芬顿BAF深度处理渗滤液试验方案

1、FentonBAF深度处理垃圾浓缩液试验方案蓝德环保科技有限公司2015.2目录FentonBAF深度处理垃圾渗滤液试验方案11.研究背景12.研究目的和意义23.研究内容24.研究现状35.工艺原理75.1Fenton氧化工艺原理7Fenton 氧化机理7Fenton 氧化反应影响因素95.2BAF工艺原理96.工艺设计186.1工艺流程186.2试验方法19Fenton氧化小试试验19FentonBAF深度处理渗滤液试验217.设备清单及经费预算237.1 Fenton小试试验237.2 Fenton-BAF 中试试验238.进度及人员安排248.1试验进度248.2人员安排24附件24附

2、件1设备采购预算表24附件2设备提资单30FentonBAF深度处理垃圾渗滤液试验方案1. 研究背景随着我国城市规模的扩大、城市人口的增加与居民生活水平的提高，我国城市生活垃圾的产量也在急剧上升。尤其是上海、广州等大城市，人均日产垃圾已超过1kg，接近工业发达国家的水平。根据我国垃圾处理“无害化、减量化、资源化”的原则，将新建一大批生活垃圾卫生填埋场。而垃圾渗滤液是否能被处理的达标排放是衡量一个填埋场是否为卫生填埋场的重要指标之一。垃圾填埋和焚烧是目前处理垃圾的主要方法。然而，垃圾渗滤液污染却是现有固体废弃物处理和未来垃圾填埋过程中不可避免的一个问题。垃圾渗滤液会对周围地下水、地表水和土壤造成

3、严重的环境污染。在利用填埋场、焚烧厂对城市生活垃圾进行处理以及全面管理的过程中，主要的工作内容之一就是对垃圾渗滤液采用合适的方法进行处理，避免对周围环境造成二次污染。渗滤液是一种成分十分复杂的废水，含有多种难降解有机成分及氨氮，具有污染物浓度高、毒性强、水质和水量波动大等特点。垃圾渗滤液常用的深度处理方法有反渗透、化学氧化、混凝沉淀、活性炭吸附等。目前国内常用的主要为纳滤/反渗透膜过滤工艺，该工艺能够达到新标准中表 2 的要求，但同时会产生约占进水总量 30% 的难以处理的浓水。采用两级 Fenton BAF 深度处理工艺能较好地避免该问题，且通过两级 FentonBAF处理后，出水水质能够得

4、到较好的保障。随着人们环境意识的提高，环境问题逐渐成为公众关注的焦点，国家顺应经济社会发展的要求，加强对水体污染的监控，颁布了生活垃圾填埋场污染物排放标准(GB16889-2008)，原有的处理工艺已不适应目前的处理要求。必须对其进行改造、扩建，以满足目前的出水要求。因此开展渗滤液的处理工艺研究工作十分必要。2. 研究目的和意义本研究的目的是寻找合适的渗滤液深度处理工艺，替代目前渗滤液深度处理中的NF、RO处理系统，以降低投资和运行成本、避免浓缩液的处理，为渗滤液处理探索新的工艺。本研究采用两级FentonBAF深度处理工艺处理MBR出水渗滤液。Fenton 在提高废水可生化性的同时很好的降低

5、色度，通过补充碳源甲醇，在反硝化（DN）BAF-氧化/硝化（C/N）BAF 中通过反硝化-硝化去除废水中的总氮和有机物，使出水满足生活垃圾填埋场污染控制标准 GB16887-2008规定的相关标准。本课题的意义是通过试验装置进行研究，研究“两级Fenton-BAF处理工艺”降解垃圾渗滤液中有机污染物的机理，研究两级FentonBAF工艺对渗滤液深度处理效果、工艺条件，从而可以以一个较低的处理成本解决垃圾渗滤液中难降解有机物去除的难题。本项目的实际工作指导意义是通过试验，将中试成果转化为实际的工程应用，解决实际工程应用中可能出现的技术问题，寻找最佳的工程运行参数，使该项技术更好的处理垃圾填埋厂垃

6、圾渗滤液，使其达到生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16887-2008)规定的相关标准。3. 研究内容本课题主要研究工作内容：（1）研究Fenton试剂对MBR出水渗滤液的去除效果，确定最佳的H2O2、Fe2+、pH、反应时间等参数；（2）通过接种污泥及运行方式的调节，对BAF系统启动方法和过程进行研究；（3）探讨BAF的硝化-反硝化反应脱除总氮和 COD 的机理和外加碳源（甲醇）投加量的确定；（4）整体运行“ Fenton-BAF工艺”，探求组合工艺的处理垃圾渗滤液的效果以及最佳运行条件。4. 研究现状垃圾填埋场填埋垃圾的种类多，垃圾渗滤液成分十分复杂。污染物虽然在填埋场内已经过生物降解，但

7、仍然存在大量难生物降解有毒有害的有机物和无机物。垃圾渗滤液的深度处理，主要是为了去除经过生化处理后的出水渗滤液中 COD、TN、重金属等污染物。其中，COD 主要成分为难降解有机物，如腐殖酸、富里酸类有机物、可吸附有机卤代物等，TN 主要成分为氨氮、亚硝氮和硝氮。重金属包括 Hg、Pb、Cd、Zn 等物质。若不采取深度处理，出水中的 COD、TN、重金属等会超出环境的承受能力，使环境受到污染并影响人类的健康，因此要对垃圾渗滤液进行深度处理。垃圾渗滤液深度处理技术包括以下一些方法：（1）反渗透技术反渗透（RO）技术是利用压力差为动力的膜分离过滤技术，膜孔径小至纳米级(1纳米=10-9米)，在一定

8、的压力下，一方面，反渗透膜对溶解性的盐等无机分子和分子量大于100的有机物起截留作用，另一方面，水分子可以自由的透过反渗透膜，从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩液严格区分开来。反渗透膜产品主要有卷式膜和碟管式反渗透膜。卷式膜组件中膜片间有网状支撑层，隔网厚度通常为2847mil，而由于格网是与膜紧挨着的，液体需靠压力从膜与格网之间挤过，所以流道的有效空间非常小，容易被污染物堵塞及产生浓差极化。所以对进水水质要求相当苛刻，必须进行复杂的预处理，使SDI小于5、悬浮物小于5mg/l，并且一旦预处理系统运行不稳定时，卷式膜就会很快堵塞，造成不断的停机清洗，影响系统运行的稳定性，另一方面，膜更换时必

9、须成卷更换，运行费用高。由于卷式膜对进水要求极其苛刻，所以卷式膜没有直接应用于渗滤液处理的可能性，但由于其填装密度高、价格便宜，有些项目将其与其它工艺相组合，作为其它工艺的后处理，比如作为MBR的后处理，MBR的膜分离采用UF膜，可以截留大部分大分子污染物，为卷式膜的应用创造了一定条件，但MBR的出水COD值通常在1000以上，远高于卷式膜的有机物浓度极限要求，同时超滤出水中仍含有大量的结垢离子，具有极高浓度的TDS，所以卷式膜的有机物污染和结垢是难以避免的。卷式膜自身的结构缺陷使得这种膜分离形式即便在具有极完善的预处理前提下仍然存在易堵塞、浓差极化的现象，膜的寿命和产水率受到严重影响。卷式R

10、O由于为传统的给水行业所设计，通常操作压力较低，膜系统的回收率也较低，拿与渗滤液净化接近的海水淡化来说，回收率通常只有4050，即便是在低电导率的情况下，卷式膜的回收率通常也要低于75，再加上卷式膜频繁的清洗，卷式膜的产水率受到严重影响，这使得渗滤液处理的浓缩液产量成倍增加，增加浓缩液处理的难度。DT膜技术即碟管式膜技术，分为DTRO（碟管式反渗透）和DTNF（碟管式纳滤）两大类，是一种专利型膜分离设备。该技术是专门针对渗滤液处理开发的它的膜组件构造与传统的卷式膜着截然不同，原液流道：碟管式膜组件具有专利的流道设计形式，采用开放式流道，料液通过入口进入压力容器中，从导流盘与外壳之间的通道流到组

11、件的另一端，在另一端法兰处，料液通过8个通道进入导流盘中，被处理的液体以最短的距离快速流经过滤膜，然后180º逆转到另一膜面，再从导流盘中心的槽口流入到下一个导流盘，从而在膜表面形成由导流盘圆周到圆中心，再到圆周，再到圆中心的双”S”形路线，浓缩液最后从进料端法兰处流出。DT组件两导流盘之间的距离为4mm，导流盘表面有一定方式排列的凸点。这种特殊的水力学设计使处理液在压力作用下流经滤膜表面遇凸点碰撞时形成湍流，增加透过速率和自清洗功能，从而有效地避免了膜堵塞和浓度极化现象，成功地延长了膜片的使用寿命；清洗时也容易将膜片上的积垢洗净，保证碟管式膜组适用于处理高浑浊度和高含砂系数的废水，

12、适应更恶劣的进水条件。透过液流道：过滤膜片由两张同心环状反渗透膜组成，膜中间夹着一层丝状支架，使通过膜片的净水可以快速流向出口。这三层环状材料的外环用超声波技术焊接，内环开口，为净水出口。渗透液在膜片中间沿丝状支架流到中心拉杆外围的透过液通道，导流盘上的O型密封圈防止原水进入透过液通道；透过液从膜片到中心的距离非常短，且对于组件内所的过滤膜片均相等。以DT膜为核心技术的DTRO工艺由于可以直接处理渗滤液，且出水标准高、系统运行稳定可靠，但是DT膜具有投资费用高，产生浓缩液处理成本高等问题。反渗透工艺因其高效性、模块化和易于自动控制等优点，应用得越来越多，但其用于渗滤液处理还存在以下问题：（1）

13、小分子量的物质的截留效率还不尽人意，例如氨、小分子的有机卤代物AOX等；（2）高浓度的有机物或无机的可沉降物容易造成膜污染或在膜表面结垢等问题；（3）由于操作压力很高（350bar）造成能耗很高；（4）反渗透浓液的处理，将其回灌到填埋场中己经不可取了，因为浓液的污染物浓度很高，是非常危险的废物，目前多采用蒸发和干燥的方法，但费用很高。（2）高级氧化法高级氧化工艺（AOPs）通常指在环境温度和压力下，通过产生具有高反应活性的羟基自由基（HO·）来氧化降解有机污染物的处理技术，包括O3氧化、Fenton氧化、光催化氧化、以及它们的组合氧化技术。高级氧化技术，产生大量高反应活性HO

14、3;，能将部分的有机物完全矿化，对废水中难以生物降解的有机污染物的也有降解能力，因而高级氧化技术在难生化降解废水处理中的应用研究越来越受到重视。应用高级氧化技术处理垃圾渗滤液、农药废水以及染料废水都已有文献报道。高级氧化工艺如O3氧化，Fenton氧化，UV/O3，UV/Fe2+，H2O2， UV/TiO2等工艺用于分解垃圾渗滤液中难降解有机物（如腐殖酸等）是高效的。在工程上，若单独使用这些工艺处理垃圾渗滤液，其成本是很高的。采用高级氧化技术提高难降解有机物的可生化性，并与价格低廉的生物处理工艺进行组合则可以将整个处理费用降低。以下综述几种常用的高级氧化技术的研究进展。1） 电化学氧化电解氧化

15、是利用阳极的直接氧化作用和溶液中的间接氧化作用。电解氧化技术通常因其对有机物和氨氮的高去除率而作为传统生化方法的深度处理技术，以去除渗滤液经生化处理后残留的氨氮及难降解有机物。2）光催化氧化光催化氧化法包括激发氧化法（如 O3/UV） 和光催化氧化法（如 TiO2/UV）。光激发氧化法主要是以 O3、H2O2、O2和空气作为氧化剂，将氧化剂的氧化作用和光辐射作用相结合可产生氧化能力很强的自由基；光催化氧化法则是在水溶液中加入一定数量的催化剂，在紫外线辐射下产生具有强氧化能力的自由基。3） 超声波氧化利用超声波氧化技术降解难降解的有机污染物是近来来发展起的一项新型水处理技术。它集高级氧化技术、焚

16、烧、超临界氧化等多种水处理技术于一身，降解条件温和，速度快，使用范围广，是一种很有发展前景的技术。超声波氧化降解有机物的原理是在超声波引起的超声空化产生的局部高温、高压环境下，水被分解产生·H 和·OH 自由基，另外，溶解在溶液中的空气（N2和 H2）也可以发生自由基裂解反应产生 N·和 O·自由基，这些自由基会进一步引发有机分子的断链、自由基的转移和氧化还原反应，从而降解有机物。4） Fenton 氧化Fenton 氧化法是一种均相催化氧化法，通过氧化和吸附混凝共同作用对污染物进行降解。氧化作用反应机理如下：H2O2+ Fe2+Fe3+ HO-+ HO

17、· Fe3+ H2O2Fe2+ H+ HO2·反应中产生的 HO·是一种氧化能力很强的自由基，反应速度快、氧化效率高，可使有机物的 C-C 键断裂并最终氧化成为 CO2和 H2O ，并把部分污染物如悬浮物、重金属等通过絮凝沉淀去除，经 Fenton 处理后废水的 COD、色度、重金属大大降低，可生化性有较好的提高。Fenton 氧化的优点使它成为众多学者研究的焦点。Fenton 氧化在垃圾渗滤液中也得到广泛的研究和应用。广东某垃圾填埋场垃圾渗滤液 SBR 处理后，难以再进一步生化降解，汪晓军等提出混凝Fenton曝气生物滤池(BAF)工艺进行深度处理，用聚铁混凝去

18、除SBR出水的悬浮性有机物，降低 Fenton 试剂的处理成本；然后采用 Fenton 试剂进行氧化处理，既降低垃圾渗滤液的 COD 值，更重要的是提高其可生化性，最后通过 BAF 工艺去除有机物，实验结果表明，在 SBR 出水 COD 为 600-800 mg/L 的情况下，最终出水的 COD低于 80 mg/L，处理成本仅为 2.6 元/t。汪晓军等将该组合工艺用于实际工程，取得良好的效果。化学氧化法可以分解这些难降解的有机物，从而提高废水的可生化降解性，其中的高级氧化技术(advanced oxidation processes，AOPs)因其能够产生极强氧化性的·OH自由基而

19、被认为是处理渗滤液的一种替代方法。而Fenton 试剂具有化学氧化和絮凝沉淀双重作用，对COD和色度均具有较好的去除效果，在处理难生物降解废水方面具有很好的应用前景。但单纯使用 Fenton 试剂处理成本较高，且对氨氮基本没有去除效果。而将该高级氧化技术和曝气生物滤池（BAF）相结合，先通过Fenton氧化去除部分有机物或将大分子有机物转化为小分子有机物， 在去除COD的同时提高了废水的可生化性；再通过处理成本低的 BAF 进一步去除COD和氨氮，在降低成本的同时，可使COD、氨氮、色度及 SS 等均有较好的去除效果。5. 工艺原理5.1混凝沉淀原理通过混凝剂和絮凝剂的投加通过混合，混凝，絮凝

20、使水中胶体和悬浮物形成可沉淀的絮体。混合：使投入的药剂迅速均匀地扩散于处理水中以创造良好的水解反应条件混凝：投加混凝剂，在一定条件下完成水解缩聚反应，使胶体分散体系脱稳和凝聚。絮凝：完成凝聚的胶体在一定水力条件下相互碰撞、聚集或投加少量絮凝剂助凝，以形成较大絮状颗粒。5.2Fenton氧化工艺原理Fenton法能够产生极强氧化性的·OH自由基，还能通过铁离子络合物的吸附混凝作用去除有机物，被认为是处理渗滤液的一种替代方法，而作为其中的一种，由于它费用低廉、操作简便而受到人们的重视。Fenton 氧化机理Fenton 试剂氧化法的主要原理是利用 Fe2+作为 H2O2催化剂，反应过程中

21、产生具有强氧化性的羟基自由基（·OH，标准电极电位为 2.80），引发和传播自由基链反应，进攻有机物分子从而破坏有机分子并将其矿化为 CO2和 H2O 等无机物质。当氧化作用完成后调节溶液 pH 在 8 左右，使整个溶液呈碱性，Fe3+在碱性的溶液中形成铁盐絮状沉淀，可将溶液中剩余有机物和重金属吸附沉淀下来，因此 Fenton 氧化法实际是集氧化和吸附混凝的高级氧化。（1）·OH 的氧化作用在 Fenton 氧化反应中，以·OH 的产生为链引发，以 HO2·、O2·、等其他自由基和反应中间体构成链的节点，自由基之间或自由基与其他物质相互作用使自

22、由基被消耗，反应链终止。Fenton 氧化反应机理主要如下：链的开始：Fe2+ H2O2Fe3+·OH + OH-链的传递：·OH + Fe2+Fe3+ OH-·OH + H2O2HO2·+ H2OFe3+ HO2·Fe2+ O2·+H-·OH + RHR + H2O 链的终止：2·OHH2O22 HO2·H2O2+ O2Fe3+ HO2·Fe2+H+ O2H+HO2·+ Fe2+Fe3+ H2O2H+HO2·+ O2·H2O2+ O2Fe2+ 2H+O2·

23、;Fe3+ H2O2·OH +R1-CH=CH-R2R1-C(OH)H=CH-R (2)Fe3+的混凝沉淀作用Fenton 氧化法不仅通过·OH 氧化作用去除有机物，还通过铁离子络合物的吸附混凝作用去除有机物。一般认为 Fenton 氧化中混凝过程起主要作用的是三价铁离子的络合物。即在 Fenton 反应中，首先反应中随着 H2O2的加入，Fe2被迅速氧化为Fe3并释放出强氧化性的·OH，生成的 Fe3与水产生水解-聚合反应，在其水解过程中部分有机污染物被 Fe3+的吸附和混凝作用得到去除。Fe3的水解形态在很大程度控制着有机污染物的混凝吸附机制。Fe3和 OH-

24、可以形成铁水络合物。Fe(H2O)63+H2OFe(H2O)5OH2+H3O+Fe(H2O)5OH2+H2OFe(H2O)4(OH)2+ H3O+当 pH 在 3-7 时，上述络合物变为：2Fe(H2O)5OH2+Fe2(H2O)8(OH)24+2H2O Fe2(H2O)8(OH)24+H2OFe2(H2O)7(OH)33+ H3O+Fe2(H2O)7(OH)33+Fe(H2O)5OH2+Fe3(H2O)10(OH)45+2H2O 可见，Fenton 反应体系中 Fe3+由自由离子态先水解成低级聚合态，随后水解成高聚合度的多核 Fe3聚合物，一部分以沉淀形式析出。此水解过程与一般铁盐的水解过程

25、类似。Fenton 氧化法所具有的这种絮凝/沉淀功能是其去除有机污染物的重要组成部分。Fenton 氧化反应影响因素根据 Fenton 氧化反应的机理可知，·OH 是氧化有机物的有效因子，而Fe2+、H2O2和 pH 值等决定·OH 的产生，决定了氧化的程度。Fenton 试剂处理废水的影响因素包括：H2O2的投加量、H2O2与 Fe2+的摩尔比、反应 pH 值、反应时间等。5.3BAF工艺原理曝气生物滤池是90年代初兴起的污水处理新工艺，已在欧美和日本等发达国家广为流行。该工艺具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷、去除AOX （有害物质）的作用，其特点是集生物氧

26、化和截留悬浮固体与一体，节省了后续沉淀池(二沉池)，其容积负荷、水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，出水水质好：运行能耗低，运行费用省。BAF属第三代生物膜反应器，不仅具有生物膜工艺技术的优势，同时也起着有效的空间过滤作用，通过使用特殊的滤料和正确的配气设计，在滤料表面和间隙附着生长的生物膜，对污水中的污染物也有生物吸附和降解作用。BAF 工艺去除有机污染物主要是通过上述两个过程实现的。而 BAF 脱氮的关键在于硝化菌主要生存于容易接受气体的滤料表面，生物膜深层中存在厌氧或缺氧的微环境，满足兼性或厌氧微生物的生存条件，因此可同时进行硝化和反硝化反应。同步硝化反硝化的形成机理，可以从物理

27、学的微环境理论和生物学的好氧反硝化菌理论两个方面加以解释。首先，微环境理论认为由于生物膜存在氧扩散的限制，使生物膜内形成溶解氧梯度，即生物膜外表面 DO较高，以好氧菌、硝化菌为主；而生物膜内部，由于氧传递受阻及外部氧被好氧菌和硝化菌等大量消耗， 形成了缺氧区，使反硝化细菌占优势。另一方面，已有微生物学家报道好氧反硝化菌的存在，其在好氧条件下可将电子传递给O2，同时通过硝酸盐还原酶将电子传递给 NO3-N。BAF工艺类型和操作方式有多种，各具特点，但其基本原理是一致的。曝气生物滤池处理污水的原理是反应器内填料上所附生物膜中微生物氧化分解作用，填料及生物膜的吸附阻留作用和沿水流方向形成的食物链分级

28、捕食作用，以及生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用。污水通过布水设备长柄滤头，连续地、均匀地透过卵石层及滤料层而到达出水堰，并流出滤池。污水流过滤料层时，有一部分污水、污染物和细菌附着在滤料表面上，微生物便在滤料表面大量繁殖，不久，形成一层充满微生物的粘膜，称为生物膜。这个起始阶段通常叫“挂膜”，是生物滤池的成熟期。生物膜是由细菌（好氧、厌氧、兼性）、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及一些肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫等组成。污水流过挂膜成熟的生物滤料时，污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附、降解，从而得到净化。生物膜表层生长的是好氧和兼性微生物，其厚度约300400m。在这里，有机污染物经微

29、生物好氧代谢而降解，终点产物是H20、CO2、NH3等。由于氧在生物膜表层已耗尽，生物膜内层的微生物处于厌氧状态。在这里，进行的是有机物的厌氧代谢，终点产物为有机酸、乙醇、醛和H2S等。由于微生物的不断繁殖，生物膜逐渐增厚，超过一定厚度后，吸附的有机物在传递到生物膜内层的微生物以前，已被代谢掉。此时，内层微生物因得不到充分的营养而进人内源代谢，失去其粘附在滤料上的性能，脱落下来随水流出滤池，滤料表面再重新长出新的生物膜。生物膜脱落的速度与有机负荷、水力负荷有关。有机物的转化深度随滤池的性能而异，对于低负荷滤池，有机物被深度转化，出水中硝酸盐含量较高，残膜呈深棕色，有些类似腐殖质，沉淀性能较好；

30、对高负荷滤池，只有在负荷率较低时，出水才含有较低的硝酸盐，残膜易腐化。BAF具有以下工艺特点：1、采用气水平行上向流，使得气水进行极好均分，防止了气泡在滤料层中凝结核气堵现象，氧的利用率高，能耗低；2、与下向流过滤相反，上向流过滤维持在整个滤池高度上提供正压条件，可以更好的避免形成沟流或短流，从而避免通过形成沟流来影响过滤工艺而形成的气阱；3、上向流形成了对工艺有好处的半柱推条件，即使采用高过滤速度和负荷，仍能保证BAF工艺的持久稳定性和有效性；4、采用气水平行上向流，使空间过滤能被更好的运用，空气能将固体物质带入滤床深处，在滤池中能得到高负荷、均匀的固体物质，从而延长了反冲洗周期，减少清洗时

31、间和清洗时用的气水量；5、滤料层对气泡的切割作用事使气泡在滤池中的停留时间延长，提高了氧的利用率；6、由于滤池极好的截污能力，使得BAF后面不需再设二次沉淀池。BAF的技术特点：1、总体投资省，包括机械设备、自控电气系统、土建和征地费；2、占地面积小，通常为常规处理工艺占地面积的1/5-1/10，厂区布置紧凑，美观；3、处理出水质量好，可达到中水水质标准或生活杂用水水质标准；4、工艺流程短，氧的传输效率高，供氧动力消耗低，处理单位污水的电耗低；5、过滤速度高，处理负荷大大高于常规处理工艺；6、抗冲击能力强，受气候、水量和水质变化影响小，特别适合于寒冷天气地区，并可间歇运行；7、可建成封闭式厂房

32、，减少臭气、噪声对周围环境的影响，视觉感官效果好；8、运行管理方便，便于维护；9、全部模块化结构，便于进行后期的改扩建。曝气生物滤池的应用范围较为广泛，其在水深度处理、微污染源水处理、难降解有机物处理、低温污水的硝化、低温微污染水处理中都有很好的、甚至不可替代的功能。曝气生物滤池的微生物膜：1、曝气生物滤池的微生物膜的形成过程在微生物膜净化污水过程中，关键是要培养好生物膜，生物膜是由细菌（好氧、兼氧、厌氧）、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及一些肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫等组成。微生物细胞在其生存条件满足的情况下，才能进行新陈代谢并增殖，可以在载体生物滤料的表面附着生长和繁殖，由细胞内向外伸展

33、的胞外多聚物使微生物细胞形成纤维状的缠结结构，并将微生物膜紧紧地结合在一起，该结构称为微生物膜。所以微生物膜是由固定在其附着生长载体上的并经常镶嵌在有机多聚物结构中的细胞组成。微生物膜主要由微生物细胞和它们所产生的胞外多聚物所组成，因而微生物膜通常具有孔状结构，并具有很强的吸附能力。当然，微生物膜通常还含有大量被吸附和镶嵌于其内的有机物和无机颗粒，因此微生物膜是由有生命的细胞和无生命的无机物所组成的结构。微生物在载体表面获得一个相对稳定的生存环境，它将利用周围环境所提供的其生存所需营养物质不断进行新陈代谢，不断繁殖，逐渐形成成熟的微生物膜。生物膜是由微生物细胞组成的复杂混合物的微生态系统，细胞

34、镶嵌在胞外聚合物的基质中，并且附着在固体表面。生物膜发育形成而条件和时间序列大致为：（1）存在着可用于聚居的固体表面；（2）一种有机分子膜快速形成；（3）聚结的细胞松散的附着；（4）聚居的细菌牢固的附着；（5）微生物群落形成，产生胞外聚合物；（6）群落向上和向外扩展，形成规则和不规则结构；（7）生物膜成熟，新的菌种进入生物膜并生长，有机和无机碎片被结合，并且溶液度形成，导致了生物膜空间的异相结构；（8）生物膜可能被吞噬细菌的原生动物捕食；（9）成熟的生物膜正常脱落，使这种循环交替的重复进行；（10）形成一种顶级群落。二 曝气生物滤池微生物膜的工作机理曝气生物滤池是属于膜法生物处理工艺，微生物附

35、着在载体表面，污水在流经载体表面时，通过有机营养物质的吸附、氧向生物膜内部的扩散以及生物膜中所发生的生物氧化等作用，微生物通过利用水中的污染物质作为底物完成自身的新陈代谢，从而对污染物质进行氧化分解，使污水得以净化。生物膜附着在载体表面，是高度亲水的物质，在污水不断流动的条件下，在其外侧总是存在这一层附着液膜（附着水层）。生物膜又是微生物高度密集的物质，在膜的表面上和一定深度的内部生长繁殖大量的各种类型的微生物和微型动物，并形成有机污染物细菌原生动物（后生动物）的食物链。污水在流过载体表面的过程中，污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附，并通过溶解氧向生物膜内部的扩散，在膜中发生生物氧化等作

36、用，从而完成对有机污染物的分解。扩散过程是必须考虑的因素，污染物、溶解氧（DO）及各种必需的营养物质首先经过液相扩散到生物膜表面，进而渗透到生物膜内部，只有扩散到生物膜表面或内部的污染物才能有机会被生物膜微生物所分解与转化，最终形成各种代谢产物。生物膜的吸附作用主要是由于在生物膜的表面附着一层薄薄的水层，水中的有机物被生物膜所氧化（其浓度要比滤池进水中有机物的浓度低很多），当废水在滤料表面流动时，有机物就会从运动着的废水中转移到附着在生物膜表面的水中去，被生物膜所吸附。空气中的氧通过水层而进入生物膜。生物膜上的微生物在氧的参与作用下对有机物进行分解和机体的新陈代谢，产生了包括二氧化碳等无机物，

37、它们又沿着相反的方向，即从生物膜经过附着水层排到流动着的废水及空气中去。生物滤池中废水的净化过程是很复杂的，它包括废水中复杂的传质过程。生物膜表层生长的是好氧和兼氧微生物，有机污染物经微生物好氧代谢而降解，终点产物是H2O、CO2、NH3等。由于氧在生物膜表层已耗尽，而在好氧层深部由于扩散作用制约了溶解氧的渗透而形成厌氧区，使生物膜内层的微生物处于厌氧状态，在这里，进行的是有机物的厌氧代谢，终点产物为有机酸、乙醇、醛、和H2S等。由于微生物的不断繁殖，生物膜逐渐增厚，超过一定厚度后，吸附的有机物在传递到生物膜内层的微生物以前，已经被代谢掉。当厌氧层还不够厚时，它与好氧层保持着一种平衡稳定的关系

38、，好氧层能够保持良好的净化功能。当厌氧层逐渐加厚时，其内层微生物因得不到充分的营养物质而进入内源代谢，这些代谢产物向外逸出时，必然要透过好氧层，从而破坏了好氧层生态系统的稳定性。同时厌氧层气态代谢产物的不断逸出又减弱了生物膜在载体上的固着力，促进了生物膜的脱落，失去其黏附在载体上的性能，脱落下来随水流出滤池，老化的生物膜脱落后，载体表面又可重新吸附、生长、增厚生物膜，载体表面再重新生长出新的活性生物膜，直至重新脱落。从吸附到脱落，完成一个生长周期，生物膜的周期更新，是维持生物膜净化功能的重要因素。在正常运行情况下，整个曝气生物滤池的生物膜各个部分总是交替脱落的，系统内活性生物膜数量相对稳定。膜

39、厚300400m，净化效果良好。过厚的生物膜并不能增大底物利用速度，却可能造成堵塞，影响正常物质传递和通风。因此，当废水浓度较大时，生物膜增长过快，水流的冲刷力也应加大，如依靠原废水不能保证其冲刷能力时，可以采用周期性对滤池进行反冲洗，从而维持合适的膜厚度和良好的生物膜活性。 三曝气生物滤池中的指示微生物 曝气生物滤池的微生物膜中的生物分类为生物膜生物、中间型生物膜生物、非微生物膜生物、生物膜清扫生物等，这些生物的多少可成为表示滤池维护的好坏、处理水水质是否良好的指标。曝气生物滤池滤床清扫微生物是指抑制生物膜的过度增长中起作用的轮虫类、线虫类、寡毛虫类、昆虫类等。原生动物主要为纤毛虫类,其中出

40、现频率最多的是固着型纤毛虫类，有钟虫、累枝虫和盖虫；其次是游泳型纤毛虫，有草履虫(主要在进水时出现)、肾形虫和漫游虫。另外，生物膜中也有少量的绿眼虫和变形虫。生物膜中出现的后生动物有线虫类、轮虫类、甲壳虫类等，甲壳虫动物主要为水蚤类。原生动物和后生动物的作用：原生动物可直接利用水中有机物质，对水中有机物的净化起一定的积极作用，更主要的是原生动物是以吃细菌为主，而后生生物是以细菌、小的原生动物和有机颗粒等为食物，从而形成食物链和不同营养级的消费者生物，与曝气生物滤池内的水处理环境中形成一个生态系统。在好氧层由于原生动物、后生动物的活动可软化生物膜,促使生物膜松动、脱落，并提高氧转移率,从而能使生

41、物膜经常保持活性和良好的净化功能。 曝气生物滤池运行过程中的指标性微生物叙述如下：（1） 高负荷的生物膜 真菌类显著增加，纤毛虫类在绝大多数情况下消失，可见到屋滴虫属、波豆虫属、尾波虫属等鞭毛虫类。此时处理水水质较差。（2） 处理水水质恶劣时的生物膜 在高负荷的生物膜中已经介绍过的鞭毛虫类和草履虫属、豆形虫属、裸口虫属、瞬目虫属等游泳性生物增多。（3） 负荷适当、处理水水质良好的生物膜 此时会出现独缩虫类、聚缩虫属、累枝虫属、集益虫属等大的群体，而且钟虫也增多。（4） 低负荷的生物膜 除了可以看到（3）中所提到的生物外，还可观察到盾纤虫属、尖毛虫属、表壳虫属、鳞壳虫属等。这些生物多时处理水的B

42、OD会较低。（5） 快速更新的生物膜 轮虫类、线虫类、寡毛虫类、昆虫类等多的时候，厌氧性层减少，不会引起生物膜肥厚，而且膜的脱落量也少。（6） 厌氧性层厚的生物膜 厌氧层厚的生物膜中会出现扭头虫属、新态虫属、贝日阿托菌属等。当出现这些生物时，生物膜会出现恶臭。四影响生物膜法的主要因素在生物膜法中，污水中有机污染物的降解主要是依靠附着生长的微生物的生物氧化作用。因此，凡影响微生物生长代谢活动的因素就会影响到生物处理的净化效果。影响微生物在载体，表面附着、生长的因素很多，归纳为三类，即微生物的自身性质（种类、培养条件、浓度、活性等）、载体表面性质（表面亲水性、表面负荷、表面化学组成、表面粗糙度等）

43、以及环境条件（pH、离子强度、水流剪切力、温度等）。对于曝气生物滤池工艺而言，采用轻质生物滤料作为载体后，在微生物调试过程中，主要是为微生物在载体表面的附着、生长、繁殖，提供良好的环境条件。曝气生物滤池净化有机污染物的过程是由附着生长在载体表面的微生物来完成的，而这些微生物又都生活在各自形成的特定环境中，与环境条件关系极为密切，曝气生物滤池能否高效运行，取决于影响反应器运行的主要因素，在工程中就是设法为微生物创造适宜的生活环境。影响生物膜活性的最主要因素包括：进水底物浓度、营养物质、溶解氧、酸碱度、温度、毒性抑制、负荷等。 温度温度是影响微生物正常代谢的重要因素之一。任何一种微生物都有一个最佳

44、的生长温度，在一定的温度范围内，大多数微生物的新陈代谢活动都会随纬度的升高而增强，随温度的下降而减弱。微生物降解有机物也是随着温度升高而速度加快的，好氧微生物的适宜温度范围是 1535。温度低于15，菌的活性明显下降，而高于35时，菌的活性也受到抑制，处理效果明显降低。 原水pH值微生物的生长、繁殖与PH值有着密切关系，对好氧微生物来说，PH在7.08.5之间较为适宜。细菌经驯化后对PH的适应范围可进一步提高。微生物对PH值的波动十分敏感，即使在其生长PH值范围内，PH值的突然改变也会引起细菌活性的明显下降，这是由于细菌对PH值改变的适应慢，因此应尽量避免污水PH值突然变化。 曝气量和水中的溶

45、解氧（DO）溶解氧是生物处理的一个重要控制因素。在污水的好氧生物处理中，微生物以好氧菌为主，曝气生物滤池从外部供给氧，由于生物膜中存在溶解氧的传递阻力，如果溶解氧不足，好氧微生物由于得不到充足的氧，正常的生长规律受到影响，甚至被破坏。轻则好氧微生物的活性受到影响，新陈代谢能力降低。这样正常的生化反应过程将受到影响，废水中的有机物质的氧化不能彻底进行，处理效果下降，曝气生物滤池中的生物膜恶化变质，发黑发臭，出水水质下降。 有机负荷及水力负荷 水力负荷（水力负荷是指单位面积滤池或单位体积滤料每天流过的废水量）的大小直接影响到生物膜法的净化效果。水力负荷表征曝气生物滤池内处理水与的接触时间和水流的冲

46、刷能力。水力负荷太大，接触时间短，净化效果差，水力负荷太小，滤料不能完全利用，冲刷作用小。在滤池高度不变的前提下，水力负荷的大小直接关系到污水在曝气生物滤池中与生物膜的接触时间的长短。水力负荷愈小，污水与生物膜接触时间愈长，处理效果愈好；反之亦然。水力负荷的本质是指有机负荷（有机负荷系指每天供给单位体积滤料的有机物量）对净化效果的影响。 有毒物质 有些废水中存在着对微生物具有抑制和毒害作用的化学物质，这类物质被称为有毒物质。如重金属离子、氰等。毒物对微生物的毒害作用，主要表现在细胞的正常结构遭受到破坏以及菌体内的酶变质，并失去活性。如重金属离子（铅、铁、铜、锌等）能与细胞内的蛋白质结合，使它变

47、质，导致酶失去活性。 因此，在废水的生物处理中，对这些有毒物质应严加控制。不过，它们对微生物的毒害和抑制作用只有当达到一定的浓度时，这个作用才显示出来，只要在允许的浓度范围内，微生物还是可以承受的。如铜化合物：1mg/L ，锌化合物：5mg/L 等。 营养物质 污水处理中所谓的营养物质是指能为微生物所氧化、分解、利用的那些物质，包括著称细胞的各种元素和产生能量的物质。微生物细胞主要是由C、H、O、N、P、S所组成，另外还有钠、钙、钾、铁以及锰、铜、钴、镍等。曝气生物滤池反应器处理污水时，生物膜微生物以污水中所含有的物质作为营养物质，为使得曝气生物滤池正常运行，污水中所含的营养物质应比例适当，其

48、所需要的主要营养物质比例为：BOD：N：P100 :5 :1。生活污水中的营养物质全面而且均衡，一般不需要额外投加，但对于某些工厂污水，成分单一，能为微生物所利用的营养成分比例不当，则应根据实际情况，按比例投加营养物质。 由于微生物种类多，代谢类型多样，因此可以通过筛选、驯化等来优选适合于所处理污水中各种有机污染物的微生物，达到净化污水的目的。 进水底物浓度 在曝气生物滤池处理污水的过程中，由于污水中有机物组分是生物膜微生物食物与能源的主要来源，因而污水流量及其中的有机物含量就是影响曝气生物滤池性能的重要因素之一。污水中有机物浓度在长时间或短时间内的改变均可导致微生物生长形式的改变，结果必然会

49、影响到处理水的水质和处理效率。6. 工艺设计6.1工艺流程FentonBAF深度处理超滤出水渗滤液工艺流程如下图所示。根据相关资料，先采用一级FentonBAF工艺流程进行试验，根据试验效果再考虑是否启动二级系统。超滤出水进入原水调节池，后续主要经过Fenton氧化处理系统和BAF处理系统。芬顿氧化处理系统主要包括：pH调节池、芬顿氧化池、中和沉淀池及酸、碱、H2O2、FeSO4加药罐；系统设有搅拌系统进行均匀搅拌；系统可以有效的氧化分解有机物，可提高废水的可生化性。BAF处理系统主要是进行TN、SS的去除，包括反硝化BAF(DN)和氧化硝化BAF（C/N），系统设有布水区、填料区，设有进水、

50、出水、溢流和反冲洗系统，反冲洗采用“气洗 气水同时反洗 水漂洗”三步。废水进入Fenton氧化处理系统中的pH调节池，进行pH值调节，用稀硫酸调节pH为34；然后进入芬顿氧化池，加入芬顿试剂进行氧化，主要去除COD和NH3-N，出水进入中和沉淀池，加碱液进行中和至中性，然后再沉淀；中和沉淀池采用2个池子交替运行方式，以达到良好的沉淀效果。中和沉淀池出水进入BAF的反硝化段，将BAF的硝化段回流的硝化液反硝化脱氮，还需要补充一定的碳源；出水进入BAF的硝化段进行氧化和硝化反应，部分进行回流，出水进入清水池，达标排放。混凝系统图 FentBAF系统回流反洗加药罐/稀硫酸BAFDN 缓冲池氧化系统超

51、滤出水 清水池混凝絮凝池加药罐/H2O2PH调节池加药罐/FeSO4加药罐/碳源 加药罐/NaOH芬顿氧化池 沉淀池上清液BAF C/N一级FentonBAF 深度处理渗滤液工艺流程图6.2试验方法 本试验采用三个步骤：第一阶段先进行混凝、芬顿氧化系统的小试试验（烧杯试验），考察不同的反应条件对处理效果的影响，进而确定混凝沉淀、芬顿氧化最优的工艺参数；第二阶段是在第一阶段的基础上，在最优的工艺参数下进行连续性的中试试验，包括芬顿氧化系统和BAF处理系统，以检验系统的整体处理效果；第三阶段是在第二阶段的基础上，进行两级芬顿BAF系统处理，以检验系统的整体处理效果。Fenton氧化小试试验1、试验

52、步骤通过烧杯实验，统计出混凝沉淀PAM、PAC的投加量，反应时间，对于COD的去除率，确定最佳的工艺条件。芬顿氧化小试试验采用单因素设计，在室温条件下，分别考察pH、反应时间、双氧水投加量、n（FeSO4·7H2O）/n (H2O2)对COD去除率，确定最佳的工艺条件。（1）、不同pH值对处理效果的影响用量筒取废水 250 mL 分别置于500 mL 烧杯中，用质量分数为98%的 H2SO4和质量分数为 30%的NaOH分别将pH调为：2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、CK（对照，自然pH值），再向溶液中依次加入4g的硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）和30%双

53、氧水1.5mL，急剧搅拌 3 min 进行充分混合，静置1h，用30%NaOH调节pH至78，30min后取上清液进行COD测定并计算去除率。注：Ø 双氧水投加量计算：根据原废水COD浓度，按照m H2O2/m COD=1.0添加。假设废水COD=1000mg/L，水温为20，则投加30%的H2O2 体积V为：式中：1.11g/mL20时双氧水的密度； 1.0双氧水与COD质量比。Ø 硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）投加量计算：按照n（FeSO4·7H2O）/n (H2O2)=1.0添加。n (H2O2)=1.11g/mL×30%×1

54、.5mL/34 g /mol =0.0147mol=14.7mmol；m(FeSO4·7H2O)= 14.7mmol×278.03 g /mol/1000/0.98=4.17g，按照4g投加。式中：0.98FeSO4·7H2O 的纯度。（4）、不同反应时间对处理效果的影响用量筒取废水 250 mL 分别置于500 mL 烧杯中，用质量分数为98%的 H2SO4和质量分数为30%的NaOH将pH调为最佳条件（COD最大去除率对应pH），再向溶液中依次加入1.4g的硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）和30%双氧水0.5mL，急剧搅拌 3 min 进行充分混合，

55、反应时间分别为30min、1h、2h、3h、4h，用30% NaOH调节pH至7.5，30min后取上清液进行COD测定并计算去除率。（2）、不同双氧水投加量对处理效果的影响用量筒取废水 250 mL 分别置于500 mL 烧杯中，用质量分数为98%的 H2SO4和质量分数为30%的NaOH将pH调为4，再向溶液中依次加入0.7g、1.4g、2.8g、4.2g、5.6g的硫酸亚铁（FeSO4·7H2O），30%双氧水分别为0.25、0.5mL、1.0mL、1.5mL、2mL，急剧搅拌 3 min 进行充分混合，放置1h，用30% NaOH调节pH至7.5左右，30min后取上清液进行

56、COD测定并计算去除率。（按照COD为1158mg/L，m H2O2/m COD=1.0，需要H2O2 为0.9mL；对应的FeSO4·7H2O投加量分别为0.7g、1.4g、2.8g、4.2g、5.6g）（3）、n（FeSO4·7H2O）/n (H2O2)对处理效果的影响用量筒取废水 250 mL 分别置于500 mL 烧杯中，用质量分数为98%的 H2SO4和质量分数为30%的NaOH将pH调为最佳条件，在最佳双氧水投加量条件下，分别按照n（FeSO4·7H2O）/ n(H2O2) =0.25、0.5、1.0、2.0、5.0，投加FeSO4·7H2O

57、（分别为0.35、0.7、1.4、2.8、7.0g），急剧搅拌 3 min 进行充分混合，在最佳反应时间后，用30% NaOH调节pH至7.5左右，30min后取上清液进行COD测定并计算去除率。硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）投加量计算方法同上。（5）、最佳条件下对污染物的去除率用量筒取废水 250 mL 分别置于500 mL 烧杯中，用质量分数为98%的 H2SO4和质量分数为30%的NaOH将pH调为最佳条件，在最佳双氧水、硫酸亚铁投加量条件下，急剧搅拌 3 min 进行充分混合，在最佳反应时间后，用30% NaOH调节pH至78，30min后取上清液进行COD、NH3-N、T

58、N、SS测定，计算COD、NH3-N、TN、SS的去除率。补充：1) 添加PAM效果试验：比较添加PAM和不添加PAM沉淀效果；2) 比较先调节pH值到4与不调pH到4的去除效果。2、分析方法COD：重铬酸钾法；pH：pH酸度计。FentonBAF深度处理渗滤液试验1、工艺说明本试验设计处理量为：Q=4.8m3/d。混凝沉淀设为3个池体合建。混凝池、絮池、沉淀池尺寸为：0.6×0.9×1.2m；有效容积分别为：0.1、0.1、0.2m3；采用机械搅拌方式进行搅拌。pH调节池和中和池采用便携式pH仪进行手动pH调节。中和池出水进入沉淀池进行沉淀1h，然后进入中间水池。Fenton系统设有5个加药罐，分别添加：浓硫酸、碱液、硫酸亚铁溶液、双氧水、PAM、甲醇。采用40L PE加