高负荷生物滤池处理城市污水研究进展.pdf

高负荷生物滤池处理城市污水研究进展 布库鲁 杨 健 同济大学, 上海 200092 摘要 高负荷生物滤池中试研究在城市污水处理厂内进行, 进水BOD5为 118mg L。 水力负荷在 10～ 26m3/m2d 的范 围内对去除率有着十分显著的影响。 在水力负荷 HL10m3/ m2d 的操作条件下, 该反应器对 BOD5的去除率平均达 到 80。 通过实验观察发现, 基于水力负荷的设计方程可以很好的反映 BOD5的浓度。 关键词 废水生物处理 高负荷生物滤池 水力负荷 滤池动力学 1 引言 生物滤池是污水处理领域中最早和最广泛应用 的工艺之一 。近年来, 随着新型填料的使用 ,生物滤 池在污水处理应用方面有着良好的发展前景。本研 究的主要目的是评价高负荷纤维填料生物滤池对城 市污水的处理效果, 以满足城市污水排放二级标准 出水 BOD5 30 mg L 。具体研究内容包括 测定滤 池填料在不同的水力负荷条件下的处理效果 ; 建立滤 池的设计公式以预测 BOD5的去除率量; 提供滤池填 料的运行参数。包括滤料的润湿性能, 微生物的生长 规律 ,滤池堵塞的可能性以及滤池孳生蚊蝇现象等 。 2 滤池运行的相关参数 最常用于描述塑料填料生物滤池运行状况的公 式是修正过的Velz 方程,其形式为 Se Siexp[ - K′ 20℃θ T-20D Qn] 1 式中 Se 出水 BOD5 浓度 mg L; Si 进水 BOD5 浓度 mg L ; K′ 20℃ 气温 20 ℃ 时反映滤池处理能力的 系数 ; θ 温度校正系数,等于 1. 035 T-20 T 废水温度 ℃; D 离滤床表面的高度 m ; Q 滤池进水流量, 即单位时间内进水通过 滤床截面的流量 m 3 m2d; n 无量纲流量指数。 Gromiec, et al . , [ 5] Hutchinson , [ 6] 以 及 Brown 和 Caldwell [ 1,2] 等曾经用上述公式模拟滤池中溶解性 BOD5的去除量 。塑料填料同样也适用于此公式 。 3 试验装置和试验步骤 中试装置位于曲阳城市污水处理厂 。进水取自 该厂初沉池出水 ,由泵输送至布水系统 , 通过阀门调 节维持所需水量 。 滤池内装有 3. 17 m 3 填料。该填料为高比表面 积 80 m 2 m3 、 高孔隙率 90以上 的弹性填料, 可 以承 受 较 高的 水 力负 荷 。滤 床 的 横 截面 积 为 0. 81 m 2 , 填料的装填深度为 3. 8 m。滤池顶部的布水 系统为固定穿孔布水管 。空气对流为生物滤池提供 通风和供氧 。试验装置见图 1,纤维状填料见图 2,该 材料性能见表 1。 图1 装有纤维填料的生物滤池中试装置 S 表示取样点 图 2 纤维状滤池填料 表 1 试验用材料性能 比表面积 m2m- 3 孔隙率 单位长度质量 gm- 1 80. 923590. 98786160. 03616 22 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 4 运行 、 监测和分析过程 本研究通过对该滤池的 3 个不同运行阶段的监 测和分析, 以找出 BOD5去除达到最优时的水力负 荷。这些阶段模拟了高负荷滤池的实际运行过程。 中试试验装置连续运行了 9 个月 。在每个阶段的稳 定运行期间,测试的累计时间为28～ 29 d。运行条件 见表 2。 表 2 平均运行条件 进水指标 沉淀池出水 测试阶段 低中高 BOD5 mgL - 1 134 . 3116 . 6105. 4 温度 ℃20 . 227 . 327. 1 水力负荷 m3 m2d - 1 10 . 2217 . 9726. 6 有机负荷 kg m3d - 1 0 . 360 . 470. 63 每天都要对高负荷生物滤池进行完整测试,测试 期间, 设备 水泵 要随时检修以保证系统的正常运 行。进水流量也要根据需要进行测定和调整。布水 器的孔眼也要及时清理。 为了研究生物滤池的处理机理 ,需要测定水样在 非过滤条件下的 BOD5 大多数滴滤池的有机污染物 的测试指标都是用 BOD5来表示 。测试方法根据 “标准测试方法”中的稀释法。 5 测试结果和讨论 5. 1 BOD5的去除 公式 1 表明 BOD5的去除取决于滤床的深度。 为了证实这个结论, 在不同的滤床深度处取随机水样 见图 1 。初沉池出水和滤池出水也要取水样进行 测试。图 3 描述了实验室测得的数据中 BOD5的浓 度变化曲线。 图 3 不同滤床深度处 BOD5浓度 像最初预测的那样 ,图 3表明 BOD5在开始时下 降很快,在滤池底部去除率就变得很低。实际上, 如 果仅在生物活性较低的滤池里, 污水中 BOD5的浓度 在所有的区域都是一样的 。相反, 在微生物活性比较 高的滤池里 ,污染物在到达底部之前已经在顶部得到 了部分去除 ,因此从滤池的顶部到底部 BOD5呈梯度 降低 。由于营养物质的供给呈梯度急剧降低 ,滤池内 不同区域内的形成的微生物种类是不同的,从而不同 区域内的处理效果也是不一样的。在滤池顶部,含碳 化合物的降解速度非常高 BOD5的减少见图 3 , 但 是在滤池的下方降解速度则会迅速降低 。这主要是 由于微生物种类和浓度的不同以及在每个区域内营 养物质的供给也是不一样的。 固定化生物膜反应器和悬浮性生物膜不同,它对 进水 BOD5的去除率比较稳定。也就是说, 如果该系 统设计时, 对进水 BOD5浓度为 200 mg L 的去除率是 50,同样对进水 BOD5浓度为 400 mg L 的去除率也 是50,见图4。 图 4 不同 BOD5负荷下 BOD5的去除率 图 4 表明 进水的有机负荷增加了, 去除量也随 之增加 , 并且 BOD5的去除量和 BOD5的负荷近似曾 线性关系。 高负荷的 BOD5既有可能由于进水的水力负荷 太高 ,也有可能是底物浓度太高。如果水力负荷的增 长能够引起 BOD5去除量的增长, 很显然该过程不能 由公式 1 表示, 因为增长的水力负荷导致水力停留 时间的降低从而降低了去除率。如果进水底物浓度 引起有机负荷的增加 ,该结论也是同样有效的 。去除 率应该在所有底物浓度下都是恒定的,只会在水力负 荷增加的情况下才会降低 ,见图5。 图 5 水力负荷对BOD5去除效率的影响 由公式 1 在填料深度分别为 1. 45、2. 26、3、 23 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 3. 76 m时计算所得的 BOD5浓度和在实际深度测得的 数值相比较 。计算中 K 20℃ ′ 的值取 1. 76m -0. 36 d -0. 64 兼容单位 , n 的值取 0. 64。如果计算值和实测值是 线性相关的 ,代表该数值关系的点将会成连成 45 斜 线 见图 6 。 图 6 不同滤床深度下计算值和实测值的比较 一般来讲, 计算值和实测值之间的相关性是很好 的,但是公式 1 对这一系列水样 BOD5的去除量的 估算有点偏差。实际上, 其相关性是相当显著的, 因 为滤床沿深度方向的数据来自于随机水样, 公式 1 的系数则来自于进出水的混合水样 。 5. 2 滤池填料的定性分析 在测试方案的总结中 ,所有深度处填料都得到了 观察。这些观察以及微生物相的观察为该填料在 几种运行条件下的处理性能提供了评测基础。以下 讨论是对于这些观察的总结。 5. 2. 1 湿度 湿度主要是用来描述水流洒落在填料上的均匀 性,尤其是非润湿部分 干区 的产生。湿润的面积随 着填料的深度而变化; 经观察, 最好的湿润区域位于 滤池的底部 。干区主要是在滤池的上部 滤池的顶 部 。水力负荷 HL 26 m d 比在水力负荷 HL 10 m d时填料的润湿程度要好。 5. 2. 2 微生物的生长 微生物的生长情况主要是用来描述填料表面生 物膜的均匀性。生物膜的分布一般来讲和填料的湿 度有关; 也就是说好的湿度导致生物膜的均匀生长。 当水力负荷 HL 26 m d 的时候 ,填料表面的生物膜 厚度要比水力负荷HL 10 m d 的情况下厚。 5. 2. 3 微生物相观察 通过生物相观察 ,可以发现原生动物比单一形态 的微生物要明显。然而它们之间的相互作用对处理 流程的影响和微生物相比是很轻微的。用 Qwin2. 3 电子显微镜拍摄的图象表明, 纤毛虫、 轮虫、 线虫及其 幼虫和活性污泥法一样 它们的作用不是处理废水而 是控制微生物的数量 。它们也以很细小的悬浮颗粒 为食 ,因而对降低出水的浊度起到主要作用。在滤池 的整个深度范围内, 可以观察到单个微生物种群的 存在 。 5. 2. 4 堵塞问题 滤床的堵塞主要是指固体颗粒填塞填料空隙的 可能性。由于填料的高空隙率 ,滤床中未发现填料的 堵塞现象。 5. 3 填料的处理效果 中试试验的出水水质表明 ,试验中使用的填料完 全有能力处理城市污水 。表 3 描述了该滤池填料的 主要处理效果。 表 3 三阶段水力负荷条件下出水 BOD510 d 的平均数据和标准差 水力负荷 m3 m2d - 1 BOD5 mgL- 1 平均值标准差 10 . 2227. 176 . 67 17 . 9738. 685 . 43 26 . 643. 399 . 81 由表 3 可见 ,高负荷纤维填料生物滤池的最佳条 件条件是在水力负荷 HL 10 m d ; 出水 BOD5浓度 30 mg L 。然而, 这种水力负荷非常低使得填料没有 完全润湿。因此 ,需要确定在一定润湿度下的最优水 力负荷,以达到目标去除率。 6 总结和讨论 中试研究 高负荷纤维填料生物滤池在 3 种 水力负荷 HL 10、 18、 26 m d 的条件下运行, 测得的 数据描述了受测填料的相关功能和运行特征。在测 试结果的基础上 ,总结如下 1 水力负荷 HL 在 10. 22～ 26. 6 m 3 m2d 的范围 内对去除率有一定影响。在水力负荷HL10 m d 的 条件下,出水 BOD5浓度可满足二级排放标准 平均 出水 BOD5浓度30 mg L ,滤池对 BOD5的平均去除 率达到80。 2 溶解性有机物的去除是提高滤池出水水质的 主要影响因素。当进水BOD5从 0. 25 kg m 3d 增加到 0. 98 kg m 3d 时 , BOD 5的去除量呈线性增长。目测 观察表明 ,在水力负荷HL 18m d 和 26 m d 时, 填料 有较好的湿度。在 HL 10 m d 时 ,会出现较低的湿 度,因此需要确定一定润湿度下的最优水力负荷, 以 达到目标去除率 。 24 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 3 由修改后 Velz 方程在不同填料深度处计算 所得的 BOD5的浓度和实际测得的数据相比 , 可以发 现,在计算值和测量值之间有着很好的相关性。然 而,该公式计算所得的 BOD5的去除量稍微有点 偏高 。 4 本试验所用废水的 BOD5浓度比较低 , 对滤 池的运行也有着一定的影响。 这些观测对某些特定运行条件下填料的选择将 有一定的帮助。 参考文献 1 Brown and Caldwell,“Converting Rock Trickling Filters to Plastic Media . ” Report to the U. S. Environ. Prot. Agency ,EPA 600 2- 80-120. 1980. 2 Brown and Caldwell , “West Point Pilot Study Volume Ⅲ-Fixed Gr woth Reactors. ” Prepared for the Municipality of Metropolitan Seattle , Wash. 1978. 3 CH2M HIll , “A Comparison of Trickling Filter Media. ” Internal Project Report, Denver, Colo. 1984. 4 Grady , C. P. L . , Jr. , and Lim, H. C. , “Biological Wastewater Treatment Theory and Applications. ” Marcel Dekker, Inc. , New York, N. Y. 1980. 5 Gromiec , M . J. , et al. , “ Perance of Plastic Medium in Trickling Filters. ” Presented at the IAWPR Conference, Jerusalem. 1972. 6 Hutchinson, E. G. , “A Comparison Study of Biological Filter Media. ” Presented at Biotechnology Conference , Massey University , Palmerston North, New Zealand. 1975. 作者通讯处 布库鲁, 200092 上海市四平路 1239号 同济大学环境 科学与工程学院 电话 021 65985026 E -mail qbukurucaramail. com 联系人 杨健 200092 上海市四平路 1239 号 同济大学环境科学 与工程学院 电话 021 65981470 O 2003- 04-22 收稿 好氧生物流化复合反应器中迷宫式生物 载体分离器的设计研究 ＊ 张玉魁 施汉昌 清华大学环境科学与工程系, 环境模拟与污染控制国家重点联合实验室, 北京 100084 摘要 迷宫式生物载体分离器是研究开发的好氧生物流化复合反应器中的一个重要组成部分 。该载体分离器能有效 的进行固、液、气的三相分离, 保证整个反应器正常运行。 载体分离器的分离效果受结构因素和运行参数的影响, 研究 结果表明 载体分离器在整个反应器中的安装位置和载体分离器三层反射锥之间的距离都存在最佳值; 分离器分离效 果随供气量的变化存在临界值。 设计的好氧生物流化复合反应器处理污水时, 所需的供气量在临界值之下, 因此分离 器能达到 100的分离效果。 关键词 迷宫式 生物载体分离器 生物流化复合反应器 ＊国家 863 资助课题“ 高效厌氧和好氧生物反应器研制与应用 2002AA601200 ” 1 引言 内循环三相生物流化床是一种新型的流化反应 器,具有混合性能好, 传质速率高 , 污泥浓度大 ,有机 负荷高,占地面积小等一系列优点 。目前应用最广泛 的一类内循环三相生物流化床是反应器主体采用内 外筒结构 ,顶部采用沉淀原理为基础的固液气的三相 分离器 [ 1,2] 。在该分离器中 ,剩余气体从顶部溢出 ,悬 浮污泥通过沉淀作用返回反应器,处理后的出水从反 应器上部流出, 除此之外 ,该分离器还有截留生物载 体防止其流失的作用 。但该类流化床由于反应时间 较短, 与此配套的沉淀区停留时间必然较短 ,因此会 影响悬浮物的分离效果。 本研究在利用内循环三相生物流化床处理石化 废水的实验 [ 1] 中 , 观察到了较为严重的载体流失现 象,载体的流失直接关系到运行费用的高低。此外, 在运行中可以观察到沉淀区微小的气泡冒出 ,其作用 25 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 RESEARCH DEVELOPMENT AND TENDS OF HIGH EFFICIENT ANAEROBIC REACTORS He Liansheng et al7 Abstract In this paper, the development of efficient anaerobic bioreactors is reviewed. Principles, characteristics and application research situations of upflow anaerobic sludge blanket UASBreactor, expanded granular sludge blanket EGSBreactor and internal cyclic reactor IC are introduced. Through analysis, the future research emphasis in China should be put on the third generation anaerobic reactors. Keywords efficient anaerobic bioreactor, UASB, EGSB and IC STUDY ONDEGRADATION OF DYESTUFF INTERMEDIATE WASTEWATERLi Ying et al 11 Abstract After the pre -treatment of electrolysis and evaporation of all dyestuff intermediate wastewater, the removal of CODCrcan be increased by more than 75 than the wastewater treated only by evaporation, whichmakes the dosage of activated carbon for follaw-up treatment be decreased by nearly 80. The operation cost of allwastewater is reduced greatly. Keywords dyestuff intermediate, electrolysis and pre -treatment A NEW OF TREATING Ni -W ALLOY ELECTROPLATING ORGANIC WASTEWATER Chen Xuqun et al 14 Abstract In this paper, a new for the treatment of electroplating organic wastewater containing Ni-W alloys has been applied in the oxido -flocculation reactor OFR which was developed ourselves, and the original technology of treating electroplating wastewater was reed by diffluent disposal. The result of running the wastewater treatment process shows that this treatment technology has some advantages, such as low capital investment and operating costs, high treatment efficiency, stable operation. The effluent quality can fully meet the emission standard. Keywords OFR, Ni -W alloy electroplating organic wastewater andwastewater treatment DESIGN OF LEACHATE TREATMENT SYSTEM FOR SANITARY LANDFILL SunDong et al 16 Abstract This paper introduces several important and difficult counting parameters for the design of the disposal system of leachate in a landfill as well as disposal techniques and results of leachates of a few typical landfills at home and abroad and then proposes some suggestions on the basis of which. Keywords domestic refuse, sanitary landfill, disposal of leachate, parameter calculation and engineering design EFFECTS OF NaCl SALINITY ON ACTIVATED SLUDGE TREATMENT SYSTEM Cui Youwei et al 19 Abstract This study was initiated to treat saline sewage resulting from use of seawater for toilets by SBR process and to determine the NaCl salinity effects on the activated sludge treatment system. Experiments were conducted under various salt -loading conditions to investigate such as treatment culture, organic matter removal, sludge settling characteristics and the rule of DO varying with time. The study found that high salinity inhibited the microbial growth and decrease organic matter degrading velocity and removal efficiency while microbial respiration and cell lysis were strengthened. Keywords use of seawater for ing toilets, activated sludge, saline sewage and salinity PROGRESS IN RESEARCH ON TREATING URBAN SEWAGE BY HIGH RATE BIOFILTER Bukuru G ODEFROID et al 22 Abstract A pilot study of a high -rate biofilter was conducted at a sewage treatment plant with wastewater having a BOD5of 118 mg L. Hydraulic loading did significantly affect removals over a range of 10～ 26 m3 m2d. Under H. L. 10 m3 m2d operating conditions the reactor 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 22,No. 1, February , 2004 reached BOD5removals efficiency with an average of 80. It has been foundby obsarvations that BOD5concentrations can be well reflected by a design equation based on hydraulic loading. Keywords biological treatment of wastewater, high-rate biofilter, hydraulic loading and filter kinetics DESIGN AND STUDYONMAZETYPEBIO -CARRIERSEPARATORFOR AERATED BIOLOGICAL FLUIDIZED REACTORZhang Yukui et al 25 Abstract Maze type bio -carrier separator is an important part of the new aerated biological fluidized reactor. This bio -carrier separator can effectively separate carrier, liquid and gas to ensure normal running of the reactor. Separated effect of the bio -carrier separator is affected by structural factors and running parameters. Study results indicate both the position of the separator in the reactor and distance between two layers reflection cones have optimum values. According to different air supply, there is a critical value to separated effect of separator. When treating wastewater with designed aerated biological fludized reactor, air supply needed is less than critical value, so the bio -carrier separator can reach to 100 separated effect. Keywords maze type, bio -carrier separator and biological fluidized reactor EFFECTS OF pH ON ACTIVATED SLUDGE BULKING IN INDUSTRIAL WASTEWATER TREATMENT BY SBRDing Feng et al 29 Abstract The paper introduced the effects of pH on activated sludge bulking in brewery chemical wastewater treatment by SBR. The results showed that SVI less than 100 mL g during the stages while pH of intake wastewater was from 5. 0 to 6. 0 and 5. 0 individual stage of brewery s keeping a long period. Sludge activation was restrained sludge floated when pH was from 5. 5 to 2. 5 especially in chemical wastewater . SVI of two kinds of wasrtewater was rising slightly during pH was from 9. 0 to 12. 0, but when SVI was less than 110 mL g, the restraint of sludge activation and its disintegration can be found. Activated sludge floatwas aggravated and more serious of chemicalswhenpH was from 3. 5 to 7. 0 while keeping the period pH as intakes. Excessive fungi and other filamentous bacteria were not found by microscope detection during the experiment. So, over -high or over -low pHwas not sure to cause activated sludge bulking in industrial wastewater treatment by SBR. Keywords pH, SVI, SBR and activated sludge bulking THE ANALYSIS OF SIMULTANEOUS DENITRIFYING AND DEPHOSPHORIZATION WITH NITRATE AS ELECTRONIC RECEIVERLuo Guyuan et al 32 Abstract It was found through test that the activated sludge with nitrate as electronic receiver could absorb phosphorus at the condition of anoxia and remove nitrogen through denitrification at the same time. The test ulteriorly discussed the possibility of simultaneous denitrifying and dephosphorization by using the “ double sludge” system. The results show that the concentration of phosphate tends to zero, TP ≤0. 23 mg L, NH3-H≤0. 5 mg L, TN≤8 mg L and CODCr≤25 mg L in effluent by using“double” phosphorus absorbability and denitrifying of inner carbon source in the “ double sludge” system. Keywords denitrifying phosphate removal, biological treatment, SBR system, “double” phosphorus absorbability and denitrifying of inner carbon source TREATING TECHNIQUE FOR LARGE FLOW FLUE GAS CONTAINING VOCs QiaoHuixian et al 36 Abstract Several treating techniques for VOCs flue gas in common use were analyzed. The synthetic technique of adsorption -catalytic combustion was introduced mainly. The characteristics and applicationsof FCJ organic exhaust purification equipmentwasdescribedindetail, which is a typical technique based on the adsorption-catalytic combustion and the honeycomb activated carbon is used as an absorbent. Keywords VOCs, adsorption, catalytic combustion and honeycomb activated carbon 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 22,No. 1, February , 2004