（環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)論文）生物轉(zhuǎn)盤(pán)對(duì)a2o工藝及污泥產(chǎn)率影響研究.pdf

摘要 摘要 隨著我國(guó)對(duì)水環(huán)境事業(yè)的日益重視，國(guó)內(nèi)的污水處理技術(shù)在不斷進(jìn)行提高 中，全國(guó)范圍內(nèi)建立了更多的污水處理廠，以滿足國(guó)民生活污水和工業(yè)廢水的 處理需要。針對(duì)目前的污水處理效果和污泥產(chǎn)量的問(wèn)題，我們研究生物轉(zhuǎn)盤(pán)對(duì) a 2 o 工藝及污泥產(chǎn)率的影響，其研究?jī)?nèi)容可以分為三個(gè)部分：( 1 ) 生物轉(zhuǎn)盤(pán)預(yù) 處理對(duì)a 2 o 工藝處理效果的影響研究；( 2 ) 生物轉(zhuǎn)盤(pán)預(yù)處理對(duì)a 2 o 工藝污泥 產(chǎn)率的影響研究；( 3 ) 生物轉(zhuǎn)盤(pán)預(yù)處理對(duì)a 2 o 工藝停留時(shí)間的影響研究。 本研究主要結(jié)論如下： ( 1 ) a 2 o 工藝運(yùn)行：以葡萄糖和蛋白胨為基質(zhì)的出水c o d 為1 9 2 m g l 和 3 2 8 m g l ，總?cè)コ史謩e是9 5 0 和9 2 0 。出水t n 濃度分別為1 9 8 m l 和 2 0 3 m g l ，t n 的去除率分別為5 9 7 和6 6 8 。出水t p 的濃度o 5 m g l 和 0 4 m g l ，t p 的去除率分別為8 5 2 和8 9 7 。出水c o d 、t n 、t p 均達(dá)到 g b 8 9 7 8 2 0 0 2 一級(jí)a 排放指標(biāo)。 ( 2 ) 生物轉(zhuǎn)盤(pán)預(yù)處理的處理效果和污泥量：原污水( 分別以葡萄糖和蛋白 胨為基質(zhì)) 在經(jīng)過(guò)生物轉(zhuǎn)盤(pán)之后，水中的主要污染物如c o d 、t n 、t p 均有一 定程度的下降，生物轉(zhuǎn)盤(pán)對(duì)c o d 的處理效率較高，分別達(dá)到8 7 9 和6 9 4 。 此外，還具有一定的脫氮除磷能力，t n 去除率分別為3 2 1 和1 4 6 ，t p 去除 率分別為5 0 和3 0 6 。此外，生物轉(zhuǎn)盤(pán)穩(wěn)定的干污泥量達(dá)到了3 1 6 9 9 ，其污泥 量超過(guò)厭氧、缺氧、好氧三個(gè)池中的污泥量之和。 ( 3 ) 生物轉(zhuǎn)盤(pán)對(duì)a 2 o 工藝處理效果的影響：分別以葡萄糖為基質(zhì)和以蛋 白胨為基質(zhì)時(shí)，a 2 o 工藝運(yùn)行的出水c o d 、t n 、t p 均達(dá)到g b 8 9 7 8 2 0 0 2 一級(jí) a 排放指標(biāo)。生物轉(zhuǎn)盤(pán)_ a 2 o 工藝c o d 的總?cè)コ驶竞臀醇由镛D(zhuǎn)盤(pán)的總?cè)?除率相差甚少，在8 9 o 9 6 8 之間，但是t n 的去除率均有所下降，分別從 5 9 7 降至4 1 7 ，以及6 6 8 降至4 9 7 ，出水達(dá)到g b 8 9 7 8 2 0 0 2 一級(jí)b 。其 中受影響最大的是t p 的去除，總?cè)コ视稍瓉?lái)的8 5 3 8 9 7 下降至 2 2 6 1 ，幾乎沒(méi)有去除。 ( 4 ) 生物轉(zhuǎn)盤(pán)對(duì)a 2 o 工藝污泥產(chǎn)率的影響：葡萄糖為基質(zhì)時(shí)：a 2 o 工藝： y o b s = 0 3 4 9 m l s s g c o d ：生物轉(zhuǎn)盤(pán)a 2 o 工藝：y o b s = 0 1 2 9 m l s s g c o d 。蛋白 t 摘要 胨為基質(zhì)時(shí)：a 2 o 工藝：y o b s = o 2 2 9 m l s s g c o d ；生物轉(zhuǎn)盤(pán)一a 2 o 工藝： y o b s = o 0 8 9 m l s s g c o d 。這些數(shù)據(jù)說(shuō)明，生物轉(zhuǎn)盤(pán)對(duì)a 2 o 工藝的污泥產(chǎn)率影響 顯著，使污泥表觀產(chǎn)率明顯降低了6 3 6 6 4 7 。 ( 5 ) 生物轉(zhuǎn)盤(pán)對(duì)a 2 o 工藝水力停留時(shí)間的影響：進(jìn)水流量為5 l h 與7 i d h 時(shí)，c o d 總?cè)コ蕿? 6 8 和9 5 2 ；t n 的總?cè)コ室矎脑瓉?lái)的4 1 7 下降為 2 9 6 ；t p 總?cè)コ视稍瓉?lái)的2 2 提高至9 0 2 。這說(shuō)明以生物轉(zhuǎn)盤(pán)作預(yù)處理 可以縮短a 2 o 工藝整體的水力停留時(shí)間，但是對(duì)t n 的去除有一定的影響。 關(guān)鍵詞：生物轉(zhuǎn)盤(pán)；a 2 o 工藝；脫氮除磷；活性污泥；污泥產(chǎn)率 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t hm o r ea n dm o r ea t t e n t i o np a i db yo u rc o u n t r yt ow a t e re n v i r o n m e n t ，t h e w a s t ew a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g yi s c o n t i n u a l l yb e i n gi m p r o v e da th o m e ，m o r e s e w a g ep l a n t sa r eb u i l tn a t i o n w i d ef o rd o m e s t i cs e w a g ea n di n d u s t r yw a s t e w a t e r t r e a t m e n t a i m i n ga tt h ep r o b l e m si ns e w a g ew a t e rt r e a t m e n ta n ds l u d g eo u t p u t ，w e a r em a k i n gat h o r o u g hi n q u i r yt oan e wc o m b i n e dp r o c e s s ，n a m e l yt h ei n f l u e n c eo f r o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o rt oa 2 op r o c e s si no u t l e tw a t e rq u a l i t ya n ds l u d g ey i e l d t h er e s e a r c hc a nb ed i v i d e di n t ot h r e es e c t i o n s ：( 1 ) s t u d yo fi n f l u e n c ef r o mr o t a t i n g b i o l o g i c a lc o n t a c t o rt oa z op r o c e s so nt r e a t m e n te f f i c i e n c y ；( 2 ) s t u d yo fi n f l u e n c e f r o mr o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o rt oa 2 op r o c e s so ns l u d g ep r o d u c t i o nr a t e ；( 3 ) s t u d yo fi n f l u e n c ef r o mr o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o rt oa 2 op r o c e s so nr e s i d e n c e t i m e t h ec o n t e n tc a nb ed i v i d e di n t ot w os e c t i o n s ：( 1 ) s t u d yo fs l u d g ep r o d u c t i o nr a t e o fr o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o r - a 2 op r o c e s si nd i f f e r e n ts u b s t r a t e ；( 2 ) s t u d yo f r o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o r si n f l u e n c et o a 2 op r o c e s s t h em a i nc o n c l u s i o n so ft h es t u d ya r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h eo p e r a t i o no fa 2 op r o c e s s ：w h e nu s i n ga m y l a c e u ma n dp r o t e i na s s u b s t r a t e ，t h ec o do fe f f l u e n ti s19 2 m g la n d3 2 8 m g ls e p a r a t e l y , t h et o t a lc o d r e m o v a lr a t ei s9 5 0 a n d9 2 0 s e p a r a t e l y , t h et nc o n c e n t r a t i o no fe f f l u e n ti s 19 8 m g la n d2 0 3 m g ls e p a r a t e l y , t h et o t a lt nr e m o v a lr a t ei s8 5 2 a n d8 9 7 s e p a r a t e l y t h et pc o n c e n t r a t i o no fe f f l u e n ti s0 4 m g la n do 5 m g ls e p a r a t e l y , t h e t o t a lt nr e m o v a lr a t ei s5 9 7 a n d6 6 8 s e p a r a t e l y c o d ，t n ，t pi ne f f l u e n to f a 2 o p r o c e s s a l lp a s sg b 8 9 7 8 - 2 0 0 2c l a s s1ae f f l u e n ts t a n d a r d ( 2 ) t h et r e a t m e n te f f i c i e n c ya n ds l u d g eo u t p u to fr o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o r ： t h em a i np o l l u t i o n s ：c o d ，t n ，t pi ns e w a g e ( t a k ea m y l a c e u ma n dp r o t e i ns e p a r a t e l y a ss u b s t r a t e ) d e c r e a s ea f t e r g o i n g t h r o u g ht h er o t a t i n gb i o l o g i c a l c o n t a c t o n t r e a t m e n te f f i c i e n c yo fc o di sb e t t e r ：8 7 9 a n d6 9 4 s e p a r a t e l y , b e s i d e si th a st h e a b i l i t yo fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a l t r e a t m e n te f f i c i e n c yo f t ni s3 2 1 a n d i i i a b s t r a c t 14 6 ，a n df o rt pi s0 a n d3 0 6 b e s i d e s ，t h ed r ys l u d g eo fb i o - t u r n t a b l er e a c h e s 316 9 9 ，m o r et h a nt h es l u d g eo u t p u ts u mu po fa n a e r o b i cp o o l ，h y p o x i ap o o l ，a e r o b i c p 0 0 1 ( 3 ) t h ei n f l u e n c eo fr o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o rt oa 2 op r o c e s si n t r e a t m e n te f f i c i e n c y ：t a k ea m y l a c e u ma n dp r o t e i ns e p a r a t e l ya ss u b s t r a t e ，c o d ，t n ， t pi ne f f l u e n to fa 2 0p r o c e s sa l lp a s sg b 8 9 7 8 2 0 0 2c l a s s1ae f f l u e n ts t a n d a r d t h et o t a lc o dr e m o v a lr a t eo fr o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o rt oa 2 o p r o c e s sd i f f e r s s l i g h t l yf r o ma 2 op r o c e s s r a n g i n gf r o m8 9 o t o9 6 8 b u tt h et nr e m o v a lr a t e d e c r e a s e s ，s e p a r a t e l yf r o m5 9 7 t o4 1 7 ，a n d6 6 8 t o4 9 7 ，t h ee f f l u e n tp a s s e s g b 8 9 7 8 - 2 0 0 2c l a s s1be f f l u e n ts t a n d a r d a n dt h eb i g g e s ti n f l u e n c ei si nt pr e m o v a l ： t h et o t a lr e m o v a lr a t ed e c r e a s e sf r o m8 5 3 - 8 9 7 t o2 2 一6 1 ，b a r e l yr e m o v e d ( 4 ) t h ei n f l u e n c eo fr o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o rt oa 。op r o c e s si ns l u d g e p r o d u c t i o nr a t e ：w h e ns u b s t r a t ei sa m y l a c e u m ：a 2 0p r o c e s s ：y o b s = 0 3 4 9 m l s s g c o d ；r o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o r - - a 2 op r o c e s s ：y o b s = 0 12 9 m l s s gc o d w h e n s u b s t r a t ei sp r o t e i n ：a 2 op r o c e s s ：y o b s = o 2 2 9 m l s s gc o d ；r o t a t i n gb i o l o g i c a l c o n t a c t o r - - a 2 op r o c e s s ：y o b s = o 0 8 9 m l s s gc o d t h ed a t as u g g e s t st h a tt h e i n f l u e n c eo fr o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o rt oa z 0p r o c e s si ns l u d g ep r o d u c t i o nr a t e i sv e r yb i g ，t h ea p p a r e n ty i e l do fs l u d g ed e c r e a s e db y 6 3 6 6 4 7 ( 5 ) t h ei n f l u e n c eo f r o t a t i n gb i o l o g i c a l c o n t a c t o rt oa 2 0p r o c e s si n h y d r a u l i cd e t e n t i o nt i m e ：w h e ni n l e tf l o wi s5 l ha n d7 l h ，t o t a lc o dr e m o v a li s 9 6 8 a n d9 5 2 ：t nr e m o v a ld e c r e a s ef r o m4 1 7 t o2 9 6 ；t pr e m o v a li n c r e a s e f r o m2 2 t o9 0 2 t h i ss u g g e s t st h a tt a k er o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o ra s p r e t r e a t m e n tc a ns h o r t e nt h eh y d r a u l i cd e t e n t i o nt i m eo fa 2 op r o c e s s ，b u ti sb a dt o t nr e m o v a l k e y w o r d s ：r o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o r ；a 2 op r o c e s s ；n i t r o g e na n dp h o s p h o r u s r e m o v a l ；a c t i v a t e ds l u d g e ；s l u d g ey i e l d i v 第一章緒論 第一章緒論 第一節(jié)污泥產(chǎn)生及處置現(xiàn)狀 1 1 1 我國(guó)污泥產(chǎn)生及處置現(xiàn)狀 隨著我國(guó)對(duì)水環(huán)境事業(yè)的日益重視，國(guó)內(nèi)的污水處理技術(shù)在不斷進(jìn)行提高 中，全國(guó)范圍內(nèi)建立了更多的污水處理廠，以滿足國(guó)民生活污水和工業(yè)廢水的 處理需要。目前，我國(guó)城市污水處理廠基本采用活性污泥法。據(jù)統(tǒng)計(jì)，用該工 藝的城市污水處理廠日處理1 萬(wàn)噸城市污水，約產(chǎn)生4 5 噸濕污泥，含水率約為 8 0 。據(jù)2 0 1 0 年發(fā)布的第一次全國(guó)污染源普查公報(bào)，我國(guó)污水處理廠實(shí)際處 理量2 1 0 3 1 億噸。其中城鎮(zhèn)污水處理廠處理1 9 4 4 1 億噸?！笆晃濉逼陂g，我國(guó) 新增污水處理能力超過(guò)5 0 0 0 萬(wàn)噸日，全國(guó)城市污水處理率由2 0 0 5 年的5 2 提高 到7 5 以上。目前我國(guó)每年產(chǎn)干污泥約為9 0 0 萬(wàn)噸，每年以1 0 的速度遞增。污 泥中除了含有大量的粗纖維等有機(jī)物外，還含有大量的病原菌、寄生蟲(chóng)，鹽類(lèi) 以及多氯聯(lián)苯等一些難降解的有機(jī)物，主要毒物有重金屬離子( 如鋅，銅， 鎳，鉛，鉻等) 和一些非金屬化合物( 如酚，醛，氰化物，硫化物等) 。如 果不對(duì)其進(jìn)行妥善的處理與處置，將會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的影響與危害。因此， 如何將產(chǎn)量巨大、成分復(fù)雜的污泥進(jìn)行妥善安全地處置，使其無(wú)害化、資源化， 具有深遠(yuǎn)的意義。 我國(guó)傳統(tǒng)的污泥處理方澍l 】包括：污泥農(nóng)用、衛(wèi)生填埋、海洋傾倒等；而適 合我國(guó)污泥無(wú)害化處理的先進(jìn)技術(shù)包括：污泥高溫好氧堆肥、污泥晾曬、污泥 用于建筑材料、污泥焚燒、污泥水解熱干化等。 我國(guó)目前主要的污泥處理處置方法，堆肥農(nóng)用約占2 0 ，填埋約占1 0 ， 干化焚燒占比例較少，而達(dá)到穩(wěn)定處理的比例更歲引。 1 1 2 國(guó)外污泥處理與處置現(xiàn)狀 1 1 2 1 歐洲國(guó)家的污泥產(chǎn)生與處理處置 第一章緒論 在近2 0 年間，城鎮(zhèn)污水處理指令9 1 2 7 1 e c 強(qiáng)制e u 1 5 國(guó)改進(jìn)污水收集和處 理系統(tǒng)。這導(dǎo)致了污泥量每年5 0 的增長(zhǎng)，由1 9 9 2 年的6 5 0 萬(wàn)噸干污泥增長(zhǎng)至2 0 0 5 年的9 8 0 萬(wàn)噸【3 1 。另一方面，e u 1 2 國(guó)2 0 0 5 年的干污泥量為1 1 0 萬(wàn)噸 4 1 。而城鎮(zhèn)污 水處理指令9 1 2 7 1 e c 的實(shí)施，又使e u 1 2 國(guó)在日后的每年干污泥產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)， 并將于2 0 2 0 年超過(guò)1 3 0 0 萬(wàn)噸。 歐盟國(guó)家應(yīng)用不同的污泥處理技術(shù)，而在不同成員國(guó)之間存在不同。好氧 消化與厭氧消化處理是最常用的污泥穩(wěn)定方法，分別應(yīng)用于2 4 , h 2 0 個(gè)國(guó)家。機(jī) 械脫水污泥比干燥床更常用，而熱干燥機(jī)主要適用于e u 1 5 國(guó)家( 老成員1 5 1 ) ，尤 其是在德國(guó)、意大利、法國(guó)和英國(guó)。而污泥最終處置、污泥再利用( 包括直接農(nóng) 業(yè)應(yīng)用和堆肥) 是e u 1 5 國(guó)污泥管理( 5 3 的污泥) 的主要選擇，其次是焚燒( 2 1 的 污泥) 。另一方面，e u 1 2 國(guó)加入歐盟新成員國(guó)使用的最常見(jiàn)的處理方法( 2 0 0 4 年之后) 仍然是填埋。根據(jù)9 1 2 7 1 e c 指令的實(shí)施，e u 1 2 國(guó)家臨時(shí)的污泥處理垃 圾掩埋場(chǎng)的數(shù)量預(yù)計(jì)在接下來(lái)的幾年內(nèi)會(huì)大量增加?？偟膩?lái)說(shuō)，至u 2 0 2 0 年，污 泥土地再利用和污泥焚燒將會(huì)成為e u 2 7 ( 所有成員國(guó)) 采取的主要措蒯5 1 。 1 1 2 2 日本污泥處理與處置 日本在污泥處理技術(shù)上非常先進(jìn)，對(duì)污泥處理方法的要求是既節(jié)省能源， 又維護(hù)管理簡(jiǎn)單易行，同時(shí)考慮污泥的最終出路等問(wèn)題。日本很多污水處理廠 應(yīng)用的是厭氧消化法。污泥厭氧消化具有的優(yōu)點(diǎn)是：污泥量和其中的有機(jī)物能 夠明顯減少，并且有效利用沼氣進(jìn)行發(fā)電等，日本的污泥消化技術(shù)還在追求進(jìn) 步改善。同時(shí)污泥焚燒工藝近幾年來(lái)也迅速發(fā)展，并且成為主導(dǎo)工藝：采用 的大部分是多段焚燒爐【6 ，其中有流動(dòng)床焚燒爐和回轉(zhuǎn)窯焚燒爐等。而重油和污 泥消化產(chǎn)生的沼氣可以作為焚燒爐使用的燃料，由此可見(jiàn)，焚燒工藝在技術(shù)和 污泥減量上，都是非常好的污泥最終處置的途徑。 以東京為例，其污泥最終處置場(chǎng)所不足。在這種情況下，使用的污泥處理 處置工藝是污泥再利用和焚燒。污泥再利用有不同的回收方式，磚、骨料、垃 圾衍生燃料、渣等【7 j 。 1 1 3 我國(guó)污泥處理及處置未來(lái)的發(fā)展 1 1 3 1 從源頭上削減污泥量，研究污泥減量化技術(shù) 2 第一章緒論 通過(guò)微生物的代謝解偶聯(lián)、隱性生長(zhǎng)、微型動(dòng)物捕食以及其他污泥減量化工 藝都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥的減量【8 ，但從經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益考慮，由生物作用引起的污 泥減量化是今后污泥減量發(fā)展的重要方向之一，于此同時(shí)，需要重視解決生物 污泥減量化工藝中出水氮、磷超標(biāo)等問(wèn)題。同時(shí)污泥減量化工藝應(yīng)向多種手段 聯(lián)合的方向發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益的。 1 1 3 2 逐步減少衛(wèi)生填埋的比例，使土地得到充分利用 鑒于衛(wèi)生填埋具備以下優(yōu)勢(shì)：操作簡(jiǎn)單、處理成本低，因此目前我國(guó)污泥 處置中有較大的比例是衛(wèi)生填埋【9 】。不過(guò)衛(wèi)生填埋處理污泥消耗的時(shí)間較長(zhǎng)，容 易影響環(huán)境，正因如此，有必要逐漸地取締這種方式。污泥在的土地利用方面 主要在于農(nóng)業(yè)的利用、土地的改良以及園林綠化等。污泥在高溫條件下好氧發(fā) 酵處理這一過(guò)程俗稱堆肥，即在好氧的環(huán)境下通過(guò)微生物對(duì)其進(jìn)行發(fā)酵的過(guò)程， 在這一進(jìn)程中有機(jī)物被轉(zhuǎn)化成類(lèi)腐殖劇1 0 】，并且殺滅致病菌，從而得到穩(wěn)定堆 肥產(chǎn)物。除此以外，污泥厭氧消化不但可使污泥減量、穩(wěn)定，還能產(chǎn)生沼氣， 而且還能提供電能。 1 1 3 3 對(duì)污泥焚燒工藝進(jìn)行利用和優(yōu)化 污泥焚燒能碳化污泥中的全部有機(jī)物，去除致病菌，污泥的體積變小，期 間還能提供熱量。然而污泥焚燒技術(shù)也存在著諸多的問(wèn)題，其中最主要的問(wèn)題 就是投資巨大、處理費(fèi)用昂貴、有機(jī)物燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生劇毒物質(zhì)【l l 】( 二嗯英 等) 。另一方面，需要有先進(jìn)的技術(shù)和專(zhuān)業(yè)的設(shè)備來(lái)進(jìn)行污泥焚燒，也正因如此 我國(guó)必須加強(qiáng)與發(fā)達(dá)國(guó)家在技術(shù)方面的交流合作，使現(xiàn)有焚燒工藝獲得改善， 提高污泥焚燒的經(jīng)濟(jì)性。 1 1 3 4 未來(lái)污泥最終處置的發(fā)展方向污泥的資源化利用 污泥可以用于水泥、磚、油等【1 2 】的制造，可是由于這些再利用技術(shù)對(duì)設(shè)備 和工業(yè)有著很高的要求，并且重金屬等有毒物質(zhì)很容易帶來(lái)二次污染，因此必 須進(jìn)行更深層次的研究?？梢源_信的是，在污泥技術(shù)的不斷發(fā)展的過(guò)程中，污 泥的資源化利用必然是未來(lái)污泥最終處置的發(fā)展方向。 污泥處理是我國(guó)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展大環(huán)境下不可或缺的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是 保護(hù)生態(tài)環(huán)境的必然趨勢(shì)，因此圍繞其進(jìn)行的研究工作具有重要而深遠(yuǎn)的意義。 由于我國(guó)污泥處理起步晚，技術(shù)不成熟，因此在選擇污泥處理處置方式的時(shí)候， 第一章緒論 必須因地制宜，要結(jié)合環(huán)境、資源、經(jīng)濟(jì)等諸多因素來(lái)最終確定適合方案，同 時(shí)也要積極向發(fā)達(dá)國(guó)家學(xué)習(xí)，少走彎路，獲得更加快速和穩(wěn)定發(fā)展。 第二節(jié)污泥產(chǎn)量的計(jì)算及污泥產(chǎn)率的研究 1 2 1 污泥產(chǎn)量的傳統(tǒng)計(jì)算方法 傳統(tǒng)計(jì)算法的公式為1 3 】： a x = y ( s a - s e ) q - k d v x ， ( 1 1 ) 其中： x - 一每天排放的污泥量，k g d ： ( s a - s e ) q 一每天的有機(jī)污染物降解量，k g d ： v x v 一曝氣池內(nèi)揮發(fā)性懸浮固體總量k g ，x v = m l v s s ，v ：曝氣池容積， m 3 ； y 一產(chǎn)率系數(shù)，即微生物每代謝l k g b o d 所合成的m l s s k g 數(shù)： k d _ 活性污泥微生物的自身氧化率，d 一。 上述的計(jì)算方法存在很大的缺陷，它沒(méi)有考慮進(jìn)水懸浮固體濃度、污泥齡、 污水水質(zhì)及生物處理系統(tǒng)的特性等因素，對(duì)污泥組成及污泥量的影響。 1 2 2 德國(guó)a t v l 3 1 規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn) 德國(guó)a t v l 3 1 模型適用于單段活性污泥處理廠的設(shè)計(jì) 1 4 】。其計(jì)算方法如下： 活性污泥法產(chǎn)生的污泥由降解產(chǎn)生的有機(jī)物和儲(chǔ)存的固體物及除磷產(chǎn)生的 污泥組成： 踞= s p c + s p , p 【k g d ( 1 2 ) 污泥產(chǎn)量和泥齡的關(guān)系式如下： m s s ，a t t s s2 酋2 v a t s s a 7 一 s v o 壇t s s a r c h , s ，d s s w s + q d x s s ，e s t t s s 一與v a t 有關(guān)的污泥泥齡 q d x s s - e s 廣二沉池出水可過(guò)濾物質(zhì)負(fù)荷，一般可略去不計(jì) 4 第一章緒論 s p 廣污泥產(chǎn)量 q w s d s s w s 一剩余污泥量 s s a t _ 一生物池的m l s s ( k g m 3 ) 可用下列經(jīng)驗(yàn)公式和h a r t w i g 系數(shù)來(lái)計(jì)算污泥產(chǎn)量： s p d ，c = o d ( o _ 7 5 + o 6 面x s s , i a t 一業(yè)箬羆t s 警sr - t ) u b o d 偽7 _ i 十u i ， k g d ( 1 4 ) s p d c 一除碳的污泥產(chǎn)量 b d b o d 一日b o d 負(fù)荷 x s s t a t 一進(jìn)水s s 濃度 c b o d i a t 一進(jìn)水b o d 濃度 內(nèi)源消化的溫度系數(shù)( f t ) ： f t = 1 0 7 2 ( t 一1 5 ) ( 1 5 ) 如為改進(jìn)反硝化經(jīng)常投加外來(lái)碳源，當(dāng)s c o d e x 。( 外來(lái)碳源的溶解性c o d ) 1 0m g l ，( s n 0 3 ，d ，e x t ( 用外來(lái)碳源反硝化的n 0 3 ) 2m g 1 ) 使用式1 4 ( 簡(jiǎn)化) ， b d ，b o d 要增加q d 0 5s c o d ，e x t 10 0 0 表1 1 中的c b o d ，t a t 也增加0 5 s c o d e ) 【t 。當(dāng) s c o d e x t 1 0m g l 增加的污泥產(chǎn)量可略去不計(jì)。 表1 1 中的數(shù)值為使用公式化1 4 按溫度t = 1 0 。c 和1 2 。c 計(jì)算的平均值。 表1 1 溫度1 0 。- 1 2 。c 時(shí)的比污泥產(chǎn)量s p c ，b o d k gs s k gb o d 5 】 除磷時(shí)的污泥產(chǎn)量由二部分組成，生物脫磷產(chǎn)生的和同時(shí)沉淀產(chǎn)生的。 生物脫磷產(chǎn)生的污泥可定為3 9s s g 生物脫磷。同時(shí)沉淀產(chǎn)生的污泥取決于 藥劑的類(lèi)型和劑量，可定為：2 5 埏s s k g 鐵鹽和4k gs s 蛞鋁鹽。除磷產(chǎn) 第一章緒論 生的污泥( s p a ，p ) 可用下式表示： s p d ，p = q d p 3x e 脅p + 6 8 x e 陬? f e 七5 3 x p ，a 【) 1 0 0 0 如使用石灰脫磷則為1 3 5k gs s k g ( c a ( o h ) 2 ) 。 1 2 3 數(shù)學(xué)模型法a s m k g d ( 1 6 ) 1 9 8 6 年國(guó)際水協(xié)會(huì)推出活性污泥1 號(hào)模型( a s m l ) 包括去除污水中有 機(jī)碳以及硝化和反硝化等過(guò)程。后來(lái)推出活性污泥2 號(hào)模型( a s m 2 ) 包含 了脫氮和生物除磷處理過(guò)程。后a s m 2 被拓展為a s m 2 d ，將反硝化聚磷菌包含 在內(nèi)。相繼推出了活性污泥3 號(hào)模型( a s m 3 ) 所包含的主要反應(yīng)過(guò)程和 a s m l 相同，是對(duì)a s m l 的改進(jìn)，更適合于實(shí)際應(yīng)用。 目前a s m 發(fā)展比較完善，它是結(jié)合了碳氧化、硝化和反硝化等現(xiàn)象的活性 污泥系統(tǒng)反應(yīng)的模型，必須解釋眾多組分之間的大量反應(yīng)，使其在數(shù)學(xué)上易操 作、模擬準(zhǔn)確，能代表系統(tǒng)內(nèi)的基本過(guò)程。“過(guò)程 被用作形容發(fā)生在一個(gè)或多 個(gè)系統(tǒng)中的組分的活動(dòng)，而且，模型應(yīng)該量化每個(gè)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)( 速率對(duì)濃度 的依賴) 和化學(xué)計(jì)量學(xué)參數(shù)( 反應(yīng)中一個(gè)組分與另一個(gè)組分的關(guān)系) 參數(shù)。在 開(kāi)發(fā)模型的過(guò)程中，首要的任務(wù)是定義其主要過(guò)程和為每個(gè)過(guò)程選擇合適的動(dòng) 力學(xué)和計(jì)量學(xué)表達(dá)式。數(shù)學(xué)模型法的主要問(wèn)題是模型中有很多系數(shù)和常數(shù)， a s m l 中有1 3 個(gè)，a s m 2 中有1 9 個(gè)，而這些參數(shù)的確定需要根據(jù)實(shí)際污水水 質(zhì)和處理工藝的要求確定具體數(shù)值，應(yīng)用起來(lái)非常復(fù)雜，即使在發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用 少，但是對(duì)a s m 模型的研究已經(jīng)基本完善。 a s m 在我國(guó)的實(shí)際應(yīng)用非常少，只是停留在研究階段【l5 1 ，這是因?yàn)橐?據(jù)具體的實(shí)際水質(zhì)等確定模型的參數(shù)，而不能盲目地套用a s m 中假定的參數(shù)。 另外，國(guó)外還對(duì)a s m 模型進(jìn)行了更深入的研究。b i n g j i en i 【l6 j 等提出了a s m 模型的擴(kuò)展，氧化亞氮州2 0 ) ，可以在形成生物氮( n ) 的過(guò)程中去除。這個(gè)數(shù)學(xué)模 型描述了關(guān)于n 2 0 生產(chǎn)和消費(fèi)兩個(gè)部分在活性污泥硝化和反硝化作用。這使 a s m 模型擴(kuò)展到捕獲過(guò)程中n 2 0 動(dòng)力學(xué)在硝化反硝化生物氮去除?？傊?，我們 提供了一個(gè)模型結(jié)構(gòu)，動(dòng)態(tài)捕捉n 2 0 自養(yǎng)硝化作用，結(jié)果表明：異養(yǎng)反硝化生 物氮去除過(guò)程和驅(qū)動(dòng)形式可以持續(xù)改進(jìn)裝置。m s p 6 r a n d i o 1 7 j 等將a s m 應(yīng)用于 s m b r 中，采用a s m l 和a s m 3 模型進(jìn)行模擬，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的收集是在高s r t 條 6 第一章緒論 件下完成的，該工作重點(diǎn)放在懸浮固體、剩余污泥產(chǎn)生和硝化動(dòng)力學(xué)。 1 2 4 污泥產(chǎn)率的研究 污泥產(chǎn)率分為表觀產(chǎn)率和真實(shí)產(chǎn)率。表觀產(chǎn)率y o b 。是指考慮活性污泥維持 自身生存所需能量后，消耗每克c o d c r 所產(chǎn)生的污泥量。計(jì)算時(shí)用污泥產(chǎn)量除 以消耗的c o d c r 量。真實(shí)產(chǎn)率y h 是指異養(yǎng)微生物的生長(zhǎng)速率與底物的降解速 率之間的比例系數(shù)，定義為每氧化污水中1 9 c o d 形成的細(xì)胞c o d 量。y h 不僅 影響到污泥產(chǎn)率和需氧量的計(jì)算，而且對(duì)某些污水組分和動(dòng)力學(xué)參數(shù)的計(jì)算也 影響顯著。 1 2 4 i 活性污泥的表觀產(chǎn)率 研究結(jié)果表明，降解碳水化合物的好氧異養(yǎng)微生物的活性污泥產(chǎn)率y 。b 。介于 0 3 4 0 5 1 m g m l s s m g c o d c r 2 _ _ f 司 1 8 】，而在相似的條件下，利用一些化合物如替 代酚、苯等生長(zhǎng)的活性污泥的y 。b s 介于o 1 4 0 4 2 m g m l s s m g c o d c r 1 9 1 。t i a n 2 0 在2 0 時(shí)，好氧條件下也對(duì)表觀產(chǎn)率進(jìn)行了研究，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果是 0 3 4 4 m g m l s s m g c o d c r 。 1 2 4 2 活性污泥的真實(shí)產(chǎn)率 德國(guó)的a t v l 3 1 標(biāo)準(zhǔn)和a s m l 相似模型中，好氧產(chǎn)率為y = 0 6 7 m g c o d m g c o d ，缺氧產(chǎn)率為0 5 3 m g c o d m g c o d 。在a s m l 以及相似的模型中，較低的缺 氧污泥產(chǎn)率，會(huì)提高脫氮作用的潛能，因?yàn)橐咨锝到鈉 o d 作為底物能提高脫 氮作用 2 1 】。按照a s m 3 ，推薦的基質(zhì)好氧貯存產(chǎn)率為0 6 3 m gc o d m gc o d ，實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，相應(yīng)的缺氧產(chǎn)率大約為o 4 2 m g c o d m g c o d 。這明顯低于推薦值 0 5 4 m g c o d m gc o d 2 2 1 。 1 3 1a 2 o 工藝 第三節(jié)a 2 o 工藝及其組合工藝研究 a 2 o 工藝又稱a a o 工藝，是英文a n a e r o b i c a n o x i c o x i c 第一個(gè)字母的簡(jiǎn)稱 ( 厭氧缺氧好氧法) ，是一種常用的污水處理工藝，可用于二級(jí)污水處理或三 第一章緒論 級(jí)污水處理，以及中水回用，具有良好的脫氮除磷效果。 在a 2 o 生物同步脫氮除磷系統(tǒng)的活性污泥中【2 3 】，菌群主要由硝化菌和反硝 化菌、聚磷菌組成。在厭氧池，聚磷菌在厭氧條件下利用有機(jī)物合成自身物質(zhì)， 并釋放磷；在缺氧池，反硝化菌將內(nèi)回流液帶入池中的硝態(tài)氮，進(jìn)行反硝化作 用，轉(zhuǎn)化成n 2 釋放到大氣中；在好氧池，硝化細(xì)菌將水中的氨氮硝化成亞硝態(tài) 氮、硝態(tài)氮，而聚磷菌在溶解氧充足條件下過(guò)量吸收磷，將水相中的磷吸收到 污泥中，通過(guò)剩余污泥的排放除磷 2 4 】。 該工藝有如下特點(diǎn) 2 5 1 為： 1 ) 該工藝在能夠最簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷，總h r t 少于其他相似工藝； 2 ) 在厭氧、缺氧、好氧交替運(yùn)行條件下，絲狀菌不能大量增殖，不容易發(fā) 生污泥膨脹； 3 ) 剩余污泥含磷量高，具有較高肥效； 4 ) 運(yùn)行中勿需投藥，兩個(gè)a 段只用輕輕攪拌，以不增加溶解氧為度，運(yùn)行 費(fèi)用低。 1 3 2 生物轉(zhuǎn)盤(pán)預(yù)處理裝置 1 3 2 1 傳統(tǒng)生物轉(zhuǎn)盤(pán) 生物轉(zhuǎn)盤(pán)源于德國(guó)，由于生物轉(zhuǎn)盤(pán)具有凈化效果好和能源消耗低等優(yōu)點(diǎn) 2 6 1 ， 因而在世界范圍內(nèi)都得到廣泛的研究與應(yīng)用，并在相應(yīng)的方面取得很大的進(jìn)展。 緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的盤(pán)片與接觸反應(yīng)槽內(nèi)緩緩流動(dòng)的污水接觸，污水中的有機(jī)物被 滋生在盤(pán)片上的生物膜吸附 2 7 1 ：盤(pán)片離開(kāi)污水時(shí)，盤(pán)片表面形成的薄薄水膜與 空氣中的氧氣接觸并將其吸收，與此同時(shí)，被吸附的有機(jī)物在微生物酶的作用 下被氧化分解。隨著圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，污水中有機(jī)物不斷地被分解。生物膜增加到一 定厚度以后【2 8 1 ，其內(nèi)部會(huì)逐步形成厭氧層，開(kāi)始從老化到剝落再到脫落的過(guò)程， 脫落的生物膜會(huì)在二次沉淀池中沉降除去。在氣動(dòng)生物轉(zhuǎn)盤(pán)中，微生物代謝所 需的溶解氧通過(guò)設(shè)在生物轉(zhuǎn)盤(pán)下側(cè)的曝氣管供給。 a a k h b a r i 等【2 9 】利用響應(yīng)面的方法比較了生物轉(zhuǎn)盤(pán)和活性污泥法的脫氮效 果，共選用了四個(gè)獨(dú)立變量，h r t 、c o d n ，內(nèi)循環(huán)比和轉(zhuǎn)速，探究生物轉(zhuǎn)盤(pán) 脫氮的最適運(yùn)行參數(shù)。 1 3 2 2 生物轉(zhuǎn)盤(pán)變形工藝 第一章緒論 陳志耐3 0 j 等實(shí)驗(yàn)使用的網(wǎng)狀生物轉(zhuǎn)盤(pán)，是從盤(pán)片材料的改進(jìn)出發(fā)，采用新 型網(wǎng)狀生物轉(zhuǎn)盤(pán)處理污水，其特點(diǎn)是在盤(pán)片上黏貼具有較大比表面積的特殊網(wǎng) 狀材料；試驗(yàn)中轉(zhuǎn)盤(pán)的c o d 負(fù)荷從1 0 4 1 2g ( 1 t 1 2 d ) 增加到1 8 2 2 0g ( m 2 d ) 時(shí)，對(duì)有機(jī)物的處理效果仍可達(dá)到8 0 以上。李芳 3 1 】等網(wǎng)狀生物轉(zhuǎn)盤(pán)具有較好 的同步去除c 和n 效果；水力停留時(shí)間為8 、1 2h ，脫氮率分別為5 2 2 5 、 5 5 1 9 ，c o d 的去除率分別為7 9 7 2 、9 0 1 9 ，達(dá)到了同步去除c 和n 的效 果。馮迪【3 2 】等，首次采用新型網(wǎng)狀生物轉(zhuǎn)盤(pán)輔以生物接觸氧化技術(shù)聯(lián)合處理城 市生活污水，并分別考察了水力停留時(shí)間、轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速、氣水比、有機(jī)負(fù)荷的研 究對(duì)c o d 去除效果的影響。c g u i m a r g e s 3 3 等研究了在生物轉(zhuǎn)盤(pán)上固定聚氨酯 泡沫，在接種黃包平革菌的條件下，對(duì)制糖廢水具有連續(xù)脫色效果。在運(yùn)行過(guò) 程中色度、總酚類(lèi)化合物含量和c o d 分別減少了5 5 ，6 3 和4 8 。 生物轉(zhuǎn)盤(pán)的另一個(gè)變形工藝是多孔生物轉(zhuǎn)盤(pán)。多孔生物轉(zhuǎn)盤(pán)每個(gè)反應(yīng)器包 含一個(gè)旋轉(zhuǎn)片層被垂直安裝到軸上。該片層為固定生物量提供支撐。如傳統(tǒng)的 生物轉(zhuǎn)盤(pán)工藝，生物量的每個(gè)部分交替淹沒(méi)然后暴露于空氣中。然而在傳統(tǒng)的 生物轉(zhuǎn)盤(pán)的接觸片層是由一般的固體板塊構(gòu)成，而在多孔生物轉(zhuǎn)盤(pán)中所用的是 一個(gè)三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形式，使支撐的生物量有高的空隙率。 隨著生物量表面深度不同基質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和溶解的氧在生物量中的濃度發(fā) 生變化。在表面發(fā)生的是好氧的生化反應(yīng)而在深層發(fā)生的是厭氧反應(yīng)。隨著這 樣的生物化學(xué)差異，多孔生物轉(zhuǎn)盤(pán)去除了污水中大量的氮和含碳物質(zhì)。此外， 由于三維的片狀結(jié)構(gòu)使生化產(chǎn)率大大高于傳統(tǒng)的生物轉(zhuǎn)盤(pán)。多孔生物轉(zhuǎn)盤(pán)對(duì)于 進(jìn)水的水質(zhì)水量變化的適應(yīng)性很高，且保證高質(zhì)量的出水水質(zhì)和低能量消耗。 1 3 3a 2 o 組合工藝 王建寧【3 4 等研究的a 2 o b a f 工藝能夠處理低c n 比的生活污水，處理效 果較理想，除磷率接近1 0 0 。朱寧偉【3 5 】等研究的a 2 o m b r 組合工藝處理城市 污水，發(fā)現(xiàn)m b r 相對(duì)于二沉池強(qiáng)化了對(duì)n h 3 n 、t n 、t p 的去除效果。 李偉民【3 6 】等研究了a 2 o 工藝的旁路化學(xué)除磷工藝，污泥產(chǎn)率為 0 2 7 8 9 m l s s s g c o d ，對(duì)總氮的去除率略有提高，對(duì)總磷的去除略有下降。許曉 毅【3 7 】等在a o 系統(tǒng)中加入了導(dǎo)流板厭氧限氧循環(huán)反應(yīng)器，污泥產(chǎn)率為 0 2 9 5 9 m l s s g c o d ，而除磷效果略有下降。丁永偉 38 】等對(duì)復(fù)合式a 2 o 工藝進(jìn)行 9 第一章緒論 研究，得到污泥產(chǎn)率在o 1 4 0 0 4 1 3 9 m l s s g c o d 之前，是對(duì)照組的5 0 8 0 ， 并且不會(huì)對(duì)除磷效果造成影響。王建龍 3 9 【4 0 1 等研究了水解酸化a 2 o 工藝，污泥 產(chǎn)率為0 1 0 一- 0 1 8 9 m l s s g c o d ，并且水解酸化產(chǎn)生的v f a 促進(jìn)系統(tǒng)的脫氮除磷。 y o n g q i n gg a o 4 1 1 等提出2 步堿性發(fā)酵+ a 2 o 工藝能夠提高脫氮效率至8 0 1 ，并 且污泥量減少了4 2 1 。 第四節(jié)本課題的研究目的、內(nèi)容及意義 1 4 i 研究目的及意義 隨著我國(guó)污水處理的發(fā)展，活性污泥產(chǎn)量愈發(fā)龐大，污泥的處理與處置問(wèn) 題日益得到關(guān)注。污泥的產(chǎn)量以及污泥處理處置的成本數(shù)字非?？捎^。為了使 污泥問(wèn)題得到很好的解決，一是從源頭出發(fā)，在污水處理的過(guò)程中盡量避免產(chǎn) 生大量的剩余污泥，探求生物法處理工藝的污泥減量化；二是妥善處理與處置 剩余污泥，使污泥減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化，最終棄置于環(huán)境中或再利用。 a 2 o 工藝是國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的污水處理工藝，是污水處理廠經(jīng)常使用的工藝。a 2 0 工藝能夠同步脫氮除磷，厭氧和缺氧段只需攪拌，運(yùn)行費(fèi)用低，但是存在脫氮 和除磷效果難再提高等缺點(diǎn)。生物轉(zhuǎn)盤(pán)作為預(yù)處理裝置處理廢水，工藝成熟， 在南非和韓國(guó)已經(jīng)具有成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但是在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有應(yīng)用。該工藝具有 對(duì)b o d 去除效果好，停留時(shí)間短，減少電力消耗達(dá)5 0 等優(yōu)勢(shì)。 本實(shí)驗(yàn)通過(guò)研究生物轉(zhuǎn)盤(pán)對(duì)a 2 o 工藝處理效果的影響、停留時(shí)間的影響、 污泥產(chǎn)率的影響，研究新的組合工藝生物轉(zhuǎn)盤(pán)- a 2 o 工藝用于污水處理， 同時(shí)研究該工藝是否能夠使污泥減量化。 1 4 2 研究?jī)?nèi)容 根據(jù)文獻(xiàn)綜述分析及研究目的，主要研究?jī)?nèi)容為生物轉(zhuǎn)盤(pán)對(duì)a 2 o 工藝及污 泥產(chǎn)率的研究，選取的不同基質(zhì)為葡萄糖、蛋白胨，主要的研究?jī)?nèi)容包括以下3 個(gè)部分： ( 1 ) 生物轉(zhuǎn)盤(pán)預(yù)處理對(duì)a 2 o 工藝處理效果的影響研究； 1 0 第一章緒論 ( 2 ) 生物轉(zhuǎn)盤(pán)預(yù)處理對(duì)a 2 o 工藝污泥產(chǎn)率的影響研究； ( 3 ) 生物轉(zhuǎn)盤(pán)預(yù)處理對(duì)a 2 o 工藝停留時(shí)間的影響研究。 1 4 3 論文結(jié)構(gòu)安排 根據(jù)研究?jī)?nèi)容，論文結(jié)構(gòu)安排如下： ( 1 ) 實(shí)驗(yàn)的研究背景、目的以及意義； ( 2 ) a 2 0 工藝：不同基質(zhì)的處理效果及表觀產(chǎn)率的測(cè)定； ( 3 ) 生物轉(zhuǎn)盤(pán)預(yù)處理對(duì)a 2 o 工藝及污泥產(chǎn)率的影響：生物轉(zhuǎn)盤(pán)對(duì)a 2 o 工 藝處理效果的影響、生物轉(zhuǎn)盤(pán)對(duì)a 2 o 工藝污泥產(chǎn)率的影響、生物轉(zhuǎn)盤(pán)對(duì)a 2 o 工藝停留時(shí)間的影響。 ( 4 ) 實(shí)驗(yàn)結(jié)論與展望。 第二章a 2 o 工藝的污泥產(chǎn)率 第二章a 2 o 工藝的處理效果及污泥產(chǎn)率 2 1 1 實(shí)驗(yàn)藥品 第一節(jié)實(shí)驗(yàn)藥品與儀器 實(shí)驗(yàn)所用主要試劑為模擬廢水組分以及國(guó)標(biāo)法測(cè)c o d 、t n 、t p 主要試劑。 2 1 1 1 實(shí)驗(yàn)所用模擬廢水組成成分 實(shí)驗(yàn)用水為人工