当反应进入沉淀阶 段,从厌氧池排除富磷污水。下个周期来l 瞄时,磷在好氧吸磷发生以前就己经被 排出,聚磷菌只需要通过“厌氧释磷量的释磷能力”以及吸磷能力便可获得较好 的除磷效果,不需要再通过“超过其生物基质需求量的吸磷能力”来维持系统稳 定。也正因为如此,这部分能力为系统抗磷冲击负荷提供了保障【4 9 】。 各种环流循环反应器 环流反应器除最典型的o r b a l 氧化沟以外,还有其他的新型
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