（环境科学专业论文）好氧降解厌氧过滤新工艺处理城市生活污水研究.pdf

好氧降解厌氧过滤新工艺处理城市生活污水研究 第一部分：文献综述 一l 日舌 随着全球经济的发展，水质污染问题已越来越受到人们的关注，水是城市生存和发展的 命脉。防治水污染，保护水资源，不仅是当今世界性的问题，更是我国城乡普遍面临的当务 之急。对水环境实施有效保护已成为我国社会、经济、环境互相协调和可持续发展的迫切需 要，刻不容缓的希望寻求到各种安全、有效、符合我国现有国情和比较节约的治污方法和保 护途径。 l 我国水资源、水污染和水处理概况 1 1 水资源概况 我国地域辽阔，水资源丰富，是世界上少数几个水资源大国，其中地表水资源名列世界 第六位，但由于人口众多人均拥有淡水资源的占有量仅为世界平均水平的17 4 ，排名世界 第8 8 位，全国6 0 0 多个城市中已有一半的城市出现了缺水，有7 0 0 0 多万人口发生饮水困难 。同时由于水土流失、围湖造田等自然及人为因素的破坏，一些池塘、水库、江河湖泊出 现了泥沙淤积，蓄水能力减弱，以至于我国每年许多地区时常发生水涝和干旱，给我国经济 和人民生活带来巨大的损失。目前，以上现象已越来越引起社会的极大关注。 不仅我国人均拥有水资源量少，而且水资源的时空分布也极不均衡口】。受季风气候影响， 各地降水主要发生在夏季，出现降雨季节过分集中，大部分地区汛期连续4 个月的降水量就 占全年的6 0 8 0 ，容易形成春旱夏涝，使大约2 3 左右的水资源量为洪水径流量，形成 江河的汛期洪水和非汛期枯水。而降水量的年际剧烈变化，更造成江河的特大洪水和严重枯 水，甚至发生连续大水年和连续枯水年例。从地域上来看，我国3 3 的水资源集中在占全国 耕地面积3 8 的长江流域及其以南地区，而黄、淮、海、辽河等流域耕地占4 2 ，水资源 量却只占9 。 另外我国水资源的浪费也很严重，如制造1 吨纸，利用国外先进水平制造，其中排水 量为5 0 2 0 0 吨，b o d 为1 4 2 9 k g ，而在我国来说却需要排出4 0 0 6 0 0 吨的水和6 0 3 0 0 k g 的b o d ，前后相差几倍到几十倍。况且我国小纸厂分布众多，技术水平较低，对资源浪 费和排污都比严重。 1 2 水污染状况概况 随着我国经济的迅速发展，人口的不断增长及城市化进程的加快，水污染问题也日益突 出。自7 0 年代以来，尽管我国在水污染防治方面做了很多工作，但水污染的发展趋势仍未 得到有效控制，许多江、河、湖泊、水库的水质仍在下降p j 。 根据中国水资源公报2 0 0 0 年的统计1 6 j ，全国河流水质在1 1 4 1 0 4 k m 2 评价河长中，i 类水河长占4 9 ，类水、河长占2 4 0 ，m 类水河长占2 9 8 ，类水河长占1 6 1 ，v 类 水河长占8 1 ，劣v 类水河长占1 71 。全国符合和优于i 类水的河长占评价河长的5 87 ， 比上年减少了3 7 个百分点。我国主要水系长江、黄河、松花江、珠江、辽河、海河及淮河 断面监测结果表明，3 6 9 0 的河段达到或优于地面水环境质量级标准，其中i 类水质占 85 ，i i 类水质占2 1 7 ，i l l 类水质占6 7 0 0 ；6 3 1 河段的水质为、v 或劣v 类，失去 了作为饮用水源的功能，其中类水质河段占1 83 ，v 类水质占7 1 ，劣v 类水质占 3 77 。其中长江、珠江水质较好，监测、河段中7 0 以上达到或优于地面水环境质量i 级 标准；黄河、淮河、海河有2 8 2 9 达到或优于地面水级标准；松花江、辽河污染严重， 分别只有4 和1 1 3 达到或优于地面水级标准“j 。 我国一些湖泊的污染比河流更加严重，湖泊水质在评价的2 4 个湖泊中，9 个湖泊水质 符合或优于i 类水，4 个湖泊部分水体受到污染，1 1 个湖泊水污染严重。国家重点治理的“三 湖”情况为：太湖i i 、珊类水质断面占1 2 ，i v 类水质断面占6 4 ，v 类水质断面占1 2 ， 劣于v 类水质断面占1 2 o ；中营养水平的水域占太湖总面积的1 6 5 ，富营养水平的占 8 35 ，富营养程度比上年略有加重。云南滇池水质劣于v 类，处于富营养状态。巢湖东半 湖水质为类，西半湖水质为v 类，东西半湖均处于富营养状态”j 。 水库水质在评价的1 3 9 座主要水库中，有1 1 8 座水库水质良好，达到、i 类水质标准。 4 好氧降解* 厌氧过滤瓶工艺处理城市生活污水研究 在未达到地面水i 类的水库中，水污染极为严重的劣于v 类水质水库有g 座。对9 3 座水库 进行了营养化程度评价，处于贫营养状态的水库1 4 座，处于中营养状态的水库6 5 座，处于 富营养状态的水库1 4 座”j 。 近2 0 年来，虽然我国污水的处理率在不断提高，但我国污永的年排觳量仍在大幅度增 加p 1 。2 0 0 1 年全国工业和城镇生活废水排放总量为4 2 8 4 1 0 8 吨，比上年增加32 。其中 工业废水排放量2 0 0 j 1 0 8 吨，比上年增加3 , 5 ；城镇生活污水排放量2 2 2 ，7 x 1 0 8 吨，比 上年增加3 d 。废水中化学需氧( c o d ) 排放总量1 4 0 6 5 x 1 0 4 吨，比上年减少2 7 。其 中工业废水中c o d 排放量6 0 7 ，5 1 0 4 吨，比上年减少1 3 8 ；生活污水中c o d 排放量7 9 9 1 0 4 吨，比上年增加8o “。目前，影响我国水环境质量的主要是一些有机污染，这些 污染物来自化工、石化、造纸、食品、肯4 药和纺织等行业中钓企业所排放的高浓度钓有机废 水以及大量未经处理的城市生活污水 1 “。 水域的污染和水资源的缺乏已成为我国经济与社会发展的制约因素，臼趋严重的水污染 不仅降低了水体的使用功能，而且还会进一步加融水资源短缺的矛盾，并对我国所实施的可 持续发展战略也会带来严重负面影响【8 】。 1 3 污水处理现状概况 面对水资源的严重污染，世界各国都加强了水处理方面的投资力度，美国在1 9 8 0 年就 拥有1 5 万座污水处理厂，瑞典则是平均大约每5 万人就拥有一座污水处理厂，而我国到1 9 9 4 年仅有1 0 0 余座污水处理厂，城市污水处理能力仅占总排放量的5 ，大量未经处理的城市 污水被直接排入天然水体。 但是近年来，水污染的严重危害问题已引起我国各级政府的高度重视，不仅加大了环保 的宣传力度，对污染严重的企业进行限翔治理，关、停、并、转了些污染严重构中小企业 而且还投入大量资金，在有条件的城市建立污水处理厂，目前几乎所有的中等以上城市污水 均进行了处理，较好的实现了城市生活污水的达标排放。1 9 9 7 年我国工业废水平均处理率 为7 8 9 ，工业废水达标排放率为5 4 4 ，在实施中国跨世纪绿色工程规划的行动中， 完成水污染防治项目9 9 个，在建的水污染项目3 2 54 、【”l 。 随者改革开放步划的加大，工农业迅速发展，人口也不断增长，城镇建设的发展以及人 们生活水平的提高，用水量和排水量将大幅度增长，人们对水质的要求也越来越高，目前水 资源缺乏和水污染将成为我国经济和社会发展的制约因素，如果不采取坚决有效的措施，必 将阻碍我国经济和社会的发展。我国一方面要在节约水资源方面下功夫，另一方面要大力发 展城镇污水处理，实现污水资源化，以满足国民经济发展需要。 2 污水处理概述 2 1 污水处理方法概述 根据来源不同，废水可分为工业废水私生活污水。工业废水是在工业生产过程中所排出 的废水，其成分主要决定于生产过程中所采用的原料和所用的工艺。而生活废水是人们日常 生活中所产生的废水，主要包括粪便水、厨房洗涤用水、冲洗厕所和沐浴用水等产生的污水。 污水处理就是采用物理、化学或生物的方法将污水中的污染物转化无害的商态汇聚物和易挥 发的气态物，实现污染物与水的分离“q 。 在现代污水处理技术中，按照处理程度可划分为：一级处理、二级处理和三级处理i l “。 其中，一级处理，主要是通过筛滤、沉淀等物理方法对废水进行预处理，目的是除去废水中 悬浮圆体和漂浮物，为二级处理做准备。经过一级处理的废水，b o d 的去除一般在3 0 左 右。二级处理，主要是采用各种生物的方法处理，其目的是除去废水中的呈胶体和溶解状态 的有机污染物。废水经过二级处理以后，b o d 的去除率可达到9 0 以上，处理出水可以达 标排放。三级处理，就是在级、二级处理的基础上，对难降解的有机物、磷、氮等营养性 物质，进一步进行处理，其常用方法有混凝、过滤、离子交换、反渗透、超滤、消毒等。 另外，由于污水中的污染物或份较为复杂，一般往往需要同时采用几种方法的组合流程， 才能达到处理效果。对于不同的污水，可参照其污水的水质、水量和对有价物质回收再利用 的可能性，进行分析比较，选取适当方法的组合进行处理。 对于上述常规处理方法“驯来说，无论采用哪几种方式的组合，均面临共同存在的缺 5 好氧降解* 厌氧过滤瓶工艺处理城市生活污水研究 在未达到地面水i 类的水库中，水污染极为严重的劣于v 类水质水库有g 座。对9 3 座水库 进行了营养化程度评价，处于贫营养状态的水库1 4 座，处于中营养状态的水库6 5 座，处于 富营养状态的水库1 4 座”j 。 近2 0 年来，虽然我国污水的处理率在不断提高，但我国污永的年排觳量仍在大幅度增 加p 1 。2 0 0 1 年全国工业和城镇生活废水排放总量为4 2 8 4 1 0 8 吨，比上年增加32 。其中 工业废水排放量2 0 0 j 1 0 8 吨，比上年增加3 , 5 ；城镇生活污水排放量2 2 2 ，7 x 1 0 8 吨，比 上年增加3 d 。废水中化学需氧( c o d ) 排放总量1 4 0 6 5 x 1 0 4 吨，比上年减少2 7 。其 中工业废水中c o d 排放量6 0 7 ，5 1 0 4 吨，比上年减少1 3 8 ；生活污水中c o d 排放量7 9 9 1 0 4 吨，比上年增加8o “。目前，影响我国水环境质量的主要是一些有机污染，这些 污染物来自化工、石化、造纸、食品、肯4 药和纺织等行业中钓企业所排放的高浓度钓有机废 水以及大量未经处理的城市生活污水 1 “。 水域的污染和水资源的缺乏已成为我国经济与社会发展的制约因素，臼趋严重的水污染 不仅降低了水体的使用功能，而且还会进一步加融水资源短缺的矛盾，并对我国所实施的可 持续发展战略也会带来严重负面影响【8 】。 1 3 污水处理现状概况 面对水资源的严重污染，世界各国都加强了水处理方面的投资力度，美国在1 9 8 0 年就 拥有1 5 万座污水处理厂，瑞典则是平均大约每5 万人就拥有一座污水处理厂，而我国到1 9 9 4 年仅有1 0 0 余座污水处理厂，城市污水处理能力仅占总排放量的5 ，大量未经处理的城市 污水被直接排入天然水体。 但是近年来，水污染的严重危害问题已引起我国各级政府的高度重视，不仅加大了环保 的宣传力度，对污染严重的企业进行限翔治理，关、停、并、转了些污染严重构中小企业 而且还投入大量资金，在有条件的城市建立污水处理厂，目前几乎所有的中等以上城市污水 均进行了处理，较好的实现了城市生活污水的达标排放。1 9 9 7 年我国工业废水平均处理率 为7 8 9 ，工业废水达标排放率为5 4 4 ，在实施中国跨世纪绿色工程规划的行动中， 完成水污染防治项目9 9 个，在建的水污染项目3 2 54 、【”l 。 随者改革开放步划的加大，工农业迅速发展，人口也不断增长，城镇建设的发展以及人 们生活水平的提高，用水量和排水量将大幅度增长，人们对水质的要求也越来越高，目前水 资源缺乏和水污染将成为我国经济和社会发展的制约因素，如果不采取坚决有效的措施，必 将阻碍我国经济和社会的发展。我国一方面要在节约水资源方面下功夫，另一方面要大力发 展城镇污水处理，实现污水资源化，以满足国民经济发展需要。 2 污水处理概述 2 1 污水处理方法概述 根据来源不同，废水可分为工业废水私生活污水。工业废水是在工业生产过程中所排出 的废水，其成分主要决定于生产过程中所采用的原料和所用的工艺。而生活废水是人们日常 生活中所产生的废水，主要包括粪便水、厨房洗涤用水、冲洗厕所和沐浴用水等产生的污水。 污水处理就是采用物理、化学或生物的方法将污水中的污染物转化无害的商态汇聚物和易挥 发的气态物，实现污染物与水的分离“q 。 在现代污水处理技术中，按照处理程度可划分为：一级处理、二级处理和三级处理i l “。 其中，一级处理，主要是通过筛滤、沉淀等物理方法对废水进行预处理，目的是除去废水中 悬浮圆体和漂浮物，为二级处理做准备。经过一级处理的废水，b o d 的去除一般在3 0 左 右。二级处理，主要是采用各种生物的方法处理，其目的是除去废水中的呈胶体和溶解状态 的有机污染物。废水经过二级处理以后，b o d 的去除率可达到9 0 以上，处理出水可以达 标排放。三级处理，就是在级、二级处理的基础上，对难降解的有机物、磷、氮等营养性 物质，进一步进行处理，其常用方法有混凝、过滤、离子交换、反渗透、超滤、消毒等。 另外，由于污水中的污染物或份较为复杂，一般往往需要同时采用几种方法的组合流程， 才能达到处理效果。对于不同的污水，可参照其污水的水质、水量和对有价物质回收再利用 的可能性，进行分析比较，选取适当方法的组合进行处理。 对于上述常规处理方法“驯来说，无论采用哪几种方式的组合，均面临共同存在的缺 5 好氧降解* 厌氧过滤瓶工艺处理城市生活污水研究 在未达到地面水i 类的水库中，水污染极为严重的劣于v 类水质水库有g 座。对9 3 座水库 进行了营养化程度评价，处于贫营养状态的水库1 4 座，处于中营养状态的水库6 5 座，处于 富营养状态的水库1 4 座”j 。 近2 0 年来，虽然我国污水的处理率在不断提高，但我国污永的年排觳量仍在大幅度增 加p 1 。2 0 0 1 年全国工业和城镇生活废水排放总量为4 2 8 4 1 0 8 吨，比上年增加32 。其中 工业废水排放量2 0 0 j 1 0 8 吨，比上年增加3 , 5 ；城镇生活污水排放量2 2 2 ，7 x 1 0 8 吨，比 上年增加3 d 。废水中化学需氧( c o d ) 排放总量1 4 0 6 5 x 1 0 4 吨，比上年减少2 7 。其 中工业废水中c o d 排放量6 0 7 ，5 1 0 4 吨，比上年减少1 3 8 ；生活污水中c o d 排放量7 9 9 1 0 4 吨，比上年增加8o “。目前，影响我国水环境质量的主要是一些有机污染，这些 污染物来自化工、石化、造纸、食品、肯4 药和纺织等行业中钓企业所排放的高浓度钓有机废 水以及大量未经处理的城市生活污水 1 “。 水域的污染和水资源的缺乏已成为我国经济与社会发展的制约因素，臼趋严重的水污染 不仅降低了水体的使用功能，而且还会进一步加融水资源短缺的矛盾，并对我国所实施的可 持续发展战略也会带来严重负面影响【8 】。 1 3 污水处理现状概况 面对水资源的严重污染，世界各国都加强了水处理方面的投资力度，美国在1 9 8 0 年就 拥有1 5 万座污水处理厂，瑞典则是平均大约每5 万人就拥有一座污水处理厂，而我国到1 9 9 4 年仅有1 0 0 余座污水处理厂，城市污水处理能力仅占总排放量的5 ，大量未经处理的城市 污水被直接排入天然水体。 但是近年来，水污染的严重危害问题已引起我国各级政府的高度重视，不仅加大了环保 的宣传力度，对污染严重的企业进行限翔治理，关、停、并、转了些污染严重构中小企业 而且还投入大量资金，在有条件的城市建立污水处理厂，目前几乎所有的中等以上城市污水 均进行了处理，较好的实现了城市生活污水的达标排放。1 9 9 7 年我国工业废水平均处理率 为7 8 9 ，工业废水达标排放率为5 4 4 ，在实施中国跨世纪绿色工程规划的行动中， 完成水污染防治项目9 9 个，在建的水污染项目3 2 54 、【”l 。 随者改革开放步划的加大，工农业迅速发展，人口也不断增长，城镇建设的发展以及人 们生活水平的提高，用水量和排水量将大幅度增长，人们对水质的要求也越来越高，目前水 资源缺乏和水污染将成为我国经济和社会发展的制约因素，如果不采取坚决有效的措施，必 将阻碍我国经济和社会的发展。我国一方面要在节约水资源方面下功夫，另一方面要大力发 展城镇污水处理，实现污水资源化，以满足国民经济发展需要。 2 污水处理概述 2 1 污水处理方法概述 根据来源不同，废水可分为工业废水私生活污水。工业废水是在工业生产过程中所排出 的废水，其成分主要决定于生产过程中所采用的原料和所用的工艺。而生活废水是人们日常 生活中所产生的废水，主要包括粪便水、厨房洗涤用水、冲洗厕所和沐浴用水等产生的污水。 污水处理就是采用物理、化学或生物的方法将污水中的污染物转化无害的商态汇聚物和易挥 发的气态物，实现污染物与水的分离“q 。 在现代污水处理技术中，按照处理程度可划分为：一级处理、二级处理和三级处理i l “。 其中，一级处理，主要是通过筛滤、沉淀等物理方法对废水进行预处理，目的是除去废水中 悬浮圆体和漂浮物，为二级处理做准备。经过一级处理的废水，b o d 的去除一般在3 0 左 右。二级处理，主要是采用各种生物的方法处理，其目的是除去废水中的呈胶体和溶解状态 的有机污染物。废水经过二级处理以后，b o d 的去除率可达到9 0 以上，处理出水可以达 标排放。三级处理，就是在级、二级处理的基础上，对难降解的有机物、磷、氮等营养性 物质，进一步进行处理，其常用方法有混凝、过滤、离子交换、反渗透、超滤、消毒等。 另外，由于污水中的污染物或份较为复杂，一般往往需要同时采用几种方法的组合流程， 才能达到处理效果。对于不同的污水，可参照其污水的水质、水量和对有价物质回收再利用 的可能性，进行分析比较，选取适当方法的组合进行处理。 对于上述常规处理方法“驯来说，无论采用哪几种方式的组合，均面临共同存在的缺 5 好氧降解厌氧过滤额工艺处理城市生活污水研究 点：工艺流程长、污水处理过程中物化反应进程缓慢、污水处理设施庞大、占地面积大；污 水只能集中处理，对于城市污水而言，地下排污管网工程庞大，必然造成污水处理工程总投 资巨大：处理后的水质不稳定，对于难降解的可溶性有机物、磷、氮等营养性物质处理不彻 底，对某些工业废水如造纸废液等无能为力且运行综合费用高。 为了克服上述缺点，需找到一种更简单、实用、有效、经济的废水处理手段。 2 2 城市污水处理概述 2 2 1 城市污水的现状 城市污水包括生活污水和工业废水( 部分经过处理) 两部分，生活污水是其中一个重要 来源，占总量的4 5 4 ，来自人们在日常生活中所产生的废水，主要包括厨房洗涤、冲洗厕 所和沐浴等污水。近年来，随着“菜篮子工程”的上马，禽畜养殖业的发展，一些大城市禽 畜养殖厂粪尿排泄物的b o d 5 已大大超过其它生活污水和工业废水所含b o d ，的总和，这些 非点源污染多为规模小、分布广，其面负荷很大，给集中处理带来很大不便，单独处理则投 资大，运行费用高，不划算。绝大部分生活污水未经处理就直接排放。我国工业废水处理率 逐年增加，到1 9 9 7 年平均已有7 89 的工业废水得n t 处理，但即使经过处理的工业废水， 其中还有很多有机物及n 、p 等营养物质，排入城市下水道后就成为城市污水的一个重要组 成部分。况且我国城市污水到1 9 9 7 年大至只有5 得到处理，大量朱处理的城市污水就直接 排入江河湖海，造成水体富营养化，渔业资源、作物生长乃至人们健康均受到严重影响2 ”。 2 2 2 城市污水处理工艺概述 城市污水处理工艺t ”- 3 s 较多，但最具代表性的处理工艺主要有下列3 大类： 1 ) 人工生物净化 它是人为地创造条件使微生物大量繁殖，人工驯化微生物，利用微生物质新陈代谢降解 水中有机物的方法，是目前国内外对生活污水二级处理的主体工艺。主要优点：处理效果稳 定，可以在一定范围内调节处理效率，处理工艺占地面积小。主要缺点：投资高、运行费用 高、管理复杂、需操作人员较多。 主要处理工艺流程为： 生活污水沉淀( 气浮) 生物膜法，生物滤池( 生物转盘、接触氧化、活性污泥法) 曝气池( 氧化沟) 沉淀( 气浮) + 消毒出水 2 ) 自然生物净化处理 它主要利用土壤中的微生物和植物根系或水塘中的微生物作用使水中的污染物浓度降 低。主要优点为：投资低( 征地费1 万元h m 2 的情况下) 、运行费用低、管理简单、需要的操 作人员少。可以单独使用，也可相互组成联合处理系统。缺点为：占地面积大。在大多数中 小城镇，有可利用的土地资源，可采用自然生物净化工艺处理生活污水。 主要处理工艺流程为： 生活污水+ 沉淀+ 氧化塘( 土地处理) - 快速渗滤( 慢速渗滤、地表漫流) 3 ) 人工生物净化与自然生物净化 在土地资源丰富，地价相对便宜的城镇，采用人工生物净化与自然生物净化处理相结合 的方法，在经济不发达地区有其实际意义。 主要处理工艺流程为： 生活污水一沉淀一曝气氧化塘一土地处理( 农业灌溉) 2 3 生物膜法概述 为一种被广泛采用的生物处理方法，主要用于从污水中去除溶解性有机污染物，利用附 着生长在某些固定表面的微生物来去除废水中有机物。其中，为生物膜提供附着生长固定表 面的材料称为填料( 或载体) ，它是影响生物膜发展的重要技术。2 0 世纪5 0 年代以前，生 物膜法一直未受到人们的重视，自此以后，由于塑料工业的发展以及塑料填料被引入生物膜 处理系统，使生物膜法得到了较快的发展。根据其发展，生物膜法出现了以下主要设施：生 物滤池、生物转盘、生物接触氧化池和生物流化床等。其中，生物流化床是2 0 世纪7 0 年代 末为强化生物膜法反应器中的传质而被引入，它兼有活性污泥法和生物膜法的特点，被称为 半生物膜和半悬浮系统。 6 好氧降解厌氧过滤额工艺处理城市生活污水研究 点：工艺流程长、污水处理过程中物化反应进程缓慢、污水处理设施庞大、占地面积大；污 水只能集中处理，对于城市污水而言，地下排污管网工程庞大，必然造成污水处理工程总投 资巨大：处理后的水质不稳定，对于难降解的可溶性有机物、磷、氮等营养性物质处理不彻 底，对某些工业废水如造纸废液等无能为力且运行综合费用高。 为了克服上述缺点，需找到一种更简单、实用、有效、经济的废水处理手段。 2 2 城市污水处理概述 2 2 1 城市污水的现状 城市污水包括生活污水和工业废水( 部分经过处理) 两部分，生活污水是其中一个重要 来源，占总量的4 5 4 ，来自人们在日常生活中所产生的废水，主要包括厨房洗涤、冲洗厕 所和沐浴等污水。近年来，随着“菜篮子工程”的上马，禽畜养殖业的发展，一些大城市禽 畜养殖厂粪尿排泄物的b o d 5 已大大超过其它生活污水和工业废水所含b o d ，的总和，这些 非点源污染多为规模小、分布广，其面负荷很大，给集中处理带来很大不便，单独处理则投 资大，运行费用高，不划算。绝大部分生活污水未经处理就直接排放。我国工业废水处理率 逐年增加，到1 9 9 7 年平均已有7 89 的工业废水得n t 处理，但即使经过处理的工业废水， 其中还有很多有机物及n 、p 等营养物质，排入城市下水道后就成为城市污水的一个重要组 成部分。况且我国城市污水到1 9 9 7 年大至只有5 得到处理，大量朱处理的城市污水就直接 排入江河湖海，造成水体富营养化，渔业资源、作物生长乃至人们健康均受到严重影响2 ”。 2 2 2 城市污水处理工艺概述 城市污水处理工艺t ”- 3 s 较多，但最具代表性的处理工艺主要有下列3 大类： 1 ) 人工生物净化 它是人为地创造条件使微生物大量繁殖，人工驯化微生物，利用微生物质新陈代谢降解 水中有机物的方法，是目前国内外对生活污水二级处理的主体工艺。主要优点：处理效果稳 定，可以在一定范围内调节处理效率，处理工艺占地面积小。主要缺点：投资高、运行费用 高、管理复杂、需操作人员较多。 主要处理工艺流程为： 生活污水沉淀( 气浮) 生物膜法，生物滤池( 生物转盘、接触氧化、活性污泥法) 曝气池( 氧化沟) 沉淀( 气浮) + 消毒出水 2 ) 自然生物净化处理 它主要利用土壤中的微生物和植物根系或水塘中的微生物作用使水中的污染物浓度降 低。主要优点为：投资低( 征地费1 万元h m 2 的情况下) 、运行费用低、管理简单、需要的操 作人员少。可以单独使用，也可相互组成联合处理系统。缺点为：占地面积大。在大多数中 小城镇，有可利用的土地资源，可采用自然生物净化工艺处理生活污水。 主要处理工艺流程为： 生活污水+ 沉淀+ 氧化塘( 土地处理) - 快速渗滤( 慢速渗滤、地表漫流) 3 ) 人工生物净化与自然生物净化 在土地资源丰富，地价相对便宜的城镇，采用人工生物净化与自然生物净化处理相结合 的方法，在经济不发达地区有其实际意义。 主要处理工艺流程为： 生活污水一沉淀一曝气氧化塘一土地处理( 农业灌溉) 2 3 生物膜法概述 为一种被广泛采用的生物处理方法，主要用于从污水中去除溶解性有机污染物，利用附 着生长在某些固定表面的微生物来去除废水中有机物。其中，为生物膜提供附着生长固定表 面的材料称为填料( 或载体) ，它是影响生物膜发展的重要技术。2 0 世纪5 0 年代以前，生 物膜法一直未受到人们的重视，自此以后，由于塑料工业的发展以及塑料填料被引入生物膜 处理系统，使生物膜法得到了较快的发展。根据其发展，生物膜法出现了以下主要设施：生 物滤池、生物转盘、生物接触氧化池和生物流化床等。其中，生物流化床是2 0 世纪7 0 年代 末为强化生物膜法反应器中的传质而被引入，它兼有活性污泥法和生物膜法的特点，被称为 半生物膜和半悬浮系统。 6 好氧降解厌氧过滤额工艺处理城市生活污水研究 点：工艺流程长、污水处理过程中物化反应进程缓慢、污水处理设施庞大、占地面积大；污 水只能集中处理，对于城市污水而言，地下排污管网工程庞大，必然造成污水处理工程总投 资巨大：处理后的水质不稳定，对于难降解的可溶性有机物、磷、氮等营养性物质处理不彻 底，对某些工业废水如造纸废液等无能为力且运行综合费用高。 为了克服上述缺点，需找到一种更简单、实用、有效、经济的废水处理手段。 2 2 城市污水处理概述 2 2 1 城市污水的现状 城市污水包括生活污水和工业废水( 部分经过处理) 两部分，生活污水是其中一个重要 来源，占总量的4 5 4 ，来自人们在日常生活中所产生的废水，主要包括厨房洗涤、冲洗厕 所和沐浴等污水。近年来，随着“菜篮子工程”的上马，禽畜养殖业的发展，一些大城市禽 畜养殖厂粪尿排泄物的b o d 5 已大大超过其它生活污水和工业废水所含b o d ，的总和，这些 非点源污染多为规模小、分布广，其面负荷很大，给集中处理带来很大不便，单独处理则投 资大，运行费用高，不划算。绝大部分生活污水未经处理就直接排放。我国工业废水处理率 逐年增加，到1 9 9 7 年平均已有7 89 的工业废水得n t 处理，但即使经过处理的工业废水， 其中还有很多有机物及n 、p 等营养物质，排入城市下水道后就成为城市污水的一个重要组 成部分。况且我国城市污水到1 9 9 7 年大至只有5 得到处理，大量朱处理的城市污水就直接 排入江河湖海，造成水体富营养化，渔业资源、作物生长乃至人们健康均受到严重影响2 ”。 2 2 2 城市污水处理工艺概述 城市污水处理工艺t ”- 3 s 较多，但最具代表性的处理工艺主要有下列3 大类： 1 ) 人工生物净化 它是人为地创造条件使微生物大量繁殖，人工驯化微生物，利用微生物质新陈代谢降解 水中有机物的方法，是目前国内外对生活污水二级处理的主体工艺。主要优点：处理效果稳 定，可以在一定范围内调节处理效率，处理工艺占地面积小。主要缺点：投资高、运行费用 高、管理复杂、需操作人员较多。 主要处理工艺流程为： 生活污水沉淀( 气浮) 生物膜法，生物滤池( 生物转盘、接触氧化、活性污泥法) 曝气池( 氧化沟) 沉淀( 气浮) + 消毒出水 2 ) 自然生物净化处理 它主要利用土壤中的微生物和植物根系或水塘中的微生物作用使水中的污染物浓度降 低。主要优点为：投资低( 征地费1 万元h m 2 的情况下) 、运行费用低、管理简单、需要的操 作人员少。可以单独使用，也可相互组成联合处理系统。缺点为：占地面积大。在大多数中 小城镇，有可利用的土地资源，可采用自然生物净化工艺处理生活污水。 主要处理工艺流程为： 生活污水+ 沉淀+ 氧化塘( 土地处理) - 快速渗滤( 慢速渗滤、地表漫流) 3 ) 人工生物净化与自然生物净化 在土地资源丰富，地价相对便宜的城镇，采用人工生物净化与自然生物净化处理相结合 的方法，在经济不发达地区有其实际意义。 主要处理工艺流程为： 生活污水一沉淀一曝气氧化塘一土地处理( 农业灌溉) 2 3 生物膜法概述 为一种被广泛采用的生物处理方法，主要用于从污水中去除溶解性有机污染物，利用附 着生长在某些固定表面的微生物来去除废水中有机物。其中，为生物膜提供附着生长固定表 面的材料称为填料( 或载体) ，它是影响生物膜发展的重要技术。2 0 世纪5 0 年代以前，生 物膜法一直未受到人们的重视，自此以后，由于塑料工业的发展以及塑料填料被引入生物膜 处理系统，使生物膜法得到了较快的发展。根据其发展，生物膜法出现了以下主要设施：生 物滤池、生物转盘、生物接触氧化池和生物流化床等。其中，生物流化床是2 0 世纪7 0 年代 末为强化生物膜法反应器中的传质而被引入，它兼有活性污泥法和生物膜法的特点，被称为 半生物膜和半悬浮系统。 6 好氧降解厌氧过滤新工艺处理城市生活污水研究 q r q 图l 生物膜法基本流程 图1 是生物膜法处理系统的基本流程，具体为：废水经初沉池后进入生物膜反应器，废 水在生物膜反应器中经需氧生物氧化除去有机物后，再通过二次沉淀池出水。初沉池的作用 是防止生物膜反应器受大块物质堵塞，对孔隙小的填料是必要的，但对孔隙大的填料也可以 省略。二次沉淀池的作用是去除填料上落入废水中的生物膜。生物膜回流并不是必不可少， 但回流可稀释进水中有机物的浓度，提高生物膜反应器中水力负荷，从而增大水流对生物膜 的冲刷，以便提高有机物负荷反应器中生物膜的累积。 同活性污泥法相比，生物膜法具有：单位体积反应器中能够维持有的生物量较大；脱膜 的沉降性能良好；没有污泥膨胀之庾；不存在运行中污泥沉降性能限制。因此，生物膜对水 质、水量变化的适应性强。 2 4 生物流化床概述 生物流化床具有有机容积负荷大、处理效率高、占地少和投资省等优点，因此，近二十 年得到广泛的研究，并取得许多重大的进展。它主要借助流体( 液体、气体) 使表面生长着 微生物的固体颗粒( 生物颗粒) 呈流化态，同时进行去除和降解有机污染物。在流化床中， 支撑生物膜的固相颗粒为流化的填料介质，这种颗粒具有较高的比表面积和较小的颗粒直 径，一般颗粒直径为0 2 1 o m ，在早期常采用沙粒、焦碳粒、无烟煤粒和活性炭等材料 作为流化载体。生物流化床载体颗粒在湍动过程中会被磨损变小，作为砂质载体虽然耐磨却 比重较大( 2 6 5 9 c m 3 左右) ，不易流化；颗粒活性碳则不耐磨。应当刨造出一种比重略小于 水而又耐磨的粒状或近于粒状( 即体积小) 的载体。近年来，国内外已开发出一些载体，如 利用聚乙烯或聚丙烯制成的空心塑料体( 球状或柱状) ，克服了耐磨和不易流化的缺点，在 试验中取得了较好的污水处理效果“。 生物流化床综合了介质的流化机理、吸附机理和生物化学机理，既兼顾了物理化学和生 物化学的优点，又兼顾了活性污泥法和生物膜法的优点。生物流化床对污水底物的降解速度 快、停留时间短和污水负荷高等特点，适用于对高浓度有机废水的预处理及低b o 魄的处理， 具有较好的发展前景。目前许多部门正积极研究和应用这种处理废水，已在试验和生产中取 得些经验。“。 3 污水脱氮技术研究进展 3 1 污水脱氮方法概述 废水中的氮常以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮四种形式存在。在生活污水中，主要 含有机氮和氨态氮，它们均来源于人们食物中的蛋白质。新鲜生活污水中，有机氮约占总氮 的6 0 ，氨氮约占4 0 。当污水中的有机污染物被生物降解氧化时，其中的有机氮被转化 为氨氮。经过二级处理的污水常含有相当数量的氨态氮，若排入水体，就会导致水体的富营 养化。因此，应寻求一些方法来降低污水出水的含氮物浓度。目前，常用的脱氮的方法有生 物除氪法和化学除氮法。 3 2 生物除氮法 生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮与氨态氮转化为n 2 和n p 气体的过程，其中 包括生物硝化和生物反硝化两个反应过程。 1 ) 生物硝化 在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将n 1 4 + 转化为n o ：。，然后再氧化 成n o ；的过程。生物硝化的反应过程为： 好氧降解厌氧过滤新工艺处理城市生活污水研究 q r q 图l 生物膜法基本流程 图1 是生物膜法处理系统的基本流程，具体为：废水经初沉池后进入生物膜反应器，废 水在生物膜反应器中经需氧生物氧化除去有机物后，再通过二次沉淀池出水。初沉池的作用 是防止生物膜反应器受大块物质堵塞，对孔隙小的填料是必要的，但对孔隙大的填料也可以 省略。二次沉淀池的作用是去除填料上落入废水中的生物膜。生物膜回流并不是必不可少， 但回流可稀释进水中有机物的浓度，提高生物膜反应器中水力负荷，从而增大水流对生物膜 的冲刷，以便提高有机物负荷反应器中生物膜的累积。 同活性污泥法相比，生物膜法具有：单位体积反应器中能够维持有的生物量较大；脱膜 的沉降性能良好；没有污泥膨胀之庾；不存在运行中污泥沉降性能限制。因此，生物膜对水 质、水量变化的适应性强。 2 4 生物流化床概述 生物流化床具有有机容积负荷大、处理效率高、占地少和投资省等优点，因此，近二十 年得到广泛的研究，并取得许多重大的进展。它主要借助流体( 液体、气体) 使表面生长着 微生物的固体颗粒( 生物颗粒) 呈流化态，同时进行去除和降解有机污染物。在流化床中， 支撑生物膜的固相颗粒为流化的填料介质，这种颗粒具有较高的比表面积和较小的颗粒直 径，一般颗粒直径为0 2 1 o m ，在早期常采用沙粒、焦碳粒、无烟煤粒和活性炭等材料 作为流化载体。生物流化床载体颗粒在湍动过程中会被磨损变小，作为砂质载体虽然耐磨却 比重较大( 2 6 5 9 c m 3 左右) ，不易流化；颗粒活性碳则不耐磨。应当刨造出一种比重略小于 水而又耐磨的粒状或近于粒状( 即体积小) 的载体。近年来，国内外已开发出一些载体，如 利用聚乙烯或聚丙烯制成的空心塑料体( 球状或柱状) ，克服了耐磨和不易流化的缺点，在 试验中取得了较好的污水处理效果“。 生物流化床综合了介质的流化机理、吸附机理和生物化学机理，既兼顾了物理化学和生 物化学的优点，又兼顾了活性污泥法和生物膜法的优点。生物流化床对污水底物的降解速度 快、停留时间短和污水负荷高等特点，适用于对高浓度有机废水的预处理及低b o 魄的处理， 具有较好的发展前景。目前许多部门正积极研究和应用这种处理废水，已在试验和生产中取 得些经验。“。 3 污水脱氮技术研究进展 3 1 污水脱氮方法概述 废水中的氮常以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮四种形式存在。在生活污水中，主要 含有机氮和氨态氮，它们均来源于人们食物中的蛋白质。新鲜生活污水中，有机氮约占总氮 的6 0 ，氨氮约占4 0 。当污水中的有机污染物被生物降解氧化时，其中的有机氮被转化 为氨氮。经过二级处理的污水常含有相当数量的氨态氮，若排入水体，就会导致水体的富营 养化。因此，应寻求一些方法来降低污水出水的含氮物浓度。目前，常用的脱氮的方法有生 物除氪法和化学除氮法。 3 2 生物除氮法 生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮与氨态氮转化为n 2 和n p 气体的过程，其中 包括生物硝化和生物反硝化两个反应过程。 1 ) 生物硝化 在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将n 1 4 + 转化为n o ：。，然后再氧化 成n o ；的过程。生物硝化的反应过程为： 好氧降解厌氧过滤新工艺处理城市生活污水研究 q r q 图l 生物膜法基本流程 图1 是生物膜法处理系统的基本流程，具体为：废水经初沉池后进入生物膜反应器，废 水在生物膜反应器中经需氧生物氧化除去有机物后，再通过二次沉淀池出水。初沉池的作用 是防止生物膜反应器受大块物质堵塞，对孔隙小的填料是必要的，但对孔隙大的填料也可以 省略。二次沉淀池的作用是去除填料上落入废水中的生物膜。生物膜回流并不是必不可少， 但回流可稀释进水中有机物的浓度，提高生物膜反应器中水力负荷，从而增大水流对生物膜 的冲刷，以便提高有机物负荷反应器中生物膜的累积。 同活性污泥法相比，生物膜法具有：单位体积反应器中能够维持有的生物量较大；脱膜 的沉降性能良好；没有污泥膨胀之庾；不存在运行中污泥沉降性能限制。因此，生物膜对水 质、水量变化的适应性强。 2 4 生物流化床概述 生物流化床具有有机容积负荷大、处理效率高、占地少和投资省等优点，因此，近二十 年得到广泛的研究，并取得许多重大的进展。它主要借助流体( 液体、气体) 使表面生长着 微生物的固体颗粒( 生物颗粒) 呈流化态，同时进行去除和降解有机污染物。在流化床中， 支撑生物膜的固相颗粒为流化的填料介质，这种颗粒具有较高的比表面积和较小的颗粒直 径，一般颗粒直径为0 2 1 o m ，在早期常采用沙粒、焦碳粒、无烟煤粒和活性炭等材料 作为流化载体。生物流化床载体颗粒在湍动过程中会被磨损变小，作为砂质载体虽然耐磨却 比重较大( 2 6 5 9 c m 3 左右) ，不易流化；颗粒活性碳则不耐磨。应当刨造出一种比重略小于 水而又耐磨的粒状或近于粒状( 即体积小) 的载体。近年来，国内外已开发出一些载体，如 利用聚乙烯或聚丙烯制成的空心塑料体( 球状或柱状) ，克服了耐磨和不易流化的缺点，在 试验中取得了较好的污水处理效果“。 生物流化床综合了介质的流化机理、吸附机理和生物化学机理，既兼顾了物理化学和生 物化学的优点，又兼顾了活性污泥法和生物膜法的优点。生物流化床对污水底物的降解速度 快、停留时间短和污水负荷高等特点，适用于对高浓度有机废水的预处理及低b o 魄的处理， 具有较好的发展前景。目前许多部门正积极研究和应用这种处理废水，已在试验和生产中取 得些经验。“。 3 污水脱氮技术研究进展 3 1 污水脱氮方法概述 废水中的氮常以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮四种形式存在。在生活污水中，主要 含有机氮和氨态氮，它们均来源于人们食物中的蛋白质。新鲜生活污水中，有机氮约占总氮 的6 0 ，氨氮约占4 0 。当污水中的有机污染物被生物降解氧化时，其中的有机氮被转化 为氨氮。经过二级处理的污水常含有相当数量的氨态氮，若排入水体，就会导致水体的富营 养化。因此，应寻求一些方法来降低污水出水的含氮物浓度。目前，常用的脱氮的方法有生 物除氪法和化学除氮法。 3 2 生物除氮法 生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮与氨态氮转化为n 2 和n p 气体的过程，其中 包括生物硝化和生物反硝化两个反应过程。 1 ) 生物硝化 在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将n 1 4 + 转化为n o ：。，然后再氧化 成n o ；的过程。生物硝化的反应过程为： 好氧降解厌氧过滤新工艺处理城市生活污水研究 n h 4 + + 3 0 2 2 n 0 2 。+ 4 h + + 2 h 2 0 ( 亚硝酸菌) 2 n 0 2 - + 0 2 2 n 0 3 。( 硝酸菌) 由上式可知：在硝化过程中，l g 氨态氮( 以n 计) 完全硝化，需氧45 7 9 ；硝化过 程中释放出h _ ，将消耗水中的碱度，每氧化l g 氨氮，将消耗碱度( 以c a c o ，计) 7 1 9 。 影响硝化过程的主要因素有：p h 值，当p h 值为8 0 84 时( 2 0 ) ，硝化作用速度 最快。由于硝化过程中p h 将下降，当废水碱度不足时，即需投加石灰，维持p h 在7 5 以 上：温度，温度过高时，硝化速度快。亚硝酸菌的最适温度为3 5 c ，在1 5 以下其活性 急剧降低，故水温以不低于1 5 为宜；污泥停留时间，硝化菌的生长世代周期较长，为 了保证硝化作用的进行，泥龄应取大于硝化菌最小世代时间两倍以上。溶解氧，硝化反应 对溶解氧有较高的要求，处理系统中的溶解氧最好保持在2 m g l 以上。b o d 5 负荷，由于 硝化菌是自氧菌，若水中b o d 5 值过高，将有助于异氧菌的迅速增殖，微生物中的硝化菌的 比例下降。所以要充分进行硝化，b o 耽负荷应维持在0 3 k g ( b o d 5 ) k g ( s s ) d 以下。 2 ) 生物反硝化 在无氧的条件下，由于兼性脱氮菌( 反硝化菌) 的作用，将硝酸盐氮( n 0 3 - ) 和亚硝 酸盐氮( n 0 2 ) 还原为氮气的过程。反硝化过程中的电子受体( 氢供体) 是各种各样的有机 底物( 碳源) 。以甲醇为例，其反应式如下： 6 n 0 3 。+ 2 c h 3 0 h 一6 n 0 2 。+ 2 c 0 2 “h 2 0 ( 硝酸还原菌) 6 n 0 2 + 3 c h 3 0 h 一3 n 2 + 4 h 2 0 + 3 c 0 2 + 6 0 h 。( 亚硝酸还原菌) 反硝化菌属异氧型兼性厌氧菌，在有氧存在时，它会以0 2 为电子受体进行好氧呼吸； 在无氧而有n 0 3 - 或n 0 2 存在时，则以n 0 3 或n o ；为电子受体，以有机碳为电子供体或营养 源进行反硝化反应。在反硝化代谢活动中的同时，伴随着反硝化菌的生长繁殖，即菌体合成 过程，其反应如下： 3 n 0 3 + 1 4 c h 3 0 h + c 0 2 + 3 r 一3 c 5 h 7 0 2 n + 1 9 h 2 0 式中c 5 h 7 0 2 n 为反硝化微生物的化学组成。反硝化还原和微生物合成的总反应式为： n 0 3 。+ 1 0 8 c h 3 0 h + h + - 0 0 6 5 c s h t 0 2