（环境工程专业论文）ubaf砂滤在城市污水深度处理中的应用研究.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文 i 联岬莉罐冶- 城市污水深度处理中的应用研究 专业：环境工程 硕士生：李秀芳 导师：王志远教授 摘要 水资源的匮乏已成为国家经济持续发展的制约因素，城市污水处理后回用是解决水资源不 足和缓解水环境污染的有效方法之一。本论文以模拟城市出水二级处理出水为研究对象，通过 上向流曝气生物滤池+ 砂滤工艺进行了以污水再生回用为目的的城市污水深度处理试验研究。 试验考察了该工艺的处理效果，并分析研究了上向流曝气生物滤池工艺在不同工艺条件下的运 行状况以及反应器内的生物相。 上向流曝气生物滤池+ 砂滤工艺能去除二级出水中4 2 5 的c o d c r ，4 5 1 的氨氮，9 8 9 的s s 、色度平均去除率可达到8 9 1 ，浊度可达至u 8 6 3 。出水水质优于城市杂用水和景观用 水及部分工业冷却用水的水质要求。 试验表明温度、气水比、填料高度、水力负荷及有机负荷都会对曝气生物滤池的处理效果 产生不同程度的影响，其中温度的影响很小，气水比一般采用2 3 ：1 为宜。对于试验所采用的 8 0 0 m m 填料高度上向流曝气生物滤池，降解c o d 的最佳填料高度在距底部3 0 c m 处；硝化氨 氮的最佳床层在距底部6 0 c m 处；去除s s 和浊度的最佳床层在距底部1 0 c m 处。随着水力负荷 和进水有机负荷的提高，c o d 和氨氮的最佳降争位置也会随之升高。在水力负荷对曝气生物滤 池处理工效影响的研究中发现，水力负荷变化与去除率变化之间并非呈线性关系，而是存在一 个最佳水力负荷，对于试验所用的模拟城市二级出水，当有机物浓度在2 4 3 9 7 6 m g l 之间， 氨氮浓度在0 9 8 9 3 2 m g l 之问，气水比为2 ：1 时，最佳水力负荷为0 6 1 5m 3 m 2 h ，c o d c r 平均去除率为3 9 8 ，出水平均有机物浓度3 3 8 m g l ，氨氮平均去除率为3 6 7 4 ，出水平均 氨氮浓度2 2 6 m g 几。在填料高度足够的隋况下，曝气生物滤池反应器具有良好的抗冲击负荷能 力，试验中污水有机负荷在o 5 3 2 7 6k g m 3 ( 滤料) d 之间变化，氨氮负荷在o 0 0 7 0 5 6k g m 3 ( 滤料) d 之间变化，填料高度8 0 0 m m ，出水有机物去除率基本保持在4 0 h 菇，氨氮去 除率则在3 3 3 6 9 2 之间浮动，砂滤后c o d 、氨氮浓度完全达标。 试验所采用的8 0 0 m m 填料高度可以抗2 1 7 1 1 3 m g l 的有机负荷，0 3 2 2 9 m 班的氨氮 负荷，未出现填料穿透的现象，且有机物去除率基本保持在4 0 左右，氨氮去除率则在3 3 3 6 9 2 之间浮动，出水经过砂滤后c o d 、氨氮浓度完全达标。 西安建筑科技大学硕士学位论文 对曝气生物滤池的反冲洗方式、反冲洗强度及反冲周期等工况的研究表明：先气洗再气一 水联合反冲洗最后水漂洗的效果良好，反冲洗参数为：反冲洗气量1 3 5 i j m 2 s ，冲洗历时3 m i n ； 气一水联合反冲洗时反冲水量1 4 2 l m 2 s ，气量维持不变，反冲历时l o m i n ；单独水漂洗时水量 仍采用1 4 2 i j m 2 s ，历时5 m i n 。经多次冲洗验证，采用匕述反冲强度，可取得满意反冲效果。 经显微镜观察，发现曝气生物滤池内存在丰富的生物相，从细菌、藻类到原生动物、后生 动物，形成了复杂的生物链。反应器内微生物的种类和数量分布与填料高度有关。总体规律是 生物量随填料高度增加逐步递减。在上向流曝气生物滤池的出水端，由于气泡的沸腾作用引起 强烈的紊动，导致出水悬浮物相对较高，所以必须附加砂滤池以提高有机物、s s 、浊度、色度 的去除率，保证出水水质。 关键词：上向流曝气生物滤池；深度处理：回用 i i 西安建筑科技大学硕士学位论文 s t u d i e so nt h et e r t i a r yt r e a t m e n to f d o m e s t i cw a s t e w a t e r b y u b a f s p e c i a h y ： e n v i m n m e n ：【a le n g i n e e r i n g a u t h o r ：l i x i n f a n g s u p e r v i s o r ：p r o f w a l l g 动枷a n i ti sw e l lk n o w nt h a tt h es h o r t a g eo f w a t e r h a sr e s t r i c t e dt h ec o n t i n u a b l ed e v e l o p m e n to f n a t i o n a l e c o n o m yo fo u rc o u n t r y n e v e r t h e l e s s ，i ti sl u c k ye n o u g ht h a ti th a s b e e nf o t m dt h a tad t y ss e w a g e r e c y c l e i so n eo f t h em o s te f f e c t i v em e t h o d st h a tc a nb ea d o p t e dt os e t t l es u c h p r o b l e m sa st h es h o r t a g e o f w a t e ra n dt h ew a t e rp o l l u l i o n a i m e da tr e c l a m a t i o no f s e w a g e ，ae x p e r i m e n tw a sc o n d u c t e dt ot r e a t t h ee f f l u e n tf r o mt h es i m u l a t i v es e c o n d a r ys e d i m e n t a t i o nt a n kb yu p - f l o wb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e ra n d s a n df i l l r a f i o np r o c e s s t h ee x p e r i m e n ts t u d i e dt h er e m o v a le f f i c i e n c yo f p o l l u t a n t s ，t h ec h a r a c t e r i s t i co f u b a f i n d i f f e r e n t l e c h n i c a l c o n d i t i o n ，a n d t h e b a c t e r i a h a u b a f t h ee x p e r i m e n ts h o wt h a tu b a fa d ds a n d f i l l m f i o nh a sh i 曲e f f i c i e n c yi nt h er e m o v a lo f p o l l u t a n t s i tc a l la c h i e v e4 2 5 r e m o v a lo f c o d e r 、4 5 1 r e m o v a lo f n h 4 + - n 、9 8 9 r e m o v a lo f s s 、8 9 1 r e m o v a l o f c o l o u r a n d 8 6 3 f o r t u r b i d i t y t h e e f f l u e n t f o r m s a n d f f l l r a t i o n r e a c t o r h a s b e t t e r w a t e r q u a l i t y t h a n s t a n d a r d s o f m i s c e l l a n e n u s a n d l a n d s c a p i n g w a t e r i t s h o w s t h a t s e v e r a l f a c t o r s ，s u c h a s t e m p e r a t m e 、t h e r a t i o o f g a s t o l i q u i d 、t h e m e d i a h e i g h t 、 h y d r a u l i cl o a da n do r g a n i cl o a d ，c a l li n f l u e n c et h ee f f i c i e n c yo f u b a f t h ei n f u l e n c eo f e m p e w a t m i s l i g h t e rt h a no t h e ra n d2 3 ：1s h o u l db e c h o o s e df o rr a t i oo fg a st ol i q u i d f o rt h eu p - f l o wb i o l o g i c a l a e r a t e df i l t e r , w h e nt h em e d i ah e i g h ti s8 0 0 m r h ，t h eb e s tm e d i ah e i g h tf o rt h el e m o v a lo fc o d , n h 4 + - n , s sa n dt u r b i d t yi sa t3 0 e m , 6 0 c ma n d1 0 e r af o r mt h eb o t t o mr e s p e c t i v e l y w h e nh y d r a u l i cl o a d o ro r g a n i cl o a di n c r e a s e , t h eb s e tm e l 7 i a 蝉f o rr e m o v a lo f c o da n dn h 4 + - nv a i lr i s ea sw e l l t h e r e l a t i o no f h y d r a u l i cl o a d 越dr e m o v ee f f i c i e n c yo f p o l h i t m i t si sn o tl i n e a r , t h e r ei sa o p t i m u mh y d r a u l i c l o a d f o r t h e r e m o v e o f c o d a n d n 地+ - n w h e n t h e a v e r a g e c o n c e n t r a t i o n o f c o d i n i n f l u e n t i s 2 4 3 9 7 6 m g l 、n h a + - n i s 0 9 8 9 3 2 m g l ，a n d t b er a t i o o f g a s t o l i q u i d i s 2 ：1 ，幽e b e s t h y d r a u l i c l o a d i s 0 6 1 5 m 3 m 2 1 1 a v e r a g er e m o v er a t eo f c o d i s3 9 8 , a n dt h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no f c o di ne f f l u e n t i s3 3 。8 m 窘，l t h ed a t a sf o rn h 4 + - ni s3 6 7 4 a n d2 2 6 m g l i na d d i t i o n ，w h e nt h em e d i ah i g h ti s 8 0 0 m m , t h eo r g a n i cl o a dt h a ti e a 咖rc 撇c a r ls t a n d 楚豳s ti so 5 3 2 7 6 k g m s ( f i l t r a t i o n i i l 西安建筑科技大学硕士学位论文 m e d i a ) d w h i l e , t h en h 4 + - nl o a dr e a c t o rc a l lb e a ri s0 0 0 7 0 5 6k g h n 3 ( f i l l m t i o nm e d i a ) - d t h er e a c t o r k e e p a c o n s t a n t t h er e m o v a l f o r c o d ( 4 0 ) a n d n h 4 + - n ( 3 3 3 6 9 2 蚴 t h em e t h o d , i n t e n s i t y , a n dp e n o do f b a c k w a s ha r ea l ls t u d i e di ne x p e r i m e n t , r e s t f i t ss h o w h a t ：t h e m e t h o do f u s i n ga i rs c o u r i n gf i r s t l y , t h e na i r - w a t e rb a c k w a s h i n g , a n da d o p t i n gw a t e r - w a s hf i n a l l yh a s m a n ya d v a n t a g e so v e ro t h e rm e t h o d s b a c k w a s hp a r a m e t e r ss u m m a r i z e da r e ：a i rs c o t r i n gi n t e n s i t yi s 1 3 6 l ( m 2 s ) ，d u r a t i o ni s3 m i n ；a i ri n t e n s i t y , w a t e ri n t e n s i t ya n dd u r a t i o no f a i r - w a t e rb a c k v c a s h i n gi s 1 3 6 l ( m z s ) ，1 4 2 l ( m z s ) a n d1 0 m h ar e s p e c t i v e l y ，a tt h ee n do ft h ep r o c e s s ，s i n g l ew a t e r - w a s h i n g i n t e n s i t yi s1 4 2r y ( m 2 s ) ，d t t m l i o ni s5 m i n s e v e r a lv a l i d a t i o ns h o w e dt h eb a c k w a s ha sb e f o r ei sg o o d e n o u g h b ym i c r o s c o p ef i tc a nb ef o u n dt h a tt h e r ew e r em a n yk i n d so fm i c r o o r g a n i s m , w h i c hf o r m e da c o m p l e xb i o l o g yc h a i nf o r mb a c t e r i a 、a l g a et op r o t o z o a na n dm e t a z o ai nt h eu b a fr e a c t o r t h e 蛐面n go fm i c r o o r g a n i s m sk i n da n da n l o u n ti sr e l a t i v et ot h em e d i ah e i g h t w i t ht h er i s i n go f m e d i ah e i g h t , t h ea m o u n to fm i c r o o r g a n i s md e s c e n d ss t e pb ys t e p a tt h et o po fu p - f l o wb i o l o g i c a l a e r a t e df i l t e rr e a c t o r ，t h ev i o l e n c et u r b u l e n c ec a u s e db yt h ew a l l o po f a i rb u b b l er e s u l ti nt h er i s i n go f s s i n e f f u l e n t t h e r e f o r e ，s a n d f l u i t e r r e a c t o r m u s t b e a d d e d a f t e r t h e u b a f i n o r d e r t o i n c r e a s e t h e r e m o v a l f o r c o d 、n h 4 + - n 、s s 、c o l o r a n d t u r b i d t y k e y w o r d s ：u b a f ；t e r t i a r yt r e a t m e n t ；r e u s e i v 声明 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位 己申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的 所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：，季秀芳日期：埘。， 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的 全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名每秀务 导师签名：之声龟遴_ 日期：。护f 易 注：请将此页附在论文酋页。 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 1 1 全球水资源概况 水是人类赖以生存的基础，是生产和生活不可缺少的自然资源。地球上的总储水量约为 1 3 8 6 1 0 8 k r n 3 ，其中9 6 5 4 是分布于海洋、湖泊的咸水，其余2 5 3 的淡水还主要分布于冰川 和永久的积雪地带，可供人类开发、利用的仅占总储水量的0 2 6 【l 】。水资源( w a t e r r e s o u r c e s ) 是指可供 、类直接利用，能不断更新的天然淡水，主要是指陆地e 的地表水( 包括河流、湖泊、 水库) 和地下水的浅层部分【2 j 。联合国教科文组织和世界气象组织对水资源的定义是：“作为资 源的水应当是可供利用或可能被利用，具有足够数量和可用量，并适合于某地水需求而能长期 供应的水源”。由此可以看出，虽然地球上总储水量很大，但能为人类所利用的水资源却是极其 有限的。 我国幅员辽阔，江河、湖泊众多，呈现出水资源总量丰富，人均占有量少，时空分布极不 平衡，与生产力布局之问不平衡的特点。我国水资源总量有2 8 1 0 1 2 m 3 ，但人均占有水资源凹 仅为2 2 0 0 m 3 ，仅相当于世界人均占有量的1 4 ，美国的l 6 ，巴西和俄罗斯的1 1 2 ，加拿大的1 5 0 。 根据联合国1 9 9 7 年对1 5 3 个国家和地区的统讲”，我国人均水资源量排在世界第1 2 1 位。属世界 1 3 个最贫水国家之一4 。据统训”，全国6 6 9 卟- 城i ：b - 中，4 0 0 个城市常年供水不足，其中有1 1 0 个 城市严重缺水，日缺水量达1 6 0 0 万矗。另外，我国地域辽阔，水资源分布与降水分布是东南多、 西北少，由东南沿海地区向西北内陆地区递减，分布不均匀。这种的这种时间、空间上分布不 平衡，水资源的分布与人口分布、经济发展程度的不匹配，促成和加剧了我国水资源供需问的 矛盾。 2 0 世纪以来，全球工业化不断发展、城市化速度加快、居民生活水平不断提高，使全球用 水和取水量不断增加。尤其是二战结束后，工农业发展迅速加快、世界人口迅猛增加，导致用 西安建筑科技大学硕士学位论文 水取水量大幅度增加、水资源短缺同益加剧。水资源短缺问题已成为2 l 世纪全球资源环境的首 要问题。就我国而言，人口的增长和经济的发展使工农业和城市生活对水资源的需求逐年大幅 度增长。据估计，n 2 0 l o 年、2 0 3 0 年和2 0 5 0 年，我国的城市供水分别达至, j 4 3 0 l o sm 3 、8 7 0 1 0 8 m 3 、和1 2 1 0 1 0 8m 3 。 与水资源危机相对应的是水环境污染的不断加剧。据世界卫生组织( w h o ) 公布的资料， 全世界每年排入的污水达到4 2 0 0 1 0 sm 3 ，污染了5 5 0 0 0 1 0 s 矗的淡水，约占世界河川径流 总量的1 4 。在1 9 9 2 年的一次调查中，1 2 的监测场所的河道中，溶解氧水平过低，足以危及 鱼类的存活。而靠近城市的地表水污染状况则更为严重，铅、汞、镉的含量在城市地区河流中 超标的 目孝普遍存在。除了河流污染严重2 _ # 1 - ，有机营养物积累过多造成的富营养化、化学污 染、酸雨、以及人类使用的过多杀虫剂已致使全球湖泊普遍污染。人类赖以生存的淡水资源生 态系统日益恶化。 在我国，2 0 世纪8 0 年代以来，随着工业化和城镇化的发展，工业、生活污水的大量排放， 人为污染水源、恶4 0 7 , f f z 擀重。1 9 8 0 年全国污水排放基1 j 为3 1 5 1 0 8 0 ，1 9 9 7 年为5 8 4 1 0 sm 3 ，1 9 9 9 年为6 0 6 1 0 sm 3 ，2 0 0 1 年6 2 6 x1 0 8m 3 。这些污水中，9 0 以上是未经处理直 接排放水域的。据( ( 2 0 0 0 年中国环境状况公报，全国七大水系都存在不同程度的污染，污染 程度由重到轻排序是：辽河、海河、淮河、黄河、松花江、珠江、长江。各大流域的主要污染 河段均集中在城市河段【6 j 。 1 2v - v 才t 回用 1 2 1 非传统水资源的开辟及污水回用的意义 面对日益严重的水资源短缺和水环境污染问题，全人类必须立即加强淡水资源管理，有效 保护、开发和利用淡水资源。要摆脱城市水资源紧缺的困境就必须开源节流，方面节约用水， 一方面开辟非传统水源。目前已经或正在开发的利用非传统水资源的方法有：在沿海地区直接 利用海水作工业冷却水或冲洗厕所；淡化海水或苦成水以获取淡水；人工增雨以解决局部地区 的长期干旱；农村和城市的雨水收集利用；长距离、跨流域调水；极地冰山淡水资源开发币用； 以城市污水为水源，经过适当处理后，回用于工业用水、农业用水、城市杂用水、环境用水以 及补充水源水等。 城市污水回用与其它非传统水资源相比，具有水源水质水量稳定可靠、处理技术成熟、投 资和运行费用低、能减少城市排入水体的污染物总量、刚黼管网负荷等优点。而且，城市 污水就近可得，易于收集，易于处理，数量巨大，稳定可靠，不受制于人，不受制于天，没有 西安建筑科技大学硕士学位论文 水资源争议问题。作为城市第二水源要比海水、雨水实际，比长距离输水、海水淡化和人工降 雨便宜。根据大连污水回用的经验，污水回用的投资和运营成本都远远低于其它非传统水源利 用。污水回用( 含二级处理) 的投资 1 j 是跨流域调水的1 2 1 3 ，是海水淡化的1 4 ；运营成本 是跨流域调水的1 陀，是海水淡化的1 4 。城市污水回用水量充足。一股睛况下，城镇供水经使 用后，有8 0 转化为污水，经收集处理后，其中7 0 是可以再次循环使用的t 7 。这意味着通过 污水回用，可以在现有供水量不变的情况下，使城镇的可用水量增加5 0 0 0 以上。因此，城市污 水再生回用，是城市供水开源节流的首选方案，是实现水资源可持续利用以保证经济和城市可 持续发展的重要举措，它已成为众多国家的共识。 1 2 2 1 国外污水回用现状 城市污水水量大、水量稳定且供给可靠，因此当今世界各国解决缺水问题时，城市污水被 选为可靠且重复利用的第二水源，城市污水回用在国外已有了丰富的经验，收到了相当好的社 会效益和经济效益。国外城市污水的再生利用情况简要介绍如下： 1 美国美国是世界e 对污水进行再生并u 用的国家之。2 0 世纪2 0 年代就开始回用污水，污水 再利用范围涉及了城市回用、农业回用、娱乐回用、环境回用、工业回用回灌地下水等各个方 面。据报道嘲，美国现已有z 5 7 + i 市回用污水，再生水回用网点达5 3 6 + ，年回用水量9 3 7 x 1 0 9 m 3 ，其中农业占6 2 、1 2 k 3 1 5 、地下回用5 、娱乐占1 5 。 1 日本日本由于国土狭小，人口众多，污水回用起步较早。1 9 6 2 年开始污水回用实践，2 0 世纪7 0 年代已初具规模。有人说，日本靠污水回用支撑了2 0 世纪6 0 年代的经济复兴。1 9 9 1 年日 本有8 7 6 个公共污水处理厂在运行，其中每年大约有四个污水处理厂出水得到再利用，其中工 业用途占4 1 、环境用水或增加流量占3 2 ，农业灌溉占1 3 、非饮用市政用水如冲厕等占8 ， 季节性融雪和清雪占拶。 玉以色列以色列是个严重缺水的凰家，7 p a 的国土为沙漠，由于水资源的紧缺，早在2 0 世 纪6 0 年代以色列便把污水回用作为一项国家政策。1 9 8 7 年以色歹b 全国已有2 1 0 个市政污水回 用工程，城市污水回用鞑到7 2 ，回用最小规模为2 7 k m 3 d ，最大的为2 0 0 k m 3 d , 大多为1 3 7 2 7 3 k r n 3 d 1 0 1 。 屯俄罗斯俄罗斯是水资源比较丰富的国家，但f 断门的污水回用规模也很大，莫斯科东南区设 有专用的工业水系统，有3 6 家工厂用处理后的城市污水，每日回用水量达5 5 1 0 3 m 3 d 。 s 南非南非不但工业使用再生水，而目在约翰内斯堡市，8 5 的自来水使用的是城市再生水， 开创了污水回用到饮用水的先例。 丘纳米比亚纳米比亚的温得和克市将污水深度处理后，直接作为生活饮用水源，这是世界上 西安建筑科技大学硕士学位论文 第一个合格的再生饮用水工厂，日产水量6 2 0 0m 3 。1 9 9 6 年纳米比亚温得和克市污水回用量达 l i i j 2 1 0 0 0 m 3 d f l ”。 1 2 2 2 我国污水回用现状 我国从2 0 世纪5 0 年代起开始采用污水灌溉的方式回用污水，但真正将污水处理后回用于 城市生活和工业生产，有2 0 年左右的历史。我国的污水回用事业大致可分为三个阶段：1 9 8 5 年前的“六五”期间是起步阶段；1 9 8 6 - 2 0 0 0 年的“七五”、“八五”、“九五”这1 5 年是技术储 备和示范工程引导阶段；2 0 0 1 年以“十五”纲要明确提出污水回用为标志，国家进入全面启动 阶段。可以预见，随着我国经济持续发展和污水处理规模的不断扩大，作为解决水污染和水资 源短缺的污水处理回用事业，必将得到更好的应用和发展。 目前我国已投产的城市污水回用工程有3 0 多个，回用工程规模多为( 1 - 1 0 ) 1 0 4 m 3 d ， 约为全国城市污水设计处理量的1 。大连、天津、青岛、太原、北京等城市在实现城市污水 回用解决城市水荒方面已经取得实质陛进展。大连春杉p 河5 3 z k ) - lx1 0 4 m 3 d 的回用工程是我国 最早建成的回用示范工程。至今已正常运行1 0 年，使用效果良好。现在大连市预计在今后3 5 年内，使工业用水重复利用率达到9 0 以上，城市生活污水处理率达到8 0 以上，污水回用 率达到4 0 以上。北京市早在2 0 世纪5 0 年代丌始在石景山、丰台、朝阳、海淀等地区进行城 市污水回用。天津曾实施引滦入津工程，暂时缓解了水荒，但代价高昂。后来利用现有纪庄子 污水厂和东郊污水厂二级出水，开展大规模污水回用工程，才 田底解决了天津的缺水问题。此 外，西安、河北、深圳、合肥、泰安、大庆等地都有不同规模的污水回用实施案例，一些城市 已经出台了再生水回用的相关政策、法规。表1 1 给出了我国部分城市污水回用情况【1 2 】： 表1 1 我国部分城市污水回用工程实例 规模 工程名称 ( x 回用对象深度处理工艺 衬0 吣 大连市眷目阑再生水厂 1 工业澄清一过滤一沉淀 北京高碑店污水厂污水回用 3 0 河湖补给、市政杂用、7 c 、i k混凝沉淀一过滤一消毒 北京北小阿j 亏水厂污水回用 2 绿化、市政、河道、过滤一消毒 北京方庄污水厂污水同用 2 工业、生活小区过滤一消毒 n c y f 发区污c g u # 5 7 t c n , n市政杂用、工业、景观脱盐工艺：o , i f - r o 天津东郊污水厂污水回用 7 ：z l k 、厂内过滤一消毒 天津纪庄子污水厂污水回用 o 2 工业、冲厕纤维球过滤一消毒 天滓纪庄子污水厂污水回用 1 0 工业过滤一消毒 太原北郊污水净化厂 1工业 a v 0 ( 二级处理工艺) 一消毒 4 西安建筑科技大学硕士学位论文 太原化工集团水厂回用分厂 2 4工业 颗粒填料生物接触氧化一混凝沉淀一双层 ( 一姗滤料过瘟一消毒 太原古交镇娥底矿 o 3污水厂锅炉补水颗粒填料生物接触氧化一过滤消毒 济南三联瞬湖社区污水回用生活杂用、人工湖补给曝气沉砂池c a s s 池( 曝气和静沉间歇运 行活眭污泥法) 一接触池一过滤一消毒 泰安污水厂污水同用工程工业、景观水体、绿化 生物吸附_ a 伽一过滤一消毒 莱州市污水厂污水回用 工业颗粒填料生物接触氧化一过滤一消毒 枣庄市中水回用 工业 混凝一生物陶粒滤池一纤维球过滤一消毒 青岛开发区污水回用工业、市政、生活杂用纤维球过滤一消毒 青岛海泊河污水厂污水回用 工业、厂内纤维球过滤一消毒 青岛湛山污水厂污水回用 o 0 4 8工业 混凝沉淀一过滤一消毒 大庆乘风庄污水厂污水回用油田回注过滤一消毒 合肥王小郢污水厂出水回用景观、绿地、市政杂用加药混合过滤一消毒 按处理程度划分，城市污水可分为一级处理、二级处理和三级处理。污水经一级处理后， 一般达不到排放标准。通常称一级处理为预处理，以二级处理为主体，必要时再进行三级处理， o o 即深度处理，使污水达到回用水水质要求。污水三级处理又称污水深度处理或高级处理。为 进步去除二级处理未能去除的污染物质，其中包括微生物未能降解的有机物或磷、氮等可溶 性无机物。三级处理是深度处理的同义词，但二者又不完全致。三级处理是经二级处理后， 为了从废水中去除某种特定的污染物质，如磷、氮等，而补充增加的一项或几项处理单元；至 于深度处理则往往是以废水回收、复用为目的，在二级处理后所增设的处理单元或系统。 深度处理一般是污水回用必需的处理工艺，它将二级处理出水再进一步进行物理化学或生 物处理，以便有效地去除污水中各种不同性质的杂质，从而满足用户对水质的使用要求。深度 处理通常由以下单元技术优化组合而成：混凝、沉淀( 澄清、气浮) 、过滤、活性炭吸附、脱 氨、离子交换、膜分离法、接触氧化法、臭氧氧化、消毒等。 回用水处理工艺的选择应从回用目的、回用水原水( 二级出水) 水质、回用水处理技术发 展方向等几方面综合分析确定。城市污水经传统二级处理后，虽然大部分悬浮固体和有机物被 去除，但还残留有难生物降解有机物、氮和磷的化合物、不可沉淀的固体颗粒、致病微生物及 西安建筑科技大学硕士学位论文 无机盐等污染物质。污水厂二级处理出水常含b o d s 2 0 3 0 m g l ，c o d e r 4 0 1 0 0 m g h ，s s2 0 3 m n 鲫，n h 3 - n1 5 2 5 m g 1 ，p6 l o m g l 。二级出水水质是选择回用水工工艺的依据之一。另 外，污水回用的目的不同，水质标准和污水深度处理的工艺也不同。通常污水回用技术需要多 种工艺的合理组合，即各种水处理方法结合起来对污水进行深度处理，单一的某种水处理工艺 很难达到回用水水质要求。目前，我国城市污水深度处理或三级处理，己应用的工艺有：混凝、 沉淀、过滤等常规工艺，微絮凝过滤法以及生物接触氧化后纤维球过滤，生物炭过滤等方法。 国外深度处理方法很多，主要有混凝澄清过滤法、活性炭吸附过滤法、超滤膜法、半透膜法、 微絮凝过滤法、接触氧化过滤法、生物快滤池法、流动床生物氧化硝化法、离子交换、反渗透、 臭氧氧化、氯吹脱、折点加氯等工艺。 1 3 2 1 曝气生物滤池的发展背景 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 , b a f ) ，又称淹没式曝气生物滤池( 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 ，s b a f ) u 3 , j 4 ，是2 0 世纪7 0 年代末8 0 年代初出现于欧洲的种膜法 处理工艺。是在普通生物滤池的基础上，充分借鉴了污水处理接触氧化法和给水陕滤池的设计 思路，集曝气、截留悬浮物、降解有机物、高滤速、定期反冲洗等特点于一体的污水处理新工 爿1 5 , 1 6 1 。 曝气生物滤池最早由法国c g e 公司开发。自8 0 年代在欧洲建成第座曝气生物滤池污水 厂后，曝气生物滤池已在欧美和日本等发达国家广为流行，目前世界上已有数千座大大小小的 污水处理厂采用了这种技术 。该技术不仅可用于水体富营养化处理，而目可广泛地被用于城 市污水、小区生活污水、生活杂排水和食品加工废水、酿造和造纸等高浓度废水中，同时也可 进行中水处理。随着研究的深入，曝气生物滤池从单一的工艺逐渐发展成系列综合工艺，具有 去除s s 、c o d 、b o d 5 、硝化、脱氮的作用，其最大特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体， 节省了后续二沉池，在保证处理效果的前提下使处理工艺简化。此外，曝气生物滤池工艺有机 物容积负荷高，水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，能耗及运行成本低，出水水 质耐1 1 9 , 2 0 , 2 1 剐。 曝气生物滤池是普通生物滤池的一种变形形式，也可看成是生物氧化法的一种特殊形式( 颗 粒填料生物氧化法) 。即在生物反应器内装填高比表面积的颗粒填料，以提供微生物膜生长的 载体，并根据污水流向不同分为下向流或上向流。污水由上向下或由下向上流过滤料层，在滤 料层下部鼓风曝气，使空气与污水逆向或同向接触，使污水中的有机物与填料表面的生物膜通 过生化反应得到降解，填料同时起到物理过滤的作用。 曝气生物滤池技术能在2 0 年问得到迅速发展和推广应用，这不仅有技术原因，还存在现实 6 西安建筑科技大学硕士学位论文 因素 2 4 2 5 。欧洲在1 9 8 9 年出台了更严格的出水排放标准，而二级处理要达到该标准是存在困难 的。同时，污水处理设施被建在离城区越来越近的地方，土地的使用受到严格限制。另外，还 要避免气味和噪音的产生。这些目标和市场需求刺激了污水处理技术的进步，必须寻找常规污 水处理的革新替代技术。在这种形式下，曝气生物滤池技术脱颖而出，成为当代新型污水处理 技术。 我国于2 0 世纪9 0 年代初开始对曝气生物滤池工艺进行试验研究和开发。中冶集团马鞍山 钢铁设计研究总院、北京环境保护科学研究所、清华大学等单位都是我国开发研究该技术较早 的单位，并已将曝气生物滤池成功应用于数十个大、中、小型工程。随着实际工程的应用运行， 曝气生物滤池的特殊优点必将越来越受到我国水处理界的各方关注。 1 3 2 2 曝气生物滤池的构造、类型和运行方式 1 3 2 2 1 曝气生物滤池的构造 曝气生物滤池的结构形式与普通快滤池类似，其典型构造如图1 1 所示： 9 图11 曝气生物滤池典型构造 卜缓冲配水仄：2 一承托层：3 一滤料层；4 - 出水区；5 - 出水槽；6 一反冲洗排水管； 7 净化水排出管；8 一料板沉淀区；9 _ 栅型稳流板；1 0 - 曝气管：1 1 一反冲洗供气管 1 2 - 反冲洗供水管；1 3 匈# 池进水管；1 4 - 滤料支撑板：1 5 一长柄滤头 由上图可看出，曝气生物滤池主体由滤池池体、滤料层、承托层、布水系统、布气系统、 反冲洗系统、出水系统、管道和自控系统组成。 1 3 2 2 2 曝气生物滤池的类型 根据进水方式不同，曝气生物滤池可分为上向流曝气生物滤池和下向流生物滤池；根据填 西安建筑科技大学硕士学位论文 料不同，可分为悬浮填料曝气生物滤池和淹没填料曝气生物滤池；根据使用功能不同，又可分 为去碳曝气生物滤池、硝化生物滤池和反硝化生物滤池等。目前在工程中使用的形式分为四大 类l 1 4 j ：目p b i o c a r b o n e 、b i o f o r 、b i f s t r y 和b i o p u r ，各自的构造特点如图1 2 、1 3 和 1 4 所示。其中b i o p 【瓜的形式与b i o f o r 基本相同，只是b i o p u r 的填料根据不同水质采用 波纹板、陶粒或石英砂，以取得不同的处理效果。 1 下向流曝气生物滤池 下向流曝气生物滤池以u r v 公司的b 1 0 c 心n e 2 1 为代表。其结构形式示意见图1 2 ，污 水从滤池顶部进入，在滤池底部进行曝气( 一般距底n 1 2 5 4 0 c m # k ) ，气水逆向流动。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。在反应器中，有机物被微 生物氧化分解，n h 3 - n 被氧化成n 0 2 _ - n 和| n q n ，另外由于在生物膜内部存在厌氧慊氧环境， 在硝化的同时实现部分反硝化。在无脱氮要求的j 隋况下，从滤池底部的出水可直接排出系统， 部分留作反冲洗之用。 随着过滤的进行，由于填料表面新产生的生物量越来越多，截留的s s 不断增加，在开始阶 段水头损失增加缓慢，当固体物质积累达到一定程度，堵塞滤层的上表面，并且阻止反硝化产 生的n 2 的释放，将会导致水头损失很陕达到极限，此时应进行反冲洗再生，以去除滤床内过量 的生物膜及s s ，恢复处理能力。 反冲洗署硼气水联合反冲洗，反冲洗水为处理后的达标水，反冲洗空气来自底部单独的反 冲气管。反冲洗时关闭进水和工艺空气，水气交替反冲，最后用水清洗。冲洗时滤层有轻微膨 胀，在气水对填料的流体冲刷和填料间相互摩擦下，老化的生物膜和被截留的s s 与填料分离， 冲洗下来的生物膜和s s 在漂洗中被冲出滤池；反冲洗污泥回流至怊a f 预处理部分进行处理。由 于正常过滤和反冲洗时水流方向相反，使填料层顶部的高浓度污泥不经过整个滤床，而是以最 快速度离开滤床，这对保证滤池重新运行后的出水水质是有利的。 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 上向流曝气生物滤池 b i o c a r b o n e 2 8 1 属于早期曝气生物滤池，其缺点是负荷不高，大量被截留的s s 集中在 滤池上端几十厘米处，此处水头损失占了整个滤池水头损失的大多数，滤池纳污率不高，容 易堵塞，运行周期短。较新的曝气生物滤池有法国d e g r m o n t 公司开发的b 1 0 f o r 和0 t v 公司 开发的b i o s t y r ，克服了b i o c a r b o n e 的这些缺点，采用上向流进水方式，其结构示意图 如图1 3 、1 4 ： ( 1 ) b i o s t y r 在b 1 0 s f 限曝气生物滤池【1 4 , 2 9 1 ( 见图1 3 ) 中，原水与经硝化的滤池出水 按一定回流比混合后进入滤池底部。在滤层中进行曝气，曝气系统将滤池分为好氧和缺氧两部 分。在缺氧区，反硝化菌利用进水中的有机物作为碳源，将滤池中的n 伤n 转化为n 2 ，实现 反硝化；同时填料上的微生物利用进水中的溶解氧和反硝化产生的氧 洚解- b o d 。此时，部分 s s 被吸附截留在滤床内，这样便减轻了好氧段的固体负荷。经过缺氧段处理的污水升流进入好 氧段，好氧段的微生物利用从气泡转移到水中的溶解氧进步降解b o d ，硝化菌将n h 3 _ n 氧化 为n 0 卜_ n ，滤床继续截留在缺氧段没有去除的s s 。流出滤池的水经上部滤头排出滤床，出水 按需求可以排出处理系统，或按回流水与原水混訇折反硝化。 图1 3 上向流曝气生物滤池b 1 0 s p r 结构示意图 随着过滤的进行，滤层中新产生的生物膜和s s 积累不断增加，水头损失与时间成线l 生正相 关。当水头损失达到极限水头损失时，应及时进入反冲洗以恢复滤池的处理能力。由于没有形 成表面堵塞层，使得b 1 0 s 阿t 匕b i o c 越m q e 运行周期要长。反冲洗原则是既要恢复过滤能 力，又要保证填料表面仍附着有足够的生物体，使滤池满足下一周期净化处理要求。 b i o s 珊 工艺有如下优点：重力流反冲洗无需反冲泵，节省了动力；滤头布置在滤池 顶部，与处理水接触不易堵塞，便于更换；在降解有机物时可同时完成硝化脱氮。 ( 2 ) b i o f o r 曝气生物滤池( 见图1 4 ) 9