（环境工程专业论文）硅藻土biostyr处理城市污水并回用的试验研究.pdf

摘要 摘要 水资源短缺、水环境污染日益严重已成为当今社会普遍存在的问题，城市 污水回用可减少水污染，是解决水资源短缺的重要举措。因此，研究适宜的“低 投资，少能耗”的城市污水处理技术对我国城市的污水处理事业具有重要的现实 意义和长远利益。针对这一背景，本文提出采用硅藻- e + b i o s t y r 为核心的组合工 艺用于城市污水处理回用。试验以城市污水为处理对象，小试规模，通过对 c o i ) e r 、n h 4 + - n 、s s 等水质指标的监测和主要运行参数的优化设置，确定其最 佳运行工况及工艺参数，以供工程设计实施参考。 试验研究表明： 1 混凝试验所用硅藻土对城市污水的最佳参数为：硅藻土用量1 0 0 r n g l 。本 试验所确定的最佳参数条件下，污水的c o d e r 去除率为3 4 7 、n h 4 + - n 去除率 为2 9 9 、s s 去除率可达到5 6 2 。 2 根据硅藻土试验证明，它用于城市污水的预处理可以有效去除污水中的 悬浮物质，减小后续处理的负荷。 3 通过小型试验，对b i o s t y r 反应器处理性能进行了分析研究。主要是对 b i o s t y r 去除c o d e r 、n h 4 + - n 、s s 的效果及其影响因素进行了研究。影响b i o s t y r 工作性能的主要因素有：气水比、水力负荷及有机负荷等。在本试验条件下， 最佳运行工况：水力负荷为1 5m 3 ( m 2 h ) ，气水比为3 ：l ，反冲洗周期为1 2 天。要想保证c o d 去除率在8 4 以上，其最佳c o d e r 负荷为4 7 3 5 1 7k g ， ( m 3 d ) ，要使氨氮去除率稳定在9 2 以上，最大进水氨氮负荷为0 8 7k g ，( m 3 d ) 左右。这说明b i o s t y r 工艺具体有良好的抗冲击负荷的能力。 4 试验证明，在水力负荷一定的情况下，进水有机负荷越高，出水有机物 浓度有所增加，但总的去除率变化不大，这说明b i o s t y r 工艺具体有良好的抗冲 击负荷的能力。 5 通过对b i o s t y r 工艺的技术经济分析：该工艺具有一次投资小、运行费用 低、年经济效益高等优点，有良好的技术经济性。 摘要 6 硅藻土和b i o s t y r 工艺用于城市污水回用是可行的，出水满足本课题的回 用要求，出水相关指标优于生活杂用水水质标准。 关键词：硅藻土；b i o s t y r ；城市污水；回用 a b s t r a c t a b s t r a c t s e r i o i l sd e v o i do fw a t e rr e s o u r 宅a n dd e t e r i o r a t e dw a t e re n v i r o n m e n th a v eb e e n p o p u l a rc o n c e r n e dp r o b l e ma tp r e s e n t t h er e u s eo ft h em u n i c i p a lw a s t e w a t e ri sa n i m p o r t a n tm e a s u r et os o l v et h es c a n t yw a t e rr e s o u r c e h e n c et h et e c h n o l o g yo f t r e a t m e n to f m u n i c i p a lw a s t e w a t e rh a sm u c hs i g n i f i c a n c et om o s tc i t i e si nc h i n a t h e a r t i c l ep r o p o s e da d o p t i n gt h ec o m b i n e dt e c h n o l o g yo fd i a t o m i t ea n db i o s t y rf o r m u n i c i p a lw a s t e w a t e rr e c l a m a t i o n 1 1 1 eo b j e c t i v eo ft h i st e s t 吣t od e t e r m i n et h e o p t i m a lo p e r a t i o ns t a t u sa n dp a r a m e t e r sa n do f f e rr e f e r e n c e sf o rp r o j e e td e s i g nb y d e t e c t i n gt h ew a t e rq u a l i t yi n d e x e ss u c ha sc o d e r , n i - h + - n ，s sa n do p t i m i z i n gt h e m a i no p e r a t i o np a r a m e t e r s e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h ef o l l o w i n gr e g u l a rp a t t e r n s ： 1 n l eb e s t p a r a m e t e r so fd i a t o m i t e u s e di n c o a g u l a t i n ge x p e r i m e n t a l t o m u n i c i p a lw a s t e w a t e ra r ca sf o l l o w i n g ：d i a t o m i t ed o s a g ew a s1 0 0 m g l e x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o w e dt h a t , u n d e rt h eb e s tp a r a m e t e r s ，t h ea d s o r br a t i o so fc o d e r , n i g + - n ， s sa r e3 4 7 2 9 9 a n d5 6 2 2 f r o mt h ee x p e r i m e n t a lo fd i a t o m i t e , w ec a nc o n c l u d et h a tw h e ni tu s e di n p r e t r e a t m e n tp r o c e s si tc a nr e m o v es se f f i c i e n t l yw h i c hw i l lc r e a t eab e t t e rc o n d i t i o n f o rl a t e rt r e a t m e n t 3 i nl a b s c a l ee x p e r i m e n t ，t h ep e r f o r m a n c eo fb i o s t y ri ss t u d i e d 1 1 1 cm a i n o b j e c t ss t u d i e dh e r ea r et h ed i s p o s a le f f i c i e n c i e so fc o d ，n h 4 + - n , s sa n do t h e r f a c t o r sw h i c hc a ni n f l u e n c et h ee f f i c i e n c y n ef a c t o r st h a tc a ni n f l u e n c et h e p e r f o r m a n c e o f b i o s t y ra r e ：t h er a t i oo f g a st ol i q u i d h y d r a u l i cl o a da n do r g a i l i cl o a d a tt h ec u r r e n tc h a r a c t e r i s t i cc o n d i t i o no fw a t e r , o p t i m u mo p e r a t i n gp a r a m e t e r sa r e s h o w na sf o l l o w s ：h y d r a u l i cl o a di s1 5 m 3 ( i n 2 h ) ，r a t i oo fg a st ol i q u i di s3 ：1 ， b a c k - f l u s hf r e q u e n c yi sl 2 d a y s i no r d e rt oe n s u r et h er e n l o v a le f f i c i e n c y 、硝t h c o d e r , n h 4 + - nw e r em o r et h a n8 4 ，9 2 ，t l 圮c o r r e s p o n d i n gb e s tc o d e rl o a di s 4 7 3 5 1 7 k ( m 3 d ) ，位m o s t n i - 1 4 + - n l o a d t h a tr e a c t o r c a n b e a r i s 0 8 7 l g g ( m 3 d ) 4 t h ee x p e r i m e n tr e a c h e sac o n c l u s i o nt h a t ：w h e nh y d r a u l i cl o a di sc o n s t a n t c o do fe f f l u e n tw i l li n c r e a s e 勰t h eo r g a n i cl o a dr i s e s b u tr e m o v ee f f i c i e n c yi s i l l a b s t r a e t s t e a d y , t h i ss h o w st h a tb i o s t y rh a sab e s ta b i l i t yt or e s i s tt h eg r e a tc h a n g eo fo r g a n i c l o a d 5 i nt h ef i e l d so ft e c h n o l o g ya n de c o n o m i c ，i fu s i n gb i o s t y rp r o c e s st ot r e a t d o m e s t i cs e w a g e ，i tc a l lb ec o n c l u d e dt h a ti th a sa d v a n t a g e ss u c ha sl o wo n e - o f f i n v e s t m e n t , l o wo p e r a t i o nc o s t h i g ha n n u a le c o n o m i cb e n e f i t , e t e s ob i o s t y rh a s g o o dt e c h n i ca n de c o n o m i ce f f e c t 6 i tw a sf e a s i b l ef o rm u n i c i p a lw a s t e w a t e rr e c l a m a t i o nb yd i a t o m i t ea n db i o s t y r t e c h n o l o g ya n dt h ee f f l u e n tc o m p l e t e l yc o m p l i e dw i t ht h er e c y c l er e q u i r e m e n t s 1 1 l e e f f l u e n to f d i a t o m i t ea n db i o s t y rt e c h n o l o g ye x c e l l e dl i v i n gw a t e rq u a l i t ys t a n d a r d k e yw o r d s ：d i a t o m i t e ：b i o s t y r ：m u n i c i p a lw a s t e w a t e r ；r e u s e 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，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 为获得直昌盔堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一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确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名( 手写) ：鑫卜畸签字日期：劫0 7 年i z 月可日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解直昌盔堂有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权直昌太堂可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究 所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：卅雹喑 签字日期：工叼年口剧日 导师签名 签字日期： 只3 l 4e l 第1 章引言 1 1 研究背景 第1 章引言 水是地球上一切生命赖以生存的基础，人类的一切活动都离不开水。随着 人口与经济的增长，世界水资源的需求量不断增加。与此同时，人类对水体的 污染也日益加重，这造成了水资源的严重短缺，尤其是大中城市。我国是一个 人口大国，水的短缺更是一个不容忽视的问题【“。 中国人均水资源量为世界人均占有量1 4 ，是世界上1 3 个主要贫水国之一。 2 0 0 1 年地表水资源量2 5 9 3 3 亿立方米，2 0 0 1 年总供水量5 5 6 7 亿立方米，其中 地表水源供水量占7 9 9 ，地下水源供水量占1 9 7 ，其它水源供水量( 污水处 理再利用量和集雨工程供水量) 占o 4 。2 0 0 1 年总用水量5 5 6 7 亿立方米。人均 综合用水量为4 3 6m 3 ，城镇生活用水占5 5 ，万元生产总值用水量为5 8 0 立 方米 2 1 。同时，国内水资源浪费现象严重，农业用水利用率仅4 0 5 0 ，工业 用水重复利用率约5 0 ，单位产品用水定额往往比发达国家高出许多倍 3 1 ，水 资源在时间、空间分布上也极不均匀。 水资源区域分布与土地资源、人口分布及经济发展也不协调。北方黄河、 淮海、松辽河及内陆河流域片平均水资源量仅占全国水资源量的1 9 ，但g d p 约占全国总量的4 5 以上。西南流域平均水资源量为全国的2 0 8 ，g d p 却不 到全国总量的1 ，属工程性缺水地区。淮河流域平均水资源量约占全国的 3 4 ，开发利用程度6 0 左右，但该流域属污染严重，按水质标准判别，缺水 率很高，是资源性和水质性并存的缺水地区。 中国水环境污染现状也相当严重【4 】，七大水系中长江水质情况较好，干流 有7 4 4 的河段i i 类和优于i i 类水质，而黄河干流3 2 o 的河段为类水质， 珠江水系1 8 3 的河段为、v 类水质，8 2 为v 类和劣v 类水质河段，淮河 一级支流4 6 2 为、v 类水质，二、三级支流以劣v 类水质为主，松花江水 系5 7 4 的河段为、v 类水质，海河水系7 1 2 的河段为劣v 类水质，辽河 5 2 2 的河段为劣v 类水质，而十大淡水湖也受到严重的有机污染和氮、磷污 染，富营养化问题突出。可见，水环境的污染进一步加剧了水资源的短缺【”。 第1 章引言 水资源短缺问题己严重制约经济发展和人民生活水平的提高，对此，除积 极开发新的水资源、严格控制水污染及积极推广节水等措施之外，水的再生利 用是解决水资源短缺的重要措施。 1 2 污水回用概述 污水回用是通过对污水、废水回收并加以适当处理，从而使出水适合并满 足社会各领域需求，以达到对水资源的节约利用。具体的讲，它是将城市污水 加以处理再生后回用于可用再生水的领域去，从而把干净的优质原水取代下来， 以污代清，节约优质水，同时具有了开源节流的重作用，是水资源有效利用的 一种形式。对于缺水城市而言，城市污水再生回用比开发建设新水源更为重要， 更符合我国贫水的客观现实，更具深远的现实意义。城市污水回用可以使污水 成为工农业生产、城市建设和人民生活等领域的第二水源，不仅具有可观的经 济效益，同时还有很好的社会、环境效益，是我国实施水资源可持续利用的重 要途径。 1 2 1 国内外污水回用现状 近年来，污水回用在国内外很普遍【6 ”。在国外，南非的温得霍克市和美国 堪萨斯州的查纽特等将城市污水经处理后直接用作生活饮用水源嘲，美国伯利 恒钢厂几十年来一直利用城市污水回用作工业用水，日本名古屋市的污水经混 凝、沉淀、过滤后供给1 2 个工厂再用。目前，一些发达国家投入了大量的人力 和物力进行城市生活污水的回收利用。美国的城市污水回用量达1 4 x 1 0 8 m 3 ，日 本的城市污水回用量约2 x l o s m 3 ，这些成功的先例为我国城市摆脱缺水困境增 添了信心【l 】。世界上几项污水回用的大型工程【9 】如表1 1 所示。 我国对城市污水处理与利用的研究，早在1 9 5 8 年就开始列入国家科研课 题，2 0 世纪6 0 年代关于污水灌溉的研究已达到一定的水平，2 0 世纪7 0 年代中 期进行了以回用为目的的城市污水深度处理小试，2 0 世纪8 0 年代初的青岛、 大连、太原、北京、天津、西安等缺水大城市相继开展了污水回用于工业和民 用的试验研究，有些城市已修建了回用试点工程并取得了积极的成果，不少公 共建筑亦建设了水回用装置【1 0 1 。北京高碑店污水厂处理量的一半回用，主要用 2 第1 章引言 于工业冷却、景观河道、城市绿化、公园用水及城市环境喷洒道路用水等。华 能北京热电厂使用高碑店污水厂出水作冷却水，用水量为2 万4 万m 3 d ，运 行情况良好。太钢利用太原市北郊污水厂的二级出水用作补充冷却水也是成功 的例子【1 l 】。此外，青岛市海泊河污水处理厂将二级出水经深度处理后回用于工 业冷却、电厂冲灰、市区景观和生活杂用等方面1 2 1 ，石家庄市桥西污水处理厂 的二级出水经深度处理回用于景观用水都取得良好的社会和经济效益0 3 1 。 表1 1 界上几项污水回用的大型工程 序 国家工厂或项目名称 回用规模 号( x 1 0 4 m 3 d ) 用途 l 美国马里兰州伯利恒钢铁公司 4 0 1 炼钢冷却水 2以色列达恩地区 2 7 4 灌溉 3美国加州奥兰治和洛杉矶2 0 0工业冷却 4 波兰费罗茨瓦夫市 1 7 0 地下水回灌 5美国密执安市 1 5 9 灌溉 6墨西哥联邦区1 5 5灌溉花园 7 沙特阿拉伯利亚德市 1 2 o 石油提炼灌溉 8美国内华达州动力公司1 0 2火电厂冷却水 1 2 2 污水回用方向 污水经处理净化后，回用于农业、工业、地下水回灌、市政用水等。不但 可以弥补水资源的缺乏，而且减轻了水环境污染。在污水回用计划实施过程中， 再生水的用途决定了污水需要处理的过程和程度。生活污水回用的几个主要方 向为： ( 1 ) 农业灌溉 这一分类为水的回用提供了最有前途的机会。城市生活污水中含有氮、磷、 钾3 种肥料要素和钙、镁、锰、铜等多种微量元素及丰富的有机质，是农作物 生长所需的营养成分。污水适当处理后用于灌溉，可以改善土壤物理化学性质， 这样可以节省大量化肥，提高农作物产量，还可以通过土壤过滤、吸附、离子 交换、化学反应、土壤微生物代谢和作物根系的吸收等自净作用使污水得到进 一步净化。因此，将处理后的污水用于农业灌溉既可以取得经济效益，又可以 保护环境，是符合可持续发展的一种再生利用方式。 ( 2 ) 工业用水 第1 章引言 工业回用对象一般用水量较大。一般作用于工艺生产用水、冷却用水、锅 炉补充水及其它杂用水。对于高水质的工艺用水如车间、地面等的冲洗，需要 根据具体水质要求和标准进行相应的深度处理。但是对于一些处理程度要求不 高的冷却水，污水处理厂二级处理出水只需进行物化处理即可满足许多工业用 水水质要求，处理工艺简单，成本低。南非早在1 9 4 2 年就开始使用净化的污水 作冷却水；美国3 5 7 个城市污水回用总量的4 0 5 回用于工业【1 4 1 ；日本城市污 水回用总量的4 1 回用于工业1 15 1 ，可见工业回用是污水资源化利用的主要方式 之一。 ( 3 ) 城市生活用水和市政用水 城市生活用水可分为饮用水和非饮用水。非饮用水水质介于上、下水水质 标准之间。通常情况下，将污水处理到非饮用水程度，回用于清洁、绿化、洗 车、消防，或补给河湖、地下水。研究表明，长期使用不会对用水器具产生不 利影响“6 1 ，其水质也满足消防要求，对消防系统几乎不产生危害【1 7 1 ；经过除磷 脱氮后，将总磷控制在0 5 m g l 以下可以有效控制回用水体的富营养化进程【l s l 。 此外，实践证明，现有技术完全可以将出水水质提高到大多数饮用水水源水平， 处理后的污水回用于饮用水是可行的，但目前仍没有解决好回用废水作饮用水 带来的公共卫生方面的问题，因此，一般不轻易回用作为饮用水。 市政用水的内涵非常广泛，包括城市绿化带、公园、街道、消防、冲厕和 冲洗地面等用水，也包括人工湖、河、池塘注水和补充用水。因此处理工艺在 生物二级处理的基础上，要考虑包括除磷、过滤、消毒等二级以上的处理。一 方面降低c o d 、b o d 5 、s s ，减轻水体的有机污染负荷，防止水体发生黑臭； 另一方面控制富营养化的程度；此外还要满足卫生要求，保证人体健康。 ( 4 ) 地下水回灌 地下水回灌的方法包括：再生水的表面扩展或渗透；直接注人再生水，通 过增多水流，让河岸及河床对再生水进行过滤。将城市污水处理厂二级处理出 水经深度处理后，通过土壤渗滤或井灌的方式回灌至地下，经过土壤含水层处 理后再作为新的水源开发。再生废水用于地下回灌要考虑四个因素，即致病菌、 矿物质总量、重金属和稳定的有机化合物，对回灌水水质的要求取决于当地地 下水的水质。地下水回灌是扩大污水回用最有益的一种方式，它以土壤基质作 为生物反应器，使再生的废水借助物理化学和生物作用将其中的有机物和病原 体进一步去除，使其水质与天然地下水没有差别。由于不受水文条件制约，将 4 第1 章引言 会带来污水回用的长远利益。d i l l i o n 等人统计出当前1 0 个国家中7 0 多个人工 回灌地下水的事例，回灌能力从每年的几千立方米到几百万立方米不等，有资 料可查的例子中有3 8 例在技术上是行的。美国洛杉矶市的经济效益分析结果 表明，在该市中期回用水计划中，地下水回灌是最可取的回用方法，美、澳、 俄、德、丹麦等国都在大力推行地下水回灌技术。 1 2 3 常用城市污水回用技术与方法 ( 1 ) 传统处理方法 传统处理方法( 混凝沉淀常规过滤) 通过在污水中预先投加混凝剂，在混 凝剂的溶解和水解作用下，使水中的胶体污染物和细微悬浮物脱稳并聚集成具 有可分离性的絮凝体，通过重力沉淀和常规过滤加以去除的过程【1 9 1 。有资料表 明：该工艺可去除浊度7 3 8 8 ，s s 6 0 7 0 ，色度4 0 6 0 ，b o d 5 3 1 7 7 ，c o d 2 5 4 0 ，总磷2 9 9 0 。该工艺的优点是对含有重金属的污水 处理效果较好，缺点是对氨氮去除效果较差刚。 ( 2 ) 臭氧氧化 臭氧在水处理中的应用比较早，2 0 世纪初臭氧开始应用于法国的n i c e 城。 当时它作为饮用水的消毒剂。目前，臭氧氧化在污水回用处理中应用非常广泛。 它不但可以利用其强氧化作用杀灭细菌和病毒，还能氧化分解水中的各种杂质， 包括显色有机物( 如有机酸、有机染料等) ，因而能有效地去除水中的色、臭、 味，且脱色效果优于氯和活性炭。臭氧氧化作用可以使芳香族化合物全部或部 分消失，不饱和脂肪酸减少或消失，可以明显提高污水的可生化降解性。同时， 臭氧还可以降低 电位，提高混凝和过滤的去除率 z o l 。大量研究结果表明口1 1 ， 预臭氧加传统处理可去除4 5 的t h m s ( - - 氯代甲烷) 前体，5 5 的紫外线( u 消光值，5 5 的色度及8 0 的c o d 。 ( 3 ) 活性炭吸附 活性炭能去除水中大多数的有机物和某些无机物，包括可能有毒的痕量金 属；还可以有效吸附单宁、木质素、醚、蛋白质类物质、氯代烃、有机磷和氨 基甲酸脂类杀虫剂；除此之外，还能吸附苯醚、正硝基氯苯、蔡、乙烯、二甲 苯酚、d d t 及许多脂类和芳烃化合物。但该工艺对于氯消毒产生的t h m s 去除 能力较低，仅达2 3 6 0 。活性炭一般用在生物处理之后，为加长活性炭工 第1 章引言 作周期，常在炭柱前加过滤，典型流程为：原水、预处理、生物处理、过滤、 活性炭吸附、消毒、排水1 2 2 1 。采用活性炭吸附的主要缺点是价格昂贵，再生比 较困难1 2 0 l 。 ( 4 ) 生物过滤 生物过滤技术充分地利用了滤池中滤料的拦截作用和滤料上附着生物膜的 降解作用，将二沉池出水中未能去除的大多数物质能够有效的加以去除极大限 度地降低浊度并减少后续消毒费用，有的学者还通过改变进出水的方向和滤池 进出水过水断面的大小研制成功了上向流变速生物滤池，采用该滤池对于处理 生物处理二沉池出水，处理水水质可以达到国家颁布的回用水水质标准刚。滤 池的滤料对于处理效果的好坏影响很大，目前比较新的滤料有酶促陶粒滤料， 它利用多孔陶粒的微孔增加了生物的附着量，同时酶的催化作用也加强了处理 的效果例。 ( 5 ) 生物反应器( m b r ) m b r 作为一种新型的污水处理回用工艺，近年来已应用于城市污水与工业 废水的处理，在生活污水回用中受到越来越广泛的应用。m b r 是集生物反应器 的生物降解作用和膜的高效分离作用于一体，具有出水水质好、处理负荷高、 装置占地面积小、产泥量少、易于实现自动控制等优点【2 吼。其出水经消毒后可 直接回用，甚至可回用于饮用水水源。m b r 在发达国家的污水回用工业中已经 得到了很好的应用，日本已有近1 0 0 处高楼的中水回用系统采用m b r 工艺， 但是由于膜本身成本高，操作系统复杂以及运行成本较高，阻碍了其在小区生 活污水回用处理中应用【2 6 】。 ( 6 ) 生物脱氮除磷 通常的二级处理工艺对氮、磷的去除率不高，为达到回用的目的，需对二 级出水进行深度生物脱氮除磷处理。可分为悬浮生长工艺和附着生长工艺：悬 浮生长工艺最显著的特征就是只有一个沉淀池即污泥回流系统，具有许多不同 的形式，如a o 工艺、u c t 工艺、v i p 工艺、b a r d e n p h o 工艺、氧化沟、s b r 及a b 工艺等 2 7 1 。附着生长工艺生物量大，污泥龄长，操作稳定性好，可有效 抵制多数毒物的冲击影响。在欧洲，附着生长工艺应用于脱氮处理较为广泛， 主要有生物滤池和生物转盘。目前，生物脱氮除磷主要是朝着提高效率、悬浮 与附着相结合、装置设备小型化方向发展。 6 第l 章引言 1 2 4 常用城市污水回用工艺 目前主要的回用工艺： 1 以生物处理为中心的工艺流程 生物法是利用微生物降解的作用，使污水中的有机污染物质转化、吸收， 具有净化能力强，费用低廉，运行可靠性好等优点，是污水处理的主要方法。 一般采用活性污泥法、接触氧化法、生物流化床、生物转盘和生物滤池等生物 处理方法。针对不同的水质和回用目的，或是对单独工艺进行改进，或是几种 工艺组合使用。 典型流程：格栅一调节池一生物处理一沉淀一消毒 其中生物工艺见表1 2 【勰】 表1 2 生物处理工艺分类表 方法工艺功能 a o 工艺 改进u t c 工艺 j h b 工艺 强化脱氮 a n o 工艺 弗斯特利普工艺 强化除磷 活性污泥法 a 2 ，o 工艺、c a s t 工艺 c a s s 工艺、m s b r 工艺 d a t i a t 工艺 除磷脱氮 改进u n i t a n k 工艺 氧化沟工艺 生物转盘工艺 生物流化床工 除磷脱氮 生物膜法 接触氧化工艺 曝气生物滤池工艺 除磷脱氮并强化s s 去除 稳定塘法 自然处理法 土地处理法 曝气池一生物转盘工艺 组合工艺生物滤池一固体接触工艺 除磷脱氮 生物滤池一活性污泥工艺 2 以物理化学法为中心的工艺流程 7 第1 章引言 ( 1 ) 传统物理化学工艺 以混凝、沉淀、过滤、吸附等理论为基础，常用工艺有砂滤、活性炭吸附、 混凝沉淀等工艺。 典型流程：格栅一初沉一混凝一沉淀一砂滤一活性炭吸附一消毒 该流程通过混凝沉淀去除城市污水中大部分胶体物质、部分重金属和有机 物，出水可作为工业循环冷却水、城市浇洒、绿化、景观、消防、补充河湖等 市政用水和居民住宅的冲洗厕所用水等杂用水，以及不受限制的农业用水等对 水质要求不高的回用水。增加砂滤主要去除水中的s s ，出水可作为地下回灌、 饮用水水源补给、锅炉补给水和部分工艺用水。活性炭吸附主要去除微量有机 物和微量金属离子、色度、病毒等有毒污染物。1 9 6 8 年南非纳米比亚建成的世 界上第一座以城市污水为主生产饮用水的回用工厂，首次在污水处理工艺组合 中用到了活性炭吸附，被认为是最后的把关工序。 采用传统物理化学工艺对于城市污水具有良好的处理效果，目前，在被国 内外污水回用领域广泛采用。但存在处理工艺复杂、运行费用高、污泥产量大、 维护管理不便、产生二次污染等问题。 ( 2 ) 膜分离工艺 膜固液分离技术具有良好的调节水质能力，从悬浮物到细菌、病毒、孢囊， 不需要投加药剂，设备紧凑且易于自动化，因此有人将它称为”2 1 世纪的水处 理技术”。在回用水处理中应用较广泛的膜技术有微滤、超滤、渗析、纳滤、反 渗透和电渗析等，目前对于小规模处理厂，膜分离技术的单位体积水处理费用 与传统工艺大体相当。其缺点是用于中大规模的处理厂，建设和运行费用较贵。 3 生化与物化组合工艺流程 典型流程：格栅一调节池一生物处理一混凝一沉淀一砂滤一活性炭吸附一消毒 该流程采用节约能耗、运行费用低的生物处理作为前段处理，去除水中大 部分有机物和s s ，并配以物化方法进行把关处理，具有出水水质优于生物处理 为中心的工艺流程，运行成本低于以物理化法学法为中心的流程。因此，生化 与物化结合工艺流程被广泛用于城市污水回用。近年来随着污水生物处理技术 和不断发展，如何减少处理单元的数量、节省占地面积、降低投资和运行成本、 便于操作管理，将新型污水处理技术进行优化组合是目前污水回用领域研究的 重点。 8 第l 章引言 1 2 5 处理的局限 水处理技术是不断变化发展的。尽管臭氧氧化、活性碳吸附和生物过滤等 饮用水深度处理技术对于控制饮用水污染和提高水质都发挥了较好的作用，但 这些处理技术有它们的局限性。 采用传统的活性污泥法处理生活污水时，往往处理效率较低，容易产生污 泥膨胀现象，而且工艺设备不能满足高效低耗的要求。一些新型的高负荷生物 滤池的开发，简化了生活污水的处理流程，在国外应用广泛，但普遍存在着以 增加能耗为代价来获得较高的处理效果的问题。生物接触氧化法是目前较成熟 和被应用广泛的工艺，但它需设初沉池、反应池和二沉池等处理单元，所以占 地面积大，与生活小区昂贵的土地不相适应。新型高效生物处理技术曝气生物 滤池，集生物氧化、生物吸附和过滤为一体，处理负荷高，结构紧凑，近年来 引起广泛关注，但到作为一种新型的生物膜处理工艺，在我国技术应用还不完 全成熟，出水水质难以得到保证。 不管是活性污泥法还是生物膜法普遍都存在着处理流程长，占地面积大， 基建投资高；工艺设备处理效能低，能耗高，药耗高，噪音大，运行费用高， 对有机物、氨氮的去除能力不强，管理不便等问题；不适应我国目前的现实情 况。随着更严格的污水回用水质标准的出台，这些工艺越来越满足不了用户的 要求。 1 2 6 开发污水回用新工艺的意义 水资源短缺问题已严重制约经济发展和人民生活水平的提高，对此，除积 极开发新的水资源、严格控制水污染及积极推广节水等措施之外，水的再生利 用是解决水资源短缺的重要措施。 在我国，污水回用目前采用较多的依然是传统处理工艺，这种工艺技术成 熟、对胶体类杂质的去除率高，出水可满足大多数情况下用户的要求。但这种 工艺处理流程长、对氨氮的去除能力不强。而对于以活性碳吸附为主的工艺， 虽然比传统处理工艺提高了出水水质，但是增加了运行费用。采用膜处理虽然 提高了去除率，减少了占地面积，但是目前国内膜工艺处于发展阶段，膜组件 及其处理费用高，并且所造成膜污染难以清除。目前己建的中水回用工程普遍 存在处理效果欠佳、运行费用较高、设施占地面积较大等问题，处理设施运转 9 第1 章引言 不理想。因此迫切需要开发一种去除效率高，占地少，投资省的适合我国国情 的污水处理回用工艺。随着水资源问题的日趋严重，该工艺必须对各种物质有 较高的去除率，运行费用低，易推广，这样才能真正推动污水回用进程，解决 水资源短缺问题。 1 3 本实验研究的意义与目的 1 3 1 研究意义 水是人类赖以生存和社会发展的宝贵的自然资源，没有水，就没有生命， 也没有我们生活的世界。随着水资源危机的加剧和水环境质量不断恶化，水资 源短缺已演变成世界倍受关注的资源环境问题之一，制约着社会经济的发展。 我国水资源总量丰富，居世界第6 位，但人均占有量居世界第1 2 1 位，相 比而言，低于世界平均值的1 3 。据不完全统计，目前全国工业污水日排放量约 为6 0 0 0 x 1 0 4 m 3 ，城市生活污水排放量为5 0 0 0 x 1 0 4 一，全国已有l ，3 以上的河段 受到污染，不能用于灌溉的河段长1 2 8 x 1 0 4 k m ，再加上水浪费严重，开发利用 不平衡，使得可利用水资源非常少。随着经济建设和城市化的快速发展，城市 污水排放量增长很快，大量污水未经处理直接排放，不仅造成水资源的浪费， 而且使大部分水资源己受到不同程度的污染。水资源作为人类生存和社会发展 的一种宝贵资源必须十分珍惜，应采取各种有效措施，使有限水资源得到合理 的开发和利用，以保障社会的可持续发展。 我国对当前水资源的严峻形势给予高度重视，采取了多种措施来缓解水的 危机，其中主要包括水的回用。据研究表明，人类使用过的水，其污染杂质只 占0 1 ，绝大部分是可再用的清水。城市供水量的8 0 变为污水排入下水道。 是一种很大的资源浪费，至少有7 0 的污水可以再生处理后安全回用，全国城 市污水排放量大约在4 1 4 x 1 0 8 m 3 ，但城市污水处理率仅达到3 0 和5 0 ，污水 再生利用的比例更低。城市污水的回用技术研究正是在此背景下提出来的，在 近期亟待解决城市污水污染及水资源短缺问题上具有十分重要的现实意义。 然而，目前已建的中水回用工程普遍存在处理效果欠佳、运行费用较高、 设施占地面积较大等问题，处理设施运转不理想。因此迫切需要开发一种去除 效率高，占地少，投资省的适合我国国情的污水处理组合工艺。 1 0 第1 章引言 1 3 2 研究目的 本课题的目的就是针对回用水质要求，突破原有工艺，寻找一种技术上可 行、经济上适用的城市污水回用新工艺，力争在理论及工程实践上有所突破， 为城市污水回用开辟新的途径。具体如下： ( 1 ) 确定硅藻土在处理低浓度的生活污水时最佳投加量等其他参数，为以后用于 工程提供可靠的运行参数。 ( 2 ) 找到适合生活污水回用的b i o s t y r 最佳运行条件，并对b i o s t y r 的反冲洗周期 进行研究获得最佳参数，以延长整个系统的运行周期，提高该工艺的性能。 ( 3 ) 获得硅藻土+ b i o s t y r 的组合工艺的处理性能参数以及运行中各参数之间的 内部联系，通过分析得到最佳运行工况参数，为工程实践提供设计依据。 第2 章实验设计与方法 2 1 研究路线 第2 章试验设计与方法 2 1 1 工艺路线的选择 利用硅藻土处理工业废水或生产饮用水的技术已有将近二十年的研究历 史，但将硅藻土用于处理城市生活污水是近几年才发展起来的，硅藻土处理技 术以其独特的特征而受到业内人士的重视。我国具有丰富的硅藻土资源，提纯 后的硅藻土具有整体一致均匀的微粒，这是目前人造微粒难以实现的。用于污 水处理时，能快速形成形成粒度和密度较大的絮体，且絮体的稳定性好，甚至 当絮体被打碎后，还可发生絮凝，这是其他铝盐等常用污水絮凝剂所无法比拟 的 2 9 1 。而b i o s t y r 工艺具有处理负荷高、出水水质优、占地省等特点，而且功能 完善。本课题就是采用硅藻+ + b i o s t y r 为核心的组合工艺，研究该工艺对城市污 水中各项指标的去除效果，确定最佳运行参数，为工程实践提供设计依据。 2 1 2 工艺路线的说明 提升泵反应池潞弛提艨踟呦蚴龇 自a 姚 图2 1 试验工艺流程图 第2 章实验设计与方法 具体流程如图2 1 。流程如：城市污水经提升泵提升后，再经流量计后，流入混 凝反应器，加入硅藻土后，通过混合，机械搅拌后，流入沉淀池，完成对原水 的预处理。其沉淀池出水经提升泵提升后，由下往上流入b i o m y r 生物滤池，与 滤料充分接触，达到实现去除有机污染物的目的，从滤池顶部出水，流入清水 池直接用于回用。 2 2 试验材料与装置 混凝实验采用的硅藻土由长白天福硅藻土有限公司生产的，其主要技术参数 见表2 1 。 表2 1 硅藻土主要技术参数 外观p h 值硅藻粒径 i堆密度( g ，c m 3 )比表面积( m 2 l ( 曲 含水率 灰白色粉末 7 83 2 5 目筛余l l 郢6 5 0 06 小试主要装置b i o s t y r 采用有机玻璃制造，其规格尺寸及配套设备如表2 2 和2 3 所示。b i o s t y r 采用聚苯乙烯圆球滤料，直径为3 5 m m ，堆积密度为 0 5 1 9 c m 3 ，材质密度为0 9 3 9 c m 3 。 表2 2b i o s t y r 装置规格尺寸 反应器总体积( l )尺寸( m m )填料高度( c m )填料体积( l ) b i o s t y r2 6d l l 0 l 2 7 0 01 2 01 1 4 表2 3b i o s t y r 装置配套设施规格 设备名称 型号产地 自吸泵 i z d b 3 5 上海康万机电有限公司 气体流量计 l z b 1 5 余兆振兴流量仪表厂 液体流量计 l z b 1 5 余兆振兴流量仪表厂 空气压缩机 v _ 0 2 5 8 上海飓风泵业有限公司 2 3 试验方法 2 2 1 静态混凝试验 试验前期先进行静态试验，并通过试验考虑投加量，原水水质两个因素对 第2 章实验设计与方法 c o d e r 、n h 4 + - n 、s s 等指标去除效果的影响，取得最佳参数。具体步骤如下： ( 1 ) 试验用具：大烧杯( 均为1 0 0 0 m l ) ，长玻璃棒，六联电动搅拌器，椎形瓶； ( 2 ) 试验用水：用水均为蒸馏水； ( 3 ) 试验操作步骤：取水样，装入1 0 0 0 m l 烧杯中，然后分投加不同剂量的硅藻 土，快速搅拌6 0 秒，保证混凝剂充分溶于水中，静置- , b 时，取上清液， 检测色度、浊度、c o d e r 等指标。 2 2 2 动态b i o s t y r 试验 整个动态实验采用连续进水方式，考虑影响因素对水质各项指标去除效果 的影响，取得最佳运行参数。具体步骤如下： ( 1 ) 试验装置：b i o s t y r 试验装置及配套设备一套； ( 2 ) 试验原水：混凝反应器出水，迸水为2 4 小时连续进水； ( 3 ) 试验方法：试验为动态连续试验，b i o s t y r 在连续运行中，调整工艺参数，优 化工艺运行参数。 2 3 试验原水及处理要求 2 3 1 试验原水 试验用水采用模拟城市污水，用一定比例的污泥和自来水混合，按照生活 污水的n ，p 比例加入一定量的尿素和磷酸二氢钾。具体水质如表2 4 。 表2 4 试验水质 序号水质指标 进水水质范围平均值 l c o d c r ( m g l ) 2 0 0 2 3 1 2 62 5 6 4 2 n h 4 + - n ( m g l ) 8 3 4 8 1 3 8 2 3 s s ( r a g l ) 7 2 1 4 21 0 7 4 d o ( m g l ) 0 2 1 2 0 7 5 p h7 o 7 27 1 2 3 2 处理要求 本课题主要是通过试验研究使城市污水的各项指标通过硅藻+ + b i o s t y r 组 1 4 第2 章实验设计与方法 合工艺达到生活杂用水水质标准见表2 5 。 表2 5 生活杂用水水质标准 水质色度浊度 嗅 p h c o d o rb o d 5n h d + - n s s 指标 ( 度)( 度) ( r a g l )( m g 几)( r a g l )( r a g l ) 城市绿化 3 0 1 0无 6 5 9 0 5 0 l o2 01 0 洗车扫除 3 05 无 6 5 9 05 01 01 05 2 4 测定项目 依据水和废水监测分析方法所列主要指标的测试方法，分别开展以下 各指标的测试。分析监测项目及方法见表2 6 。 表2 6 分析监测项目及方法 分析项目 分析方法分析仪器 流量 直读法 转子流量计( 余姚振兴仪表厂) 温度直读法p h s - 2 5 型p h 计( 上海雷磁仪器厂) p h仪