（环境工程专业论文）变性淀粉污水的好氧、厌氧生物处理研究.pdf

r e s e a r c h o n a e r o b i c a n d a n a e r o b i c t r e a t me n t m e t h o d t r e a t i n g d e n a t u r a l iz i n g s t a r c h w a s t e w a t e r r a b s t r a c t t h e w a s t e w a t e r d is c h a r g e d b y s t a r c h m a n u f a c t u r e i n d u s t ry h a s a lr e a d y b e e n o n e o f im p o rt a n t s o u r c e o f w a t e r p o l lu t io n i n c h i n a in t h is t h e s is t h e d e n a t u r a l iz in g s t a r c h w a s t e w a t e r w a s t r e a t e d a n d s t u d ie d r e s p e c t iv e ly b y a e r o b ic a n d a n a e r o b ic t r e a t m e n t m e t h o d t h r o u g h r e s e a r c h i n l a b a n d d e b u g g i n g o n t h e s p o t t h e c o n c l u s io n s a s f o llo w s w e r e d r a w n 1 t h e a c t iv e s lu d g e a n d c o n t a c t o x id a t io n t r e a t e d s t a r c h w a s t e w a t e r t h e r e s u lt s h o w e d t h a t u s i n g b o t h t w o m e t h o d s t h e r e m o v a l r a t e a ll e x c e e d e d 9 5 a n d c o d c o n c e n t r a t io n s w e r e le s s t h a n 5 0 m g l t h is p o in t s a i d t h a t s t a r c h w a s t e w a t e r w a s t r e a t e d e a s ily m o r e o v e r u n d e r s a m e c o n d it io n s t h e t r e a t m e n t e ff ic ie n c y o f a c t iv e s lu 内e w a s b e tt e r t h a n t h a t o f c o n t a c t o x id a t i o n t h e m a in r e a s o n s w e r e t h a t t h e e ff e c t iv e s l u d g e o f c o n t a c t o x id a t io n w a s r e la t iv e w o r s e i n t h e a n a ly s is o f k i n e t ic s t h e r e is a n im p o rt a n t r u le t h a t k s v a r ie s o n ly w it h c o n c e n t r a t io n o f s l u d g e a n d f m i n f lu e n c e s v m g r e a t ly 2 e g s b w a s t h e a n a e r o b i c r e a c t o r t r e a t i n g s t a r c h w a s t e w a t e r d u r i n g t h e p e r i o d o f d e b u g g i n g w e m o n it o r e d w a t e r q u a l ity i n o r d e r t o e n s u r e t h e n o r m a l o p e r a t io n o f r e a c t o r t h e c o n c e n t r a t io n o f i n o c u la t i n g s l u d g e w a s 1 0 9 i l a f t e r f iv e p h a s e s in c lu d i n g t h e p h a s e o f b r e e d i n g s lu d g e e g s b w o r k e d w it h d e s ig n e d lo a d in t h e p r o c e s s t h e v o lu m e t r ic lo a d in g r a t e r o s e f r o m 1 0 k g c o d m d t o 5 2 k g c o d m d a n d t h e w a t e r q u a lit y o f e ff l u e n t im p r o v e d c o n t in u o u s ly b y t h e e n d o f d e b u g g in g t h e g r a n u le s lu d g e a p p e a r e d a t t h e s a m e t im e c o d o f e ff l u e n t w a s le s s t h a n 7 0 0 m g l a n d r e m o v a l r a t e o f o r g a n ic s u b s t a n c e w a s 8 5 s i n c e t h is t im e t h e r e a c t o r h a s o p e r a t e d n o r m a l ly f o r t w o m o n t h s c o d o f e f f l u e n t d e c li n e d t o 5 0 0 m g l a n d r e m o v a l r a t e o f o r g a n ic s u b s t a n c e w a s u p t o 9 0 k e y w o r d s s t a r c h w a s t e w a t e r o r g a n ic s u b s t a n c e a c t iv e s lu d g e c o d c o n t a c t o x i d a t i o ne g s b 绪论 水是自 然界的基本要素 是一切生物赖以生存的重要条件 在现代社会中 水是农 业的命脉 工业的动力 城市的血液 是国民经济发展的支柱 水与人类的生存发展以 及社会文明进步息息相关 水是大自 然赋予人类的宝贵资源 水之宝贵 在于其不可缺 少和储备有限 更在于其不可替代与可以更新使用 事实上 现在由于人为污染 己使 水的可用数量正在急剧减少 水资源短缺和水污染严重造成的水危机 己成为制约经济 发展的主要因素 就我国 而言 虽然河川多年平均径流量为2 6 2 万亿m 3 居世界第六位 但是 我 国的人均占有量只相当于世界人均占 有量的2 2 列世界第 1 1 0 位 属于世界1 2 个贫 水国之一 此外 我国8 0 的水域 4 5 的地下水受到污染 9 0 以上的城市水源污染 近 5 0 的城镇用水不符合饮用水标准 据统计 至 1 9 9 6 年 全社会全年的污水排放量 3 5 2 8 4 亿m 3 处 理量8 3 3 4 亿m 3污水处 理率2 3 6 2 而市 政系统污水处理厂只有1 5 3 个 污水生化处理率只有 7 5 因此 环境保护 治理水资源 实现经济的可持续发 展己 成为我国的基本国策 日益受到社会的广泛关注和重视 一般而言 污水处理就是采用各种技术措施将污水中所含的各种形态的污染物分离 出来或将其转化成无害和稳定的物质 使污水得到净化 现代的污水处理技术 按其作 用原理和去除对象可分为物理法 化学法和生物法 而对去除污水中的有机污染物来说 生物法则是最经济 有效的途径 在自 然界 广泛存活着巨量的以有机物为营养物质的 微生物 它们具有氧化分解有机物并将其转化为无机物的功能 废水的生物处理法就是 采用一定的人工措施 创造有利于微生物生长 繁殖的环境 使微生物大量增殖 以促 进微生物氧化 分解有机物的一种技术 根据作用微生物的类型 生物处理法可分为好 氧处理法和厌氧处理法两大类 前者处理效率高 效果好 使用广泛 是生物处理法的 主要类型 但只适用中低浓度的有机污水 后者原先用于有机污泥的处理 但随着工业 污水处理的需求 也被逐步的应用于高浓度工业有机污水 并在十九世纪七十年代后得 到了迅速的发展 在我国 发酵工业在轻工业中占 着举足轻重的地位 而和日常生活息息相关的淀粉 生产 作为发酵工业的重要分支 近年来规模不断扩大 年产量由1 9 7 9 年的2 8 万吨增 加到1 9 9 8 年的3 0 0多万吨 平均年递增率达 1 4 以上 尽管如此 中国年人均消耗淀 变性淀粉污水的好氧 厌氧生物处理研究 环境科学与工程学院9 9 级硕士研究生张扬 粉仅2 k g 左右 大大低于世界水平 因此 随 着经济的发展和人民 生活水平的 提高 淀 粉行业必有一个较大发展 目前 我国共有淀粉生产企业 6 0 0多家 年排放污水近 2 0 0 0万吨 淀粉行业的污 水治理已经成为工业有机污水治理的重要部分 生物法作为当今世界处理各种城市和工业污水的主要方法 己经得到了广泛的推广 和应用 但是随着各种新兴工业的出 现 以 及人们对生活环境要求的不断提高 污水治 理被要求达到一个更高的水平 因此 对生物处理法的深入研究和技术改进有着更迫切 的需求和更广阔的前景 变性淀粉污水的好氧 厌氧生物处理研究 环 境 科 学 与 工 程 学 院9 9 级 硕 垫丝丝 张扬 第一部分 变性淀粉污水好氧生物处理的比较研究 第一章 污水的好氧生物处理技术 好氧生物分解是存在于自 然界中的一种普遍的生物化学过程 好氧微生物生长在有 氧环境中 以有机物为氧化基质 以分子氧作为最终电子受体进行有氧呼吸 而获得生 命活动所需的能 量 大多数常见的细菌 放线菌 真菌均属此类 川 好氧生物处理法 即是利用人工方法 模拟并强化好氧微生物的生活环境 使其大量增殖 从而快速 有 效的去除污水中含有的各种有机物 常用的污水好氧生物处理技术主要包含活性污泥法和生物膜法两大类 活性污泥法 是水体自 净功能的人工强化 是一种依靠在曝气池内呈悬浮 流动状态的微生物群体的 凝聚 吸附 氧化分解等作用来去除污水中有机物的方法 生物膜法则是土壤自 净功能 的人工强化 是一种使微生物群体以膜状附着在某些载体的表面 通过与污水接触 生 物 膜上 的 微生 物摄取污水中 的 有 机物作为 营 养并 加以 同 化 以 使 污水得到净化的 方 法12 1 1 1活性污泥法概况 活性污泥法自1 9 1 4 年在英国的曼彻斯特建成试验厂开创以来 己有8 0 多年的历史 随着在实际生产上的广泛应用和技术上的不断革新改进 特别是近几十年来 在对其生 物反应和净化机理进行深入研究探讨的基础上 活性污泥法在生物学 反应动力学的理 论方面以及在工艺方面都得到了长足的发展 出现了多种能够适应各种条件的工艺流程 和工艺方法 当前 活性污泥法己经成为污水特别是有机性污水好氧生物处理技术的主 流方法 2 1 向 污水中注入空气进行曝气 并持续一段时间以后 污水中即生成一种絮凝体 这 种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成 它易于沉淀分离 并使污水得到澄清 这就是 活性污泥 活性污泥法则是以活性污泥为主体的生物处理方法 活性污泥处 理系统的生物反应器就是曝气池13 1 待处理的 污水从曝气池的一端进入 同时压缩空气 通过曝气装置以细小气泡方式进入污水 其作用除向污水充氧之外 还使曝气池内的污 水 活性污泥处于剧烈搅动的状态 形成混合液 活性污泥在有氧环境中与污水充分接 变性淀粉污水的 好氧 厌氧生物处理研究 环 境 科 学 与 工 程 学 院9 9 级 硕 士 0 塞 生卫堕 触 从而使反应能够顺利进行 有机物得到降解而去除 活性污泥得以增长 污水得以 净化 1 1 1 活性污泥法的净化反应机理 在活性污泥处理系统中 有机底物从污水中去除过程的实质就是有机底物作为营养 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 t l 的 过 程 这一过程大致上是由下列几个净化阶段所组成 1 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 水中的有机底物即被大量去除 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所导致产生的 活性污泥有着很大的表面积 在表面上富集着大量的微生物 在其外部覆盖着多糖 类的粘质层 当其与污水接触时 污水中呈悬浮和胶体状态的有机底物即被活性污泥所 凝聚和吸附而得到去除 这一现象就是 初期吸附去除 在这一过程中 污水b o d的去除率可达7 0 它的速度取决于 微生物的活性 程度 反应器内水力扩散程度与水力动力学的规律 前者决定活性污泥微生物的吸 附 凝聚功能 后者则决定活性污泥絮凝体与有机底物的接触程度 2 微生物的代谢作用 被吸附在活性污泥微生物细胞表面上的有机底物 在透膜酶的作用下 通过细胞壁 而进入微生物细胞体内 小分子的有机底物能够直接透过细胞壁而进入微生物体内 而 如淀粉 蛋白质等大分子有机物则必须在细胞外酶一水解酶的作用下 被水解为小分子 后再进入细胞体内 进入细胞内的有机底物 在各种胞外酶 如脱氢酶 氧化酶等 的催化作用下 微 生物对其进行分解与合成代谢 对一部分有机底物进行氧化分解 最终形成c o z 和h z o 等稳定物质 并从中获取合成新细胞物质 原生质 所需要的能量 对另一部分有机底 物进行合成代谢 形成新的细胞物质 所需能量取自 分解代谢 微生物对自 身的细胞物质进行氧化分解 并提供能量 即内源呼吸或自 身氧化 当 有机底物充足时 大量合成新的细胞物质 内源呼吸作用并不明显 但当有机底物消耗 始尽时 内 源呼吸就成为提供能量的主要方式x3 6 变性淀粉污水的好氧 厌氧生物处理研究 环 埂 科 学 与 工 程 学 院9 9 级 硕 士 研 究 生 3 污水中的有机污染物则由流动水层传递给附着水层 然后进入生物膜被降解 微生物的代谢产物如h 2 o沿着相反方向进入流动水层排出 而c 0 2 h 2 s 等气体产物则 从水层直接逸出 进入空气中 2 0 2 2 1 随着污水中的有机物被生物分解 厌氧层的厚度不断增加 其代谢产物逐渐增多 当这些产物通过好氧层向外逸出时 使好氧层生态系统的稳定状态遭到破坏 从而失去 了这两层膜之le t 的平衡关系 又因气态代谢产物的不断逸出 减弱了生物膜在滤料或载 一 里 塑 塑 鱼 些 些 生 型 丝 鱼 些 些 竺 一 一 体上的固着力 处于这种状态的生物膜呈老化状 在液流的冲刷下老化的生物膜脱落 新的生物膜又开始生长 1 2 2生物膜处理法特征 1 2 2 1 微生物相方面的 特征 生物膜处理法具有适于微生物生长栖息 繁衍的安静稳定的环境 生物膜上的微生 物勿须像活性污泥法那样承受强烈的搅拌冲击 宜于生长增殖 因此 与活性污泥法相 比 其参与 净 化反 应微生 物更加 多样 化 2 3 2 4 1 此外 由 于生 物膜固 着在滤料或 载体上 生物固体平均停留时间较长 从而生物膜上可以生长很多世代较长的微生物 如硝化菌 在生 物膜上 还可能 大 量出 现丝 状菌 而没有 污泥膨胀之虞 2 5 1 线虫类 轮虫 类以 及寡毛 虫类的微型动物出 现的频率也较高 在阳光照射到的部位能够生长藻类 甚至能够出现 某些昆虫的幼虫 由此可见 生物膜上的微生物相十分丰富 因此形成了比活性污泥上更长的食物链 这种比较复杂的生物链使得有机物质能够较彻底的氧化 最终产生相当少的剩余有机 体 有利于整个系统的运行 同时 由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 另一方面 由于微生物在生物膜上附着生长并使生物膜具有较少的含水率 单位反 应器容积内的生物量可高达活性污泥法的5 2 0 倍 因此生物膜具有较大的处理能力 而且 这也使其能够耐冲击负荷 对水质 水量变动有较强的适应性 1 2 2 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 即水质 水量的变化不会对生物膜的净化功能 造成致命的影响 处理效率能够较快的得到改善 2 由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 污泥沉降性能好 宜于固液分离 3 生物膜法对处理低浓度污水 能够取得良 好的处理效果 4 生物膜处理法节省能源 动力费用较低 易于维护运行 1 2 3生物膜法的发展 1 8 9 3年 第一个生物膜法处理设施在英国试验成功 1 9 0 0年前后开始付诸污水处 理实践 并 迅 速在欧 洲 和北美 得到 广泛地应用 2 6 1 早 期出 现的 生 物滤池 虽然处理污水 变性淀粉污水的好氧 厌氧生物处理研究 环 境 科 学 与 工 程 学 院9 9 级 硕 士 研 究 生 丝 鱼 效果较好 但负荷低 占地面积大 易堵塞 因而它的使用受到了限制 后来 人们对 其进行了改进 提高了水力负荷和有机负荷 这就是高负荷生物滤池 五十年代 塔式生物滤池在民主德国建成 同时 塑料轻质滤料的出现也促进了生 物滤池的发展 生物转盘出现在六十年代 由于它具有净化功能好 效果稳定 能耗低等特点 因 此在国际上得到了广泛的应用 在构造形式 计算理论等方面也得到了较大的发展 进入七十年代以来 随着生物接触氧化法和生物流化床技术在污水处理领域的成功 应用 生物膜法越来越得到人们的重视 由于生物膜反应器本身内 在的优点 近年来国内外一些专家学者均对此进行了更为 深入的研究 内 容涉及到生物膜载体的开发与改良 微生物在载体表面的固定机理与技 术 生物膜增长与对有机物的去除等 因而使得对生物膜反应器的研究进一步向纵深发 展 1 3间歇式活性污泥法简介 完全混合式曝气池 是废水进入曝气池后与池中原有的混合液充分混合 因此池内 混合液的组成 f m值 微生物的量和质是完全均匀一致的 这意味着在曝气池中所有 部位氧的吸收率都是相同的 生物反应都是同样的 与传统的活性污泥法相比 其池内 混合液能对废水起稀释作用 对高峰负荷起削弱作用 从而承受冲击负荷的能力明显增 强 间 歇式活 性污 泥处理系 统是活 性 污泥法的一 种新的 运 行方式 2 7 3 0 1 其最显著的 特点 是采用间歇进水 间歇曝气的方法 曝气池作为主要反应设施 在流态上是属于完全混 合式的 但在有机物降解上 则是时间上的推流 即在曝气池中 在任何时刻 反应器 中所有位置的有机物浓度都是相同的 而随着时间的推移 有机物浓度则不断下降 1 4 生物接触氧化法简介 生物接触氧化法自1 9 7 1 年由日 本学者小岛贞男开发成功 3 1 1 近2 0 年来在国内外都 得到了广泛的应用和研究 生物接触氧化法又称淹没式生物滤池 其在反应器内设置填料 经过充氧的废水与 长 满生物膜的填料相 接触 在生物膜的 作用下 使废水得到净化 3 2 1 此外 由 于此项技 变性淀粉污水的好氧 厌氧生物处理研究 环 境 科 学 与 工 程 学 院9 9 级 硕士 研 究 生 张 鱼 术采用与活性污泥法中的曝气池相同的曝气方法 向微生物提供所需氧气 这样就相当 于在曝气池中充填供微生物栖息的填料 因此又称为 接触曝气法 综上所述 生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池两者之间的生物处理 技术 也可以说是具有活性污泥法特点的生物膜法 变性淀粉污水的好氧 厌氧生物处理研究 环 境 科 学与 工 程 学 院9 9 级 硕 士 研 究 生 韭 鱼 参考文献 1 武汉大学 复旦大学微生 物系 微生物学 人民教育出 版社 1 9 8 0 2 王宝贞 水 污染 控制 工 程 高 等教 育出 版社 1 9 9 0 3 1 张自 杰 排水工程 第 三版 中国建筑工业出 版社 1 9 9 6 4 p a v e l p i t t e r b i o d e g r a d a b i l i t y o f o r g a n i c s u b s t a n c e s i n t h e a q u a t i c e n v i r o n m e n t c r c p r e s s 1 9 9 0 5 m o g e n s h e n z e p o u l h a r r e m o e s 国 家城市给排 水z 程技 术中 心 译 污水生物与 化学 处理技术 中国建筑工业出版社 1 9 9 9 6 1 h沃自 娜娅 周开君 郑元景译 水化学与微生物学 中国 建筑工业出 版社 1 9 8 3 7 秦 麟源 废水 生 物处 理 同 济大学出 版社 1 9 8 9 8 任南琪 周大石等 水污染控制微生物学 第一 版 黑龙江科学技术出版社 1 9 9 3 9 c p小莱斯利 格雷迪 亨利 c利姆 李献文等译 废水生物处理理论与应用 中 国建筑工业出版社 1 9 8 9 1 0 g r r a d y c p l a n d h c l i m b i o l o g i c a l w a s t e w a t e r t r e a t m e n t t h e o r y a n d a p p l i c a t i o n s ma r c e l d e k k e r i n c n e w y o r k n y 1 9 8 0 1 1 许保玖 当 代给水与废水处理原理 高等教育出 版社 1 9 9 1 1 2 1 洞 尽 勇 1 日 张自 杰 译 污 水 的 生 物 处 理 中 国 建 工 出 版 社 1 9 8 0 1 3 钱易 废水生物处理的发展和前景 环境科学与工程进展 p 8 1 4 钱易 米祥友 现代废水处理新技术 中国 科学技术出 版社 1 9 9 3 口 5 杨立新 生物法在我国轻工业有机废水处理中的 应用与进展 鞍山 钢铁学院学报 2 0 0 0 0 4 p 5 2 5 6 1 6 刘雨 赵庆良 郑兴灿 生物膜法污水处理技术 中国建筑工业出版社 1 7 1 郑之景 生物膜法处理污水 建筑工业出 版社 1 9 8 6 1 1 8 b i s h o p p l b i o f i l m s t r u c t u r e a n d k i n e t i c s i n p r o c e e d i n g s o f t h i r d i n t e rn a t i o n a l i a wq s p e c i a l c o n f e r e n c e o n b i o f i l m s y s t e m c o p e n h a g e n d e n m a r k a u g u s t 1 9 9 6 p z 3 0 1 9 1 y c 伍e d d 史 密斯 龙 腾锐等 译 城市与 工业 废水处 理固定 膜法的理论与实 例 中国建筑工业出版社 1 9 8 7 2 0 李红兵 乔俊莲 生物膜法废水处理技术的探讨 江苏 环境科技 1 9 9 7 0 4 p 1 4 变 性 淀 粉 污 水 的 好 氧 厌 氧 生 物 处 理 1w q 一 一 一一一翌鲤望扭蟹鱼9 哑丝丝数 w 2 1 1 程树培 环境生 物技术 南京大学出 版社 1 9 9 4 2 2 z h a n g t c i n fl u e n c e o f b i o f i l m s t r u c t u r e o n t r a n s p o rt a n d t r a n s f o r m a t i o n p r o c e s s e s i n b i o f i l m s p h d d i s s e r t a t i o n u n i v e r s i t y o f c i n c i n n a t i o h i o u s a 1 9 9 4 2 3 1 k a r l i m h o ff 北京 市市政设 计院 等译 水生 物处理 中国 建功出 版社 1 9 7 5 2 4 1 马文漪 杨柳燕 环境微生物工程 南京大学出 版社 1 9 9 8 2 5 j e n k i n s d m e t a l m a n u a l o n t h e c a u s e s a n d c o n t r o l o f a c t i v a t e d s l u d g e b u l k in g a n d f o a m i n g r i d g e l i n e 2 6 丫 o r k r s r a m a h o p r e s s 1 9 8 6 i n t r o d u c t i o n t o w a s t e w a t e r t r e a t m e n t p r o c e s s e s a c a d e m i c p r e s s n e w 1 9 9 7 2 7 高俊发 s b r工艺分析 西北i程建筑学院学报 1 9 9 4 0 2 p 4 4 4 9 2 8 1 滨本洋一 间 歇式活性污泥法 化学装置 日 1 9 8 5 2 7 8 p 8 1 8 5 2 9 1 桥 本奖 须 腾隆 一 李至时 等译 新活性污 泥 法 学 术书 刊出 版社 1 9 9 0 3 0 褚国 红 s b r 技术 综述 交 通环保 1 9 9 7 0 2 p 3 4 3 6 3 1 余鑫中 生 物接触氧化 法处理 废水 技术 中国 环境 科学出 版社 1 9 9 1 3 2 1 上海市环境保护局编 污水生物处理技术 上海科学技术出 版社 1 9 8 1 变性淀粉污水的 好氧 厌氧生物处理研究 环 境 科 学 与 工 程 学 院9 9 级 硕 士 研 究 生 国 堕 第二章 好氧生物法处理淀粉污水的试验研究 2 1淀粉生产行业污水概况 就淀粉生产来说 按其最终产品可分为原淀粉和变性淀粉生产 原淀粉即是以谷物 和薯类作为原材料 采用水磨法等工艺 将非淀粉杂质去除 提取得到的淀粉 变性淀 粉则是以原淀粉作为加工对象 采用物理或化学的方法 使其化学结构发生变化 从而 改变其性质 去除其中所含的非淀粉杂质 调节粘力 水溶性 增加透明性等 得到的 淀 粉 故又 称为 淀粉 衍生 物 t 2 1 在我国 淀粉行业大多以 原淀粉生产为主 变性淀粉的生产属于淀粉的深加工 仅 占国内淀粉生产的 2 左右 对于原淀粉生产来说 所产生的有机工业污水主要来自 于 工艺 污水 如玉米浸泡 水等 各 种设备的 冲 洗水 洗 涤 水等 13 1 而变性淀 粉生 产所排放 污水的 来 源有所不同 9 0 以 上为 反 应设备的 清洗水 两 类淀 粉污 水13 5 1 指 标列于表2 1 表2 1两类淀粉污水各项指标 原 淀 粉变 性 淀 粉 cod 1 0 0 0 0 m g l i 0 0 m g l3 0 一 5 0 m g 几 有机氮 2 0 0 0 m g l2 0 0 一5 0 0 m g l s s 2 0 0 0 m g 几1 0 0 0 2 0 0 0 m g 几 从上表中 我们可以看出 变性淀粉污水与原淀粉污水相比 各项主要指标均有差 异 可生化性较高 但必须指出的是 由于其生产原料即为淀粉 所以污水呈乳浊状 其中的s s 非常细小 2 2本研究的目的 对污水好氧生物处理领域的两种主要技术 活性污泥法和生物膜法的处理效率进 比较研究 分析它们的差异和造成这些差异的原因 1 一飞 了万 产万1 变性淀粉污水的好氧 厌氧生物处理研究 环 境 科 学 与 工 程 学 院9 9 级 硕 士 研 究 生 丝 鱼 2 利用试验获得的各项指标 进行好氧生物处理的反应动力学探讨 建立合理的动力 学模型 3 从试验数据中 获得这两种好氧生物处理法的各种参数 确定其最佳的 使用条 件 4 国内 对变性淀粉污水的研究较少 通过小试 对变性淀粉污水的生化处理性质进行 更进一步的了 解 从而为淀粉行业的污水治理提供更详细的参考 提出 更有效的 途径 2 3试验装置与试验方法 2 3 1污水来源及性质 本试验用水来自 天津顶峰淀粉生产厂所排放的生产污水 因其生产工艺的不同和生 产操作的变动 水质有一定变化 污水水质指标列于表2 2 表2 2原污水指标 指标数值指标数值 c o d m g d 6 0 0 0 7 0 0 0 s o a 2 m g 1 4 0 5 0 b o d 5 m g 1 4 3 0 0 5 1 0 0 碱度 c a c o 3 m g 1 4 7 0 0 p h6 5 6 8 有机氮 m g d 2 0 0 2 2 0 s s m g 1 1 5 0 0 1 8 0 0 盐 度 以n a c l 计 m g d 7 0 0 0 8 0 0 0 2 3 2接种污泥 接种污泥采自 天津蓟庄子污水处理厂的浓缩池污泥和回流污泥 比例2 1 浓度 达6 0 0 0 m g l 2 3 3试验装置 两个反应器由有机玻璃制成 容积均为 1 2 l 且高度和内径也完全相同 在其中一 个反应器中加入填料 填料层的有效容积为 8 l 本试验采用的试验装置图如下 变性淀粉污水的好氧 厌载生物处理研究 环 境 科 学 与 工 程 学 院9 9 级 硕 士 研 究 生 迷 鱼 活性污泥法 间歇式 接触氧化法 填料层 曝 气 头 产 o 1 2 3 4试验方法 向反应器中加入淀粉污水 加满后停止进水 开始曝气 直到其中的有机物被完全 降解 两个反 应器同时 运行 在反应过程中 每隔i h 采样一次 c o d 5 0 0 m g l 时 每 隔3 0 m i n 采样一次 对其主要水质指标进行检测 用c o d 2 0 0 0 m g l 的 淀 粉 污 水 将 种 泥 驯 化 培 养 6 五 天 作 为 试 验 用 泥 用 纯 净 水 将 原 淀 粉 污 水分 别 稀 释 到5 0 0 m g l 1 0 0 0 m g l 1 5 0 0 m g l 2 0 0 0 m g l c o d浓 度 作为 反 应 器的进水 假设每个输气管的气量相同 为了保证两个反应器的曝气量一样 间歇式活性污泥 反应器每个曝气头接一根输气管 接触氧化反应器用一个四通管将三根输气管接在一个 曝气头上进行曝气 参考试验装置图 在整个试验过程中保证水中的溶解氧始终高于 4 m 叭 使其不会成为污水生化反应的限 制条件 分别取每次反应前和反应完成后水样 测其中的s s 量 在本试验中 经测定 其 v s s s s 值达到9 5 以 上 作为其污泥浓度 为了 保证每一次两个反应器中的 污泥都是 一样的 在每次向反应器加入污水前 均须重新加入新的经驯化的污泥 接触氧化法需 要6 个小时的挂膜时间 2 3 5试验分析指标 1 总有机碳 t o c a p o l l o 9 0 0 0 总有机碳分析仪 c o d 重铬酸钾法 溶解氧 p h值 溶解氧测定仪 p h计 2 3 4 变性淀粉污水的 好氧 厌氧生物处理研究 环 境 科 学 与 工 程 学 院9 9 级 硕 士 研究 生 呈 叁 鱼 5 沉降比 s v 棍合液在量筒中静置 3 0 m i n后所形成沉淀污泥容积占原混合液容积 的百分率 以 表示 6 s s 重量法 7 v s s 重量法 试验测定方法均参考相关文献 7 1 接触氧化法s s的测定情况比较特殊 由 于在接触氧化法中 微生物均附着在填料 上 因此要检测其污泥浓度 s s 须将污泥从填料上洗下来 2 4试验结果与分析 试验共分三个阶段 在每个阶段 两个反应器的初始 处理前 污泥浓度是相同的 和 一 定的 而污 水 浓 度 c o d 则 是 变 化的 5 0 0 m g l 1 0 0 0 m 叭 1 5 0 0 m g l 和2 0 0 0 m g l 每次反应均是同时 将相同 浓度的淀粉污水以 相同的量分别加入到两个反应器 第 一 阶 段 污 泥 浓 度3 0 0 0 m g l 1 5 天 第二 阶段 污 泥浓 度2 0 0 0 m 叭 2 0 天 第三阶段 污泥浓度1 0 0 0 m 叭 2 5 天 2 4 1污泥沉降性和生物相的变化 在接触氧化反应器运行完毕后 将生物膜上的污泥洗出 与活性污泥法中的污泥进 行沉降性对比试验 从试验中发现 虽然在 3 0分钟沉降比上 两者几乎没有差别 但 是 在污泥沉降速度方面 在前1 5 分钟 活性污泥法中的污泥沉降要快的多 在2 0 分 钟左右基本沉降完毕 而从生物膜上洗下的污泥 其在 3 0分钟内一直在缓慢沉降 且 沉降后的上清液也较为混浊 有时甚至还有少量菌体 在沉降过程中 可以观察到活性污泥法中的污泥在沉降时 结成明显的絮体 而接 触氧化法则不然 其污泥呈散状 对两种反应器中的污泥进行镜检 接触氧化法中原生和后生生物量较多 出现了轮 虫 钟虫和线虫 而活性污泥法只有少量的钟虫 由于原生和后生动物吞噬细菌等微生 物18 1 那么原生动物和后生动物的大量存在有可能导致系统中的细菌的减少 而细菌 作 为污水的主要处理者 它的数量直接影响到系统的处理效率 2 4 2有机物去除效率和出 水水质 变性淀粉污水的好氧 厌氧生物处理研究 环 境 科 学 与 工 程 学 院9 9 级 硕 士 研 究 生 张 坯 2 4 3污泥浓度变化情况 在试验中 由于接触氧化法对污水的处理效率要低于活性污泥法 其处理所需时间 较长 如果对两种方法的污泥采样同时进行 等到接触氧化法完成对污水的处理 则 活性污泥反应器中的微生物己 进入减衰增长期 无法准确测得降解有机物而导致的污泥 增长量 故对反应后污泥的取样分别在两个反应器中污水被完全降解时进行 两种反应器中 污泥的增长量均是在低浓度污泥处理高浓度有机污水时达到最高 而当 污 水浓度 很低 5 0 0 m g l 而污泥浓度 很高 3 0 0 0 m g l 时 污泥出 现负 增长 相 比 较而言 在同 种条件下 接触氧化法的污泥增长量为1 0 0 2 0 0 m g l 少于活性污泥法 的 增 长 量 1 5 0 2 2 0 m g l 2 4 4反应器中的溶解氧情况及出水的p h 溶解氧作为影响好氧生物处理效果的重要因素 在试验过程中 一直对其进行检测 测定结果表明 两 种反 应 系 统 的 污 水 当 中 溶 解 氧的 含 量 均高 于2 m g l 的 最 低 要 求 11 0 1都 达 到5 m g l o 在接触氧化 法中 靠 近填料表面的地方 溶解 氧 浓度较低 为4 m g l 左右 且 离填 料越近 浓度越低 在填料表面 只有3 5 m g l 而在填料之间 最低达3 m g l 随着水中有机物的降解 污水的p h值不断升高 其进水p h值6 7 经过处理 出 水呈弱碱性 p h值在8 9 在相同条件下 接触氧化法的出水p h值略高 2 4 5反应动力学研究 2 4 5 1好氧生物处理动力学概况 自1 9 4 2 年莫诺 在 好氧生 物水处理领域建 立反 应动力学模型以 来 n n 人们一 直进行 着这方面的探索 尤其是近年来 国内外在生物处理动力学方面作了大量的工作 深入 地研究了 基质 有机物 和微生物 活性污泥和生物膜法 变化的规律 所谓生物处理 动力学主要包括 有机物降解动力学 涉及有机物降解与有机物浓度 生物量等因素的关系 微生物增长动力学 涉及微生物增长与有机物浓度 生物量 增长常数等因素的关系 在研究生物处理反应动力学时 一般均作下列假设 进水中的有机物均为溶解性的 不含微生物群体 变性淀粉污水的好氧 环 境 科 学 与 工 程 学 院9 9 级 硕 士 研 究 生 张 场 反应器内的物料是完全混合的 由于试验是在假定其污泥浓度基本保持不变的情况下间歇进水和曝气 考察其有机 物的降解情况 且试验条件符合上面的假设条件 故针对有机物降解动力学进行一定的 探讨 2 4 5 2有机物降解动力学分析 1 有 机物降 解用m o n o d 动力 学n n 模型 式描 述 mo n o d动力学模型式如下 1 x d s d t v m s k s s 2 1 式中 1 x d s d t 有机 物的比 降 解速率 d v m 有 机 物的 最 大比 降 解速 率 d l k s 饱和常数 x 微生物浓度 m g s s l s 有机物浓度 m g c o d l o 简化为一级反应方 程式 1 x d s d t k s 改写为 d s d t k s x 积 分 得 s s o e x p k x t 2 2 式中 k v m k 简 化为零 级反 应动力学 1 x d s d t v 改写为d s d t v m x 积分得 s v m x t 2 3 常数值k s v m 以及降解速率丸的确定 v v m s k s s s o s x t 2 4 v 有机物的比 降解速率 d s o 原污水中有机物浓度 s 经t 时反应后混合液中残存的有机物浓度 由 式 2 4 倒装得 x t s o s 1 n 十 k s 2 5 式中 k l 1 k knm 变 性 淀 粉 污 水 的 好 级 厌 载 生 物 处 理 研 寒 环 境 科 学 与 工 程 学 院9 9 级 硕 士 研 寒 生 蛋 叁 鱼 将式 2 5 按直线方 程式y a t b 考 虑 x t s o s 项是随1 s 项 变化的 线 性函 数 以x t s o s 为纵坐标 以1 s 为 横坐标 直线的斜率为k s n 在纵坐标上的 截距为i n 在横坐标上的截距为 1 k 通过这些数据即可求出常数值v m k s s o s x t k 2 s v s k s s 2 6 将式 2 6 按 通过原点的 直线方程式y a x 的形式 考虑 以 s o s x t 为 纵坐标 s 为 横坐标 则斜率即为k 2 也可利用ks和v m 求出 2 动力学常数的计算和分析 m o n o d 公式作为活性污泥法反应动力学的基本模式己 经应用了多年 同时也适用于 s b r i 1 1 2 0 7 等新的污水处理技术 而接触氧化法作为好氧生 物处理法的一种 国内 外众多 学者在 m o n o d关系式的基础上对其进行了 动力学模型的研究 结果发现 接触氧化法 的 动 力学 模 型与m o n o d公 式 极为 相 似 2 1 3 2 1 不同 之处 仅 是由 于 其 微 生 物 均生 长 于 填 料 上 有 机 物的 去 除以 填 料 表 面积 基 质降 解 速率 计 单 位为g m 2 a 由 于 在试 验的 各 个阶 段 污 泥 浓 度 s g m 3 填 料比 表 面 积 a m 2 m 3 和 填 料 单 位 表 面 积 的 污 泥 量 b g m 2 都 是 一 定 的 s a b 所以 对 接 触 氧 化 法 的 动 力 学 分 析 仍 可以 以d 作 为 有 机 物 降解速率的单位 按 m o n o d公式计算 从而在本试验中 动力学常数的确定均可采用 式 2 5 和 2 6 a 从 试验所 获得的 数据中 求出 相应的x t s o s 并以 此值 对1 s 进行线性回归分 析 所得的曲线见附图 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 从附图的回归曲线中 得出下列的动力学常数v k 和k 2 表2 6最大比降解速率v m 活性污泥法 s s p 5 0 0 m g 几1 0 0 0 mg 几1 5 0 0 m g l2 0 0 0 m 1 0 0 0 m g 几 2 0 3 41 6 3 21 6 3 8 1 7 7 8 2 0 0 0 m 叭 2 5 1 21 6 6 51 4 8 7 1 4 4 3 0 0 0 m g l 3 2 4 22 4 8 71 8 9 1 1 8 1 1 表2 7最大比降解速率v m 接触氧化法 s s 一 c a 迫5 0 0 m g l1 0 0 0 m g l1 5 0 0 m g l2 0 0 0 m g l 1 0 0 0 m g 几 1 1 6 80 9 0 4 0 8 6 40 9 1 4 2 0 0 0 m g l 1 6 6 11 0 7 10 6 9 4 0 6 5 3 3 0 0 0 m g l 1 9 3 61 5 4 21 4 8 71 4 4 从上表中可以看出 对于两种生物处理方法 v m一般都是随着污水浓度的升高或 变性淀粉污水的好氧 厌氧生物处理研究 环 境 科 学 与 工 程 学 院9 9 级 硕 士 研 究 生 塑 鱼 污泥浓度的降低而下降 在相同的污泥浓度和污水浓度下 接触氧化法的v m 则小于活 性污泥 法 此 外 若污 泥 浓度一定 被处 理的 污 水浓度c o d 1 5 0 0 m g l 其v m 基本保 持 不 变 而对于 污泥浓度为1 0 0 0 m g l 当 污水的c o d 1 0 0 0 m g l v 的 变化就很小 由 此可见 污水 浓度和污泥浓度对有机物降解的最大比降解速率都有一定的影响 但当 污水升高到一定的浓度 或污泥浓度较低时 这种影响越来越不明显 表2 8半速率常数k 活性污泥法 ss c q p5 0 0 m g l1 0 0 0 m g l 1 5 0 0 m 对l2 0 0 0 mg l 1 0 0 0 m g l 1 7 7 7 1 7 7 7 1 6 2 11 6 7 9 2 0 0 0 m g l 2 3 5 6 2 4 4 82 2 7 4 2 3 8 4 3 0 0 0 m 刀 l 3 3 9 33 0 0 6 3 4 1 12 9 刀1 表2 半速率常数k 接触氧化法 s s c o p5 0 0 m g l1 0 0 0 m g l1 5 0 0 m g l 2 0 0 0 m 叭 1 0 0 0 m g l 1 1 5 91 5 4 81 0 9 1 1 4 2 0 2 0 0 0 mg 几 1 7 4 01 9 0 52 0 2 8