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污水处理工程综合实验： 彭秀菊 20056307目录一、实验目的2二、实验原理2三、实验内容7四、活性污泥培养8五、试运行11（一）工况111（二）工况216六、总结18前言给排水工程综合实验是给排水工程专业本科阶段的一个综合性实验。开课时间为大四上学期，通过前面三年的学习与积累，大家可以充分结合自己所学专业知识进行实验设计，操作以及数据分析，从而得到实验结果，并且利用相关知识对其进行分析说明。由于实验设备的局限，在实验方案确定以后，全班分组进行操作，共同完成实验的测定，同时也加强了团队间的交流。本实验持续时间为4周，通过这次实验旨在培养学生的实际动手能力，分析问题的能力，能用自己所学知识来解决实际中的问题。一、实验目的1 本实验为城市生活污水处理的模仿实验，通过收集校园内的生活污水，采用SBR工艺对其进行处理；2 通过本实验，让学生对城市生活污水的处理工艺有较深入的了解，特别是对SBR工艺的操作与调控，从而培养学生的动手能力；3 掌握并能熟练测定常规水质指标：DO,COD,NH4-N,PH,温度等；4 通过实际操作了解污水处理常规构筑物以及其作用：粗格栅，细格栅，沉砂池，初沉池，SBR反应器等；5 在实验中遇到问题时，能用所学知识分析出原因，并且对其进行解决，培养理论联系实际与分析问题的能力；二、实验原理（一）工艺设备 本实验主要研究在不同工况下SBR工艺对生活污水的处理效果，实验中运用的工艺设备具体有:1. 粗格栅由一组平行的金属栅条活筛网制成，净间隙为50100mm，用以截留较大的悬浮物或漂浮物，以减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常运行，被截留的物质成为栅渣。2. 细格栅细格栅是指净间距为310mm的格栅，其作用与粗格栅相同。3. 沉砂池本实验采用竖流式沉砂池。沉砂池的主要功能是去除比重大的无机颗粒，如泥沙，煤渣等。4. 初沉池本实验采用中心进水，周边出水的辅流式沉淀池。初沉池是一级污水处理厂的主体构筑物，或作为二级污水处理厂的预处理构筑物设置在生物处理构筑物的前面。处理的对象是悬浮物质SS, 约去除40%50%以上，同时可以去除部分BOD5, 可以改善生物处理构筑物的运行条件并降低其BOD5负荷。5. SBR反应器SBR是序批式间歇活性污泥法的简称。它是近年来在国内外被引起广泛重视与研究日趋增多的一种污水生物处理新技术。目前已有一些生产性装置在运行之中。主要运用在以下几个污水处理领域：城市污水；工业废水，主要有味精、啤酒、制药、焦化、餐饮、造纸、印染、洗涤、屠宰等工业的污水处理。 粗格栅、细格栅与竖流式沉砂池竖流式沉砂池幅流式沉淀池 SBR反应器（二）SBR反应器SBR工艺由按一定时间顺序间歇操作运行的反应器组成。SBR工艺的一个完整操作过程，亦即每个间歇反应器在处理废水时的操作过程包括如下5个阶段：进水期反应期沉淀期排水徘泥期闲置期。SBR的运行工况以间歇操作为特征。其中自进水、反应、沉淀、 排水徘泥至闲置期结束为一个运行周期。在一个运行周期中，各个阶段的运行时间、反应器内混合液体积的变化及运行状态等都可以根据具体污水的性质、出水水质及运行功能要求等灵活掌握。（三）SBR工艺的主要性能特点 SBR作为废水处理方法具有下述主要特点：在空间上完全混合，时间上完全推流式，反应速度快，为获得同样的处理效率SBR法的反应池理论明显小于连续式的体积，而且池越多，SBR的总体积越小。工艺流程简单，构筑物少，占地面积小，造价低，设备费管理运行费用低。静置沉淀，分离效果好，出水水质好。运行方式灵活，可生成多种工艺路线。同一反应器仅通过改变运行工艺参数就可以处理不同性质的废水。由于进水结束侯，原水与反应器隔离，进水水质水量的变化对反应器不再有任何影响，因此工艺的耐冲击负荷能力高。间歇进水、排放以及每次进水只占反应器的2/3左右，其稀释作用进一步提高了工艺对进水冲击负荷的耐受能力。另一方面，SBR法能有效地控制丝状菌的过量繁殖，这一特征是由于缺氧好氧并存、反应中底物浓度大、泥龄短、比增长速率大决定的。 SBR的曝气装置（四）检测方法 为了能及时反映工艺运行状况，我们分为七个小组，每天一组去检测工艺运行参数，起代表性的指标有DO、COD、MLSS、SV30、SVI，同时我们每天进行一次生物镜检，随时了解工艺运行情况。其中COD 采用密封法测定，NH3N采用721分光光度计测定，MLSS采用滤纸重量法测定，SV是活性污泥在100ml的量筒内静置沉30min测得，SVI值根据SV与MLSS进行计算得到。具体的实验装置为：1、 COD测定：COD测定仪（DRB200 消解器、DR2010 分析仪、预制试剂管13mm）、COD消解液、硫酸汞；2、 NH3N 测定：721分光光度计，比色皿，比色管，纳什试剂，酒石酸钾钠；3、 DO测定：溶解氧测定仪；4、 温度测定：温度计；5、 污泥沉降比及污泥浓度测定：称量瓶、漏斗、量筒；6、 生物相观察：motic BA200 电子显微镜、电子摄像头、计算机、载玻片、盖玻片；7、 PH测定：PH 试纸；8、 其他：洗耳球、各种型号移液管、蒸馏水、滤纸、DHG9145A型电热恒温鼓风干燥箱、量杯、取样瓶、药匙、锥形瓶、玻璃棒、分析天平、试管架。下面是实验室一些仪器的图片：显微镜 电子称三、实验内容本实验主要是运用实验室的城市污水处理厂工艺流程模型，对一般的城市生活污水的处理过程进行模拟，以使同学对生活污水的一般处理步骤有一个较为直观的认识。本实验分为两大阶段。第一个阶段为活性污泥的培养阶段，活性污泥自污水厂取来后，放入SBR反应器中进行培养。以生活污水与葡萄糖作为营养源。按照所调工况，对实验进行各个阶段的操作。在培养期间，需要观察活性污泥的生长情况，每天需采集一次污泥样品，进行生物相的观察，以及30分钟污泥沉降比（SV30）与污泥浓度的测定。通过这些数据判断其生长是否良好，有无发生污泥膨胀现象，并根据分析结果采取相应的改进措施。同时，还需对培养过程中的一些基本数据进行测定，主要的测定项目有：溶解氧DO, 进出水的COD、NH3N等，根据这些数据的一些变化来判断工况运行的 是否正常以及污泥是否已经培养完成。第二个实验阶段为污水的正式处理阶段。待污泥培养完成后，就可以开始本阶段的实验。由于SBR属于在时间上进行推进的反应器，其各个阶段的时间可根据实际情况 进行调整。因此可根据实验条件及实验需要，设置多个工况进行实验，对各个工况的相关数据进行比较，以确定该SBR反应器在何种情况下运行，处理效果最佳，能耗最少。根据本实验的限制条件与其他因素，共设置两个工况进行比较。每个工况所要测定的内容，除上述污泥培养期间的测定项目外，还需测定一级反应的处理程度，进出水的PH值等内容，从而对各个工况进行全面评价。根据相关规定，各工况处理的污水均需达到城镇污水厂污染物排放标准（GB18918-2002）的一级B标。如达不到，则需要对工况进行相关的调整或宣告工况调整失败。待实验操作过程结束后，需要对各个测定数据进行相关处理比较。根据处理结果，对各实验过程进行相关分析，得出实验结论。四、活性污泥培养污泥的接种来源于唐家桥污水处理厂，呈黑褐色，有臭味，含有大量无机物，镜检结果可以看到少量的豆形虫，轮虫等微生物，污泥活性较差，镜检结果如下图。本阶段从10月18号开始，污泥培养在一个有效容积为0.9m3的SBR中进行。污泥培养初期，每天设置3个周期，每个周期为8个小时，其中进水半个小时，曝气时间为6个小时，然后静置半个小时，出水时间为1个小时。停曝时间分别为上午8：00，下午17：00，晚上12：00.由于在运行过程中，排水需要手动排水，而晚上操作不是很方便，所以在下午进水时要适当的多进些水，以保证污泥在两个周期内的有机负荷，在晚上时也不用进水与排水，只是停曝静置一个小时，之后就继续运行，整个污泥培养期为9天，从10月18号到10月26号。在培养期间，每天采集进出水样测定相应指标，包括COD、NH3-N、SV30、MLSS、PH等，以及对生物相的观察。5天后，观察污泥颜色为棕褐色，沉降性能比较好，出水较清澈。测得MLSS为2009)，SV30为20%，反应过程中NH3-N、SV30、PH没有较大的变化，20号下午与22号上午进水COD值偏高，但处理效果比较好。9天后，污泥的絮凝与沉降性能良好，混合液静置半个小时后，上清液清澈透明，泥水界面清晰，污泥呈黄褐色，镜检有大量新型菌胶团，可以观察到许多钟虫，累枝虫等。经过测定，得到污泥的MLSS为2118mg/L，SV30为15%，COD的去除率为90%，NH3-N的去除率为66%。说明污泥活性比较强，培养的比较成功，可认为到此培养阶段结束。在污泥驯化阶段与实验数据测定时候，由于我们对实验过程不是很熟悉，对实验仪器的操作使用也不是很熟练，加上小组之间的配合还不是很默契，所以导致所测得的实验数据不是很准确，中间有些数据不太合乎常规，比如有的时候COD的值偏高，甚至23号的出水氨氮值为负，根据规定按0处理，所以计算出氨氮的去除率达100%，而从这个时段的污泥特性来看，要达到100%的去除率是不可能的。还有COD的去除率也出现变化较大的现象，从生活污水本身的性质来看，其COD值变化其实不是很大，所以数据变化较大的原因可能是污泥性质的改变，培养初期污泥性能不稳当造成的，也可能是实验仪器操作过程中产生的误差。在为期9天的污泥培养期间，共测得14组数据，选择其中比较合理的七组作为有效数据，列表分析如下：项目1234567COD(mg/L)进水250.77254.39280.25254.00264.00264.00301.54出水49.8045.0055.0045.3738.0038.0031.47去除率80.14%82.31%80.37%82.14%85.61%85.61%89.56%NH4-N(mg/L)进水48.3347.6855.0748.120.21867.4439.09出水11.3415.974.0914.56-0.0049.1113.39去除率76.54%66.51%92.57%69.74%101.83%86.49%65.75%SV30(%)13.0013.0013.5013.3014.0015.0015.00MLSS(mg/L)2130201821582005200921182118SVI61.0364.4262.5666.3369.6970.8270.82由上面COD去除率变化曲线与氨氮去除率变化曲线可知，COD的去除率都在80%以上，氨氮的去除率都在65%以上，去除效果还是比较好的。COD的去除率呈逐渐上升趋势，最后达到90%，说明污泥在驯化过程中，活性越来越强，最后达到了比较理想的效果。而氨氮的去除率在波动中缓慢上升，去除率不是很稳定，这可能与我们对实验仪器不熟，测定过程中产生的误差比较大有关系，但总的来说，本次培养过程中，污泥一直都比较稳定，沉降性能也良好，通过镜检，观察到的微生物有线虫、豆形虫、钟虫、累枝虫等，微生物比较活跃。这说明污泥活性良好，处理水质也相当不错，因此可以继续下一阶段的运行。五、试运行在为期9天的活性污泥培养之后，我们对SBR工艺进行了试运行，与培养期相比，增加了预处理与一级处理，预处理阶段采用了粗格栅、细格栅、竖流式沉砂池，一级处理采用幅流式沉淀池，然后一级处理水经过调节池后进入SBR反应池。具体的工艺如图：粗格栅 细格栅 竖流式沉砂池 幅流式沉淀池 调节池 SBR反应器 出水在试运行阶段，我们对SBR的周期进行了调整，10月27号11月7号为工况一，周期为12h；11月8号11月14号为工况二，周期为8h。具体时间安排如下：（以小时计）进水反应沉淀排水闲置工况118111工况20.560.50.50.5工况1为期12天，进行的比较顺利，除中间11月4号泵坏了没有进行实验，共得到21组数据；工况2为期7天，也进行的比较顺利，共得到14组数据。选取其中比较合理的数据，具体分析两个工况点的运行情况。（一）工况1我们共进行了12天测试，得到21组数据，有效数据整理如下表：（COD、NH3-N均以m/l计）项目12345678COD原进水411.00 385.00 398.00 315.00 345.00 323.00 402.00 410.00 SBR进水301.54 253.00 258.00 267.71 237.00 258.00 267.71 360.00 出水31.47 33.25 33.00 34.99 30.00 33.00 34.99 67.00 ECOD1(%)26.63%34.29%35.18%15.01%31.30%20.12%33.41%12.20%ECOD2(%)92.34%91.36%91.71%88.89%91.30%89.78%91.30%83.66%NH3-N进水58.42 55.66 65.48 57.56 40.74 48.12 48.88 50.18 出水0.83 6.07 3.23 6.07 7.01 3.06 4.44 0.49 去除率98.58%89.09%95.07%89.45%82.79%93.64%90.92%99.03%SV30(%)14.00 15.00 14.00 14.00 12.00 14.00 14.00 10.00 MLSS2197 2318 2210 2109 2041 2210 2109 2048 SVI63.71 64.71 63.35 66.38 58.79 63.35 66.38 48.83 由于在试运行中增加了预处理与一级处理，因此我们在检测过程中增加了原污水COD的测定，并且与SBR反应池进水COD相比较来反应一级处理与SBR工艺的处理效果，如图所示，从图中我们可以看出一级处理COD的去除率在15%37%之间，去除率比较正常。该部分COD的去除主要在幅流式沉淀池中，本实验采用的中间进水，周边出水的幅流式沉淀池，本设备广泛地应用于城市污水一级各种类型的工业废水处理，一般适用于大型污水处理厂。对于生物处理部分SBR反应器，主要目的是为了降解有机污染物，以COD来表示有机物污染量，从数据及图表中我们可以看到COD的去除率前期较高，到后来有稍微的降低，这是由于刚调整了工况，导致SBR运行不稳定，使得出水水质较差；后来COD的去除率继续降低，同时也说明了工况一处理效果没有污泥驯化阶段的效果好。但总的来说，COD的去除效果还是相当好的，出水水质优良，达到了一级A标。 在实验中我们发现SBR除了对降解碳源有机污染物有很好的处理效果之外，也有较好的脱氮作用，从氨氮的去除率变化曲线图中可以看出，在该工况运行稳定时，氨氮的去除率达到90%以上，基本上达到了一级A标。这说明SBR反应器运行状况良好，我们设计的曝气时间充足，同时满足了碳源污染物的去除与硝化作用。若要满足脱氮要求，在反应阶段处理COD去除，硝化反应外，还需要进行反硝化反应，这要求反应期长时间连续曝气后，应停止曝气或该为搅拌过程，使反应器进入缺氧或好氧阶段。本次实验由于时间有限，未考虑此点。我们知道活性污泥是生物处理的核心，活性污泥是微生物形成的菌胶团及一些有机物、无机物聚集而成的具有活性的物质。活性污泥不仅对污染物降解起到主要作用，其性状与组成的改变对工艺运行的好坏也有非常重要的指示作用。我们在工况运行期间，每天都对活性污泥进行生物相观察。按照一般规律，最初在系统中出现的为肉足虫类，继而出现的则是游泳型的纤毛虫，如豆形虫、肾形虫、草履虫等。当活性污泥菌胶团培育成熟、处理水质良好，此时出现的则以带柄固着型的纤毛虫为主，如钟虫、等枝虫、独缩虫、盖纤虫等。通过显微镜的镜检能够观察到原生生物，则说明处理水质较好。丝状菌是另一种指示生物，它的出现代表着污泥丝状细菌膨胀的发生。生物相观察主要关注这两种对象。经过镜检发现，每次都观察到了原生动物的出现，种类以钟虫、累枝虫、轮虫等为主，还有少量的线虫出现，表明污泥处理水质较好。而且在本次工况运行的12天内，丝状菌没有大量生长，没有出现污泥膨胀的现象。本次工况运行比较成功，出水水质较好，整个工况运行中没有发生污泥膨胀现象而且运行基本实现自动化，易于管理。下图列出了部分微生物的镜检图片：（二）工况2当第一个工况运行了12天，基本稳定后，调整工况。SBR工艺流程简单、运行费用低，其反应效率高，达到同样水质所需的曝气时间较短。反应初期溶解氧浓度低，氧转移效率高，节省曝气费用。为了更好的体现SBR的这个优点，在第二个工况中，缩短曝气时间，从每个周期曝气8h，减为6h。工况2从11月8号开始，运行到11月14号结束，为期7天。在这7天里，共测得14组数据，选择其中7组比较合理的作为有效数据，统计如下表：项目1234567COD(mg/L)进水291.00 355.00 267.56 345.00 263.00 263.00 249.00 出水29.00 80.00 30.12 62.00 70.00 70.00 58.00 去除率90.03%77.46%88.74%82.03%73.38%73.38%76.71%NH3-N(mg/L)进水130.68 63.55 50.17 53.28 59.45 43.52 34.58 出水11.88 23.65 15.87 18.33 37.05 4.76 6.84 去除率90.91%62.78%68.37%65.60%37.68%89.06%80.22%活性污泥SV30(%)17.00 3.50 13.00 10.30 5.00 13.00 14.00 MLSS(mg/L)2541.00 2590.34 2390.00 1792.00 847.00 2120.00 2257.00 SVI66.90 13.51 54.39 57.48 59.03 61.32 62.03 由图表可以看出，COD的去除率随着时间的推移在波动中缓慢的降低，与实验前期的高去除率相比有些下降，经过分析，原因可能由以下一些：首先，由工况1调整到工况2，污泥有个适应期，在这个期间，COD的去除率有些下降，但都保持较高的去除率；其次，随着实验的进行，污泥的活性越来越小，可以看出其MLSS不断减少，而总的混合液体积不变，也就是说反应器中微生物在不断地减少，这说明了该工艺的回流污泥太少，不能满足处理要求，从而直接影响了COD的去除率；再次，由于实验仪器存在一些误差，各个小组在交接的时候没有衔接的特别好，这也是原因之一。同时对于不同的COD进水负荷，可以改变其运行工艺参数来确保处理效果，但是在实际运行过程中，这是很难办到的。所以说SBR工艺的抗冲击负荷不太好。在实际处理过程中，可以通过集水池来缓与平均水质，但是在该实验中，显然不可能做的到，所以其处理效果难以保证。这也是导致工况2中COD的去除率不断波动变化的原因之一。从统计的数据来看，除了第五次去除率偏低以外，其他的都相对比较稳定，氨氮的去除率达65%以上。第五次的去除率偏低，有可能是因为数据记录有误或测量过程中操作不当造成的，属于偶然情况，这里不做讨论。从总体分析，工况2中氨氮的去除率都偏低，在70%80%左右，去除效果不及工况1好，但在培养后期去除率有所提升。我们小组讨论分析原因，得出结论如下：1、最初刚调整工况后，活性污泥的生活条件有改变，曝气量减少，污泥处于适应阶段，活性有所下降，导致氨氮的去除率有比较明显的降低。2、第五组数据很可能是记录有误或是测量过程中操作不当造成的，按照正常的运行情况，氨氮的去除率是不可能有这么低的。3、实验后期温度下降的比较厉害，使得污泥活性降低，硝化速率减慢，活性污泥中的硝酸盐的活性受到抑制，出现亚硝酸盐的累积而使脱氮率下降。4、在实验后期，我们镜检的时候观察到污泥中有少量的颤蚯蚓，这种微生物主要以污泥为食，所以导致后期MLSS减少，硝化细菌相应减少，直接影响到氨氮的去除率。本次工况的溶解氧控制在1.01.5左右，当溶解氧大于0.2mg/L时，我们认为运行处于好氧阶段，对于生物脱氮来说在低溶解氧的情况下易