（环境工程专业论文）投加新型生物流化填料的sbr反应器中试研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 投加新型生物流化填料的s b r 反应器中试研究 摘要 随着工农业的发展，污水的排放大大超出了水体的自净能力， 因此，必须加大污水处理设施的建设和改造，从而改善水体环境。 由于污水的排放标准日益严格，而好多污水厂由于设计的原因或 者当时污水进出水指标都比较低的原因，导致现在大部分的污水 厂排放不能达标。 北京市某污水厂采用传统的s b r 工艺，由于当初的设计进水 指标和实际的进水指标差距过大，因此在投产以后，出水指标一 直比较高，不能达到北京市要求的城镇污水处理厂污染物排放 标准( g bl8 9 18 - 2 0 0 2 ) 的一级a 标准，甚至达不nz 级排放标准。 在这种情况下，设想可以通过投加某新型的流化填料，来强化传 统的s b r q - 艺，以使出水达标。本试验就是为提过现场试验来证 明这个设想，经过试验，得出了如下结论： ( 1 ) 在前期的对比试验中，投加新型生物填料的s b r 反应器 对工业废水排入造成的冲击负荷具有很强的适应能力，对b o d 5 、 c o d 、n h 4 - n 、t n 的去除率分别为：9 7 、9 2 6 、9 7 7 、6 4 ， 太原理工大学硕士研究生学位论文 水指标为：b o d 5 = 8 m g l ，n h 4 一n = 2 1m g l ，t n = 3 7m g l ，除总 氮以外全部达到了国家污水综合排放一级a 的标准，而且总氮也 达到了6 4 的高去除率。 ( 2 ) 连续进水( 试验过程中由于试验装置的问题，无法模拟 连续进水，因此采用了分次进水) 可以在一定程度上解决碳源不 足的问题，可以相对地提高总氮的去除率。 ( 3 ) 由于曝气完毕后，污水中的碳源已经很少，在沉降时的 厌氧反硝化非常有限，去除率不到1 ，为了解决碳源不足，应该 采用前置反硝化，为反硝化提供充足的碳源。 ( 4 ) 处理水量由模拟污水厂处理1 万吨增加到3 万吨，出水指 标仍然能够达到略好于污水厂出水的效果，其中c o d 、氨氮都能 达到国家要求的一级a 排放标准。因此，投加填料的s b r 反应器相 对于传统的s b r 反应器来说，可以明显的增大处理效率，而且非 常明显。 ( 5 ) 试验采用与污水厂相同的曝气管，而且污水厂的s b r 池 要比试验装置的水深大2 7 倍，就水深方面的影响来说，污水厂的 氧利用率应该更高一些。污水厂的运行汽水比一直在2 0 - - - 2 3 ：1 之间，而试验过程中，汽水比在1 3 - - 2 0 ：1 之间。因此，可以证明 投加了流化填料的s b r 反应器要比传统的s b r 反应器的氧利用率 太原理工大学硕士研究生学位论文 更高，耗能更少。 ( 6 ) 从试验过程中，可以观察到，投加填料以后，由于填料 的作用，污泥在1 5 分钟以后就基本沉降完毕，要比传统s b r 的污 泥沉降要快很多。因此，投加填料对于污泥的沉降是有利的。在 实际应用中，由于可以相应缩短沉降时间，利于周期内其它工艺 时间段的调节。 比 关键词：s b r 工艺，生活污水，新型生物流化填料，低c n 太原理工大学硕士研究生学位论文 i t e s e a r c ho n e n h a n c e dc o n t a m i n a n t r e m o v a le f f i c i e n c yi ns b rb y a d d i n gn e wb i o l o g i c a lf l u i d i z e dm e d i a a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n d u s t r ya n da g r i c u l t u r e ，t h e q u a n t i t yo fs e w a g eh a ss u r p a s s e dt h ea b i l i t yo fw a t e rc l e a ni t s e l f s o ， m o r ee f f o r t ss h o u ldb em a d et ob u i l da n di m p r o v et h e s e w a g e t r e a t m e n tf a c t o r y , a n di m p r o v et h eq u a l i t yo fe n v i r o n m e n t b e c a u s e t h ee x h a u s t i o ns t a n d a r disi n c r e a s i n g l ys t r i n g e n t ，m o r ee f f l u e n tc a n t m e e tt h ee m i s s i o ns t a n d a r d s ，t h er e a s o ni st h a t t h es t a n d a r d so f i n f l u e n ta n de f f l u e n tw e r el o w e ri nt h a tt i m e as e w a g et r e a t m e n tp l a n ti nb e i j i n gu s e dt r a d i t i o n a lt h es b r c r a f t ，b e c a u s et h e i n i t i a li n f l u e n ti n d i c a t o ra n da c t u a li n f l u e n t i n d i c a t o r sh a d r e l a t i v e l yb i gg a p ，a f t e rp r o d u c t i o n ，t h ee f f l u e n t i n d i c a t o r sh a sb e e nu n s a t i s f a c t o r ya n dc o u l dn o ta c h i e v et ot h eo n e c l a s sae x h a u s t i o ns t a n d a r do f ( g b18 918 2 0 0 2 ) t h a tb e i j i n gr e q u e s t e d ，e v e n c a nn o tr e a c ht h es e c o n dc l a s se x h a u s t i o ns t a n d a r d i nt h i sc a s e ，t h e v 太原理工大学硕士研究生学位论文 t e n t a t i v ep l a nm a y t h r o u g ha d d i n gs o m en e wf l u i d i z a t i o np a d d i n gt o s t r e n g t h e nt h et r a d i t i o n a lt h es b r c r a f tt om a k et h ee f f l u e n tt or e a c h t h es t a n d a r d s t h i se x p e r i m e n ti sd o n et op r o v et h i st e n t a t i v ep l a n t h r o u g h t h ef i e l dt e s t ，a n dd u r in gt h ep r o c e s s ，w e g e t s o m e c o n c h j s i o n sa st b l l o w s ： ( 1 ) a si ss h o w nb yt h ec o m p a r a t i v ee x p e r i m e n t a lr e s u l t so ft h e p r i o rp e r i o d ，s b rr e a c t o rw i t hn e ws t y l eb i o l o g i c a lp a d d i n gh a sg r e a t a d a p t i v ec a p a c i t yt o l o a dp u l s e sr e s u l t e df r o mi n f l o wo fi n d u s t r ia l w a s t ew a t e r t h er e m o v a lr a t eo fb o d 5 、c o d 、n h 4 一n 、t na r e9 7 、 9 2 6 、9 7 7 、6 4 r e s p e c t i v e l y t h eb o d 5 ，n h 4 一na n dt n i nt h e e f f l u e n ta r e8 m g l ，2 1m g l ，37m g lr e s p e c t i v e l y a l lt h r e ei n d e x e s c a nm e e tt h ef i r s tc l a s sc r i t e r i aas p e c i f i e di nt h e i n t e g r a t e d w a s t e w a t e rd i s c h a r g es t a n d a r de x c e p tt h et n b u tr e m o v a lr a t eo f t na l s or e a c h e sar e l a t i v e l yh i g hl e v e lo f6 4 ( 2 ) e n t e r i n gt h ew a s t e w a t e rc o n t i n u o u s l y ( i nt e s t i n g ，a sar e s u l t o ft e s te q u i p m e n t ，w a su n a b l et os i m u l a t ee n t e r i n gw a t e rc o n t i n u o u s l y , t h e r e f o r ee n t e r e dw a t e rt ob ep o s s i b l ea td i f f e r e n tt i m e s ) ，r e l i e ft h e p r o b l e mt h a tt h ec a r b o ns o u r c ew a si n s u f f i c i e n tt oac e r t a i ne x t e n t ， a n dp r o m o t et h er e m o v a le f f e c to ft o t a ln i t r o g e nr e l a t i v e l y ( 3 ) a f t e rt h ea e r a t i o n ，t h e r ew a sl i r l ec a r b o ns o u r c ei nt h e w a s t e w a t e r , t h ea n a e r o b i cd e n i t r i f i c a t i o ni nt h es u b s i d e n c et i m ew a s e x t r e m e l yl i m i t e d ，t h er e m o v a lr a t ew a sl e s st h a n1 ，i no r d e rt o s o l v et h es h o r t a g eo fc a r b o ns o u r c e ，p r e t a g ed e n i t r i f i c a t i o ni sag o o d c h o i c e ，a s i tc o u l d p r o v i d e s u f f i c i e n tc a r b o ns o u l c ef o rt h e 太原理工大学硕士研究生学位论文 d e n i t r i f i c a t i o n ( 4 ) t h es i m u l a t e dt r e a t m e n to fw a s t e w a t e ri n e r e a s e df r o m 10 , 0 0 0t o n st o30 ，0 0 0t o n s ，t h ee f f l u e n ts t i l lw a sa b l et oa c h i e v ea s a t i s f a c t o r yr e s u l t ，c o da n da m m o n i an i t r o g e nc o u l da c h i e v et h e r e q u i r e m e n t so ft h eo n ec l a s s ae x h a u s t i o ns t a n d a r d s t h et r e a t m e n t e f f e c tt h a tt h es b rr e a c t o ra d d i n gt h ep a d d i n gi so b v i o u s l ys u p e r i o r t h a nt h et r a d i t i o n a ls b rr e a c t o r ( 5 ) t h ea e r a t i o nt u b et h a tt h ee x p e r i m e n tu s i n gw a ss a m et o s e w a g et r e a t m e n tp l a n t ，m o r e o v e r , t h es b rp o n d so fs e w a g e t r e a t m e n tp l a n tw e r e2 7t i m e sd e e p e rt h a nt h et e s te q u i p m e n t ，t h e i m p a c t o n w a t e r , s e w a g e t r e a t m e n tp l a n t sw e r eb e t t e rt h a n e x p e r i m e n tt h a ti nt h er a t eo fo x y g e nu s i n g m o r e o v e r , t h er a t i oo fg a s t ow a t e rt h a ts e w a g et r e a t m e n tp l a n t sa r eu s i n gw a sb e t w e e n2 0 ：1 a n d2 3 ：1 ，b u ti nt h e t e s t i n g ，t h er a t i ow a sb e t w e e n 1 3 ：1a n d 2 0 ：1 t h e r e f o r e ，i tm a yp r o v et h a tt h eo x y g e nu t i l i z a t i o nt h a tt h es b r r e a c t o ra d d i n gt h ep a d d i n gw a sh i g h e rt h a nt h et r a d i t i o n a ls b r r e a c t o r , a n dw a sm o r es a v i n ge n e r g y ( 6 ) f r o mt h et e s t i n g ，t h es l u d g ec o u l ds e d i m e n tb a s i c a l l yi n15 m i n u t e sa f t e ra d d i n gt h ep a d d i n g ，m o r eq u i c k l yt h a nt h et r a d i t i o n a l s b rr e a c t o r , s oi tw a su s e f u lt oi n c r e a s ep a d d i n g i np r a c t i c a l ，s i n c e i tc o u l ds h o r t e nt h es e t t l i n gt i m ea c c o r d i n g l y , a n di tw a sh e l p f u lt o a d j u s tt h eo t h e rp r o c e s sc y c l et i m e k e yw o r d s ：s b rp r o c e s s ，w a s t e w a t e r , t h en e wb i o l o g i c a l v i l 太原理工大学硕士研究生学位论文 s t r e a m i n gp a c k i n g ，l o wr a t i oo fc a r b o nt on i t r o g e n 声明户明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名： 鲨耘篁 日期：丝i ： = 至 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签 名：止1 习 导师签名： 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 水环境污染现状 第1 章绪论 我国水资源总量非常丰富，年径流总量2 7 1 l o 搬m 3 ，居世界第6 位，但是由 于人口众多，人均占有仅2 2 6 2 m 3 ，约为世界平均的1 4 ，属世界缺水国家之一。由 于水污染控制的相对滞后，受污染的水体逐年增加，又加剧了水资源的短缺。而 随着我国工农业生产的发展，城市化的加快，人口的增多，不可避免地会加快水 污染速度。中国水利部对全国7 0 0 多条河流约l o 万公里河长的水资源质量进行了评 价，其结果指出，我国已有4 6 5 的河长受到污染( 相当于n v 类) ；1 0 6 的河长 已经严重污染( 超过v 类) ，此水体已经丧失使用价值；9 0 以上的城市水域污染 严重。据统计，我国9 0 以上的城市水域受到不同程度的污染，近5 0 的重点城 镇的集中饮用水源不符合取水标准。我国北方城市大部分受到资源型缺水的困扰， 南方多水地区由于受到不同程度的污染，已经出现出水质型缺水趋势。因此，增 加污水处理比例和将污水深度处理后进行回用是今后我国城市污水处理的重点。 随着我国工业的发展，工业废水的排放量与日俱增，如果达不到排放标准， 就会污染地表水和地下水。据环保部门检测，全国城镇每天至少有1 亿吨污水未经 处理就直接排入水体。水体一旦受到污染，要想在短时间内恢复到原来的状态 是不容易的。水体受到污染后，会使其不符合饮用水、渔业用水的要求，并且会 影响到地下水的利用。因此，减少工业废水的排放是一项根本的措施。 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 2 污水的生物处理一活性污泥法 1 2 1 活性污泥法的发展 活性污泥法( a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ) 应用于污水处理最早由英国人e a r d e n 和w t l o k e t t 开创，并建立了世界上第一座污水处理实验厂。在当时，由于受到 理论水平和运行管理等技术条件的限制，使其应用和推广工作进展缓慢。随着人 们对活性污泥生物反应和净化机理的广泛深入的研究，以及该法在生产应用技术 上的不断完善和发展，近四十年来，活性污泥法处理污水得到了迅猛的发展。它 发展至今，己成为世界各国处理城市生活废水和工业废水的主要手段，在废水处 理领域内占有重要的地位，是目前处理城市污水、有机工业废水的有效处理方法 和污水生物处理的主流方法。 经过九十多年的研究，人们在普通活性污泥法的基础上，开发了多种更经济 合理、处理功能更强运行更为稳定的的处理工艺技术。陆续出现了阶段曝气法、 吸附再生活性污泥法、完全混合活性污泥法、序批式活性污泥法( s e q u e n c i n gb a t c h r e a c t o r ，简称s b r 法) 、纯氧曝气工艺，投料式活性污泥法等等新工艺。近十多年 来，为了提高进水有机物浓度的承受能力，提高污水的处理效能，强化和扩大活 性污泥法的净化功能，人们又研究开发了诸如粉末活性炭、加压曝气等处理工艺； 同时也采用了化学法与活性污泥法相结合的处理方法。在净化难降解有机物污水 方面也进行了探索。出现了一系列的新t 艺新技术，如：a b 工艺 ( a d s o r p t i o n g b i o d e g r a d a t i o n ) ，a b r ( a na e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r ) i 艺、s b r 的改进型 i c e a s ( i n t e r m i t t e n tc y c l i ce x t e n d e da e r a t i o ns y s t e m ) 和c a s s ( c y c l i ca c t i a v a t e d s l u d g es y s t e m ) q - - 艺，l i n d e 生物处理技术( 德国l i n d e 公司的一系列专利技术) 等 等3 1 ，活性污泥法正朝着快速、高效、低能耗等多功能方面发展。 在我国，传统的城市废水处理工艺一般为活性污泥为主体的二级处理工艺， 在有机物去除方面可达到较好的效果，同时，也具有流程复杂、基建费用大、能 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 源消耗大以及运行费用可观等缺点，往往为我国的经济实力所不堪重负。由于排 放量的剧增以及对废水处理要求的日益严格，传统工艺己难以满足不断提高的要 求，因此，开发、研究和应用高效节能的废水处理工艺和技术，已成为我国以及 世界各国水污染控制工程领域研究的重要课题。 1 2 2 活性污泥法的基本流程 活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物处理方法，其主要构筑物是初次 沉淀池、曝气池和二次沉淀池，活性污泥法污水处理系统的基本工艺流程见图l 一1 。 出水 1 r 一一一一一一一一一一一一一二一一，一一一一一一一一- 污泥处理工序序回流污泥 剩余污泥去污泥处理工序 图1 一l 活性污泥法基本工艺流程 1 2 3 活性污泥法的净化原理 在活性污泥法处理系统中，有机污染物从污水中去除过程的实质就是有机污 染物作为营养物质被活性污泥微生物摄取、代谢与利用的过程，也就是所谓“活 性污泥反应”的过程。这一过程是比较复杂的，它是由物理、化学、物理化学以 及生物化学等反应过程组成的，反应的结果是污水得到净化，微生物获得能量合 成新的细胞，使活性污泥得到增长。 这一过程大致由下列几个净化阶段所组成。第一，初期吸附去除。在活性污 泥系统内，在污水开始与活性污泥接触后的较短时间( 5 1 0 m i n ) 内，污水中的有 机污染物即被大量去除，出现很高的b o d 去除率，这种初期高速去除现象是由物 理吸附和生物吸附交织在一起的吸附作用产生的，活性污泥具有很强的吸附能力。 这一过程进行较快，能够在3 0 m i n 内完成，污水的b o d 去除率可达7 0 。被吸附在 微生物细胞表面的有机物，在经过数小时曝气后，才能相继地被摄入微生物体内， 太原理工大学硕士研究生学位论文 因此，被“初期吸附去除 的有机污染物的数量是有一点限度的。第二，微生物 的代谢。存活在曝气池内的活性污泥微生物，不断地从周围的环境中摄取水中的 有机污染物作为营养加以摄取、吸收。污水中的有机污染物，首先被吸附在有大 量微生物栖息的活性污泥表面，并与微生物细胞表面接触，在微生物透膜酶的催 化作用下，透过细胞壁进入微生物细胞体内，小分子的有机物能够直接透过细胞 壁进入微生物体内，大分子有机物则在细胞外酶一水解酶的作用下，被水解为小 分子后进入微生物细胞体内。微生物对一部分有机物进行氧化分解，形成c 0 2 和 h 2 0 等稳定的无机物质。而在曝气池的末端，由于营养物质不足，微生物进行内 源代谢。合成代谢形成新的微生物细胞，使得污水处理系统内活性污泥增加，将 通过排除剩余污泥的方式来使污水处理系统内的污泥达到平衡和稳定状态。 1 2 4 活性污泥法的特点 最早出现的传统活性污泥法，采用的是推流式曝气池，即模拟早期实验室间 歇实验装置的特点，曝气池呈狭长状，进水严格按照推流式前进，进入曝气池的 污水，其有机物浓度随时间或池长方向逐渐降低。实践经验的积累和研究工作的 深入大大推动了活性污泥法的发展。目前，它已成为有机污水生物处理的主体， 但仍存在不容忽视的缺点：对冲击负荷适应性差，易发生污泥膨胀，处理构筑物 占地面积大、基建投资和运行费用高等。 1 3 污水的生物处理一生物膜法 1 3 1 生物膜法简介 生物膜处理法是与活性污泥法并列的一种污水好氧事务处理技术。这种处理 法的实质是使细菌和菌类一类的微生物和原生动物、后生动物一类的微型动物附 着在滤料或某些载体上生长繁育，并在其上形成膜状生物污泥一生物膜。污水与 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 生物膜接触，污水中的有机污染物，作为营养物质，为生物膜上的微生物所摄取， 污水得到净化，微生物自身也得到繁衍增殖。 污水的生物膜处理法工艺有：生物滤池( 普通生物滤池、高负荷生物滤池、 塔式生物滤池) 、生物转盘、生物接触氧化设备和生物流化床等。 1 3 2 生物膜的构造及其对有机物的降解 污水与滤料或某种载体流动接触，在经过一段时间后，后者的表面将会为一 种膜状污泥一生物膜所覆盖，生物膜逐渐成熟，其标志是：生物膜沿水流方向的 分布，在其上由细菌及各种微生物组成的生态系统以及对有机物的降解功能都达 到了平衡和稳定的状态。从开始形成到成熟，生物膜要经历潜伏和生长两个阶段， 一般的城市污水，在2 0 左右的条件下大致需要3 0 d 左右的时间。 生物膜是高度亲水的物质，在污水不断在其表面更新的条件下，在其外侧总 是存在着一层附着水层。生物膜又是微生物高度密集的物质，在膜的表面和一定 深度的内部生长繁殖着大量的各种类型的微生物和微型动物，并形成有机污染物 ，原生动物( 后生动物) 的食物链。 生物膜在其形成与成熟后，由于微生物不断增殖，生物膜的厚度不断增加， 在增厚到定程度后，在氧不能透入的里侧深部即将转变为厌氧状态，形成厌氧 性膜。这样，生物膜便由好氧和厌氧两层组成。好氧层的厚度一般为2 m m 左右， 有机物的降解主要在好氧层内进行。 1 3 3 生物膜处理法的主要特征 生物膜处理法的主要特征分为以下两个方面： 1 微生物相方面的特征 ( 1 ) 参与反应的微生物多样化 生物膜处理法的各种工艺，都具有适于微生物生长栖息、繁衍的安静稳定环 境，生物膜上的微生物勿需象活性污泥那样承受强烈的搅拌冲击，宜于生长增殖。 生物膜固着在滤料或填料上，其生物固体平均停留时间( 污泥龄) 较长，因此在 太原理工大学硕士研究生学位论文 生物膜上能够生长世代时间较长、比增殖速率很小的微生物，如硝化菌等。在生 物膜上还可能大量出现丝状菌，而且没有污泥膨胀之虞。线虫类、轮虫类以及寡 毛虫类的微型动物出现的频率也比较高。 ( 2 ) 生物的食物链长 在生物膜上能够栖息高次营养水平的生物，在捕食性纤毛虫、轮虫类、线虫 类之上还栖息着寡毛类和昆虫，因此，在生物膜上形成的食物链要长于活性污泥 上的食物链。 ( 3 ) 能够存活世代时间较长的微生物 在生物膜处理法中，生物污泥的污泥龄与污水的停留时间无关，因此能够存 活世代时间较长的微生物。因此，生物膜处理法具有一定的硝化功能，采取适当 的运行方式，还可能具有反硝化脱氮的功能。 ( 4 ) 分段运行与优占菌属 生物膜处理法多分段进行，在正常的运行条件下，每段都繁衍与进入本段污 水水质相适应的微生物，并形成优占菌属，这种现象非常有利于微生物新陈代谢 功能的充分发挥和有机污染物的降解。 2 处理工艺方面的特征 ( 1 ) 对水质、水量变动有较强的适应性 多数运行的实际设备证实，生物膜处理法的各种工艺，对流入污水水质、水 量的变化都具有较强的适应性，即或有一段时间中断进水，对生物膜的净化功能 也不会造成致命影响，通水后能够较快地得到恢复。 ( 2 ) 污泥沉降性能良好，宜于固液分离 由于生物膜上脱落下来的生物污泥，所含动物成分较多，比重较大，而且污 泥颗粒个体较大，沉降性能良好，宜于固液分离。 ( 3 ) 能够处理低浓度的污水 活性污泥法不适宜处理低浓度的污水，如原污水的b o d 长期低于5 0 6 0 m g l ，将会使出水水质指标降低。但是生物膜法可以处理低b o d 污水。 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 4 ) 易于维护运行、节能 与活性污泥处理系统相比较，生物膜法处理系统都是比较易于维护管理的， 而且像生物滤池、生物转盘等工艺，都是节省能源和动力费用的。 1 4s b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 法 在对投加流化填料的s b r 反应器研究之前，应该首先对传统s b r 法的发展、 工艺过程、基本理论和工艺情况有一个初步的认识。 1 4 1s b r 法的发展 s b r 工艺是从f i l l d r a w ( 充排式) 反应器发展而来的，从s b r 工艺的发展 过程来看，做为该工艺的最初形式，f i l l d r a w 反应器比连续流活性污泥法还早， 主要用于间歇排放的工厂或农村的污水处理，它具有工艺简单、运行稳定等优点。 2 9 世纪2 0 年代末，随着工业化的迅猛发展和城市化进程的加快，生活污水和工业 废水的排放量剧增，采用f i l l & d r a w 污水处理系统常需要多个反应池交替运行， 当时的自动控制技术和设备还比较落后，进水、曝气、沉淀、排水等操作都依靠 人工完成，运行操作十分繁琐，使得序批式活性污泥法逐渐被连续式活性污泥法 所代替。因此，s b r - v 艺在一段时间内未能得到推广应用。 为了解决连续式活性污泥法( c o n t i n u o u sa c t i v a t e ds l u d g er e a c t o r , 简称c a s ) 所 固有的一些问题，美国n a t r ed a m e 大学的r o b e r ti r v i n e 教授首先发起，对序批式活 性污泥法重新进行了研究和评价，并与1 9 7 9 年发表了一篇关于采用s b r 工艺进行 污水处理的论著。其后日本、澳大利亚等国都对该工艺进行了应用研究。随着研 究的不断深入，人们对该工艺的机理和优越性有了全新的认识。 此后出现了不易堵塞的曝气器和浮动式出水堰( 滗水器、撇水器) ，监控技术 的自动化程度也大幅度提高，使s b r 工艺的优势得到充分发挥，并迅速应用于工 程实践。1 9 8 0 年在美国国家环保局的资助下，印地安纳 少h c u l v e r 城投建了世界上 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 第一个s b r i 艺的污水处理厂。1 9 8 4 年美国国家环保局通过了s b r 技术评价，此 后，由于联邦政府的资助，s b r i 艺成为美国中小型污水处理厂的首选工艺。1 9 8 5 年日本下水道理事会公布对序批式活性污泥法的技术评价报告书，充分肯定了该 工艺的优点。至今，日本采用s b r 工艺的小型污水处理厂数量还保持着世界第一 的记录。在澳大利亚，公用事业部引入s b r 工艺用于城市污水处理，s b r 法已成 为城市污水处理的主导工艺，近十年俩已建成s b r 污水处理厂近六百座。我国自 1 9 8 5 年在上海建成首座处理肉类加工污水的s b r 系统后，陆续在城市污水及工业 废水处理领域得以推广应用，同时，在全国也掀起了研究s b r 的热潮。 1 4 2s b r 法的基本流程 s b r 法的工作流程通常包括5 个阶段，依次为：进水阶段加入基质；反应 阶段基质降解；沉淀阶段泥水分离；排放阶段一一排上清液；闲置阶段 活性恢复。典型的流程如图1 2 。 阶段 自苜苜自自 目的加入基质 曝气 o n o f f 时间占周期的2 5 百分比 占最大体积的2 5 7 5 百分比 基质降解 0 n 佗y c l e 3 5 泥水分离 o f f 2 0 l o ol o o 图1 2s b r 工艺流程图 f i g l 一2 s b rf l o wc h a r t 8 排上清液 o f f 1 5 活性恢复 0 n f o f f 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 4 3s b r 法的净化原理 序批式活性污泥法的核心是它的反应池，该池集合水质均化初次沉淀生 物降解二次沉淀等功能于一体，整个工艺简洁，运行操作可以通过自动控制装 置完成，管理简单投资较省。序批示活性污泥法中“序批示一包括两层含义：一 是运行操作在空间上按序列间歇的方式进行，由于污水大都是连续或半连续排 放，处理系统中至少需要2 个或多个反应器交替运行，因此，从总体上污水是按顺 序依次进入每个反应器，而各个反应器相互协调作为一个有机的整体完成污水净 化功能，但对每个反应器则是间歇进水和间歇排水；二是每个反应器的运行操作 分阶段按时间顺序进行，典型s b r 工艺的一个完整运行周期由五个阶段组成： 进水阶段反应阶段沉淀阶段排水阶段和闲置阶段，从第一次进水开始到第 二次进水开始称为一个工作周期。 进水阶段是反应池在短时间内接纳需要处理的污水，同时起到调节和均质的 作用，此阶段可曝气或不曝气。反应阶段是停止进水后的生化反应过程，根据需 要可以在好氧或缺氧条件下进行，也可以在两种条件下交替进行，但一般以好氧 为主。沉淀阶段停止曝气，进行泥水分离。经过一定时间的沉淀，进入排水阶段， 利用排水装置将上清液排出反应池。排水结束到第二次进水的时间间隔为闲置阶 段，这一阶段曝气与否都可以，此时通常不进水，而是通过内源呼吸作用使微生 物的代谢速度和吸附能力得到恢复，为下一个运行周期创造良好的初始条件。在 每个运行周期内，每阶段的运行参数都可以根据污水水质和出水指标调整，并 且可以根据实际情况省略其中某一阶段如闲置阶段，还可以把反应期与进水期合 并，或者在进水阶段同时曝气等，系统运行方式十分灵活。 1 4 4s b r 法的特点 1 工艺流程简单，节省基建与运行费用 原则上，s b r 污水处理的主体设备只有一个序批式间歇反应器( s b r ) 。与普通 的活性污泥法比，它不需要另设二沉池，污泥回流及污泥回流设备，一般情况下 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 不必设调节池，多数情况下可以省去初沉池。对于污水人工生物处理的各种方法， 像s b r 法这样的简易工艺绝无仅有。k e t e h u m 等人的统计结果表明，采用s b r 法处 理小城镇污水时，要比普通活性污泥法节省投资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，占地面积省等优点。 2 处理效果良好 s b r 法反应器中的反应阶段是一个理想的推流过程，生化反应推动力大，效 率高。s b r 反应器中的底物浓度和微生物浓度时随反应的时间变化的，而且反应 过程是不连续的，因此其运行是典型的非稳态过程。在其连续曝气的反应阶段， 也属非稳定状态，但其底物浓度( b o d ) 和微生物浓度( m l s s ) 的变化是连续的。在 反应的这段时间，虽然反应器的混合液处于完全混合的状态，但其浓度的变化是 随时间逐步降解的，与连续流活性污泥法中的污染物变化规律不同，在整个运行 期间，反应过程又是非连续的。反应器中的活性污泥处于一种交替的吸附、吸收 及生物降解和活化过程的不断变化过程。 在连续流反应器中，有完全混合式( c s t r ) 和推流式( p f ) 两种极端的水流 型态。在c s t r 反应器中，曝气池中的底物浓度等于出水底物浓度，“返混”程度 最大。根据生化反应动力学的基本规律，其生物化学反应的推动力很小，反应速 率和有机物去除率也相应的较低。在理想的推流式曝气池中，污水与回流污泥的 混合液从曝气池的首端进入，呈推流状态沿曝气池流动，至池末端流出曝气池。 因此，理论上，在曝气池的各个断面上只有横向的混合而不存在纵向的“返混 。 作为生化反应推动力的底物浓度，从进水的最高值逐渐降解至出水的最低值，整 个反应过程中底物浓度没有被稀释而尽可能的保持了最大的反应推动力。由此可 见，s b r 是一种非常理想的处理工艺。有关研究表明，c s t r 反应器所需的水力停 留时间( h r t ) t 。或有效容积v 。一般要比s b r 反应器相应的t 。和v 。，大三倍。j e m 等 人指出，如果为了去除生活污水中的有机物，用s b r 法处理工艺1 5 m i n 就可达到满 意的水平。 3 具有较高的脱氮除磷效果 l o 太原理工大学硕士研究生学位论文 由于s b r 法在运行时间上可以灵活控制，因此可以通过不同的控制手段达到 不同的净化目的。复杂的脱氮除磷过程可以在s b r 的单一反应器内的一个运行周 期内完成。具体操作过程如下：进水阶段搅拌( 在厌氧状态下释放磷) 一反应阶段( 好 氧状态下降解有机物、硝化和磷吸收) 一沉淀排水排泥阶段( 通过排泥除磷、利用 沉淀过程中的缺氧条件进行反硝化脱氮) 一闲置阶段( 再生污泥，准备进入下一个 运行周期) 。 4 具有较好的污泥沉降性能 在传统活性污泥法的运行过程中，污泥膨胀是经常发生的很棘手的问题。 因其污泥膨胀的原因9 0 都是由于丝状菌的过度生长造成的。目前，己经得到公 认，按照发生污泥膨胀的难易程度按以下顺序排列：间歇式、传统推流式、阶段曝 气式和完全混合式。对有机物的降解速率的也按此顺序由高到低排列。其原理可 以从以下几个方面说明。 ( 1 ) 反应器中存在较大的浓度梯度 ：实践表明，提高底物浓度梯度是控制丝状菌生长的重要因素之一。对于 o s t r ( 完全混合式) 反应器，基本不存在浓度梯度，因而较容易发生污泥膨胀；而 传统式推流反应器中存在较大的浓度梯度，不易发生膨胀问题：s b r 反应器在反应 阶段在时间上的理想推流状态，因此具有很高的f m 梯度，因而s b r 反应器最不容 易发生膨胀。 ( 2 ) 反应器中缺氧和好氧状态并存 绝大多数丝状菌都是专性好氧菌，因此，s b r 法可以抑制好氧丝状茵的过量 繁殖。因此不易发生污泥膨胀。 ( 3 ) 反应器内底物浓度高 根据c h u d o l b a 等人提出的活性污泥动力学选择性可知，具有低k s 和um 觚的丝 状菌在低基质浓度下降具有较高的生长速率。在s b r 反应器内不仅基质浓度高， 而且浓度梯度也大，只有在沉淀阶段底物浓度才较低，因此，s b r 处理工艺避免 了丝状菌竞争优势的环境条件。 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 4 ) 污泥龄( 0c ) 短、比增长速率( 1 1 ) 大 一般情形下，丝状菌的比增长速率比其他细菌小，因s b r 法具有理想的推流 式运行状态及快速反应速度的特点，污泥龄短致使剩余污泥的排放速率大于丝状 菌的排放速率，使丝状菌无法在反应器中繁殖。 ( 5 ) 耐冲击负荷，处理有毒和高浓度有机废水的能力强。 理论分析表明，完全混合式曝气池比推流式曝气池具有更强的的耐冲击负荷 和抗有毒物质的能力。而s b r 的同一周期内具有的完全混合的特性使之具有较强 的耐冲击负荷的能力。同时，s b r 反应器内较高的m l s s 浓度也可使其具有良好的 抗冲击负荷的能力1 4 。 1 5 悬浮填料在污水处理中的作用概述及发展 1 5 1 悬浮填料在污水处理中的作用 为了在原有活性污泥工艺基础上，提高曝气池内的生物量，增强废水处理能 力，克服污泥膨胀，提高稳定性，人们发明了在曝气池中投加载体的方法【5 】，即 在曝气池中投加各种能提供微生物附着生长的表面载体，利用载体容易截留和附 着生物量大的特点，使曝气池中同时存在附着相和悬浮相生物，充分发挥两者的 优越性，使之扬长避短，相互补充。首先，这种载体必须满足严格的要求，如颗 粒小而比表面积大、孔多而均匀、具有良好的润湿性能及机械和生物稳定性。其 实质就是传统活性污泥与生物膜法相结合而组成的双生物体组分生物反应器，通 过投加满足特殊要求的生物载体并使之处于悬浮状，其目的旨在提高反应器中的 生物量，增强系统运行稳定性及其对冲击负荷的抵御能力，而且还可以通过运行 的方式的控制时期具有不同的处理效能、达到不同的处理目的和要求。 1 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 5 2 填料的类型及发展 目前，填料可分为固形块填料、悬挂式填料和悬浮式填料三种类型【6 1 。固形 块填料主要有蜂窝直管形块状填料和立体波纹块状填料两种。固形块填料具有重 量轻、比表面积大、空隙率高等特点。同时也有明显的缺陷，空隙直径虽大，但 不可变化，容易被剥落的生物膜堵塞，这样便导致局部的填料区水流短路，造成 厌氧环境，影响处理效果。而成品的填料体积不可压缩，所占空间大，给运输和 安装造成困难。因此，固形块填料仅在推广时期得到较多的应用，到了8 0 年代便 很快被悬挂式填料替代。悬挂式填料有4 个品种，它们分别为软性填料、半软性填 料、组合填料和弹性立体填料。悬挂式填料都需要有配套的支架系统。悬挂式