基于abr-高负荷生物滤池污水处理工艺调试运行分析 67页

'天津大学硕士学位论文ABR-高负荷生物滤池污水处理工艺调试运行分析姓名：王启童申请学位级别：硕士专业：市政工程指导教师：季民20070601 中文摘要本文对厌氧水解(ABR)．曝气充氧．高负荷生物滤池污水处理工艺在我国北方某污水处理厂中的的调试与运行情况进行分析。该污水处理厂自2006年5月开始运行，经过3个月的调试，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918．2002)二级标准，一期工程竣工验收合格。在6个月的连续运行期问没有排除剩余污泥。实践表明，在正常进水水质情况下，该工艺具有处理效果稳定、出水水质好、基建投资省、运行费用低、抗冲击负荷能力强、污泥产量少等优点，对低浓度污水也有良好的处理效果，是一种适合中小城镇的经济实用的处理工艺。针对污水处理厂在10．11月份运行效果不理想的情况，在实验室进行了小试，采用弹性填料生物接触氧化法处理污水厂的污水。试验分为2个阶段，第一阶段，水力停留时间为1"-"4h，均难以使出水达标。经调查发现有大量农排渠盐碱水误接入污水管道中，造成污水水质的变化，可生化性很差(BODs／COD嚣<0．15～0．1)。调整管道后，试验进入第二阶段，这时进水才符合典型城镇污水的特征。水力停留时间为l""4h，均能使污水中的COD盯从120"--"150mg／L，降低到70mg／L左右；BOD5从40"--"60mg／L，降低到10～20mg／L；氨氮从30一-40mg／L，降低到20mg／L以下。在现有的条件下，根据试验结果，建议将曝气池改造为弹性填料生物接触氧化池，会对污水厂处理系统有较大的强化作用。关键词：城镇污水厌氧水解高负荷生物滤池生物接触氧化 ABSTRACT’111epaperanalysesthecommissionandoperationofcombinedanaerobicbaffledreactor(ABR)一aeration-hi曲ratetricklingfilterprocessesusedforamunicipalwastewatertreatmentplantinthenorthofChina．TheplanthadrunsinceMaM2006．Aftercommissionfor3months．effluentreachedGrade2of“Dischargestandardofpollutantsformunicipalwastewatertreatmentplant"’(GB18918-2002)．PhaseIprojectcheckWasuptograde．Nowastesludgewasdischargedduringcontinuousoperationfor6months．Thepracticaloperationshowsthatthecombinedprocesseshavemanyadvantagesunderthenormalinffluentcondations，suchasstabletreatmentperformance，goodeffluentquality,lowcivilengineeringcost,lowoperationcost，goodtoleranceforshockloading，alittlesludgeproductionere．neyhavegoodtreatmenteffectforlowstrengthwastewateraswell．Theprocessesarecost-effectiveformunicipalwastewatertreatmentplantinsmalltown．．TheperformanceofthewastewatertreatmentplantwasnotperfectduringOctoberandNovember,andlaboratorytestwascarriedout．Elasticfillerbiologicalcontactoxidationmethodwasusedtotreatwastewaterfromtheplant．Thetestwasdividedinto2phases．Inthefnstphase，itWasdifficulttoreacheffluentstandardduringhydraulicresidencetimerangedfromlhto4h．Byinvestigation，itWasfoundthatmuchriverwaterofalkalinesoilfromagriculturaldrainagetrenchflowedintowastewaterpipelinesbymistake，andchangedqualityofthewastewater,andbiodegradabilityWasverybad(BODs／CODer<0．15,～0．1)．ThetestWasturnedtothesecondphaseafteradjustingpipelines．Influentaccordedwithcharacteristicsofrepresentativemunicipalwastewateratthetime．Duringhydraulicresidencetimerangedfromlhto4h，CODcffellfrom120--,150mg／Lto70mg／Lorso，BOD5from40--。60mg／LtolO～20mg／L，ammonianitrogenfrom30"--40mg／Lto20mg，Lbelow．Undertheexistingconditions，itissuggestedthataerationtankshouldbemodifiedtOelasticfillerbiologicalcontactoxidationtankaccordingtotheexperimentresults．Itwouldhavearatherbigreinforcementeffectforthetreatmentsystemoftheplant．KEYWoRDS：municipalwastewater,ABR,highratetricklingfilter，biologicalcontactoxidation． 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和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得丕鲞盘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了谢意。学位论文作者签名：童稿重签字日期：≥哆年矿多月／孑曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解叁鲞盘鲎．有关保留、使用学位论文的规定。特授权叁盗盘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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：多后专导师签名：签字同期：z唧年口／月胗日签字日期：一，唧日l 第一章绪论1．1城镇污水处理技术综述进入20世纪80年代，我国国民经济飞速发展，城市建设进程加快，其主要表现在城镇规模的不断扩大和城市经济建设的迅猛发展。城镇规模的扩大使得城镇人口越来越多，城镇经济的发展会使城镇内的工业企业规模扩大、数量增加，污水的排放量逐年增加，由此带来的我国城镇的环境问题已刻不容缓。据预测，随着我国中小城镇的快速发展，城镇排污量将成倍增长，至U2010年可能要增加到300亿吨。可见，虽然单个中小城镇排放的污水量无法与大城市相比，但是我国中小城镇数量众多，其排放总量相当可观。而且中小城镇布局分散，每个中小城镇排放的污水都影响到当地的城市和自然环境，必须对中小城镇的污水进行控制才能实现可持续发展目标【1J。为控制我国的水污染，促进城市污水处理设施建设及相关产业的发展，建设部、国家环保总局、科技部等单位，根据《中华人民共和国水污染防治法》、《中华人民共和国城市规划法》、《国务院关于环境若干问题的决定》，制定了《城市污水处理及污染防治技术政策》，提出2010年全国设市城市和建制镇的污水平均处理率不低于50％，设市城市污水处理率不低于60％，重点城市的污水处理率不低于70％MJ。要实现上述目标，就必然要加大污水处理的力度。1．1．1中小城镇污水处理工艺应具有的特点(1)处理效果好，并具有较强的抗冲击负荷的能力；(2)经济节能，基建投资和运行费用低；(3)处理工艺成熟可靠，简便易行；(4)维护管理方便，利用当地技术和管理就能正常运行：(5)应具有能方便地改变其处理流程的能力。另外，还应结合中小城镇附近有可利用的农田，可进行污水灌溉和污泥用作农肥等便利条件，在污水处理工艺的选择上将污水处理与利用相结合，与保护和改善当地的生态环境和水环境相结合，以实现中小城镇区域性的生态环境和水资源的良性循环【31。1．1．2中小城镇污水处理常用工艺介绍(1)SBRSBR法早在20世纪初已开发，由于人工管理繁琐未予推广。此法集进水、曝 第一章绪论气、沉淀、出水在一座池子中完成，常由四个或三个池子构成一组，轮流运转，一池一池地间歇运行，故称序批式活性污泥法。这种工艺的特点是工艺简单，由于只有一个反应池，不需二沉池、回流污泥及设备，一般情况下不设调节池，多数情况下可省去初沉池，故节省土地和投资，耐冲击负荷且运行方式灵活，可以从时间上安排曝气、缺氧和厌氧的不同状态，实现除磷脱氮的目的。但因为每个池子都需要设曝气和输配水系统，采用滗水器及控制系统，间歇排水水头损失大，池容的利用率不理想，所以在这些方面还有待研究和改进。SBR_T艺由于具有一体化工艺的特点，易于实现设备的集成化和自动化。SBR_I艺的发展与推广应用，与目前城市污水处理厂的建设朝中小型化和分散化的方向发展密切相关。目前我国随着城镇化发展的不断涌现的众多中小城镇，其污水的收集与排放具有明显的分散和小型化的特点：此外，自20世纪90年代中期以来，我国年排放的城市污水中，生活污水的比重已超过工业废水，水环境治理的主要任务已在严格控制工业废水排放和有机污染的同时，十分强调水体富营养化的控制，废水中氮、磷的控制已成为选择废水处理工艺必须考虑的问题。由此SBR作为一种适用于中小规模处理和具有良好脱氮除磷效果的废水处理工艺便应运而生【4J。(2)氧化沟氧化沟法工艺技术是于1950年由荷兰卫生公共研究所研究成功并在荷兰发展起来的。1954年荷兰建成了世界上第l座氧化沟污水处理厂，原型为一个环状跑道式的斜坡池壁的间歇运行反应池(白天用作曝气池，．晚上用作沉淀池)，曾获得惊人的成功，生化需氧量去除率可达97％，引起了世界各国的广泛兴趣和关注。经过50年的使用、研究开发和改进，氧化沟系统在池形、结构、运行方式、曝气装置、处理规模、适用范围方面都得到了长足的发展，被世界各国广泛采用。氧化沟法工艺既能处理城镇生活污水又能处理工业废水，目前被大多数综合污水处理厂采用，虽然一次性投资较大，但是易于运行控制，运行费用低，操作简单，耐冲击负荷能力强，出水水质稳定，综合成本偏低【5】。(3)UNIn州KUNITANK工艺是在SBR的基础上改进提出的一体化污水处理工艺。它吸收了SBR的优点，将污水连续式生化处理和问歇式生化处理结合起来。UNITANK系统的主体是一个被分成左、中、右三个单元的矩形反应池，三池之间水力相通，每个池都设有曝气系统。外侧的两格池都设有固定的出水堰，污水可以进入三池中的任一个，当其中两个池用来曝气时，另一个池用来沉淀。系统采用连续进水的运行方式，通过对系统运行的调整可实现对处理过程及时间的控制。UNITANK技术中各处理单元设计紧凑，可加大处理构筑物的竖向高度来缩小整个工厂的占2 第一章绪论地面积，每立方米占地0．3"-0．6m2，单位面积污水处理能力要比传统氧化沟工艺高25％"--80％。系统不需要设置调节池、单独的二次沉淀池、外部污泥收集、回流系统，减少了一次性投资。污泥体积低、易于沉淀，并且可以通过脱氮除磷过程抑制丝状菌的生长，减少了污泥膨胀，从而减少了污泥处理的费用。由于UNI"州K技术采用了自动控制系统，便于操作和管理，从而减少专业工作人员的数量，吨水的处理费用也低于国内普遍水平。UNITANK技术因其集经济性、科学性和实用性于一体，在未来的中小城镇污水处理工艺的发展和应用领域中将占有重要的地位【1】。·(4)AB法AB法污水处理工艺，系吸附．生物降解(Adsorption．Biodegration)工艺的简称。是德国亚琛工业大学宾克(Bolmke)教授于20世纪70年代中期开创的。AB法污水处理工艺于20世纪80年代初开始在我国应用于工程实践。由于其具有抗冲击负荷能力强，对pH值变化和有毒物质具有明显缓冲作用的特点，故主要应用于污水浓度高，水质水量变化较大，特别是工业污水所占比例较高的城镇污水处理厂【61。(5)C／B法C／B法是由强化絮凝和曝气生物滤池集成，是由C段和B段组成，两段可以分段建设，独立运行，可以根据建厂的情况灵活掌握。C段为化学、生物强化絮凝阶段。大量试验与运行结果表明，强化絮凝处理工艺可以显著去除城镇污水中的各种有毒有害污染物，对悬浮物、重金属、磷等的去除率达90％以上。C段用化学药剂和活性污泥絮凝去除大于l肛m的悬浮物，其COD盯去除率达到60％～70％，并可显著提高其可生化性。反应池中污泥浓度高，这一方面可以提高化学药剂的利用率，另一方面可以加快絮状物的形成，并形成污泥层，改善分散性悬浮物和磷酸盐的沉降去除效果。因此C段与化学强化工艺相比，运行费用更低，固液分离效果更好。B段的核心是曝气生物滤池(BAF)，实际上是生物膜工艺的新进展。微生物附着在比表面积很大的填料上，污泥停留时间长、容积负荷高、水力停留时问短、能够承受日常突发的冲击负荷。此外，BAF可以截留大量的悬浮物，不需要固液分离，省去了二沉池，降低了投资费用。据德[]PhilippMuller公司的资料，BAF(曝气生物滤池)处理城镇污水与传统的活性污泥法相比，可节省占地75％以上，投资费用降低25％以上，运行费用也降低了20％左右川。(6)人工湿地处理系统人工湿地净化污水始于1953年德国MaPlanck研究所，该研究所的Seidel博士在研究中发现芦苇能去除大量有机和无机物。20世纪60年代末Seidel与Kickuth合 第一章绪论作并l刍Kickuth于1972年提出根区理论嗍，掀起人工湿地的熟潮。人工湿地是近20年发展起来的一种废水处理新技术，它主要由人工基质填料和水生植物组成，目前对人工湿地处理污水的机理已经取得了基本一致的认识：利用系统中基质+水生植物+微生物的物理、化学、生物的三重协同作用，通过基质过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化。人工湿地处理系统具有“一高三低一不”的特点，即高效率、低投资、低运行费用、低维持技术和基本不用电，这对于节省资金、保护水环境以及进行有效的生态恢复具有十分重要的现实意义，因此越来越受到世界各国的重视和关注。我国经济发展水平不高，能源短缺，中小城市和乡村严重缺乏具有一定操作技术及管理水平的人员，因此人工湿地处理污水技术尤其适合我国国情【9】。(7)厌氧水解．高负荷生物滤池进粗细沉砂厌氧高负荷生二沉出◆——■●——■-—■—◆水格栅池水解物滤池池水图1．1厌氧水解．高负荷生物滤池工艺流程图厌氧水解一高负荷生物滤池组合工艺采用厌氧水解滤池取代传统的初沉池作为预处理工艺，在传统高负荷生物滤池的基础上对其进行改造，保留了该方法高负荷、高效率的优点。与广泛运用的活性污泥法处理系统相比，该工艺可节约基建投资20％，节约能耗50％以上，同时还具有流程简单、管理方便、耐冲击负荷、剩余污泥少等特剧Ⅻ。(8)蚯蚓生态滤池蚯蚓生态滤池利用在滤床中建立的人工生态系统，对所处理城镇污水中含有的各种形态的污染物质通过蚯蚓和其他微生物的协同作用进行最为经济合理的处理和转化。以蚯蚓为代表的微型动物在该系统中集多种功能于一身：①对污水和污泥进行分解和吸收；②对滤床起清扫作用，防止堵塞：③蚯蚓粪便可以滤除污染物，提高处理效率；④清除蚊蝇孳生，改善卫生条件；⑤在滤床中增殖的蚯蚓又可作为家禽饲料。因此，通过该人工生态系统的合理设计，既可高效、低能耗地去除城镇污水中的污染物质，又可避免剩余污泥等二次污染物的产生，是一种全新概念的污水处理工艺。近年来，该工艺已在法国、智利和中国上海成功地进行了中型试验和生产性规模的应用【11】。(9)生态塘4 第一章绪论生态塘是以太阳能为初始能源，通过在塘中种植水生作物，进行水产和水禽养殖，形成人工生态系统。在太阳能的推动下，通过生态塘中多条食物链的物质迁移、转化和能量的逐级传递、转化，将进入塘中的有机物和营养物进行降解和转化。最后不仅去除污染，而且以水生作物、水产的形式作为资源回收，净化的污水也作为再生水资源予以回收利用，使污水处理与利用结合起来，实现污水的资源化。生态塘处理工艺技术具有以下特点：适合不同的处理规模，基建费用低廉；运行费用低，生态塘系统无需额外动力，运行费用只有常规工艺的10％"--50％；管理十分简单，维护容易。设计良好的小型污水生态塘系统几乎不用管理与维护。因此，生态塘处理系统是实现中小城镇生态环境综合治理的有效工艺【121。1．2厌氧生物法处理低浓度污水的研究与发展1．2．1厌氧水解酸化工艺在污水处理中的应用厌氧生物处理是在没有游离氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法。在厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解、转化为简单的化合物，同时释放能量。在这个过程中，微生物将有机物分解的过程分为三个阶段：①在水解与发酵细菌作用下，使碳水化合物、蛋白质与脂肪水解与发酵转化为单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢等；②在产氢产乙酸菌的作用下，把第一阶段的产物转化为氢、二氧化碳和乙酸。③通过两组生理上不同的产甲烷菌的作用，一组把氢和二氧化碳转化为甲烷，另一组对乙酸脱羧产生甲烷。考虑到产甲烷菌与水解产酸菌生长速度不同，将厌氧处理控制在反应时问短的厌氧处理第一阶段，在大量水解菌、产酸菌作用下将不溶性有机物水解为溶解性有机物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质。这些小分子的水解产物能够溶于水并透过细胞膜为细菌所利用，提高废水的可生化性【6，l31。水解酸化工艺与单独的厌氧或好氧工艺相比，具有以下特点：①在厌氧水解酸化阶段可大幅度的去除废水中的悬浮物，其后续好氧处理工艺的污泥量可得到有效的减少，从而设备容积可缩小；②水解酸化阶段对进水负荷的变化起缓冲作用，为好氧处理创造较为稳定的进水条件；③水解酸化可提高废水的可生化性。此外，AriaElias等人对有无酸化段进行了一次比较实验，由USAB反应器实验发现，有酸化段的反应器进入稳定运行的时间比无酸化段的短，并且可以避免污泥上浮，减少出水中的固体物质，对pH变化不很敏感[14】。 第一章绪论TuanchiLiu等人对两段推流式反应器与完全混合反应器进行比较，发现有酸化水解段的推流反应器比完全混合反应器的有机负荷、去除率和生物转化率都高得多115】。将厌氧水解处理作为各种生化处理的预处理，可提高污水生化性能，降低后续生物处理的负荷，因而厌氧水解工艺与各种好氧工艺组合起来用于处理制药p6]、含酚【171、啤洲1羽、造纸【191、印梨20】、肉类力n-Ft211、屠宰废水【22】等各种废水，均取得了良好的效果。1．2．2厌氧生物法处理低浓度污水的研究概况所谓低浓度污水，对于好氧处理和厌氧处理来说是不同的，具体的指标也没有定论。从某些学者的观点意见来看，好氧处理，COD。旅度应该在100mg／L以下，而对于厌氧生物处理来说，COD橄度在1000mg／L以下即可视为低浓度污水【23】o相对于好氧处理，厌氧生物处理以下特点：①具有建造、运行和操作简单，基建和运行的费用低；②能量需求低，可节约能源；，③剩余污泥的产生量少，脱水性能好，后处理容易；④剩余污泥的稳定性很好等特点。Cille曾认为，仅仅当污水COD。0衣度大于4000mg／L时，厌氧处理才比好氧处理更加经济。然而随着能源的日益紧缺，厌氧工艺的不断发展和完善，厌氧处理的优点显得更加突出，越来越多的研究者把目光转向低浓度污水的厌氧生物处理，并取得了很多重要成果【24】o厌氧滤池(AF)c251、厌氧流化床(AFB)[26]、上流式厌氧污泥床(UASB)[271、厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)[2s,29]、厌氧折流板反应器(ABR)和厌氧序批式活性污泥法(AsBR)【30】等厌氧处理工艺被用于处理低浓度污水。研究表明，上述的厌氧反应器对低浓度污水的处理效果良好。1．2I3ABR工艺简介及其应用于低浓度污水处理的研究与发展折流式厌氧反应器(anaerobicbaffledreactor，ABR)是Bachman和McCarty在20世纪80年代中期开发研究的最新型、高效污水厌氧生物处理工艺，具有构造简单、能耗低、运行稳定可靠等优点，在水力流态、对微生物固体的去除和载流能力、及生物固体种群的分布方面亦具有其独特的优越性，运行管理方便。该反应器是用多个垂直安装的导流板，将反应室分成多个串联的反应室，每个反应室都是一个相对独立的上流式污泥床系统(USB)，废水在反应器内沿导流板作上下折流流动，逐个通过各个反应室并与反应室内的颗粒或絮状污泥相接触，而使废水中的底物得以降解。6 第一章绪论ABR_Z艺的主要性能特点【4’31】：①工艺构造设计简单；②不需要特殊考虑的气液固三相分离器；③反应器内水流的多次上下折流作用，提高了污泥微生物体与被处理的废水之间的混合接触，稳定了处理效果，促进了颗粒污泥的形成和生长；④反应器内的微生物相有明显的种类配合和良好的沿程分布；⑤可长期运行而不需要排泥；⑥能在高负荷条件下有效地截留活性微生物固体；⑦对有毒物质适应性强。关于ABR的工艺特性研究，最早是由A．Bachmann和P．L．McCarty等人【32】所做；此外W．P．Barber和D．C．Stuekey[33】研究了ABR的启动特性；A．Grobicki和D．C．Stuckey[34】研究了以葡萄糖为基质的ABR在稳定状态和冲击负荷情况下的运行特性。’目前，国内外将ABR反应器应用于处理各种中、高浓度的有机废水的研究不断增多，被广泛应用于处理屠宰废水、制酒废水、制糖废水、城市垃圾填埋场渗滤液等高浓度废水。近几年来，应用ABR工艺处理低浓度废水的研究也日趋增多。表1．1是低浓度废水的运行参数【4】。表1．1低浓度废水的运行参数注：a为温度25"C；b为温度低于1612。根据Monod酶促反应动力学理论，由于厌氧微生物生长速度较慢，因而厌氧生物处理工艺大多应用于高浓度废水的处理，因为低浓度废水有机物浓度较低，不利于微生物和底物之间形成较大的传质推动力，生物活性会大大降低，从而处理效果往往并不理想。应用ABR处理低浓度废水的研究表明，该反应器内无明显的生物菌群选择性分布。处理低浓度废水，反应器内的混合程度较低，因而 第一章绪论可以采用较短的HRT，这样可以利用水力紊动作用改进污泥与进水的混合，有利于隔室内微生物处于同一的环境条件下对进水基质起到降解作用。表1．1中的数据为国外采用ABR处理低质量浓度废水的研究结果，可以看出，对低浓度废水的处理，HRT为2．5h，COD汀去除率仍有75％。通过对ABR反应器工艺运行过程中微生物的相分离特性的研究亦表明，由于折流板的作用，使进入ABR反应器不同格室中的有机物特性随水流方向发生明显的变化，其相应的环境要素使反应器不同格室中生长的微生物满足其水质情况的变化(如水解菌，产酸菌和产甲烷菌)，由此可有效的提高其处理效能。胡细全等人【”】的研究也表明，ABR是一种适合处理低浓度废水的高效厌氧反应器。国外的学者对ABR处理低浓度污水的性能、微生物分布和出水组成等研究较多。AleaeA．M．Langenlloff等人【36】研究得出，在进水浓度低(COD仃为500rag／L)时，发酵菌、产酸菌、产甲烷菌在不同隔室中的选择性累积不会发生。在相同的HRT(IOh)下，温度35℃时，COD盯去除率为95％，温度20℃时，COD盯去除率为70％，降低温度至10℃，COD=-去除率下降至U60％。在温度35"C下，HRT缩短到2．85h，进水COD盯为500mg／L，去除率可达至U80％t”】。此外，Barker、Duncan．J等人【38】研究了处理低浓度废水的ABR反应器的出水组成，发现可溶性微生物产物(SMPs)约占出水总COD盯的55％，而HRT和反应器的温度是影响可溶性微生物产物产量的主要因素。1．3生物膜法处理城镇污水的应用概况污水的生物膜处理法是根据土壤的自净过程创造出来的废水处理方法，是一种污水好氧生物处理技术。污水的生物膜处理法的实质是使细菌和菌类一类的微生物和原生动物、后生动物一类的微型动物附着在滤料或某些载体上生长繁育，并在其上形成膜状生物污泥——生物膜。污水与生物膜接触，污水中的有机污染物，作为营养物质，为生物膜上的微生物所摄取，污水得到净化，微生物自身也得到繁衍增殖。1．3．1生物膜法工艺特点1．3．1．1微生物方面的特征(1)微生物种类多样化：①相对安静稳定环境；②SRT相对较长；③丝状菌也可以大量生长，无污泥膨胀之虞；④线虫类、轮虫类等微型动物出现的频率较高；⑤藻类、甚至 第一章绪论昆虫类也会出现；⑥生物膜上的生物：类型广泛、种属繁多且复杂，见表1．2。表l_2生物膜和活性污泥中出现的微生物在类型、种属和数鼍的比较(2)生物膜上微生物的食物链较长：①动物性营养者所占比例较大，微型动物的存活率较高；②食物链长；③污泥产量少于活性污泥系统(仅为l／4左右)。(3)能够存活世代时间较长的微生物——有利于硝化作用的进行。1．3．1．2在处理工艺方面的特征(1)对水质、水量变动有较强的适应性；(2)剩余污泥的沉降性能良好，易于固液分离；(3)能够处理低浓度污水；(4)易于维护运行，运行费用少；(5)产生的污泥量少。1．3．2生物膜法工艺在污水处理中的应用生物膜工艺在废水处理中的应用具有悠久的历史，其实早在1914年由Arden和Locker发明活性污泥废水处理工艺之前，即已应用借助于生物载体使微生物附着生长的废水生物技术一滴滤池(TricklingFilter)。自该工艺开发与应用以来，一直受到各国研究者的重视，并通过不断的研究，由低负荷生物滤池、高负荷生物滤池、生物转盘、塔式生物滤池(第一代生物膜法工艺)等逐步发展到生物接触氧化、生物流化床(第二代生物膜法工艺)等各种工艺，直到20世纪80年代末90年代初，开发了最新型的第三代生物膜法处理工艺一曝气生物滤池，并成为一种日趋成熟的废水生物处理技术而得到日益广泛的应用。(1)高负荷生物滤池 第一章绪论1893年在英国试行将污水在粗滤料上喷洒进行净化的试验，取得良好的效果。1900年后，这种工艺得到公认，命名为生物过滤法，处理构筑物则称为生物滤池，开始用于污水处理实践，并迅速在欧洲一些国家得到应用嘲。早期出现的生物滤池，负荷低，水量负荷只达1～4m3／(m2滤池·d)。BOD5负荷也仅为0．1"-"0．4kg／(m3滤池·d)。其优点是净化效果好，BOD5去除率可达90％"-．-95％。主要缺点是占地面积大，而且易于堵塞，在使用上受到限制。而高负荷生物滤池就是在解决、改善普通生物滤池在净化功能和运行中存在的实际弊端的基础上而开创的。废水通过高负荷生物滤池时，滤料截留了废水中的悬浮物质，使微生物很快繁殖起来，微生物又进一步吸附了废水中溶解性和胶体有机物，逐渐增长并形成了生物膜。生物滤池就是依靠滤料表面的生物膜对废水中有机物的吸附氧化作用，使废水得以净化的。由于生物膜的吸附作用，它表面有一层附着水，附着水中的有机物大多已被生物膜所氧化，因此当废水进入滤池，在滤料表面流动时，有机物即会从流动着的废水中转移到附着水中去，并进一步被生物膜吸附。空气中的氧也通过液相而进入生物膜。膜内的微生物在氧的参与下将有机物氧化分解成无机物，产生的无机物及C02沿反方向从生物膜进入空气或随流动水排放。当生物膜较厚或废水中有机物浓度较大时，空气中的氧很快被膜表层的微生物所耗尽，使内层滋生大量厌氧微生物。膜内层微生物不断死亡并解体，降低了膜同滤料的粘附力，厌氧微生物发酵所产生的气体也可减小膜同滤料的粘附力，这时，过厚的生物膜即在本身重力及废水流动的冲刷力作用下脱落下来。膜脱落后的滤料表面又开始了新生物膜的形成过程，这是生物膜正常的更新过程。此外，生物膜中还有大量以生物膜为食料的噬膜微型动物，它们的活动也可导致膜的脱落或更新。为了保证在提高有机负荷率的同时又能保证一定的出水水质，并防止滤池的堵塞，高负荷生物滤池的运行厂采用回流式的运行方式。处理水回流可以产生一下各项效应：均化与稳定进水水质；加大水利负荷，有利于生物膜的更新；抑制滤池蝇的过度滋长；减轻臭味。一般当滤池进水BOD5大于200mg／L时，常需要采用回流。回流方式如图1-2所示。当要求废水处理程度较高时。可采用二级滤池串联流程。二级滤池串联时，出水浓度较低，处理效率可达90％以上。但是，二级滤池串联流程中，第一级滤池接触的废水浓度高，生物膜生长较快，而第二级滤池情况刚好相反，因此，往往第一级滤池生物膜过剩时，第二级滤池还未充分发挥作用。为了克服这种现象，可将两个滤池定期交替工作【39】。10 第一章绪论Ca)(b)(a)一级生物滤池：(b)二级生物滤池：l—初次沉淀池；2一生物滤池：2’一第二级生物滤池：3一二次沉淀池；仁回流；瑚水；仁出水图1．2高负荷生物滤池的回流形式(2)生物转盘生物转盘由许多平行排列浸没在一个水槽(氧化槽)中的塑料圆盘(盘片)所组成。盘片的盘面近一半浸没在废水水面之下，盘片上长着生物膜。它的工作原理和生物滤池基本相同，盘片在与之垂直的水平轴带动下缓慢地转动，浸入废水中那部分盘片上的生物膜便吸附废水中的有机物，当转出水面时，生物膜又从大气中吸收所需的氧气，使吸附于膜上的有机物被微生物所分解。随着盘片的不断转动，最终使槽内废水得以净化。在处理过程中盘片上的生物膜不断地生长、增厚；过剩的生物膜靠盘片在废水中旋转时产生的剪切力剥落下来，这样就防止了相邻盘片之问空隙的堵塞，脱落下来的絮状生物膜悬浮在氧化槽中，并随出水流出，同活性污泥系统和生物滤池一样，脱落的膜靠设在后面的二沉池除去，并进一步处置，但不需回流。同活性污泥法及生物滤池相比，生物转盘具有很多特有的优越性，它不会发生如生物滤池中滤料的堵塞现象或活性污泥中污泥膨胀的现象，因此可以用来处理浓度高的有机废水。废水与盘片上生物膜的接触时间比滤池长，可忍受负荷的突变。脱落的生物膜比活性污泥易沉淀。管理特别方便，运转费用亦省。但由于国内塑料价格较贵，所以建设投资还相当高，占地面积亦较大。我们往往在废水 第一章绪论量小的治理工程中采用生物转盘法来处理。目前已有种种新的转盘型式推出，如空气驱动式生物转盘，可依靠设在氧化槽中的充气管驱动，空气又可为生物供氧；利用藻菌共生体系来处理废水的藻类转盘：在曝气池内组装生物转盘的活性污泥式生物转盘；此外还有硝化转盘及厌氧反硝化脱氮转盘，以进行废水的深度净化。(3】生物接触氧化法生物接触氧化处理技术的实质之一是在池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料。在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物的新陈代谢功能的作用下，污水中有机污染物得到去除，污水得到净化，因此，生物接触氧化处理技术，又称为“淹没式生物滤池”。生物接触氧化处理技术的另一项技术实质是采用与曝气池相同的曝气方法，向微生物提供所需要的氧，并起到搅拌与混合作用。这样，这种技术有相当于曝气池内充填供微生物栖息的填料，因此，又称为“接触曝气法”。生物接触氧化处理技术，使用多种型式的填料，由于曝气，在池内形成液、固、气三相共存体系，有利于氧的转移，溶解氧充沛，适于微生物存活增殖。在生物膜上微生物是丰富的，除细菌和多种种属原生动物和后生动物外，还能够生长氧化能力较强的球衣菌属的丝状菌。填料表面全为生物膜所布满，形成生物膜的主体结构，由于丝状菌的大量滋生，有可能形成一个成立体结构的密集的生物网，污水在其中通过起到类似“过滤”的作用，能够有效的提高净化效果。生物接触氧化法的运行效能特点：①能在更短的水力停留时间和更大的负荷下高效地去除污水中的各种污染物；②具有很大的生物量，其折算或当量MLSS可达10000mg／L，比活性污泥法2000---3000mg／L大的多【她4¨。生物反应器内微生物浓度高。容积负荷大，曝气生物反应池占地少，加以有微生物生长的附着载体有利于增殖缓慢的微生物如硝化菌，无污泥膨胀问题；③由于填装微生物附着生长的载体填料，为细菌、藻类、原生动物、后生动物创造了良好的生长条件，形成较长的食物链，加以厌氧／缺氧和好氧的交替运行条件，通过捕食和水解酸化作用，使污泥产量低，仅为相同规模活性污泥法处理厂剩余污泥量的1／10--一1／5有时甚至无剩余污泥量[42,43,441；④悬浮状态的生物体浓度低，且多为脱落的老化生物膜，在沉淀池沉淀后直接排放而不必回流，使处理流程简化和节能[451。生物接触氧化处理技术在我国取得了比较广泛的应用。它已应用于城镇污水12 第一章绪论[46,471、印染废水【48"491、啤酒废水【501、制药废水【51】等领域，都取得了良好的效果，并且投资少、运行简便等优点。(4)生物流化床进一步强化生物处理技术，加强微生物群体降解有机物的功能，提高污水处理设备处理污水的效率，其关键的技术条件是：①提高处理设备单位容积内的生物量；②强化传质作用，加速有机物从污水中向为生物细胞的传递过程。对第一项条件采取的技术措施，是扩大微生物栖息、繁殖的表面积，提高生物膜量，同时还相应的提高对污水的充氧能力。对第二项条件采取的技术措施，是强化生物膜与污水之间的接触，加快污水与生物膜之间的相对运动。70年代出现的生物流化床，为进一步解决这两项要求，提供了可能实现的条件。结果确证，这种工艺的应用取得了进一步提高污水生物处理强化上述两项条件的效果。流化床是以砂、活性炭、焦炭一类的较小的惰性颗粒为载体充填在床内，载体表面被覆着生物膜，其质变轻，污水以～定流速从下向上流动，使载体处于流化状态。载体颗粒小，总体的表面积大(每m3载体的表面积可达2000"～3000m2)，以MLSS计算的生物量高于任何一种的生物处理工艺。能够满足对生物处理技术强化提出的第一项要求。载体处于流化状态，污水从其下部、左、右侧通过，广泛而频繁多次的与生物膜相接触，又由于载体颗粒小在床内比较密集，互相摩擦碰撞，因此，生物膜的活性也较高，强化了传质过程。又由于载体不停的流动，还能够有效的防止堵塞现象。这样第二项也得到一定程度的满足。国内、外的试验研究结果表明，生物流化床用于污水处理具有BOD5．容积负荷率高、处理效果好、效率高、占地少以及投资省等优点，而且运行适当还可取得脱氮的效果。(5)厌氧生物膜膨胀床厌氧生物膜膨胀床是为优化污水处理甲烷发酵工于1974年研究和开发出来的，与生物流化床相似，它也是在多为圆柱体内的床内填充细小的砂、砾石、无烟煤等固体颗粒作为微生物附着生长的载体，但污水从床底部流入时仅使填料层处于膨胀状态而非流化状态，即颗粒问仍保持相互接触。有报道表明，厌氧生物膜膨胀床处理系统可用来处理多种不同类型的污水，包括生活污水、合成污水、牛粪便污水、糖浆发酵污水等，对COD。，小于600mg／L的低浓度污水处理也是非常有效的【521。(6)移动床生物膜反应器移动床生物膜反应器(movingbedbiofilmreactor)是在流化床基础上形成的 第一章绪论污水生物处理新技术，近几年来受到研究者的重视，它是为解决固定床反应器需要定期反冲洗、流化床需使载体流化、生物滤池阻塞需清洗滤料和更换曝气器的复杂操作而发展起来的。在上世纪90年代，MBBR就已经成功应用于工业和市政污水的脱氮处理【53|。该工艺具有处理效率高，出水水质稳定，耐冲击负荷能力强，占地少，结构紧凑，维护管理简单的特点【54,55]。(7)曝气生物滤池曝气生物滤池(biologicalaeratedfilter,简称BAF)是近年来新开发的一种污水生物处理技术。它是集生物降解、固液分离于一体的污水处理设备。近年来在新型高效生物膜反应器研究、开发和应用方面做了大量的工作，研究开发出多种多样的生物模反应器，如固定式淹没生物膜反应器和移动式生物膜反应器。作为一种全新的污水生物处理技术，BAF已经成为国内外研究的热点。随着现代生物监测技术和纳米测量技术的发展，BAF的处理机理研究有望取得突破，特别是生物膜生长和活性的研究将成为近期的前沿课题。采用物理化学手段对填料进行改性处理以增强其吸附性能也是研究重点。天津大学以聚苯乙烯泡沫滤珠滤料为载体，研究了共价接枝蛋白分子法在改善滤料表面性能方面所起的作用以及改性滤料在曝气生物滤池中的应用效果。试验结果表明，改性后的滤料表面亲水性C．O键比例增加了17．78％，挂膜后表面生物量是未处理滤料的3～4倍，以改性后的聚苯乙烯滤料应用于曝气生物滤池，处理污水效果有很大改掣56】。(8)复合式生物膜反应器复合式生物膜反应器是近些年来发展较快、引起研究者极大兴趣的复合式处理工艺，这些反应器将各单一操作的优点复合在一起，使反应器的净化功能极大提高。有代表性且进行深入研究或应用的复合式生物膜反应器主要有复合式活性污泥．生物膜反应器、序批式生物膜反应器、升流式厌氧污泥床．厌氧生物滤池及附着生长稳定塘等【5丌。序批式生物膜反应器(SequencingBatchBiofilmReator，简称SBBR)是在序批式活性污泥法(SBR)的基础上、在反应器内装有不同的填料、使污泥颗粒化(如：活性炭)，或在反应器中安装填料使活性污泥在填料上形成生物膜(如：陶粒、塑料球、组合式填料等)。它遵循序批式活性污泥法(SBR)的运行模式，即在每个操作周期都包括5个阶段：进水、反应、沉淀、出水和闲置。SBBR除具有SBR的基本优点之外，还具有生物膜法的优点：微生物相多样化；耐冲击负荷；剩余污泥产量少；投资少；不需要回流污泥；易于维护管理等特点。SBBI江艺不仅在工业废水和有毒、难降解有机物的处理上有不俗表现，而且在城市污水处理的脱氮除磷方面也具有广阔的发展前景，尤其在一些中小城镇生活污水处理中的应用更加成为目前众多学者深入研究的一项热门课题【58】。14 第一章绪论(9)微孔膜生物反应器微孔膜生物反应器采用特制的微孔膜使待处理污染物与微生物分开的方式，通过逆向扩散进行传质并通过微生物氧化作用去除污水中的有机污染物。该工艺主要用于处理有机工业废水有毒性、挥发性或者难降解的有机污染物，这些有机物通常会使一般生物处理系统造成运行失效；再者，工业废水中的特种污染物一般都需要特种菌加以代谢方能有效，而这些菌在一般的诸如活性污泥法的悬浮生长生物反应器中易随水流失，而采用微孔膜生物反应器可避免有毒物质与微生物直接接触，并可避免曝气造成污染物的挥发，还可对特种菌加以固定化。在一项采用中空纤维的微孔膜生物反应器处理合成污水的研究中，用纯氧曝气，02转移效率达100％，有机物最大负荷为8．94kgCOD／(m3·d)、接触时间为36min时，COD盯的去除率为86％【59】。1．4课题研究的背景、内容及意义1．．4．1课题研究的背景及意义近年来中小城镇污水处理厂发展很快，但由于经济状况和技术力量的限制，要想中小城镇建得起和运行好污水厂，必须发展高效率、低能耗、易管理、经济实用的处理工艺。我国20多年来城市污水厂的发展历程是以大城市建设大型污水处理厂带动污水处理工程的发展，由于活性污泥法具有技术成熟，处理效率高，运行灵活的特点，非常适合于大型污水处理厂，所以我国目前大多数污水厂生物处理处理工艺基本上都采用活性污泥法。但一般活性污泥法能耗较大，基建和运行费用高，剩余污泥产量多，运行管理较复杂，因此，研究建设费用低廉、节能和运行管理方便的城镇污水新工艺和新流程就成为我国城镇污水处理技术研究的热点课题。其中生物滤池是一种传统的低能耗、管理简单的污水处理技术，上世纪六七十年代在英美国家的城市污水处理中应用很普遍，后来由于污水水质越来越复杂，以及污水排放标准越来越严格，相对于各种新型活性污泥法的快速发展，而生物膜技术在城市污水处理中应用在减少。如果能够克服传统生物滤池处理负荷低、出水水质差、低温条件下运行效果不稳定的缺点，这种低能耗污水处理工艺在我国中小城镇污水处理建设中将会有很大的市场前景。研究采用ABR-高负荷生物滤池组合处理工艺可大幅度提高生物滤池工艺的处理效率和改善运行条件。ABR-高负荷生物滤池处理工艺在我国黄河以北的地区还很少使用。本文旨在对ABR一高负荷生物滤池工艺在我国北方某城镇污水处理厂中调试运行情况进行分析，探索运行参数，总结运行经验，并把这种投资少、工艺简单、能 第一章绪论耗低、污泥产量少、维护管理方便的污水处理工艺推广开来，以应用到更多的城镇污水处理系统中。1．4．2研究内容(1)高负荷生物滤池的挂膜及厌氧水解池的接种培养；(2)研究该工艺运行各阶段各指标去除情况；(3)研究该工艺运行的主要影响因素；(4)弹性填料生物接触氧化法处理城镇污水的试验研究。16 第二章ABR．高负荷生物滤池处理系统工程概况2．1工程概况、工艺流程及特点2．1．1工程概况及工艺流程该污水处理厂设计处理规模为1．5×104m3／d，总变化系数取1．5，最大设计流量为937．5m3／h。在设计污水厂时，还未建成完整的城市下水道系统，经对多个取样点地分析，并参考国内典型城市污水的水质指标，确定了设计进水水质。根据当地环保部门要求，处理出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918．2002)二级标准。设计进、出水水质见表2．1，设计采用的污水处理工艺流程见图2．1。表2-1设计进出水的主要水质指标粗格栅污水回流进水泵房细格栅及沉砂池厌氧水解池曝气池高负荷生物滤池污泥浓缩池剩余污泥二沉池接触消毒池污泥脱水l-污泥饼外运出水图2．1污水处理厂工艺流程图 第二章ABR-高负荷生物滤池处理系统工程概况2．1．2处理单元(1)格栅设置两道格栅，泵前粗格栅，泵后细格栅。粗、细格栅均采用回转式格栅除污机，泵前粗格栅条间隙为20llkrll，栅槽宽为1000ram，安装角度为70。；细格栅条问隙为5mill，栅槽宽为1000mm，安装角度为600。(2)提升泵站设计4台潜水排污泵，最大流量时3用1各。单台流量：300m3／h，扬程：llm。(3)沉砂池采用旋流沉砂池2座，钢筋混凝土池体，单池直径2．50m，高3．25m。配套气提排砂设备以及砂水分离机。(4)厌氧水解反应池厌氧水解反应池选择厌氧折流板反应器(ABR)的结构形式，常温运行。ABR池设计水力停留时间为4h；反应池有效容为3750n13；ABR池有效水深为5．5n1，设2组4池，每池串连4格。(5)曝气池’曝气池2座，与ABR池合建。有效水深5．2m,单池平面尺寸24×10m,分2格，超高O．5m。平均流量时水力停留时问1．4h，最大流量时水力停留时间1h。池底设置微孔曝气器。采用2台罗茨鼓风机，1用1备，单台鼓风量为25．2m3／min，风压58．8kPa．电机功率37kw。(6)高负荷生物滤池高负荷生物滤池设计流量按最大日最大时计算为22500m3／d，该流量也等于平均日流量加50％回流比的水量，设计有机负荷取1．0～1．2kgBOD5／(m3滤料·d)；水力负荷约为18m3／(m2·d)。设计4个直径20m的高负荷生物滤池，每池安装1台旋转布水器1台，旋转布水器工作水头为0．8m。滤池采用粒径为30"-"60mm的碎石，滤料工作层厚1．8m，承托层采用粒径为70～100mm的卵石，厚0．2m。滤池底部设置多孔布水板。生物滤池一般要求进水BOD5不大于200mg／L，考虑到水质的变化，在进水有机物浓度较高时或对总氮的处理要求提高时可采用出水回流措施，以保证出水水质，增加运行管理灵活性。设计回流比50％，回流液自流到进水泵站，经提升后进入厌氧水解池。(7)Z沉池采用圆形辐流式沉淀池，设2座，沉淀池直径22m，池边深3．4m，池中深6．0m。最大流量时表面负荷1．2m3／(m：．h)，沉淀时问2h，平均流量时表面负荷0．8m3／(m2．h)，沉淀时间3h。采用中心传动单臂式刮泥机。 第二章ABR-高负荷生物滤池处理系统工程概况(8)紫外消毒槽采用渠道式紫外消毒槽，紫外消毒设备总功率为201cw。(9)污泥处理，由厌氧水解池排出的剩余污泥，经污泥储池，用泵送到污泥脱水机房。设置2台带宽2000mm的浓缩脱水一体机，脱水后污泥外运填埋或作农肥。2．1．3工艺特点在上世纪70年代美国大约70％的城市污水厂采用生物滤池，英国大部分城市污水处理厂使用生物滤池处理城市污水，因为它投资低，运行费用低。传统的生物滤池工艺的流程为：初沉池一高负荷生物滤池，它虽然工艺简单，但处理效率不高，特别是冬季运行处理效果不稳定。厌氧水解．曝气．高负荷生物滤池工艺是针对以上工艺缺点所改革的一种新型生物膜法处理工艺，它应用于城市污水处理中，具有如下特点：(1)在城市污水处理中，多功能的水解池较功能专一的传统初沉池对各类有机物的去除率高；(2)水解菌世代期短，对污染物的降解过程迅速，其将污水中固体、大分子．、难于生物降解的有机物质转化为易于生物降解的小分子有机物质，使得在后续的好氧单元可以用较短的时间和较低的电耗完成净化过程，具有效率高能耗低的特点；(3)构造简单，便于维护管理；(4)设计中将二沉池沉淀的脱落生物膜回流到厌氧水解池，在污水处理的同时，厌氧水解池也具有对污泥的水解、浓缩和减量化作用，系统总剩余污泥由厌氧水解池排出。设计中用厌氧水解池代替初沉池，也是考虑到与低能耗的高负荷生物滤池相配套，整体上是节能处理系统；(5)中间曝气池主要目的是提高进入生物滤池的溶解氧，维持生物滤池的处理效率。当气温适宜、进水有机物浓度较低时，中间曝气池不曝气。它只在污水有机物浓度较高时和冬季低温状况下运行时曝气，以提高冬季和高负荷情况下运行的稳定性，提高氨氮去除率。另外中问曝气池的设置使处理工艺运行管理更加灵活、可靠，例如，如果将来进水长期处于高浓度状态，或含难降解有机物较多时，或出水水质标准提高时，可在中间曝气池中增设生物填料，以提高整个字体的去除效率；(6)高负荷生物滤池采用天然滤料(卵石、碎石，碎砖等)，投资省，造价低，管理简便； 第二章ABR．高负荷生物滤池处理系统工程概况(7)高负荷生物滤池采用自然通风供氧，能耗低，运行费用低，废水处理成本低；(8)厌氧水解．曝气．高负荷生物滤池对水质和水温变化适应能力强，在水温低至10℃时，仍可有很好的处理效果。该工艺通过高负荷生物滤池出水的回流，结合厌氧水解和曝气工艺阶段，可实现对氨氮的高效处理，因而可接受较含较高浓度的氨氮废水。该工艺处理效果稳定、出水水质好、基建投资省、运行费用低、污泥产量少、污泥性质稳定等特点；(9)根据目前工程建设经验，厌氧水解．曝气．高负荷生物滤池处理工艺较传统活性污泥法，可节约基建投资20％,-,35％，减少占地20％一30％，总电耗可节约30％40％，处理成本可节约30％一40％；(10)目前该工艺在我国黄河以北地区还很少使用。2．2水质监测指标与分析方法表2-2常规分析项目与方法‘60l测试项目仪器与方法CoD。BODsTOC氨氮总磷溶解氧pHSS、MLSS、MLVSS镜检重铬酸钾法稀释接种法催化氧化法(ShimadzuToC．Vcp．)纳氏试剂分光光度法钼锑抗分光光度法溶氧仪测定(HannaHI．9145)电极法(HANNAH19321)重量法光学显微镜(江南XS．18)20 第三章污水处理厂调试与运行3．1工艺启动运行3．1．1ABR的启动2006年5月开始进行调试，各工艺段全部串联运行。开始想利用腐化发酵污水中的原有厌氧菌群对厌氧水解池进行自然培养，没有向厌氧水解池投污泥。由于污水处理厂位于该县新开发区，道路正在修理，以及其他方面的原因，影响了向厌氧水解池投泥。另外，由于5"--6月期间，进入多雨季节，污水有机物浓度和悬浮物都较低，试运行初始的2个月，发现厌氧水解池内基本没有什么微生物，也几乎没有处理效果，进而影响了整个系统处理效果运行不稳定。在7月中旬开始向厌氧水解池投加天津市某污水处理厂的厌氧消化池污泥。加泥两个星期后，厌氧水解池就表现出明显的处理效果。其中7月30日进水的COD汀为150mg／L，经过厌氧水解池处理后降为89mg／L，去除率到40％以上。3．1．2曝气池和高负荷生物滤池的启动曝气池的活性污泥的培养和驯化分为异步培驯法、同步培驯法和接种培驯法【61。该污水处理厂的曝气池采用接种培驯法。活性污泥取自某污水厂的回流污泥，闷曝气一周。形成了一种呈黄褐色的絮凝体，并有一种土腥味。通过显微镜镜检，可看到大量的菌胶团和多种多样的原生动物，如草履虫、变形虫、线虫等，以及多种原生动物。生物滤池的运行最关键的部分在于挂膜【611，而滤料是生物膜的支撑和载体，它的性能关系到挂膜的难易以及反应器内生物量的多少和处理效率的高低【621。滤料表面不能形成生物膜，那么就无从谈起滤池对污水的处理。挂膜，从微生物学的角度来讲，就是菌体接种，即使微生物吸附在滤料表面上。它是依靠滤料的吸附作用来完成的，菌种的成功接种很大程度取决于引进菌种与原污水的适应性及驯化的方法。接种完成后并不意味着挂膜过程的结束，因为吸附在滤料上的污泥或菌种还不很牢固，所以接种后应创造条件，使接种的微生物大量繁殖，牢固地附着在滤料上。调试阶段利用曝气池出流混合液，对高负荷生物滤池进行挂膜。曝气池内的部分活性污泥会随着污水流向高负荷生物滤池，少量污泥被截留附着在载体表面，这些固着态微生物将摄取污水中的营养物，进行降解代谢有机物的生命活动，21 第三章污水处理厂调试与运行并在载体表面生长、繁殖，逐渐形成薄的胶质粘膜。随着时问的延长，微生物不断增殖，从载体表面向外扩展，逐渐覆盖先前已形成的膜层，进而形成成熟的生物膜。随着生物膜厚度得增加，净化污水得效果也越来越好。当厚度增加到一定程度，生物膜脱落，再继续形成新的生物膜，这样不断更新，始终保持生物膜较高得活性。到了7月下旬高负荷生物滤池也有了良好的处理效果，这时虽然进水COD。浓度在70-～250mg／L范围内每天有较大变化，但出水始终在100mg／L以下，说明整个处理系统基本上达到稳定的状态。滤料上有大约2mm厚的棕黄色生物膜。把滤料上的生物膜剥落下来，镜检发现主要为菌胶团细菌，还可见轮虫、纤毛虫、线虫等微生物。3．2工艺运行效果分析污水厂自2006年5月开始调试以来，运行可以分为3个阶段：调试阶段(5月．8月中旬)、运行稳定阶段(8月下旬．9月下旬)、运行不稳定阶段(10月．11月)。3．2．1有机物的去除效果3．2．1．1COD。，的去除效果工艺运行期间，COD盯的去除效果见图3．1，图中黑线表示进水的平均COD。，浓度。 第三章污水处理厂调试与运行450400350300≤250∞鲁苔200o15010050O调试阶段．运行稳定阶段运行不稳定阶段●：．●口皿皿皿口皿皿Ho甘odH00∞c"q"H∞d“霹霹：职皿皿皿∞卜∞口皿∞dN皿吸oa皿口∞皿叹o图3-1进出水COD。逐日变化情况皿口卜一_最晋oH血皿H∞最晋在调试阶段初期，由于ABR和高负荷生物滤池的启动都是靠自然培养和挂膜，处理效果不理想。在调试阶段的中期，向厌氧池内投加消化池内的污泥，大约2周后，处理效果好转，进水CODcrt在100"--250mg／L，厌氧池出水COD盯在50"--]00mg／L，二沉池出水COD盯在35""70mg／L之间。这说明利用污水中原有的厌氧菌群对AB瞄行培养，是需要很长的时间的，最快的方法是投加厌氧接种污泥。自然培养，厌氧水解菌群比较松散，在水力冲击的情况下，不容易形成菌胶团，容易随水流出厌氧池，更不容易形成颗粒污泥。投加接种污泥，进入水解池的颗粒物会被污泥包围，对颗粒物进行分解，不能分解的惰性物质又可以做为附着水解菌的载体，细菌分泌的粘稠物质把各种细菌粘结起来，也就为形成颗粒污泥创造了条件。ABR具有稳定的生物固体截流能力，这主要是反应器内折流板的阻挡作用及折流板间距的合理配置，为污泥的沉降和截流创造了一个良好的条件。在稳定运行阶段，进水COD盯波动比较大，有时进水高达700mg／L，经过ABR后，也能降到150mg／L以下，出水仍然能达N-级排放标准。表明ABR抗冲击负荷能力很强。ABR中COD玎的降低主要是由于：微生物的生长过程中吸收有机污目6紧期皿_【皿oE皿oN叹∞ 第三章污水处理厂调试与运行染物作为营养物质，大分子物质降解为有机酸过程中产生二氧化碳，以及硫酸盐的还原、氢气的产生及少量的甲烷化过程等所致【63】。这也是由ABR独特的结构决定的，在ABR内不同格室内的厌氧微生物的种类分布呈现出良好的种类配合，在反应器前端的格室中，主要以水解及产酸菌为主，而在较后面的反映其格室中，以产甲烷菌为主。从而废水中的污染物分别在不同的格室中得到降解，因而具有良好的处理效能和稳定的处理效果。在10．11月份，工艺运行处于不稳定阶段，主要是进水水质的原因，进水含有难降解物质太多，可生化性很差；另外，与6"9月份相比，水温低了一些，也会对整个工艺的运行有一定的影响。由图3．2可以看到，6个月的连续运行，前3个月调试阶段，COD盯的去除率逐渐增加，出水COD盯逐渐降低，8月份平均二沉池出水达一级(B)排放标准。在6月份，工艺刚刚启动，处理效果不理想；7月份，随着工艺的运行，处理效果有较大好转，COD盯去除率接近40％；在7月中旬向ABI嫩加厌氧污泥之后，在8月份显示出良好的效果，ABR对CODer的月平均去除率达50％，而整个工艺的COD盯月平均去除率达60％以上，9月份持续稳定运行。10．11月份的水质发生了变化，影响了整个系统的稳定性。6月7月8月9月10月11月图3-2进出水COD。月平均值变化情况100更80V褂篮60悄4020O3．2．1．2BOD5去除效果由图3．3可以看出，进水BOD5浓度波动比较大，有时高达140mg／L以上，有时低至20mg／L以"F。连续6个月的运行，出水始终在20mg／L以T。在调试阶段和运行稳定阶段，进水的BOD5浓度在比较高的情况下，ABR对O筋∞埔m5 第三章污水处理厂调试与运行BOD5有较好的去除效果。由于刚刚组建试验室，试验用具不全，测得数据也不是很全。但从测得几次来看，8月15日，9月12日和9月19日，ABR对BOD5的去除率分别为70％，57％和40％。ABR的上下折流，有利于微生物与进水基质的充分混合，有利于对有机污染物的吸收降解，达到了去除污染物的目的。调试阶段运行稳定阶段运行不稳定阶段皿皿正皿皿皿皿皿皿皿皿皿皿皿皿口皿H00N甘∞No∞N∞o∞oHH_甘N“m“dNN"HHN_d∞"N_吸取宙皿吸呶正蔷疋皿皿苫职疋=职蒿∞h∞∞∞∞oHoH_“日期“““图3-3进出水BOD5逐日变化情况由表3．1可以看到，在调试阶段和运行稳定阶段，污水经ABR处理之后，对污水起到水解酸化作用，提高了污水的可生化性。表3-1BODs／COD。经厌氧前后变化情况3．2．2SS的去除效果进水中的大量的悬浮物经过旋流式沉沙池后就减少许多，再进入ABR，ABR从结构上看可认为是一系列UASB的串联，反应器内水流的多次上下折流作用，0O埒H挖m8642． 第三章污水处理厂调试与运行污水和厌氧污泥充分混合，大量的微生物把进水中颗粒物质和粒状物质迅速截留和吸附，这是一个快速反应的物理过程，一般只要几秒到几十秒钟即可完成。截留下来的物质吸附在水解污泥的表面，慢慢被分解。由图3_4可以看到，在调试阶段，进水的SS不高，波动也不是很大，出水SS值逐渐降低，最终出水稳定在10mg／L左右。在运行稳定时期，进水SS波动较大，但出水SS浓度都在20mg／L以下，有时低至10mg／L以下。ABR同样发挥了很大的作用，将悬浮物截留分解，同时也起到了稳定水质的作用。在运行不稳定阶段，主要是水质发生了重大变化，在此不再赘述。2502003150＼凹蜀器100500调试阶段运行稳定阶段运行不稳定阶段皿皿口口正口匹C正匹臣正皿皿皿皿口皿皿皿皿C晋最墨墨罡吾最三罡罡吾三最罡罡晋晋云最罡晋三∞卜∞∞∞∞⑦oo西““222“=日期图3．4进出水SS逐日变化情况由图3．5可看出，在调试阶段的3个月，SS去除率逐渐上升，由不到50％上升至80％以上。尽管8月份的进水SS高于6、7月份的进水SS浓度，但出水的SS浓度是较前两个月低的，低至月平均浓度不到10mg／L。这也说明该工艺具有良好稳定地处理效果。在9月份，进水SS浓度平均为67mg／L，出水为13mg／L，去除率到80％。在运行不稳定阶段，出水的SS浓度依然在20mg／L以下，去除率在65％以上，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918．2002)二级标准要求。 第三章污水处理厂调试与运行6El7月8月9月10月11月图3．5进出水SS月平均值变化情况毋礁篮稍∽3．2．3氨氮的去除效果在硝化菌的作用下，氨态氮进一步分解氧化，就此分两个阶段进行，首先在亚硝化茵的作用下，使氨转化为亚硝酸氮，反应式为：‘．I亚硝化菌NH4++3／202-主◆N02-+H20咔2”rl+上T白匕HI*,量继之，亚硝酸氮在硝酸菌的作用下，进一步转化为硝酸氮，其反应式为：I硝酸菌N02-+1／202主，N03一+能量硝化反应的总反应式为：NH4++202———．◆N03一+H20+2H++能量厌氧水解池的氨氮去除主要是由微生物的生长引起的，在厌氧水解池中，尽管厌氧微生物对氮的要求低于好氧微生物，在水解池中还是有约20％的氨氮为微生物生长所消耗；另一方面由于废水中有机物的分解产生了可溶性游离氨氮，使污水中氨氮浓度有所增高。氨氮的去除主要在高负荷生物滤池，由于这种生物膜处理法中，生物污泥的生物固体平均停留时问与污水的停留时间无关，使得世代时间比较长的硝化菌和亚硝化菌得以繁衍、增殖，从而对氨氮有较高的去除率，见图3-6。由于在7、8月份，属于多雨季节，雨水流进下水道，流进污水处理厂，造成水质变化波动较大。8月lO日前后连续降雨，进水的氨氮浓度较低，COD浓度也较低，污水中的营养物较少，接下来几天，进水浓度恢复正常，高负荷生物滤池内的微生物由于前几天处于饥饿状态，开始大量消耗污水中的营养物，引起氨氮的去除，并使大量的硝化菌增殖。经过两个多月的调试运行，系统处理效果 第三章污水处理厂调试与运行稳定。在运行稳定阶段，尽管进水氨氮浓度有波动，但出水一直在20mg／L以下，有时在10mg／L以下。706050一盲40城30胍20100调试阶段运行稳定阶段运行不稳定阶段日期图3-6高负荷生物滤池对氨氮逐日去除情况3．2．4TP的去除效果污水中的磷存在形式主要有P04、聚磷酸盐和有机磷[641。微生物除磷机理除了聚磷菌对磷的过量摄取，在胞体内合成一种碳储存物PHB和聚磷酸以外，还有一部分去除磷就是微生物自身繁殖维持其生命活动的基本过程的需要，摄入一定量的营养元素，C：N-P约100：5-lo工艺对TP的去除效果见图3．7。由图3．7可以看出，在工艺运行的整个阶段，进水的TP浓度有较大波动，出水的TP浓度一直在1．5mg／L以下。在调试阶段前期，厌氧出水的TP浓度和进水的TP浓度差不多，几乎没有去除效果，投加厌氧污泥之后两周时间，调试阶段中后期的监测数据表明，污水经过厌氧阶段，对TP有一定去除效果，主要原因有两个，第一个原因是微生物新陈代谢利用一部分磷元素，投加厌氧泥后，又培养了大量的微生物，磷元素是维持生命活动必须的营养成分之一；第二个原因是ABR的截留作用，含有磷元素的悬浮性颗粒由于上下折流而被阻截下来，起到除磷的作用。在调试阶段中后期，高负荷生物滤池对TP也有较好的去除效果。皿∞职N．【皿o∞叹o．【口卜N叹⑦皿HN叹∞口崎H叹。皿∞鼙a皿。∞叹∞皿∞．【暖∞口=叹∞皿∞四卜皿。咬。丑甘叹。 第三章污水处理厂调试与运行J＼∞昌√山-3．2．5pH值的变化Za皿∞N正∞日期皿旧_暖。图3．7进出水TP逐日变化情况工艺运行期间，进出水pH的变化情况见图3-8。8．508．007．507．006．506．00调试阶段运行稳定阶段运行不稳定阶段皿∞N正∞Ⅲ卜暖‘o丑oN正cD皿o∞正卜皿o_正∞日期图3-8进出水pH变化情况由图3-8可以看出，二沉池出水的pH值始终高于进水和厌氧出水的pH。污65432lO皿∞N陬HH正甘N叹．【．【皿．【N叹_【1【皿NN叹∞E1∞"【叹。皿高职卜正=叹卜皿o∞叹廿皿hN《o疋h畎∞EI甘叹口皿①N正HH叮寸N畎HH皿oN疋=皿⑦一皿o_皿=叹oH叮∞叹oH皿甘叹o．【皿。∞吸西皿NN疋。皿∞_【叹∞皿。趸。皿。N皿∞ 第三章污水处理厂调试与运行水经ABR处理之后，流入曝气池，对污水充氧，水解酸化后的污水中存在的有机酸产生的过量的C02吹脱出来，吹脱之前，C02以碳酸的形式存在，吹脱之后达到平衡浓度，就会引起pH上升；流入高负荷生物滤池，有机酸被微生物摄取利用，同样可以引起pH值上升。由于产甲烷菌的增殖速度慢、繁殖世代时间长，而水解产酸茵的世代期短，往往以分钟和小时计，因而在工艺运行到8、9月份，厌氧出水的pH值明显低于进水的pH值，起到了很好的水解酸化作用，通过测得BOD5可知，也提高了污水的可生化性，有利于后续好氧处理。在工艺运行的整个阶段，厌氧出水的pH值有上升的趋势。一方面是由于工艺运行初期，非产甲烷细菌首先降解污水中的有机物质，产生大量的有机酸和碳酸盐，就使得污水的pH值明显下降。随着工艺的运行，产甲烷菌逐渐增殖起来，产甲烷菌可以利用乙酸、氢和C02形成甲烷，从而避免了酸的积累。另一方面，由于有机酸和溶解的含氮化合物进一步分解为氨、胺、碳酸盐和少量的C02、CI-h和H2，使氨态氮浓度升高，进而pH值升高，为甲烷菌的活动创造了适宜的环境条件，有利于提高系统地稳定性和处理效果f65】。这也符合She．Z．L等人166]的研究结论。由于在10、11月份，农排渠盐碱水误接入污水管道，使水质发生了较大的变化有大量难降解物质，进水BOD5／COD=：fi"时低至0．15以下，可生化性很差，尽管ABR抗冲击负荷能力比较强，但由于生物抗性物质太多，ABR水力停留时间较短，影响了污水厂的正常运行。．3．3工艺的污泥产量污水处理过程中，必然会产生污泥，污泥中含有大量的有害有毒物质，如寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成有机物及重金属离子等；有用物质如植物营养素、有机物及水分等，因此污泥需要及时处理与处置，以达到减量、稳定、无害化及综合利用。处理工艺的不同，产生的污泥量也就不同。一般来说，处理相同量的污水，生物膜法产生的污泥比活性污泥法产生的污泥要少。该工艺的剩余污泥回流至厌氧水解池，菌体外多糖黏质层发生水解，使细胞壁打开，污泥液态化，重新回到污水处理系统中被好氧菌代谢，达到剩余污泥减容化的目的。该处理系统最终从水解池排泥。从水解池的排泥采用污泥浓缩脱水一体机进行处理，既节省占地，又能达到污泥浓缩脱水的目的。杨健等人【67】的研究表明，厌氧水解．高负荷生物滤池处理系统的污泥产率大幅度低于普通活性污泥法。除了水解池本身具有一定的污泥分解功能，排泥量比较少以外，生物滤池中的生物膜也具有一定的厌氧分解功能，因此其剩余污泥产率低于传统活性污泥法。 第三章污水处理厂调试与运行在运行期间，进水SS较低，通常在125mg／L以下，在夏季，天津地区多雨，污水的浓度更低，进水的SS有时只有几十毫克升，仅有几次水质波动较大，这样产生的污泥就更少。在6个月的连续运行期间没有排除剩余污泥，以致污泥浓缩池、污泥脱水机和污泥排放系统从未用过。当然这不意味着该工艺没有剩余污泥。可以预计，由于设计了厌氧水解工艺，正常运行情况下，该系统的污泥产量肯定会较低。污泥产量的降低也就意味着降低了二次污染物数量以及污泥处理和处置费用。3．4工艺运行中出现的问题及分析(1)在调试阶段初期和2006年lO．11月份出水水质比较差的原因分析在前2个月的调试期间，由于种种原因，没有向厌氧水解池投加厌氧污泥，因此厌氧池对污染物基本没有处理效果，高负荷生物滤池的生物膜也生长的不好，出水水质较差。后来向厌氧池投加消化污泥后，处理效果很快得到改善，2周后系统趋于稳定。因此厌氧反应池必须要有接种污泥，才能很快达到理想的处理效果。另外，高负荷生物滤池内的填料没有过筛和冲洗。测得高负荷生物滤池槽中的泥VS／TS为20．2％，可见填料中含有大量的砂子。污水通过旋转布水器流下来时，泥砂也随着被水冲下来，附着在填料上的生物膜被泥砂冲洗掉了，不利于微生物的稳定生长，·影响了出水水质。在10．11月份，工艺系统运行表现不稳定。为提高处理效果，采取回流措施，把二沉池出水约1／3回流至ABR，以稀释进水中的难降解物质以及有毒物质。监测数据表明，运行效果也没有好转。为进一步检验污水处理厂污水的可生化性，取天津某污水处理厂回流污泥，弃去上清液，加入该污水厂厌氧出水，温度20℃，曝气3"6小时，溶解氧浓度6--一8mg／L，测得COD口表明，几乎没有去除效果。可见，影响运行的主要因素是水质可生化性差。工艺运行期问，BOD5／COD口变化情况见图3-9。由图3-9可以看到，在调试阶段和运行稳定阶段，BOD5／COD玎都在0．25以上；工艺运行进入10月份，BOD5／CODdlEO．25以下，有时低至0．1以下，影响了系统的处理效果。这也说明，当进水的BODdCOD。大于0．25时，可以用生物处理方法；当BODdCOD盯小于0．25时，特别是小于0．15以下，用生物处理方法很难使出水达标。此外，测得进水TOC小于20mg／L，这表明运行不稳定主要在水质上的原因。在12月份，经污水厂工作人员的排查，发现有盐碱地河水流入，并及时改管网，流入污水厂的水和之前相比有明显的差别，改管网之前，进水温度有时不3l 第三章污水处理厂调试与运行到5"C，BOD5和氨氮俊都不足20mg／L，COD汀都在120mg／L以上，丽改管网之后，颜色发黑，进水水温在9"C左右，测得的氨氮、总磷、BOD5／COD甜等都基本符合典型城镇污承豹特征。壶予承量不足，每天只麓运行2"4小时，也影喃了工艺的正常运行。’O．600。50岔0．40oQ0。30o盆0．20O．100．00调试阶段运行稳定阶段逛行不稳定阶段皿叮叮皿叮口皿口皿皿叮皿皿Ⅱ融皿皿融皿H卜q∞oooN∞o，∞N盘co∞oHH“_瀑罡．詈墨三最晋三最墨三最罡晋最最垩瀑詈∞o^-∞∞∞∞∞dodH⋯醑期圈3-9工艺运行期闻进7RBODs／COD艘化情况(2)曝气池内的泡沫问题设计所选用的鼓风概晟量偏大，当曝气时溶勰氧可达到6-～7mg／L以上。而该污水中又有较大含量的表面洗涤剂，当曝气鼓风机开启时，曝气池内堆积大量的泡沫，给处理厂环境造成影响。后来污水处理厂王作人员采取措麓消除泡沫：在曝气池周围安装水管，并在水管上穿孔，出水形成水柱向斜下方洒向曝气池表面，起到消泡的作用。(3)曝气池内水质发黄在7月份，有几天曝气池内的污水发黄。测得铁离子为30mg／L，经曝气以后，二价铁离子被氧化为三价离子，显示棕黄色。进水孛也可麓还含有染料试帮。(4)高负荷生物滤池出水混浊在调试运行阶段，滤池出水比较混浊，出水槽累积泥沙。主要是向高负荷生物滤池装置碎石填料时，没有过筛，滤料含有很多泥砂，泥砂随着污水流下来，就使得出水显得发黄、混浊。以后在装置填料时，必须过筛，这样不仅可消除初期出水的泥沙含量，减少攘泥堵塞可能性，磷且也剩予填料上生物膜的稳定生长。因为随着泥砂被冲洗，刚刚附着在填料表面上生物膜也会随泥砂一起流失。(5)二沉洮藻类闻题32 第三章污水处理厂调试与运行在lO月份，二沉池表面覆盖了一层藻类，而该污水处理厂二沉池表面的藻类呈草绿色，藻类也没有把水面全部覆盖。氮、磷等植物营养物质的存在，高负荷生物滤池又有很好的通风充氧作用，二沉池内溶解氧比较高，温度适宜，阳光充沛，生长藻类也是难免的。另外，有很多人认为二沉池有藻类也是比较正常的现象。3．5工艺运行的主要影响因素3．5．1进水底物浓度在生物膜反应器处理污水过程中，由于污水中有机物组分是生物膜微生物食物与能量的主要来源，因而污水流量及其中的有机物含量就是影响反应器性能的重要因素之一。被微生物利用并在酶的催化作用下而进行生物化学转化的物质均称之为底物。若污水生物处理过程工艺用来去除其中的有机污染物，则底物就是可生物降解的有机物的量；而在用以去除氮的硝化反应可工艺过程中，则底物就是可为微生物降解和利用的氨氮的量【5‘丌。在调试阶段和运行稳定阶段，进水的BOD5／COD仃一般在0．25以上，可生化性较好，底物充足，可以给厌氧池内微生物和高负荷生物滤池内微生物提供比较充足的营养物质。在10一11月份，底物不足，工艺运行效果不理想，已在3．4(11论述。3．5．2负荷率负荷率是影响生物滤池性能的主要参数之一。通常分为BOD5容积负荷率和水力负荷率两种。．BOD5容积负荷率是指在保证处理水达到要求质量的前提下，每m3滤料在ld内所能接受的BOD5量，其表示单位是kgBOD5／(m3滤料·d)。水力负荷率是指在保证处理水达到要求质量的前提下，每m3滤料或者每m2滤池表面在ld内所能接受的污水水量，其表示单位是m3／(m3滤料·d)或m影(m2滤池表面·d)。处理生活污水或以生活污水为主体的城市污水时，普通生物滤池的BOD5容积负荷率为0．15"-0．30kgBOD5／(m3·d)，水力负荷为1～3m3／(m2·d)，而高负荷生物滤池大幅度的提高了滤池的负荷率，其BOD5容积负荷率高于普通生物滤池6----8倍，水力负荷率高达10倍。高水力负荷时微生物活性要大于低水力负荷，但高滤速的同时加大了水流对生物膜的剪切力，使部分生物膜脱落，也会造成水质恶化【6引。，该污水处理厂进水的浓度比较低，工艺的BOD5容积负荷率在0．3"-"0．65 第三章污水处理厂调试与运行kgBODJ(m3·d)之间；而最大量流量时水力负荷率为20m3／(m2·d)。运行实践表明，在上述的负荷率下运行，效果良好。3．5．3水力剪切力在污水处理中，生物膜一经形成，就发挥着去除污水中有机物的作用，然而生物膜量不是～成不变的，这主要在生物膜脱落而造成生物膜量的减少。水力剪切力直接决定了生物膜厚度和生物膜量。剪切力不能太大，否则就会把刚刚形成的生物膜冲掉，影响处理效果；当然剪切力也不能太小，太小的话，微生物不断增殖，生物膜的厚度不断增加，当增厚到一定程度，氧不能透入的里侧深部酒转为厌氧状态，形成厌氧层，当厌氧层逐渐增厚，其代谢产物也逐渐增多，这些产物向外侧溢出，必然要透过好氧层，是好氧层的生态系统遭到破坏，同时减弱了生物膜在滤料上的固着力，这种状态的生物膜净化功能较差而且易于脱落。新生的生物膜必须经过一段时问后才能充分发挥净化功能。比较理想的情况：不使厌氧层过分增长，加快好氧层的更新，并且尽量不使生物膜集中脱落。3．5．4溶解氧(D0)一溶解氧对于任何一种生物膜反应器来讲，都是影响其运行的主要因素之一。对于厌氧生物膜反应器来说，起净化作用的主要是专性厌氧微生物，它们生长在无氧环境中，如果反应器中引入分子态的02或溶解氧，则由于大多数厌氧微生物可能产生H202或氧的游离形式而使自身杀死。对于好氧生物膜反应器来讲，起净化作用的主要是专性好氧微生物及兼性微生物，它们生长在有氧环境中。如果溶解氧不足，轻则好氧微生物的活性受到影响，新陈代谢能力降低，重则微生物的生长规律遭到影响甚至被破坏；溶解氧不足，对溶解氧要求较低的微生物将滋生繁殖，这样正常的生化反应过程将会受到影响，污水中有机物的氧化不能彻底进行，出水的有机物(如BOD5)浓度将升高，反应器处理效果下降；若溶解氧严重不足，厌氧微生物将大量繁殖，好氧微生物受到抑制而大量死亡，反应器中的生物膜将恶化变质，发黑发臭，处理水的水质显著下降。入流废水有机物浓度较高时，供氧条件可能成为影响生物滤池工作的主要因素。当有机物浓度COD盯大于400""500mg／L时，生物滤池供氧不足，生物好氧层厚度较小，故一般认为进水CODcr应小于400mg／L，否则宜采用回流措施降低有机物浓度以保证供氧充足【69】。在工艺运行时期，污水经过ABR处理之后，溶解氧浓度一般低于0．7mg／L，由于高负荷生物滤池具有良好的通风充氧作用，所以大部分时间没有开曝气机。在调试阶段和稳定运行阶段，即使曝气池不曝气，处理效果仍然良好，二沉池出 第三章污水处理厂调试与运行水的溶解氧在5．5mg／L"--7．8mgCL之问，见图3一10。12108o＼管6、一宝420调试阶段运行稳定阶段运行不稳定阶段—◆_厌氧+出水图3．10污水经ABR和高负荷生物滤池处理后DO变化情况3．5．5处理水回流一般认为进入高负荷生物滤池的BOD5必须低于200mg／L，否则必须回流进行稀释。处理水回流的优点：增大水力负荷，促进生物膜的脱落，抑制厌氧层发育，使生物膜经常保持较高的活性；稀释进水，降低有机负荷，防止浓度冲击；增加进水溶解氧减少臭味等。缺点是缩短了废水在滤池中的停留时间；降低了进水浓度，缩短了生化反应时问；回流水中难降解的物质会产生积累等【捌。在工艺调试阶段和稳定运行时期，出水各项指标达到要求，没有回流。运行后期，处理效果不稳定，采取回流措施，试图以此提高出水水质。回流比约1／3，连续运行约2周，处理成效与不回流相比，无明显提高。主要原因在于进水中有大量的盐碱地河水，BODs／CODcr一般小于0．2，有时0．15以下，可生化性较差，可生物降解的物质被ABR、高负荷生物滤池内的微生物降解利用。出水BOD5在10mg／L以下，回流水中大部分是难降解物质，回流稀释了进水浓度，缩短了水力停留时问，减慢了生化反应速度。因此，当进水的浓度不高时，不宜采用回流的方式提高出水水质。35皿∞_【皿．【"【皿：EjfHH皿∞_暖o_正oEjro．【皿卜叹o．【皿∞叹oH皿卜N叹∞口∞N畎∞E|NN叹口E|。N叹西期目8IEr6日匝∞_【叹∞E}￡I暖∞叮_H叹∞皿∞吸∞皿=皿∞工∞_【叹∞正N_I叹∞皿o．【暖∞正卜叹∞工。吸卜 第三章污水处理厂调试与运行3．5．6温度在影响微生物生理活动的各项因素中，温度的作用非常重要，温度影响酶促反应速率，进而影响微生物的生长。温度适宜能够促进、强化微生物的生理活动，温度不适宜能够减弱甚至破坏微生物的生理活动【701。在污水好氧生物处理中，以中温微生物为主，其生长繁殖适宜的温度为20℃"-30"C，15℃以下时，硝化速度下降，5。C完全停止【6】。在一般情况下，水温降低，生物的增殖速度也下降，；但在生物膜中，即使水温降到5℃左右，仍然能够出现各种生物和由微型动物构成的丰富的生物相【13】o工艺运行期间，进出水COD随温度变化情况见图1-11。◆◆进水◆◆◆◆A出沓◆◆◆：：05lO1520温度(℃)图3．11进出水CODer随温度变化情况由图3．11可以看到，温度在29℃左右时，处理效果不好，主要原因是工艺处于调试阶段初期，ABR内的培养的厌氧污泥比较少，高负荷生物滤池正处于挂膜阶段。在调试阶段后期和运行稳定阶段，温度在20℃～28℃之间，正适合微生物的生长，对ABR和高负荷生物滤池的启动起到了很好的促进作用，处理效果良好。在工艺运行不稳定阶段，由夏季转向秋季和冬季，温度降低，对工艺的正常运行有一定的影响，温度在lO℃～15℃之间，大部分情况下，出水达标；温度在10℃以下，出水很难达标。主要原因在于有大量盐碱地河水误接入污水管道中，不仅水温低，而且可生物降解的物质太少，偏离了典型城镇生活污水的特点，严重影响了污水处理厂的正常运行。在正常进水情况下，温度低至10℃时，完全可以使出水达标。调整了管道之后，粗格栅前的进水发生了明显变化，呛厶啦译“签◆◆肇◆斑◆盘◆浴◆厶◆～畚够签叁◆厶△◆△参△塞1◆A△◆△O0O∞跖{；；历加坫m5(1高S0口ou 第三章污水处理厂调试与运行水质发黑，有热气出现，水温在80C．-一10"C之间，但由于水量不足，污水处理厂不能正常运行。3．5．7抑制及毒性作用在生物膜反应器处理污水的工艺中，抑制和毒性作用主要归因于污水中含有过量的复杂有机化合物、重金属、杀虫剂、氨等物质。对微生物的生理功能产生毒害作用的物质统称为毒性物质。这些毒性物质，能使生物膜反应器内的微生物失活，就会引起大量的生物膜脱落现象，以COD盯去除率表示的工艺效果就会随之降低。尽管生物膜微生物具有经驯化慢慢适应的能力，但是如果高负荷毒性物质持续较长时间就会使生物膜受到严重损坏，生物膜反应器的性能必然会受到较大的影响。重金属对细菌的毒害主要是由溶解成离子状态的重金属所致，表【7113．2列出了一些重金属的抑制浓度。另外，可溶性重金属与硫化物结合形成不溶性盐类，对微生物无毒性影响。表3-2几种重金属的抑制浓度该污水处理厂一期工程竣工验收时测得污水中各种重金属离子浓度均远小于lmpJL，不会对微生物有抑制作用。氨氮浓度对微生物的影响有刺激浓度和抑制浓度。氨氮浓度在50"---200mg／L时，对厌氧反应器中的微生物有刺激作用；氨氮浓度在1500---一3000mg／L时，则有明显的抑制作用【7l】。正常进水水质情况下，该污水处理厂进水和厌氧出水的氨氮浓度一般在30--．，60mg／L，不会出现氮元素比例失调的情况，更不会对微生物有抑制作用。农田排碱渠河水极不利于厌氧池和高负荷生物滤池内微生物的生长。大量的盐碱河水进入污水管道，可生化性极差，导致整个工艺运行不稳定，严重影响了处理效果。 第三章污水处理厂调试与运行3．6小结(1)采用厌氧水解。曝气．高负荷生物滤池工艺处理城镇污水，工艺可行，具有处理效果稳定、出水水质好、投资省、运行费用低、污泥产量少、运行管理简单等优点。许多城镇的污水CODc浓度较低，采用这种高效、低能耗的污水处理技术能够同时去除有机物和营养性污染物，是一种适合我国中小城镇的经济实用的污水处理技术。(2)该工艺对氨氮和总磷也有较好的去除效果。在生物膜成熟、系统稳定运行状态下，原污水氨氮浓度18--一60mg／L，出水氨氮浓度小于18mg／L。原水TP一般小于4．5mg／L，出水TP约小于1．0mg／L。(3)该工艺对BOD5／COD口大于0．25的城镇污水有着良好稳定的处理效果；当BOD5／COD凹小于0．25，特别含有大量盐碱地河水，严重偏离典型城镇污水特征时，很难使出水达标。(4)在6个月的连续运行期间没有排除剩余污泥。在运行期间，进水SS较低，通常在125mg／L以下，仅有几次水质波动较大；另外，设计中将二沉池沉淀的脱落生物膜回流到厌氧水解池，在污水处理的同时，厌氧水解也具有对污泥的水解、浓缩和减量化作用，所以没有剩余污泥。可以预计，由于设计了厌氧水解工艺，正常运行情况下，该系统的污泥产量肯定会较低。(5)ABR在接种厌氧污泥前后有明显的差别，接种前ABR、池内几乎没有微生物，处理效果比较差；接种两周后，ABR处理效果明显改善，系统逐渐趋于稳定，CODcr去除率达40％以上。(6)ABR有很强的抗冲击负荷能力。有时进水COD口高达700mg／L，经过ABR处理后，也能降到150mg／L以下。(7)ABR有明显的水解酸化作用，在调试阶段后期进水平均pH7．24，厌氧出水pH降低到6．73，经高负荷生物滤池后，二沉池出水pH再恢复到7．64。该处理系统中厌氧水解过程可以提高污水的BOD5／COD盯，即改善可生化性，有利于后续处理。(8)设计的高负荷生物滤池具有良好的通风充氧作用。厌氧水解池出水溶解氧浓度一般低于0．7mg／L，曝气池不曝气时，二沉池出水溶解氧通常可达到5．5mg／L以上。(9)向高负荷生物滤池装置碎石填料时，没有过筛，滤料含有很多泥砂，使得滤池出水相当一段时问比较浑浊，滤池出水槽积累泥砂。以后在装置填料时，必须过筛，这样不仅可消除初期出水的泥砂含量，减少排泥堵 第三章污水处理厂调试与运行塞可能性，而且也利于填料上生物膜的稳定生长。因为随着泥砂被冲洗，刚刚附着在填料表面上生物膜也会随泥砂一起流失。(10)该污水中有较大含量的表面洗涤剂，当曝气鼓风机开启时，曝气池表明会堆积大量的泡沫，给处理厂环境造成影响。设计上应考虑泡沫消除措施。(11)当进水的BOD5浓度不高时，回流可以起到均化进水水质促进生物膜的更新的作用，但对提高出水水质，起的作用较小。02)在10．11月份运行不稳定的主要原因在于盐碱地河水排入污水处理厂，BOD5／COD在0．15以下，影响了整个工艺的稳定性。39 第四章弹性填料生物接触氧化法处理城镇污水试验研究在生物接触氧化法工艺中，在充分曝气供氧的条件下，好氧细菌和微生物附着在填料上，形成生物膜，污水流经填料时，污染物被吸附和降解。当生物膜变厚时，由于缺氧，好氧菌死亡，借助于外力(水流冲击力)的作用，原生物膜脱落，新的生物膜重新在填料上生长，脱落下来的生物膜在沉淀池中沉淀，以污泥的形式排出。和活性污泥法相比较，该法具有易于管理、污泥量小和抗污染物冲击负荷的特点[72,73,74]。本工艺中曝气池的设置，考虑到将来进水水质复杂，为提高出水水质，可以增加生物填料。由于该污水处理厂2006年10．11月运行结果不理想，为了检验弹性填料生物接触氧化法是否可以提高处理效果，在实验室进行了2个多月的小试。4．1试验装置与试验方法L放空管图4．1试验装置示意图空气泵试验污水取自该污水处理厂进水井和厌氧池出水，接触氧化池填料挂膜的接种污泥取自某污水处理站曝气池和天津某污水处理厂。实验装置为有机玻璃柱，内径7．3c驰高度105cm,柱内装弹性生物填料，该填料比表面积约80m2／m3，空隙率为98％。柱底设有微孔曝气器。用潜水泵把污水送到储水槽，靠重力流进玻璃柱，在其内是上向流。 第四章弹性填料生物接触氧化法处理城镇污水试验研究4．2反应器的启动反应器的启动主要就是挂膜。生物滤柱的启动与一般生物膜法的启动方式相同，一般采用3种方式：问歇培养并逐步增加流速：在设计流速下或逐渐增加流速进行连续培养；用活性污泥接种，稳定运行。本试验根据实际情况，对弹性填料生物滤柱的挂膜采用第1种和第3种方式相结合的方法。反应器的启动在11月份中旬，水温在14℃左右。活性污泥先取自某污水处理站曝气池，闷曝气2天，然后采用连续进水，进水取自该污水处理厂厌氧出水，水力停留时间为1个小时，并进行曝气使水中有机物和滤料充分混合。由于流速比较大，同时曝气量偏大，加入的活性污泥流失比较多，又加了两次天津某污水处理厂的回流活性污泥，晚上闷曝气，白天连续运行。在启动初期，为了加快微生物的增殖，投加了一些葡萄糖。运行大约10天，可以看到填料上附着棕黄色菌胶团。在第一个阶段，观察填料丝表面有淡黄的生物块，但没有覆盖填料丝，仍可见裸露的白色的填料，镜检发现菌胶团没有连成一片，也没有发现原生动物。运行效果也不好，可以认为这一阶段的挂膜没有成功。主要是由于微生物大多数是中温性细菌，在低于15℃水温时生长繁殖缓慢，另外，进水中含有大量盐碱地河水，可生化性较差，故培养的生物膜不理想；在第二个阶段，管网改造后，水质发生了很大变化，主要是城镇生活污水，尽管水温在8℃"-"10"C，用改管网后的污水运行3天后可以发现又增殖了大量的生物膜附着覆盖在弹性填料表面，颜色也有棕黄色变为灰黑色，显微镜观察，有轮虫、线虫等原生动物出现，处理效果日渐良好。4．3反应器运行的试验结果及分析试验分为两个阶段，2006年11月15日至2006年12月31日，也就是运行反应器的第1天至第49天是第一个阶段，水力停留时问依次为l小时、2小时和4小时；2007年1月1日至2007年1月29日，也就是第50天至第76天第二个阶段，水力停留时间依次为4小时、2小时和1小时。这两个阶段主要区别在于进入生物滤柱的水质不同，其余的完全一样。4．3．1对有机物的去除效果4．3．1．1COD盯的去除效果(1)第一阶段一进水水质不正常情况下的处理效果本阶段实验时间持续大约50天，大多数情况下进水BODs／COD口低于0．2，甚4l 第四章弹性填料生物接触氧化法处理城镇污水试验研究至O．10以下，表现出与典型城市污水水质极大差异。在这样不正常的情况下，二沉池出水BOD5小于10mg／L，甚至接近于零，但COD口还有100mg／LpA上。本实验第一阶段，我们称其为进水不正常情况下的处理效果，见图4-2。135791l1315171921232527293133353739时间(天)图4．2进水不正常情况下生物接触氧化法对COD。的去除效果在第一阶段的运行过程中，生物接触氧化法对COD口的去除效果不好，去除率很低。在第一阶段，水力停留时间(HRT)为1h时，为了加快微生物的生长，投加了葡萄糖，葡萄糖浓度大约200mg／L，逐渐减少葡萄糖量，直至进水直接为原水。测得COD口发现，投加葡萄糖的时候，有较好的去除效果，主要是葡萄糖降解掉了；进水为原水时，去除效果不好。分析原因：该阶段进水BOD5值太低(见图4．3，BOD5一般在20mg／L以下)，BODs／COD订约0．15，能被微生物利用的物质太少，导致处理效果不理想。在HRT为2h时，由于处理效果也不太好，试图通过回流进一步降解有机物，反而出现负值的情况，主要原因是原污水中营养物质太少，回流水中的营养物就更加匮乏，使得部分污泥解体，导致出现负值。在HRT为l、2h的情况下，处理效果不理想，试图延长水力停留时间至4h，增加生化反应时间来提高处理效果。试验结果表明：在不论是HRT为lh、2h，还是HRT为4h，均不能得到理想的处理效果。这时出水BOD5已经降到10mg／L以下，而COD盯仍然有100mg／L以上，表明处理后污水中剩余的COD口基本上为生物不可降解有机物。该试验也证明，对于这样的生物不可降解的污水，采用什么样的生物处理方法，都难于使污水中COD盯值有明显降低。这就是该阶段污水厂运行不正常的主要原因。实际上，在这几个月的运行中，不仅高负荷生物滤池处理效果不理想，而且厌氧水解池的厌氧菌不增长，反而有所减少。经过污水厂管理人员的排查，发现原来是农排渠盐碱水误接入污水管道中，42 第四章弹性填料生物接触氧化法处理城镇污水试验研究造成污水水质的变化，致使几个月来厌氧池内的微生物和高负荷生物滤池的生物膜都不能正常生长，所以出水达不到标准。(2)第二阶段一进水水质正常情况下的处理效果在2006年12月将污水管道的问题解决之后，进入污水厂的才是真正的城镇污水，但这时水量很少，污水厂不能正常运行。在前几个月由于污水水质不正常，也使得厌氧水解池没有形成足够得厌氧污泥，高负荷生物滤池没有形成足够的好氧生物膜，所以污水厂在水量不稳定的冬季，难于正常运行。为了检验接触氧化法对污水厂处理系统的补充作用，我们用这时正常的污水，重复进行了弹性填料生物接触氧化法试验。试验用污水取自污水厂进水井。所用的反应器与第一阶段试验一样，控制水力停留时间(HRT)仍然为1"-4h。HRT．=4hHR卜2hHRT=lh5l535557596163656769717375时间(天)图4_3进水正常情况下生物接触氧化法对COD。的去除效果从图4．3可以看出，当进水水质正常以后，生物接触氧化法对cOD。r有着稳定的去除效果，不论是lh的HRT，还是4h的HRT，均能使出水COD盯值降到100mg／L以下(大部分出水COD口值在70mg／L以下)，COD仃去除率达到40％"55％。在水质正常之后，虽然进水COD。毒衣度值与前面没有多大变化，基本上仍然维持在130--一160mg／L的范围，但由于进水中BOD5值提高(见图5、6)，所以污水的可生化性改善，BOD5／CODa·般在0．3以上，有利于生物降解。4．3．1．2BOD5的去除效果由图44可见，在进水水质不正常的情况下，进水中BOD5浓度很低(低于20mg／L)，经过生物接触氧化法处理，出水BOD5一般低于10mg／L，而这时出水^零√料鬣悄阳∞∞∞∞加竹00巧加佰伯5．一—／89)J。Qou 第四章弹性填料生物接触氧化法处理城镇污水试验研究COD口仍然有100mg／L以上，表明这些COD口基本上都是生物不可降解COD盯。在正常水质情况下，进水BOD5值有几乎是原来的3倍(40--50mg／L)，BOD5／COD口达到0．3"--0．4以上，可生化性较好，所以生物接触氧化法显示出较好的有机物去除效果，在4h的HRT条件下，出水BOD5在10rag／EVA下，BOD5去除率平均为82．5％。§吾∞233l374l515253555758时间(天)图4_4两个阶段HRT为4h时的BOD5去除效果，、零、一，褥篷稍由图4—5和图4．6可以看到，在正常水质情况下，HRT为2h和1h，都显示出良好稳定的运行效果。在HRT为2h情况下，出水BOD5在15mg／L以下，平均去除率为61．8％。在HRT为1h情况下，由于缩短了水力停留时间，使得污水中的污染物和生物膜接触的时间缩短，缩短了反应时间，降低了BOD5去除效率。尽管在lh(HRT)下，与4h(HRT)和2h(HI玎)下相比，出水的BOD5值稍高一点，平均去除率也降至5l％，但处理效果很稳定，仍可达到一级(B)排放标准。+进水总邑占星,50403020100616364656768时间(天)图4．5正常水质情况下，HRT为2h时的BOD5去除效果10080∞邑40量20悄0∞加0∞的∞加竹。 第四章弹性填料生物接触氧化法处理城镇污水试验研究毫黾8∞7172747576时间(天)图4．6正常水质情况下，HRT为lh时的BOD5去除效果4．3．2氨氮的去除效果(1)第一阶段⋯进水水质不正常情况下的处理效果，、冰V龉篷稍04812162024283236404448时间(天)图4．7进水不正常情况下生物接触氧化法对氨氮的去除效果由图4．7可看出，在第一阶段，进水的氨氮浓度较低。一般在15mg／L以下。在HRT为1h、2h的情况下，对氨氮几乎没有去除效果。在HRT为4h的情况下，进水氨氮浓度在10mg／L左右，出水在6mg／L左右。(2)第二阶段⋯进水水质正常情况下的处理效果将图4．7与图4。8对比，可以发现，正常情况下的污水中氨氮值维持在30"-"40mg／L范围，属于典型城镇污水水质。图4．7显示，在进水水质不正常的情况下，生物接触氧化法对氨氮基本上没有去除，而图4．8明显表示，对正常的城镇竹∞扣o∞柏∞加们。墙mM屹m86420—1／凹狙)腻)葶 第四章弹性填料生物接触氧化法处理城镇污水试验研究污水，生物接触氧化法对氨氮有显著的去除效果。图4．8中，在4h的水力停留时间时，用正常进水水质运行2周时问，出水的氨氮值逐渐降低，出水氨氮值在20mg／L以下。HRT改为2h时，出水的氨氮值进一步降低，接近10mg／t,。由于前一阶段硝化生物膜没有形成，所以氨氮去除效果不好，随着第二阶段的试验进行，填料上逐渐形成稳定的硝化生物膜。由于试验时间比较紧张，用正常水质HR．T为4h的情况下仅运行2周，就改变了HRT,但这时候还没有形成稳定成熟的硝化生物膜，在HRT为2h时，硝化生物膜继续增殖并趋于稳定，因此氨氮的去除效果就更好了。因此，在实验后期安排的lhHRT运行阶段，显出较好的除氨氮效果，处理效果很稳定，出水氨氮降低到20mg／L以下。454035o30＼警25聪20岖1510505054586266707478时间(天)图4．8进水正常情况下生物接触氧化法对氨氮的去除效果4．3．3色度的去除效果在第一阶段，进水是城镇污水与盐碱河水混合的，进水的色度不高，大约20""30倍，色度不高，由于进水的BODgCOD口一般都小于O．2以下，处理效果也不好，出水一般在10～16倍，出水颜色仍显得发黄。在第二阶段，通过各指标与典型城镇污水指标比较，确定这时的污水才是真正的城镇污水，BOD5／COD口一般都大于O-3，可生化性较好。进水色度在60"---"120倍之间，出水一般在5～16倍之间。HRT为4h的出水比HRT为2h、lh的出水更清澈，色度在10倍以下，脱色效果更好。4．4微生物相的观察水温8"C"--"15"C，培养出了成熟的生物膜，剥落下来一部分，照片见图4-8。 第四章弹性填料生物接触氧化法处理城镇污水试验研究∞图‘9成熟生物膜的光学显微镜照片■∞鹾∞镬∞◇一?-．i_．自 第四章弹性填料生物接触氧化法处理城镇污水试验研究照片(图4．9)显示，成熟生物膜的形态和微生物种类具有一定的多样性，球状、丝状、杆状细菌、变形细菌及团簇结构均有分布；胞间胶状物十分发达，这是连接成絮状物的结构基础。(a)图显示，形成的生物膜的致密度从外向内逐步增大，这样能依次形成好氧、缺氧和厌氧的环境，从而具有一定的硝化和反硝化功能。照片还显示生物膜表面有一些可能深入内部的孔洞或者沟渠结构，国外使用共聚焦激光扫描显微镜，利用其介于光镜与电镜之间的观察尺度和三维成像功能，已经证实这种结构在生物膜中的普遍存在I』75】。这一结构在02和营养物质的传质过程中有重要意义，使深层的生物膜不仅依靠扩散作用得到基质，还能从液相中获得营养，使得生物膜的寿命延长、剩余污泥量减少，进而提高处理效率。在生物膜内栖息着大量细菌、原生动物和后生动物，形成有机污染物一细菌一原生动物一后生动物的食物链，从而使流动水层逐渐得到净化。4．5生物膜量的测定与微生物的悬浮培养不同，生物膜是固定在载体的表面，很难直接测量生物膜量。一般常用的方法是在分析以前，首先把生物膜从载体表面剥落下来。几种常用并被证明有效的生物膜剥落技术有：机械剥落、超声剥落和超声+化学剥落【57】o由于生物膜干重反映的是生物总重量的概念，而生物膜的生物化学活性只与其活性生物量有关。为了获得较准确的生物量信息，常常选用可挥发性生物膜重。在测量了生物膜干重之后，将样品在置于600。C马福炉内灼烧，减少的部分即为可挥发性生物膜部分。为了更准确的测量生物膜量，在填料上中下部各取一段，用机械剥落和超声剥落相结合的方法。机械剥落方式是把剪下来的填料放入洗净的水桶内，加入一定量的蒸馏水，用手搓洗把附着在上面的生物膜剥下来；粘在填料上和填料中心轴上的生物用l：沁一50DB型数控超声波清洗器进行超声剥落。测得生物膜量相当于MLSS为约6390mg／L，其中机械剥落的部分占86％，超声剥落部分占14％。主要是由于弹性填料表面比较光滑，大部分的生物膜都可以通过搓洗剥落下来。生物膜活性采用可挥发性生物膜重。测得可挥发性生物膜重相当于MLVSS为4470mg／L，约占总生物膜量的70％，具有较高的活性，因此处理污水效果稳定。 第四章弹性填料生物接触氧化法处理城镇污水试验研究4．6影响反应器处理效果的主要因素4．6．1进水水质的影响进水水质不同，含有的营养物质和底物浓度就不同，直接影响反应器的运行效果。通过第一阶段和第二阶段的试验对比可以看出，进水水质是影响处理效果的主要因素之一。在第一阶段，农田排碱渠含盐碱水进入污水处理厂，污水可生化性很差，BOD5／COD菇o．15以下，见图4．10。颜色显黄色，色度较小，表现出与典型城镇污水水质极大的差异，在这样进水水质的情况下，能被微生物摄取利用的营养物质就少，填料上的生物膜量自然就比较少，即使延长水力停留时问，仍然不能出水达标。在第二阶段，将污水管道修改之后，污水水质发生了很大变化，BOD5由不足20mg／L变为40---60mg／L，BOD5浓度几乎是第一阶段的3倍，BODs／COD盯大于0．25，污水的可生化性有了很大提高。在l"--4h的水力停留时间条件下，均取得了良好的处理效果。第一阶段第二阶段O1020304050607080时间(天)图4-10两个阶段BOD5／COD仃变化情况可见，为使反应器运行效果良好且稳定，首先就要保证进水水质正常。4．6．2温度一般来说，温度是影响生物膜反应器运行的重要因素，很多人认为温度在15℃以下，填料挂膜很困难，而本试验就是水温在8℃～15℃之间进行的。在试验的第一阶段，水温高一些，挂膜依然不理想，主要是由于进水中有盐碱地河水，BODs／COD盯在O．2以下，可生化性太差，严重偏离了典型城镇污水的特征，影响加％{；；药{寻圬m∞∞O0O0鲁oou＼誉o∞ 第四章弹性填料生物接触氧化法处理城镇污水试验研究了反应器的处理效果。在第二个阶段，水质发生了很大变化，水温在8"C,-一10。C之间，反应器接着第一阶段继续运行，运行仅3天便发现填料上的生物膜又增加了许多。4．6．3水力停留时间水力停留时间(HI玎)指的是待处理污水在反应器内的平均逗留时间，也就是污水与生物反应器内微生物作用的平均反应时间，公式如下：HRT-V械／Q。。对于一定的反应器容积和进水底物浓度来讲，延长水力停留时问，反应物在出流中的浓度将降低，也就是反应器对该反应物的去除率提高。但在工程实际中，不能无限制的延长水力停留时问，因为延长水力停留时间，就会增大反应器容积，就会增加基建投资。这就要根据进入反应器的底物浓度和出水要求来确定合适的水力停留时间。弹性填料处理该污水处理厂污水的试验中，在进水水质正常的情况下，水力停留时间分别为4h、2h、lh，HRT为4h的处理效果要优于HRT为2h和lh的处理效果。在1,一4h的水力停留时间条件下，均能使污水中的COD口从120～150mg,fL，降低到70mg／L左右；BOD5从40---60mg／L，降低到10"--20rag／L；氨氮从30～40mg／L，降低到20mg／L以下。4．6．4曝气强度和溶解氧(Do)在弹性填料生物接触氧化法中，曝气的作用有：提供微生物所需的氧气；产生振动，脱落老化生物膜，促进生物膜的更新；充分搅拌，加强接触、强化传质【_76】；推动水流的速度。曝气强度太大或者太小都影响生物接触氧化反应器的处理效果。过高的保其强度对生物膜的剪切作用会破坏污泥絮体中微生物、无机颗粒和胞外多聚物(ECP)---者之间的相互联系，使得大量的生物膜脱落；太小的话，就会使厌氧层增厚，不能实现生物膜的顺利更新。资料表明：当DO质量浓度小于2mg／L时，氨氮有可能完全硝化，但需要较长的污泥停留时间。对于存在有机物又同时进行硝化、反硝化的过程中，硝化菌约占活性污泥的5％左右，大部分硝化菌处于生物膜的内部，在这种情况下，DO质量浓度的增加会提高溶解氧对生物膜的穿透力，提高硝化反应速掣721。反应器中的溶解氧不宜过高，否则会导致污泥的过氧化，但太低的溶解氧则不利于好氧微生物的正常生长繁殖，以致使丝状菌的过量生长导致污泥形态恶化，硝化反应难于进行。50 第四章弹性填料生物接触氧化法处理城镇污水试验研究本试验的曝气量为约18L／h，气水比为约4：l，上部的溶解氧浓度8-10mg／L，在水力停留时间14h的情况下，处理效果稳定良好。4．7工程改造建议通过在实验室内做的小试，结果表明，在进水水质正常的情况下，弹性填料生物接触氧化法处理该污水处理厂内进水，在HRT为lh、水温8℃～10℃之间的情况下，出水可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918．2002)二级标准。现有厌氧水解池后的曝气池在平均日流量下(1．5万m3／d)，水力停留时间为1．4h。在曝气池内装弹性填料，空隙率为85％，现有三叶罗茨鼓风机有2台，单台风量为25．2ma／min，当两台都开启时，气水比约4．8：1。在广州市番禺曲的祁福新村污水处理采用的淹没式生物膜处理工艺，当气水比为6：1时，引起曝气池壁和二沉池中藻类过渡繁殖；当气水比为(2．5：1"--3：1)时，运行效果良好稳定1451。因此在现有的条件下，将曝气池改造为生物接触氧化池，在冬季，可以使出水达标。在其它季节，有可能使出水达到一级排放标准。将曝气池改造后，使该污水处理系统具有更强的抗冲击负荷能力，使工艺运行特别是在冬季更加稳定。因此，建议将曝气池改造为弹性填料生物接触氧化池。4．8小结(1)污水水质直接影响处理效果，当污水水质严重偏离城镇污水典型水质(特别是农田排碱渠盐碱水进入污水处理厂后)时，BOD5／COD盯小于0．15，用生物处理方法，即使延长水力停留时间，也难于使出水达标排放。(2)在污水水质正常情况下，BODflCOD仃达到0．3"---0．4，BODs浓度达到40mg／L左右，甚至更高的浓度，污水可生化性较好，这时采用生物处理法就能取得较好的处理效果。试验采用的弹性填料生物接触氧化法，在l"-"4h的水力停留时间条件下，均能使污水中的COD口从120"-"-"150mg／L，降低到70mg／L左右；BOD5从40,---60mg,rL，降低到10"--20mg／L；氨氮从30---,40mg／L，降低到20mg／L以下。(3)根据实际的工程情况，在曝气池加装弹性填料是可行的。实验结果表明在冬季，生物接触氧化池的运行，对系统会有较大的强化作用。在进水水质正常的情况下，出水可以达N--级排放要求。在其它季节，有可能使污水厂出水达到一级排放标准。 第五章技术经济分析全面评价一种污水处理工艺，不仅要评价其工艺是否合理，是否满足污染物削减目标，还要从经济上分析，在满足技术要求的前提下，是否投最小，是否能以最低的经济投入实现最大的污染物削减目标，这就需要进行综合技术经济分析。通过技术经济分析，论证工艺上的合理性及经济上的可行性，对我国这样一个经济上不发达、财力有限而污染又较严重的国家来说，具有重要的现实意义。5．1成本分析5．1．1成本分析依据(1)固定资产原值由固定资产投资内的第一部分工程费用、预备费用、建设期利息及第二部分其它建设费用(不含职工培训费)组成，固定资产基本折旧率按4．8％计算，固定资产残值回收率按4％计算；(2)生产职工培训费作为无形及递延资产，摊销率为8％，摊销时间按12．5年计算；(3)职工工资、福利费按18000元／人．年计算；(4)大修理费按固定资产原值的1．7％计算；(5)日常检修维护费按固定资产原值的1．0％计算；(6)动力费：电度电价按O．57元依肌计算，基本电价按15元ⅨvA月计算；(7)药剂费：聚丙稀酰胺按40000元／吨计算；(8)管理费及其它费用按以上各项费用之和的10％计算。5．1．2成本计算经计算，厌氧水解一高负荷生物滤池方案污水处理年均总成本314．89万元，单位成本0．58fr．,／m3，年均经营成本213．55万元，单位经营成本0．39fr_,／m3。5．2投资回报经测算，项目水价收入达到0．39元／吨的基础上可保本运行；水价达到0．58元／吨基础上可在保本运营基础上并回收项目投资；水价确定在0．70元／吨时，项 第五章技术经济分析目的投资利润率、投资回收期等经济指标与BOT投资项目的平均经济指标较为接近，可以规避由于物价上涨等因素引起的项目盈利风险，因此建议BOT投资采用0．70元，吨的水价更加合理。该污水处理厂的建成为保证该县经济建设及环境治理都有深远的效益，并且为加快该县招商引资步伐，提供了环境保证。5．3实际运行能耗分析在调试运行期间，由于水质浓度较低、气温适宜，因此实际运行电耗低于概算指标。例如鼓风机基本不用开，每小时节电37kw。工艺连续运行了6个多月，还没有排放剩余污泥，污泥脱水机还没有开始运转。目前运行主要耗电为提升水泵、沉砂池搅拌设备、沉淀池挂泥机、紫外消毒等设备，总功率为63kw,平均日处理量为6251113／h，计算处理每立方米污水实际电耗约为0．1(kw．h)／m3。5．4处理工艺与常规工艺的技术经济比较由于厌氧水解一曝气一高负荷生物滤池工艺具有十分简便的特点，在工程技术上具有很强的优势。该工艺操作简单，采用的厌氧折流板反应器(ABR)代替初沉池，有更强的耐冲击负荷能力，比初沉池有更好的污染物去除效果；ABR作为厌氧水解池，具有较好的水解酸化作用，提高了污水可生化性，有利于后续处理。高负荷生物滤池采用天然滤料，投资省，造价低，运行管理简单。同时，剩余污泥回流至ABR，ABR对污泥有很好的减量作用，从而节省了污泥处理费用以及污泥饼外运费用。中间曝气池的设置，使得工艺的运行更有灵活性。在夏季或者污水的浓度不高，可以不开曝气机，同样使出水达标，也节省了运行费用。该工艺与其他各种主要的二级生物处理系统进行比较【721，比较结果见表5-1。 第五章技术经济分析通过技术经济指标比较可以看出，厌氧水解．高负荷生物滤池工艺无论在基建费用还是运行费用方面均明显优于传统活性污泥法和其他的常用的二级处理工艺。当不开鼓风机时，处理污水实际电耗约为O．1(kw．h)／m3，仅为传统活性污泥法处理每立方米电耗的38％。。综上述，采用ABR-曝气。高负荷生物滤池工艺，在工艺上是合理的，在经济上是可行的，适用于我国中小城镇污水处理厂的运行管理要求。特别是对于我国中小城镇污水处理率比较低而资金又短缺的情况，对改善和提高环境质量水平、美化城区、提高城镇基础设施水平以及改善当地投资环境都具有极其重要的意义。 第六章结论及建议1．采用厌氧水解．曝气．高负荷生物滤池工艺处理城镇污水，工艺可行，处理效果稳定，具有抗堵塞和承受较强冲击负荷的优异性能，出水水质好，投资省，运行费用低，污泥产量少，运行管理简单等特点，是一种适合我国中小城镇的经济实用的污水处理技术。2．该工艺对氨氮和总磷也有较好的去除效果。在生物膜成熟、系统稳定运行状态下，原污水氨氮浓度18～60mg／L，出水氨氮浓度小于18mg／L。原水TP一般小于4．5mg／L，出水TP约小于1．0mg／L。3．该工艺对BOD5／COD盯大于0．25的城镇污水有着良好稳定的处理效果；当BOD5／COD盯小于0．25，特别含有大量盐碱地河水，严重偏离典型城镇污水特征时，很难使出水达标；用生物处理方法，即使延长水力停留时问，也难于使出水达标排放。’’4．在6个月的连续运行期间没有排除剩余污泥。在运行期间，进水SS较低，通常在125mg／L以下，仅有几次水质波动较大；另外，设计中将二沉池沉淀的脱落生物膜回流到厌氧水解池，在污水处理的同时，厌氧水解也具有对污泥的水解、浓缩和减量化作用，所以没有剩余污泥。可以预计，由于设计了厌氧水解工艺，正常运行情况下，该系统的污泥产量肯定会较低。5．ABR在接种厌氧污泥前后有明显的差别，接种前ABR池内几乎没有微生物，处理效果比较差；接种两周后，温度又适宜，ABR处理效果明显改善，系统趋于稳定，COD甜去除率达40％以上。6．ABR有明显的水解酸化作用，在调试阶段后期进水平均pH为7．24，厌氧出水pH降低到6．73，经高负荷生物滤池后，二沉池出水pH再恢复到7．64。该处理系统中厌氧水解过程可以提高污水的BOD5／COD口，即改善可生化性，有利于后续处理。7．ABR有很强的抗冲击负荷能力。有时进水COD盯高达700mg／L，经过ABR处理后，也能降到150mg／L以下。8．设计的高负荷生物滤池具有良好的通风充氧作用。厌氧水解池出水溶解氧浓度一般低于0．7mg／L，曝气池不曝气时，而二沉池出水溶解氧通常可达到5．5mg／L以上。 第六章结论及建议9．当进水的BOD5浓度不高时，回流可以起到均化进水水质促进生物膜的更新的作用，但对提高出水水质，起的作用较小。10．在污水水质正常情况下，BODs／COD仃达到0．3～O．4，BOD5浓度达到40mg／L左右，污水可生化性较好，这时采用生物处理法就能取能较好的处理效果。试验采用弹性填料生物接触氧化法，在l"--4h的水力停留时间条件下，均能使污水中的COD仃从120-一lS0mg／L，降低到70mg／L左右；BOD5从40---60mg／L，降低到10一-20mg／L；氨氮从30--．40mg／L，降低到20mg／L以下。11．建议向高负荷生物滤池装置碎石填料时，应该进行过筛。由于没有过筛，滤料含有很多泥砂，使得滤池出水相当一段时间比较浑浊，滤池出水槽积累泥沙。过筛滤料，不仅可消除初期出水的泥沙含量，减少排泥堵塞可能性，而且也利于填料上生物膜的稳定生长。因为随着泥砂被冲洗，刚刚附着在填料表面上生物膜也会随泥砂一起流失。12．建议将曝气池改造为弹性填料生物接触氧化池。试验结果表明，根据实际的工程情况，在曝气池加装弹性填料是可行的。在冬季，生物接触氧化池的运行，对系统会有较大的强化作用。在进水水质正常的情况下，出水可以达N-级排放要求。在其它季节，有可能使污水厂出水达到一级排放标准。 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致谢本论文是在我的导师季民教授的悉心指导下完成的。从论文的选题、实验方案的确定、实验工作的进行到最后论文的审阅，都倾注了季老师大量的心血。季老师开阔的视野、活跃的科研思维、严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响，让我终身受用。在此衷心感谢两年来季老师对我的关心和指导。感谢实验室金姐、徐老师对我实验的大力协助，没有你们帮我解决实验进行过程中大大小小的具体问题，我也不会如此顺利地完成实验和论文。感谢张亮师兄在课题研究及实验技能等方面给予的帮助与指导。感谢同门的师兄王景峰、潘留明、陆彬，师姐王芬、薛玉伟、杨洁、张楠、刘卫华、王苗苗、卢姗、牛育辉对我各个方面的帮助。感谢韩育宏、张听、魏燕杰、杨拓以及师妹赵静、王萌萌、师弟隋鸿志、李超、董慧峪等人的帮忙。感谢同寝室的弟兄赵东美、阎明和吴水波，回想在一起的欢声笑语，使我的研究生生活更加充实快乐。感谢我的家人和朋友，是你们的支持和鼓励给了我继续前行的动力，才使得我能够在学校专心完成我的学业。最后，我想把感激赠与所有关心、支持和帮助过我的人!'