（市政工程专业论文）生物接触氧化工艺处理生活污水填料性能试验研究.pdf

摘要 在污水生物处理工艺中，生物接触氧化法是一种高效的处理工艺，填料是该工艺 的核心部分，其性能直接影响和制约着污水处理的效果，选择合适的生物填料可以有 效地提高生物接触氧化工艺的处理效果。本文对三种具有代表性的填料( 软性纤维填 料、弹性立体填料、悬浮球型填料) 进行了试验研究，通过反应器对有机物和氮营养 物质的去除效果分析，可得出如下结论： ( 1 ) 生物接触氧化工艺挂膜驯化速度快。软性纤维填料挂膜速度最快，仅需要 6 天，球型悬浮填料需要8 天，弹性立体填料需要l o 天才能完成挂膜。 ( 2 ) 对于人工配置模拟生活污水，在连续进水、连续曝气情况下，悬浮球型填 料对污水中c o d 和氨氮的处理效果比软性纤维填料处理效果好。采用悬浮球型填料， 停留时间为1 2 小时，出水c o d 平均值为4 2 8 m g l ，污水中c o d 的平均去除率达到 了8 6 8 ，出水氨氮平均值为1 4 m g l ，氨氮的平均去除率为5 1 5 达到污水综合排 放标准( g b 8 7 9 8 1 9 9 6 ) 中的一级标准。 ( 3 ) 生物接触氧化工艺间歇运行时，采用弹性立体填料，在设计水量一定的情 况下，日迸水3 次( h t r 为2 4 小时) ，累计曝气时间4 h 时，出水c o d 平均值为 6 1 8 m g l ，c o d 平均去除率为7 5 8 ，出水水质达到污水综合排放标准 ( g b 8 7 9 8 1 9 9 6 ) 中的一级标准。 ( 4 ) 生物接触氧化工艺间歇运行时对人工模拟生活污水中氮营养物质也有一定 的去除率。试验表明：采用弹性立体填料，在设计水量一定的情况下，日进水3 次( h t r 为2 4 小时) 、间歇曝气累计时间1 2 小时，出水氨氮平均值为1 4 5 m g l ，氨氮平均去 除率为5 2 ，出水水质达到污水综合排放标准( g b 8 7 9 8 1 9 9 6 ) 中的一级标准。 ( 5 ) 根据m o n o d 方程式，以悬浮球型填料试验数据为依据，得出生物接触氧化 工艺处理人工配置污水的有机物降解动力学模型为u = 要善揣，相关系数r 为0 9 8 9 6 。 关键词：生物膜法；生物接触氧化；污水处理；填料；动力学模式 a b s t r a c t i nt h ew a s t e w a t e rb i o t r e a t m e n tt e c h n o l o g y , t h eb c o ( b i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o n ) i sah i g he f f i c i e n tt r e a t m e n tt e c h n o l o g y , b i o f i l mc a r r i e ri st h ef a c t o ro ft h i sm e t h o d ，w h i c h p e r f o r m a n c ed i r e c t l yi n f l u e n c e sa n dr e s t r i c t st h ee f f i c i e n c yo ft h ep r o c e s s ，c h o o s et h e s u i t a b l eb i o f i l mc a r r i e rc o u l de f f e c t i v e l yi m p r o v et h eb c o p r o c e s st r e a t m e n te f f e c t i nt h i s p a p e r , w h i c he x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho nt h r e er e p r e s e n t a t i v ek i n d so fb i o f i l mc a r r i e r ( s o f t f i b e rc a r r i e r , e l a s t i cc a r r i e r , s u s p e n d e ds p h e r o i d a ld i s p l a c e m e n tc a r r i e r ) b yt h ea n a l y z e dt h e r e a c t o rr e m o v a le f f e c to fc o da n da m m o n i a - n i t r o g e n ，w ec o u l dc o n c l u d ea sf o l l o w s ： ( 1 ) b c op r o c e s sh a saf a s ts p e e df o rm e m b r a n ef o r m i n g s o f tf i b e rc a r d e rh a st h e f a s t e s ts p e e df o rm e m b r a n ef o r m i n gr a t e ，o n l yn e e ds i xd a y s ，s u s p e n d e ds p h e r o i d a l d i s p l a c e m e n tc a r r i e rn e e de i g h td a y s ，e l a s t i cf i l l e rn e e dt e nd a y s ( 2 ) a s t ot h ea r t i f i c i a ls e w a g es i m u l a t i o n ，w h e nt h er e a c t o rw a so p e r a t e di nt h em o d e o fc o n t i n u o u sf l o wa n dc o n t i n u o u sa e r a t i o n ，t h es u s p e n d e ds p h e r o i d a ld i s p l a c e m e n tc a r r i e r w a sb e t t e rt or e m o v ec o da n da m m o n i a - n i t r o g e nt h a ns o f tf i b e rc a r r i e r u s i n gs u s p e n d e d s p h e r o i d a ld i s p l a c e m e n tc a r r i e r , w h e nh r t = 1 2 h ，t h ea v e r a g ee f f l u e n tc o d w a s4 2 8m e d l ， t h ea v e r a g er e m o v a lr a t e so fc o dw a s8 6 8 ，t h ea v e r a g ee f f l u e n ta m m o n i a - n i t r o g e nw a s 1 4 m g l ，t h ea v e r a g er e m o v a lr a t e so fa m m o n i a - n i t r o g e nw a s51 5 w h i c hc a na c h i e v e t h ef i r s tc l a s so f i n t e g r a t e dw a s t e w a t e rd i s c h a r g es t a n d a r d ( g b 8 9 7 8 - 1 9 9 6 ) ( 3 ) w h e nt h eb c op r o c e s si n t e r m i t t e n to p e r a t i o n ，u n d e rt h ec o n s t a n ti n f l u e n tu s i n g e l a s t i cf i l l e r , t h er e a c t o ri so p e r a t e d3t i m e so n ed a y ( h r t = 2 4 h ) ，a n dt h ec u m u l a t i v e a e r a t i o nt i m ew a s6h o u r s ，t h ea v e r a g ee f f l u e n tc o dw a s6 1 8 m g l ，t h ea v e r a g er e m o v a l r a t e so fc o dw a s7 5 8 ，w h i c hc a na c h i e v et h ef i r s tc l a s so fi n t e g r a t e dw a s t e w a t e r d i s c h a r g es t a n d a r d ( g b 8 9 7 8 - 19 9 6 ) ( 4 ) t h eb c op r o c e s si n t e r m i t t e n to p e r a t i o na l s oh a sc e r t a i nr e m o v a le f f i c i e n c yo f a m m o n i a - n i t r o g e n t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：u n d e rt h ed e s i g nf l o wu s i n ge l a s t i cc a r r i e r ， t h er e a c t o rw a so p e r a t e d3t i m e so n ed a y ( h r t = 2 4 h ) ，a n dt h ec u m u l a t i v ea e r a t i o nt i m e w a s l 2h o u r s ，t h ea v e r a g ee f f l u e n ta m m o n i a - n i t r o g e nw a s l 4 5 m e g l ，t h ea v e r a g er e m o v a l r a t e so fa m m o n i a n i t r o g e nw a s5 2 ，w h i c hc a na c h i e v et h ef i r s tc l a s so fi n t e g r a t e d w a s t e w a t e rd i s c h a r g es t a n d a r d ( g b 8 9 7 8 19 9 6 ) ( 5 ) b a s e do nt h em o n o de q u a t i o n ，b yt h et e s tr e s u l t so fs u s p e n d e ds p h e r o i d a l d i s p l a c e m e n tc a r t i e r , t h ed y n a m i c sm o d e lo ft h eb c or e a c t o rf o ra r t i f i c i a ls e w a g ew a s p r o p o s e da s ：u ：3 7 6 x ( s e - 1 1 2 ) 1 3 0 2 + ( 墨一1 1 2 ) k e y w o r d s ：b i o f i l mp r o c e s s ；b i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o n ；w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ；c a r t i e r ； d y n a m i c sm o d e l ； 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。 敝作者繇纳丽萍删髫年月日 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。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 乐勺i 讯萍豳。3 年乡月7 日 导师签名：抄l 。多 6 心年石月2 日 长安大学硕二l 学位论文 1 1 引言 第一章绪论 水是地球上分布最广的物质，是人类最宝贵的自然资源，是地球上一切生命赖以生 存不可缺少的基本物质，也是人类生产和生活以及社会可持续发展的物质基础。然而， 随着全球人口迅速增长，城市化、工业化、现代化进程的加快，工农业生产和居民生活 用水量的剧增，人类面临着严重的水危机，具体表现为严重的水资源短缺和水环境污染。 由于我国水资源总量为2 8 0 0 0 x 1 0 8 m 3 ，人均水资源量为2 2 2 0 m 3 ，预测到2 0 4 0 年人 口增至1 6 亿时，人均水资源量降到1 7 6 0 m 3 。按国际一般承认的标准，人均水资源量少 于1 7 0 0 m 3 的为用水量紧张的国家，因此我国未来水资源的形势是非常严峻的。同时， 我国又是水资源利用的大国，1 9 9 7 年全国用水总量为5 5 6 6 x 1 0 8 m 3 ，其中农业用水 3 9 2 0 x 1 0 8 m 3 ，占7 0 4 ；工业用水1 1 2 1 x 1 0 8 m 3 ，占2 0 2 ；生活用水5 2 5 x 1 0 8 m 3 ，占9 4 。 全国人均水量为4 5 8r n 3 “c a ) ，国内生产总值万元用水量为7 2 6 m 3 1 0 4 元。据2 0 0 3 年联 合国的最新统计，中国以平均每人每年拥有近2 2 6 0 m 3 用水量统计，排在世界第1 2 8 位， 仅为世界人均占有量的1 4 ，是全球2 3 个最缺水的国家之一。我国现有的6 6 3 个人城市 中有3 0 0 多个城市缺水，有1 0 0 多个城市严重缺水。城市污水集中处理率很低，近7 0 的城市污水未经处理直接排入江河河海，水污染使缺水形势显得更为严峻【l 】。 通常，污水中的污染物种类繁多，但主要是有机污染物，一般都采用生物处理法予 以去除。目前，在污水的生物处理工艺中，根据微生物在反应器中的生长方式不同，废 水生物处理反应器分为两种主要类型：悬浮于水中的和附着在固体支撑物的。在应用悬 浮式生物反应器时，需要搅拌以便使微生物始终处于悬浮状态，而且需要用物理单元操 作如沉淀，将细胞从处理水中分离，再排放出水。与之相反，附着生长式的微生物在固 体支撑物上以生物膜形式生长，需要处理的废水流过生物膜。然而，由于微生物能从支 撑物上脱落，通常也要求在处理出水排放前采用物理单元进行分离【2 】。 悬浮生长工艺也就是广泛应用的活性污泥法，该法是在曝气池中将废水和活性污泥 进行混合曝气，利用微生物的代谢作用，来去除污水中的污染物。被活性污泥微生物去 除的主要有含碳化合物，含氮化合物和含磷化合物。附着生长的也叫生物膜法，生物膜 法是使微生物群体附着生长在一些惰性载体的表面，并让它们和废水接触使之净化的方 法。活性污泥法是当今世界范围内应用最广的一种生物处理工艺，具有处理能力高、出 第一章绪论 水水质好等优点，但传统活性污泥法存在基建与运行费用较高、能耗较大、管理操作复 杂、污泥产量大、易出现污泥膨胀和污泥上浮等问题，对n 、p 等营养物质去除能力有 限、抗毒性物质和冲击负荷能力差等缺点，污水工程师在研究改进活性污泥法的同时， 更是在探寻活性污泥法的替代和革新技术。生物膜法作为与活性污泥法平行发展起来的 生物处理工艺，不仅能替代传统的活性污泥法用于各种污水的处理，更是具有一些独特 的优点，如运行负荷高、抗毒性和冲击负荷高、污泥产量低、运行稳定、更经济节能、 无污泥膨胀问题、可以实现硝化反硝化以及能够封闭运行防止臭味等优点，受到了广大 研究者和污水工程师们的极大关注【1 1 。 1 2 生物膜法废水处理技术实质 废水的生物膜处理法从1 9 世纪中叶开始，经过百年多的沧桑，在一代又一代专家 的努力下，不断发展、改进、创新、开发，迄今已拥有多种处理工艺技术，有效而广泛 的用于生活污水、城市污水及各种有机性的工业废水处理。 利用生物膜法废水处理工艺有一项共同特征，这就是无论是生物滤池和曝气生物滤 池的滤料、生物转盘的转盘以及生物接触氧化工艺和生物流化床内的填料，都为一层污 泥所覆盖，这不是一般的污泥，而是在表面上和一定深度生息着千千万万个细菌，原生 动物、后生动物等微型动物的生物性污泥，因其呈薄膜状，所以称之为“生物膜”。废 水流经生物膜，废水中的溶解性有机污染物为微生物所摄取、利用，废水得以净化。生 物膜的累积形成是物理、化学和生物过程综合作用的结果，经历如下几个过程【3 】： ( 1 ) 有机物分子从水相中向载体表面运送，其中部分被吸附在载体表面从而形成 了改性的载体。 ( 2 ) 水中悬浮生长的微生物细胞被传送到改性的载体表面，其中一部分微生物细 胞在吸附一段时间后因为水力剪切或者其它物理、化学和生物作用又被解吸出来，而剩 下的一部分则成了不可解吸的微生物细胞而停留在载体上。 ( 3 ) 这部分不可解吸的微生物细胞摄取并消耗水中的有机底物，实现自生的增值 生长，同时细胞产生大量的胞外聚合物，这些聚合物进一步将微生物细胞紧紧地结合在 一起形成生物膜，微生物细胞不断地消耗水中底物进行新陈代谢时便使得生物膜不断增 厚。 ( 4 ) 在生物膜累积的同时，由于水力剪切及其它作用，不断向水体中释放出游离 的微生物细胞。由此可见，认为微生物在载体表面上固定化形式生物膜的过程是一个动 2 长安大学硕士学位论文 态的过程，受吸附、生长、脱落的影响。 1 2 1 生物膜的构造特征 生物膜属亲水的极性物质，在正常运行过程中，其表面经常附着一层水层，称之为 附着水层，其外侧则为流动的流动水层。 附着水层不断和流动水层交换而更新，由于水层很薄，附着水层对水中的污染物通 过进入生物膜和生物膜对废水中有机污染物质的吸附作用，并不产生影响。 生物膜固着在载体( 滤料、填料) 的表面上由于微生物的增殖，生物膜不断增厚， 在增厚到溶解氧不能透入的厚度时，生物膜的内部即转变成为厌氧状态，并形成厌氧层， 这样，生物膜就是由好氧层和厌氧层所组成，在一般情况下，好氧层的厚度为l 2 m m 。 厌氧层的存在是给生物膜的净化功能带来某些不利的影响。在厌氧层生息着厌氧微 生物，其代谢产物需要通过好氧层排出，这样就会增加好氧层的负荷，给在好氧层内好 氧微生物的正常代谢活动带来不利影响。由于厌氧反应代谢产物的排放通过，降低了好 氧层的附着力，使好氧层易于脱落而不断更新。再有，在好氧层内产生硝化反应，形成 的硝酸氮透入厌氧层，在厌氧层脱氮菌的作用下，产生反硝化脱氮作用。这就是说，生 物膜法废水处理工艺，在好氧状态下也具有脱氮功能。 1 2 2 生物膜废水处理法工艺( 反应器) 类型 生物膜反应器是污水生物处理的主要技术之一，早在1 9 世纪末的1 8 9 3 年英国人 将污水喷洒在粗滤料里进行净化获得了良好的处理效果，作为生物膜反应器的生物滤池 开始问世，揭开了生物膜法在污水处理领域的研究和应用序幕。 属于废水生物膜处理法的工艺有【4 】： ( 1 ) 以碎石、炉渣或人工成型材料为滤料筑成一定厚度的滤层，废水从池面以滴状 流下，籍助自然通风充氧的生物滤池； ( 2 ) 在池内充满废水，并连续流入流出，池上安设着串联起来部分伸入废水的圆形 转盘，不断缓速旋转，交替着与空气及废水接触的生物转盘； ( 3 ) 在池内充填各种类型贯通状的填料，废水充满池内，并连续流入流出，在池底 部或在池水面，按设着曝气装置，通过人工曝气充氧的生物接触氧化工艺装置； ( 4 ) 在池内部分地充填细小颗粒的填料，通过废水的水流动力和从底部鼓入的空气， 使填料处于流化状态的生物流化床； ( 5 ) 在池内充填粒径小于用于生物滤池的滤料，形成一定厚度的滤层，废水从池面 3 第一章绪论 流下，与滤料接触，在池底部设曝气装置，通过人工曝气与废水相对流入充氧的曝气生 物滤池。曝气生物滤池是近1 0 年开发的生物膜处理法新工艺。 1 3 生物膜法废水处理技术的特征 1 3 1 在微生物学方面的特征 ( 1 ) 参与净化微生物的多样化 在生物膜废水处理的各种类型反应器生物膜上生息的微生物不受废水在反应器内 停留时间的制约，比增殖速度非常小的微生物，例如硝化菌也能够在生物膜上生息繁衍。 而活性污泥系统则不同，比增殖速度低的微生物( 如比增殖速度在0 3 o 5 d 。1 以下的 微生物) 多被处理水挟出曝气池，难于在曝气池能存活。同时，生物膜法的各种工艺， 在运行过程中，水流缓和、稳定，具有适于各种类型微生物生息繁衍的良好环境条件， 而在活性污泥法曝气池中，活性污泥要承受剧烈的搅动，对搅动强度感受性较强的微生 物及微型动物不能存活。 ( 2 ) 净化反应进程分段进行 生物膜处理法的各种工艺对废水的处理分多段进行，在各段生物膜上优占生息的微 生物将是与进入该段废水的水质成分非常适应的种属；因此，各段的微生物将有显著的 不同，优占的微生物群集与被净化的废水水质相适应，是保证生物处理工艺正常运行， 提高其净化功能的重要因素之一。 ( 3 ) 食物链长 在生物膜上生息的微生物中，动物营养型者所占的比例高，微型后生动物的存活量 也比较高。也就是说，在生物膜上生息着从捕食细菌的生物一直到高次营养水平的生物， 如吸管虫类、捕食性纤毛虫类、轮虫动物、线虫动物以及寡毛类等，其食物链远较活性 污泥长。高次营养水平的生物越多，系统中能量消耗的比例也越大，因此，产生的污泥 量也越少。 ( 4 ) 硝化菌及脱氮菌能够得到良好的增殖 氨氧化菌及亚硝酸氮氧化菌的比增殖速度小，在生物膜法的各种工艺中，生物膜固 着在载体上，微生物的增殖与废水在反应器内的停留时间无关，像硝化菌这样的比增殖 速度小的细菌也能够得到比较稳定的增殖【5 1 。 长安大学硕士学位论文 1 3 2 在废水净化方面的特征 。( 1 ) 具有高度的硝化与脱氮功能 ( 2 ) 对水质水量的变化有较强的适应性 ( 3 ) 对低浓度的废水也能够进行有效的处理 1 3 3 在维护管理方面的特征 生物膜法的各项工艺，都勿需进行污泥回流，勿需设污泥回流系统，这样既便于维 护管理，节省能源，也能够降低废水处理的运行成本。 ( 1 ) 节能，动力费用低 ( 2 ) 易于固液分离 ( 3 ) 污泥的产率低 第二章生物接触氧化工艺在污水处理中的应用 第二章生物接触氧化工艺在污水处理中的应用研究 2 1 生物接触氧化工艺综述 2 1 1 生物接触氧化工艺原理及形式 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 c o ) 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，如图 2 1 所剥1 1 。 有效膜厚 厂“_ 、 唐一 厂i ；弋钐黝 7 t 0 2 的原水，填料上的生物膜生长 良好。处理效果高；b o d 5 c o d 口的比值为o 0 8 左右的原水，相应的去除率低。 2 3 3 生物接触氧化工艺国外的应用研究 在实验室规模研究中，s h i n 3 7 】将废旧轮胎特殊处理后制成胶条状，用于反应器中充 当生物载体进行挂膜，处理含酚污水，实验发现污水驯化期大为缩短，只需1 2 天后系 统稳定，填料表面微生物浓度为3 7 2 9 c m 2 ，污水中二氯苯酚去除率达9 8 ，氯酚去除 率达7 0 。s a k a i 3 8 】研究了在生物接触氧化反应器中采用磁各向异性的管状生物膜填料 的情形，实验结果表明，在磁场力作用下，可在1 5 m i n 内于填料表面形成生物膜。控制 m 玎= 1 h 、进水c o d 浓度2 0 0 m g l 条件时，反应器c o d 总去除率为8 0 r u s t e n 【”】采 用填充床生物反应柱与p l a s d e k s l 2 新型填料组合应用对合成污水进行处理，反应柱直 径2 0 0 m m ，高1 2 m ，有效体积0 0 4 8 m 3 ，比表面积2 3 0 m 2 m 3 。进水水质：c o d = 5 7 9 m g l ， s s = 1 8 9 m g l ，有机负荷为0 0 0 3 8k g c o d m 3 - d ，温度8 c - 1 7 3 c 。经处理后出水b o d 5 = 2 0m g l ， s s 9 03 43 弹性立体填料 2 6 5 3 0 7 9 92 6 4 , - - , 3 0 73 悬浮球型填料1 5 0 2 0 0 8 41 4 53 3 1 2 试验装置与工艺流程 本试验采用的处理工艺流程是：进水生物接触氧化池沉淀池出水。 具体实验装置与工艺流程见图3 1 。 图3 1实验装置与工艺流程图 反应器由厚0 5 c m 的有机玻璃加工制作而成，总长度5 4 c m ( 分成四格) ，宽1 3 c m ， 高2 2 c m ，接触氧化区总有效容积6 6 9 l 。反应器共分三个区，第一、二、三格为接触氧 2 0 长安大学硕士学位论文 化区( 挂有试验所用填料) ，第四格为沉淀区( 设出水堰) 。试验进水为人工配置模拟生 活污水水质，曝气采用空气泵在曝气区内设多个砂芯曝气头均匀供给。 试验所用污水采用人工配制模拟生活污水水质，主要水质指标为c o d ：4 0 0 8 0 0 m g l ，b o d s ：2 0 0 4 0 0 m g l ，氨氮：2 5 - - 4 0 m g l ，t n - 4 0 6 0 m g l ，p h 值为6 5 7 5 。 3 1 - 3 试验分析项目与分析方法 本试验采用连续动态试验方法，首先进行挂膜启动，待挂膜成熟、运行稳定后，进 入试验研究。试验正常运行过程中对一体式装置进水、出水水质进行不定期监测，检测 项目与测定方法如下【4 6 】： ( 1 ) 化学需氧量( c o d ) ：重铬酸钾标准法； ( 2 ) 氨氮：纳氏试剂紫外分光光度法； ( 3 ) 溶解氧( d o ) ：y s l 5 5 5 0 型溶解氧测定仪； ( 4 ) p h - 精密p h 试纸，精密度o 1 ； ( 5 ) 水温：水银温度计。 3 1 4 试验方法 本试验共分三个阶段，第一阶段采用软性纤维填料，连续进水连续曝气以确定该阶 段试验的运行效果，分别做了h r t 为2 4 h 、1 8 h 、1 6 h 、1 4 h 和1 2 h 时生物接触氧化工艺 对污水的处理效果；第二阶段采用弹性立体填料，分别做不同曝气时间和不同进水方式 的试验研究：( 1 ) 曝气时间4 h ( 每6 小时曝气1 次，每次l h ) 时，日进水分别为1 次( h r t 为7 2 h ) 、2 次( u 为3 6 h ) 、3 次( h r t 为2 4 h ) 、6 次( 玎为1 2 h ) ；( 2 ) 日进水3 次( h r t 为2 4 h ) ，累计曝气时间分别为8 h ( 每3 小时曝气1 次，每次l h ) 、1 2 h ( 每6 小时曝气1 次，每次2 h ) ，以观察不同进水及曝气方式下的处理效果；第三阶段采用球 形悬浮填料( q ) 2 5 m m ) 分别将水力停留时间设置为2 4 h 、1 6 h 、1 4 h 和1 2 h 时生物接触 氧化工艺对污水的处理效果，为实际工程应用提供参考。每次变更运行参数后运行7 9 天。 试验期间水温在1 9 0 - - 2 6 5 。c 之间，p h 为6 5 7 ，溶解氧( d o ) 为4 5 6 5 m g l 。 2 1 第三章生物接触氧化工艺填料性能试验研究 3 2 软性纤维填料试验研究 3 2 1 软性纤维填料的生物膜培养驯化 第一阶段软性纤维填料试验于4 月2 0 日开始挂膜，试验所用的接种污泥取自西安 市北石桥污水处理厂氧化沟末端的活性污泥，经沉淀静置后去掉上清液加入反应器，注 入人工配制模拟生活污水，进行污泥的连续培养、驯化。反应器中的d o 保持在3 0 4 0 m g l 左右。挂膜方式为：将一定量的接种污泥倒入反应器，配好的原水( 按b o d 5 ： n ：p = 1 0 0 ：5 ：1 配制) ，少量连续的加入反应器，同时进行少量曝气，出水经沉淀池 沉淀后排出。再经过6 天的培养、驯化可观察到填料上的生物膜颜色由开始的淡黄色渐 渐转变成黄褐色，当c o d 去除率保持恒定，镜检发现生物膜上生长了大量的原生及后 生动物，认为填料挂膜成功【9 】，开始连续、稳定进水。 从开始挂膜培养的第2 天起，可以观察到软性纤维填料上有少量淡黄色粘膜状生物 膜出现，填料上可观察到呈斑点状的生物膜。镜检可观察到少量游离状的钟虫、纤毛虫、 鞭毛虫等微生物。驯化的第3 天粘附物质增厚，且颜色加深，到驯化的第4 天，可明显 观察到填料外的生物膜增厚，其颜色也逐渐变为黄褐色，镜检生物膜可以观察到有固着 型的纤毛虫如钟虫、累枝虫，游泳型的纤毛虫、鞭毛虫和颜色较深的菌胶团等，同时， 还可以观察到少量的线虫，生物膜厚度约为o 4 0 6 m m ，到开始驯化的第6 天，可以 观察到填料上均匀分布有一层厚度约为0 6 m m 的生物膜，颜色呈黄褐色，镜检可以观 察到生物膜内有大量的钟虫、小口钟虫、累枝虫、盾纤虫等，观察到的后生动物有轮虫、 线虫等；同时，反应器的出水清澈，出水中的悬浮物少；这些可说明生物膜的培养驯化 已经成熟，生物膜已经具有稳定的去除功能。 生物接触氧化池挂膜期间应注意以下几点：挂膜期间不宜采取较大的曝气强度和较 大的气水比，较大的曝气强度和较大的气水比使气流对填料表面的冲刷作用大，不利于 微生物在填料表面的富集和生长，采用较小的曝气强度，可缩短挂膜成熟期；为了改善 传质，加快生物膜的更新，可在挂膜成熟后逐渐增大曝气强度和气水比，使生物膜有一 个适应过程；挂膜期间水温愈高，挂膜成熟期就越短【9 】【4 7 】【4 8 1 。 3 2 2 软性纤维填料对有机物污染物( c o d ) 的去除效果研究 第一阶段软性纤维填料以c o d 去除率为挂膜成熟的指示性参数。从运行的第三天 开始，每天测定反应器的进水c o d 浓度及出水c o d 浓度，若出水c o d 浓度稳定在一 定的范围内且去除率大于5 5 时，即认为反应器挂膜成功。本试验挂膜期间的水温为 2 2 长安大学硕上学位论文 1 8 5 - - - 1 9 5 c 。图3 2 软性纤维填料挂膜期间c o d 的去除率。 图3 2 软性纤维填料挂膜期间c o d 去除效果 反应器挂膜成熟后进入试验运行阶段，通过改变污水在反应器内的停留时间( 改变 反应器的运行负荷) 进行接触氧化设备对污水中污染物的去除性能研究。 ( 1 ) h r t 与c o d 去除规律 1 ) h r t 为2 4 h 时c o d 的去除规律 停留时间为2 4 h 时，进水流量为0 2 8 1 h ，反应器内的d o 为3 5 - - 5 5 m g l ， 进水 c o d 为3 8 8 m g l - - - 5 2 3 m g l ，进水c o d 平均值为4 1 6 m g l ，反应器内温度t 为1 8 1 1 9 2 ，p h 为6 5 - 7 0 。 出水c o d 平均值为2 6 m g l ，去除率平均值为9 3 5 。试验结果见图3 3 。 图3 3h r t = 2 4 h 时c o d 的去除效果 2 ) h r t 为1 8 h 时c o d 的去除规律 停留时间为1 8 h 时，进水流量为0 3 7 1 h ，反应器内的d o 为3 5 5 5 m g l ， 进水 c o d 为2 7 3 m g l - - 4 2 8 m g l ，进水c o d 平均值为3 4 6 m g l ，反应器内温度t 为18 9 第三章生物接触氧化f t 艺填料性能试验研究 2 0 ，p h 为为6 5 7 0 。 出水c o d 平均值为3 2 m g l ，去除率平均值为9 0 5 。试验结果见图3 4 图3 4h r t f f i l 8 h 时c o d 的去除效果 3 ) 瑚玎为1 6 h 时c o d 的去除规律 停留时间为1 6 h 时，进水流量为0 4 2 1 h ，反应器内的d o 为3 5 5 5 m e , l ，进水 c o d 为2 5 2 m g l - - 4 2 8 m g l ，进水c o d 平均值为4 0 6 m g l ，反应器内温度t 为2 2 1 2 4 5 c ，p h 为6 5 7 0 。 出水c o d 平均值为4 6 m g l ，去除率平均值为8 6 3 。试验结果见图3 5 图3 5h r t f l 6 h 时c o d 的去除效果 4 ) h r t 为1 4 h 时c o d 的去除规律 停留时间为1 4 h 时，进水流量为0 4 8 1 h ，反应器内的d o 为3 5 - - 5 5 m g l ，进水 c o d 为3 6 6 m g l - - , 4 4 2 m g l ，进水c o d 平均值为4 0 0 m g l ，反应器内温度t 为2 4 1 2 5 5 ，p h 为6 5 7 0 。 长安大学硕士学位论文 出水c o d 平均值为5 1 m # l ，去除率平均值为8 7 1 。试验结果见图3 6 。 图3 6h r t f l 4 h 时c o d 的去除效果 5 ) h r t 为1 2 h 时c o d 的去除规律 停留时间为1 2 h 时，进水流量为0 5 6 1 h ，反应器内的d o 为3 5 - - 5 5 m g l ，进水 c o d 为2 9 9 m g l - - - 3 2 2 m g l ，进水c o d 平均值为3 1 1 m g l ，反应器内温度t 为2 4 1 2 5 5 ，p h 为6 5 - 7 0 。 出水c o d 平均值为5 6 m g l ，去除率平均值为8 4 4 。试验结果见图3 7 图3 7h r t = 1 2 h 时c o d 的去除效果 ( 2 ) h r t 与c o d 的去除关系分析 该阶段试验进水c o d 平均值为3 1 1 - 4 1 6 m g l ，在h r t 为2 4 h 、1 8 h 、1 6 h 、1 4 h 、 和1 2 h 的情况下，出水c o d 平均值以及去除率见表3 2 ，出水c o d 值和c o d 去除率 与h r t 的关系见图3 8 第三章生物接触氧化工艺填料性能试验研究 表3 2 不同h r t 时c o d 去除效果 进水c o d 平均值出水c o d 平均值 c o d 去除率 h r t ( h ) ( m g l )( r a g l )( ) 1 23 1 15 68 4 4 1 44 0 05 1 8 7 1 1 64 0 64 68 6 3 1 83 4 63 29 0 5 2 44 1 62 69 3 5 5 0 0 4 0 0 b o 皇 毯 3 0 0 誉2 0 0 o u 1 0 0 o h r t 与c o d 去除关系 + 进水c o d + 出水c o d + 去除率 当 一- 厂一、 r ， t t ， 1 21 41 61 82 4 h r t ( h ) 1 0 0 8 0o 术 6 0 料 4 0 嚣 2 0 0 图3 8 不同h r t 时c o d 去除效果及回归分析图 对图中的c o d 去除率与水力停留时间进行回归分析，可得到如下的关系： f l o o d - - 5 0 1 6 1 n ( h r t ) + 8 3 5 5 8 ( 3 - 1 ) 其中r 2 = 0 7 7 4 式中：t 1 c o 旷有机物去除率( ) ； 长安大学硕士学位论文 h r t _ 一水力停留时间( h ) ，适用范围2 4 h - - 1 2 h ； r 一相关系数。 从以上的试验结果我们可以看到，随水力停留时间的增大，生物接触氧化工艺对有 机污染物的去除效果越来越好，出水c o d 平均值从开始的5 6 m g l 一直降低到2 6 m g l ， c o d 的平均去除率也从8 4 4 升高到9 3 5 ；在水力停留时间大于或等于1 2 h 时，一体 式接触氧化设备出水均能达到污水综合排放标准( g b 8 7 9 8 1 9 9 6 ) 中的一级标准； 另外从图3 8 中我们还可以看到，当水力停留时间从1 2 h 提高到1 8 h 至2 4 h 时，c o d 去 除率增加缓慢，出水c o d 平均值也没有明显的降低，基本维持在3 0 m g l 左右，这说 明当水力停留时间达1 2 h 时，生物接触氧化工艺已经达到了其对污水中有机污染物的处 理能力就己经可以非常稳定地满足城镇污水的一级排放标准。 3 2 3 软性纤维填料对氨氮( n h 4 + - n ) 的去除效果研究 ( 1 ) h r t 与氨氮( n h 4 + - n ) 去除规律 1 ) h r t 为2 4 h 时氨氮的去除规律 停留时间为2 4 h 时，进水流量为0 2 8 1 h ，反应器内的d o 为3 5 - 5 5 m g l ，进水氨 氮为2 0 m g l - - - 2 3 8 m g l ，进水氨氮平均值为2 1 6 m g l ，反应器内温度t 为1 8 1 1 9 2 。c ， p h 为6 5 - 7 0 。 出水氨氮平均值为1 2 m g l ，去除率平均值为9 4 6 。试验结果见图3 9 。 图3 9h r t = 2 4 h 时n r l 4 + - n 的去除效果 2 ) h r t 为1 8 h 时氨氮的去除规律 停留时间为1 8 h 时，进水流量为0 3 7 1 h ，反应器内的d o 为3 5 一- , 5 5 m g l ，进水 2 7 第三章生物接触氧化工艺填料性能试验研究 氨氮为1 9 4 r a g l - - 2 5 9 m g l ，进水氨氮平均值为2 2 9 m g l ，反应器内温度t 为18 9 2 0 。c ，p h 为6 5 - 7 0 。 出水氨氮平均值为1 7 m g l ，去除率平均值为9 2 6 。试验结果见图3 1 0 。 图3 1 0h r t = 1 8 h 时n i - l i + - n 的去除效果 3 ) h r t 为1 6 h 时氨氮的去除规律 停留时间为1 6 h 时，进水流量为0 4 2 1 h ，反应器内的d o 为3 5 - - 5 5 m g l ，进水氨 氮为3 6 8 m g l - - - 3 9 3 m g l ，进水氨氮平均值为3 7 4 m g l ，反应器内温度t 为2 2 1 2 4 5 ，p h 为6 5 - 7 0 。 出水氨氮平均值为8 4 m g l ，去除率平均值为7 7 5 。试验结果见图3 11 图3 1 1h r t = 1 6 h 时n n g - n 的去除效果 4 ) h r t 为1 4 h 时氨氮的去除规律 停留时间为1 4 h 时，进水流量为0 4 8 1 h ，反应器内的d o 为3 5 - - 5 5 m g l ，进水氨 氮为3 0 m g l - - 3 1 8 m g l ，进水氨氮平均值为3 1 6 m g l ，反应器内温度t 为2 4 1 - - 2 5 5 。c ， 长安大学硕十学位论文 p h 为6 5 7 0 。 出水氨氮平均值为1 2m g l ，去除率平均值为6 1 1 。试验结果见图3 1 2 图3 1 2h r t = 1 4 h 时n i - l + - n 的去除效果 5 ) h r t 为1 2 h 时氨氮的去除规律 停留时间为1 2 h 时，进水流量为0 5 6 1 h ，反应器内的d o 为3 5 5 5 m g l ，进水氨 氮为2 5 3 m g l - - 3 4 6 m g l ，进水氨氮平均值为2 9 7 m g l ，反应器内温度t 为2 4 1 2 5 5 ，p h 为6 5 - - 7 0 。 出水氨氮平均值为1 4 6 m g l ，去除率平均值为5 3 。试验结果见图3 1 3 。 图3 1 3h r t = 1 2 h 时n i 1 4 + - n 的去除效果 ( 2 ) h r t 与氨氮( n h 4 + - n ) 的去除关系分析 该阶段试验进水氨氮平均值为2 5 3 m g l - - - 3 4 6 m g l ，在h r t 为2 4 h 、1 8 h 、1 6 h 、 1 4 h 和1 2 h 的情况下，出水氨氮平均值以及去除率见表3 3 ，出水氨氮值和氨氮去除率 与h r t 的关系见图3 1 4 。 第三章生物接触氧