（环境工程专业论文）序批式反应器处理小城镇污水的研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 序批式生物膜反应器处理小城镇污水的研究 摘要 随着以f i 场经济为导向的经济体制改革的深入和经济的拍绩高速 增长，我困的城镇化进程得到了迅猛发展，广大中小城镇迅速崛起， 城镇规模也不断扩大。但是，城镇化进挥的加速发展不仅加重了城市 负荷，带来了一系列的生态环境问题，同时也使小城镇社会经济发展 与水资源短缺之间的矛盾也日趋尖锐。 城市大量污水不经处理直接排入水体所造成的水环境质量恶化问 题，己引起了全社会的普遍关注。加强城市市政基础设施建设，加大 污水处理力度，防止城市水环境恶化已形成共识。因此，在充分考虑 我国城市建设过程中经济、社会等实际情况的前提下，努力研究开发 出适合我国国情的低投资、低能耗、高效率的城市污水处理技术己势 在必行。 在众多污水处理技术中，s b r 以其独特的运行方式( 间歇式) ； 对水质、水量冲击负倚适应性强；结构简单，占地省，基建费用及运 行费用低等特点在小城镇污水处理中得以广泛的应用，并且它还很适 合于对现有污水厂的工艺改造。但是，随着小城镇的发展，势必要求 对传统s b r 工艺的改进，使其更耐冲击负荷、脱氮除磷能力更强。 综合考虑这些因素，确定本试验采用在s b r 池里添加填料的方法 来提高s b r 池的耐负荷能力，和增强脱氮除磷功能，即序批式生物膜 反应器( s e q u e n c i n gb a t c hb i o f i l mr e a c t o r ，简称s b b r ) 。该法是一种 将s b r 间歇操作和生物膜技术相结合的新工艺，它拓展了普通s b r 技术和传统生物膜工艺的处理能力。它秉承s b r 工艺的特点，其运行 太原理工大学硕士研究生学位论文 方式也为间歇式，很适应小城镇水量变化的特点。同时，它又具备生 物膜的特点。为了进一步研究s b b rj 二艺处理城镇综合污水方面的特 点，设计试验装置采用该工艺对所配制的模拟城镇污水进行处理，并 对试验数据进行了分析。 经过试验研究分析发现，当小城镇综合污水水质为c o d ：5 0 0 m g l 左右，t p - 7m g l 左有，n h 3 一n ：2 5 3 0m g l 时，适合的工况为： 瞬时进水缺氧3 h 好氧6 h 沉淀l h 排水闲置。在缺氧 阶段开循环泵，起缺氧搅拌作用，使污水与生物膜充分接触。好氧阶 段内溶解氧d o 控制在5 m l 左右，缺氧阶段内d o 应小于o 5 m g l 。 s b b r 工艺对有机物的去除率优于s b r ，有机物的去除率在曝气 前3 h 内可达8 0 以上，并且此法可承受较高的c o d 负荷的增长，且在 缺氧段有较高的c o d 吸收速率。c o d 负荷越高，其c o d 吸收速率也就 越高，s b b r 工艺在去除有机物污染物能力很强。 s b b r 同步硝化与反硝化现象( s n d ) 反应主要发生在好氧生物 膜层和兼性生物膜层分界区内，反硝化的有机碳源主要为在缺氧段过 量储存的有机碳源。由s n d 产生的脱氮率随c n 比的增加而增加， 而过高的负荷将使生物膜变厚，从而影响s n d 的效果。 序批式生物膜反应器( s b b r ) 具有微生物量高，耐冲击负荷；出 水水质稳定；良好的脱氮除磷能力等优点。它不仅适合用于处理水量 小的小型城镇污水处理厂、间歇排放的工业废水与分散点源污染的治 理，而且也适合脱氮除磷效果不佳的现有污水处理j 。的- 艺改造，在 处理城镇综合污水处理方面有非常广阔的前景。 关键词：序批式生物膜反应器，同步硝化与反硝化，生物膜，城 镇污水处理技术 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n ti nas e q u e n c i n g b a t c hb i o f i l m r e a c t o r a b s t r a c t w i t ht h ef u r t h e ra d v a n c i n go ft h em a r k e t o r i e n t e de c o n o m i cs y s t e m r e f o r m i n ga n dt h ec o n t i n u o u se c o n o m i ci n c r e a s i n g ，t h et o w n s h i ph a sb e e n o v e r w h e l m i n g l yd e v e l o p e d ：al a r g en u m b e ro fm i d d l e s i z e da n ds m a l l e r t o w n sa r eg r o w i n gu pa n dt h e i rs c a l ei si n c r e a s i n g l ye x p a n d e d h o w e v e r , t h ed e v e l o p m e n to ft h et o w n s h i pi n c u r st h e mm o r eb u r d e n s ，ag r e a td e a lo f e c o l o g i c a l a n de n v i r o n m e n t a lp r o b l e m s ，a n dm a k e sa c u t et h ec o n f l i c t s b e t w e e nt h em u n i c i p a le c o n o m yd e v e l o p m e n ta n dt h e i rl a c ko fw a t e r r e s o u r c e s i th a sa r i s e nt h e p u b l i c c o n c e r n sw i t ht h ef a c to fw a t e rq u a l i t y d e t e r i o r a t i o nb e c a u s eo fd i s c h a r g eo ft h ew a s t e w a t e rb e f o r eb e i n gt r e a t e d n o w , t h e r ei sc o m m o nc o n c e r no nt h es t r e n g t h e n i n go ft h em u n i c i p a l c o n s t r u c t i o n ，t r e a t m e n to ft h ew a s t e w a t e r , a n dp r e v e n t i n g f r o mt h e d e t e r i o r a t i o no ft h ew a t e rs o u r c e si nt o w n s h i p t h e r e f o r e ，i ti su r g e n tt o e x p l o i ta s e r i a lo ft e c h n o l o g i e so nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tf e a t u r e db y l o w i n v e s t m e n t ，l o w c o n s u m p t i o n a n dh i g h e f f i c i e n c yi nr e s p e c tt o c h i n a sn a t i o n a lc o n d i t i o n s a m o n gt h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g i e s ，s b rh a sb e e nw i d e l y a p p l i e dt ot h es m a l l e rt o w n s s i n c es b ri s f e a t u r e db yi t s p e c u l i a r o p e r a t i o n ( i n t e r m i s s i o n ) ，s i m p l es t r u c t u r e ，l i t t l es p a c eo c c u p a t i o n ，l o w e x p e n s eo fc o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o n ，a n db e i n gs u i t e dt ot h et e c h n o l o g y r e m o l d i n g b u tf o rt h eg r o w i n gu po ft h es m a l l e rt o w n s ，i ti si m p e r a t i v et o i m p r o v e t h et r a d i t i o n a ls b rt e c h n o l o g ys oa st o s t r e n g t h e n i n g i t s 查堡堡三垄兰堡主竺垄兰兰堡垒圭 c a p a b i l i t y o fd e n i t r i f i c a t i o n d e p h o s p h o r u s a n do fb e i n g a g a i n s t t h e c h a n g i n go ft h ew a t e rl o a d w i t ht h ec o m p r e h e n s i v ea c c o u n to ft h ea b o v e m e n t i o n e de l e m e n t s t h e p a p e rd e s i g n sa ne x p e r i m e n t ，s e q u e n c i n gb a t c hb i o f i l mr e a c t o r ( s b b r ) ， t h r o u g hf i l l i n gm o r es t u f f si no r d e rt oi m p r o v et h ec a p a b i l i t yo fb e i n g a g a i n s tt h el o a da n do fd e n i t r i f i c a t i o n - d e p h o s p h o m s s e q u e n c i n gb a t c h b i o f i l mr e a c t o r ( s b b r ) i san e wt e c h n o l o g yb yt h ec o m b i n a t i o no ft h e i n t e r m i s s i o no fs b ra n db i o f i l m i te x p a n d st h e n o r m a l l y u s e ds b ra n d t h et r e a t m e n tc a p a b i l i t yo ft h et r a d i t i o n a lb i o f i l m ，c o m b i n e st h ef e a t u r e so f b i o f i l ma n di n h e r i t st h ef e a t u r e so fs b r ( i e i n t e r m i s s i o n ) b e i n gs u i t a b l e t ot h ec h a n g eo ft h ew a t e rv o l u m ei ns m a l l e rt o w n s i no r d e rt o m a k e f u r t h e r s t u d yo ft h ef e a t u r e so fs b b r ，t h ew r i t e re x p e r i m e n t so nt h e s e l f - c u l t u r e dt o w n s h i pw a s t e w a t e rw i t hd e s i g n e de x p e r i m e n t a le q u i p m e n t s a n dm a k e sc a r e f u la n ds c i e n t i f i ca n a l y s i so ft h er e c e i v e dd a t a b yt h ee x p e r i m e n ta n dt h ea n a l y s i s ，i ti sf o u n dt h a tw h e nc o di s a r o u n d5 0 0 m g l ，t pa r o u n d7m g l ，a n dn h 3 一n2 5 - 3 0m g l ，t h e s i t u m i o n s h o u l db ei n s t a n t w a t e r f i l l i n g - - a n o x i c 3 卜一a e r o b i c 6 h - - s e d i m e n t1h - - d r a i n a g ei d l i n g w h e nt h ea n o x i ci sb o m ，i ti sg o o dt o s t a r tt h ec y c l i n gp u m pt oc h u mi ts oa st or e a l i z et h ea m p l ec o n t a c to ft h e w a s t e w a t e ra n dt h eb i o f i l m t q l e ni nt h es t a g eo fa e r o b i c ，d os h o u l db e c o n t r o l l e da r o u n d5 m g l ，a n di nc o n t r a s ti na n o x i cs t a g e ，d om u s tb e l o w e ro 5 m g l s b b ri sa d v a n t a g e o u st os b ri ne l i m i n a t i n gt h eo r g a n i s m ，t h ed e g r e e o fw h i c hi su pt o8 0 i n3 hb e f o r ea e r o b i c m o r e o v e ls b b r i sc a p a b l eo f b e a r i n gm o r ec o dl o a d s ，a n di sq u i c k e ri na b s o r p t i o no fc o di na n o x i c s t a g e t h em o r et h el o a d so fc o da r e ，t h eq u i c k e rt h ea b s o r p t i o ni s l a s t ， s b b ri ss t i l ls t r o n gi ne l i m i n a t i n gw a s t eo r g a n i s m 2 一查壁翌三垄兰堡主翌垄圭兰堡笙墨 一 -_-_-_。_一 t h es i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o nr e a c t i o n ( s n d ) o f s b b rl a r g e l yh a p p e n sw i t h i nt h es e p a r a t i o na r e ao ft h ea e r o b i cb i o f i l m a n dm u l t i f u n c t i o n a lb i o f i l m t h eo r g a n i cc a r b o no fs n d i sm a i n l yr e a d y f o rt h er e s e r v a t i o no fo r g a n i cc a r b o n i na n o x i cs t a g e t h er a t eo f d e n i t r i f c a t i o ni ns n db e c o m e si n c r e a s i n gw i t ht h eg r o w i n go ft h er a t eo f c n ，a n dt h eo v e r w h e l m i n gl o a d sc o u l d t h i c k e nt h eb i o f i l ms oa st o i n f l u e n c et h ee t f e c to fs n d i nac o n c l u s i o n ，s e q u e n c i n gb a t c hb i o f i l mr e a c t o r ( s b b r ) ，m e r i t si n i t sl a r g ea m o u n to fo r g a n i s m ，b e i n gw e l la g a i n s tl o a d ，t h es t a b l eq u a l i t yo f t h ef l o w i n gw a t e r , a n dc a p a b i l i t yo fd e n i t r i f i c a t i o n - d e p h o s p h o r u s i nt h i s s e n s e ，s b b ri sg o o dt o b eo p e r a t e di nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t si n s m a l l e rt o w n s ，t ot r e a ti n t e r m i t t e dd r a i n a g e ，t oh e l pt h em a n a g e m e n to f t h e d i s p e r s e dw a s t e w a t e ra r e a s ，a n dm o r e ，t or e m o l dt h ec u r r e n tt e c h n o l o g y f o ri t sp o o rd e n i t r o g e n d e p h o s p h o r u s ，l a s t ，s b b rs e e sb r i g h tp e r s p e c t i v e i nt h em u n i c i p a lc o m p r e h e n s i v ew a s t e w a t e rt r e a t m e n t k e yw o r d s ： s e q u e n c i n gb a t c hb i o f l l mr e a c t o r ( s b b r ) ， b i o f i l m ， s i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n ( s n d ) ， m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 符号说明 论文中出现的主要符号及其对应中文含义列于下表中，以供参阅。其它符号 在论文中的出现处均有说明。 脊号对应毂 t h e c o r r e s p o n d i n gm e a n n l n g so ft h es i g n s 符号中文含义备注 b o d 5五日生化需氧荤( b i o c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d )单位：m g l c o d 化学需氧量( c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ) 单位：m l d o 溶解氧( d i s s o l v e do x y g e n l单位：m g l t 温度 单位： p hp h 值 无量纲 c碳 单位：m g l n 氮 单位：m g l n h 3 - n氨氮 单位：m g l p磷 单位：m g l m l s s 悬浮混合液固体浓度( 污泥浓度) 单位：m g l s v i 污泥容积指数( s l u d g ev o l u m ei n d e x )单位：m l g 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：幸日期：矽j 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的。 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签名： 导师签名： 曹彩 日期：冱么：! 日期：2 。名夕，雾 太原理工大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 水足人类 l 会赖以牛俘雨l 发展的不呵忤代的资源，是人类社会可持续发展的最 荜本条件之一。我围是一个水旱灾害频繁、水资源婀缺的囡家，水的i u j 题尤为重要。 对水资源可扬续利川的核心赴：人类的用水 j 为在满足其生存、生活和发展需求的 阿州，保护剐改蓑仃利1 ，j 存的， 念环境，尽i l r 能减少人类洒动，j i 起的， 存环境不 断悲化。水资绯的l 可 线再q 川l 成为找l 世l 会经济及腱的照婴题。 1 1 我国水资源与水污染 随着我国经济的迅速发展，人口的增加，人民生活水平逐步提高，工业化和城 市化步伐的加快，用水量急剧增加，污水竹放最也相应增加，加剧了淡水资源的短 缺和水环境的污染。 1 1 1 水资源现状 我国水资源总荦为2 8 万亿立方米，其中地表水2 7 万亿立方米，地下水o 8 3 万亿伊方米，山于二者相与转换、q 为补给，于除哐复计算量o 7 3 万亿立方米。我 国水资源有以f 三个特点【l 】： a 、总晕并不丰富，人均占有量更少 我国水资源总量居世界第6 位，人均水资源量2 4 0 0 立方米，约为世界人均的 l 4 ，排在世界第1 2 l 位，是世界1 3 个贫水国家之一。我国北方黄、淮、海3 个流 域人均水资源仅为全周人均的l 5 。到下t h ：纪中叶，按1 6 亿人i ：1 计，我国人均水资 源量将比现在降低l ，4 ，约为1 7 5 5 立方米，淡水资源短缺的形势将更加严峻。 b 、地区分布不均与水七资源组合不相应 我国水资源南多北少，东多两少，与人口、耕地、矿产等资源分布极不匹配。 长江及其以南水系的流域砸积占全国国十总曲积的3 6 5 ，其水资源量却占全国的 8 i ：淮河及其p a n g 的而积山全固总而积的6 3 5 ，其水资源仅占全国总章的1 9 。 太原理_ t - 大学硕士研究生学位论文 c 、雨热同步，年j ! 1 分白集t p ，年际分配不均 受季风气候影响，我国降水蕈年内分自己不均匀，大部分地区近续4 个月降水量 占全年降水总量的7 0 左右。也就是说，我国水资源中大约有2 3 左右是洪水径流 星。降水量年际变化也很大，还往往出现连续 水或枯水年的情况。 水资源短缺不仅己成为当今世界最重大的资源环境问题，也成为阻碍我国社会 进步和可持续发展的严重f u j 题，它对生态系统和国家经济的发展有着深刻影响。 l - 1 2 水污染现状 我国淡水资源的不足的同时，水环境污染又在不断加剧。 ” ( 1 ) 淡水环境污染 目前，我国大部分城市硐j 地区的淡水资源供给已受剑水顼砦化和水生态系统破 坏的威胁。根据国家环保局 2 0 0 4 年中国环境状况公报1 2 1 ：七大水系的4 1 2 个水 质监测断面中，i 1 1 1 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为：4 1 8 、3 0 3 和2 7 9 。 海河水系属重度污染，劣v 类水质的断面比例为5 6 7 ： 辽河水系属中度污染，i i i i 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为： 3 2 4 、2 9 7 和3 7 9 ： 淮河水系属中度污染，l 1 i i 类、l v v 类和劣v 类水磺的断面比例分别为 1 9 8 、4 7 6 羽i3 2 6 ，部分支流污染仍严重： 黄河水系属中度污染，i l i l 类、i v v 类和劣v 类水质的断面比例分别为 3 6 4 、3 4 1 和2 9 5 ，支流污染较重； 松花江水系属中度污染，i i i i 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为 2 1 9 、5 3 7 和2 4 4 ： 一 长江水系属轻度污染，i i 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为 7 2 1 、1 8 3 和9 6 ： 珠江水系总体水质良好，l i i l 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为 7 8 8 、1 5 1 和6 1 。 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 0 0 4 年监测的2 7 个重点湖库巾，i l 类水质的湖库2 个，i i i 类水质的湖库5 个， i v 类水质的湖库4 个，v 类水赝湖库6 个，劣v 类水质湖库1 0 个。其中“_ 三湖”f 太 1 , 4 、巢湖、波尥) 水赝总氮羽i 总膦浓嫂l ：m 均为劣v 炎。太湖水质b 上年比7 j 所改 善，仙仍处j 巾艘富营养状况。滇池啦海属重瞍富营养化，外海属中度富营养化， 与上年相比，水质仃改善。巢湖水质属中度富营养化，水质无明显变化。 在4 7 个重点城市巾，饮用水源地水质达标率为1 0 0 、9 9 9 8 0 、7 9 9 6 0 、5 9 9 0 1 和0 的城市分别为2 5 个、8 个、3 个、l o 个和1 个，主要城市 和地区的地下水水质受人为活动影响较大，硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、氯化物等组 分的含晕普遍升高。 2 0 0 4 年废水排放帚为4 8 2 4 亿吨，其中3 ：l k 废水排放罱为2 2 1 1 亿吨，生活污 水排放量为2 6 1 3 亿吨。 ( 2 ) 海洋环境 目前，近海大部分海域水质良好，但局部海域污染加重。远海海域水质保持良 耍了状况。2 0 0 4 年，全国近岸海域共监测2 4 6 个站位，一、二类海水比例山4 9 6 ， 三类海水占1 5 4 ，匹| 类、劣四类海水占3 5 0 。 2 0 0 4 年，四大海域比较，黄海和南海水质总体上较好，渤海和东海污染有加重 趋势。全海域j 发现赤湖9 6 次，较上年减少2 3 次。赤潮累计发生面积2 6 6 3 0 平方 公里，较2 0 0 3 年增加8 3 o ，其中大面积赤潮集中在尔海。 可见，城市水环境的持续恶化使我囡经济发展蒙受巨大损火，人民健康受到严 重威胁。加强城市污水处理技术研究，防治水污染，改善水环境质星，己迫在眉睫， 刻不容缓。 1 2 我国小城镇水环境污染现状与发展趋势 小城镇是指农村地区一定区域内工商业比较发达，具有一定市政设施和服务设 施的政治、经济、文化、科技和生活服务中心，即最小的城市聚落，理想规模为5 万人口左右1 3 1 。它位于城市之末、农村之首，是沟通城乡区域经济的桥梁与枢纽， 只有数量大、规模小、分布广的特征。 3 查墨墨垄兰塑主竺查兰兰堡堡查 1 2 1 小城镇水环境污染源构成 ， 小城镇水环境污染源包括小城镇生活污水、工业废水、禽畜养殖废水、农约化 肥等污染物引起的农业面源污染 4 5 j 。这四个方面的来源大大加剧了小城镇的水污 染，制约了小城镇的可持续发展。 ( 1 ) 生活污水 随着我国改革的不断深入，人民群众生活水平的提高和城镇化进程的迅猛发展， 城镇居民生产、生活有机污水的排放鼙也在逐年增加。据统计，2 0 0 4 年全国城镇 居民生活污水年排放量达到2 6 1 3 亿吨。化学需氧草排放置为8 2 9 5 万吨；氨氮排放 量为9 0 8 万吨f 3 1 。然而由于各地的绎济状况、环保意识、人群素质等原囚，再加上 生活污水处理设施不配套或不完善，污水处理设施的建造与运行远远滞后于新增加 的污水量，未进行有效治理的居民生活污水和粪便污水，就直接排入地下和江河湖 泊，对当地水源和周围环境造成严重污染。 ( 2 ) 工业废水 近年来，在小城镇中小企业发展迅速。由于在这些企业中生产技术水平较落后、 设备陈旧、无工业用水定额、工业废水的排水晕大最增加，加上这些小企业环保意 识淡薄、技术力量薄弱、资金短缺，囚此工业废水未经处理就对# l - f l 放，给水环境 保护带来了极大威胁。2 0 0 1 年工业j 友水排放量为2 2 1 1 亿吨，化学需氧量排放量为 5 0 9 7 万吨，氨氮排放军为4 2 2 万吨【3 1 。 ( 3 ) 禽畜养殖废水 禽畜养殖主要有猪、牛、鸡、鸭、鹅等，还有少量的羊、兔、鸽。改革开放， 尤其是八十年代实施“菜篮子工程”以来，小城镇的禽畜养殖业得到了迅速发展， 很大程度上丰富和满足了社会对禽畜食品的需求嘲，也使许多人走上了致富之路。 但由于资金短缺、环境意识淡薄，几乎所有的禽畜养殖场都没有投资建造禽畜粪便 及废水处理设施，致使禽畜污水未经处理任意排放。并且禽畜粪便及废水中含有大 量的氮、磷等营养物质，囚此不仅浪费了大量的肥料，影响了养殖业的可持续发展 和生产效率的提高，而且污染了小城镇的水环境，加刷了水体的富营养化。 4 太原j e x - 走学硕士研究生学位论炙 ( 4 ) 农药化肥等农业污染物引起的农业面源污染 小城镇周嘲有大片的农田当降雨或灌溉时，农田中的污染物，如过帚氮肥、 研肥、农约筲农、l p ，- 蛘! 物就会随着地农径流、水i 崩1 人进入小城镇的 农业污染物含f r 大廿朱做作物吸收或朱破_ ：壤同定的氮和磷等营养物 水体后，会导敛水体中藻类浮游生物的迅速繁 i 牛物大门i 死广，使小城镇水体的水质悲化。 ，l j k 环境的币盟农、l p 曲沥：o 尜源。 1 2 2 小城镇水环境污染现状 殖、水体溶解氧下降、 人| 此，农约化肥等农业 我国小城镇排放的污水对水环境的污染是不容忽视的。 准普遍很低，配套性差，环保投入严重不足。目前我国小城 流制，少数为分流制。由于合流制，特别是直接式合流制， 摊入水体，对水体污染严重，一般不宜采用。选择截流式合 水环境。这些 质进入小城镇 鱼类和其他水 污染物是小城 小城镇市政基础设施标 镇的排水体系多数为合 污水不经处理南接就近 流制，雨天仍有部分混 合污水从溢流爿：溢山，直接排入水体，使水体受到污染。 小城镇一般没有一座正规的污水处理厂，只有尔部经济基础和发展条件优越地 区的少数小城镇开始建设小犁污水处理厂，其中大多数以处理工业污水为主，且处 卿能力很低。绝大多数小城镇丛木上没存污水处删厂，不少小城镇污水未经处理就 近排入环境水体，严重污染水环境。 近年来由于乡镇和私营企业不断发展，一些技术水平低、能耗物耗高、污染重 的项目由大中城市向小城镇转移，共至以牺牲环境为代价来换取利润，更加加重了 小城镇环境的污染和破坏。 就全国范围来看，小城镇水环境污染土兕状主要表现在以下两方面： 一方面，我国河流有机污染普遍存在，且污染日益突出，流经城镇的河段污染 更加严重。小城镇周围的受纳水体般为小河流，小湖泊等，因此存在水体自净能 力、环境容量比较小的特点。1 4 1 个国家环境盗控城市中，3 6 2 的城市河段为i 至 i i l 类水质。6 3 8 的城市河段为至v 类水质其中，4 7 个环保重点城市的典型水 域中，1 0 6 为v 类水质，2 9 8 为劣v 类水质 。2 0 0 4 年有监测数据的7 4 5 个水体 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 断面中( 其中河流断面4 8 9 个，湖库点位2 5 6 个) i 类占3 8 ，i i 类占1 6 9 ，i i i 类 占1 7 o ，i v 类占2 0 5 ，v 类占1 3 6 ，劣v 类占2 8 2 。主要污染指标为氨氮、 石油类、高锰酸盐指数等。统计情况表明，水质符合或优于i i i 类以上水体断面仅占 3 7 7 t 8 1 。 另一方面是，污水处理设施总量仍然不足t 9 1 。2 0 0 4 年底全国建制市污水排放总 量大约为3 5 6 亿m 3 ，污水处理率仅为4 5 7 ，6 6 1 个城市中还有2 9 7 个城市没有污 水处理厂。全国有一半以上的城市和绝大多数建制镇，所排放的污水没有经过有效 处理，直接排入江河湖海，不仅使地【j i i 水污染严重，而且迩波及地下水资源。据环 保部门对1 1 8 个大中城市的调查地下水严重污染的城市山6 4 ，轻污染的占3 3 。 此外，不少城市已建的污水处理设施运行效益不佳。据建设部2 0 0 5 年9 月的统计全 国至少有4 0 个城市的污水处理厂，因收集管网不配套、运行经费不到位等原因，运 行负荷率不足3 0 ，3 0 个城市的运行负荷率为零造成了极大的浪费。与此同时还存 在有些污水处理厂处理工艺陈旧，抗冲击负荷能力羞，脱氮、除膦效果差等原因， 不能满足现在的处理要求，亟待进行工艺改造。 1 2 3 小城镇水环境污染的发展趋势 总的来说，在城镇化快速发展的过程中，小城镇水环境污染形势非常严峻。主 要表现在以下三个方面： 1 、将来我国的小城镇人口会大最增加。这是因为我国人口有两个发展趋势：一 是，为缓解大中城市的人口压力，大中城市人口正逐渐向小城镇、小区迁移，这必 将促进小城镇的发展；二是，我国现在8 0 的人口在农村，农村大量的闲置劳动力 要找出路，他们不能都到大中城市去发展，其科学的办法就是农村人口城镇化、小 区化。随着这一趋势的发展和人民牛活水平的提高，今后我国8 0 以上的生活污水 将来自小城镇、小区。如果大量污水不经过处理或有效处理直接排放，不仅严重污 染水环境，更加剧了我国水资源的短缺。 2 、为了提高人民生活水平，小城镇的企业、禽寄养殖业也会迅速发展起来，不 仅数量增多，规模也会不断壮大，与此同时，废水总鼍也将与日俱增。若所排废水 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 不经过有效处碍! ，商接排放，则会列小城镇的水环境造成极大的威胁。 3 、随着大毕人l i i 小城镇或大，l ，城币迁移，农村人u 会大大减少。因此，大片 的农f f l 会缺少必盐的1 j 驯，化肥、农约0 会破加f j 使川，使农i f l 废水中的氮、磷等 污染物大大增j 1 ，从i j 使小城镇水环境束 j 铀肛污染的浴在威胁更加严重。 总之，小城镇水耶境污染坩大、面广、分散他强，一旦遭到破坏，则难以根治。 这不仅关系到人民生洒水平的提高，还关系到我国环境状况和可持续发展战略的实 施。【 i 此，刈小城镇水环境污染进 i 及时拧制，足切文从源义治卵水污染、保护水 环境，修复和恢复城镇水生态，实现水资源可持续利用关键。 1 3 研究课题的提出及意义 随着我国城镇化水平的加伙，我国的小城镇得到了迅速的发展。我国城镇化水 平已经超过3 0 ，城镇化进入加速发展时期。从发展眼光看，今后我国大部分人口 将生活在中小城镇。城镇化的快速发展在缓解大中城市的人口压力，解决农村大量 的闲置劳动力就业等方面有着积极的意义，但同时也造成巨大的环境污染。在目前 全国建制镇中，绝大多数没有排水和污水处理设施，严重污染了城镇水环境，加剧 了我国本已十分严峻的水环境污染。这不仅影响到人民的生活和健康，而且严重阻 碍了我国可持续发展战略的实旋。 小城镇水污染已经不单单由小城镇牛活污水构成，还包括工业废水、禽畜养殖 废水、以及农药化肥等污染物引起的水污染，并且随着城镇化的进一步发展，后者 所山比重将越来越大。现在小城镇污水处理除有机物负荷比过去有所增长外，更新 增了脱氮和除磷的要求。污水水质一般为：p h = 6 5 7 5 ，c o d ：3 0 0 - 5 0 0 m l ，b o d 5 ： 15 0 - - 2 5 0m g l ，s s - 2 0 0 - - - 5 0 0m g l ，丁n ：3 0 6 0m l ，t p ：4 - - - 8t i f f i g l ；且水质、水 量的波动性大，一般可生化性好。如果不经过有效的污水处理，这些污水中所含氮 和磷等营养物质进入小城镇水体后。会导致水体中藻类浮游生物的迅速繁殖、水体 溶解氧下降、鱼类和其他水乍生物大最死亡，一方面使小城镇水体的水质恶化，另 一方面，可能会污染流经小城镇的河段，从而影响我国的河流以及整个水环境的可 7 太原j 里_ t - 大学硕士研究生学位论文 持续发展。 由于各地的经济状况、环保意识、人群素质等原闪，再加上小城镇污水处理设 施不配套或不完善，致使现有污水处珲设旋的不能适应新增加的污水量，或者现有 污水处理工艺脱氮、除磷效果差等后果，使出水水质不能满足城镇污水处理厂污 染物排放标准( g b l 8 9 1 8 - - 2 0 0 2 ) 的要求。这些未进行有效治理的污水，直接排入 河道或渗入地下，会污染河流及地下水水源，使小城镇水环境恶化。使当地水源地 受到污染，对居民饮水安全构成重大威胁。伴随着小城镇水环境污染形势日益严峻， 小城镇社会经济发展与水资源幻缺之间的矛盾也日趋尖锐。 为了促进水环境保护事、l k 的快速发展，近年来，我国加大了水污染防治技术政 策的制定力度，国务院、国家发改委、国家环保总局等会同各有关部门陆续组织制 定了城市污水处理及污染防治技术政策中华人民共和国水污染防治法国务 院环境保护委员会关于防治水污染技术政策的规定等政策、法规，及各项水污染 防治方面的国家标准。这些政策、法规平标准对提高治污生产力，有效地控制水污 染，引导、规范和协调水污染处理设施的建设、运营等活动，发挥了显著的作用， 有效地推动了我国污水处理技术的进步和污水回用产业的发展。 针对目前比较严峻的水污染形势，国家提出到2 0 1 0 年全国设市城市和建制镇的 污水平均处理率不低于5 0 ，设市城市的污水处理率不低于6 0 ，重点城市的污水处 理率不低于7 0 。因此，未来一段时间内我国将会加强对小城镇污水方面的管 理，尤其采取不同的污水治理工艺对小城镇水环境污染加以治理。但是，由于小城 镇在社会、经济、环境、污水水质等方面与大中城市不同，因此小城镇污水处理技 术应区别于大中城市污水的处理技术，不可能也不应该把大中城市的污水处理工艺 照搬到小城镇的污水处理中去。同时考虑到小城镇规模小、分布散、基础薄弱，等 社会经济特点，小城镇应选择基建投资少、运行费用低的污水处理技术；以及小城 镇污水处理操作人员技术水平低，故所考虑的污水处理技术应具有运行简单、操作 方便的特点。为此，寻找既能适应小城镇水质、水黾特点，又能兼顾小城镇社会特 点的，运行稳定、投资省、能耗和运行费用低、管理简单、操作方便的污水处理工 艺是十分必要的。 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 另外，从实际需要角度讲，随着城镇的发展和生产规模的不断扩大，己建造运 彳了的污水处珲厂所承受的负荷也在逐年增加。为适膨更高排放标准的要求，提高出 水水质，现f jy ，水j7 l 级改造势 必 j 。小沦文所j j 污水处础技术也要藏顾适合现 仃污水厂工艺改造的盂要。 污水生物处卿技术是目前为止最经济的去除废水中污染物的处理方法。因此， 生物处理技术仍是现在国内外城镇污水处婵厂最毛要的废水处理方法。氏期以来， 污水的7 物处聊t 2 一弃以“r ln 泥缓和7 物膜泣为寸。传统活什污泥法艺处珊 能力高，出水水质蚶，但仔在污泷沉阶难、易流火，系统易受冲击等问题：生物 膜法只有抗冲击负荷，系统中微生物多种多样以及微生物存活世代时间艮且有较高 活性的特点。如何发挥一二者的优势，探索经济有效地提高污水处理效果的工艺是本 论文的立题宗旨。 基于上述思想，结合国内外相关经验，论文确定了序批式活性污泥法( s b r ) 与生物膜法相结合的序批式生物膜法( s b b r ) 处理城镇污水的方案，选用悬挂式 填料，对s b b r 工艺处理城镇污水进行实验研究。 国t , q # t - 许多学者对序批式生物膜反应器( s b b r ) 处理含特殊污染物的工业废 水等方面进行了大量的试验研究，但是对s b b r 处理城镇污水，考察其处理城镇 污水方面抗冲击负荷能力和脱氮、除磷效果方面研究甚少。本论文试图通过本实 验的研究，为序批式生物麒反应器( s b b r ) 处理小城镇污水的进步研究提供理 论指导和实践参考。尤其足伴随着污水处理厂所i 台的污水水质、水量变化臼趋 增大的问题及各种非稳态不确定区j 素的现，研究便于现有污水厂技术改造的， 具有高度稳定性和可靠性特征的s b b r 工艺显得更具实际意义。 9 太原理工大学硕士研究生学位论文