（环境科学专业论文）生物絮凝吸附生物接触氧化处理城市污水试验研究.pdf

英文摘要 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s 嬲c h i n a su r b a n i z a t i o np r o c e s sa c c e l e r a t e d , s m a l lt o w n sd e v e l o p v e r yq u i c k l y , w a s t e w a t e ra n de f f l u e n td i s c h a r g ei si n c 勰i n gd r a m a t i c a l l y , b u tt h e r e l a t i v e l yw e a ke c o n o m i cl e v e lh a sb e e nal i m i tf o rt h eg r e a ta m o u n to f w a t e rp o l l u t i o n t r e a t m e n t s oi ti sad e f i n i t et r e n dt od e v e l o ph i g h - e f f i c i e n tm u n i c i p a lw a s t e w a t e r t r e a t m e n tt e c h n o l o g yw i t he c o n o m i cf e a s i b i l i t ya n ds u s t a i n a b i l i t yf o r $ u l a l la n d m e d i u m - s i z e dt o w n s t h em u n i c i p a lw a s t e w a t e ri n t e n s i f i e dp r i m a r yt r e a t m e n tc a n r e d u c e b i g g e rp o l l u t i o nl o a d , s l o w sd o w nt h ew a t e r e n v i r o n m e n t p o l l u t i o n e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na g g r a v a t i o na n dt h ee c o n o m yl e v e lo fd e v e l o p m e n th a v e d e c i d e dt h a ti nq u i t eal o n gt i m e ，t h ei n t e n s i f i e dp r i m a r yt r e a t m e n tw i l lb ea ni m p o r t a n t w a yf o rw a s t e w a t e rt r e a t m e n ti ns m a l la n dm e d i u m - s i z e dt o w n s e x p e r i m e n to nt h eb i o - f l o c c u l a t i o na n da d s o r p t i o ni n t e n s i f i e dp r i m a r yt r e a t m e n ti b i o - c o n t a c to x i d a t i o nf o rm u n i c i p a lw a t e rw i t ht h ed e s i g n e dd e v i c ew a ss t u d i e di nt h i s p a p e r s i xo p e r a t i n gc o n d i t i o n sa r es t u d i e di ne i g h tm o n t h s e x p e r i m e n t ：h y d r a u l i c r e t e n t i o nt u n e ( h r 3 3s i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t , d i s s o l v e do x y g e n o ) o f r e c y c l i n g b a s i ns i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t , s l u d g el o a d i n go ff l o c c u l a t i o nb a s i ns i n g l ef a c t o r e x p e r i m e n t , s l u d g er e t e n t i o nt h n eo fi n t e n s i f i e dp r i m a r yt r e a t m e n ts m g l ef a c t o r e x p e r i m e n t , a i r - w a t e rr a t i oo fb i o - o x i d a t i o nb a s i ns i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t , w a t e r t e m p e r a t u r es i n g l ef a t o re x p e r i m e n t 1 1 舱r e s u l t ss h o w e dt h a tt h er e m o v a le f f e c to ft h ec o m b i n e dt e c h n i c sw a sb e t t e r u n d e rt h ec o n d i t i o no f q = 1 5 m j 他d oo f r e c y c l i n gb a s i n2 o m g ，l ，t h em i xi n t e n s i t yo f f l o c c u l a t i o na n da d s o r p t i o nb a s i n6 0r e v o l u t i o np e rm i n u t e , s l u d g el o a d i n g3 6 k g c o d ( k g m l s s d ) ，s l u d g er e t u r nr a t i ot o6 0 ，t h ea i r - w a t e rr a t i o5 ：1 ，s l u d g ea g e1 5d a y s ， w a t e rt e m p e r a t u r e3 0 ，t h ea v e r a g er a t i oo fs s ，c o d ，n h 3 - n ，t na n dt pw e r e8 8 7 ， 8 9 3 ，8 7 9 0 a ，7 3 4 a n d5 8 8 r e s p e c t i v e l y , a l li n d e x e sc o u l dr e a c ht h el e v e lbo f f i r s ts t a n d a r do f t h ec o n c e n t r a t i o no fa v a i l a b l ed i s c h a r g e de f f l u e n tf i o mw b s t e w a t e r t r e a t m e n tp l a n ti nt o w n ( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) e x c e p t e dp h o s p h o r u s i t si n t e n s i f i e dp r i m a r y t r e a t m e n t , t h ea v e r a g er e m o v a lr a t i oo fc o da n ds sc o u l db ea sh i g h 嬲7 2 a n d7 6 a n dt h er e m o v a le f f e c to fn i t r o g e nw a sr e m a r k a b l e t h u sr e d u c e dt h el o a do ft h e f o l l o w - u pt r e a t m e n tg r e a t l y a c c o r d i n gt o t h em o d e lo fe c h e n f e l d e ru n d e rl o wl e v e lo fo r g a n i cm a t t e r c o n c e n w a t i o n - r e s p o n s er e l a t i o n s h i p ，t h ed y n a m i c sm o d e lo fd e g r a d a t i o no r g a n i s m so f i h 重庆大学硕士学位论文 b i o - f l o c c u l a t i o na n da d s o r p t i o ni n t e n s i f i e dp r i m a r yt r e a t m e n tw a sd e d u c e d , e m p i r i c a l e v i d e n c es h o w e dt h a tt h ee s t a b l i s h e dm o d e lc a nb eu s e dt op r e d i c tt h ec o n c e n 打a t i o no f c o d t h e m o d e l w a s ： s ：墨二兰：! ! 1 - 4 3 9 。 l + o 0 4 3 5 e i ts h o w e dt h a tt h r o u g he x p e r i m e n to fb i o - f l o c c u l a t i o na n da d s o r p t i o ni n t e n s i f i e d p r i m a r y 仃e a t m e n t b i o - c o n t a c to x i d a t i o ni n t e g r a t i v ed e 剐：t o rt om u n i c i p a lw a s t e w a t e r , t h i st e c h n o l o g yh a sah i g ha b i l i t yo fr e m o v a lo fo r g a n i s m s 、s u s p e n d e ds u b s t a n c e sa n d n i t r o g e n t h ea d v a n t a g e so f t h er e a c t o ri sr e q u i r i n gas m a l l e rl a n da 吼、l o wi n v e s t m e n t 、 掘v i n ge n e r g ya n dc o n v e n i e n tm a n a g e m e n t s oi ti sa ni n t e g r a t i v er e a c t o rw i t hh i g h e f f i c i e n c ya n dl o wc o n s u m p t i o nt h a tc a nb ew i d e l yu s e di ns m a l la n dm e d i u m - s i z e d t o w n s k e y w o r d s ：b i o - f l o c c u l a t i o na n da d s o r p t i o n , e n h a n c e dp r i m a r y 由譬彦妇曲 b i n - c o n t a c to x i d a t i o n , m u n i c i p a lw a s t c w a t e r i v 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，也不包含为获得重鏖太堂 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：狐食磅 签字日期： 沁7 年争月珥日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庆太堂有关保留、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。本人授权重宏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、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( 、) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名；孙金樟 导师签名纡 签字日期：泗7 年争月珥日签字日期：细7 ，年月冲日 i 概述 1 概述 1 1 我国水污染现状 我国是一个水资源匮乏的国家，河川年径流总量为2 7 1 1 5 亿立方米，占世界 总径流量的6 8 ，居世界第3 位。人均径流量不到3 0 0 0 m 3 ，仅为世界平均值的 i 4 。我国多年平均水资源总量约为6 2 万亿立方米，通过水循环可更新的地表水 和地下水的多年平均水资源总量约为2 8 万亿m 3 ，其中地表水2 7 万亿n ，地下 水0 8 3 万亿m 3 。仅次于巴西、俄罗斯、加拿大、美国、印度尼西亚，居世界第6 位，但人均水资源量仅2 4 0 0m 3 左右，约为世界人均水平的i 4 ，居世界第1 1 0 位， 是世界上1 3 个贫水国之一【1 卅。 而我国的水污染现状更是加剧了水资源短缺的状况。据调查统计阁，2 0 0 5 年， 全国废水排放总量5 2 4 5 亿吨，比上年增加8 7 。其中工业废水排放量2 4 3 1 亿吨， 比上年增加1 0 o 。城镇生活污水排放量2 8 1 4 亿吨，比上年增加7 7 。废水中化 学需氧量排放量1 4 1 4 2 万吨，比上年增加5 6 。废水中氨氮排放量1 4 9 8 万吨， 比上年增加1 2 6 。工业废水排放达标率和工业用水重复利用率分别为9 1 2 和 7 5 1 ，比上年分别提高0 5 个百分点和0 9 个百分点。 。 2 0 0 5 年【6 l ，长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河等七大水系总体 水质与上年基本持平。国家环境监测网( 简称国控网) 七大水系的4 1 1 个地表水 监测断面中，i 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为4 l 、i 3 2 和 2 7 。其中，珠江、长江水质较好，辽河、淮河、黄河、松花江水质较差，海河 污染严重。主要污染指标为氨氮、五日生化需氧量、高锰酸盐指数和石油类。 2 0 0 5 年，2 8 个国控重点湖( 库) 中，满足i i 类水质的湖( 库) 2 个，占7 ； 类水质的湖( 库) 6 个，占2 1 ；i v 水质的湖( 库) 3 个，占1 1 ；v 类水质 的湖( 库) 5 个，占1 8 ；劣v 类水质湖( 库) 1 2 个，占4 3 。其中，太湖、滇 池和巢湖水质均为劣v 类。主要污染指标为总氮和总磷。 近年来，我国有关部门在水资源保护方面作了许多工作，但是，由于各种条 件的制约，全国水源污染仍呈发展趋势，在这种情况下，在我国淡水资源本来就 十分紧缺的前提下，完全不使用受到污染的淡水水源越来越不可能。 1 2 我国污水处理状况和存在问题 在污水处理厂建设方面，截至2 0 0 5 年底，我国已有污水处理厂7 8 0 座 7 1 ，污 水处理率超过4 5 。我国平均6 6 8 万人拥有一座污水处理厂，而美国每万人就拥 有一座污水处理厂，瑞典每五千人就有一座污水处理厂，可见我国的污水处理建 重庆大学硕士学位论文 设远远落后于发达国家，其处理能力与实际需要相差甚远。 在技术设备方面 8 1 ，我国污水处理技术，在吸收、消化国外技术的同时也发展 了自己的技术，从国外引进了a 2 o 法、氧化沟法、a b 法、s b r 法、生物膜法等， 但这些技术在不同程度上存在着基建造价和运行成本高、处理效率有待提高等问 题。我国的污水处理设备存在着效率低、能耗高、维修率高、自动化程度低等缺 点。尽管，随着改革开放步伐的加快，我国也引进了一些国外的设备，然而这些 设备价格十分昂贵，如果全面引进国外的设备，一方面巨大投资难以承受，另一 方面也不利于我国污水处理设备制造业的发展。 随着我国城市化进程的加快，中小城镇的发展十分迅速，全国1 9 2 0 0 多个建 制镇绝大多数都没有污水处理设施 9 1 。目前，中小城镇的污水排放量约占全国污水 排放总量的一半以上，随着未来5 0 年中小城镇建设的快速发展，生活污水和工业 废水的排放量将会数倍、甚至十几倍的增加，势必加剧水环境的恶化。中小城镇 和大城市在水系上是相通的，而且往往处于大城市的上游，中小城镇的污水处理 工作做不好，大城市污水处理率即使达到一个很高的水平，水环境的质量也不会 有很明显改善。因此，要改善我国水环境被污染和继续恶化的状况，保护我国紧 缺的水资源，除了要刻不容缓的对大城市的城市污水进行处理外，中小城镇污水 也应该引起足够的重视。 小城镇的污水治理起步比较晚【1 0 1 ，多年来小城镇基础设施建设滞后于经济发 展，小城镇污水治理方面的欠账比较多，大多数小城镇没有污水处理设施。我国 小城镇的污水排放总量约占全国污水排放量的5 5 6 ，我国小城镇污水厂总数和处 理能力都明显低于全国平均水平，生化处理能力更低。据有关资料统计：目前我 国城镇日排放废水总量约为1 3 7 亿吨，废水治理量约为0 0 9 亿吨，有近9 4 的城 市污水未经达标处理直接排放到各种水体，造成我国绝大部分地面水和5 0 以上 的城市地下水受到不同程度的污染。 我国河流有机污染普遍存在，且污染日益突出，流经城镇的河段更加严重。 随着中小城镇的快速发展，城镇人口将从现在的2 7 亿增加到2 0 1 0 年的5 6 亿， 城镇排污量也将成倍增长，到2 0 1 0 年可能要增加3 0 0 亿吨，从而污水排放总量达 1 0 5 0 亿吨。 随着城镇化趋势的发展和人民生活水平的提科1 1 】，今后我国8 0 以上的生活 污水将来自小城镇、小区。大量污水不经过处理或有效处理直接排放，不仅严重 污染水环境，而且加剧了我国水资源的短缺。此外，小城镇的企业、畜禽养殖业 也会迅速发展，不仅数量会增加，规模也会壮大。所排废水若不经过有效处理， 则会对小城镇的水环境造成极大的威胁。 就目前的发展状况来看，在中小城市污水处理方面，尚缺乏适合我国实际国 2 1 概述 情的污水处理技术和设备，缺乏资金和管理经验。因此，探讨和发展适合我国国 情的中小城镇污水处理工艺，掌握一批在中小城镇具有代表性的污染源治理技术 和城市污水处理技术，就势在必行。 针对目前的实际情况，国家提出了至2 0 1 0 年要求设市城市污水处理率不低于 6 0 ，建制镇污水处理率不低于5 0 的目标，因此，未来一段时间内我国污水处理 事业将是大城市和广大中小城镇并举。这一举措使我国的污水处理工艺向着具有 脱氮除磷功能、高效低耗、成熟可靠、适用于小城镇污水处理厂、污泥产量少且 能使污泥达到稳定的方向发展。 目前，我国污水处理面临三个最突出的问题：资金严重不足：根据我国污 水排放的预测以及2 0 1 0 年远景规划，到2 0 1 0 年，我国污水排放量将达到7 6 3 亿 吨，污水处理率要达到4 5 ，尚需建设日处理能力6 7 2 2 万的污水处理实施，约需 人民币1 3 4 4 亿元。资金短缺，还体现在污水处理厂的运行成本的巨大支出，初步 预测，以每立方米的运行费用0 5 元计，到2 0 1 0 年约需1 7 1 7 亿元，这样多的运 行费用也是造成资金短缺的一个重要原因，资金短缺严重制约了污水处理的发展。 污水处理水平低：表现在污水处理设备落后，据清华紫光顾问公司调查，我国 污水处理设备运行状况是l ，3 运行正常、1 3 不正常、1 3 处于闲置状态，污水处理 厂的实际运转率只能达到5 0 ，我国污水的实际处理率远远低于污水处理设施的 处理能力，这严重影响我国污水处理的水平。污水处理的运行机制不够合理： 我国污水处理的建设、运行、管理体制是从建国以来形成的计划经济体制条件下 的建设、运行、管理机制。近年来，我国污水处理的费用通过多渠道筹集；而国 家也将城市污水处理费提高，这在一定程度上缓解了这种局面，但是要想从根本 上解决问题还有待时日。 1 3 小城镇污水处理特性及技术现状 1 3 1 小城镇污水处理的特性 和大城市相比，小城镇不仅经济实力薄弱、技术和管理水平较低，而且小城 镇所处位置的环境容量也较小，因此造成了小城镇污水处理的特殊性。中小城镇 污水主要为生活污水和工业废水的混合污水，而工业废水是以农产品加工废水为 主，水量与大城市相比较小，且水量水质都不够均匀和稳定。另外，我国不同地 区中小城镇生活水平及气候条件不同，导致污水成份存在差异，如有些地区污水 有机物指标中悬浮物浓度较高，有机物浓度较低；而我国南方一些小城镇的排水 系统不健全，采用明渠排水的较多，致使大量的雨水流入和地下水渗入，也降低 了污水中的有机物浓度，水中基本上不含重金属和有毒有害物质，但氦和磷的含 量较高，由于生活污水占的比重较大，造成污水有较大的不均匀性，同时也引起 重庆大学硕士学位论文 水质的波动。 然而目前，我国尚无针对小城镇污水处理工程的排水设计规范、标准、法规 等，而是采用现行大中规模污水处理工程的相关标准，在工程设计中出现了不少 问题。因此，城镇污水处理厂应选择适合其水质特点和地区特性的高效低耗处理 工艺1 1 2 。 1 3 2 小城镇污水处理技术现状 综合以上内容以及中小城镇的经济水平，中小城镇污水处理技术一般应满足 以下要求【”】；处理工艺应具有较强适应冲击负荷的能力，运转方式为间歇式。 因为小城镇污水量昼夜变化大，从而水质波动较大；要求管理简单、运行稳定、 维修方便。这对于小城镇尤为重要，因为小城镇技术力量比较薄弱；所选择的 污水处理技术所需的基建投资和运行费用低，节省能耗，基本上不投加药剂或投 加药剂量很少；处理工艺应具有能方便的改变其处理流程的能力；污泥产 量很少；小城镇污水中含有大量的n 和p ，若直接排入水体中，会引起严重 的富营养化现象。因此，小城镇的污水处理技术应具有同时脱氮除磷功能。 目前小城镇主要采用的污水处理工艺【”】有氧化沟、s b r 、水解一好氧生物处理 工艺、生物接触氧化法、强化一级处理等。 氧化沟 氧化沟工艺处理流程简单，操作管理方便；出水水质良好，运行可靠性和稳 定性高；能承受水量、水质的冲击负荷：要求氧化沟具有脱氮功能时，其基建投 资和运行费用比其它任何具有脱氮功能的生物处理工艺低，且处理规模越小，费 用越节省。但其曝气刷( 或表面曝气器) 等机械部件需定期维修，检修工作量较 大，另外氧化沟的水力停留时间较长，占地面积较大，对于土地比较紧缺的地方 不太适用。 s b r 法 s b r 是在一个反应池内基本上完成所有的反应操作过程，在不同时间里进行 可实现有机物的氧化、硝化、脱氮，磷的吸收、磷的释放等过程。时间上具有理 想的推流式反应器的特性。作为生化反应推动力的底物浓度，从进水的最高浓度 逐渐降解至出水时的最低浓度，整个反应过程底物浓度没被稀释，尽可能地保持 了最大的推动力，反应效率高。运行方式灵活，能轻易的改变反应时间、沉淀时 间以及一个处理周期的时间，相当于改变装置规模，因此能很好地适应负荷变化。 但是s b r 对自控系统要求较高，维修及运行管理较难，这对于从业人员的技术水 平和管理水平较低的小城镇有一定的限制作用。 水解好氧生物处理工艺 水解池取代初沉池，其对s s 、b o d 5 、c o d 的去除率显著高于初沉池，水解 4 1 概述 池出水水质较稳定，抗有机负荷的能力好，水解池提高原污水可生化性，减少后 续处理工艺的时间和处理的能耗，可同时达到对剩余污泥的稳定，可取消污泥消 化池，降低投资，在低温条件下仍具有较高的去除效果，具有分期建设的优点。 但水解池的布水均匀性问题和排泥增加了设计和管理的复杂性。 生物接触氧化法 单位容积的生物量大，处理能力高，水力停留时间短，该工艺不需要污泥回 流，节省能耗，不产生污泥膨胀，耐冲击负荷的能力强。设备较少，占地面积小， 运行管理及维护简单，产泥量少。但其工艺构造上较复杂，增加了设计、施工的 工作量和难度且操作管理技术要求较高。布水布气不易均匀。 强化一级处理工艺 强化一级处理是在普通一级处理的基础上，通过增加较少的投资，采取强化 处理措施，能较大程度的提高污染物的去除率，削减总污染负荷，降低去除单位 污染物的费用。它适用于水环境期待改善而经济欠发达地区，是一种高效而低投 入的新型技术，它既可以单独用于城市污水的一级处理，又可以通过一级强化减 轻二级处理的负荷【。 我国中小城市、城镇很多，污水排放量大，用于处理城市污水的资金仍较紧 缺，城市污水处理任务十分艰巨。而建设二级污水处理厂由于工程投资大，运行 费用高，难以普遍快速实现。根据实际情况，中小城市发展污水强化级处理也 应是现实可行的。 1 4 强化一级处理技术概述 1 4 1 强化一级处理的概念及意义 城市污水一级处理一般采用自然沉淀形式，主要去除较大的固体颗粒和部分 胶体物质，去除率较低【1 7 1 ，悬浮固体去除率一般为4 0 - 6 0 ，c o d 去除率为5 0 左右。 强化一级处理即一级半处理，它是进一步去除废水中的悬浮固体和有机物的 处理方法，典型的是添加化学药品或过滤【l 引，强化一级处理对污染物的去除效果 介于一级处理和二级处理之间。 我国城市污水处理率一直较低，并且原有的城市污水处理厂己不能应对城市 污水日益增长的需要。以沉淀为主的一级处理对有机物的去除率较低，悬浮固体 去除率一般为4 0 6 0 ，c o d 去除率仅为5 0 * * 左右【期。仅采用一级处理，难 以有效控制水污染。而已建成的二级生物处理厂，由于其高额的运行费用和高能 耗，也希望通过强化一级处理，减轻二级处理的负荷，降低能耗。正因为如此， 近年来，强化一级处理技术已逐渐引起国内水处理工程界的重视，成为新的研究 重庆大学硕士学位论文 热点。 强化一级处理是在普通一级处理的基础上，通过增加较少的投资，采取强化 处理措施，能较大程度地提高污染物的去除率，削减总污染负荷，降低去除单位 污染物的费用。它适用于以下几种情况： 对于低浓度的城市污水经过强化一级处理直接达标排放。我国许多中小城 镇的污水处理采用此种方式，可以较少的投资削减较大量的污染负荷。 近期内先建强化一级处理厂，经过强化一级处理取得较好的投资环境效 益，待有条件时再建完整的二级处理工艺。 对于以二级生物处理为主的城市污水处理厂，通过强化一级处理，去除难 于用生化处理去除的有机物、重金属和无机盐，同时减轻二级处理的负荷，降低 能耗。 1 4 2 强化一级处理技术类型 近年来强化一级处理研究较多的有水解强化工艺、预曝气强化工艺、化学强 化工艺、生物絮凝吸附工艺、化学生物联合工艺和改善反应器工艺等，分述如下。 水解强化一级处理工艺刚 水解工艺就是将厌氧发酵过程控制在水解与产酸阶段。当污泥自下而上通过 污泥层时，进水中悬浮物质和胶体物质被厌氧生物絮凝体凝聚，截流于厌氧污泥 絮凝体表面，慢慢地被微生物分解。 进水 圈一圈 出水 遥氢卜圃 图1 1 水解强化一级处理工艺流程 f i g 1 1h y d r o l y s i se n h a n c e dp r i m a r yl r e a t m e n tp r o c e s sf l o w 预曝气强化一级处理工艺 污水进入沉淀池前进行预曝气，以改善悬浮物的沉淀性能，促使悬浮物相互 碰撞絮凝，使比重接近于1 的微小颗粒经絮凝后在沉淀池内被去除。 6 1 概述 迸水 图1 2 预曝气强化一级处理工艺流程 f i 晷1 2p r e - a e r a t i o ne n h a n c e dp r i m a r yt r e a t m e n tp r o c e s sf l o w 化学法强化一级处理( c e p t ) 化学絮凝强化法原理与给水中的混凝沉淀原理相同，通过投加絮凝剂，使微 小的悬浮固体、胶体颗粒脱稳，聚集形成较大的颡粒，从而提高沉淀效率和磷的 去除率【2 1 1 。 化学法的优点是设备简单，维护操作易于掌握，处理效果好，耐冲击负荷较 强，间歇或连续运行均可，对污水除磷有很好的效果，而且出水比较稳定，受季 节温度变化不大。缺点是对氨氮的作用不明显，低温时出水水质下降，沉渣量大， 且脱水较难，较之生物二级处理，化学法除磷所需的药剂费用加上化学污泥处置 和其它费用很大，所需的经营成本将会很高。近年来，随着化工工业的迅速发展， 新型、高效、廉价的絮凝剂不断出现，并可根据水质选配最佳的复合絮凝剂组成， 达到优良的絮凝效果。此外，有机高分子絮凝剂种类也逐渐增多，性能更佳，当 作为助凝剂与无机絮凝剂复配使用时，不仅可以提高处理效果，还可以降低投药 量，减少污水处理成本。随着絮凝剂生产技术的发展，采用化学絮凝法强化一级 处理的研究已经有了很大的进展。 污水 絮凝剂 水 图1 3 化学法强化一级处理工艺流程 f 培1 3 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 tp r o c e s sf l o w 生物絮凝吸附强化一级处理 生物絮凝吸附强化一级处理是将一级处理中的沉淀污泥回流，活化后与进水 7 重庆大学硕士学位论文 充分混合，经絮凝吸附反应后，大量污染物质被絮凝吸附而进入污泥絮体，出水 进入沉淀池，实现固液分离。较大粒径的回流污泥颗粒能够增加絮体的沉降速度， 同时，污泥中生物絮体的絮凝吸附作用能够较大程度的提高污染物的去除效果， 起到强化一级处理的效果田】。经强化处理后，s s 和c o d 的去除率分别可达 7 0 母o 和6 0 町o ，与常规一级处理工艺相比，其处理效果提高显著，其去除 机理既有污染物质的物理吸附、化学吸附和生物吸附、吸收作用，又有吸附架桥、 沉淀物网捕等絮凝作用及微生物氧化作用。 生物絮凝吸附强化一级处理实质上是吸收了两种现有改进型活性污泥法处理 工艺的特点，即吸附再生法和改良曝气法。它依靠活性污泥的能力，迅速吸收水 中颗粒及溶解的有机质。所以，它是综合了改良曝气工艺的部分处理能力及吸附 再生的一定再生能力而设计的一种新型污水处理系统，它可用于有效的强化污水 处理，也可提高现有生物处理的性能，亦即缓解超负荷或扩大现有的活性污泥处 理工艺】。 进水 余污泥 图1 4 生物絮凝吸附强化一级处理工艺流程 f 培1 4 b i o - f l o c c u l a t i o n a n da d s o r p t i o n i n t e n s i f i e d p r i m a r y t r e a t m e n t p r o c e s s f l o w 化学生物联合絮凝强化一级处理 化学生物联合絮凝强化一级处理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，可达到经济有效的高程度去除 磷酸盐与s s 、中等程度的去除c o d 、b o d s 的目的。 此工艺将化学絮凝强化处理与生物絮凝强化处理相结合，以化学强化絮凝沉 淀为主、生物絮凝沉淀作用为辅，可以取长补短，达到处理效果稳定可靠、明显 降低药剂消耗量、减小污泥产生量、降低处理成本的目的。在采用空气混合絮凝 反应的情况下，处理系统可按三种方式运行：化学絮凝沉淀强化一级处理、化学 生物联合絮凝沉淀强化一级处理、生物絮凝沉淀强化一级处理，以适应不同时期 水质水量的变化，提高运行灵活性刚。 改善反应器强化一级处理 l c o m a 等利用细砂填料床强化一级沉淀l 2 5 l ，停留时间1 5 r a i n 即可去除6 0 的 s s 。法国人研究的一种l ed e n s e d e g 新型高效澄清池。波兰j k u r b i e l 等研究的管 8 1 概述 式絮凝器闲，能利用管中的涡流保证适宜的混合条件，絮凝时间5 0 l o o s ，比传统 絮凝时间短而效果好。日本以射流混合分离器( j m s ) 处理城市污水鲫，利用多孔格 板的射流作用使污水均匀混合，其絮凝与沉淀作用同时发生，可在h r t 1 2 0 c 时的控制指标，括号内数值为水渴t i 0 m v j l 时，实际的反硝化速率可低至忽略不计【5 川。 由图4 3 可以看出，当再生池d o 从o s m a l 提高到3 s m g l 时，n h 3 - n 的去 除率由4 3 9 提高到5 9 5 ，提高了1 5 6 ；t n 的去除率由2 7 7 提高到5 4 9 ， 提高了2 7 2 ，提高近一倍。这说明溶解氧对硝化有显著影响，而良好的硝化是反 帅柚o 喜盘书善 曲蛐柏仲o (，；崔咐宅车卓宝 重庆大学硕士学位论文 硝化的前提条件，只有当再生池中的回流污泥混合液硝化效果好，硝态氮浓度增 加时才能保证絮凝吸附池的反硝化和同时硝化反硝化效果。 3 ) 污泥负荷 由图4 3 可知，与c o d 随污泥负荷的变化趋势不同，氮的去除率最高值是在 污泥负荷的最小值即2 4 k g c o d ( k g m l s s 啪，n h 3 - n 和t n 的去除率分别为6 3 5 和6 8 0 ，随着污泥负荷升高，去除率显著降低。这是由于开始阶段，当污泥负荷 逐渐升高时，污染物浓度也随之升高，c n 提高，微生物可利用的有机物比较多， 同时溶解氧也比较充足，所以硝化效果随之提高；但当污泥负荷继续升高后，随 着负荷的进一步提高，有机物的降解耗去了大部分的溶解氧，使得用于硝化的溶 解氧不足，所以n i - 1 3 - n 和t n 的去除率随负荷提高而降低。装置对t n 的去除率 高低与n h 3 - n 去除率有密切关系，在a 段随着n h 3 - n 去除率的逐步提高，t n 的 去除率也呈升高趋势，说明在a 段，只有n h 3 - n 的去除率比较高，硝化效果比较 好的时候，t n 的去除率才会高，才能进行充分的反硝化。 4 ) 污泥龄1 5 0 】 理论上讲，为保证连续流反应器中数量足够且性能稳定的硝化和反硝化菌， 必须使微生物在反应器的停留时间( 即污泥龄) 大于硝化和反硝化的最小世代期 ( 即它们最大比增长速率的倒数) 。实际运行中，一般应使系统的污泥龄为硝化和 反硝化菌世代期的两倍以上。根据理论分析可知，脱氮工艺( 包括同时脱氮除磷) 的工艺中的污泥龄主要由亚硝化菌的世代期来确定。一般而言，生物脱氮工艺的 污泥龄应控制在3 5 d 以上，有的可达l o 1 5 d 。较长的污泥龄可增加生物硝化的能 力，并可减轻有毒物质的抑制作用。但同时需注意污泥龄不宜过长。过长的污泥 龄将降低污泥的活性而影响处理效果。 本试验的强化一级处理段不仅具有去除有机物的作用，同时还能去除相当一 部分的氮，具有脱氮功能，由于没有严格的厌氧区，对磷的去除作用不显著，所 以在以脱氮为主要目的的本试验中，当s r t = 1 5 d 时，a 段对氮的去除率最高，n h 3 - n 和t n 的最高去除率分别为5 5 9 和5 2 7 。 5 ) 温度p w 温度是影响脱氮处理效果的重要因素。硝化反应的最适温度范围为3 0 3 5 ， 当温度低于5 时，硝化反应将几乎停止。对于去碳和硝化在同一个反应器中完成 的脱氮工艺而言，温度对硝化速率的影响更为明显，当温度低于1 5 时，硝化速 率快速下降。低温状态将对硝化菌有强烈的抑制作用，如温度为1 2 1 4 时，反应 器出水将会出现亚硝酸盐积累的情况。温度对亚硝化菌和硝化菌反应速率( r n ) 的影响可用式4 1 0 和4 1 1 表示。 亚硝化菌 r _ y ( n = r r o s ) a “5 ( 4 1 0 ) 6 6 4 试验结果分析 硝化菌 ( n = 0 7 9 1 a o 恻“力 ( 4 “) 式中：r w ( r ) 、胄艚( 1 ，) 分别为温度为t 和1 5 c 时的亚硝化菌最大比增长 速率( d “) o r s x ( n 温度为t 时的硝化菌的最大比增长速率( d - 1 ) ； 口常数； r 温度，。 反硝化反应的最适温度范围为1 5 3 5 ，当温度在此范围内变化时，反硝化速 率( i t 蜊) 的变化符合a r r h e n i u s 方程( 式4 1 2 ) 。研究表明，当温度低于1 0 0 时， 反硝化速率明显下降，而当温度低至3 0 时，反硝化作用将停止。但当温度超过 3 0 时，反硝化速率亦将开始下降。 r o i i r ( r ) = 置d ( ) 1 0 局仃柳 ( 4 1 2 ) 式中：胄d ( r ) 温度为t 时反硝化速率，g n 0 3 - n ( g m l v s s d ) ； r d ( ) 温度为2 0 c 时反硝化速率，g n 0 3 - n ( g m l v s s d ) ； 墨温度常数，1 0 3 1 1 5 ，设计时可取1 0 9 ； t - 温度，。 6 ) 碳源( c 肘) 生物脱氮的反硝化过程中，需要一定数量的碳源以保证一定的碳氮比而使反 硝化反应能顺利地进行。一般认为，当废水中的b o d d t k n 之比在5 8 时，可认 为废水中的碳源是足够的，此时不必考虑外加碳源的补充，反之则应考虑补充必 要的外碳源( 一般以甲醇为主) 在本试验中，进水为生活污水，生活污水的b o d s c o d 比值约为o 4 旬6 5 3 s ， 以o 5 计，进水c o d 的平均值以3 0 0 m g l 计，t k n 包括有机氮和氨氮，由于有机 氮容易转化降解，t k n 仅以氨氮计，试验过程中氨氮平均值以3 4 m g l 计，则本 试验的b o d 5 厂f k n 之比约为4 4 ，说明在本试验中碳源不足，这也是造成强化一级 处理段总氮的去除率不高的一个重要原因。 7 ) 污泥浓度 对于以脱氮为主要目的的反应器，其内的污泥浓度一般应在3 0 0 0 m g l 以上， 低于此值，脱氮效果将显著降低1 3 5 1 ，在本次试验中，污泥浓度一直不高，在 1 2 0 0 - - 1 6 0 0 m g l 之间，这也是氮的去除效果不好的一个原因。 4 1 4 强化一级处理段除磷的机理及影响因素分析 机理分析 简要的生物除磷机理如图4 7 。生物除磷机理可简述为： 重庆大学硕士学位论文 厌氧阶段 图4 7 生物除磷作用机理示意图 f i g 4 7 m e c h a n i s ms c h e m a t i cd r a w i n go f b i o l o g i c a lp h o s p h o r u sr e m o v a l 污水生物除磷就是利用活性污泥对磷的超量吸收作用，即微生物吸收的磷量超 过其正常生长所需量。通过人工强化措施，如合理设计、改进污水处理系统或改 变运行方式，创造微生物超量吸磷的环境，使这种能超量吸磷的微生物能在处理 系统的基质竞争中取得优势，从而利用基质，从污水中超量吸磷，将污水中的磷 转移到菌体细胞内，然后通过及时排泥，将这种富磷污泥从系统中排掉，从而达 到除磷的目的。 这种能超量吸磷的微生物目前统称为聚磷菌，在厌氧条件下，它把细胞中的聚 磷水解为正磷酸盐( p 0 4 3 + ) 释放胞外，并从中获取能量，利用污水中易降解的c o d 。， 如挥发性脂肪酸( a ) ，合成贮能物质羟基丁酸( p 皿) 等贮于胞内；在好氧 条件下，它以游离氧为电子受体，氧化胞内贮存的p 皿，并利用该反应产生的能 量，过量地从污水中摄取磷酸盐，合成高能物质a r p ，其中一部分又转化为聚磷， 作为能量贮于胞内。好氧吸磷量大于厌氧释磷量，磷的厌氧释放可使污泥的好氧 吸磷能力大大提高，每厌氧释放l m g 磷，好氧条件下可吸收2 o 2 4 m g 磷，甚至 更多。 由上述生物除磷机理可知，为聚磷菌创造超量吸磷的环境，就必须有厌氧好 氧这种交替的生存环境，让聚磷菌这类除磷微生物不断地厌氧释磷，又不断地好 氧吸磷，从而达到较高的除磷率。 在本装置的a 段并没有严格的厌氧段，而所采取的较优工况污泥龄较长，这 也使得聚磷菌得不到很好的释磷，除磷效果自然不好。虽然可以通过增加排泥量 来强化除磷效果，当s r t = 5 d 时，a 段对磷的平均去除率为4 2 3 ，比s r p 1 5 d 时的3 2 4 有显著提高，但是为了兼顾氮的去除效果又不能使泥龄过短，本试验所 采取的较优泥龄是1 5 d 。 4 试验结果分析 影响因素分析 由图4 8 可以看出，水力停留时间、溶解氧、污泥负荷、污泥龄和温度均对a 段t p 的去除率有影响，并且趋势很明显。但是总体来看，a 段对磷的去除效果一 直不理想，最高时仅有4 2 3 ，最低为8 3 ，差距很大。这可能主要是由以下几 个方面造成的。 o d o跏s r tt 水平i 水q z 2 口水平3 图4 8 不同因素不同水平对a 段t p 去除率的影响 f i f r 4 8 t h ee f f e c to f r a t i oo f d i f f e r e n tf a c t o ra n dd i f f e r e n tl e v e lo i lt pr e m o v a ls t a g