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废水的生化深度处理AdvsnC6dBIOtr68tmGntOfWast6wat6rHi加ShiISHIDAInercnetyears,allkindsofbio一reaetorshavebeendeveloPedandPoPularizedintheifeldofadvaneedbioteratmentofwastewater.ComParedwiththetraditionalsusPensionandreProductionbio一reaetors,thenewonescanbetterstabilizehighlyeoneentratedbiomassandseParatesolidandIiquid;theyaremorein-tensiveandcomPaet:andinadditiontoBODtheycanremovenitrogenfromwastewater.ThePaPerdiseussesindetailthedestinationandimPortaneeofadvancedtreatment,themeehanismandoP-erationofbiomembraneProcess,andtheeharaeteristiesofdifferentinstallations.1.引言2.废水生化深度处理的意义近年来,在废水的深度处理领域,迅速开发普及着多种多样的生物反应器。这些反应器与传统的悬浮增殖型生物反应器相比较,可以吏好地固定高浓度的生物量;设备更为集约化;固液分离性能更好;除可去除议)D外还可去除氮等。当前日本技术开发在向两个方向发展:一个是为更有效地利用附着的微生物,从而要求在反应器内保持}高浓度的生物量并有稳定的固液分离性能;另一个是在恳浮增殖型反应器中用分离膜进行固液分离,以便可保持高浓度的生物量和提高固液分离的可靠性。前者的代表方法有接触曝气法、转盘法、固定床过滤法、悬浮床过滤法(生物膜悬浮过滤法)、载体活性污泥法等,主要应用在污水处理领域。接触曝气法、转盘法、固定床过滤法、悬浮床过滤法等,是使载体表面生成生物膜以去除议)I、氮等。载体活性污泥法又有两种方式:一是在悬浮增殖型生物反应器中添加固化剂以封存微生物载体的方法;另一是在悬浮增殖型生物反应器中放入用塑料颗粒制成的多孔载体,以便将微生物附着的方法。其它利用生物膜的技术有以上壤净化法、砂砾间接触氧化法等为代表的直接利用自然条件生成的生物膜,用以净化河川、池沼等。这些技术也已进入实用化阶段。在沉淀池内进行固液分离的活性污泥处理法是一种处理Hi哪hiISHll)A,EnvironlnentR嘿areh】nstituetofKuboalC`川lpany.含有机物废水的优异方法,但它具有两个缺点:其一是污泥膨胀,另一是设备占地面积大。每当污泥发生膨胀时,在产生膨胀的原因消除之前,悬浮物(SS)会不停地向外流出,并且随着曝气槽中污水与活性污泥混合液中悬浮物(M眨名)的减少,其膨胀更为加剧,工程技术人员对此问题目前还难以解决。曝气池的大小是由以)D和Ml乏昌负荷来决定的,这个值太大或太小都会使微生物的凝聚能力一「降。为了维持稳定的固液分离效果,该值通常在0.2一0.4叼味MI乏昌.d物质浓度曲线/v、}之流速`曲线水力学边界层C一C。·C`一.C二1一f咯夕乙详一,一”一护翻。旦理稼象晒袅生物傲用生化硝化脱氮法除氮时,由J立硝化菌的增殖速度小于仪)D氧化菌的增殖速度,在取出剩余污泥时会使硝化菌减小,容易产生冲洗(Wasll()ut)现象。为了稳定硝化反应,需使叹)D和Ml乏石负荷小于上述数值,增加系统反应时间(SRI,)。特别是由于硝化菌的增殖速度随水温的降低而减慢,为了在低水温时仍然能得到稳定的高硝化率,SR尸T应多于10天。但当SR丁取r较大的值,仪)D和Ml乏6负荷小于0.2kg/掩·d后,活性污泥的沉降性将会变差。因而,通常的经验是在MSLL约为3O00ing/尸工时,沉淀池水面积负荷取10一20亩/时·d。由此可以看到,在用沉降分离式活性污泥处理法进行生物学硝化脱氮时需要有较大的占地面积。近年来对于水源地的上游、富营养化的湖沼及向内陆湖排放的污水处理场等提出要对氮、磷等进行深度处理的要求,对于在原有设施当初并未充分留有余地的情况下,就需要有更集约化的深度处理设施。这里就产生了废水的生化深度处理间题。荃层3.生物膜法的原理(豁)一子赞(e一e。一K二1·影言图3生物膜上的物质移动模式图去除l洲〕D去除以)D、抓抓浓度较高时S:沉淀池BAF:好载注床SC:没演接触材料,派加载体,生物转盘BF:厌暇谁床DN,脱狱N:稍化图4各种生物膜处理装置适用对象02/N:02/N:介t过程的空气像或C该空气净化聚聚二烫益从lll训训,尹,尸,尸嗽尸宁丫,口,r,lll!!!!八,斗,八`译二、卉`山`冲,、,,`l斗斗舀舀~~~~~严~~~ttt图5,~沐一一声书=卜曰卜习将处理水~.。沪内石生廿,茶音肉当载体的外表面附着了微生物和有机物后,微生物将会在那里繁殖,同时还产生一些聚合物等,从而逐渐形成生物膜。生物膜法的优点是只要生物膜没有从载体上脱落下来,微生物就总保持在载体表面,从而象硝化菌等生殖速度较慢的微生物也可栖息。图2示出了在多孔载体的细孔内附着硝化菌的电子显微镜照片。用生物膜去除有机物时,同时在进行有机物的移动、氧的移动及生化反应等三个过程。井几微生物向载体表面的附着受到在生物膜附近的液流流速及载体表面亲和力的影响。这些关系示于图3。图中C是距生物膜表面为X距离的溶质浓度,6为容积内溶质浓度,6为生物膜表面溶质的浓度。B为实验系数,x为距生物膜表面的距离,从为生物膜内溶质的扩散系数,sK为米氏(肠cloiel、)常数,铸儿为反应速度最大值,肠为载体表面溶质浓度,v为生物膜附近液流速度,饰为溶积内液流速度,八为实验系数。最近的激光显微镜观测的结果表明,生物膜的内部构造是三元多孔体,微孔中充满r水,是相互连通的,并在生物膜表面有开J[。用塑料介质制的散水滤床及转盘,其生物膜厚度沿进水口到出水口逐渐变薄。与此相反,固定床过滤法及流动床过滤法由于都要求定期冲洗滤床,所以生物膜的厚度从处理水的进口到出口都是均匀的。在用流动床过滤法过滤时,因过滤材料用的是聚内烯,清洗液流速不能太大,故生物膜的厚度较厚,达川伙。:,而用固定床过滤法过滤日」,由于多孔粘待处埋水Y~949X又9.1弓12,083.飞.尸!卜!l..ILlesse厂l产seLr心0Q0OtéQ户勺O目亡2确乙21返返回回冲冲沈水水ǎ一、旨)0ē苗书烈侧处理后的水一一一几几一下下了了,一’一一匕______」ù尸111ù一ù泥ù介尸立理1eeJ.污袱侧协味介J处一ù印分沙,泥l闷污空气舞作空气净化图6扬。以心。。的结构示意图容积负荷(k9COD/nI3·d)图7侧)D的容积负荷和处理水中的COD55:固体惫浮物TsS:总固体惫浮物.低沈t·离流t式中A为生物膜的表面积(,矿),从为氧的扩散系数(时/hr),C,为生物膜表面的氧浓度(nlg/h),Q为生物膜厚h处的氧浓度(阴g/L),K:为单位生物膜的氧消耗速度,。为生物膜的比重。当取砚为0时可由下式求出h值。h=(D,c,/K刚)口’;,.’:::.....1’=.f!:’.—一一上一一—一一L一一l2卜月.|月,卜|||卜!||卜l3050402010ǎ一、.日à的的ó扭书众翻土作过滤材料,清洗液流速大,生物膜厚度比用其它方法的要薄。了解生物膜好氧层的厚度h对系统的评价是重要的。正常状态下h是按下式由氧的移动速度和氧的消耗速度等确定的。下式左边表示氧的移动速度,右边表示氧的消耗速度。ù`.和(CJ一q’一“向“容积负荷(坛Tss/。,·d)图8悬浮物的容积负荷和处理水中的悬浮物4.生物膜处理装置的用法用生物膜对废水进行净化的方法大致可分为以F三种:一种是以迭古拉蒙公司Biojo:及oTv公司的iBost犷处理装置为代表的在过滤器中放置3一6mm的粘土或塑料;一种是在曝气槽中放置了一边为用聚乙二醇等高分子材料包裹了微生物的直径为3m、的颗粒,一边为3一IOm。的载体的添充物。图4示出了适用于不同处理对象的操作流程图。滤床方式的特点是可以省去最终沉淀池,但水力学压头损失大,且需定期清洗滤床。而浸渍接触方式、添加载体方式、转盘方式等不存在压头损失问题,也无需定期清洗,但是需要有沉淀池。二)冲a.好权情况b.厌权情况添加多孔载体的活性污泥法载体流化方法`脸证设旅.标准活性污泥法.、…’飞娜二….飞二介,尸....胜.r,es卜二`11卜图O亡JO一b0工JJ,口,自2`.二,主ǎ一、.日à侧锐之确节众侧万.各种生物膜处理装置的特征声..-t,·城,·`:万.1固定床过滤法固定床过滤法的代表性设施为迭古拉蒙公司的Bioj。:和OTv公司的B决饮石而n。前者为仁流式,后者为下流式。两者的过滤材料都是用3一61nm的多孔质粘土,都是在滤床的最下部吹入曝气用的空气。另外滤床需定期用水和空气进行清洗。图5为BIQI乙:、图6为刀~lorr,,的结构示意图。两者均适于处理去除伙卫)和氮,在处理污水时,为防止滤床堵塞需进行前处理。对技,)j匕:需进行絮凝沉淀处理,对iBo-。2人,n需进行重力沉淀处理。根据12个工厂运行的情况对Bi门f乙r和B~?人刀,进行了比较,其结果示于图7、S,调查00.040.080.120.160.20总N容权负荷(kg一N/m,.d)图10总N容积负荷和处理水总N浓度的关系表l原水水质平平均标准偏差差以以)D(mg八J)25513333溶溶解甲肚以)I〕(mg/I)18()l(1999BBB()1)s(nrg/I)1117222(((X)I丫(B)D52.3(),444SSSS(mg/I)713444凯凯达尔氮(mg/x)551555表2滤床清洗操作条件的比较}玉一ocar肠rlBi()for空气量(m/h卜)清洗水量(m/hr.)期间原水水质示于表1。固定床法运行中最需注意的是滤床的清洗。悬浮物及了刃负荷增大时,清洗频度增加。处理污水时需每天清洗一次,其用水量相当于流入污水量的约20%。表2示出r清洗操作条件。5.2悬浮床过滤法(生物膜悬浮过滤法)悬浮床过滤法(生物膜悬浮过滤法)的代表性设备为OTv公司的B八巧iyr。过滤材料为直径3.smm的多孔聚苯乙烯颗粒。这些颗粒悬浮在水中,滤床上邻设有多孔板可以!沮挡颗粒流失。原水自滤床F部进入向1几流动。为生物氧化所需的氧气是从滤床下部的空气进日连续地通气供应的。滤床的清洗是从上向下通水进行的。悬浮床过滤法既适用于好氧处理,也适宜于厌氧处理。好氧滤床和厌氧滤床组合的立体结构叮用生物硝化脱氮法除去拼)D和氮。只用于深度处理的好氧滤床(滤床高3m)可去除氨。5.3添加多孔J载体的活性污泥法多孔载体活性污泥法是在曝气槽内添加3一10,脚n的方形或圆柱形塑料颗粒,使多孔载体的内外表面生成生物膜,用`{是物膜和悬浮的污泥两者净化污水。和固定床过滤法及悬浮床过滤法不同,这种方法无需定期对滤床进行清洗,lfl]压头损失也少(载体的流化方法,在好氧条件下是用曝气进行,nUO720nU气5下水自动除尘机图11添加固化载体活性污泥法简图在厌氧条件下是通过搅拌机实现。图9示出了载体流化法的示意原理图。为了防止载体流出反应器外,在出口处设置厂多孔筛板,在曝气槽内添加了多孔载体的污水处理装置,载体为外侧带扇页,内部有孔洞的聚乙烯圆柱体(高和直径均为10~,比重为0.95酬而)。处理液在脱氮槽和硝化槽的总停留时问为8.6小时。采用这种方法应注意不要使载体沉淀到槽底,为此应采用搅拌及考虑载体的密度、大小、亲水性等因素。5.4添加固定化载体的活性污泥法这种方法是将微生物封闭在固化剂内,形成边长为3~的立方体,将此小颗粒放到曝气池内,用这种固化的微生物和悬浮的活性污泥两者共同进行污水的净化。和固定床过滤法及悬浮床过滤法不同,此法的特点是无需对滤床进行定期清洗,压头损失也少。载体的流化是通过曝气实现的。为防