（環(huán)境工程專業(yè)論文）生物絮凝法處理生活污水的實驗研究.pdf

生物絮凝法處理生活污水的實驗研究 摘要 在活性污泥法處理廢水過程中 有機污染物的去除率在很大程度上取決于固 液分離效果 而生物絮凝是影響固液分離的至關重要的因索 良好的生物絮凝可 提高活性污泥的沉降性能和脫水性能 從而不僅取得較好的出水水質而且使后續(xù) 污泥處理處置費用降低 因此 生物絮凝法引起廣泛的關注 本研究通過小試 中試和間歇式實驗對生物絮凝法處理生活污水進行了研究 研究結果表明 采用同步培馴法進行污泥的培養(yǎng)與馴化 一周后 污泥基本成熟 具有良 好的絮凝效果 曝氣量l o o l h 回流比3 0 氧化時間2 h 絮凝時間3 0 r a i n 污泥齡6 d 為生物絮凝工藝的優(yōu)化參數(shù) 中試反應器經(jīng)過一個月的穩(wěn)定運行 取得良好的絮凝效果 對c o d s c o d n h 3 n 和p 0 4 a p 的去除率分別為7 0 4 0 1 5 和4 0 左右 污泥吸附動力學和吸附平衡模型的研究表明 增加污泥濃度和進水有機物 濃度有利于提高好氧和厭氧污泥的吸附性能 溫度增加時 好氧污泥和厭氧污 泥的吸附性能下降 好氧污泥和厭氧污泥對污水中有機物的吸附在1 5 r a i n 時基 本達到平衡 在相同的實驗條件下 好氧污泥的吸附性能強于厭氧污泥 在好 氧和厭氧污泥的吸附過程中 顆粒內(nèi)擴散是污泥吸附的主要限速因素 但它不 是唯一的限速因素 好氧和厭氧污泥的假二級反應模型比一級 二級反應模型 更適合描述污泥的吸附過程 l a n g m u i r 和f r e u n d l i c h 的吸附平衡方程都適合描 述厭氧和好氧污泥的吸附平衡過程 關鍵詞 生物絮凝生活污水固液分離污泥齡吸附平衡吸附動力學 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 島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 合肥工業(yè)大學 本論文經(jīng)答辯委員會全體委員審查 確認符合合肥工業(yè)大學 碩士學位論文質量要求 答辯委員會簽名 主席 侖試葫擱沖張密毒擂 委員 導師 俞h 看 脅砒薌 鑰砭一灶專 合 工易坼 崢毋枷戈雩 私茲 扭j 欠 刮蔥援 教搖 業(yè)大學教授 稚吲q怨棒 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果 據(jù)我所知 除了文中特別加以標注和致謝的地方外 論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫 過的研究成果 也幣包含為獲得 盒目巴互些盤堂或其他教育機構的學位或證書而使 用過的材料 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明 并表示謝意 學位論文作者簽名 專襪簽字日期 伽 年f 填加日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解盒目墨工些盍堂有關保留 使用學位論文的規(guī)定 有權保留 并向固家有關部門或機構送變論文的復印件和磁盤 允許論文被查閱和借閱 本人授權 金 目墨互 業(yè)去塋可以將學位論文的全部或部分內(nèi)容編八有關數(shù)據(jù)庫進行檢索 可以采用影印 縮印或掃描等復制手段保存 匯編學位論文 保密的學位論文在解密后適用本授權書 學位論文作者簽名 書林 簽字日期 拋u 年 月 牛日 學位論文作者畢業(yè)后去向 工作單位 通訊地址 導師簽名 電話 郵編 致謝 感謝尊師洪天求教授 在己度過的兩年多的研究生學習生活巾 導師淵博 的知識 敬業(yè)的工作精神 嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度 正直的品格時刻感染著我激勵著 我 使我毫不懈怠地度過了我生命中非常重要的學習生涯 尤其在論文的選題 試驗研究 論文撰寫及修改過程中 導師的耐心幫助和精心指導更使我受益非 淺 在論文完成之際 謹向導師致以衷心的感謝和崇高的敬意 感謝中國科技大學俞漢青教授 安徽建筑工業(yè)學院黃顯懷副教授 劉紹根 副教授在我的學習 實驗研究及撰寫論文過程中給予的無私幫助和教誨 感謝合肥市琥珀山莊污水處理廠楊衛(wèi)國廠長 房霞副廠長等領導以及全體 職工給本實驗研究提供的支持與幫助 感謝賈志海 郝小龍 馮少茹 劉璐 潘國林 傅振鵬 馬利明 倪喇杰 等同學和朋友給予的大力支持和幫助 在此 還要深深地感謝我的父母和兄弟姐妹 正是他們長期以來的無私關 心 愛護 幫助和鼓勵 使我克服了重重困難 不斷前進 感謝在我成長過程中給予指導 幫助和關心的老師 同學和朋友 最后對本論文的評閱人和答辯委員們的幫助和指導表示衷心的感謝l i t 丁 作者 韋林 2 0 0 4 年1 0 月1 8 日 第一章導論 1 1 我國城市污水治理現(xiàn)狀 隨著我國城市化和工業(yè)化進程的不斷發(fā)展 廣大中小城市的迅速崛起 城 市規(guī)模不斷擴大 水資源的過度開發(fā)和污染物質的大量排放 導致全球水資源 的嚴重缺乏和水環(huán)境的不斷惡化 水污染問題已成為當今世界面臨的主要環(huán)境 問題之一 近年來 我國城市污水排放量持續(xù)增長 1 9 9 8 年為1 9 4 億噸 比1 9 9 7 年的 1 8 9 億噸有所增加 約占全國污水排放總量的一半 1 2 1 據(jù)統(tǒng)計 2 4 我國1 9 8 6 年全國污水排放量為3 3 3 億噸 1 9 9 0 年為3 5 4 億噸 到1 9 9 9 年達4 0 1 億噸 平 均年增率為4 其中1 9 9 9 年生活污水排放量達2 0 4 億噸 首次超過工業(yè)污水 的排放量 成為水污染的主要來源 由于經(jīng)濟實力不足 對污水處理設旌投入 滯后 我國目前城市污水處理率較低 全國現(xiàn)有城市污水處理廠約2 0 0 座 城 市污水處理率不足8 而工業(yè)廢水處理率為7 8 9 可見城市污水的處理率遠 低于工業(yè)廢水處理率p 1 9 9 8 年和1 9 9 9 年兩年 全國4 6 個環(huán)保重點城市污水 處理率僅占2 0 3 和2 4 7 其他城市的污水處理率更低 6 l 目前我國城市平均1 5 0 萬人有一座污水處理廠 而美國平均每1 0 0 0 0 人有 一座污水處理廠 英國和德國每7 0 0 0 8 0 0 0 人有一座污水處理廠 瑞典和法國 每5 0 0 0 人有一座污水處理廠 新加坡的下水道普及率為9 6 城市污水處理率 達1 0 0 1 7 1 世界上幾大主要城市下水道普及率見表1 1 8 d 可見 我國城市污水 處理現(xiàn)狀與發(fā)達國家相比存在很大的差距 為了改變城市污水污染狀況 國家 建設部 國家環(huán)?？偩?國家科技部2 0 0 0 年5 月發(fā)布的 城市污水處理及污染 防治技術政策 中規(guī)定 到2 0 1 0 年 全國設市城市的污水處理率不低于6 0 重點城市污水處理率不低于7 0 p 目前 我國的城市污水處理現(xiàn)狀與這一要 求還有較大的差距 因此 加強污水處理工藝的研究 提高城市污水的處理率 已成為當務之急 表1 1 世界若干主要城市下永道覆蓋率及污水處理率 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 名稱北京布達佩斯東京倫敦巴黎 下水道普及率 6 97 39 51 0 01 0 0 人均下水道長度 o5l74 5 l0 5 9 m 人 污水處理事 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設以生物處理為主體工藝的集中式二級城市 污水處理廠 這已為發(fā)達國家和發(fā)展中國家所共識 而我國是一個發(fā)展中國家 經(jīng)濟實力較薄弱 地區(qū)差異大 發(fā)展極不平衡 建設一次性投資大 運行費用 高的城市z 級處理廠 對我國不少地區(qū) 特別是經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)和中小城市是 極為困難的 j 此外 中低濃度和超低濃度的城市污水在我國許多城市大量存 在 1 1 1 2 1 見表1 2 這種低濃度的廢水只需一級或強化一級處理即可達標排放 麗在我國已建成的污水處理廠中 大多數(shù)為二級污水處理廠 用二級污水處理 廠處理低濃度城市污水 不僅不能發(fā)揮投資效益 而且還會因二級處理構筑物 中細菌養(yǎng)料不足 造成污水處理效果無法保證的問題 由于處理工藝未按設計 水質運行 還使得污水處理廠運行和管理困難 而能耗和運行費用并未減少 實際上 我國約有1 3 的己建成二級處理廠由于能耗大 運行費用高而不能正 常運行 從而限制了污水處理率的提高降川 以一座2 0 萬人口的中小城市為例 每天排放生活污水量為4 萬噸 若興建一座傳統(tǒng)活性污泥法二級處理廠 其建 設費用近億元 其中還不包括興建和完善城市下水道設施費用 每年的運行電 耗為3 8 4 萬度 僅電費就高達2 3 2 萬元 再加上藥劑費 人工費等 每年的運 行費用高達3 5 0 萬左右 l 按照目前的經(jīng)濟水平 如此高昂的建設費用和運行 費用是這些中小城市所無法承受的 一般來說 城市污水一級處理的基建費和 運行費約為二級處理的2 5 3 0 和3 0 5 0 而一級處理對b o d 和s s 的去除率 分別為2 0 4 0 和5 0 6 0 因而 在相同的投資情況下 一級處理污水量可達 到二級處理的3 4 倍 s s 去除總量約為二級處理的2 3 倍 b o d 的去除總量 約為二級處理的1 5 倍p l 顯然 從污染物總量控制的角度分析 為達到同樣的 控制目標 建設一級污水處理廠比建設二級處理廠更加經(jīng)濟 鑒于此狀 不少學 者提出污水廠分期分批實施方案 即近期大力發(fā)展并普及投資少 運行費用低 操作簡單的一級處理或強化一級處理 以較少的投資獲得較大的環(huán)境效益 以 后當條件具備時 再實施二級處理方案 1 0 1 1 1 4 1 5 l 而對于已經(jīng)建成的二級處理生 物處理廠 可以通過強化一級處理作為預處理 減少二級處理的負荷 降低其 能耗 這一實施方案對我國這樣經(jīng)濟尚不發(fā)達 環(huán)境污染較嚴重的國家來說 具有十分重要的現(xiàn)實意義 因此 強化一級技術逐步受到國內(nèi)外學者的關注 成為新的研究熱點 目前研究的強化一級處理工藝 5 1 0 1 6 2 7 主要有兩種類型 化 學絮凝強化一級處理工藝和生物絮凝強化一級處理工藝 生物絮凝強化一級處 理工藝由于不投加任何藥劑 其產(chǎn)泥量比二級處理的產(chǎn)泥量大 但比化學絮凝 強化 級處理工藝所產(chǎn)泥量小 而且只需進行少量的曝氣來恢復污泥活性 其 運行費用較低 應用前景廣闊 然而生物絮凝強化一級處理工藝目前尚無應用 工程實例 對其運行機理 影響因素和控制參數(shù)等都缺乏系統(tǒng)和深入的研究 1 2 生物絮凝工藝的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 2 1 生物絮凝工藝的提出 表1 2 南方若干城市污水處理工藝及進水水質 t 年平均進水水質測定 污水廠名稱處理工藝b o d ts s r a g l m g l 年份 武漢水質凈化廠活性污泥法 表曝 6 08 01 9 9 7 廣州大坦沙污水廠心f o 法 7 51 0 01 9 9 7 珠海香州水質凈化氧化溝 a o 法 5 4 42 1 51 9 9 4 廠 珠海吉大水質凈化表面曝氣活性污泥法 6 81 3 01 9 9 6 廠 桂林北沖污水廠表面曝氣活性污泥法 3 46 11 9 9 7 桂林第四污水廠a 2 0 深水微孔曝氣氧 7 09 91 9 9 7 化溝 長沙第一污水廠表面曝氣活性污泥法 6 0 41 6 5l1 9 9 6 長沙第二污水廠卡魯塞爾式氧化溝9 01 0 01 9 9 7 佛山市鎮(zhèn)安水質凈a o 法 鼓風曝氣 5 01 0 51 9 9 6 化廠 由絮凝動力學的分析可知 如果在污水的一級處理中引入適當大粒徑的絮 狀顆粒物 利用其巨大的表面積對細微顆粒物質的絮凝吸附作用 能夠提高絮 體的沉降速度 減少污水的沉淀時間 而絮體又通過接觸凝聚的原理 吸附水 中的溶解性物質和懸浮固體 提高污染物的去除效果 二級生物處理能夠成為 城市污水的主要處理方法 很大程度上是因為微生物能夠產(chǎn)生一種胞外聚合物 在一定的條件下使微生物聚合起來成為粒度適當 沉降性能良好的生物絮體 吸附污水中的有機物進行生物代謝 并易于從處理水中分離 另外 微生物在 生命活動中產(chǎn)生的某些高分子物質具有絮凝作用 即微生物絮凝物質 其作用 量小且絮凝效果好 但是 專門培養(yǎng)絮凝性微生物并提取微生物絮凝物質 目 前在工業(yè)化生產(chǎn)上還有一定的困難 而且費用較高 難以應用于城市污水處理 但如果將微生物絮體引入一級處理 并控制適當?shù)沫h(huán)境條件 既可以發(fā)揮其生 物吸附作用 又可以產(chǎn)生一定量的微生物絮凝物質 不必提取而直接發(fā)揮絮凝 作用 從而有效地提高污水一級處理的效率 由此 形成了生物絮凝吸附工藝 2 8 生物絮體不僅具有一般大顆粒的強化沉淀效果 還有生物絮體吸附作用 其去除機理既有污染物質的物理吸附 化學吸附和生物吸附作用 又有吸附架 橋 沉淀物網(wǎng)捕等絮凝作用 相互作用復雜 迄今為止 已提出了多種機理解 釋 其中廣為接受的是聚合物架橋理論 一般認為 對重金屬離子的去除以物 化吸附作用為主 對懸浮物的去除以生物絮凝作用為主 絮凝作用的主要物質 是胞外聚合物 e c p 不同微生物表面間細微成分和結構的差別也可以導致絮 凝 大量微生物形成的絮體又可以通過接觸絮凝等作用去除水中的污染物質 二價陽離子在絮凝吸附過程中起重要的架橋作用 1 2 2 生物絮凝工藝去除污染物的機理 廢水中顆粒狀和膠體狀物質首先必須由細胞外酶水解 使其轉化成小分子 化合物 然后才能被細菌吸收和降解 m a l z 3 0 3 u 提出生物絮凝是一個物化反應過程 細菌分裂細胞外的脂類 碳水化合物和蛋白質 部分碳水化合物的裂解產(chǎn)物直接作為絮凝劑 并通過表 面作用力 使水中懸浮物和膠體顆粒失穩(wěn) 大分子脂肪酸與金屬氧化物的水化 物反應生成疏水性物質 它對溶解性有機物也有很強的吸附力 物化作用的基 礎是生物絮凝中的微生物 主要是兼性細菌 根據(jù)m a l z 的物化反應過程 由細菌胞外酶作用可產(chǎn)生 自然絮凝劑 自然 絮凝劑 在一定的條件下可以利用原污水中的懸浮固體s s 作為 絮核 使懸 浮物質和膠體物質以及游離性細菌脫穩(wěn) 然后相互凝聚 粒徑小于1 脅的顆粒 其脫穩(wěn)依靠布朗運動已足夠 對于膠體大顆粒的脫穩(wěn) 需要一定的速度梯度 生活污水中的懸浮固體狀有機物 無機物與細菌混雜在一起 在城市管網(wǎng)中形 成具有自發(fā)絮凝性 結構較為穩(wěn)定的共存體 這種共存體進入生物絮凝區(qū)后 在 自然絮凝劑 空氣攪拌及生物絮凝區(qū)內(nèi)原有膠菌團的誘導等作用下很快脫 穩(wěn)且相互絮凝 并與原有的膠菌團結合在 起 成為活性污泥組成部分 與此 同時 積聚在絮體表面和內(nèi)部的細菌通過吸收 氧化污染物質也出現(xiàn)程度有限 的增殖 由于細菌在吸收 氧化污染物質的過程中可形成夾膜的表面粘液物 使細菌細胞和積聚在污泥絮體上的顆粒 己脫穩(wěn)的膠體 游離細菌和懸浮物 緊緊地與污泥絮體結合在一起 且新生成的夾膜和粘液物又可進一步凝聚和聯(lián) 結其它物質 因此 生物絮凝區(qū)所形成的活性污泥具有較強的吸附能力和較好 的沉降性能 另外 空氣攪拌為污水中懸浮物提供的良好反應條件以及由于膠 體脫穩(wěn) 污泥回流而使絮凝區(qū)的懸浮物濃度提高 大大地提高了絮凝反應的速 度和效果 而絮凝吸附的速度的加快又有助于細菌吸收和氧化速率的提高 加 速了有機物的去除 后續(xù)沉淀池中流速適中 水流平穩(wěn)的條件 使生物絮凝區(qū) 的物質可以在此形成一個活性 懸浮泥渣層 網(wǎng)捕 過濾和吸收水中懸浮物 膠體顆粒及游離性細菌 進一步完善反應過程 保證泥水充分分離 這樣 相 當多的污染物質就被裹夾在懸浮泥渣層中 最終以剩余污泥的形式得以排除 根據(jù)以上分析 可以將生物絮凝過程中污染物去除機理歸納如下 1 細菌吸收真正溶解性物質并將其轉化為細胞質和貯存物質 在細胞內(nèi)有 一部分溶解性物質得到降解以提供能量 細菌得到增殪 2 通過胞外酶對污染 物進行水解而產(chǎn)生 自然絮凝劑 3 使膠體和懸浮物脫穩(wěn) 并使脫穩(wěn)的膠體和 懸浮物聚集在污泥絮體上 4 通過細菌夾膜和粘液層面形成緊密的污泥絮體 5 對水中的懸浮物 膠體顆粒 游離性細菌和溶解性物質進行網(wǎng)捕 過濾 吸 附和吸收 1 2 3 生物好氧絮凝工藝 活性污泥對廢水的凈化過程經(jīng)歷兩個階段 吸附階段和氧化階段 吸附階 段能在1 0 3 0 m i n 內(nèi)去除7 0 9 0 的有機質 其去除機理是絮凝和吸附 據(jù)此 早在5 0 年代和7 0 年代就有研究者提出了兩種改進的活性污泥處理法 吸附再 生 接觸穩(wěn)定 法1 3 2 1 和a b 法1 33 1 兩種方法都不設初沉池 分別在吸附池和a 段完成懸浮物質和膠體物質的生物絮凝吸附過程 水力停留時間一般為3 0 r a i n 左右 負荷高 泥齡短 產(chǎn)泥量大 英美等國的絮凝 澄清池工藝口 就是在輻流 式二沉池中設置中心絮凝井 并加以機械攪拌 使生物絮狀體在固液分離之前 先進行絮凝 約2 0 m i n 完成9 2 的絮凝反應 提高了沉淀效率 使二沉池的出 水的s s 小于1 0 m 啦達到了三級處理水質標準 日本學者 1 0 1 以生物絮凝與斜板 沉淀池結合處理生活污水 m l s s1 0 0 0 2 0 0 0 m g l h r t 約為1 h s s 去除率達 到7 0 s c o d 去除率達3 0 以上 韓國學者 lo 提出的f c s 系統(tǒng)即絮凝 澄 清 穩(wěn)定系統(tǒng) 作為增強型一級處理工藝 絮凝池采用機械混合 h k t 為 3 7 m i n 穩(wěn)定池連續(xù)曝氣 d o 控制在2 m g l 左右 m l s s 為1 0 0 0 1 4 0 0 m g l s r t 為3 天 h r t 為3 小時 澄清池i i r t 約為1 7 小時 處理c o d 為7 3 1 4 3 m g l l s s 為7 9 1 1 s m e c l 的人工合成污水 c o d 和s s 的去除率達7 1 左右 污泥 s v i 在6 1 1 0 2 m l g 之間 沉淀性能良好 韓國k a n g y o n g t a e 等 3 4 1 開展了絮 凝吸附強化處理低濃度有機廢水的研究 結果表明 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 經(jīng)處理后 c o d 和s s 的去除率分別為 7 1 7 4 和7 0 7 l 污泥活化池i i r t 約3 h 即可達到穩(wěn)定的去除有機 物 其內(nèi)溶解氧的濃度變化 2 4 5 m g l 基本不影響有機物去除效果 該系 統(tǒng)具有相當大的f m 范圍 比傳統(tǒng)工藝更能有效地處理低有機物濃度污水和 超負荷污水 雖然進水中有機負荷波動大 但c o d 及s s 的去除率均穩(wěn)定在7 0 左右 該系統(tǒng)還可有效控制絲狀菌污泥膨脹 增強污泥的沉降性能 法國p u j o l 等1 1o 研究發(fā)現(xiàn) 活性污泥吸附能力隨著s v i 增加而顯著提高 并受污泥曝氣條 件 溫度和廢水的組成的影響 絲狀菌具有較強的吸附能力 受a b 法運行機 理的啟發(fā) 我國學者研究了城市污水的一級半處理方法 即用高負荷生物接 觸氧化工藝 在容積負荷l o 3 0 k g c o d m 3 d h r t 為3 0 4 5 m i n 的運行條件下 處理模擬城市污水 c o d 去除率為6 0 8 0 污泥產(chǎn)率為o5 5 o7 3 k g s s k g b o d 5 有機物去除可達1 7 k g c o d m 3 d 此外 我國學者 lo 還研究 開發(fā)了絮凝一沉淀系統(tǒng) 也是在輻流式二沉池中心進水口設置絮凝池 改善活 性污泥絮凝條件 使沉淀池澄清能力提高3 0 左右 j ch u a n g 等p q 讓回流比 為1 5 的沉淀池的污泥進入再生池進行3 0 m i n 的曝氣 恢復活性的污泥回到絮 凝池 以提高絮凝吸附性能 其c o d 的去除率達到4 9 蔣展鵬等 2 8 j 提出 了 絮凝吸附一沉淀一活化 城市污水強化一級處理工藝 即活化污泥法 當 h r t 為1 0 5 m i n 絮凝池污泥濃度為1 2 9 幾 污泥充氧時間為l h c o d 和s s 的去除率分別可達到6 0 7 0 和7 0 左右 強化處理效率明顯 尤作亮等1 3 9 用生物絮凝吸附法處理生活污水 當絮凝池水力停留時間為05 h 沉淀時間為 l h 污泥回流比為3 0 時 c o d s c o d b o d 5 s s 有機氮和總磷的平均去 除率分別達到6 8 9 4 1 6 65 8 6 8 5 1 和2 4 2 1 2 4 生物厭氧絮凝工藝 早在1 9 5 3 年 e n m a r t e n s o n 1 就獲得了一項厭氧吸附工藝處理污水的專 利 后來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 發(fā)現(xiàn)厭氧污泥對有機物有快速吸附現(xiàn)象 并在半個小時達到了吸附平衡 由此提出了厭氧吸附一污泥再生處理工藝 可 處理低溫 低s s 的廢水 r r i f f a t 等 3 9 1 9 9 5 以2 l 的反應器利用厭氧污泥 的吸附能力間歇處理合成污水 污泥濃度l o g m 水力停留時間1 5 分鐘 即可 去除4 0 的有機物質 s h i m i z u 等 4 0 l 以厭氧顆粒流化床生物反應器 a f p b 代 替初沉池 投加p a c l 0 0 m g l 和一種弱陰離子高聚合物2 m g l 以形成污泥顆 粒 h r t 為2 h 對s s 和c o d 的去除率高達9 6 和9 5 北京環(huán)境科學研究院 嘲以水解 酸化 池代替?zhèn)鹘y(tǒng)的城市污水初沉池 2 5 4 小時的水力停留時間 在常溫下c o d 去除率為4 0 左右 b o d 5 去除率為2 5 s s 的去除率達8 0 且系統(tǒng)抗沖擊能力較強 溶解性有機物比例顯著增加 b o d c o d 從進水的 o3 4 5 提高到o 4 0 4 改善了后續(xù)的好氧生物處理條件 劉杏等 4 1 1 針對我國南方 城市污水濃度普遍偏低 大多數(shù)二級污水處理廠不能按設計水質運行 從而造 成運行管理不便和資源浪費的現(xiàn)狀 提出了升流式厭氧污泥床一厭氧生物濾池 復合厭氧強化一級處理工藝 u a s b a f 并針對低濃度生活污水開展了強化 一級處理試驗研究 實驗表明 在常溫下 當水力停留時間為4 h 時 系統(tǒng)對低 濃度生活污水處理效果良好 對c o d b o d 和s s 的去除率分別為 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 其處理效果和出水水 質明顯優(yōu)于普通初沉池一級處理 1 2 5 生物絮體形成的機理 生物絮體主要是由微生物群落 絲狀菌 有機顆粒 無機顆粒和胞外聚 合物組成 4 2 4 3 1 顆粒形成絮體一般經(jīng)歷2 個過程 碰撞和粘附 顆粒的碰撞是 由顆粒的布朗運動 流體的剪切力和偏離沉降產(chǎn)生的 布朗運動僅影響小顆粒 f d o9 9 9 由此說明好氧和厭氧污泥吸附動力學更適合用假二 級反應方程來描述 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 厭氧污泥 圖4 8l o g q q t 隨吸附時間的變化及擬合直線 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 呂 1 0 0 5 0 0 o5l o1 52 02 5 3 03 5 t i n 好氧污泥 厭氧污泥 圖4 9 t q t 隨吸附時間的變化及擬臺直線 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 時間 m i n 好氧污泥 厭氧污泥 圖4 1 01 q 曲隨吸附時間的變化及擬合直線 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 污泥吸附一級 假二級和二級反應常數(shù)的比較 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 污泥類型反應級數(shù)速率常數(shù)相關系數(shù) r 2 好氧 一級反應 m i l l 4 00 9 1 909 6 4 2 厭氧 濺 m i n 1 0 1 0 3 80 9 6 7 7 好氧 假二級反應 gg 1 m i n 2 9 5 80 9 9 9 2 厭氧 假二級反應 g 1r a i n 1 2 4 9 50 9 9 9 5 好氧 一級反應幢 g 1 m i n l 73 5 6 70 9 5 6 3 厭氧 二級反應 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 當污泥的吸附速率等于解吸速率時 此時吸附達到平衡 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 來表示 堡 三 魚 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 平衡常數(shù) 它們分別是表示吸附量大小和吸附密度 g 和m 分別是吸附平衡時溶液中的有機物濃度和污泥的吸附量 和和b 是l a n g m u i r 常數(shù) 和是平衡時污泥的最大吸附量 b 表示污泥對污 染物親和力的大小 圖4 1 1 和4 1 2 分別是l a n g m u i r 和f r e u n d l i c h 吸附平衡的擬合直線 由圖 4 1 1 和4 1 2 計算出的l a n g m u i r 常數(shù) f r e u n d l i c h 常數(shù)及其相關系數(shù) r 2 如表 4 3 所示 由圖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 方程描述厭氧和好氧污泥吸附有機物的擬合直線的相關系數(shù)都很高 說明這兩 個吸附平衡方程均可適合于描述厭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 圖4 一i il m 爐u i r 吸附等溫擬合直線 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 厭氧污泥 表4 3f r e u n d l i c h 和l a n g m u i r 吸附常數(shù)的比較 污泥類型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 厭氧污泥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 厭氧污泥 192212 22 32 4 l o g c 0 1 圖4 1 2f r o u n d l i c h 吸附等溫擬合直線 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 第五章中試的啟動與運行 5 1 引言 為使生物絮凝工藝盡快應用于工程實際 作者在小試的基礎上 開展了生 物絮凝中試的啟動與運行的初步研究 5 2 中試的啟動 中試的裝置如圖2 3 所示 中試啟動的污泥是作者自己培養(yǎng)的 在初始 階段 進水水量為lm 3 h 回流比為1 0 0 絮凝時間 氧化時間和沉淀時間分別 為o 5 h 2 h 和1 h 第二階段 進水量為2 m 3 h 回流比為4 0 絮凝時間 氧 化時間和沉淀時間分別為o 5 h 2 h 和1 h 在污泥的馴化初期 微生物量少 氧 的消耗也少 因此 在馴化初期適當減少曝氣量 保證微生物正常需要量即可 1 2 2 1 開始馴化階段不排剩余污泥 當m l s s 達到設計要求時 才進行剩余污泥 的排放 1 2 如圖5 1 所示 在污泥馴化的初始階段 污泥濃度逐漸增加 污泥馴化一 周后 濃度開始穩(wěn)定 但由于進水量還沒有達到設計值 進水有機物量少 有 機負荷過低 開始出現(xiàn)膨脹 因此 需要將進水量調(diào)整到設計值 2 m 3 h 并 相應地將回流比也調(diào)整到設計值 4 0 調(diào)整后 s v i 開始下降 周后達到 正常 7 0 一1 0 0 如圖5 2 所示 在馴化初始的大約一周內(nèi) c o d s c o d c o d 的去除率都呈上升趨勢 而且s c o d 去除率始終大于c o d s s 去除率 說 明在污泥馴化初期 溶解性有機物降解占主導地位 馴化一周后c o d s s 去除率 大于s c o d 去除率去 說明污泥的馴化已經(jīng)達到穩(wěn)定 此時c o d 去除率基本 上穩(wěn)定在7 0 左右 圖5 3 是懸浮物濃度逐日變化曲線 由圖5 3 可知 在馴化 初期 s s 去除率隨著時間的增加而增加 當污泥培養(yǎng)馴化一周后 其s s 去除 率基本上穩(wěn)定在8 0 左右 7 j 蜊 艇 賦 螺 024681 01 21 41 61 82 02 2 培養(yǎng)時間 天 圖5 1 污泥濃度逐日變化曲線 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 刪 舢 耄耄 024681 01 21 41 61 82 02 22 4 培養(yǎng)時問 天 圖5 2 有機物去除率逐日變化曲線 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 進水s s 培養(yǎng)時間 天 一出水s s 一s s 去除率 圖5 3 懸浮物濃度逐日變化曲線 n 9 5 3v a r i a t i o n so f s s v st i m e 5 3 沖擊負荷對處理效果影響 本試驗中處理水量基本保持不變 由于進水中c o d s s 突增引起三次明顯 的沖擊負荷 沖擊負荷對處理效果的影響見表5 1 表5 1 沖擊負荷對處理效果的影響 試驗項目進水 m g l 出水 m g l 去除率 c o ds sc o ds sc o ds s 第一次負荷突增前4 1 6 4 5 01 0 67 67 58 3 負荷突增后6 7 3 7 9 21 5 21 2 27 78 5 第二次負荷突增前2 0 l1 0 06 32 36 97 7 負荷突增后3 7 01 5 87 32 68 08 4 第三次負荷突增前1 7 12 5 95 05 67 07 8 負荷突增后4 9 5 4 6 71 1 47 37 8 8 4 4 7 驀 陽 o 于 斟馥啦 水 斛籃瞇 州 已 伯o 伽伽季 垂 拗瑚慣仰 o l 口山 由表5 1 可知 進水中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 由于進水濃度增大 去除率還有所提高 這說明生物 絮凝工藝能承受一定的沖擊負荷 這可能是因為在絮凝池中發(fā)揮主要作用的是 物化過程 與生化過程相比 物化過程對毒物 負荷及p h 等因素的變化敏感小 因而處理效果穩(wěn)定 5 4 生物絮凝工藝對污水的可生化性影響 表5 2 生物絮凝過程中污水可生化性變化 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 進水出水進水出水進水出水 第一組7 12 41 8 75 30 3 80 4 5 第二組4 91 71 2 74 0o 3 90 4 3 第三組5 81 11 4 82 50 3 90 4 4 l 平均值0 3 90 4 4 由表5 2 可見 生物絮凝工藝出水b o d 5 c o d 比進水b o d 5 c o d 有所增加 從o3 9 增加到0 4 4 晚明生物絮凝工藝對生活污水的可生化性有所改善 這 可能是因為生物絮凝工藝去除的s s 中所舍的無機成份較高 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 生物絮凝工藝的去除污染物的途徑 5 5 1 生物絮凝工藝對有機物的去除途徑 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 污泥量與c o d 去除率的關系 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 鐘們 趵 0 絮凝池處于兼性狀態(tài)時 生物氧化作用受到抑制 所以有機物去除靠物理 化學作用 圖5 4 反映了絮凝池內(nèi)污泥負荷 c o d 污泥量 與c o d 去除率之 間的關系 由圖5 4 可以看出 當絮凝池內(nèi)污泥濃度在2 2 0 k g c o d k g m l s s d 之間變化時 c o d 去除率保持在7 0 左右 受c o d 污泥量變化影響不大 c o d 污泥量反映了單位質量污泥在單位時間內(nèi)承受有機污染物的程度 在活性污泥 工藝中 存在一個相似語即食料 生物量 f m 其中 f 通常用b o d 5 表示 m 則是表示活性污泥中的微生物量 由于微生物氧化有機物的能力有限 因此 f m 一般為o 3 0 6 k g b o d s k g m l s s d 超過這限度會引起有機物去除率的大幅 度下降 在本工藝中當c o d 生物量遠高于活性污泥的f m 時 仍保持較高的 c o d 去除率 這說明在絮凝池中有機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 籃 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