A/O两段式BAF与超滤组合工艺深度处理城市污水的实验研究

摘要

兰州是一座典型的以石油化工为主的重工业城市又是一座以黄河为主要水资源的流域城市。而随着近些年西部大开发，以兰州为中心的工业区迅猛发展，使工业废水大量排入黄河，使黄河兰州段的稀释自净能力下降，严重影响了城市居民用水和工农业用水。所以要“开源节流”，保护黄河，减少污废水的排入，达到环境与工业的可持续性发展。这里的“开源”指的就是开发新的水资源即城市污水回用，加强水循环利用技术，推广回用水应用。“节流”是指:近些年随着国家发布的全年用水计划，规定地方用水量逐年减少，要求高耗水企业要转型，提高用水效率，节约用水。
　　实现“开源节流”的根本途径就是要研发推广污水深度处理技术。目前比较流行的污水深度处理技术为生物膜法和膜分离技术。BAF是固定床的生物膜反应器的一种，具有占地面积小，投资省，工艺出水品质高、运行稳定、工艺流程简单等优点。超滤技术是膜分离技术中的一种，一般作为污水深度处理技术应用在污水二级生化处理之后，可去除生化反应中水中微细颗粒，避免了絮凝、沉淀等工艺的繁琐。故将A/O两段式BAF与超滤工艺有机的结合起来深度处理污水厂二级出水。A/O两段式BAF分为AF段和BAF段，利用A/O两段式BAF中的AF段的水解作用，加强二沉池出水的可生化性，把水中难降解有机物变为可降解有机物，然后再用BAF段去除二沉池出水中的COD和绝大部分氨氮。A/O两段式BAF出水再经超滤过滤，有机物被进一步去除的同时浊度和UV254也得到较高的去除，出水品质高、稳定，可作为优质回用水直接用于工农业城市用水。
　　为了保证A/O两段式BAF和超滤组合工艺能高效稳定的深度处理城市污水，故将整个实验阶段分为四个部分:BAF准备阶段即填料的选择和挂膜方式的确定、A/O两段式BAF启动运行阶段、超滤运行阶段和组合工艺运行阶段。
　　BAF准备阶段以兰州市某污水厂二沉池出水为原水，深入研究不同填料、不同挂膜方式对BAF深度处理城市污水的影响。以BAF工艺对原水的COD和氨氮去除作为主要考察指标，进行填料选择实验和不同挂膜方式的对比实验，实验结果表明:在填料选择实验中陶粒填料挂膜稳定且对原水的COD和氨氮去除要优于火山岩和沸石，故选用陶粒为BAF工艺填料;BAF再以陶粒为填料的不同挂膜方式的对比实验中，自然挂膜方式要比复合式进水挂膜方式启动时间短，出水稳定，对COD和氨氮去除率高，故在BAF深度处理城市污水时采用自然挂膜方式进行启动。
　　A/O两段式BAF启动运行阶段包括启动和运行两阶段。启动阶段:AF采用2步骤启动法即好氧预挂膜启动和厌氧启动;BAF与AF串联进行自然挂膜。运行阶段为通过改变A/O两段式BAF的水力负荷和BAF段的气水比选择最佳运行条件。实验结果表明:在原水水质为CODcr33～68(mg/L)，氨氮10～25(mg/L)情况下A/O两段式BAF在HRT为2.5-3h，BAF段气水比为7∶1的情况下经过54天挂膜成功，对CODcr平均去除率为39.12％，氨氮平均去除率为97％以上;在最佳运行条件为水力负荷为0.367m3/（m2*h），BAF段气水比为7∶1的情况下A/O两段式BAF对CODcr平均去除率为49.1％，氨氮平均去除了在97％以上。
　　超滤运行阶段由两部分组成:第一部分为超滤膜的基本性能实验，通过分析膜通量和跨膜压差的变化情况，考察超滤膜基本性能和连续运行能力;第二部分为超滤工艺最佳运行参数的确定，采用正交实验确定超滤工艺的最佳运行参数为:运行半小时反冲洗10min，清洗方式为水脉冲法。
　　A/O两段式BAF和超滤组合工艺深度处理城市污水的实验研究分为两部分。一部分通过考察COD容积负荷和温度对组合工艺处理效能的影响，表明了组合工艺出水稳定、抗冲击负荷能力强;另一部分通过组合工艺及各处理单元单独运行对城市污水深度处理的对比试验，考察各处理单元是否能有机的结合起来达到预期的处理效果，实验结果表明组合工艺将AF段的水解作用、BAF段的硝化作用和氧化分解作用及超滤的过滤作用有效地结合在一起，工艺出水水质:COD为13.54mg/L、氨氮为0.42mg/L、UV254为0.095、浊度为0.47NTU，对二沉池出水平均去除率依次70％、97.7％、UV25428％、82.3％。同时A/O两段式BAF作为超滤工艺的前置处理，有效的降低超滤的膜污染，减小了超滤的清洗频率。
　　A/O两段式BAF和超滤组合工艺流程简单，占地面积小，出水稳定，抗冲击负荷能力强，出水满足城市再生水利用景观用水、城市工业用水和和城市杂用水水质指标，故组合工艺出水可直接回用于工农业用水，应用前景广泛。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 城市污水回用现状及回用技术

1．2．1 曝气生物滤池(BAF)在城市污水回用中应用研究

1．2．2 超滤(UF)在城市污水回用中的应用研究

1．3 课题的提出及研究目的、意义和内容

2 曝气生物滤池(BAF)的填料选择及挂膜方式的研究

2．1 曝气生物滤池(BAF)的填料选择实验

2．1．1 填料性能介绍

2．1．2 实验概况

2．1．3 不同填料对氨氮去除率的影响

2．1．4 实验结论

2．2 曝气生物滤池(BAF)不同挂膜方式的对比实验

2．2．1 实验概况

2．2．2 不同挂膜方式对CODcr去除率的影响

2．2．3 不同挂膜方式对氨氮去除率的影响

2．2．4 不同挂膜方式中对氮转化影响

2．2．5 生物量与生物活性的测定

2．2．6 实验结论

2．3 本章小结

3 A／O两段式BAF在城市污水深度处理中的启动运行实验

3．1 A／O两段式BAF的启动实验

3．1．1 A／O两段式BAF实验装置

3．1．2 A／O两段式BAF的启动实验概括

3．1．3 A／O两段式BAF启动实验的结果与分析

3．2 A／O两段式BAF最佳运行参数的确认

3．2．1 A／O两段式BAF最佳水力负荷的确认

3．2．2 A／O两段式BAF最佳气水比的确认

3．3 本章小结

4．超滤(UF)工艺在城市污水深度处理的实验研究

4．1．实验概括

4．2．超滤膜的基本性能实验

4．2．1 膜通量与跨膜压差实验

4．2．2 超滤膜连续运行实验

4．2．3 超滤膜的污染与清洗

4．3 超滤工艺最佳运行参数的确认

4．3．1 最佳运行参数的确认

4．3．2 运行结果与分析

4．4 本章小结

5．A／O两段式BAF与超滤组合工艺深度处理城市污水的实验研究

5．1 实验概括

5．2 组合工艺的影响因素

5．2．1 COD容积负荷对组合工艺处理效能的影响

5．2．2 温度对组合工艺处理效能的影响

5．3 组合工艺及各处理单元单独运行对污染物去除效果的对比实验

5．3．1 组合工艺及各处理单元单独运行对CODCr的去除效果

5．3．2 组合工艺对氨氮的去除效果

5．3．3 组合工艺对UV254的去除效果

5．3．4 组合工艺对浊度的去除效果

5．4 组合工艺中生物相的分析

5．4．1 生物膜

5．4．2 厌氧生物降解机理及生物相分析

5．4．3 好氧生物降解机理及生物相分析

5．5 组合工艺出水回用前景分析

5．6 本章小结

总结

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果