（环境工程专业论文）强化絮凝—流动床生物氧化组合工艺中试研究.pdf

摘要 摘要 目前小城镇污水处理率较低，小城镇的特点决定了其污水处理应以工艺流 程简单、污水处理高效、投资运行费用低廉、操作管理简便实用为原则。课题 以中低浓度生活污水为对象，在上海竹园第一污水处理厂进行了中试试验，研 究强化絮凝一流动床生物氧化组合工艺对该类污水的处理效果，考察其对有机 物和氮磷的去除效果，探索最佳的工艺技术路线，优化工艺的运行参数，为新 工艺的广泛应用提供经济可行的工艺实施方案。 中试试验选择了无机高分子絮凝剂一聚合氯化铝( p a c ) 和有机高分子助凝 剂一聚丙烯酰胺( p a m ) 进行强化絮凝工艺的中试研究。研究表明，强化絮凝 工艺对生活污水具有明显的强化处理效果：当p a c 投加量为2 5 6 - - 5 1 1 m g l ， p a m 投加量为o 5 m g l 时，c o d c ，的去除率可达3 2 6 - 5 0 o ，总磷去除率可达 4 4 1 - - 6 6 0 ，浊度去除率可达8 0 以上。 在中低浓度的进水水质条件下，综合考虑各运行参数对除污染效果以及基 建和运行费用的影响，组合工艺达到城镇污水处理厂污染物排放标准 ( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 一级b 要求的最佳运行工况为：p a c 投加量为2 9 0 5 1 1 m g l ( 8 4 1 4 8 m g a l 2 0 3 l ) ，p a m 投加量为0 5 m g l ，气水比为4 0 5 9 ：l ，絮凝 沉淀池和流动床生物氧化池的水力停留时间分别为1 9 2 8 5 m i n 和3 3 5 h ，污 泥混合液回流比为8 0 - 1 5 0 ，填料投配率为3 0 - 5 0 ，泥龄为1 5 d 。 通过工程造价估算，将本中试装置扩大应用于实际工程，与传统工艺相比， 无论是总投资还是运行费用都有一定的优势。以5 1 0 4 m 3 d 规模污水处理厂为例， 单位污水量工程造价为1 6 0 3 ：无( m 3 废水) ，单位污水用电为0 4 7 k w h ( m 3 废水) ， 工程运行成本为0 3 8 元；( m 3 废z k ) 。 该组合工艺应用于小城镇污水处理，具有出水稳定，投资省，管理方便等 优点，具有明显的经济效益和社会效益，符合水环境保护的长远发展趋势，具 有广阔的应用前景。 关键词：强化絮凝，流动床生物氧化，悬浮填料，技术经济分析 a b s t r a c t a b s t r a c t c u r r e n t l ym o s to fw a s t e w a t e rg e n e r a t e da ts m a l lt o w n si sd i s c h a r g e dd i r e c t l y w i t h o u ta n yt r e a t m e n ti nc h i n a b a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h er u r a la r e a s ，i ti s r e q u i r e dt od e v e l o paw a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g yw i t hs i m p l ep r o c e s s e s ，h i g h e f f i c i e n c y , l o wc o s t sf o ro p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c e t h i st h e s i sp r e s e n t st h er e s u l t so f ap i l o t s c a l et e s t i n g0 1 1t h et h i ns a n i t a r yw a s t e w a t e rt r e a t m e n tt h r o u g hc e p t - m b b r c o m b i n e dp r o c e s s ，w h i c hw a sc o n d u c t e da ts h a n g h a iz h u y u a nn o 1w a s t e w a t e r t r e a t m e n tp l a n t ( w w t p ) t h ep r o p o s eo ft h er e s e a r c hw a st os t u d yt h ef e a s i b i l i t yo f t h en e wp r o c e s s ，t oe n h a n c et h er e m o v i n ge f f i c i e n c yf o ro r g a n i cp o l l u t a n t s ，n i t r o g e n a n dp h o s p h o r u s ，t oo p t i m i z et h ep r o c e s sp a r a m e t e r sa n dt op r o v i d ep r a c t i c ef o rt h e a p p l i c a t i o ni nt h ef u t u r e i nt h es t u d y , w es e l e c t e dp o l y m e ra l u m i n i u mc h l o r i n e ( p a c ) 嬲t h ei n o r g a n i c p o l y m e rc o a g u l a n ta n dp o l y a c r yl a m i d e ( p a m ) a st h eo r g a n i cc o a g u l a n ta i d s ，t o o p t i m i z et h ed o s a g eo fc o a g u l a n ta n dc o a g u l a n ta i df o rc e p t r e s u l t ss h o wt h a t c e p th a sae n h a n c e dp e r f o r m a n c ef o rw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，a n du n d e rt h eo p t i m i z e d d o s a g e ( 2 5 6 - 51 1m g lf o rp a c ，a n d0 5 m g lf o rp a m ) ，t h er e m o v i n gr a t eo f c o d c r ，t pa n dt u r b i d i t yc a nr e a c h3 2 6 - - - 5 0 ，4 4 1 - 6 6 0 a n d 8 0 r e s p e c t i v e l y b a s e do nt h er e s u l t so ft h er e s e a r c ho nl o w m e d i u mc o n c e n t r a t i o nw a s t e w a t e r t r e a t m e n tc o n s i d e r i n gt h es t r u c t u r ei n v e s t m e n ta n do p e r a t i o nc o s t ，t h ec o m b i n e d p r o c e s sh a sag o o dp e r f o r m a n c ea n dt h ew a s t e w a t e rt r e a t e db yt h ep r o c e s sc a nm e e t t h ec l a s sbs t a n d a r d so fl e v e rao fd i s c h a r g es t a n d a r d so fp o l l u t a n t sf o rm u n i c i p a l w a s t e w a t e rt r e a t m e n t p l a n t ( g b i8 918 - 2 0 0 2 ) u n d e rt h e f o l l o w i n go p t i m i z e d p a r a m e t e r s ，p a cd o s a g ei s2 9 o 51 1m g l ( 8 4 14 8 m g a l 2 0 3 l ) ，p a md o s a g ei t 0 5m g l ，t h er a t i oo fg a st ow a t e ri s4 o 5 9 ，t h er e f l u e n c er a t i o no fs l u d g ei s8 0 - - 15 0 ，t h ev o l u m er a t i o no ff i l l e r si s3 0 - 5 0 ，t h eh y d r a u l i cr e m a i n i n gt i m e ( h r t ) f o rt h ec h e m i c a le n h a n c e dr e a c t o ra n dt h em o v i n gb i o l f i l mb e dr e a c t o ri s19 - - - , 2 8 5 m i na n d3 3 5h o u r sr e s p e c t i v e l y , a n ds l u d g er e m a i n i n gt i m e ( s r t ) i s15d a y s b a s e do nt h ee s t i m a t i o no fi n v e s t m e n tc o s t ，t h ep r o c e s sh a sal o w e rc o s tf o rb o t h c a p i t a lc o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o n g i v e naw w t pw i t hac a p a b i l i t yo f5 0 ，0 0 0m d ， t h eu n i tc o s tf o rc a p i t a lc o n s t r u c t i o ni sa b o u tr m b1 ，6 0 3y u a np e rc u b i cw a s t e w a t e r , t h ee l e c t r i c i t yc o n s u m p t i o ni s0 4 7k w h p e rc u b i cw a s t e w a t e ra n dt h eu n i to p e r a t i o n c o s ti sa b o u tr m b0 38y u a np e rc u b i cw a s t e w a t e r t h ec o m b i n e dp r o c e s sm e e t st h er e q u i r e m e n t so fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tf o rs m a l l t o w n si nc h i n aa n dh a ss e v e r a la d v a n t a g e sa sb e l o w , i n c l u d i n gh i g ha n ds t e a d y e f f i c i e n c y , l o wi n v e s t m e n tc o s t ，s i m p l eo p e r a t i o n ，e t c t h es u s t a i n a b l ep r o c e s s m a t c h e st h el o n g t e r mp r o p o s eo ne n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n dh a sa b r i g h tp r o s p e c t i na p p l i c a t i o n s k e yw o r d s ：c e p t , m b b r ，s u s p e n d e dc a 丌i e r ，t e c h n i c a la n de c o n o m i ca n a l y s i s 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如 下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保 存学位论文的e o 届i j 本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手 段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅 览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和 电子版：在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部 内容用于学术活动。 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 。 指导教师签名： 脑 莎一萨- 3 月2 日 学位论文作者签名： 确年? 月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，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，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、己公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 础签专乌弹 第1 章概述 第1 章概述 1 1 小城镇水污染及治理现状 近年来，随着国家对大中城市污水排放控制的加强，污染严重的产业有向 小城镇和农村转移的趋势。我国沿海地区城镇化建设加快，乡镇企业发展迅速， 工业布局不合理，中小企业发展的多样化，使污水成分复杂化，加上重效益、 轻环保的思想，现有污水处理设施少，污水处理率低，无害化处理后的资源化 利用几乎是空白 1 - 3 o 目前，全国约9 5 以上的小城镇均未建立污水处理厂，城 镇生活污水处理率不足l o ，乡镇或村办工业企业生产污水处理达标率仅为3 0 以及近年来发展势头迅猛的规模化畜禽养殖与水产养殖，对小城镇水环境污染 压力极大，导致不少河流、湖泊等水体污染极为严重h 1 。据统计，至2 0 0 1 年， 上海郊区有污水处理厂2 0 座，设计规模4 7 3 1 0 4 m 3 d ，实际污水处理量 3 8 9 1 0 4 m 3 d ，其中区属污水处理厂8 座，设计规模2 2 3 1 0 4 m 3 d ，实际处理能 力1 7 5 1 0 4 m 3 d 。上海郊区的污水总量约为2 6 1 1 1 0 4 m 3 d ，设计污水处理率约 3 1 5 ，污水处理率比较低。 小城镇污水水质水量有其不同于一般的城市生活污水和工业废水的特点， 主要表现为：污水量少而且昼夜波动大；生活污染源和禽畜污染源是郊区及城 镇水环境污染的重要来源，工业废水的排放总量大，但是污染物总量低于前两 者，在上海等城市的水源保护区，前两类污染源所占的比例更高；污水的主要 成分是生活污水和一定量的工业废水，而工业废水是以农产品加工业为主瞄1 ，对 于大型宾馆、饭店或旅游度假区，污水还具有很强的季节性：污染物主要是氮、 磷、c o d c ，、b o d 5 ，属于综合性有机污染类型，其中n h 3 - n 是很多水体最主要 的污染物，导致水体的综合质量下降；污染物的浓度偏低，如c o d c r 不大于 3 0 0 m g l ，b o d 5 一般不高于1 5 0 m g l ，属于中低浓度生活污水，且以有机污染物 为主，可生化性高。 就上海而言，上海郊区小城镇水环境质量总体较差，按照国家地面水环 境质量标准( g b 3 8 3 8 - - 2 0 0 2 ) 评价，8 0 以上的河道( 湖泊) 水质达不到功能 第1 章概述 区标准，5 0 以上的河道水质劣于v 类，主要超标项目为n h 3 n 、c o d c ，、b o d 5 和溶解氧，属综合性有机污染类型。分析郊区点源污染的来源，工业污染源排 放水量大，占郊区总水量的4 9 ；禽畜污染源的c o d c ，排放量最大，达到4 8 1 ， 生活污水和工业污染源所占的比例分别为3 6 5 和1 5 4 ；n h 3 n 排放总量生活 污染源所占比例最高，达4 6 8 ，禽畜污染源和工业污染源分别占3 0 4 和 2 2 5 。由此分析，生活污染源和禽畜污染源是郊区水环境污染的重要来源，在 水源保护区这两类污染源所占的比例更高。因此，加快郊区小城镇污水处理步 伐，建设小城镇污水处理厂对于改善郊区水环境有重要意义。 1 2 小城镇污水处理工艺研究现状 1 2 1 小城镇污水处理工艺的设计原则 根据我国小城镇的经济状况、地理方位和水质水量特点，小城镇污水处理 工艺的设计应遵循以下原则唯1 ： ( 1 ) 首先考虑工艺的经济实用性，选择建设费用和运行费用较低的工艺， 适应小城镇的财政收入普遍不高、经济实力较弱的特点；( 2 ) 工艺流程要简洁、 实用，应根据排放水体用途、状况，确定相应的出水水质标准；( 3 ) 在研究与 开发小城镇污水处理技术时应充分注意管理的方便性和技术的简单适用性，确 保长期效果，故障要少，当地能自行解决，且检修方便容易；( 4 ) 污水处理装 置需有较强的抗冲击能力，适应小城镇污水的水量小、波动大、污染物的负荷 变化较大的特点；( 5 ) 为防止水体富营养化污染水源而d nj 罟l l 城市供水紧张，必 须对小城镇污水处理厂出水的氮、磷指标严格控制，必要的情况下还要对出水 进行消毒处理。 因此，应遵循适合国情的建设途径，研制开发一种安全、方便、可靠的适 合小城镇需要、可以组装的商品化工艺系统，缩短建设程序和周期，减少浪费， 推进小城镇污水处理厂建设，完成小城镇污水处理厂的系列化、标准化、成套 化的工程设施与设备。 2 第i 章概述 1 2 2 小城镇污水处理工艺的研究现状 小城镇污水处理属于小型污水处理范畴，国外对该领域的研究始于二十世 纪七、八十年代0 1 。近十几年来，欧洲很多国家、美国、日本对村镇及社区污水 处理非常重视，污水处理的普及率很高。例如，挪威九十年代中期有几百座小 型污水处理装置在良好运转，有效地保护了水环境阳1 。我国该领域处于起步阶段， 仅有简单的处理装置如化粪池在运转，此外，极少数宾馆、饭店或小区采用小 型装置处理生活污水旧1 ，出水的状况几乎没有监测。近几年国内该领域的投入加 大，小型污水处理技术的发展很快，将进入实用化阶段。 目前国内外用于小城镇污水处理工艺主要有传统活性污泥法、序批式活性 污泥法( s b r ) 、氧化沟、稳定塘、人工湿地、膜分离工艺、生物生态过滤工 艺n 们、厌氧生物处理、强化絮凝工艺( c h e m i c a le n h a n c e dp r i m a r yt r e a t m e n t ，简 称c e p t ) 、流动床生物氧化工艺( m o v i n gb e d b i o f i l mr e a c t o r ，简称m b b r ) 、 化学一生物组合工艺等。 传统活性污泥法，在大型污水处理厂应用的比较多，工艺运行比较成熟， 但其投资成本高、运行费用高、操作要求高，并且占地面积大，这与小城镇整 体经济水平不相符合； s b r 的特点是工艺简单，由于只有一个反应池，不需二沉池、回流污泥及 设备，一般情况下不设调节池，多数情况下可省去初沉池。k e t c h u m 等人的统计 结果表明，采用s b r 法工艺处理小城镇污水时，要比普通活性污泥法节省基建 投资3 0 以上。此外，采用如此简洁的s b r 法工艺的污水处理系统还具有布置 紧凑、占地面积省的优点。耐冲击负荷且运行方式灵活，可以从时间上安排曝 气、缺氧和厌氧的不同状态，实现除磷脱氮的目的1 。但因为间歇排水水头损 失大，池容的利用率不理想，国产设备和控制系统质量问题，容易发生故障， 而且进口设备费用过高，有待进一步研究和改进。 氧化沟法于2 0 世纪5 0 年代初发展形成，该工艺处理流程简单、操作管理 方便、运行方式较为灵活，但其相对占地面积较大、能耗较高，不适宜以作为 小型污水处理厂的处理工艺。 人工湿地处理污水近年来受到重视，欧美国家广泛采用人工湿地系统处理 村镇地区及小型社区污水，取得了显著的成效n 13 1 。人工湿地系统对c o d c ，、 b o d 5 、t s s ( s s ) 等的去除效率均很高，去除率可达9 0 ，t p 也能达到良好的 3 第1 章概述 效果n 引，但t n 和n h 3 n 的去除效果差异很大。人工湿地可以利用当地有利地 形，运行费用少、操作要求低，但其占地面积大，运行稳定性受到气候等多方 面的限制。另外，人工湿地系统处理村镇及小区污水，地下水的污染和湿地系 统的处理能力逐渐下降是一个值得关注的现象n5 1 。 稳定塘系统是一项古老而又不断发展的污水处理技术，可达到较好的出水 水质，有的稳定塘系统还具有脱氮除磷的功能。可以利用当地有利地形，运行 费用少、操作要求低。传统稳定塘系统的出水水质不稳定，往往藻类含量较高， 导致s s 或c o d c r 等偏高；污水的停留时间长，占地面积很大，而且受季节性影 响很大，使其发展受到限制“。 膜技术与其它水处理技术的组合工艺正成为研究的热点u 引。由于它的高质 量出水、反应器内能维持较高的活性污泥以及较高的硝化效率，越来越受到广 泛重视。目前，在日本主要用于处理人粪尿和小区生活污水。浸没式膜生物反 应器占地面积小，运行费用低，很适合处理小城镇污水。但是，由于本身较高 的设备投资、运行维护和管理费用，严重制约了膜分离技术在城镇污水处理中 的应用。高效、廉价、低能耗的新型膜材料和膜组合工艺的开发和应用，是膜 分离技术将来需要解决的主要问题。 生物一生态过滤工艺n 伽由厌氧一生物过滤和生态滤池组合而成，利用微生 物和蚯蚓等共同组成的人工生态系统对城镇污水中的有机污染物进行降解。吴 敏等中试研究结果表明该工艺具有高效、低能耗处理城镇污水，污泥量少，建 造和运行费用低，污泥产量少等特点。 厌氧处理可以回收生物能源，无能耗或低能耗，容积负荷率高，对环境的要 求低，污泥量少而且非常稳定，投资费用少，管理简易，因而在生活污水的处 理领域有广阔的应用潜力。我国早在二十世纪八十年代就要求城镇楼房修建 化粪池，随后开发了“城镇生活污水净化沼气池”。近年来，利用不同厌氧工艺 处理城镇污水的研究方兴未艾，如厌氧滤池( a f ) 、厌氧流化床( a f b ) 、上流 式厌氧污泥床( u a s b ) 、厌氧膨胀污泥床( e g s b ) 、厌氧序批式生物反应器 ( a n s b r ) 和厌氧折流板反应器( a b r ) 等n 和憎1 。但是，厌氧处理的出水的n h 3 - 1 4 、 硫化物等还原性污染物还较多，没有脱氮除磷能力，有时出水的b o d 5 偏高，因 此需要与其它工艺组合才能满足城镇污水的排放要求。 强化絮凝工艺( c e p t ) 、流动床生物氧化工艺( m b b r ) 以及化学一生物 组合工艺应用范围广泛，受气候、地形以及设备技术水平限制小，在我国小城 4 第1 章概述 镇污水处理领域中具有良好的应用前景，作为本课题的研究工艺，以下将分别 介绍这三种工艺的研究进展。 1 3 强化絮凝工艺、流动床生物氧化工艺及其组合工艺的研究进展 1 3 1 强化絮凝工艺 强化絮凝工艺( c e p t ) 是在一级处理工艺基础上，通过投加化学絮凝剂等强 化措施使微小的悬浮固体、胶体颗粒脱稳，聚集形成较大的絮体，从而提高沉 淀效率，去除污水中各种污染物。大量试验与运行结果表明：强化絮疑处理工 艺可显著去除城镇污水中各种有毒有害污染物，悬浮物、重金属、磷等去除率 高达9 0 以上，难降解有机物去除率达到8 0 以上。虽然它对c o d 去除效果低于 传统的二级处理工艺，但仍可去除4 0 6 0 的c o d ，且可明显提高污水可生化性 【舯】 o 国外用强化一级处理的方法进行城市污水处理的研究和应用起步较早。八 十年代初，为了降低排入g r e a tl a k e s 的磷的含量，加拿大的几个一级处理厂用 c e p t 法降低了磷的排放乜卜翻。1 9 8 5 年在美国南加利福尼亚的四大污水处理厂中， 为解决污水处理厂因超负荷而运行效果很差的问题，利用c e p t 法，悬浮物去除 率达8 5 ，b o d 去除率达5 5 ，磷的去除率大于8 5 心。瑞典的城市污水处理厂 大部分都采用了化学处理( 与生物处理联用) ，c e p t 以较低的投资费用可获得较 好的污水净化效果，而生物处理因瑞典气候寒冷，所需泥龄和水力停因时间较 长，据评估，c e p t 的基建投资费用和年运转费用分别约为传统生物处理的5 5 和6 5 幢3 1 。挪威、芬兰等北欧国家的中小城镇污水处理厂大部分采用化学处理， 以较低投资和运行费用达到或接近二级处理效果，尤其是磷的去除率明显超过 生化处理( 达9 0 以上) 。如挪威现有2 3 的城镇污水采用化学强化絮凝处理，其 中最大污水处理厂( o s l ow e s t 厂) 处理能力为4 0 x 1 0 4 1 1 1 3 d ，c o d 和总磷去除率分 别超过7 0 和9 0 埋引。 我国香港、台湾地区广泛使用c e p t 处理生活污水，如香港的昂船州污水处 理厂，规模达到t 3 5 0 x 1 0 4 m 3 d ，出水直接排海比5 1 。国内近几年在该领域的研究 也很多，现已丌始应用瞳副。上海市竹园第一污水处理厂( 1 7 0 x 1 0 4 m 3 d ) 7 阿l 白龙港污 5 第1 章概述 水处理厂( 1 2 0 x 1 0 4 m 3 d 1 都采用c e p t 工艺，远期再增建曝气生物滤池啪1 。 c e p t 技术与絮凝剂的发展密切相关，强化一级处理的药剂种类很多。早在 2 0 世纪六七十年代，以色列就采用无机絮凝剂进行了城市污水一级处理的物化 强化技术研究。在此之后，埃及的g o h a r 等人和我国台湾的c h e n c h i u y a n g 晒1 也 对城市污水一级强化技术进行了研究，采用的无机絮凝剂主要有铝盐、铁盐和 石灰等。研究结果表明，投加无机絮凝剂能够大幅度地提高悬浮物和有机物的 去除效率，强化效果明显；但投加量较多，运行费用高，产污泥量较大，污泥 处置困难汹1 。有机高分子助凝剂如聚丙烯酰胺( p a m ) ，往往与无机絮凝剂复 配使用。在这方面，日本的s u z u k i 、我国的杨旭、宫世国等人以及美国洛衫矾市 的h y p e r i o n 污水处理厂脚3 进行了试验研究。结果表明，有机高分子絮凝剂与无机 絮凝剂的复配使用，可使有机负荷大大降低，运行费用较低，同时对磷和重金 属的去除效果也很好1 。周世辉、师绍琪等研究结果表明其中以壳聚糖( 或p a m ) 与硫酸铁( 或聚合氯化铝) 的复合强化效果为最好。驯。 强化絮凝工艺对于小城镇污水的水量波动有良好的适应性，运行稳定，污 水经化学絮凝处理后，可以降低后续生物处理的负荷和能耗，不易受气候条件 的限制，在寒冷地区有生物处理工艺无法比拟的优势。最为重要的是强化一级 处理工艺的基建投资和运行费用较低，易于管理，特别适合小城镇的实际情况。 我国小城镇数量多、分布广、污水排放量小而波动大、资金缺乏，可以利用有 限资金先建设强化一级处理厂，以较低费用最大限度削减污染物总量，在相对 短的时间内使水体污染状况得到初步的有效控制，待条件允许时再续建二级处 理设施。这对我国这样经济尚不发达而环境污染又较严重的国家，具有十分重 要的现实意义。 郑兴灿等人采用空气混合絮凝反应和污泥回流，利用外加的化学絮凝沉淀 剂和污水中的天然生物絮凝剂，提出了化学一生物联合絮凝的污水强化一级处 理工艺，并首次应用于城市污水的试验，结果表明了这一工艺在节省药剂、减 少污泥产量、提高处理系统的可靠性和运行灵活性等方面具有一定的优势n 。 夏四清等中试研究表明，在同样加药量情况下，化学生物絮凝工艺对污水中污 染指标的去除率较单纯的化学絮凝工艺的去除率提高了2 0 以上，污泥产量相对 减少1 0 1 5 ，而且对进水水质波动有一定的稳定作用 ：1 z - 3 4 o 目前对c e p t 法的应用研究，普遍担心的问题是c p 比例是否失调而影响后 续的生物处理。为了保证后续的生物除磷，达标排放，进水的b o d t p 要大 6 第1 章概述 于1 5 。b o d t p 经配c e p t 法处理后小于1 5 ，在后续的生物除磷中要添加碳 源。因此利用c e p t 法处理时，对不同的污水，要确定其最佳的投药量，以确保 b o d t p 大于1 5 。 c e p t 的局限性在于对大部分溶解性污染物和n h 3 - n 没有去除效果，当出水 排放到封闭水体或水源保护区时，必须后接生物处理，强化絮凝虽然去除了部 分溶解性物质，实际上是转移了形态而已，并没有实现污染物减量；c e p t 的污 泥产量高于常规二级处理，而且以化学污泥为主，有机物的含量相对较少，其 处理与处置方法有待深入研究；大量化学药剂投加到水体后对环境是否产生影 响还有待考察；此外，对不同的污水，要确定其最佳的投药量c p 防止c p 比例 失调而影响后续的生物处理。 1 3 2 流动床生物氧化工艺 流动床生物氧化工艺( m b b r ) 又称悬浮填料生物膜工艺( s c b p ) ，是生长生物 膜的载体层在废水中不断流动的生物接触氧化法。1 9 8 8 年，为了解决污水厂传 统活性污泥法污泥沉降困难、易流失的问题，增强脱氮功能，挪威k a l d n e s m i j e c p t e k n o g i 公司与s i n t e f 研究机构联合开发了一种新型生物膜反应器。该反 应器工艺简单，提高了污水厂的脱氮效率，改善了运行效果，同时又不需增加 原有反应器的容积，这就是最初的k m t 移动床生物膜反应器( m b b r ) 啪哪! 。 移动床生物膜工艺的主要原理是以比重接近水的悬浮填料直接投加到曝气 池中作为微生物的活性载体，依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用处于流化 状态，污水连续经过装有移动填料的反应器时，在填料上形成生物膜，生物膜 上微生物大量繁殖，起到净化污水的作用。 m b b r 是活性污泥和生物膜法的联合工艺，取二者之长，避二者之短。m b b r 既具有传统生物膜法的稳定、耐冲击、泥龄长、剩余污泥量少的特点，又具有 活性污泥法均匀接触条件所形成的高效率。另外m b b r 工艺水头损失小、不易 堵塞、无需反冲洗。 在m b b r 法中，悬浮填料是其核心部分1 ，填料的性能好坏、投配率( 填料 堆积体积占反应器有效体积的百分比) ，直接影响到挂膜的难易程度、反应器 中生物量的多少、反应器处理效果的好坏。目前国内外已研制开发出多种规格 的填料，悬浮填料的材质以聚乙烯、聚丙烯为主，适当添加辅助成分，也有采 7 第1 章概述 用多孔塑料材料或者聚氨酯泡沫材料，密度一般控制在1 0 9 c m 3 左右。德国 l 1 n d e 公司所开发的多孔泡沫块悬浮填料材质多为聚氨酯泡沫块，密度小于水， 形状为小方块，大小不超过1 5 m m ，填料呈多孔状，表面和内部均长满微生物， 既可以生物膜法为主独立运行，也可投加到活性污泥处理池以提高处理效率。 h o d e g a a r d h 采用了ki ( 长为7 m m ，直径为1 5 m m 的圆柱体) 和ki i ( 长度和直径均 为1 5 m m ) 2 种填料，建议为了保证填料能够自由悬浮，填充率要低于7 0 。课题 组开发的大粒径悬浮填料，填料形状为球状或圆柱状，粒径由2 5 m m 、5 0 m m 和 l o o m m 等，最佳投配率茭b 5 0 h 刳。悬浮填料的有效比表面积是常规固定式填料的 数倍，附着生物量大且微生物的活性高，因而能够在较短的时间内将污染物去 除。悬浮填料的挂膜速度较快。金冬霞h 3 1 采用非织造布开发出的悬浮填料6 天就 可以全部挂膜，表面有一层薄薄的黄色生物膜。试验表明，经过3 - 4 周生物膜 培养成熟。 目前，国外已应用m b b r 进行处理生活污水、脱氮、处理某些工业废水的小 试、中试及生产性试验研究，均取得较好的效果，对有机物的去除及脱氮除磷 的机理和影响因素有了较深入的认识。 g a n d r e o t t o l a 对比了m b b r 和活性污泥工艺处理市政污水的差异性，发现两 者具有相近的除污染效率，但m b b r 没有污泥膨胀和流失的现象h 制。挪威 f r e v a r 污水厂由常规二级处理进一步改造为具有脱氮功能的中试研究表明，1 0 的硝化负荷率达到了1 9 0 9 t k n m 3 - d ，即使每年有3 个月水温只有4 5 ，但是 t n 的去除率仍达到了7 0 以上。另一个污水处理厂改造后增加m b b r 作为后反 硝化池，设计反硝化负荷率为1 2 9 n 0 3 - n m 2 a - d ( 1 0 ) ，一年多运行结果表明， 总出水的t n 不超过1 0 m l h “。h o d e g a a r d 的研究表明：在影响硝化速率的四个 主要因素如温度、易生物降解的有机负荷、d o 及n h 3 n 中，有机负荷是关键因 素，应该尽可能低，当有机负荷b o d 超过4 9 ( m 2 d ) ，需要很高的溶解氧浓度 ( 6 m g l ) t j 能使硝化反应发生；当氨的浓度很低( 3 m l ) 时，才会限制硝化作用； 溶氧的影响也很突出，即使它的浓度相当高也可能限制硝化率。试验中当溶解 氧的浓度大于2 - 3 m g l 硝化作用才开始进行，而且硝化率和溶解氧的浓度接近线 性关系，直到溶解氧浓度超j f f _ l o m g l h 小怕1 。 寒冷地区采用m b b r 处理污水也能取得较好效果n 7 1 。r b c 污水处理厂采用 m b b r 进行脱氮处理，温度5 1 5 ，平均有机负荷7 9 9 c o d m 2 d ，氨氮负荷 0 9 9 n h 3 n m 2 d ，温度低于8 时，碳和氮的去除率可分别达至u 7 3 和7 2 。另外 8 第1 章概述 研究表明，m b b r 用于生活污水的前置和后置反硝化，能够在低温下保持良好的 反硝化能力 4 8 - 4 9 悬浮填料可富集和培养大量的耐寒微生物，即使温度低至3 。5 ，仍具有可观的反硝化能力；1 5o c 、h r t 为1 5 h 的反硝化率仍然可以达到 2 7 9 n o x n m 2 j a , = i d 枷。 近年来，我国不少学者也进行了这方面的研究，大多处于试验性研究阶段， 在我国污水处理工程中应用的实例还不多见。 朱文亭等提出了循环m b b r ，对传统m b b r 的运行方式和池型结构进行了 改造，当进水c o d 为2 0 0 - - 一7 0 0 m g l ，气水比为l o ：l ，h r t 为4 h 时，c o d 平 均去除率8 8 8 瞄。刘霞研究了悬浮填料高投配率( 7 5 ) 处理市政污水的效率， 水力停留时间仅l h ，出水就可以达到二级排放要求，b o d 5 的负荷率达到了 5 5 k g m 3 d 刳。季民利用自主开发的悬浮填料处理生活污水，尽管h r t 只有2 4 h ，但c o d c r 去除率达到7 0 - - 8 0 ，出水的c o d c ，小于6 0 m g l 阳1 。 m b b r 工艺适用于中小型生活污水和工业有机废水处理，特别是一体化和 地埋式污水处理装置，在国外已经有了较多的应用。在过去的1 0 年中，移动床 生物膜技术在挪威得到了发展，现在有1 0 0 多个基于此技术的污水处理厂在世 界各地的1 7 个国家已经投入使用或在建造之中，它们主要用于市政污水或工业 废水去除有机物质及n h 3 一n 。由于m b b r 可减小现有污水处理系统的体积，易 于在现有污水处理厂基础上升级，且处理效果较好，到19 9 9 年，欧洲已有m b b r 型污水处理厂7 8 个，美国有5 个，日本有3 个，新西兰有2 个嘲1 。 m b b r 技术在国内的研究和应用还处于起步阶段，需要有关的工艺设计资料 和运行管理的经验。另外和其它工艺组合的工艺如强化絮凝一流动床生物氧化 工艺、多级悬浮填料生物反应器处理工业废水、悬浮填料生物膜工艺和a o 法联 合工艺、生物膜活性污泥联合工艺、悬浮载体生物膜工艺和s b r 联合工艺等工艺 都具有2 种工艺的优点，对这些组合工艺应该进行深入研究并运用到实际中。 1 3 3 强化絮凝一流动床生物氧化工艺 强化絮凝和流动床生物氧化两种工艺联合应用，可以发挥各自的优势，在 满足排放标准的前提下能明显降低基建费用和运行费用。该工艺能够适应不同 的处理规模，完全可以满足小城镇污水处理要求。 挪威在物理、化学方法和m b b r 相结合，应用于要求深度处理的小型污水 9 第l 章概述 处理厂做了很多研究，其中悬浮填料生物接触氧化法化学沉淀法是结合较好的 一类工艺，在s t e i n s h o l t 污水处理厂3 年的运行中，采用投加聚乙烯填料与使用 a l ”絮凝剂进行化学沉淀相结合的工艺，在进水c o d c r 在3 8 0 - - 一6 2 0 m g l 范围内 ( 机率8 0 ) ，极端c o d c r 达1 6 0 0 m g l ，b o d 7 达8 0 0 m g l 的情况下，9 0 时间 内出水c o d c r 低于5 0 m g l ，b o d ，也相当低，极端最高时也仅有2 5 m g l ；总磷 的去除率大于9 7 ，9 0 出水未超过0 3 7 m g l ；平均出水s s 为1 3 m g l ，与活 性污泥法化学沉淀法相比( 出水平均s s 为2 4 m g l ，t p l 2 0 m g l ) ，效果好了许多 【5 8 5 9 j o h o d e g a a r d 、b r u s t e n 惭1 以m b b r 结合化学除磷处理小型社区污水，出水的 c o d 、t p 、t n 均达到欧盟排放标准，装置运行非常稳定，已在挪威等国家推广 应用。杨殿海对生活污水采用化学一生物联合絮凝处理后再经过悬浮填料生物 硝化除n h 3 - n ，h r t 为2 2 h ，n h 3 n 从2l m g l 降低到8 5 m g l 嘲1 。 国外一些研究表明，化学生物联合处理工艺具优越的处理性能，而且运行 稳定。h o d e g a a r d 和a e s k r o v s e t h 曾对挪威的3 5 6 个小型污水处理厂( 2 0 0 0 人口当量) 做过工作性能和稳定性的调查晦7 1 。调查结果显示，9 9 个污水处理厂 采用化学处理工艺，5 6 个采用生化处理工艺，2 0 1 个为生物化学联合处理工艺， 化学工艺和生物化学联合处理工艺占了绝大多数。通过对被调查污水厂出水水 质报告的统计结果显示，三大类处理工艺中生物化学联合处理工艺显示出最好 的处理效果和运行稳定性。 化学生物联合处理工艺将是今后水处理工艺的重要发展方向，它可以很好 地整合现有适用处理工艺，降低投资成本，提高处理效率，优化整体工艺。通 过实验，获得化学絮凝强化一流动床生物氧化工艺的运行和设计参数，优化该 组合工艺，使其在优化条件下以较低的成本获得最佳的处理效果，并取得运行 管理经验，将该工艺应用于小城镇或郊区的污水处理。 l o 第2 章课题的研究背景、内容和试验方法 第2 章课题的研究背景、内容和试验方法 2 1 课题的研究背景 本课题为国家8 6 3 课题“上海城市水环境质量改善技术与综合示范( 编号： 2 0 0 3 a a 6 0 1 0 2 0 ) ”的子课题：强化絮凝一流动床生物氧化工艺处理小城镇污水的 研究。 同济大学开发的化学强化一级半污水处理工艺、流动床生物氧化工艺在城 市污水、石化、染料等工业废水的处理中取得了良好的经济、社会和环境效益。 组合工艺已成功应用于苏州河支流污水的就地处理、桃浦工业废水以及城市生 活污水处理的试验研究。 课题组针对上海郊区和小城镇的水质、水量的特点，在小试研究的基础上， 研究与开发出一套高效、低耗、占地少、运行稳定、管理方便的小型污水处理 工艺，即：强化絮凝一流动床生物氧化工艺。 2 2 课题的研究内容 2 2 1 课题研究的目的 将该工艺应用于城镇污水处理，污水经过处理，出水总的水质达到城镇污 水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 中一级b 的要求，探索最佳的工艺 技术路线，优化工艺的运行参数，为新工艺的广泛应用提供经济可行的工艺实 施方案。 2 2 2 研究思路 组合工艺的应用价值及推广i ； 景主要取决于工艺的技术和经济两方面。课 题在研究组合工艺对主要污染物处理效果的同时，注重优化组合工艺的运行参 第2 章课题的研究背景、内容和试验方法 数，以降低工程投资和运行费用： 1 优化强化絮凝反应段的投药量，在保证出水效果的前提下，尽可能降低 加药量，以降低药剂费用和污泥处置费用； 2 优化流动床生物氧化段的污泥回流量和气水比，降低组合工艺的电耗； 3 优化悬浮填料的投配率和组