（市政工程专业论文）水解脉冲活性生物滤池处理农村生活污水技术研究.pdf

题名：水解一脉冲活性生物滤池处理农村生活污水技术研究 硕士研究生：刘学红 导师：吴浩汀教授 摘要 学号：0 3 0 6 6 2 学校：东南大学 近年来太湖流域水环境污染日益严重，对社会、经济的影响日益显著，区域内氮、磷污染严重。因此 太湖流域内水环境的治理已到了刻不容缓的地步。造成这种状况的原因之一是农村生活污水导致的面源污 染。本课题采用的水解一脉冲活性生物滤池目的是结合分散型农村的实际情况，通过试验研究，确定对农 村生活污水具有实用价值的先进处理工艺及技术，为后续太湖流域的治理工作提供实践经验。 基于此，通过试验研究，并在实际的运行过程中得出以下结论： ( 1 ) 水解一脉冲活性生物滤池处理农村生活污水受温度、水力负荷、容积负荷、回流比、c n 等方面 的影响，且在温度为2 0 左右，c o d 容积负荷在0 8 k g c o d m 3d 左右，氨氮容积负荷低于0 0 6 k g n h 。- - n m 。d ， 水力负荷为4 0 m 3 一d ，回流比为2 0 0 、c n 为5 l o 时，工艺获得最佳的处理效果，c o d 、n 池+ - n 、t n 去除率分别达8 0 、8 0 、4 0 。 ( 2 ) 温度对工艺性能影响较大，水温每升高5 ，有机物、氨氮、总氮的去除率分别提高5 、1 1 7 和6 5 5 。出东溶解氧随温度的升高不断降低。保温对工艺的性能有很大的提高，保温后，有机物、氨氮和 总氮的去除率分别稳定在6 0 、6 5 和2 5 。 ( 3 ) 投加石膏提高工艺除磷效率是可行的，石膏的最佳投加方式为同时在水解池、滤池、蔬菜槽投 加。温度在2 0 左右，回流比为2 0 0 以下，c p 在6 0 1 1 8 ，水解池d 0 低于0 2 m g l ，n o s n 浓度低于 1 3 a l g l 时，水解一脉冲活性生物滤池对磷的去除率达6 5 。 ( 4 ) 滤池内有机物去除主要发生在滤池的中上部，氨氮的去除发生在中下部。 ( 5 ) 硝化潜力实验表明，2 5 时陶粒对氨氮的去除，上、中、下三层填料的硝化速率分别为1 6 5 1 0 g n h - - n g 陶粒h 、2 3 3 1 0 1 9 n h s n g 陶粒h 、2 8 4 1 0 。g n t t 3 - - n g 陶粒h ；1 5 c 及2 5 ( 2 时，水 解池填料内底泥的反硝化速率分别为3 2 i 0 1 9 n o x - n g 泥h 、1 8 1 0 1 9 n o x n g 泥h ，温度对反硝化速 率有一定的影响。 关键词：农村生活污水水解脉冲活性生物滤池低温除磷硝化反硝化 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t w a t e re n t i m n m e n tp o l l u t i o no fl a k et a f l h uh a se n h c n c a dd a yb yd a yi nt h er e c , e n ty e a r s 皿l cp o l l u t i o no f n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sh a sb e c a m es e v e r e l y , i tm a d eg r e a ti n f l u e n c ea b o u ts o c i e t ya n de c o n o m y s ot h e d i s p o s i t i o no f w a t e rc i r c u m s t a n c ei nl a k et a i h na g c ah a sb e c o n l et h em o s ti m p e r a t i v et h i n gt h a tw i l lb ed o d e o n e g a u g eo ft h i sn o n - p o i n tp o l l u t i o ni sr u r a ld o m e s t i cw a s t e w a t e r t h i 8t a s ka d o p t e dh y d r o l y s i s p u l s ea n da c t i v e t r i c k l i n gf i r et oe s t a b l i s ha d v a n c e dt r e a t m e n tp r o g r e s sa n dt e c h n o l o g yw h i c hb a s e do nt h ec o m b i n eo ft h e s p o r a d i cr u r a lf a c tc o m p l e x i o na f t e rt e s t ，i no r d o rt op r o v i d et h ee x p e r i e n c e sf o rf o l l o w i n gt r e a t m e n tt a s k so f l a k et a t h u b a s e do nt h e s e , t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sc a l lb ea r r i v e da t d u r i n gt h ep r a c t i c eb ye x p e r i m e n t a t i o n r e s e a r c h i n g ： 1 t h et r e a t m e n te f f e c to fr u r a ld o m e s t i cw a s t o w a t e rb yh y d r o l y s i s p u l s ea n da c t i v et r i c k l i n gf i l t e rh a s i n f l u e n c e db y t e m p e r a t u r e ，h y d r a u l i ca n dp r o c e s sl o a d ，c i r c u m f l u e n c er a t i o ，c na n ds oo n w h e nt h et e m p e r a t u r e w a s2 0 a p p r o x i m a t e l y , h y d r a u l i cl o a dw a s4 0 m 3 m 2 d ，c o dc u b a g el o a dw a sa b o u t0 8 k g c o d m 3 正n h 4 + n c u b a g el o a d 0 0 6 k g n h 4 + - n m ) ，d ，c i r c u m f l u e n c er a t i ow a s2 0 0 ，c nb e t w e e n5 1 0 ，t h et e c h n i c sa c h i e v e dt h e b e s t t r e a t m e n t e f f e c t , t h e t r e a t m e n te f f e c t o f c o d 、n h , + - n 、t nr e a c h e d8 0 、8 0 、4 0 r e s p e c l i v e l y 2 1 1 l ep a t e n c ye f f e c to fi t st r e a t m e n tc a p a b i l i t yw a st e m p e r a t u r e ，w h e nt e m p e r a t u r ei n c r e a s e de a c h5 c ，t l l e t h et r e a t m e n te f f e c to f c o d 、n h 4 + - n 、t ne a c ha d v a n c e d5 1 1 7 6 5 1 1 l ed oo f e x p o r tw a t e rd e c t e a $ e d a st e m p e r a t u r er o s e h c a tp r e s e r v a t i o nw a sa v a i l a b i l i t yt ob o o s tt h e c a p a b i l i t yo ft h et e c h n i c s a f t e rh e a t p r e s e r v a t i o nt h et r e a t m e n te f f e c to f c o d 、n h 4 + - n 、1 ne a c hr e a c h e d6 0 、6 5 、2 5 3 i ti sf e a s i b l et ou s ep l a s t e rt oi m p r o v ep h o s p h o r u $ r e m o v i n ge f f e c t ，t h eb e s tm e t h o d o f p h o s p h o m sa d d i n gi s h y d r o l y s i sp o n d + f i l t e r + v e g e t a b l eg r o o v e w h e nt h et e m p e r a t u r ew a s2 0 c ，c i r c u m f l u e n e er a t i ow a s2 0 0 ，c p b e t w e e n6 0 1 1 8 ，p h o s p h o r u s c o n c e n t r a t i o nw a g5 m 比d o 、9 、p ，p 日期 图4 - 1 2i o c 以下保温前后系统脱氮性能 1 7 表4 - 9 保温前后总氮去除率的变化 注：保温前平均水温为5 ，保温后平均 水温为7 c 东南大学硕士学位论文 去除率有所提高，基本维持在2 0 2 5 之间。由于冬季总氮的浓度较低，因此，温度对总氮的 影响主要分析温度范围在1 0 2 5 之间且进水总氮浓度相接近的情况，如图4 - 1 3 。 图4 1 3 反应进水总氮浓度在5 0 m g l 左右，反硝化性能与温度的关系，图中温度按运行时 间自然温度变化为依据。显然，随着温度的升高，总氮的去除效率在不断升高。水温为l l 时， 仅有2 2 ：温度升高到2 0 时，总氮的去除率迅速升至3 0 以上；温度继续上升至2 5 时， 总氮去除效率达4 0 左右。温度每升高5 c ，脱氮效率增加约6 5 。出水中总氮浓度较高， 基本率在2 0 m g l 左右。而去年蒋怡的研究结果表明当温度在1 8 2 5 时，总氮的去除率在4 0 6 0 之间，如图4 一1 4 “。原因是总氮的去除大部分由水解池完成，0 5 年水解池内球形填料均沉 于底部不利于反硝化菌的均匀分布，而0 4 年水解池内球形填料则均匀分布于池内，有利于附着 在其上厌氧反硝化菌的均匀分布，有利于回流液与反硝化菌的充分接触完成反硝化。0 4 年水解 池内球形填料分布实物图如4 一1 5 。 9 0 8 0 ：7 0 瓷6 0 35 0 恻4 0 蛙3 0 毒2 0 1 0 0 图4 - 1 3 温度对工艺反硝化性能的影响 7 0 6 。 卯 喜。 嚣3 0 看2 0 1 0 1 61 82 0 2 2 2 4 2 6 水温( ) 图4 - 1 40 4 年温度对反硝化性能的影响 表4 1 0 温度对总氮去除率的关系 温度( ) l l 3 7 2 3 2 3 1 4 1 4 7 7 1 6 0 o 2 2 2 0 2 22 12 12 42 4 5 4 5 2 5 3 4 7 2 5 5 3 ，4 3 3 5 3 7 2 3 5 4 8 3 1 4 4 3 2 2 5 3 6 3 7 0 3 1 进水( r a g l ) 出水( r a g l ) 去除率( ) 6 4 14 4 14 2 64 6 26 6 5 4 7 82 8 02 8 ，02 8 53 5 4 2 73 73 43 94 7 图4 1 50 4 年厌氧水解他内球形填料 该运行范围内，水解池溶解氧基本在0 5 m g l 以下，p h 在7 8 之间。反硝化细菌在水解 池底部，滤池出水回流通过重力流实现，运行过程中往往会出现回流水混合不均、间歇性的现 象，因此，尽管有反硝化所需的缺氧环境，但反硝化效果还不够理想。若增加水解池的深度， 在此浓度范围内，工艺的反硝化性能还能提高；此外，水解池内的填料均沉在底部，若采用更 轻悬浮的载体填料，固定在填料上的反硝化菌均匀地分布在水解池内，使回流水中的硝态氮更 易与之接触，系统的反硝化性能也会有所提高。 一 第四章水解一脉冲活性生物滤池脱氮性能研究 4 1 4 温度对水解池和出水溶解氧的影响 氧气由气相向液相中的转移过程是废水好氧生物处理中的一个重要组成部分，影响氧转移 速率的主要因素包括废水水质、溶解氧饱和度、废水水温、废水紊流程度等。温度对氧转移的 影响主要体现在两方面：其一：当水温降低，水的枯滞性降低，扩散系数提高，液膜厚度降低， 氧传质阻力降低，有利于氧的转移；其二：水温升高，水中溶解氧的饱和值降低，尽管氧的扩 散系数有所提高，但液相中氧的浓度梯度却有所降低。综合考虑两方面因素，水温降低有利于 氧的转移。 图4 一1 6 反应不同温度下水解池溶解氧和出水中溶解氧与水温的变化关系。当温度升高时， 滤池出水中溶解氧不断降低。对于一般的好氧生物处理设施而言，要求好氧池溶解氧不低于 2 m g l ，为了使滤池内能有充足的溶解氧，出水溶解氧要适当高于2 m g l ，该试验中水温高达 l o 8 3 6 m g l 1 5 m g l 。即在1 5 3 6 m g l 范围 内，石膏对磷的吸附容量随磷含量的增加先变大后变小，石膏对磷的吸附容量分别约为1 4 m g 磷 ( h ) 帖蚰拈站加坫的5 o 东南大学硕士学位论文 k g 石膏、3 0 m g 磷k g 石膏和1 8 r a g 磷k g 石膏。 5 1 4 挂膜前后陶粒除磷性能的静态试验 为了考察滤池中陶粒表面生物膜上细菌对磷的去除效果，本文对陶粒挂膜前后除磷效率进 行了研究。为了模拟滤池内水质情况，调配水的p h 约为7 5 ，用微孔曝气头对所配液进行曝气， 使溶液的溶解氧约为5 m g l ，称取1 4 0 9 挂膜陶粒，同时取部分挂膜的陶粒，放入浓度为7 5 的 酒精溶液中浸泡半小时，杀死膜表面的微生物，然后用刷子刷去陶粒表面的生物膜，同样称取 同质_ 晕的陶粒。挂膜和无膜的陶粒均在2 0 2 5 ，含磷量分别为3 5 m g l 和4 9 m g l 溶液中， 挂膜陶粒内加两勺白糖，检测溶液中磷的浓度随时间的变化关系，所得试验结果如图5 - 5 、表 5 一l 。 尽管挂膜的陶粒去除高浓度的含磷液，但溶液中磷的去除率增大趋势显著，反应进行到 2 8 小时时，溶液中磷已有4 2 被去除，未挂膜的陶粒对磷的去除在前半小时内速讯增大到9 ， 之后几乎不随时间而变化。当陶粒表面挂有生物膜时，由于陶粒表面的生物膜在不断地生长更 新，原来处于生物膜里层处于厌氧状态的聚磷菌，在生物膜脱落后，与氧充分接触，为了维护 细菌自身的新陈代谢活动，聚磷菌大量吸收水中的磷和碳氮元素，用以合成自身的细胞物质和 a t p 而不断生长，在生物膜长到一定厚度后，本来处于好氧阶段的生物膜被新生的生物膜所覆 盖，又处于厌氧状态，如此反复满足滤池内聚磷菌除磷的条件。挂膜陶粒对磷的去除率远远大 于无膜陶粒对磷去除率。 - 一挂膜后 挂膜前 十挂膜前去除率 6 ：5 盲4 话3 誊2 卜l 0 5 0 4 0 鬟 3 0 v 僻 2 0 琵 啪 l o 皇 o 00 5 11 5 2 4 7 1 12 0 2 8 时间( h ) 图5 - 5 挂膜、无膜陶粒对溶液中磷的去除率随时间变化关系图 表5 1 挂膜、无膜陶粒对溶液中磷的去除率 时间(h)0 0 511 524 7 1 12 02 8 挂膜前去除率( ) 0 9 7 7777377 挂膜后去除率( ) 0 2 02 5 2 22 93 53 53 84 0 4 2 5 2 提高磷去除效率的试验研究 5 2 1 农村生活污水中磷的存在形态 农村生活污水中的磷主要来自含磷有机物、合成洗涤剂及居民排泄物等，分为有机磷和无 第五章水解一脉冲活性生物滤池除磷性能研究 机磷，均可以固体或溶解状态存在。有机磷主要存在形式有：葡萄糖一6 一磷酸，2 一磷酸一甘 油酸及磷肌酸等，大多呈胶体和颗粒状：无机磷均以磷酸盐形式存在，主要有：正磷酸盐、偏 磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐、聚合磷酸盐等“。该试验中，农村生活污水中进出水总磷、 可溶性正磷酸盐、溶解性总磷酸盐浓度见下表5 - 2 ，各组分磷的百分比及去除率见表5 - 3 ，去除 率见表5 4 。 耋! 兰壅盟生适堡查生至旦盛坌壁丝鱼量! 苎笪! ! g 里! 成分 进水6 3 。日出水进水7 3 日出水进水9 , 1 1 日出水进水9 1 3 日出水 表5 3农村生物污水中不同成分磷的所占百分比( 单位) 表5 - 4 不同成分磷去除率所占比例 从以上几表可以看出，水解池内磷的进水浓度在5 5 m g l 左右时，污水中绝大部分磷是溶 解性的，溶解性总磷占总磷含量的7 0 左右；进水中磷的含量为8 1 l m g l 时，废水中以颗粒 状态存在的磷和以溶解状态的磷含量相当；进水中磷的浓度在2 4 7 m g l 时，污水中磷大部分磷 以颗粒状态存在，溶解性磷的含量较少，即大部分磷是有机磷。溶解性总磷中几乎都是可溶性 正磷酸盐，约占9 5 以上。出水中的磷几乎均以溶解性正磷酸盐形式存在。 对于磷的去除，大部分被去除的是溶解性磷酸盐，同时也有部分颗粒状非溶解性的磷，在 水解池及脉冲活性生物滤池的组合工艺中，通过水解池的沉淀和滤池的截流而去除，九月份蔬 菜槽也发挥了对磷的截流和吸收作用。 5 2 2 前期试验对总磷去除结果分析 b 一进水+ 出水十去除率 3 0 2 5 ，、 2 0g v 1 5 褂 篮 1 0 柏 山 5_ 0 7 47 77 2 6 8 1 3 9 1 1 t o 3 1 0 7 h 期 表5 - 50 4 年稳定运行时工艺对总磷的去除 图5 - 60 4 年稳定运行时工艺对总磷的去除 2 0 0 4 年稳定运行时期，总磷的去除率见图5 6 、表5 - 5 。通过水解池与滤池组合工艺，仅 2 o 8 6 4 2 o 一【古5世爆昌 东南大学硕士学位论文 由滤池内微生物的生理代谢作用对磷的去除率较低，基本维持在2 0 2 5 之间。不同含量的 磷，其去除率变化微小，因此，该工艺只靠生物法除磷效果较差。改进工艺以提高除磷效果显 得尤为重要。下由讨论以废弃石膏为吸附介质时，探索工艺中石膏的最佳投加点，以及除磷的 最佳运行参数。 5 2 3 石膏投加位置对除磷性能的研究 首先把滤池上层0 2 m 的陶粒换成石膏，在此基础上分别考察石膏加在二沉池、厌氧池及蔬 菜槽中，系统对农村生活污水中磷去除效果的研究，下图5 7 、表5 - 6 反应了石膏不同投加点 对磷去除率的影响。 滤池中投加石膏后，磷的去除率提高到4 3 左右，滤池上层石膏溶解出微量的c a s m ，污 水中以磷酸根状态存在的磷与石膏解离出的c a 2 生成更难溶的磷酸钙沉淀“，使污水中磷的去 除率有了一定的提高；在此基础上，为了提高石膏与污水的接触时间，在厌氧池内用渔网悬吊 2 5 公斤石膏，污水中磷的总去除率提高到了6 2 ：增加蔬菜槽后，空心菜为维护自身的生长吸 收水中的有机物及磷，池底石膏发挥吸磷的功能，污水中磷的去除率达到了7 0 。较高的除磷 效果主要是生活污水中的磷经过滤池后，其水中的正磷酸盐含量高达9 0 以上，经过蔬菜槽长 达8 小时的停留，其中大部分磷能被石膏去除。此外，未加蔬菜槽之前，出水的总磷含量高于 2 5 m g l ，增加后出水中磷有明显的降低，达l m g l 左右。磷的去除主要是石膏对磷的吸附作用 及其纳磷容量，而植物吸收对磷的去除效率影响不大“，。 综上所述，滤池对污水中磷的去除率约为2 0 ，滤池投加石膏后，去除率提高了约2 0 ， 厌氧池投加石膏去除率提高了约4 0 ，蔬菜槽的建立，使该工艺除磷效果提高了5 0 且出水磷 浓度降低了1 5 m g l 。显然，这种经济节约的一体化设施，对系统除磷效果有极大的提高与帮 助。 口一进水十出水十去除 1 0 乏8 粤6 篓t 蛊2 0 x v 糌 凿 粕 未加滤池厌氧池蔬菜槽 图5 7 石膏不同投加点对磷去除率的影响 5 2 4 温度对除磷效果的影响 表5 6 石膏不同投加点对磷去除率的影响 近2 年的研究表明，对水解一脉冲活性生物滤池而言，温度对系统的除磷及运行效果有很大 的影响。而朱还兰等人在s b r 反应器中对厌氧放磷速率进行了研究，在1 7 3 7 范围内，温度 每增加1 0 ，放磷速率增加一倍左右“。 图5 8 为滤池正常运行情形下，5 1 0 、1 0 2 0 、2 0 2 5 及2 0 2 5 ( 有蔬菜槽) 时磷的去除率。取样及温度测定均在下午。试验表明：冬季，室外气温在一5 1 4 ，污水水温 约为5 1 0 ，磷的平均去除率为3 5 ；春秋季节，室外气温在1 6 3 0 ，水温约为1 0 2 0 ，磷的平均去除率为4 1 ；夏季，室外气温在3 0 3 5 ，水温约为2 0 2 5 ，磷的平均去 翠鲫加的蚰加加o 第五章水解一脉冲活性生物滤池除磷性能研究 除率为5 3 ；增加蔬菜槽后，同样在该温度下，工艺对磷的平均去除率高达6 8 。 1 0 0 霎8 0 ；6 0 篮4 0 誉2 0 0 表5 7 温度对磷去除的影响( 单位) 取样次数 图5 8 温度对系统除磷效果的影响 可见，生物一化学联合处磷时，温度对磷的去除率有较大影响，尽管微生物本身对磷的去除 效果不佳，但数量较多活性较强的微生物在磷的转化环节起了很大作用。温度较高时，滤池中 微生物在把部分有机物氧化为c o z 的同时，也随之将有机磷转变为无机磷，为石膏除磷提供了较 多的磷酸根离子。 5 2 5c p 比对除磷效果的影响 进水有机物含量不仅影响生物脱氮，对生物除磷也是重要制约因素，除磷细菌每去除 i m g b o i ) s ，需要消耗0 0 4 o 0 8 m g 磷，通常要求废水中t k n ：c o d 控制在0 0 8 m g n m g c o d 以下， b o d 5 ：t p 要求在2 0 3 0 之间。试验前期示范村农村生活污水水质调查显示，该村废水的b o d 。：c o d = o 4 7 ，由此推导出本工艺要保证进水c 0 1 ) ：t p 在4 3 6 4 之间，图5 - 9 、表5 - 8 为实际运行时 本工艺在不同c p 时，对污水中磷的去除率。 整个曲线随c p 增大而升高，碳磷比低于4 0 ，磷的平均去除率约4 0 ；其比值介于5 0 8 0 时，磷平均去除率达6 0 左右；此值高于9 0 时，磷的去除率高达8 0 。一方面，过低的碳 源影响微生物对磷的吸收，另一方面，过高的碳源，增大了工艺有机物的负荷，大部分碳源不 能被去除，随之转移到出水中，提高了出永的c o d 浓度，降低了有机物的去除效率。该试验中， 有机物浓度约5 0 0 m g l 时，也有较高的去除效率。综上所述，当水解一脉冲活性滤池进水的c p 在4 4 1 1 8 之间时，本工艺对磷及有机物仍有较高的去除率。 表5 8c p 对磷去除的影响 1 0 0 琶8 0 料6 0 纂4 0 眚2 0 0 c p 图5 9c p 对磷去除率的影响 c pt p 去除率( ) 2 6 3 7 4 4 5 0 5 7 7 3 8 6 1 1 8 3 2 3 7 5 1 4 0 7 1 6 5 6 5 8 0 目 。 糌 笾 粕 东南大学硕士学位论文 5 2 6 水解池溶解氧对除磷效果的影响 水解池溶解氧的高低是生物除磷的重要影响因素，图5 1 0 、表5 - 9 反应了水解池溶解氧对 磷去除率的影响，水解池溶解氧低于o 2 m g l 时，磷的平均去除率在6 0 以上，稳定运行时， 水解池的溶解氧一般在此范围，此时水解池内聚磷菌处于厌氧状态，当被泵提升至滤池进行好 氧呼吸，不断吸收污水中的磷，有利于生物除磷：溶解氧下降到l m g l 时，磷的平均去除率迅 速下降至4 0 左右，此值的溶解氧往往是由于出水溶解氧太高，回流量太大导致，通过调节回 流比，降低回流量，污水中溶解氧就可得到有效控制；水解池内的溶解氧高达3 4 m g 几时，磷 的去除率迅速下降至2 9 ，这部分磷在很大程度上可能是通过化学方式被去除，出现如此高的 溶解氧是因为河塘清泥的影响，装置前河流进行清泥时，河水直接用泵提升到装置附近的一块 空地，充有大量氧气的河水通过阴井1 2 1 渗入管道收集系统所致，发现该原因后，立即加高了被 水满的阴井，同时向厌氧池投加糖消耗水中的溶解氧，经过一周的调试，水解池的溶解氧得以 稳定控制。 0 0 1 0 02 0 03 0 04 0 0 溶解氧( m g 1 ) 图5 - l o 水解池d o 与磷去除率的关系 5 2 7 水解池硝氮浓度对除磷效果的影响 垂! ：! 查笙些里q 兰壁