（环境工程专业论文）生物絮凝法处理生活污水的实验研究.pdf

生物絮凝法处理生活污水的实验研究 摘要 在活性污泥法处理废水过程中 有机污染物的去除率在很大程度上取决于固 液分离效果 而生物絮凝是影响固液分离的至关重要的因索 良好的生物絮凝可 提高活性污泥的沉降性能和脱水性能 从而不仅取得较好的出水水质而且使后续 污泥处理处置费用降低 因此 生物絮凝法引起广泛的关注 本研究通过小试 中试和间歇式实验对生物絮凝法处理生活污水进行了研究 研究结果表明 采用同步培驯法进行污泥的培养与驯化 一周后 污泥基本成熟 具有良 好的絮凝效果 曝气量l o o l h 回流比3 0 氧化时间2 h 絮凝时间3 0 r a i n 污泥龄6 d 为生物絮凝工艺的优化参数 中试反应器经过一个月的稳定运行 取得良好的絮凝效果 对c o d s c o d n h 3 n 和p 0 4 a p 的去除率分别为7 0 4 0 1 5 和4 0 左右 污泥吸附动力学和吸附平衡模型的研究表明 增加污泥浓度和进水有机物 浓度有利于提高好氧和厌氧污泥的吸附性能 温度增加时 好氧污泥和厌氧污 泥的吸附性能下降 好氧污泥和厌氧污泥对污水中有机物的吸附在1 5 r a i n 时基 本达到平衡 在相同的实验条件下 好氧污泥的吸附性能强于厌氧污泥 在好 氧和厌氧污泥的吸附过程中 颗粒内扩散是污泥吸附的主要限速因素 但它不 是唯一的限速因素 好氧和厌氧污泥的假二级反应模型比一级 二级反应模型 更适合描述污泥的吸附过程 l a n g m u i r 和f r e u n d l i c h 的吸附平衡方程都适合描 述厌氧和好氧污泥的吸附平衡过程 关键词 生物絮凝生活污水固液分离污泥龄吸附平衡吸附动力学 t h e e x p e r i m e n t a ls t u d y o i ld o m e s t i cw a s t e w a t e rt r e a t m e n t b y b i o n o c c u l a t i o n a b s t r a c t i na c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s t h er e m o v a lo f o r g a n i cp o l l u t a n t sm o s t l yd e p e n d e d o ns o l i d l i q u i ds e p a r a t i o n t ow h i c hb i o f l o c c u l a t i o ni sc r i t i c a l g o o db i o f l o c c u l a t i o n c o n t r i b u t e dt oi m p r o v es e t t l i n ga n dd e w a t e r i n gp r o p e r t i e so fa c t i v a t e ds l u 姑e w i t h w a s t e w a t e rb e i n gt r e a t e db yb i o f l o c c u l a t i o n n o to n l y g o o de f f l u e n tq u a l i t yw a s o b t a i n e d b u ta l s os u b s e q u e n ts l u d g ed i s p o s a lc o s t sw e r er e d u c e ds ob i o f l o e e u c a t i o n c a u s e de x t e n s i v ea t t e n t i o n t h er e s e a r c ho fb i o f l o c c u l a t i o no nw a s t e w a t e rt r e a t m e n t w a s i n v e s t i g a t e db v m i c r o s c a l e s e m i 如1 1 s c a l ea n db e n c he x p e r i m e n t s t h es t u d yr e s u l t ss h o w e dt h a tt h es l u d g eo fb i o f l o c c u l a t i o nm a t u r e di naw e e k b ys i m u l t a n e o u sc u l t i v a t i o na n dd o m e s t i c a t i o n t h e ng o o df l o c c u l a t i o nw a so b t a i n e d a n dt h eo p t i m u mp a r a m e t e r sw e r et h a ta e r a t i o nf l u x r e c y c l er a t i o a e r a t i o nt i m e f l o c c u l a t i n gt i m ea n ds r t w e r e1 0 0 l h 3 0 2 k3 0 r a i n 6 d r e s p e c t i v e l y g o o db i o f l o c c u l a t i o nw a so b t a i n e da f t e rt h r e ew e e k s s t e a d yo p e r a t i o no f s e m i f u l l s c a l ee x p e r i m e n t t h er e m o v a le f f i c i e n c yo f c o d s c o d n h 3 n p 0 4 3 p w e r ea b o u t7 0 4 0 1 5 a n d 4 5 r e s p e c t i v e l y a d s o r p t i v ek i n e t i c sa n de q u i l i b r i u mm o d e l sw e r ei n v e s t i g a t e db ye x p e r i m e n t o fb o t ha e r o b i ca n da n a e r o b i cs l u d g ea d s o r p t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a ts l u d g e c o n c e n t r a t i o na n di n f l u e n tc o dw e r ei np o s i t i v ep r o p o r t i o nt oa d s o r p t i v ec a p a b i l i t y o fb o t ha e r o b i ca n da n a e r o b i cs l u d g e b u tt e m p e r a t u r ew a si ni n v e r s ep r o p o r t i o nt o a d s o r p t i v ec a p a b i l i t yo f b o t ha e r o b i ca n da n a e r o b i cs l u d g e a d s o r p t i v ee q u i l i b r i u m w a sr e a c h e dw i t h i n15m i n u n d e rt h es a m ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n a d s o r p t i v e c a p a b i l i t yo fa e r o b i cs l u d g ew a sg r e a t e rt h a nt h a to fa n a e r o b i cs l u d g e a l t h o u g ht h e a d s o r p d o no fb o t l l a e r o b i ca n da n a e r o b i cs l u d g ew a sg o v e r n e db yi n t r a p a r t i c l e d i 岛s i o np r o c e s s i tw a sn o tm a i nr a t ed e t e r m i n i n gs t e pt h r o u g ht h ea d s o r p t i o n b o t h a n a e r o b i ca n da e r o b i cs l u d g ea d s o r p t i o np r o c e s sf u l l o w e dt h ep s e u d os e c o n do r d e r m o d e lr a t h e rt h a nt h ef i r s to r d e rm o d e lo rt h es e c o n do r d e rm o d e lt h ee q u i l i b r i u m d a t af i t t e dw e l lt ob o t ht h ef r e u n d f i c ha n dl a n g m u i r a d s o r p t i o nm o d e l s k e yw o r d s b i o f l o c c u l a t i o n d o m e s t i cw a s t e w a t e r s o l i d l i q u i ds e p a r a t i o n s l u d g er e t e n tt i m e b i o s o r p t i o ne q u i l i b r i u m b i o s o r p t i o nk i n e t i c s i i 合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查 确认符合合肥工业大学 硕士学位论文质量要求 答辩委员会签名 主席 仑试葫搁冲张密毒擂 委员 导师 俞h 看 胁砒芗 钥砭一灶专 合 工易坼 峥毋枷戈雩 私兹 扭j 欠 刮葱援 教摇 业大学教授 稚吲q怨棒 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果 据我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果 也币包含为获得 盒目巴互些盘堂或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意 学位论文作者签名 专袜签字日期 伽 年f 填加日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒目墨工些盍堂有关保留 使用学位论文的规定 有权保留 并向固家有关部门或机构送变论文的复印件和磁盘 允许论文被查阅和借阅 本人授权 金 目墨互 业去茔可以将学位论文的全部或部分内容编八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 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名 书林 签字日期 抛u 年 月 牛日 学位论文作者毕业后去向 工作单位 通讯地址 导师签名 电话 邮编 致谢 感谢尊师洪天求教授 在己度过的两年多的研究生学习生活巾 导师渊博 的知识 敬业的工作精神 严谨的治学态度 正直的品格时刻感染着我激励着 我 使我毫不懈怠地度过了我生命中非常重要的学习生涯 尤其在论文的选题 试验研究 论文撰写及修改过程中 导师的耐心帮助和精心指导更使我受益非 浅 在论文完成之际 谨向导师致以衷心的感谢和崇高的敬意 感谢中国科技大学俞汉青教授 安徽建筑工业学院黄显怀副教授 刘绍根 副教授在我的学习 实验研究及撰写论文过程中给予的无私帮助和教诲 感谢合肥市琥珀山庄污水处理厂杨卫国厂长 房霞副厂长等领导以及全体 职工给本实验研究提供的支持与帮助 感谢贾志海 郝小龙 冯少茹 刘璐 潘国林 傅振鹏 马利明 倪喇杰 等同学和朋友给予的大力支持和帮助 在此 还要深深地感谢我的父母和兄弟姐妹 正是他们长期以来的无私关 心 爱护 帮助和鼓励 使我克服了重重困难 不断前进 感谢在我成长过程中给予指导 帮助和关心的老师 同学和朋友 最后对本论文的评阅人和答辩委员们的帮助和指导表示衷心的感谢l i t 丁 作者 韦林 2 0 0 4 年1 0 月1 8 日 第一章导论 1 1 我国城市污水治理现状 随着我国城市化和工业化进程的不断发展 广大中小城市的迅速崛起 城 市规模不断扩大 水资源的过度开发和污染物质的大量排放 导致全球水资源 的严重缺乏和水环境的不断恶化 水污染问题已成为当今世界面临的主要环境 问题之一 近年来 我国城市污水排放量持续增长 1 9 9 8 年为1 9 4 亿吨 比1 9 9 7 年的 1 8 9 亿吨有所增加 约占全国污水排放总量的一半 1 2 1 据统计 2 4 我国1 9 8 6 年全国污水排放量为3 3 3 亿吨 1 9 9 0 年为3 5 4 亿吨 到1 9 9 9 年达4 0 1 亿吨 平 均年增率为4 其中1 9 9 9 年生活污水排放量达2 0 4 亿吨 首次超过工业污水 的排放量 成为水污染的主要来源 由于经济实力不足 对污水处理设旌投入 滞后 我国目前城市污水处理率较低 全国现有城市污水处理厂约2 0 0 座 城 市污水处理率不足8 而工业废水处理率为7 8 9 可见城市污水的处理率远 低于工业废水处理率p 1 9 9 8 年和1 9 9 9 年两年 全国4 6 个环保重点城市污水 处理率仅占2 0 3 和2 4 7 其他城市的污水处理率更低 6 l 目前我国城市平均1 5 0 万人有一座污水处理厂 而美国平均每1 0 0 0 0 人有 一座污水处理厂 英国和德国每7 0 0 0 8 0 0 0 人有一座污水处理厂 瑞典和法国 每5 0 0 0 人有一座污水处理厂 新加坡的下水道普及率为9 6 城市污水处理率 达1 0 0 1 7 1 世界上几大主要城市下水道普及率见表1 1 8 d 可见 我国城市污水 处理现状与发达国家相比存在很大的差距 为了改变城市污水污染状况 国家 建设部 国家环保总局 国家科技部2 0 0 0 年5 月发布的 城市污水处理及污染 防治技术政策 中规定 到2 0 1 0 年 全国设市城市的污水处理率不低于6 0 重点城市污水处理率不低于7 0 p 目前 我国的城市污水处理现状与这一要 求还有较大的差距 因此 加强污水处理工艺的研究 提高城市污水的处理率 已成为当务之急 表1 1 世界若干主要城市下永道覆盖率及污水处理率 t a b l e1 1s e w e r c o v e r i n g r a t i o sa n dw a s t e w a t e rt r e a t m e n tr a t i o so f m a j o rc i t i e si nt h e w o r l d 名称北京布达佩斯东京伦敦巴黎 下水道普及率 6 97 39 51 0 01 0 0 人均下水道长度 o5l74 5 l0 5 9 m 人 污水处理事 均2 2 1 9 9 6 3 9 1 9 8 5 l o o 1 9 8 5 1 0 1 9 8 5 1 0 吖1 9 8 5 治理城市污水的根本措施是建设以生物处理为主体工艺的集中式二级城市 污水处理厂 这已为发达国家和发展中国家所共识 而我国是一个发展中国家 经济实力较薄弱 地区差异大 发展极不平衡 建设一次性投资大 运行费用 高的城市z 级处理厂 对我国不少地区 特别是经济欠发达地区和中小城市是 极为困难的 j 此外 中低浓度和超低浓度的城市污水在我国许多城市大量存 在 1 1 1 2 1 见表1 2 这种低浓度的废水只需一级或强化一级处理即可达标排放 丽在我国已建成的污水处理厂中 大多数为二级污水处理厂 用二级污水处理 厂处理低浓度城市污水 不仅不能发挥投资效益 而且还会因二级处理构筑物 中细菌养料不足 造成污水处理效果无法保证的问题 由于处理工艺未按设计 水质运行 还使得污水处理厂运行和管理困难 而能耗和运行费用并未减少 实际上 我国约有1 3 的己建成二级处理厂由于能耗大 运行费用高而不能正 常运行 从而限制了污水处理率的提高降川 以一座2 0 万人口的中小城市为例 每天排放生活污水量为4 万吨 若兴建一座传统活性污泥法二级处理厂 其建 设费用近亿元 其中还不包括兴建和完善城市下水道设施费用 每年的运行电 耗为3 8 4 万度 仅电费就高达2 3 2 万元 再加上药剂费 人工费等 每年的运 行费用高达3 5 0 万左右 l 按照目前的经济水平 如此高昂的建设费用和运行 费用是这些中小城市所无法承受的 一般来说 城市污水一级处理的基建费和 运行费约为二级处理的2 5 3 0 和3 0 5 0 而一级处理对b o d 和s s 的去除率 分别为2 0 4 0 和5 0 6 0 因而 在相同的投资情况下 一级处理污水量可达 到二级处理的3 4 倍 s s 去除总量约为二级处理的2 3 倍 b o d 的去除总量 约为二级处理的1 5 倍p l 显然 从污染物总量控制的角度分析 为达到同样的 控制目标 建设一级污水处理厂比建设二级处理厂更加经济 鉴于此状 不少学 者提出污水厂分期分批实施方案 即近期大力发展并普及投资少 运行费用低 操作简单的一级处理或强化一级处理 以较少的投资获得较大的环境效益 以 后当条件具备时 再实施二级处理方案 1 0 1 1 1 4 1 5 l 而对于已经建成的二级处理生 物处理厂 可以通过强化一级处理作为预处理 减少二级处理的负荷 降低其 能耗 这一实施方案对我国这样经济尚不发达 环境污染较严重的国家来说 具有十分重要的现实意义 因此 强化一级技术逐步受到国内外学者的关注 成为新的研究热点 目前研究的强化一级处理工艺 5 1 0 1 6 2 7 主要有两种类型 化 学絮凝强化一级处理工艺和生物絮凝强化一级处理工艺 生物絮凝强化一级处 理工艺由于不投加任何药剂 其产泥量比二级处理的产泥量大 但比化学絮凝 强化 级处理工艺所产泥量小 而且只需进行少量的曝气来恢复污泥活性 其 运行费用较低 应用前景广阔 然而生物絮凝强化一级处理工艺目前尚无应用 工程实例 对其运行机理 影响因素和控制参数等都缺乏系统和深入的研究 1 2 生物絮凝工艺的国内外研究现状 1 2 1 生物絮凝工艺的提出 表1 2 南方若干城市污水处理工艺及进水水质 t 年平均进水水质测定 污水厂名称处理工艺b o d ts s r a g l m g l 年份 武汉水质净化厂活性污泥法 表曝 6 08 01 9 9 7 广州大坦沙污水厂心f o 法 7 51 0 01 9 9 7 珠海香州水质净化氧化沟 a o 法 5 4 42 1 51 9 9 4 厂 珠海吉大水质净化表面曝气活性污泥法 6 81 3 01 9 9 6 厂 桂林北冲污水厂表面曝气活性污泥法 3 46 11 9 9 7 桂林第四污水厂a 2 0 深水微孔曝气氧 7 09 91 9 9 7 化沟 长沙第一污水厂表面曝气活性污泥法 6 0 41 6 5l1 9 9 6 长沙第二污水厂卡鲁塞尔式氧化沟9 01 0 01 9 9 7 佛山市镇安水质净a o 法 鼓风曝气 5 01 0 51 9 9 6 化厂 由絮凝动力学的分析可知 如果在污水的一级处理中引入适当大粒径的絮 状颗粒物 利用其巨大的表面积对细微颗粒物质的絮凝吸附作用 能够提高絮 体的沉降速度 减少污水的沉淀时间 而絮体又通过接触凝聚的原理 吸附水 中的溶解性物质和悬浮固体 提高污染物的去除效果 二级生物处理能够成为 城市污水的主要处理方法 很大程度上是因为微生物能够产生一种胞外聚合物 在一定的条件下使微生物聚合起来成为粒度适当 沉降性能良好的生物絮体 吸附污水中的有机物进行生物代谢 并易于从处理水中分离 另外 微生物在 生命活动中产生的某些高分子物质具有絮凝作用 即微生物絮凝物质 其作用 量小且絮凝效果好 但是 专门培养絮凝性微生物并提取微生物絮凝物质 目 前在工业化生产上还有一定的困难 而且费用较高 难以应用于城市污水处理 但如果将微生物絮体引入一级处理 并控制适当的环境条件 既可以发挥其生 物吸附作用 又可以产生一定量的微生物絮凝物质 不必提取而直接发挥絮凝 作用 从而有效地提高污水一级处理的效率 由此 形成了生物絮凝吸附工艺 2 8 生物絮体不仅具有一般大颗粒的强化沉淀效果 还有生物絮体吸附作用 其去除机理既有污染物质的物理吸附 化学吸附和生物吸附作用 又有吸附架 桥 沉淀物网捕等絮凝作用 相互作用复杂 迄今为止 已提出了多种机理解 释 其中广为接受的是聚合物架桥理论 一般认为 对重金属离子的去除以物 化吸附作用为主 对悬浮物的去除以生物絮凝作用为主 絮凝作用的主要物质 是胞外聚合物 e c p 不同微生物表面间细微成分和结构的差别也可以导致絮 凝 大量微生物形成的絮体又可以通过接触絮凝等作用去除水中的污染物质 二价阳离子在絮凝吸附过程中起重要的架桥作用 1 2 2 生物絮凝工艺去除污染物的机理 废水中颗粒状和胶体状物质首先必须由细胞外酶水解 使其转化成小分子 化合物 然后才能被细菌吸收和降解 m a l z 3 0 3 u 提出生物絮凝是一个物化反应过程 细菌分裂细胞外的脂类 碳水化合物和蛋白质 部分碳水化合物的裂解产物直接作为絮凝剂 并通过表 面作用力 使水中悬浮物和胶体颗粒失稳 大分子脂肪酸与金属氧化物的水化 物反应生成疏水性物质 它对溶解性有机物也有很强的吸附力 物化作用的基 础是生物絮凝中的微生物 主要是兼性细菌 根据m a l z 的物化反应过程 由细菌胞外酶作用可产生 自然絮凝剂 自然 絮凝剂 在一定的条件下可以利用原污水中的悬浮固体s s 作为 絮核 使悬 浮物质和胶体物质以及游离性细菌脱稳 然后相互凝聚 粒径小于1 胁的颗粒 其脱稳依靠布朗运动已足够 对于胶体大颗粒的脱稳 需要一定的速度梯度 生活污水中的悬浮固体状有机物 无机物与细菌混杂在一起 在城市管网中形 成具有自发絮凝性 结构较为稳定的共存体 这种共存体进入生物絮凝区后 在 自然絮凝剂 空气搅拌及生物絮凝区内原有胶菌团的诱导等作用下很快脱 稳且相互絮凝 并与原有的胶菌团结合在 起 成为活性污泥组成部分 与此 同时 积聚在絮体表面和内部的细菌通过吸收 氧化污染物质也出现程度有限 的增殖 由于细菌在吸收 氧化污染物质的过程中可形成夹膜的表面粘液物 使细菌细胞和积聚在污泥絮体上的颗粒 己脱稳的胶体 游离细菌和悬浮物 紧紧地与污泥絮体结合在一起 且新生成的夹膜和粘液物又可进一步凝聚和联 结其它物质 因此 生物絮凝区所形成的活性污泥具有较强的吸附能力和较好 的沉降性能 另外 空气搅拌为污水中悬浮物提供的良好反应条件以及由于胶 体脱稳 污泥回流而使絮凝区的悬浮物浓度提高 大大地提高了絮凝反应的速 度和效果 而絮凝吸附的速度的加快又有助于细菌吸收和氧化速率的提高 加 速了有机物的去除 后续沉淀池中流速适中 水流平稳的条件 使生物絮凝区 的物质可以在此形成一个活性 悬浮泥渣层 网捕 过滤和吸收水中悬浮物 胶体颗粒及游离性细菌 进一步完善反应过程 保证泥水充分分离 这样 相 当多的污染物质就被裹夹在悬浮泥渣层中 最终以剩余污泥的形式得以排除 根据以上分析 可以将生物絮凝过程中污染物去除机理归纳如下 1 细菌吸收真正溶解性物质并将其转化为细胞质和贮存物质 在细胞内有 一部分溶解性物质得到降解以提供能量 细菌得到增殪 2 通过胞外酶对污染 物进行水解而产生 自然絮凝剂 3 使胶体和悬浮物脱稳 并使脱稳的胶体和 悬浮物聚集在污泥絮体上 4 通过细菌夹膜和粘液层面形成紧密的污泥絮体 5 对水中的悬浮物 胶体颗粒 游离性细菌和溶解性物质进行网捕 过滤 吸 附和吸收 1 2 3 生物好氧絮凝工艺 活性污泥对废水的净化过程经历两个阶段 吸附阶段和氧化阶段 吸附阶 段能在1 0 3 0 m i n 内去除7 0 9 0 的有机质 其去除机理是絮凝和吸附 据此 早在5 0 年代和7 0 年代就有研究者提出了两种改进的活性污泥处理法 吸附再 生 接触稳定 法1 3 2 1 和a b 法1 33 1 两种方法都不设初沉池 分别在吸附池和a 段完成悬浮物质和胶体物质的生物絮凝吸附过程 水力停留时间一般为3 0 r a i n 左右 负荷高 泥龄短 产泥量大 英美等国的絮凝 澄清池工艺口 就是在辐流 式二沉池中设置中心絮凝井 并加以机械搅拌 使生物絮状体在固液分离之前 先进行絮凝 约2 0 m i n 完成9 2 的絮凝反应 提高了沉淀效率 使二沉池的出 水的s s 小于1 0 m 啦达到了三级处理水质标准 日本学者 1 0 1 以生物絮凝与斜板 沉淀池结合处理生活污水 m l s s1 0 0 0 2 0 0 0 m g l h r t 约为1 h s s 去除率达 到7 0 s c o d 去除率达3 0 以上 韩国学者 lo 提出的f c s 系统即絮凝 澄 清 稳定系统 作为增强型一级处理工艺 絮凝池采用机械混合 h k t 为 3 7 m i n 稳定池连续曝气 d o 控制在2 m g l 左右 m l s s 为1 0 0 0 1 4 0 0 m g l s r t 为3 天 h r t 为3 小时 澄清池i i r t 约为1 7 小时 处理c o d 为7 3 1 4 3 m g l l s s 为7 9 1 1 s m e c l 的人工合成污水 c o d 和s s 的去除率达7 1 左右 污泥 s v i 在6 1 1 0 2 m l g 之间 沉淀性能良好 韩国k a n g y o n g t a e 等 3 4 1 开展了絮 凝吸附强化处理低浓度有机废水的研究 结果表明 人工合成的原水 c o d 7 3 1 4 3 m g l s s 7 9 1 1 8 m g l 经处理后 c o d 和s s 的去除率分别为 7 1 7 4 和7 0 7 l 污泥活化池i i r t 约3 h 即可达到稳定的去除有机 物 其内溶解氧的浓度变化 2 4 5 m g l 基本不影响有机物去除效果 该系 统具有相当大的f m 范围 比传统工艺更能有效地处理低有机物浓度污水和 超负荷污水 虽然进水中有机负荷波动大 但c o d 及s s 的去除率均稳定在7 0 左右 该系统还可有效控制丝状菌污泥膨胀 增强污泥的沉降性能 法国p u j o l 等1 1o 研究发现 活性污泥吸附能力随着s v i 增加而显著提高 并受污泥曝气条 件 温度和废水的组成的影响 丝状菌具有较强的吸附能力 受a b 法运行机 理的启发 我国学者研究了城市污水的一级半处理方法 即用高负荷生物接 触氧化工艺 在容积负荷l o 3 0 k g c o d m 3 d h r t 为3 0 4 5 m i n 的运行条件下 处理模拟城市污水 c o d 去除率为6 0 8 0 污泥产率为o5 5 o7 3 k g s s k g b o d 5 有机物去除可达1 7 k g c o d m 3 d 此外 我国学者 lo 还研究 开发了絮凝一沉淀系统 也是在辐流式二沉池中心进水口设置絮凝池 改善活 性污泥絮凝条件 使沉淀池澄清能力提高3 0 左右 j ch u a n g 等p q 让回流比 为1 5 的沉淀池的污泥进入再生池进行3 0 m i n 的曝气 恢复活性的污泥回到絮 凝池 以提高絮凝吸附性能 其c o d 的去除率达到4 9 蒋展鹏等 2 8 j 提出 了 絮凝吸附一沉淀一活化 城市污水强化一级处理工艺 即活化污泥法 当 h r t 为1 0 5 m i n 絮凝池污泥浓度为1 2 9 几 污泥充氧时间为l h c o d 和s s 的去除率分别可达到6 0 7 0 和7 0 左右 强化处理效率明显 尤作亮等1 3 9 用生物絮凝吸附法处理生活污水 当絮凝池水力停留时间为05 h 沉淀时间为 l h 污泥回流比为3 0 时 c o d s c o d b o d 5 s s 有机氮和总磷的平均去 除率分别达到6 8 9 4 1 6 65 8 6 8 5 1 和2 4 2 1 2 4 生物厌氧絮凝工艺 早在1 9 5 3 年 e n m a r t e n s o n 1 就获得了一项厌氧吸附工艺处理污水的专 利 后来s c h r o e p f e r 和z i e m k e 1 9 5 9 t 1 0 1 发现厌氧污泥对有机物有快速吸附现象 并在半个小时达到了吸附平衡 由此提出了厌氧吸附一污泥再生处理工艺 可 处理低温 低s s 的废水 r r i f f a t 等 3 9 1 9 9 5 以2 l 的反应器利用厌氧污泥 的吸附能力间歇处理合成污水 污泥浓度l o g m 水力停留时间1 5 分钟 即可 去除4 0 的有机物质 s h i m i z u 等 4 0 l 以厌氧颗粒流化床生物反应器 a f p b 代 替初沉池 投加p a c l 0 0 m g l 和一种弱阴离子高聚合物2 m g l 以形成污泥颗 粒 h r t 为2 h 对s s 和c o d 的去除率高达9 6 和9 5 北京环境科学研究院 嘲以水解 酸化 池代替传统的城市污水初沉池 2 5 4 小时的水力停留时间 在常温下c o d 去除率为4 0 左右 b o d 5 去除率为2 5 s s 的去除率达8 0 且系统抗冲击能力较强 溶解性有机物比例显著增加 b o d c o d 从进水的 o3 4 5 提高到o 4 0 4 改善了后续的好氧生物处理条件 刘杏等 4 1 1 针对我国南方 城市污水浓度普遍偏低 大多数二级污水处理厂不能按设计水质运行 从而造 成运行管理不便和资源浪费的现状 提出了升流式厌氧污泥床一厌氧生物滤池 复合厌氧强化一级处理工艺 u a s b a f 并针对低浓度生活污水开展了强化 一级处理试验研究 实验表明 在常温下 当水力停留时间为4 h 时 系统对低 浓度生活污水处理效果良好 对c o d b o d 和s s 的去除率分别为 5 9 8 3 7 2 7 7 6 6 0 6 7 7 4 3 和8 2 5 3 8 7 0 3 其处理效果和出水水 质明显优于普通初沉池一级处理 1 2 5 生物絮体形成的机理 生物絮体主要是由微生物群落 丝状菌 有机颗粒 无机颗粒和胞外聚 合物组成 4 2 4 3 1 颗粒形成絮体一般经历2 个过程 碰撞和粘附 颗粒的碰撞是 由颗粒的布朗运动 流体的剪切力和偏离沉降产生的 布朗运动仅影响小颗粒 f d o9 9 9 由此说明好氧和厌氧污泥吸附动力学更适合用假二 级反应方程来描述 14 1 2 10 一 p0 8 一 等0 6 0 4 0 2 00 1 02 03 0 t m l n 好氧污泥 厌氧污泥 图4 8l o g q q t 随吸附时间的变化及拟合直线 f i 9 4 8v a r i a t i o no fb g q q t w i t hc o n t a c tt i m ea n dt h el i n e a r i z e d 4 2 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 0 2 5 0 2 0 0 薯1 5 0 吕 1 0 0 5 0 0 o5l o1 52 02 5 3 03 5 t i n 好氧污泥 厌氧污泥 图4 9 t q t 随吸附时间的变化及拟台直线 f i 9 4 9 v a r i a t i o n o f f f q tw i t hc o n t a c t t i m ea n dt h el i n o a r i z c d 01 02 03 0 时间 m i n 好氧污泥 厌氧污泥 图4 1 01 q 曲随吸附时间的变化及拟合直线 f i 9 4 1 0v a r i a t i o no f1 q o q t w i t hc o n t a c tt i m ea n dt h el i n e a r i z o d 表4 2 污泥吸附一级 假二级和二级反应常数的比较 t a b l e 4 2c o m p a r i s o no f t h ef i r s to r d e r p s e u d os e c o n do r d e ra n ds e c o n do r d e r 污泥类型反应级数速率常数相关系数 r 2 好氧 一级反应 m i l l 4 00 9 1 909 6 4 2 厌氧 溅 m i n 1 0 1 0 3 80 9 6 7 7 好氧 假二级反应 gg 1 m i n 2 9 5 80 9 9 9 2 厌氧 假二级反应 g 1r a i n 1 2 4 9 50 9 9 9 5 好氧 一级反应幢 g 1 m i n l 73 5 6 70 9 5 6 3 厌氧 二级反应 g g 1m i n l 7 3 4 8 409 6 2 8 4 4 2 污泥的吸附平衡模型 当污泥的吸附速率等于解吸速率时 此时吸附达到平衡 污泥的吸附平衡 方程通常是用l a n g m u i r 和f r e u n d l i c h 方程 6 和 7 来表示 堡 三 鱼 6 q eb q mq l o g q e 二1 0 9 g l o g k e 7 式中心和n 是f r e u n d l i c h 平衡常数 它们分别是表示吸附量大小和吸附密度 g 和m 分别是吸附平衡时溶液中的有机物浓度和污泥的吸附量 和和b 是l a n g m u i r 常数 和是平衡时污泥的最大吸附量 b 表示污泥对污 染物亲和力的大小 图4 1 1 和4 1 2 分别是l a n g m u i r 和f r e u n d l i c h 吸附平衡的拟合直线 由图 4 1 1 和4 1 2 计算出的l a n g m u i r 常数 f r e u n d l i c h 常数及其相关系数 r 2 如表 4 3 所示 由图4 1 1 4 1 2 和表4 3 可看出 由于利用l a n g m u i r 和f r e u n d l i c h 方程描述厌氧和好氧污泥吸附有机物的拟合直线的相关系数都很高 说明这两 个吸附平衡方程均可适合于描述厌氧和好氧污泥的吸附平衡 3 0 25 2 0 善1 5 1 0 o 5 o o o5 01 0 01 5 02 0 02 5 0 c o d r a g l 一1 图4 一i il m 炉u i r 吸附等温拟合直线 f i 9 4 i it h e l m e a r i z e dl a n g m u i ra d s o r p t i o ni s o t h e r m s 好氧污泥 厌氧污泥 表4 3f r e u n d l i c h 和l a n g m u i r 吸附常数的比较 污泥类型f r e u n d l i c h 公式l a n g m u i r 公式 k f i nr 2b lg 1 q 皿幢 g 1 r 2 好氧污泥o1 3 1 51 3 8 7 20 9 8 8 60 0 0 2 20 7 2 0 90 9 5 3 4 厌氧污泥0 0 2 7 615 4 4 909 9 8 60 0 0 2 006 4 7 209 4 7 3 2 5 2 0 f1 5 警 1 0 0 5 0 0 好氧污泥 厌氧污泥 192212 22 32 4 l o g c 0 1 图4 1 2f r o u n d l i c h 吸附等温拟合直线 f i g 4 1 2t h el i n c a r i z c df r c u n d l i c ha d s o r p t i o ni s o t h e x m s 第五章中试的启动与运行 5 1 引言 为使生物絮凝工艺尽快应用于工程实际 作者在小试的基础上 开展了生 物絮凝中试的启动与运行的初步研究 5 2 中试的启动 中试的装置如图2 3 所示 中试启动的污泥是作者自己培养的 在初始 阶段 进水水量为lm 3 h 回流比为1 0 0 絮凝时间 氧化时间和沉淀时间分别 为o 5 h 2 h 和1 h 第二阶段 进水量为2 m 3 h 回流比为4 0 絮凝时间 氧 化时间和沉淀时间分别为o 5 h 2 h 和1 h 在污泥的驯化初期 微生物量少 氧 的消耗也少 因此 在驯化初期适当减少曝气量 保证微生物正常需要量即可 1 2 2 1 开始驯化阶段不排剩余污泥 当m l s s 达到设计要求时 才进行剩余污泥 的排放 1 2 如图5 1 所示 在污泥驯化的初始阶段 污泥浓度逐渐增加 污泥驯化一 周后 浓度开始稳定 但由于进水量还没有达到设计值 进水有机物量少 有 机负荷过低 开始出现膨胀 因此 需要将进水量调整到设计值 2 m 3 h 并 相应地将回流比也调整到设计值 4 0 调整后 s v i 开始下降 周后达到 正常 7 0 一1 0 0 如图5 2 所示 在驯化初始的大约一周内 c o d s c o d c o d 的去除率都呈上升趋势 而且s c o d 去除率始终大于c o d s s 去除率 说 明在污泥驯化初期 溶解性有机物降解占主导地位 驯化一周后c o d s s 去除率 大于s c o d 去除率去 说明污泥的驯化已经达到稳定 此时c o d 去除率基本 上稳定在7 0 左右 图5 3 是悬浮物浓度逐日变化曲线 由图5 3 可知 在驯化 初期 s s 去除率随着时间的增加而增加 当污泥培养驯化一周后 其s s 去除 率基本上稳定在8 0 左右 7 j 蜊 艇 赋 螺 024681 01 21 41 61 82 02 2 培养时间 天 图5 1 污泥浓度逐日变化曲线 f i g s 一1v a r i a t i o n so f m l s s v st i m e 舢 删 舢 耄耄 024681 01 21 41 61 82 02 22 4 培养时问 天 图5 2 有机物去除率逐日变化曲线 尉9 5 2v a r i a t i o n so f o r g a n i cs u b s t a n c e sx 目m o v a lv st i m e t n 巾卜西 2 竺22 进水s s 培养时间 天 一出水s s 一s s 去除率 图5 3 悬浮物浓度逐日变化曲线 n 9 5 3v a r i a t i o n so f s s v st i m e 5 3 冲击负荷对处理效果影响 本试验中处理水量基本保持不变 由于进水中c o d s s 突增引起三次明显 的冲击负荷 冲击负荷对处理效果的影响见表5 1 表5 1 冲击负荷对处理效果的影响 试验项目进水 m g l 出水 m g l 去除率 c o ds sc o ds sc o ds s 第一次负荷突增前4 1 6 4 5 01 0 67 67 58 3 负荷突增后6 7 3 7 9 21 5 21 2 27 78 5 第二次负荷突增前2 0 l1 0 06 32 36 97 7 负荷突增后3 7 01 5 87 32 68 08 4 第三次负荷突增前1 7 12 5 95 05 67 07 8 负荷突增后4 9 5 4 6 71 1 47 37 8 8 4 4 7 蓦 阳 o 于 斟馥啦 水 斛篮眯 州 已 伯o 伽伽季 垂 拗瑚惯仰 o l 口山 由表5 1 可知 进水中c o d s s 增加后 出水c o d s s 也有所增加 但 去除率并未降低 相反 由于进水浓度增大 去除率还有所提高 这说明生物 絮凝工艺能承受一定的冲击负荷 这可能是因为在絮凝池中发挥主要作用的是 物化过程 与生化过程相比 物化过程对毒物 负荷及p h 等因素的变化敏感小 因而处理效果稳定 5 4 生物絮凝工艺对污水的可生化性影响 表5 2 生物絮凝过程中污水可生化性变化 t a b l e 5 2t h ev a r i t a t i o n so f t h eb i o g r a d a b i l i t yo f w a s t e w a t e ri nb i o f l o c c u l a t i o n 泌 b o dc c o d m g l b o d e c o d m g l 进水出水进水出水进水出水 第一组7 12 41 8 75 30 3 80 4 5 第二组4 91 71 2 74 0o 3 90 4 3 第三组5 81 11 4 82 50 3 90 4 4 l 平均值0 3 90 4 4 由表5 2 可见 生物絮凝工艺出水b o d 5 c o d 比进水b o d 5 c o d 有所增加 从o3 9 增加到0 4 4 晚明生物絮凝工艺对生活污水的可生化性有所改善 这 可能是因为生物絮凝工艺去除的s s 中所舍的无机成份较高 但由于活化池中消 耗一部分b o d 5 因此 b o d 5 c o d 增加量不大 5 5 生物絮凝工艺的去除污染物的途径 5 5 1 生物絮凝工艺对有机物的去除途径 051 01 52 0 c o d 污泥持 k g c o d kg h i l s sd 幽5 4c o d 污泥量与c o d 去除率的关系 f i 9 5 4t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nc o d m l s sa n dc o dr e m o v a l 砷 钟们 趵 0 絮凝池处于兼性状态时 生物氧化作用受到抑制 所以有机物去除靠物理 化学作用 图5 4 反映了絮凝池内污泥负荷 c o d 污泥量 与c o d 去除率之 间的关系 由图5 4 可以看出 当絮凝池内污泥浓度在2 2 0 k g c o d k g m l s s d 之间变化时 c o d 去除率保持在7 0 左右 受c o d 污泥量变化影响不大 c o d 污泥量反映了单位质量污泥在单位时间内承受有机污染物的程度 在活性污泥 工艺中 存在一个相似语即食料 生物量 f m 其中 f 通常用b o d 5 表示 m 则是表示活性污泥中的微生物量 由于微生物氧化有机物的能力有限 因此 f m 一般为o 3 0 6 k g b o d s k g m l s s d 超过这限度会引起有机物去除率的大幅 度下降 在本工艺中当c o d 生物量远高于活性污泥的f m 时 仍保持较高的 c o d 去除率 这说明在絮凝池中有机物的去除不是依靠生物氧化作用 而是依 靠生物絮凝吸附作用 著3 0 篮 e2 0 拭 1 0 0 0 246 81 0 s c o d 污泥量 k g s c o d k g