（环境工程专业论文）生物接触氧化工艺处理切削液废水实验研究.pdf

摘要 切削液废水是机械加工过程中产生的含有冷却液和金属清洗剂的工业有机废水，废 水水质成份复杂、c o d 含量高，可生物降解性差。针对切削液废水的水质特性，本文 采用生物接触氧化工艺对经过隔淄：? 湿凝气浮等蓣惩理店的出水的生物处理可行性进行 试验研究，以便为切削液废水处理的工程设计和运行管理提供依据。 切削液废水中含有大量的有机物，有些物质对微生物具有毒害作用，尤其是当有机 物浓度突然变化时，对微生物的毒害作用更大。因此，首先需要在驯化过程中逐步提高 有机物浓度，使得微生物能适应这种环境。本试验通过逐步提高进水浓度来驯化微生物。 试验结果表明：当进水浓度增加时，微生物对有机物的冲击有一段适应期，在室温 ( 1 0 。c 2 5 ) 、溶解氧充足的条件下，经过3 0 4 0 天的污泥驯化过程，生物接触氧化 系统可正常运行。在系统正常运行阶段，维持水力停留时间为1 0 - 2 4 小时，进水p h 值 7 0 - 8 1 ，充分曝气，生物接触氧化工艺进水c o d 为6 6 4m g l - - 8 9 6 m g l ，氨氮浓度为 3 0 m g l - 一3 9 m g l ，出水可实现c o d 为9 2 m g l - - 10 6 m g l ，氨氮为4 5 5 m g l - - 9 15 m g l ， 去除率分别为8 5 - - - 8 8 和7 2 8 6 。另外，试验表明当生物接触氧化系统受到冲 击时恢复较快，一般7 1 0 天后即可恢复正常。 此外，本文对生物接触氧化工艺降解有机物的机理和规律进行了分析，得出生物接 触氧化工艺处理切削液废水的生物反应动力学模型为： u = 竺垫萼兰铲 关键词：切削液、有机物、生物接触氧化、驯化、动力学模式 a b s t r a c t c u t t i n gl i q u i dw a s t e w a t e ri sak i n do fi n d u s t r i a lo r g a n i cw a s t e w a t e ra n dg e n e r a t e d d u r i n gm a c h i n i n g 簇：i i o n t a i n ”蠢0 0 1 a n t 。弑! 谥e 迸j & 翻1 i l l 遗 t h ew a s t e r w a t e rh a sa c o m p l e x i t yi n g r e d i e n t s 、h i g hc o d a n dp o o rb i o d e g r a d a b i l i t y a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c s o ft h ec u t t i n gl i q u i dw a s t e w a t e r , t h eb i o c o n t a c to x i d a t i o nc r a f th a sp r o p o s e df o rt h i sk i n do f w a s t e w a t e r i nt h i sp a p e r , b i o c o n t a c to x i d a t i o np r o c e s so nt h r o u g hg r e a s e ，s u c h a s c o a g u l a t i o na n da i r - f l o t a t i o na f t e rp r e t r e a t m e n to f t h eb i o l o g i c a lt r e a t m e n to fw a t e rt ot e s tt h e f e a s i b i l i t ys t u d i e sw i t hav i e wt oc u t t i n gf l u i df o r t h ee n g i n e e r i n gd e s i g no fw a s t e w a t e r t r e a t m e n ta n d p r o v i d et h eb a s i sf o ro p e r a t i o na n dm a n a g e m e n t 釉f h i g h “c o n c e n t r a t i o n 。，o fo r g a i c li im e w a s t e w a t e r ：h a s 。c e r + t a i n 2t o x i ca 。c t i o n 】t o 辍i r o o 略a n i s 醺e s p e c i a l l yw h e nt h es a i l n i t yd e n s i t ys u d d e n l yc h a n g e s ，t h et o x i c i t yi sm o r e s e r i o u s t h e r e f o r e ，t h e f i r s t s t e p i s i m p r o v i n g t h e s a i l n i t yg r a d u l l y t oe n a b l et h e m i c r o o r g a n i s ma d a p t i n g t h i se n v i r o n m e n t i nt h ee x p e r i m e n t ，t h em i c r o o r g a n i s mw a s d o m e s t i c a t e db yg r a d u a l l yi n c r e a s i n gt h ec o n c e n t r a t i o no fi n f l u e n t t h er e s u l t so ft h e e x p e r i m e n t a r ea sf o l l o w s ：w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no f i n f l u e n ti s i n c r e a s i n g ，t h e m i c r o o r g a n i s mn e e d sap e r i o dt oa d a p tt h es t o c k w i t ht e m p e r a t u r ea m o n g1 0 c - 2 5 ca n d a d e q u a t ed i s s o l v e do x y g e n ，t h eb i o c h e m i c a ls y s t e ms h o u l d t ob ea c c l i m a t e da b o u t3 0 4 0d a y s b e f o r er e g u l a ro p e r a t i o n p h a s eo ft h en o r m a lo p e r a t i o no ft h es y s t e m ，a n dt h er e s u l t sa l s o s h o wt h a tw ec o n t r o l l e dt h eh y d r a u l i cr e s i d e n c et i m et ob e10 - - 2 4h o u r sa n dp hv a l u eo ft h e i n l e tw a t e ra m o n g7 o 8 1 ，a e r a t e ds u f f i c i e n t l y ，w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fc o di nt h e i n l e tw a t e ri sa m o n g6 6 4 m g l - - 8 9 6 m g l ，a m m o n i an i t r o g e ni nt h ei n l e tw a t e ri sa m o n g 3 0 m g l 一- 3 9 m g l ；t h ec o di nt h ee f f l u e n ti sa m o n g9 2 m g l - - - 10 6 m g l ，a n da m m o n i a n i t r o g e ni sam o n g4 5 5 m g l 9 15 m g l r e m o v a lr a t ea r e8 5 8 8 a n d7 2 8 6 r h e n t h eb i o c o n t a c to x i d a t i o ns y s t e mw a ss u b je c t e dt oa t t a c kl o a d ，i tw o u l dr e c o v e rr a p i d l y , a b o u t w i t h i n7 - 10d a y s i na d d i t i o n ，w er e s e a r c h e dt h em e c h a n i s mo ft h er e m o v i n gc o u r s eo fo r g a n i cb yt h e b i o c o n t a c to x i d a t i o np r o c e s s ，a n dg o tt h eb i o l o g i cr e a c t i o nm o d eo ft h ed e g r a d a t i o no f ，0 3 8 3 8 x ( s e - 3 8 5 7 ) o r 2 a n l s m sa s ：u = 二_ 二 。 4 3 6 5 + 疋 k e y w o r d s ：c u t t i n gl i q u i d ，o r g a n i c ，b i o - c o n t a c to x i d a t i o n ，d o m e s t i c a t i o n ，k i n e t i c s m o d e l i i 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 菇形j 。7 年毛其2 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 论文作者签名： 毒衫j 铷一龟匆j 哆 。7 年彩月2 e l d 夕年了月p 日 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 水环境污染 水和空气一样，是人类赖以生存和繁衍的基本要素。水在人类生活和生产中的作用 是不言而喻的。有人把水称作“工业的血液生命的乳浆。没有足够的水，人类的生产 无法进行；没有足够的水，人类将无法生存下去。水又是构成生物体的最基本的要素， 是生命发生和繁衍的源泉。 1 1 1 全球的水环境污染 现在，随着污水的大量排放，全球范围内的水体污染程度已经到了相当严重的程度。 据世卫组织公布：全世界每年排入自然水体的污水达到4 2 0 0 1 0 8 t ，这些污水占到世界 河川径流总量的1 2 ，几乎等于2 0 0 0 年全世界的用水量。全世界每个国家都会存在水 污染问题，发达国家存在较严重的水污染问题，而发展中国家随着经济等各方面发展的 加快，水污染问题也越来越严重。 1 1 2 我国的水环境污染 ( 1 ) 污水排放量 自上世纪8 0 年代以来，我国经济体制发生变化，工业化和城市化发展速度加快， 各种工业、农业、生活污水等开始大量排放，这些污水的排放使我国水环境污染越来越 严重。三十年来，水利部对我国江湖水质进行了多次综合评价。据1 8 4 5 个城镇统计结 果，1 9 8 0 年日污水排放量为8 6 3 3 3 1 0 4 t ( 年排放量为3 1 5 x1 0 8 t ) ，其中工业污水占到 8 3 ，生活污水占到1 7 。这些污水中，9 0 以上是未经处理而直接排入水域的污水。 自上世纪8 0 年代以来，污水排放量逐年大量增加，截至到2 0 0 1 年我国的污水排 放量已达到6 2 6 1 0 8 t 。污水排放已经相当严重。各流域中以长江流域接纳的污水量是 最多的，2 0 0 1 年接纳污水量达到2 2 0 x1 0 8 t ，占全国污水总排放量的3 5 1 ；其次接纳 污水排放量较多的是珠江，排放量达到1 4 9x1 0 8 t 。各流域片污水排放量统计见表1 1 。 表1 1 各流域片污水量统计( 单位：1 0 8 t ) 注1 1 9 8 0 年数据是根据1 8 4 5 个城镇统计的，不包括乡镇企业。 需寸卜鲁6嚣9；耋掰誓篓弘 可1 斯弘记卯”蜘姗的钌弱钇舛黧嚣罂铂慧署嚣锣托鬻攥留 妞啪m m 拼纵拗 国5 4 3 6 o 6雠”鼹钞酡酡瓒卯鳃吟叭年侈侈侈侈加砌 第一章绪论 2 1 9 9 7 - 2 0 0 1 年资料来源：中国水资源公报。 ( 2 ) 水质污染状况 1 9 8 0 年水利部根据全国2 7 7 4 个水质监测断面的资料，对我国各个地区的8 7 4 条河 流、3 4 个湖泊、1 1 0 座水库，总长大约9 2 x1 b 的河长进行了水质评价，其中大约 有2 1 的河段水质受到了严重的污染，这个比例非常高。近三十年来水质污染日渐严重， 、v 类和劣v 类污染段河长占总评价河长的比例上升到了4 0 左右，比1 9 8 0 年增加 了1 倍。 面对我国如此严峻的水污染现状，我们必须要尽快解决水污染问题，首先我们必须 要认真思考和总结如何进行水污染的防治工作，污水排放要严格按照排放标准执行，其 次是要怎样才能加快治理速度，缩小治理成本，提高治理效率，尽快改善我国江河湖泊 的水质，使我国走上可持续发展的道路。 1 2 研究背景及研究目的、意义 1 2 1 委托单位法士特集团介绍 觖西法1 士特集团公司是我国最大的以重型汽车变速器、，7 汽车齿轮及其锻j 、铸件为鬟 罄产品的专业化生产企业和出口基地。j ! 务项经营指标连续六年名列全匡齿轮行业第孺 纂型变速器产销量世界第毫：，皂跻身全国齿轮行娅纳税i o 豌i ：争冒汽车她j 5 0 强：磋 匐机械工亚1 0 0 强、”冲国翻造业企蠖。5 0 0 强：，中7 匿大型芏业釜业1 0 0 0 强行麴焉 猱团公司设备精良，拥有国际先进的现代化锻造生产线、数控机加工生产线、“：热缝 理生产线、装配生产线以及高效精密的计量、检测、试验手段，；为产品的高质量提供秀 舅靠的保证。，已先后通过i s 0 9 0 0 1 ：2 0 0 0 、 q s 9 0 0 0 、，i s o t s l 6 9 4 9 ：2 0 0 2 质量管理体系落 篷、i s 0 1 0 0 1 2 ：2 0 0 3 测量管理体系aaa 级认证：i s 0 1 4 0 0 1 ：2 0 0 4 环境管理体系认证鬟 i s 0 1 7 0 2 5 ：1 9 9 9 实验室认证和o h s a s l 8 0 0 1 职业健康安全管理体系认证。覆 1 2 2 研究背景 本课题是关于汽车制造行业产生的含有冷却液和金属清洗剂的切削液废水处理的 应用研究。切削液废水是汽车齿轮生产过程中产生的含有高c o d 的工业废水，c o d 浓 度范围为：6 6 4 - - 8 9 6 ( m g l ) 之间，p h 值一般在7 8 1 之间。这种污水具有强烈的恶臭 和较大的毒性，如未经处理直接排放会严重污染水体乜1 ，且若未经处理直接排往污水处 理厂将导致污水处理厂的生化系统无法正常运行，同时可能会造成严重的二次污染口1 。 1 2 3 研究目的和意义 2 长安大学硕士学位论文 本课题借鉴国内外高c o d 难降解有机废水处理的研究成果，目的是通过实验室的 研究工作，在常温、常压条件下对高c o d 的切削液废水的处理工艺进行研究和探讨， 寻求一套技术上合理，经济上可行的处理方案，同时探索影响该类废水处理效果的主要 因素，为该类废水的处理提供有用的经验。 1 3 研究内容 针对上述目的，本课题研究的主要内容包括以下几个方面： ( 1 ) 通过逐步提高进水有机物浓度，试验研究生物接触氧化工艺的挂膜、驯化及反 应器的启动过程。 ( 2 ) 通过连续运行试验，逐步提高进水c o d 浓度，观察进水浓度的提高对生物处 理系统的影响，试验研究生物接触氧化工艺适宜的c o d 浓度范围及处理效果。 ( 3 ) 生物接触氧化工艺处理切削液废水的冲击性试验。 ( 4 ) 探讨生物接触氧化工艺处理切削液废水的机理和反应动力学模型。 第二章生物接触氧化处理技术在污水处理中的研究进展 第二章生物接触氧化处理技术在污水处理中的研究进展 2 1 生物接触氧化处理技术概述 生物接触氧化法( b i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o np r o c e s s ，b o c ) 是一种浸没型生物膜法， 污水与填料上的生物膜相接触，在生物膜上的微生物作用下，污水得以净化。生物接触 氧化处理技术的实质是接触氧化池内填充填料，污水浸没全部填料，曝气使污水充氧均 匀，之后根据水利停留时间污水以一定的流速流经填料。填料上布满了生物膜，污水与 生物膜充分接触，在生物膜上进行微生物的新陈代谢，去除污水中的有机污染物，使污 水得以净化。 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法，向微生物 提供它生长繁殖所需要的氧气，在曝气的同时也起到搅拌与混合作用。这种技术相当于 在曝气池内填充可以供微生物栖息的填料，因此，又称为“接触曝气法【4 】。 生物接触氧化处理的装置运行时填料全部浸没在污水中，利用曝气装置给污水充 氧。生物膜绝大部分附着在固体填料上，由于吸附作用，生物膜的表面附着了层滞流 薄水层，空气中的氧气通过滞流薄水层进入生物膜，在有氧的条件下，污水中的有机物 不断被膜中微生物吸附、氧化分解。完成它的新陈代谢过程。其中有机物一部分转化为 c 0 2 和h 2 0 ，另一部分作为微生物自身的营养消耗。使污水得以净化。生物膜的生长、 新陈代谢过程与溶解氧密切相关，生物膜厚度随着微生物浓度增加而不断加厚。但仅限 于一定浓度范围内。c o d 负荷过大，微生物将大量死亡。在缺氧状态下，膜内层就会 生出大量厌氧微生物，造成内层的微生物群不断死亡、解体并且脱落。同时厌氧微生物 发酵产生的h 2 s 、n h 3 气体及膜内大量噬膜微型动物，也会影响生物膜在填料表面的附 着，使生物膜脱落。 接触氧化工艺是一种高效能的生物处理技术，常用于处理既含有溶解性有机物又含 有粒状有机物的污水。 2 1 1 主要特点 ( 1 ) 优点：b o d 容积负荷高，污泥生物量大，相对而言处理效率较高，而且对 进水冲击负荷的适应力强。 处理时间短。因此在处理水量相同的条件下，所需装置的设备较小，占地面积 小，投资小成本低。 能够克服污泥膨胀问题。生物接触氧化法不存在污泥膨胀问题，对于那些用活 4 长安大学硕士学位论文 性污泥法容易产生膨胀的污水，生物接触氧化法显示出优越性。 可以间歇运转。当停电或发生其它突然事故，重新启动，微生物又重新开始生 长、代谢。经本次实验证明：即使停止运转一个月，再重新开始运行，生物膜数日内即 可恢复正常。 维护管理方便，不需要回流污泥。由于微生物是附着在填料上形成生物膜，生 物膜的剥落与增长可以自动保持平衡，所以无需回流污泥，运转十分方便。 剩余污泥量少。 生物接触氧化处理技术的主要缺点是：如设计和运行不当，填料可能堵塞，严重时 影响处理水质。此外，布水、曝气不易均匀，可能在局部部位出现死角。 2 1 2 工艺流程 生物接触氧化处理技术的工艺流程，一般可分为：一段( 级) 处理流程、二段( 级) 处 理流程和多段( 级) 处理流程。 ( 1 ) 一段( 级) 处理流程 原污水 ，u 罩e 小 初次沉淀池接触氧化池二次沉淀池 l l 一一一一_ j 一一 污泥 、 图2 1生物接触氧化处理技术一段( 级) 处理流程 如图2 1 所示，原污水经初次沉淀池处理后进入接触氧化池，再从接触氧化池进入 二次沉淀池，在二次沉淀池进行沉淀，从填料上脱落的生物膜在这里形成污泥排出系统， 澄清水则作为处理水排放。 ( 2 ) 二段( 级) 处理流程 图2 2 生物接触氧化处理技术二段( 级) 处理流程 二段( 级) 处理流程的每一个接触氧化池的流态都属于完全混合型，而结合在一起考 虑又属于推流式。 5 第二章生物接触氧化处理技术在污水处理中的研究进展 在一段接触氧化池内云值应高于2 1 ，微生物增值不受污水营养物质的含量所限 制，处于对数增值期。b o d 负荷率亦高，生物膜增长较快。 在二段接触氧化池内刍值一般为o 5 左右，微生物增值处于衰减期或内源呼吸期。 b o d 负荷率降低，出水水质提高。 中间沉淀池也可考虑不设。 ( 3 ) 多段( 级) 处理流程 图2 3 生物接触氧化处理技术多段( 级) 处理流程 多段( 级) 处理流程如图2 3 所示，是由连续串联的3 座或3 座以上的接触氧化池组 成的系统。系统从总体上来看，流态应按推流式考虑，但是每一座接触氧化池的流态又 属完全混合。由于设置了多段接触氧化池，各个池间有明显有机污染物的浓度差，这样 在每池内生长繁殖的微生物，适应于流到该池的污水水质，这样有利于提高污水的处理 效率。 经过一段时间运行，这种处理流程有去除有机污染物、硝化、脱氮的功能。 2 1 3 工艺组成 典型的生物接触氧化处理工艺由接触氧化池、生物填料( 载体) 、布水系统和曝气系 统四部分组成，以下仅对接触氧化池及生物填料做简单的介绍。 目前，接触氧化池分为多个种类，但国外多采用分流式。分流式接触氧化池，就是 让污水在单独的一个隔间内进行充氧，在这里进行曝气和氧的转移过程，充氧后的污水 又缓慢地流到填充填料的另一个隔问，与填料充分接触，这种外循环方式使污水多次反 复地通过充氧与接触填料两个过程而得以净化。虽然溶解氧充足，但这种装置在填料间 水流速度缓慢，冲刷力过小，这样便会使生物膜新陈代谢缓慢，生物膜会因为为过厚极 易形成厌氧层，可能产生堵塞现象，在b o d 负荷率高的情况下不宜采用。 国内一般多采用直流式的接触氧化池，这种形式接触氧化池的特点是直接将填料安 6 长安大学硕士学位论文 装在接触氧化池内，并且在填料底部曝气，微生物在填料上栖息生长，生物膜受到气流 的冲击和搅拌，并且随着污水的流过冲刷生物膜，这样可以加速生物膜的脱落、新陈代 谢，使生物膜可以保持较高的活性，而且能够避免堵塞现象。 2 2 生物接触氧化法中填料的应用 2 2 1 生物接触氧化对填料的要求 生物接触氧化处理技术的核心部分为生物填料，填料是生物膜的载体，是灵魂。污 水净化过程就是污水与附着于填料之上的微生物进行的新陈代谢过程。填料的特性对生 物膜的特性、氧的利用率和水力分布条件等起至关重要作用，是直接影响生物接触氧化 工艺处理污水效果的关键因素【7 9 1 。因此，填料的费用在接触氧化系统的建设费用中占 较大比例，所以选定合适的填料具有经济和技术意义。 对填料的要求有下列各项： ( 1 ) 生物膜的附着力 影响生物膜附着性的因素有物理和物理化学两种因素。物理学因素主要是填料的外 观形状。外观直接影响微生物的附着和数量。物理化学因素有载体填料的表面显微构造、 表面电位、亲水性等。 表面粗糙度 生物膜的形成和生长表明，载体材料的表面越粗糙，越有利于微生物在其表面附着 并且生长代谢。粗糙度大，挂膜快。与光滑表面的载体材料相比，表面粗糙的载体可以 提供更多的与微生物的有效接触面积和微生物的附着表面积。填料的附着表面积越大， 越能提供较大的生物栖息空间，使大量的微生物得以附着生长，这样污水的处理效果也 会变好。而且粗糙的表面，例如空洞、缝隙等对已吸附的微生物也起到保护伞的作用， 在水流速度过大时，可以减缓微生物膜的脱落速度，有利于传质效率的提耐1 0 】。 表面的带电性质以及亲疏水性 根据物理化学中体系自由能最小原则，亲水性微生物易于在亲水性载体表面附着、 固定、而疏水性微生物易于在疏水载体表面固定。微生物在一定的p h 条件下，一般带 有负电荷。不同载体表面所带电性和电荷数并不相同，表面带有正电性有利于微生物的 生长，且正电荷愈高，细菌越易附着于填料上，生物膜生长就越快【1 1 】。 ( 2 ) 填料的空隙率和比表面积 空隙率影响污水的停留时间和生物膜量。空隙率愈高，氧化池的阻力愈小，同时需 要的填料越少，可降低运行成本，哈里穆斯的试验结果表明，比表面积是影响处理效果 7 第二章生物接触氧化处理技术在污水处理中的研究进展 的首要因素。载体填料的比表面积大，不仅对溶解性物质，而且对悬浮质的去除效果良 好。但是，比表面积大的填料的问题是使流经填料间的水流阻力增大，能量消耗也增大， 同时填料容易堵塞。 ( 3 ) 经济因素 影响填料成本的主要因素是材质、填料厚度、加工过程等。所以材质价格低廉，厚 度小，加工简单，它的成本就低。当然，经济条件也必须要同填料的生物膜附着性和水 力学特性结合起来全面考虑。 2 2 2 生物填料的种类及特点 填料可按其放置方式的不同，分为固定式、悬挂式和分散式。 ( 1 ) 固定式填料 固定式填料以蜂窝状及波纹板状填料为代表，多用玻璃钢、各种薄形塑料片构 成。 上世纪7 0 年代以来，随着塑料工业的发展，接触氧化池渐渐采用硬性填料。这种 填料主要是比表面积大，空隙率可达9 8 ；质地轻、强度高，堆积高度最高可达5 m ； 生物膜易于脱落等。但在长期的使用过程中，这种蜂窝硬性填料暴露出许多缺点：如 果选定的蜂窝孔径与b o d 负荷率不相适应，生物膜的生长与脱落便会失去平衡，填料 很容易堵塞；如果曝气方式选择的不合适，水流速度不宜均匀填料表面光滑，不利 于微生物的生长繁殖水和气在填料内横向不能流通，造成布气布水不易均匀。 我国采用的波纹板状填料，是用硬聚氯乙烯平板和波纹板相隔粘接而成，其规格和 主要性能列举于表2 1 中。这种填料的特点，主要是孔径大，不易堵塞；结构简单，方 便于运输、安装，可单片保存，现场粘合；质地轻强度大，防腐性能好。其主要缺点是 流速不易均匀。 表2 1 波纹板塑料规格和性能 ( 2 ) 悬挂式填料 悬挂式填料包括软性、半软性、组合式填料及弹性立体填料等。 8 长安大学硕士学位论文 上世纪8 0 年代开始出现了软性填料，软性填料也叫做软性纤维状填料，是我国自 行研发的一种填料这种填料理论比表面积较大，- - 般为( 1 4 0 0 - 2 4 0 0 m 2 m 3 ) 、空隙率 9 0 ， 挂膜快、空隙率可以变化，且出水水质稳定，污水处理效果较好，c o d 去除率可达到 8 0 以上。软性填料克服了蜂窝填料的很多缺点，提高了污水净化的效率。它的空隙可 以随着水流和气的变化而变化，避免了堵塞现象的发生。这一点就取得了很大进步。组 成这种填料的纤维丝有很大的比表面积，相对易于挂膜。曝气时四体颤动，易于充氧。 此外，它还有重量轻、强度大、物理、化学性能稳定、成本低、便于运输安装等特点。 因此，在当时得到了广泛应用。但软性填料最大的缺点是寿命短。在使用时间较长或进 水浓度高、水中悬浮物颗粒较大时，丝体易出现结团现象，容易堵塞，影响处理效率。 同时，软性填料填料易发生断丝、中心绳断裂等情况，因此这种填料的使用寿命较短， 一般为l 砣年。 上世纪8 0 年代开发的半软性填料【1 2 】由填料单片、塑料套管和中心绳三部分组成， 所有组成部分均采用耐酸碱和老化的低密度聚乙烯为原料。半软性填料与软性填料相比 有特殊的结构和水力性能，孔隙率大于9 6 ，阻力小，空隙率大，不易结团堵塞，当污 水经过填料表面时，可充分接触提高了污水的去除率。 半软性填料刚柔并济，具有较强的气泡切割性和布水布气能力、不易堵塞，c o d 去除率可达8 0 ，使用寿命较软性填料长。对于鼓风曝气中的大气泡供氧而言，半软性 填料具有反复切割气泡的功能，使微生物充分与氧接触，从而可以提高氧的转移率。具 有传质效率高、处理效率高、易于运输、不容易堵塞、生化性能稳定、防腐蚀等特点。 他的缺点是其理论比表面积较t j , ( 8 7 9 3 m 2 m 3 ) ，微生物数量少，在实际工程造价偏高， 投资过大。 组合式填料是由半软性填料组成的，周边连接软化纤维束。这使它具备了很多优点。 组合式填料大多是中心环的结构和束丝的数量有所不同，从而决定了比表面积的不同。 主要有组合式双环填料和组合式多孔环填料等。组合式双环填料( 见图2 4 ) 以塑料环作为 骨架，中间是一个半软性填料，外边连接软化过的纤维束。在污水中处理中这些丝束分 散均匀，易于挂膜，微生物在束丝上附着并进行新陈代谢的过程，污水得以净化。 9 第= 章生物接触氧化处理技术在污水* 中的研究进腱 图z 4 组合式双环填科图2 5 组合式多孔环填料 组合式填料是避免了软性、半软性的缺点并根据软性填料比表面积大、易于挂膜和 半软性填料气泡切割性能好、不易堵塞的优点而重新设计的新型填料。它的比表面积最 大可达2 5 0 0m 2 m 3 ，空隙率9 9 ，具有挂膜快、微生物量大、不易堵塞等优点。组合填 料污水处理能力优于软性和半软性填料，在正常水力负荷条件下c o d 去除率可达9 5 - b o d s 去除率可达9 0 。 弹性立体填料( 见图26 ) 由高分子聚合物，并加阻抗氧剂、亲水剂、稳定剂、吸附剂 等经特殊拉丝制成。弹性丝表面带有细小的毛刺。这样可以增加比表面积，使更多的微 生物得以附着繁殖，提高污水的去除率。弹性立体填料采用全塑材质，它比软性填料寿 命要长，曝气时填料的每根丝不断的颤动，对氧气到了分割的作用，并且微生物与氧充 分接触。因此填料空隙可变，不易于堵塞，生物膜新陈代谢快。目前弹性填料较多应用 在难降解有机物处理过程中的水解酸化阶段，用于提高污水的可生化性。 巧嘲飘丽阿习 1 谢黼懋静蕊 塑麴遂 图2 6 弹性立体填料 ( 3 ) 分散式填料 分散式填料包括悬浮式填料，堆积式填料等。工程中应用较多的悬浮式填料主要有 多面空心球填料、内置式悬浮球填料、k a l d n e s 悬浮填料和n a t r i x 悬浮填料等”】。 2 3 生物接触氧化处理技术在污水处理中的研究进展 生物接触氧化法是在接触滤池和生物滤池的基础上发展起来的。它最早开始于十九 世纪末，1 8 9 1 年和1 9 0 1 年由韦林( w a r i n g ) 和迪特( d i e t t r ) 等作过试验研究。1 9 1 2 年，c l o s s 在德国取得了专利登记。最早应用于实际工程是在德国巴哈饵a c h ) 和美国布斯维尔 ( b u s w e l l ) c 埘。同期，美国h a y e s 等学者在处理污水的活性污泥曝气池中用石棉板、塑料 长安火学硕士学位论文 板及水泥板等作为微生物生长载体，使污水净化取得了良好的效果。上个世纪7 0 年代 初期，随着新型有机合成材料的研发，聚酞胺、聚乙烯和聚苯乙烯等材料被广泛用于制 造填料。日本一直非常重视环境保护，日本学者小岛贞男从河流自净现象中得到启发， 他发现河床的砾石表面生长的一层生物膜，对水体中的污染物有明显的净化作用，这使 他得到了很大的启发，经试验研究，他首先提出了“管式接触氧化”构想【1 8 】【1 9 1 ，开发出 了轻质蜂窝填料，这种填料在当时使比表面积和空隙率增加，并在对氧化池充氧方式进 行改良的基础上，成功地将接触氧化法应用于饮用水源水的预处理中。试验研究表明， 使用接触氧化法处理饮用水效果较好。它不仅能有效地去水中的氨氮、有机物等，特别 对由于氯化消毒工艺产生的致癌物三卤甲烷的前驱物有很好的去除作用。 1 9 8 8 年，h d s e l e n s e l 等学者对生物曝气滤池进行了分析研究和评价【2 0 】；1 9 9 0 年 j c o n d r e n 等学者对生物曝气滤池进行技术评价【2 1 1 2 2 1 。1 9 9 4 年r p u i o l 等学者提出生物 滤池是一种灵活而可靠的生物反应器【2 3 1 ；1 9 9 8 年a a e s l y 等学者用固定生物膜反应器， 对不同碳源有机物进行了反硝化试验研究【2 4 】：2 0 0 0 年s w i j e y k o o n 等学者采用固定床生 物曝气填料研究了生物硝化活性对二级出水的影响【2 5 1 。 1 9 9 9 年邹扬善发表文章，提出“生物接触氧化法处理城市污水只需一小时左右 ， 并从理论和实践进行了分析。大庆油田化工总厂谢晓丽采用a a o ( 生物接触氧化) 法处 理含氰废水【2 6 】；同济大学肖羽堂、许建华采用生物接触氧化+ 混凝法处理水中致突变污 染物【2 7 】；中国矿业大学邵武、李中和采用接触氧化+ 膜分离进行中水回用【2 8 1 ；同济大学 梅翔、高廷耀对y d t 、t a 及p w t 3 种填料的生物接触氧化法处理效果进行了初步比较 试验【2 9 】；广东省江门市环保局郑展飞采用c o r 处理制革废水【3 0 】；2 0 0 0 年苏州科技学院 杨栓大、沈耀良采用软性填料序批式c o r 处理中小城镇生活污水脱n 除p 工艺试验【3 u ； 大连水产学院高光智、陈辅利进行了污水处理溪流式生物接触氧化法研究【3 2 】；河北理工 学院刘贯一采用超滤膜作载体的c o r 处理生活污水，试验表明，h r t 为3 h ，c o d 、b o d 5 、 s s 、n h 3 n 去除率分别可达8 3 、9 2 、9 4 和6 0 ”】；同济大学毕学军、高廷耀采用 在活性污泥好氧段投放高硬度聚乙烯悬浮小球作载体，以强化系统的硝化功能，提高系 统的脱n 除p 效率【3 4 】【3 5 】。同济大学曹微寰、周琪采用c o r 处理难降解的糖精酷化废水 口6 】；2 0 0 1 年广东省水利水电科学研究所赖翼峰对c o r 反应器内水流的混掺特性进行了 分析研刭了7 】；同济大学许建华进行了弹性填料c o r 处理挂膜试验研究，提出水温高， 有利于挂膜，水温低于1 5 ，自然挂膜困难；在挂膜期间，采用较小的曝气强度和气水 比有利于挂膜【3 8 - 4 0 1 。2 0 0 2 年同济大学陈洪斌采用悬浮填料c o r 处理炼油废水，获得了 第二章生物接触氧化处理技术在污水处理中的研究进展 良好的处理效果【4 1 1 。 近3 0 余年来，随着水污染情况的加重，人们都在致力研究更好的治理措施，因此 接触氧化技术在国内外都得到了广泛而深入的研究与应用。研究领域涉及很多方面。其 中建造成本低、处理效果好的新型反应器是至关重要的。其次填料的选材。选择物化性 能好，易于微生生长的填料也是非常重要的。还有微生物选育和挂膜等多方面也是研究 的重要内容。 随着生物接触氧化工艺技术的逐渐成熟，它处理污水的领域也越来越广泛，用于处 理城市污水、农业污水、微污染源水、工业废水包括某些工业有机废水如石油化工、农 药、机械加工、印染、轻工造纸等。还有一些特殊行业如医院废水、食品加工、发酵酿 造、啤酒废水、航空航天荧光废水、制药等行业排放的污废水。甚至像苯酚、丙酮、脂 肪酸、苯磺酸等一些难降解的有毒有机废水也可以用生物接触氧化工艺进行处理。本文 将采用接触氧化工艺对高c o d 切削液废水的处理效果进行试验研究。 1 2 长安大学硕士学位论文 第三章生物接触氧化法处理切削液废水试验研究 3 1 试验目的 采用生物接触氧化工艺对切削液废水进行处理，寻找合适的污泥驯化方法，选择合 理的工艺运行参数。 3 2 试验方法 3 2 1 法士特集团处理切削液废水的方法 3 2 1 1 法士特水处理工艺图 法士特公司根据工厂各种污水水质特点，采用高低浓度废水分流处理，即“预先处 理+ b 斛s b r 工艺框图如下 3 2 1 2 法士特水处理概况 公司日处理水量为1 0 0 吨，b a r 水力停留时间为1 0 - - 1 2 小时，s b r 水力停留时间为 7 小时。出水达到陕西省地方污水排放标准渭河一级排放标准。 羚却液包括脂肪酸i 薹。乙醇胺_ 藉油磺酸钠j i ”硼酸盐薯扛离予表面活性剩参旁羲 醇，胺基醇等。霪 釜属清洗剂包括_ 表面活性剂7 兰，乙醇胺清洗j l | ，! 硼酸；i j 肴机醇胺i 簿酸；l 谖 貔铡等褒 3 2 2 工艺的确定 3 2 2 1 工艺选择 本课题选择b a r 池的出水作为试验用水样。水样大约含有6 6 4 - - 8 9 6 m g l 有机 c o d ，且p h 值在7 0 8 1 之间，为降低其污染性和毒害性，需要对其进一步处理。法士 特公司在厌氧处理后选用的是s b r 法，出水c o d 浓度在1 0 0 m g l 以下，达到陕西省渭 1 3 第三章生物接触氧化法处理切削液废水试验研究 河一级排放标准。但生物接触氧化法也有占地较少，操作简便，易于管理，经济、高效 的优点，而且废水处理过程可以达到无害化。因此我们此阶段选用生物接触氧化法进行 试验。 生物接触氧化法 生物接触氧化法也称为淹没式生物滤池，是在生物滤池的基础上，从接触曝气法改 良演变而来的，生物接触氧化法用于污水处理已有几十年的历史。近些年来，生物接触 氧化技术在国内外都得到了广泛的应用，可用于处理生活污水和某些工业的有机废水。 淹没式生物滤池就是在池内充填一定密度的填料，污水浸没填料并与填料上的生物膜广 泛接触，在微生物新陈代谢功能的作用下，污水中的有机物得以去除，污水得到净化。 淹没式生物滤池多在好氧条件下运行，充氧方式可以是污水预先充氧曝气再流经填料， 也可以是在池内底部设有人工曝气装置。生物接触氧化法的技术实质之一是在反应器内 充填填料，污水充氧浸没全部填料，并以一定流速流过填料。填料上的生物膜与污水广 泛接触，在微生物膜上进行新陈代谢，去除水中有机物，使污水得以净化。该法的另一 技术实质在于采用鼓风曝气的方法向微生物供氧，并起到搅拌和混合的作用。 生物接触氧化处理技术的关键是形成性能良好的生物膜。生物膜的生长是微生物吸 收废水中有机营养物、传递及氧向生物膜内部的传递扩散等对有机物质的氧化降解作用 来实现的。生物接触氧化法的核心是接触氧化池。接触氧化池主要由池体、填料、布水 装置和曝气系统四部分组成。它兼有活性污泥法与生物滤池二者的特点【4 7 1 。 采用生物接触氧化工艺，生物膜在厌氧条件下自行脱落，可以实现膜的及时更新， 因此可承受较高的容积负荷且可以实现抗冲击的特性【4 3 1 。当污水水质变化时，出水水质 也随之变化，但经过数日很快就能恢复。 综上，此阶段试验选用生物接触氧化工艺来处理经过预处理后的切削液废水。 3 2 2 2 工艺特点 影响生物接触氧化法处理效果的主要因素有三大类：环境特征( 废水中的p h 、温 度、溶解氧及水力负荷等) 、所使用载体的性质( 载体的种类、化学组成、表面亲水特性、 表面粗糙度及表面带电特性等) 及微生物本身的性质( 微生物的活性、浓度、种类及培养 条件等) 。其中主要的控制因素有以下几点： ( 1 ) 池体 生物接触氧化池分为池内循环式和全面曝气式接触氧化池两类【砌。全面曝气接触式 生物接触氧化池亦称为多格式生物接触氧化池，由于氧化池分格后，可使每格微生物与 1 4 长安大学硕士学位论文 其进水水质相适应，有利于微生物的专性培养驯化，提高每一格的有机物去除率，并提 高总的处理效率1 4 2 4 3 1 。因此，本试验采用多格式生物接触氧化池对匆潮液废水进行处理。 ( 2 ) 填料 生物接触氧化池内的填料有很多种。这类填料要求具有比表面积大、水力阻力小、 空隙率大、耐腐蚀、物理化学稳定性好、易于安装、能经久耐用等特点【4 8 1 。目前我国常 用的填料有蜂窝状填料、波纹板状填料、软性填料、半软性填料、盾形填料、不规则粒 状填料和球形填料。这些填料当中，软性填料是我国自行研发的，它耐腐蚀、物化稳定 性好，耐生物降解、不堵塞、造价低、强度大、体积小、重量轻( 约2k g m 3 - 3 k g m 3 ) 、 易于组装运输、易安装、适应性强、处理效果好。本试验采用组合填料，其比表面积为 1 0 0 0 m 2 m 3 - - 一2 5 0 0 m 2 m 3 ，空隙率为9 9 ，在正常水力负荷条件下c o d 去除率可达到 7 0 - 一8 5 ，b o d 5 去除率可达8 0 - 9 0 。 ( 3 ) 酸碱度( p h 值) 一般来讲，微生物的生理活动与环境的酸碱度密切相关，只有在适宜的酸碱度条件 下，微生物才能正常的新陈代谢。每种微生物的生长与繁殖都有适合它的p h 值范围。 v i l l a r e r d e 等人研究认为，不适的p h 值会使微生物失活，底物受限制和游离氨受到抑制 【5 0 】。一般细菌、放线菌、藻类及原生动物的p h 值适应范围为6 8 。一般来说【4 2 1 ，普通 活性污泥法要求进水p h 值维持在6 - - - 9 左右，但生物接触氧化法处理污水时对p h 的适 应性较强，当废水的p h 值为8 1 0 时，微生物仍然有适应能力，对处理效果并无多大 影响；p h 值为1 0 - 1 0 5 时，有一定影响；p h 值 1 1 时，微生物不能适应，将会大量死 亡。p h 值为5 - 6 时，微生物仍有适应能力。但最适合微生物生长得p h 值为6 - 8 。 ( 4 ) 温度( t ) 生物接触氧化法处理温度2 0 - 3 0 最佳，1 5 3 5 也可