（环境科学专业论文）厌氧悬浮填料床baf处理农村生活污水的试验研究.pdf

扬州大学硕士学位论文 4 、h r t 分别为4 h 、3 h 和2 h 时，曝气生物滤池对c o d c ，的平均去除率分别为 7 0 8 、7 1 8 和6 0 o ，对氨氮平均去除率分别为9 2 6 、9 5 3 5 和9 1 3 ，对 t p 平均去除率分别为1 6 8 、1 7 5 和1 1 1 ，对s s 平均去除率分别为6 0 0 、 6 3 8 和5 3 5 。在h r t 为3 h ，气水比分别为2 0 ：1 、1 0 ：l 和5 ：1 时，对c o d c ， 平均去除率分别为7 2 6 、5 7 5 和6 3 3 ；对氨氮平均去除率分别为9 6 0 、8 4 4 和6 6 9 ；对t p 平均去除率分别为1 7 1 o 、2 3 和4 2 7 ；对t n 平均去除率 分别为1 5 2 、1 2 6 和1 3 8 。 5 、曝气生物滤池反冲洗方式为气水联合反冲洗，气冲强度和水冲强度范围分 别控制为8 - 1 0 l ( m 2 s ) ，和2 , - - , 4 l ( m 2 s ) ，反冲洗时间为5 m i n ，处理能力恢复 时间约6 小时。 6 、装置改动后曝气生物滤池对c o d e r 和t n 的去除效果有了较为明显的提高， 当气水i z e l 0 ：i ，回流比1 ：1 ，气温较低( 2 0 0 9 年1 2 月) ，进水流量分别为0 2 4 l h 和 0 3 6 l h 两种实验条件下，平均去除率分别为8 8 3 和4 2 6 。 7 、在气水l l l 0 ：i ，h r t 为3 h ，气温较高( 2 0 0 9 年6 月) 的条件下对c o d c ，和氨 氮浓度沿填料层高度的变化进行了研究。结果表明：c o d c ，的降解主要发生在填料 层4 0 e m 高度的区域内，该区域内c o d c ，的去除率达到了6 0 1 ，占总去除率的 7 6 8 ；氨氮的降解主要发生在填料层2 0 c m - - 6 0 c m 高度的区域内，该区域内氨氮的 去除率达到了6 0 3 ，占总去除率的6 5 5 。 8 、对厌氧悬浮填料床曝气生物滤池组合工艺处理污染物的机理进行了探讨， 对曝气生物滤池反硝化性能还有待于进一步的研究，试验表明其对t n 的去除效率 还有较大的提高空间。 关键词：厌氧悬浮填料床，曝气生物滤池，农村生活污水，组合工艺 王霞芳厌氧悬浮填料床一b a f 处理农村生活污水的试验研究 i i i a b s t r a c t i nt h i sp a p e r ，t h et e c h n o l o g yo ft h ea n a e r o b i cs u s p e n d e dp a c k e db e dc o m b i n e d 丽t 1 b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ( b a f ) w a su s e di nt h er u r a ld o m e s t i cs e w a g et r e a t m e n t al o to f t h e o r e t i c a lr e s e a r c ha n de n g i n e e r i n gp r a c t i c es h o wt h a t ，b a ft e c h n o l o g yi sa c o s t - e f f e c t i v et r e a t m e n tm e t h o d ，a n di tc a no v e r c o m es o m es h o r t c o m i n g so ft h e c o n v e n t i o n a la c t i v a t e ds l u d g e ，s u c ha sal a r g eo c c u p a n c ya r e a , h i g hi n v e s t m e n ti n i n f r a s t r u c t u r ea n ds l u d g eb u l k i n g a n a e r o b i cs u s p e n d e dp a c k i n gb e dc a l le f f e c t i v e l y p l a yt h er o l eo fp r e t r e a t m e n t w h e ni t i sc o m b i n e d 州t ht h eb a f ，i tc a nr e d u c et h e c o n c e n t r a t i o no fi n f l u e n ts u s p e n d e ds o l i d sa n dt h en u m b e ro fb a fb a c k w a s h ，m a k i n g m u c hl e s sc o s t i nt h i sp a p e r ，s e w a g ew a st r e a t e d ，r e s e a r c ho fa n a e r o b i cs u s p e n d e d p a c k e db e d ，t h eh a n g i n gm e m b r a n eo fb a f a n dt r e a t m e n te f f e c tw a sm a d e ，a n dt h eb e s t o p e r a t i n gp a r a m e t e r sw a s o b t a i n e db ys t u d y i n gt h ep e r f o r m a n c et r e a t m e n tp a r a m e t e r so f t h ea n a e r o b i cs u s p e n d e dp a c k e db e da n db a f t h r o u g he x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，w eg o tt h e f o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： ( 1 ) w eu s e dt h es t a r t i n gm o d eo ft h eh a n g i n gm e m b r a n e ，”i m m e r s i o np a c k i n g ，a n d c o n t i n u o u sf e e d i n g ”，o nt h es u s p e n d e da n a e r o b i cp a c k e db e da n db i o l o g i c a la e r a t e d f i l t e r w h e nt h ew a t e rc o n t a i n e dc h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ( c o d c of r o m12 0 m g l 1t o 4 0 0 m g l ，h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ( h r t ) w a s4h o u ra n dp hr a n g e df r o m7t o8 ，t h e c o d c rr e m o v a lr a t eo ft h ea n a e r o b i cs u s p e n d e dp a c k e db e dw a sm o r et h a n12 5 w h e nt h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fa m m o n i an i t r o g e na n dc o d c rw a s2 3 4 2 m g l 1a n d 5 6 2 m g l s e p a r a t e l y ，t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo fb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e rw a s5 4 5 a n d7 7 7 ( 2 ) a n a e r o b i cs u s p e n d e dp a c k e db e dh a sc e r t a i nr e m o v a le f f e c to fc o d c ra n ds s t h ea v e r a g er e m o v a lr a t ew a s2 6 2 a n d8 9 6 s e p a r a t e l y t h et r e a t m e n tr a t eo f a m m o n i an i t r o g e na n dt o t a lp h o s p h o r u s ( t p ) w e r el e s se f f e c t i v e ，2 6 a n d4 5 s e p a r a t e l y e f f l u e n tf r o ma n a e r o b i cs u s p e n d e dp a c k e d b e dr e c e i v e db a ff u r t h e r p r o c e s s i n g ，i n d i c a t i n gt h a tb a fh a ds o m er e m o v a le f f e c t so ns u c hm a j o rp o l l u t a n t sa s c o d c r ，a m m o n i a , t pa n ds s a n dt h ea v e r a g er e m o v a lr a t ew a s6 7 6 ，9 3 2 ，2 2 8 a n d6 1 5 s e p a r a t e l y i v 扬州大学硕士学位论文 ( 3 ) w h e nh r tw e r e4 h ，3 ha n d2 hs e p a r a t e l y ，t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo ft h ec o d e r b yt h ea n a e r o b i cs u s p e n d e dp a c k e db e dw a s3 5 6 ，2 4 3 a n d 18 8 t h ea v e r a g e r e m o v a lr a t eo fa m m o n i a n i t r o g e nw e r e - 2 2 ，- 0 2 5 ，10 1 ，t h ea v e r a g et pr e m o v a l r a t e sw e r e11 1 ，- 1 3 ，3 8 ，a n dt h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo ft h es sw e r e9 2 5 ， 8 7 5 a n d8 8 6 ；w h e np hi sf r o m5t o6 ，6t o7a n d7t o8 ，t h ea v e r a g er e m o v a lr a t e o ft h ec o d e rw e r e2 9 1 ，13 8 a n d2 3 0 t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo fa m m o n i a n i t r o g e nw e r e - 5 o ，5 3 ，一1 9 ，t h ea v e r a g et pr e m o v a lr a t e sw e r e6 4 ，4 5 ， 一1 8 ，a n dt h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo f t h es sw e r e9 0 1 ，8 8 6 a n d8 7 2 ( 4 ) w h e nh r t w a s4 h ，3 ha n d2 h ，t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo ft h ec o d e rb yb a f w e r e7 0 8 、71 8 a n d6 0 o t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo fa m m o n i a n i t r o g e nw e r e 9 2 6 ，9 5 3 5 ，9 1 3 ，t h ea v e r a g et pr e m o v a lr a t e sw e r e1 6 8 ，1 7 5 ，1 1 1 ，a n dt h e a v e r a g er e m o v a lr a t eo ft h es sw e r e6 0 o ，6 3 8 a n d5 3 5 w h e nh r t w a s3 h ，a n d t h er a t i oo fg a st ow a t e rw e r er e s p e c t i v e l y2 0 ：1 ，10 ：1a n d5 ：1 ，t h ea v e r a g er e m o v a lr a t e o ft h ec o d e rw e r e7 2 6 ，5 7 5 a n d6 3 3 t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo fa m m o n i a n i t r o g e nw e r e9 6 0 ，8 4 4 ，6 6 9 ，t h ea v e r a g et pr e m o v a lr a t e sw e r e17 10 ，2 3 ， 4 2 7 ，a n dt h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo f t nw e r e1 5 2 ，1 2 6 a n d1 3 8 ( 5 ) b a c k w a s hw a yo fb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e rw a sj o i n ta i ra n dw a t e rb a c k w a s h i n g a i ra n dw a t e ri m p a c ts t r e n g t hw e r ec o n t r o l l e df r o m8 l m - 2 s t o1 0 l m - 2 s ，a n d 2 l m - 2 s t o4 l m - 2 s s e p a r a t e l y a n t i w a s h i n gt i m ew a s5 m i n ，a n dr e c o v e r yt i m eo f p r o c e s s i n gp o w e rw a sa b o u t6h o u r s ( 6 ) t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d c ra n dt ni n c r e a s e dm o r eo b v i o u s l ya f t e rt h e b a fd e v i c ew a sm o d i f i e d w h e nt h eg a s w a t e rr a t i ow a s1 0 ：1 ，r e f l u xr a t i ow a s1 ：l ，t h e t e m p e r a t u r ew a sl o w ( d e c e m b e r2 0 0 9 ) ，a n dr a t eo fi n f l o ww e r e0 2 4l h ，0 3 6l h 1 1 s e p a r a t e l y ，t h ea v e r a g er e m o v a lr a t e sw e r e8 8 3 a n d4 2 6 ( 7 ) w h e nt h er a t i oo fa i rt ow a t e rw a s10 ：1 ，h r tw a sa r t , a n dt h et e m p e r a t u r ew a s h i 曲( j u n e2 0 0 9 ) ，w em a d ear e s e a r c ho nt h ec o d e ra n da m m o n i a c o n c e n t r a t i o nc h a n g e a l o n gt h eh e i g h to ft h ep a c k i n gb e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：c o d e rd e g r a d a t i o n o c c u r e dm a i n l yi nt h eh e i g h to f4 0 c mi nt h ep a c k i n gl a y e r ，i nw h i c hc o d e rr e m o v a lr a t e r e a c h e d6 0 1 ，m a k i n gu p7 6 8 o ft h et o t a lr e m o v a lr a t e ；a m m o n i ad e g r a d a t i o n 王霞芳厌氧悬浮填料床b a f 处理农村生活污水的试验研究 v m a i n l yo c c u r r e di nt h ef i l l e rl a y e ro ft h eh e i g h tf r o m2 0 c mt o6 0 c m ，i nw h i c ha m m o n i a n i t r o g e nr e m o v a lr a t er e a c h e d6 0 3 ，m a k i n gu p6 5 5 o ft h et o t a lr e m o v a lr a t e ( 8 ) t h er e m o v a lm e c h a n i s mo fp o l l u t a n t sw a sd i s c u s s e d t h ed e n i t r i f i c a t i o np e r f o r m a n c e o fb a fn e e d st h ef u r t h e rr e s e a r c h t h r o u g ht h er e s u l to ft h ee x p e r i m e n tw ec a l lc o n c l u d et h eb a f c a nd e n i t r i f i c a t e db e a e r k e yw o r d s ：a n a e r o b i cs u s p e n d e dp a c k e db e d ，b a f ，r u r a ls e w a g e ，c o m b i n e dp r o c e s s 王霞芳厌氧悬浮填料床b a f 处理农村生活污水的试验研究 扬州大学学位论文原创性声明和版权使用授权书 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下独立进行研究工作所取得的研 究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表 的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律结果由本人承担。 。 学位论文作者签名： 暑翟芳 签字日期： 沙z 年j 月 学位论文版权使用授权书 7 日 本人完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。 本人授权扬州大学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， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学 技术信息研究所将本学位论文收录到 中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 学位论文作者签名：五觳考导师签名：学位论文作者签名：止7 段行导师签名： 签字日期：如，口年，月7 日 签字日期： c 9 年f 月刁日 王霞芳厌氧悬浮填料床b a f 处理农村生活污水的试验研究 1 1 水环境污染及治理现状 1 1 1 水环境污染现状 第1 章绪论 我国是一个发展中国家，随着社会发展的进一步加快，用水量也不断上升， 这必将造成两方面的矛盾：一是用水量剧增和水资源短缺之间的矛盾，二是排水 量增加和水质要求的提高之间的矛盾。国家环保部 2 0 0 8 中国环境状况公报显 示，全国地表水污染依然严重。如图1 1 所示，七大水系水质总体为中度污染，浙 闽区河流水质为轻度污染，西北诸河水质为优，西南诸河水质良好，湖泊( 水库) 富营养化问题突出。长江、黄河、珠江、松花、淮河、海河和辽河七大水水质总 体与上年持平。2 0 0 河流4 0 9 个断面中，i - i i i 、i v v 类和劣v 类水质的面比例 分别为5 5 0 、2 4 2 2 0 8 。其中，珠江、长江水质总体良好，松花江为轻度污染， 黄、淮河、辽河为中度污染，海河为重度污染。 口i 类图v 类口劣v 类 长江黄河珠江松花江淮河海河辽河 图1 - 1 七大水系水质情况 2 8 个国控重点湖( 库) 中，满足i i 类水质的4 个，占1 4 3 ；1 i i 类的2 个，占7 1 ； 类的6 个，占2 1 4 ；v 类的5 个，占1 7 9 ；劣v 类的1 1 个，占3 9 3 。主要污染 傩 蹦 慨 慨 傩 嘶 瞄 涨 雠 概 燃 嘶 2 扬州大学硕士学位论文 指标为总氮和总磷，具体见表1 1 。在监测营养状态的2 6 个湖( 库) 中，重度富营 养的1 个，占3 8 ；中度富营养的5 个，占1 9 2 ；轻度富营养的6 个，占2 3 o 。 表1 - 1 重点湖( 库) 水质类别 大型水库密云水库( 北京) 和石门水库( 陕西) 为i i 类水质；董铺水库( 安 徽) 为i i l 类；丹江口水库( 湖北、河南) 和千岛湖( 浙江) 为类；大伙房水库 ( 辽宁) 、于桥水库( 天津) 和松花湖( 吉林) 为v 类；门楼水库( 山东) 和崂山 水库( 山东) 为劣v 类。与上年相比，干岛湖和丹江口水库水质有所下降，其它8 座大型水库水质无明显变化。主要污染指标为总氮，具体见表1 2 。 表1 - 2 大型水库水质评价结果表 王霞芳厌氧悬浮填料床b a f 处理农村生活污水的试验研究 2 0 0 8 年，全国废水排放总量为5 7 2 0 亿吨，比上年增加2 7 ，其中生活污水比 上年增加6 4 ；总化学需氧量排放量为1 3 2 0 7 万吨，比上年下降4 4 ，其中生活污 水化学需氧量排放量比上年下降了0 8 8 ；总氨氮排放量为1 2 7 0 万吨，比上年下降 4 o ，其中生活污水氨氮排放量比去年下降了1 1 ，具体见表1 3 。由此可明显看 出目前生活污水的排放总量在增加，但处理效率并没有增加。一般城市生活污水 都得到了较好的处理，因此造成生活污水处理率低的原因在于农村生活污水的处 理率较低。 表1 3 全国近年废水和主要污染物排放量( 万吨) 水资源短缺和水污染的严重现在已经成为制约社会经济发展的重要因素，不 但造成了巨大的经济损失和生态破坏，而且严重威胁到人们的身体健康和日常生 产的用水质量。节水治水已是刻不容缓。 1 1 2 农村生活污水污染与治理现状 随着农村经济的快速发展和人口的不断增加，农业综合开发规模和乡镇工业 对资源的利用强度日益扩大，农村环境污染和生态破坏日趋严重。主要表现在农 村生活污水、农村垃圾、人畜粪便、作物秸秆等固体废弃物污染，化肥和农药的 过量使用造成的农村面源污染及部分乡镇企业产生的废水、废气和有毒有害物质 污染等污染问题，具有污染种类多，产生量大，分布面广，治理难度较大等特点。 国外在处理农村生活污水方面有着各自不同的主导工型1 】：日本农村污水处理 采用小型生活污水净化槽，它属于淹没式生物滤池，常用的滤料有砂子、碎石、 卵石、炉渣、陶粒、乳酸饮料瓶等；韩国针对农村生活污水的特点，研究了一种 4 扬州大学硕士学位论文 湿地污水处理系统，需要能源少，维护成本低；澳大利亚的f i l t e r 污水处理系统， 是一种过滤、土地处理与暗管排水相结合的污水再利用系统。欧美发达国家，由 于经济发达、城乡差别较小，对农村环境治理基本上采用与城市相近的办法，如 生活污水、人畜粪便等采用集中或分散深度处理，垃圾采用分拣一集运一卫生填埋 ( 焚烧) 等技术，而对于农田化肥流失等农业面源问题则大力推广精确农业、有 机农业及缓释肥等技术。这些技术比较成熟，具有较高的技术含量和良好的运行 效果，也具有一定的前瞻性和指导意义，但考虑到我国农村目前的经济和社会现 状，有些技术还不适合在我国进行推广和应用。 我国政府有关部门及学术界已经对农村生态环境问题予以高度重视，加强了 有关技术研究和开发的力度，研制出了一些适合于农村现状的低能耗、低成本处 理技术，如沼气发酵、生活垃圾及秸秆快速堆肥、生活污水人工湿地处理等技术， 但总体上还存在着技术比较落后和单一、处理效率较低的问题，目前针对城市生 活污水常用的处理工艺有：氧化沟、间隙式活性污泥法( s b r ) 及其各种变形、 吸附一生物降解法( a b ) 、具有除磷脱氮功能的a 2 o 等 2 1 ，但城市生活污水具有 处理水量大、投资和运行费用高和操作管理要求高等特点，这些工艺对农村生活 污水处理并不一定适合。 由于目前我国农村经济较薄弱，又缺乏水处理专业技术人员，因此农村生活 污水的处理技术必须具有投资省、运行费用低、操作管理简便等特点。现阶段我 国农村居民的居住方式大多是分散居住，这就造成了农村生活污水处理规模小， 水质水量变化大，因此开发研究高效、低耗，便于运行管理的水处理工艺是非常 必要的。 目前应用于我国农村生活污水的处理工艺主要有以下几种： ( 1 ) 厌氧滤池一氧化塘一植物生态渠 王霞芳厌氧悬浮填料床b a f 处理农村生活污水的试验研究 图1 - 2 厌氧滤池一氧化塘一植物生态渠工艺流程图 如图1 2 所示，生活污水进入厌氧滤池，截流大部分有机物，并在厌氧发酵 作用下，被分解成稳定的沉渣；厌氧滤池出水进入氧化塘，通过自然充氧补充溶 解氧，氧化分解水中有机物；生态渠利用水生植物的生长，吸收氮磷，进一步降 低有机物含量。该工艺采用生物、生态结合技术，可根据村庄自身情况，因势而 建，无动力消耗。厌氧滤池可利用现有净化沼气池改建，氧化塘、生态渠可利用 河塘、沟渠改建。生态渠通过种植经济类的水生植物( 如水芹、空心菜等) ，可产 生一定的经济效益 3 1 。 ( 2 ) 厌氧池一跌水充氧接触氧化一人工湿地 图卜3 “厌氧一跌水充氧接触氧化一人工湿地”组合工艺流程图 如图1 3 所示，该组合工艺由厌氧池、跌水充氧接触氧化池和人工湿地三个 处理单元串联组成，具有较强的抗冲击负荷能力。跌水充氧接触氧化技术，一次 提升污水将势能转化为动能，分级跌落，形成水幕及水滴自然充氧，无需曝气装 置，在降低有机物的同时，去除氮、磷等污染物，能大幅度地降低污水生物处理 能耗。有地势差的村庄可利用自然地形落差进行跌水，无需水泵提升。厌氧池可 利用现有三格式化粪池、净化沼气池改建，人工湿地可利用河塘、沟渠改建。跌 水充氧接触氧化池可实现自动控n t 4 1 。 6 扬州大学硕士学位论文 ( 3 ) 厌氧池一滴滤池一人工湿地 回流 图卜4 厌氧池一滴滤池一人工湿地工艺流程图 如图1 4 所示，该组合工艺由厌氧池、滴滤池和潜流人工湿地三个处理单元 串联组成。污水经过厌氧池降低有机物浓度后，由泵提升至滴滤池，与滤料上的 微生物充分接触，进一步降解有机物，同时可自然充氧，滤后水引入人工湿地或 生态净化塘，进一步深度处理，去除氮磷，人工湿地出水外排。该工艺中泵的启 闭及生物滤池布水均可实现自动控制，整个运行系统基本实现自动化控制，维护 工作量小，系统产泥量少，适应性好，占地面积小，工程建设周期短，见效快， 施工方便。厌氧池可利用现有三格式化粪池、净化沼气池改建。有地势差的村庄 可利用落差滴滤，无需水泵提升【5 】。 ( 4 ) 厌氧池一( 接触氧化) 一人工湿地 图i - 5 厌氧池一人工湿地工艺流程图 王霞芳厌氧悬浮填料床b a f 处理农村生活污水的试验研究 7 图1 _ 6 厌氧池一接触氧化一人工湿地工艺流程图 如图1 5 所示，厌氧池一人工湿地技术利用原住户的化粪池作为一级厌氧池， 通过多级厌氧池对污水中的有机污染物进行多级消化后进入人工湿地，污染物在 人工湿地内经过滤、吸附、植物吸收及生物降解等作用得以去除。如图1 - 6 所示， 厌氧池一接触氧化一人工湿地技术是在厌氧池一人工湿地技术上的改进，通过在 厌氧池后增加接触氧化工艺段，提高氮磷的去除率。厌氧池可利用现有三格式化 粪池、净化沼气池改型6 1 。 ( 5 ) 地埋式微动力氧化沟 图1 - 7 地埋式微动力氧化沟工艺流程图 如图卜7 所示，该污水处理装置组合利用沉淀、厌氧水解、厌氧消化和接触氧 化等处理方法，进入处理设施后的污水，经过厌氧段水解、消化，有机物浓度降 低，再利用提升泵提升同时对好氧滤池进行射流充氧，氧化沟内空气由沿沟道分 布的拔风管自然吸风提供。已建有三格式化粪池的村庄可根据化粪池的使用情况 适当减小厌氧消化池的容积。 厌氧悬浮填料床曝气生物滤池( b a f ) 组合工艺处理农村生活污水的性能研 究还不多。厌氧悬浮填料床的目的主要是将污废水中难生物降解物质转变为易生 物降解物质，将污水中的非溶解态有机物截留并逐步转变为溶解态有机物，将大 分子有机物转化为小分子有机物，提高废水的生化性，去除部分有机物，减轻后 续生物处理的负荷。厌氧悬浮填料床处理农村生活污水由于不用曝气，从而可以 大大节省污水处理的一次性投资和运行维护费用，并且采用该工艺结合不同的后 续处理，可满足不同的出水水质要求。b a f 是借鉴接触氧化法和快滤池的设计思 路，将生物降解与吸附过滤两种处理过程合并在同一单元反应器中。以滤池中填 装的粒状填料为载体，在滤池内部进行曝气，使滤料表面生长着大量生物膜，当 8 扬州大学硕士学位论文 污水流经时，利用滤料上所附生物膜中高浓度的活性微生物实现污染物的高效去 除，同时可以在反应器内设计好氧、缺氧区域，实现脱氮除磷的功能。但进水水 质要求s s 浓度较为严格，主要原因是s s 过高会导致滤池堵塞，反冲洗频繁，加 大运行费用。本研究将厌氧悬浮填料床与b a f 结合的一个重要原因在于厌氧悬浮 填料床能做为b a f 的预处理以降低s s 浓度，减轻b a f 反冲洗频繁造成的经济负 担。 大量理论研究及工程实践7 1 1 】表明，曝气生物滤池工艺是一种经济有效污水处 理方法之一，它能够克服传统活性污泥法的一些缺点，如：占地面积大、基建投资 高、污泥膨胀等。厌氧悬浮填料床能有效地起到预处理的作用，将其与曝气生物 滤池组合，能使曝气生物滤池的能耗更低，因此，对这种高效率、低能耗且占地 面积小的污水处理技术其工艺性能的研究具有十分重要的意义。 1 2 厌氧悬浮填料床 在第八届国际厌氧会议上，v e r s t r a e t e 等人把生活污水处理作为厌氧生物处 理的新领域，低浓度生活污水厌氧生物处理也就成为了研究的热点1 1 2 】。在中温甚 至低温条件下，追寻高效的生活污水厌氧处理工艺是研究者的一致目标，成为厌氧 处理研究的热点。 以传统厌氧消化池为代表的早期厌氧消化工艺被称为第一代厌氧工艺，主要 缺陷是没有做到进水和反应器中生物种群的充分接触和系统内没有足够的微生 物，特别是甲烷微生物。为此，在7 0 年代末人们成功地开发了各种新型厌氧工艺。 它们的一个共同特点是将固体停留时间与水力停留时间相分离。其固体停留时间 可以长达上百天，水力停留时间从过去的几天或几十天可以缩短到几小时或几天， 这一系列的厌氧反应器被称为第二代厌氧反应器。为使厌氧反应器中进水和污泥 之间的接触更加充分，促使了第三代厌氧反应器的开发和应用。荷_ 一- w a g e n m g e n 农业大学进行了关于厌氧颗粒污泥膨胀床( e g s b ) 反应器的研究。e g s b 反应器实际 上是改进的u a s b 反应器，运行中维持高的上升流速，保证了进水与污泥颗粒的充 王霞芳厌氧悬浮填料床一b a f 处理农村生活污水的试验研究 9 分接触。因而，e g s b i 艺特别适用于低温和浓度相对低的污水。厌氧折流板反应 器工艺首先是由美国人在总结第二代厌氧反应器处理工艺特点后，在分阶段多相 厌氧反应器技术即s m p a 理论基础上开发的一种新型高效厌氧生物处理工艺。 但是有些厌氧反应器也存在着一些不足之处，如：厌氧反应器对有机物和悬 浮固体及氮磷等污染物的去除率较低，在低温度下处理效能明显下降等。何成达 等在采用降流式厌氧悬浮填料床预处理生活污水时发现，在厌氧反应器中加入聚 乙烯球形悬浮填料，能促使对s s 的过滤、粘附、降解作用，达到了很好的去除效 果，平均去除率y 寸6 4 t 1 3 1 。 1 3 曝气生物滤池 1 3 1 曝气生物滤池污水处理工艺 在污水生物处理工艺的发展和应用中，活性污泥法和生物膜法一直占据主导 地位。随着新型滤料的开发和配套技术的不断完善，生物膜法技术得到了快速发 展。近年来国内外许多研究者和工程技术人员对此都进行了大量的研究和工程实 践，并取得了丰硕的成果，研究开发出了像曝气生物滤池这样的生物膜法新工艺。 1 3 1 1 曝气生物滤池的产生与发展 曝气生物滤池是在2 0 世纪7 0 年代末8 0 年代初出现于欧洲的一种生物膜法处理 工艺，最初应用于污水深度处理，由于其良好的处理性能，应用范围不断扩大。 曝气生物滤池具有占地面积小，投资少，氧传输效率高，抗冲击负荷能力强，出 水水质好等优点 1 4 , 1 5 】，根据水流方向，曝气生物滤池可分为上向流和下向流两种， 早期曝气生物滤池多采用下向流，如b i o c a r b o n 【l6 1 ，现在多采用上向流方式( 即 采用气水同向流) 如：b i o f o r 、b i o s t y r 1 7 】，这两种曝气生物滤池应用较为广 泛。自第一套建在巴黎s o i s s o n s 污水处理厂的b a f 设备运行以来，法国得利满、德 国飞利浦穆勒和法国o t v 等环保设备公司已有多种定型产品。截至1 9 9 9 年，美国 已有5 座生产性曝气生物滤池，规模为7 5 0 - 7 5 7 0 m 3 d ，法国已有1 5 座曝气生物滤池， 1 0 扬州大学硕十学位论文 服务人口为2 0 0 0 0 - 2 0 0 0 0 0 人。大连市利用世界银行贷款兴建的马栏河城市污水处 理厂( 处理规模为1 2 1 0 4m 3 d ) 采用y b a f i 艺，在北京等城市有5 个b a f 工程已经 完成或正在实施。曝气生物滤池工艺在我国呈现着良好的应用前景【1 8 】。 1 3 i 2 曝气生物滤池的工艺原理 曝气生物滤池分为上向流式和下向流式，下面以上向流式介绍其工作原理。 污水从池底部进入滤池，并通过由滤料组成的滤层，在滤料表面形成有微生物栖 息的生物膜。在污水滤过滤层的同时，空气从滤料处通过，并由滤料的间隙上升， 与上向流的污水相接触，空气中的氧转移到污水中，给生物膜上的微生物提供充 足的溶解氧和丰富的有机物。在微生物的作用下，有机物污染被降解，污水得到 净化。 运行时，污水中的悬浮物及由于生物膜脱落形成的生物污泥，被滤料所截留。 因此，滤层具有二沉池的功能。运行一定时间后，因水头损失的增加，需对滤池 进行反冲洗，以释放截留的悬浮物并更新生物膜，一般采用气水联合反冲，反冲 洗水通过反冲洗水排放管排出后，回流至初沉池。 1 3 1 3 曝气生物滤池的构造 曝气生物滤池的形式根据进水方式的不同，可分为上向流曝气生物滤池和下 向流曝气生物滤池：根据填料的不同，可分为悬浮填料曝气生物滤池和沉没填料 曝气生物滤池；根据使用功能的不同，可分为去碳曝气生物滤池、硝化曝气生物 滤池、反硝化生物滤池、水源水预处理曝气生物滤池和组合曝气生物滤池等等。 目前工程中曝气生物滤池的使用形式可以分为三大类：即b i o c a r b o n e 、b i o f o r 和b i o s t y r ，其各自构造特点如图1 8 1 。1 0 所示。 b i o c a r b o n e 生物滤池，结构如图1 8 所示，其滤料为密度比水大的膨胀板岩 或球形陶粒，结构类似于普通快滤池。污水从滤池顶部流入，下向流流出滤池。 在滤池中下部设曝气管进行曝气，曝气管上部起生物降解作用，下部主要起截留 王霞芳厌氧悬浮填料床b a f 处理农村生活污水的试验研究 l l s s 及脱落的生物膜的作用。运行中，因截留y s s 及生物膜的生长，水头损失逐渐 增加，达到设计值后，开始反冲洗。b i o c a r b o n e 属早期曝气生物滤池，其缺点 是负荷较低，且大量被截留的s s 集中在滤池上端几十厘米处，此处水头损失占了 整个滤池水头损失的绝大多数，滤池纳污能力不强，容易堵塞，运行周期短。 反冲洗 水 反冲i 5 i 毛反冲移 r 、，1 一 l 、一一 处理 毛管 图1 - 8b i o c a r b o n e 结构示意图 r ，一1 一 一面水 反冲i 5 l 、一一 曝气 ：o ：o ：o ：o ： 一一进爿 l 、一一 图1 - 9b i o f o r 结构示意图 进水 1 2 扬州大学硕士学位论文 b i o f o r 生物滤池，其结构如图1 - 9 所示，为典型的上向流式( 气水同向流) 曝气生物滤池。其底部为气水混合室，其上为长柄滤头，曝气管，承托层，滤料。 所用滤料密度大于水，自然堆积，滤层厚度一般为2 m 4 m 。b i o f o r 运行时，污水 从底部进入气水混合室，经长柄滤头配水后通过承托层进入滤料，在此进行有机 物，氨氮和s s 的去除。反冲洗时，气水同时进入气水混合室，经长柄滤头进入滤 料，反冲洗出水回流入初沉池，与原污水合并处理。采用长柄滤头的优点是简化 了管路系统，便于控制，缺点是增加了对滤头的强度要求，滤头的使用寿命会受 影响。上向流的主要优点有：同向流可促使布气布水均匀。若采用下向流，则 截留的s s 主要集中在滤料的上部，运行时间一长，滤池内会出现负水头现象，进 而引起沟流，采用上向流可避免这一缺点；采用上向流，截留在底部的s s 可在 气泡的上升过程中被带出，延长反冲洗间隔时间；气水同向有利于氧的传递与 利用。 b i o s t y r 生物滤池是由法国o t v 公司对其原有b i o c a r b o n e 生物滤池的一 个改进，其结构如图1 1 0 所示，具有脱氮功能，其主要特点为：采用新型轻质 悬浮填料b i o s t y r e n e ( 主要成分为聚苯乙烯，密度小于水) ；将滤床分为两部 分，上部分为曝气的生化反应区，下部为非曝气的过滤区。污水与经硝化的滤池 出水按一定回流比混合后进入滤池底部，并向上首先经过缺氧区，实现反硝化脱 氮和部分有机物的降解，同时s s 被生物膜吸附和截留。然后污水进入好氧区，实 现硝化和有机物的进一步降解。 王霞芳厌氧悬浮填料床b a f 处理农村生活污水的试验研究 1 3 r 、，1 一 l 、j 一 出水 回流泵 l_ j 曝气 反冲拶 r 1 一 反冲洗曝气：o ：o ：o ：o ： 卜、1 9 t ： 图1 1 0b i o s t y r 结构示意图 1 3 1 4 曝气生物滤池的优缺点 同常规生物处理技术相比，曝气生物滤池主要优点有： 水 ( 1 ) 从投资费用上看，曝气生物滤池无需设二沉池，水力负荷、容积负荷远 高于传统污水处理工艺，停留时间短，厂区布置紧凑，可以节省占地面积和建设 费用； ( 2 ) 从工艺效果上看，由于生物量大，以及滤料截留和生物膜的生物絮凝作 用，抗冲击负荷能力强，耐低温，不发生污泥膨胀，出水水质好； ( 3 ) 从运行上看，曝气生物滤池易挂膜，启动快； ( 4 ) 曝气生物滤池中氧的传输效率高，曝气量小，供氧动力消耗低，处理单 位污水电耗低。此外自动化程度高，运行管理方便。 主要缺点有： ( 1 ) 曝气生物滤池对进水s s 要求高，需要采用对s s 有较高处理效果的预处 理工艺。而且，进水的浓度不能太高，否则容易引起滤料结团或堵塞； 1 4 扬州大学硕士学位论文 ( 2 ) 曝气生物滤池水头损失较大，加上大部分都建于地面以上，进水提升水 头较大； ( 3 ) 曝气生物滤池的反冲洗是决定滤池运行的关键因素之一，滤料冲洗不充 分则可能出现结团或堵塞现象，导致工艺运行失效。操作中，反冲洗出水回流入 初沉池，对初沉池有较大的冲击负荷。此外设计或运行管理不当回造成滤料随水 流失等问题。 1 3 2 曝气生物滤池的填料 滤料是生物膜的载体，同时兼有截留悬浮物质的作用，直接影响曝气滤池的 效能。滤料费用在曝气生物滤池处理系统建设费用中占有较大比例。所以，滤料 的优劣直接关系到系统的合理与否。开发经济高效的滤料是曝气生物滤池技术发 展的重要方面。 1 3 2 1 填料的研究进展及发展方向 填料的开发是b a f t 艺发展的重要问题，适合的填料对b a f 效能的发挥有着直 接的影响。目前b a f 所用的填料大致有陶粒、沸石、焦炭、石英、活性炭和膨胀 硅酸盐，另外有机高分子填料