二级曝气生物滤池在北大荒肉业废水处理中的应用研究 58页

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文(GB13457-92).Theoptimalschemeofback-washingforthefirst-stageBAFandthesecond-stageBAFwasestablishedbyanalysingthechangeofpollutantsconcentrationandtheactivitiesofbiomassinmeatpackingwastewatertreatment.Underthefixedfiltrationconditions,theappropriateback-washingmodesofBAFweredeterminedasfollows:theairback-washing-----theair/waterback-washing-----waterback-washing.ThetimeforCODandSSremovalefficienciesrecoveredtothestatebeforeback-washingwasabout4hand4-8h,respectively.Itisthereforeconcludedthatappropriateback-washingmodesofBAFcannotonlyimprovethesystem’sefficienciesandbiofilm’sactivities,butalsoextendtheback-washingcycleofBAFanddecreasetheoperatingcost.Keywordsslaughter-housewastewater;two-stagebiologicalaeratedfilter(BAF);back-washing;-III-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目录摘要...............................................................................................................................I Abstract.......................................................................................................................II 第1章绪论................................................................................................................1 1.1课题背景...........................................................................................................1 1.2曝气生物滤池(BAF)污水处理技术...............................................................2 1.2.1BAF的产生和发展.....................................................................................2 1.2.2BAF基本工作原理.....................................................................................4 1.2.3BAF工艺的优点.........................................................................................6 1.2.4影响BAF反应器运行的主要因素............................................................7 1.3国内外典型的BAF组合工艺及特点.............................................................8 1.4研究目的和研究内容.....................................................................................12 1.4.1研究目的..................................................................................................12 1.4.2课题的研究内容......................................................................................13 第2章试验材料与方法..........................................................................................14 2.1试验材料.........................................................................................................14 2.1.1试验药剂..................................................................................................14 2.1.2试验仪器..................................................................................................14 2.2分析项目及方法.............................................................................................15 2.2.1水质分析方法..........................................................................................15 2.2.2生物膜形态观测......................................................................................15 2.3本章小结.........................................................................................................15 第3章北大荒肉业废水处理的工艺对比与选择..................................................16 3.1常见屠宰废水水质简介.................................................................................16 3.2屠宰废水处理技术进展.................................................................................16 3.3本工程中屠宰废水来源与水质.....................................................................18 3.4废水处理设计方案.........................................................................................18 3.4.1污水处理站设计总说明..........................................................................18 3.4.2污水工艺选择..........................................................................................19 3.5二级BAF滤料的选择及设备运行控制.........................................................28 3.5.1滤料的选择..............................................................................................28-IV-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3.5.2设备运行控制..........................................................................................30第4章二级BAF对北大荒肉业废水的处理效能..................................................314.1厌氧—二级BAF工艺处理屠宰废水的运行结果.........................................314.1.1预处理后出水水质及水质分析方法......................................................314.1.2调试过程中二级BAF净化效果..............................................................324.1.3调试过程中气/水比对二级BAF运行效能的影响.................................384.2生物膜的形态结构特征.................................................................................404.3本章小结.........................................................................................................42第5章BAF反冲洗调试效果及技术关键探讨......................................................435.1曝气生物滤池的反冲洗方式及反冲洗条件.................................................435.1.1第一级BAF的反冲洗..............................................................................445.1.2第二级曝气生物滤池的反冲洗..............................................................455.2曝气生物滤池反冲洗后对净化效能的影响.................................................465.2.1二级曝气生物滤池对COD的去除效果.................................................465.2.2二级曝气生物滤池对SS的去除效果.....................................................485.3本章小结.........................................................................................................48结论与建议................................................................................................................50参考文献....................................................................................................................52哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明............................................................58致谢........................................................................................................................59-V-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论3.5.2课题背景地球虽然有70.8%的面积为水所覆盖，但淡水资源却极其有限。在全部水资源中，97.5%是咸水，无法饮用。在余下的2.5%的淡水中，有87%是人类难以利用的两极冰盖、高山冰川和永冻地带的冰雪。人类真正能够利用的是江河湖泊以及地下水中的一部分，仅占地球总水量的0.26%，而且分布不均。约65%的水资源集中在不到10个国家，而约占世界人口总数40%的80个国家和地区却严重缺水。据联合国公布的统计数据，全球目前有11亿人生活缺水， 26亿人缺乏基本的卫生设施。缺水已成为一个世界性的问题[1]。中国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为2.8×1012m3，占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有 2300m3，仅为世界平均水平的1/4、美国的1/5，在世界上名列121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。扣除难以利用的洪水泾流和散布在偏远地 区的地下水资源后，我国现实可利用的淡水资源量则更少，仅为11000亿m3左 右，人均可利用水资源量约为900m3，并且其分布极不均衡。到20世纪末，全国600多座城市中，已有400多个城市存在供水不足问题，其中比较严重的 缺水城市达110个，全国城市缺水总量为6×109m3[2]。此外，我国的水污染状况也日益加剧，河段有47%，湖泊有75%，城市水源有90%受到污染，水资源短缺和水污染加剧构成的水危机制约着我国水资源的可持续发展。根据统计资料表明[3]：2010年要增加6722万吨的污水处理，约需1344亿元的环保资金投入，按目前日处理能力2685万吨，每立方米的运行费用0.5元，需运行费用49亿元/年，资金不足十分突出。在我国，已经出现了污水处理厂“建的起、养不起”的现象。据清华大学紫光顾问公司调查，我国污水处理设备运行状况是1/3运行正常，1/3不正常，1/3处于停止状态，这使污水处理厂的运转率只能达到50%。节水和治污是水资源可持续发展战略的核心部分，寻求低成本、高效率的新型城市污水处理技术，一直是世界各国环保界关注的热点[4,5]。现代废水的处理方法主要分为物理处理法、化学处理法和生物处理法三种。生物处理法是通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶解、胶体以及微细悬浮状态的有机污染-1-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文物转化为稳定、无害的物质的方法，包括好氧生物处理和厌氧生物处理两种类型，好氧生物处理又可分为活性污泥法和生物膜法。曝气生物滤池是一种新型的生物膜法处理设备。曝气生物滤池处理工艺与普通活性污泥法处理工艺相比，具有有机负荷高、占地面积小（是普通活性污泥的1/3）、投资少（节约30%）、不会产生污泥膨胀、氧传输效率高、出水水质好等优点，但它对进水SS（固体悬浮物含量）要求较严，因此对进水需要进行预处理。同时，它的反冲水压大，水头损失也较大[6]。3.5.2曝气生物滤池(BAF)污水处理技术4.1BAF的产生和发展曝气生物滤池（BiologicalAeratedFilter，BAF）作为生物膜法的又一新型工艺，其思路始于20世纪初，经过不断的发展，直至20世纪80年代中期才形成一种较为成熟的污水处理新工艺，并得到应用和推广[7]。淹没式生物滤池是曝气生物滤池发展的重要前身，1913年该技术开始在美国Lawrence应用，初称淹没式接触曝气池（SubmergedContactAerator，SCA），1925～1958年在德国有10余座生产性SCA被应用，但其后必须设置沉淀池。为防止固体在填料内阻塞，通入空气冲堵，其时利用焦炭及灌木枝做填料，后来改用木板条以减小生物膜的聚集。1927年美国得克萨斯州建立了第一座生产性SCA，采用灌木及过滤板作为填料，池内有空气扩散装置，该系统的设计流量为1800m3/d，水力停留时间1h[8]。20世纪30年代，德国开发了类似的滤池，内填粗炉渣。此后，SCA随着采用新的填料及运行方式而不断得到发展，直到20世纪70年代末、80年代初，人们将反冲洗应用在新型的生物滤池中，通过反冲洗的方式更新生物膜和清除截留的悬浮物。同时，滤料粒径进一步减小，除了增大比表面积和生物浓度外，还具有了截留悬浮物的功能，从而使得系统出水不需要再利用沉淀池进行固液分离，节约了二沉池。可以说，具有截留悬浮物和利用反冲洗的方式更新生物膜，解决堵塞问题是曝气生物滤池工艺成熟的标志[9]。随之，曝气生物滤池在世界很多国家和地区广泛应用，目前世界范围内已有几百座BAF设施。英国利物浦北部的WaterSandonDock污水处理厂，将生物滤池应用于新建的第二处理水厂的处理工艺中，使该厂拥有20个曝气生物滤 池，其中每个滤池占地面积的设计值为141m2[10,11]。我国北京已有5个示范-2-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文工程，马鞍山钢铁设计院即将成立全国BAF研究中心。从BAF工艺的开发到日趋成熟，国内外出现了多种基于BAF技术的水处理工艺。此外，在工业废水处理中，曝气生物滤池也得到了广泛应用，如在纺织废水[12]、屠宰废水、纸浆造纸废水[13,14]、以及猪粪废水的处理中[15]。总体说来，目前国外对曝气生物滤池的研究基本上处于由中试向生产性转变的阶段，其研究的重点主要集中在：滤池中微生物的空间分布特征，以及自养菌和异养菌的最佳生存空间；找出工艺的最佳运行工况；填料粒径尺寸对滤池处理效率的影响；滤池的应用负荷对COD去除率以及NH3-N去除率的影响。多数实验总结出：在极限负荷内，COD去除率与负荷呈线性关系，即COD的去除率随着进水负荷的增大而增大。截至到目前为止，曝气生物滤池已在国内多个行业的水处理中得以成功应用。太原市殷家堡污水处理厂采用二级曝气生物滤池，处理规模1000m3/d，处理效果良好；太原化工集团污水处理厂也曾使用过曝气生物滤池进行废水处理回用。大连马栏河城市污水处理厂通过引进德国Muler公司的工艺技术，采用 两级Biofor工艺，日处理水量为1.2万m3/d。从投运几年来的实际运行表明，其出水水质已达到回用水水质标准，成为我国城市污水处理领域采用曝气生物滤池技术成功的典范[16]。广东省新会市东郊污水处理厂采用BOT模式建设的城市污水厂，规模为日处理污水4万吨，处理工艺采用中冶集团马鞍山钢铁设计院总院开发的水解（酸化）+上向流曝气生物滤池专利技术。其中运行结果表明，BAF的SS、COD、BOD5和氨氮总去除率分别为85%、85%、90%、64%；而系统SS、COD、BOD5和氨氮的总去除率分别为94%、88%、91.5%、64%。可见BAF对系统的总去除率起关键性作用。2001年，郑俊等人采用上向流曝气生物滤池进行了生活污水处理的实验研究[17]。此外，东华大学的陈义标采用曝气生物滤池对染料废水进行深度处理的研究中表明，以陶粒－活性炭联用的生物滤池集中了吸附、氧化、过滤技术，对水质、水量变动有较强的适应性，在低温条件下也能保持一定的净化功能，不仅可以有效地去除染料废水二级处理出水中难生物降解的有机污染物，而且可以有效地解决其他生物膜法对废水中色度去除率不高的难题[18]。目前，国内在工业废水方面应用曝气生物滤池的实例还有：2003年张恒建等人[19]，采用曝气生物滤池＋二氧化氯消毒工艺对徐州市城郊某中型综合医院的医疗废水进行处理，并取得满意效果。同年，哈尔滨工业大学李玉华等人[20]，也采用气浮＋曝气生物滤池工艺对哈尔滨某棉纺厂的生产车间排水进行处理，处理后出水达到国家《污水综合排放标准》（GB8978-1996）的二级标准。2004年李善评等人[21]，将曝气生物滤池用-3-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文在啤酒废水的处理中，取得良好的运行效果。总的来说，国内对曝气生物滤池的研究主要集中在与其他工艺相结合进行多种污水的处理。其应用领域包括城市污水处理、生活污水处理[22~26]、工业废水处理和中水回用工程等，同时在微污染水源水的给水处理系统中也有应用。3.5.2BAF基本工作原理曝气生物滤池通常由粒状的填料床组成，曝气装置在安装在填料床承托层或靠近它的地方，流过反应器的污水既可以是上向流也可以下向流，污水中的底物和充足的氧气使滤料表面附着生物膜[30]。曝气生物滤池工艺类型和操作方式有多种，各具特点，但其基本原理是一致的。曝气生物滤池处理污水的原理是[31]反应器内填料上所附生物膜中微生物氧化分解作用，填料及生物膜的吸附阻留作用和沿水流方向形成的食物链分级捕食作用以及生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用。曝气生物滤池根据进水方向，分为上向流和下向流两种型式。其中上向流以OTV公司的BIOSTYR工艺为代表；下向流以OTV公司的BIOCARBONE工艺为代表。目前，常用的是上向流，其进水和进气共同向上流动，这有利于气与水的充分接触并提高氧的转移速率和底物的降解速率。图1-1BIOSTYR和BIOCARBONE工艺在BIOCARBON工艺中，经预处理的污水从滤池顶部进入，在滤池底部进行曝气，气水处于逆流。在反应器中，有机物被微生物氧化分解，NH3-N被氧化成NO3-N，另外由于在生物膜的内部存在厌氧/兼氧环境，在硝化的同时实现部分反硝化。在无脱N要求的情况下，从滤池底部的出水可直接排出系统，一部分留做反冲洗之用，如果有脱N要求，出水需进入下一级后置反硝化柱，同时需外加碳源，因为内环境反硝化不能使出水TN达到排放要求。-4-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文在BIOSTYR工艺中，经预处理的污水与经硝化的滤池出水按一定回流比混合后进入滤池底部。在滤层中进行曝气，曝气系统将滤池分为好氧和缺氧两部分。在缺氧区，一方面反硝化菌利用进水中的有机物作为碳源，将滤池中的NO3-N转化为N2，实现反硝化。另一方面，填料上的微生物利用进水中的溶解氧和反硝化产生的氧降解BOD，同时，一部分SS被吸附截留在滤床内，这样便减轻了好氧段的固体负荷。经过缺氧段处理的污水然后进入好氧段，好氧段的微生物利用从气泡转移到水中的溶解氧进一步降解BOD，硝化菌将NH3-N氧化为NO3–N，滤床继续截留在缺氧段没有被去除的SS。从BIOCARBONE到BIOSTYR工艺的运用是一个逐步发展的过程，两种工艺相比而言，BIOSTYR工艺有如下优点：（1）重力流反冲洗无需反冲泵，节省了动力；（2）滤头布置在滤池顶部，与处理水接触不易堵塞，便于更换；（3）硝化/反硝化在同一池内完成。在BAF工艺中，小圆粒状填料作为微生物的载体，对滤池的工作效率有很大的影响，滤料根据比重不同分为悬浮滤料（比重<1）和下沉滤料（比重>1）两种。采用两种滤料的滤池区别在于反冲洗的进水方向，采用悬浮填料时，反冲洗进水必须同工艺进水逆向进行，而下沉填料则不同，无论进水方向如何，反冲洗水均从下向上进行，这样在较高强度的反冲条件下，可使填料悬浮，使填料床处于膨胀和流化状态，能改进冲洗效果。目前国内外对填料的选择也有大量的研究，最常用的有膨胀粘土（陶粒）[29,30]、沸石[31,32]、以及火山岩[33]等。BAF工艺首先用作三级处理，后来发展成直接用于二级处理。随着研究的深入，曝气生物滤池从单一的工艺逐渐发展成系列综合工艺，有去除SS、COD、BOD、硝化-反硝化脱氮和生物除磷的作用。目前，在生产规模及中试研究中，BAF工艺进水经一级处理（或强化一级处理）后，可进行多段串联运行。法国巴黎的哥伦布污水处理厂正在运行的就是一套三级串联工艺。还有Chudoba等人[37]的中试研究也采用类似的处理系统。另外，还有部分系统采用两级串联运行，一级为脱碳系统，一级为脱氮系统[35]。目前世界范围内普遍采用的BAF系统均为周期性运行，从开始过滤至反冲洗完毕为一完整周期，具体过程如下：经强化一级处理或部分二级处理的污水从滤池进水管进入，污水与空气共同流经填料层，此时反冲洗空气处于关闭状态。在污水与填料接触过程中，填料上的微生物利用进水中的溶解氧、有机物、NH3-N发生一系列复杂的生物化学反应，降解水中的BOD、NH3-N、P，同时SS和部分P也通过一系列复杂的物化过程被填料及其上面的生物膜吸附截留在滤床内[36,37]。流出填料层的-5-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文净化水经出水管排出滤池，其出路有三：①排出处理系统之外；②按一定回流比与原水混合进入滤池实现反硝化；③用作反冲洗水（在多个滤池并联运行的情况下，当某一个滤池反冲洗时，反冲洗水由其它工作着的滤池出水共同提供）。随着过滤的进行，由于填料层内生物膜逐渐增厚，SS不断积累，过滤水头损失逐步加大，在一定进水压力下，设计流量将得不到保证，此时即应进行反冲洗再生，以去除滤床内过量的、尤其是脱落的老化生物膜及SS，恢复滤池的处理能力。依据不同的处理情况，滤池出水指标（如SS、NH3-N等）也可通过自控系统成为反冲洗的控制参数。反冲洗通常采用气、水交替反冲，反冲洗水即为贮存的达标排放水，反冲洗所需空气来自滤池底部的反冲洗气管。反冲洗再生过程如下：①关闭进水和工艺空气管道；②水单独反冲洗；③空气单独反冲洗；④气水联合反冲洗；⑤最后用水漂洗一次。反冲洗水一般自下而上进行，填料层受上向水流作用发生膨胀和流化，填料层在单独水冲或气冲过程中，不断膨胀和被压缩。同时，在水、气对填料的流体冲刷和填料颗粒间相互摩擦的双重作用下，生物膜、被截留吸附的SS与填料分离，冲洗下来的生物膜及SS在漂洗中被冲出滤池。反冲洗污泥被回流到设在滤池前的沉淀系统，再生后的滤池进入下一周期的运行。3.5.2BAF工艺的优点现代曝气生物滤池是在传统的生物滤池、高负荷人工通风滤池，尤其是生物接触氧化工艺的基础上，引入饮用水处理中的过滤工艺而发展成的一种高负荷、高效生物处理工艺。它不但具有接触氧化法的优点，还继承了生物滤池的部分特点。曝气生物滤池与生物接触氧化法相比，具有以下优点：（1）具有更高的生物浓度和更高的有机负荷。BAF中采用的粗糙多孔的粒状填料为微生物提供了更佳的生长环境，易于挂膜及稳定运行，可在填料表面保持较多的生物量，单位体积内微生物量大于生物接触氧化法的微生物量[32]。高浓度的微生物量使得BAF的容积负荷增大，进而减少了池容积和占地面积，使基建费用大大降低[28]。（2）占地面积小。由于在BAF反应器中，处理效果与填料高度成正相关[38]，因此可以通过增加填料高度来减少占地面积。曝气生物滤池的容积负荷很高[39]，是接触氧化法的6～12倍[40]。-6-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文（3）工艺简单，基建费用低。由于填料的机械截留作用以及滤料表面的微生物和代谢中产生的粘性物质形成的吸附架桥作用[41]，因此，可省去二沉池，进而降低基建费用，在稳定运行情况下，去除SS的机理类似于普通快滤池，出水SS均较为理想。（4）受气温影响小。由于BAF为半封闭或全封闭构筑物，其生化反应受外界温度影响较小，因此适合于寒冷地区进行污水处理[42]。（5）菌群结构合理。生物接触氧化法当中的微生物的分布相对均匀，而 在BAF中从上到下形成了不同的优势生物菌种[28]，因此使得除C、硝化/反硝化能在同一个池子中发生，简化了工艺流程。（6）易于操作管理。曝气生物滤池抗冲击负荷能力强，耐低温，无污泥膨胀之虞，可以避免微生物流失，保持较高的微生物量，因此，日常运行管理简单，处理效果稳定[40]。（7）高质量的出水水质。与生物接触氧化法相比，曝气生物滤池具有更 好的SS去除效果和脱氮能力[38]。3.5.2影响BAF反应器运行的主要因素曝气生物滤池是利用附着生长在粒状填料粗糙多孔的表面上的微生物来完成的，影响这些微生物活性的条件必然会影响到反应器的运行，对净化功能产生影响。（1）进水底物浓度在污水中，微生物利用酶的催化作用将大部分的有机物和部分的无机物进行生物化学转化，这些被微生物利用为营养源的有机物和无机物称为底物。曝气生物滤池对进水底物浓度是有一定的要求的，当进水底物浓度远远小于临界进水底物浓度时，反应器的去除效率随底物浓度的增加而增加，而当进水底物浓度超过某一值时，去除效率反而会下降[43]。（2）溶解氧水平对于曝气生物滤池反应器，起净化作用的主要是专性好氧微生物和兼性微生物。曝气生物滤池反应器氧的利用率较高，这主要是因为填料粒径适中、表面粗糙，气泡在填料层的上升过程中，随颗粒间的空隙大小不断被挤压变形、不断被切割成小气泡，加大了气液固的接触面积，延长了停留时间；同时，填料内外的众多孔隙不仅增加固着的生物量，而且加快了氧气直接透入生物膜，提高了氧气的传质速率。-7-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文（3）填料层高度和填料特性曝气生物滤池填料层高度对去除效果和基建投资有很大的直接影响。Francisco等[44]对陶粒作为填料的向下流曝气生物滤池工作性能与高度的关系进行了研究，得出结论：以陶粒作为填料的曝气生物滤池的床层适宜高度应为1.2~1.5m之间。填料特性特别是填料粒径和密度同样对曝气生物滤池的运行效 果有很大的影响。Kent等人也做了相关研究[45]，认为曝气生物滤池填料粒径在2~4mm之间的曝气生物滤池的硝化功能要比填料粒径为4~8mm和5.6~11.2mm 时要好得多。Mann和Stephenson[46]在研究中发现，当填料相对密度分别为0.92和1.05时，前者在COD去除效率上要好于后者。（4）水力停留时间与负荷率对于曝气生物滤池反应器，水力停留时间对物理吸附截留作用影响不大。生化作用的反应速率取决于温度和基质可生化性等因素，一般反应时间越长，对基质的去除率也就越高。Pujol等[47]同样认为水力负荷（滤速）的提高有利于增强曝气生物滤池的传质能力，只要在曝气量、温度、反冲洗等因素不受限制的条件下，尽可能大的水力负荷（滤速）对于曝气生物滤池的有机物去除、硝化、反硝化是一个积极有利的因素。（5）其它影响因素除以上因素外，营养物质、酸碱度和温度、反冲洗、生物膜周围的水力剪切力以及一些污染物的毒性抑制作用等对曝气生物滤池的运行也有一定影响。3.5.2国内外典型的BAF组合工艺及特点按照污水处理要求不同，可将BAF工艺分为以下几类：除C/硝化工艺；除 C/硝化/反硝化工艺；除C/除P/脱N工艺[48]。在下述的几种BAF组合工艺中，为方便描述和理解组合工艺的特点，采用简写的方式来表述具体的工艺目的，其中C表示有机物去除工艺；N表示硝化工艺；DN表示反硝化工艺；P表示除磷工艺；R表示混合液回流工艺。（1）除C/硝化工艺图1-2为马鞍山钢铁设计院设计的试验工程，原水经过预处理，进入BAF滤池实现除C和硝化，在该工艺中，由于生物膜厌氧内环境的存在，对TN有一定的去除率，但TN不是控制指标，适用于对NH3-N排放有要求的工艺。当进水固体杂质较多时，初级处理建议采用水解，这样可减少初级处理的产泥量。-8-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文进水水解/沉淀BAFCN出水图1-2水解—BAF工艺（2）除C/硝化/反硝化工艺图1-3的工艺为基于A/O的原理对图1-2工艺的改进。因为在图1-2工艺中未涉及对TN的要求，如果对TN排放有限制，只需将出水的一部分回流到前段水解池便可实现反硝化，实现脱N目的，通常回流比R为100%～300%。R进水水解BAFCN出水图1-3水解—BAF硝化工艺图1-4的工艺将硝化和反硝化分别在两个滤池中进行，该工艺操作方便运行可靠，但必须外补充碳源供反硝化之用，并且外加碳源的量必须严格控制，外加碳源过少，反硝化不彻底，TN排放不能达标；外加碳源过多，出水COD难以达标。因此建议适当多加碳源，但必须在出水中将DO质量浓度维持在2～ 4mg/L，以防出水COD超标[49]。碳源进水水解BAFCNBAFCN出水图1-4两段后置脱N工艺图1-5的工艺中将BAF作为三级处理，实现脱N的目的，该工艺采用 BIOSTYR工艺，代表性的有法国CERGY污水厂。该厂处理流量为40000m3/d，进出水水质见表1-1。表1-1CERGY污水厂进出水水质mg/L项目进水出水COD670＜60 SS350＜20 BOD5350＜25 TKN350＜10运行时，对曝气池出水水质需加控制以确保有充足的反硝化碳源。如果要实现出水P排放达标，可在斜沉池前加入化学除P剂便可。该工艺可作为我国部分已有污水处理厂的改扩建工艺，使出水TN达标排放。-9-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文R进水水解曝气池斜沉池BAFCN出水污泥浓缩图1-5BAF三级处理工艺（3）除C/除P/脱N工艺图1-6的工艺适用于进水杂质SS浓度很高的原水。BAF为中间曝气，利用进水的碳作为反硝化碳源，减轻了好氧段的负荷，节省了用地面积，同时后处理除P可保证BAF池中有充足的P营养源。该工艺中BAF为上向流，国外用得较多的为BIOSTYR工艺。R除P剂进水水解BAFCN混凝斜沉出水图1-6前置脱N—后续化学除P工艺图1-7的工艺将硝化和反硝化分别在两个不同的滤池中进行，仍具有单段前置脱N的许多优点，同时，操作比单池脱N稳定可靠，但该工艺投资及占地面积较大。在混沉池中加入化学除P剂，实现除P目标。该工艺进水杂质、SS浓度不宜过大，否则混沉池的排泥将成为问题。同时要保证BAF池生化反应所需的P营养源。R进水混凝BAFCNBAFCN出水图1-7两段前置脱N工艺图1-8的工艺中在预沉池中投加化学除P剂实现化学除P，除C、硝化、反硝化分别在三个滤池中进行，BAF池均为BIOSTYR工艺，外加碳源进行后置脱N。-10-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文碳源旱季流程：进水物化沉淀BAFCBAFNBAFDN出水R雨季流程：进水物化沉淀BAFCBAFNBAFDN出水图1-8三阶段除P脱N工艺由于各滤池相对独立，各自的处理目的明确，因此运行稳定性和处理效果好。虽然池数较多，但可以将大部分的池容埋于地面以下。只要设计合理仍可做到节约用地，特别是该工艺的雨水处理技术值得在设计中进行借鉴。法国塞那中心COLOMBES污水厂为该工艺的典型代表。该厂的设计流量为 240000m3/d，进出水质见表1-2。该工艺适用于大水量、运行稳定要求高的生活污水处理。表1-2COLOMBES污水厂进出水水质mg/L项目进水旱季排放雨季排放COD600＜60＜80 SS3602030 BOD52402530 TKN601015 TP161-NH3-N40＜8＜12图1-9的工艺与常规两段曝气生物滤池的最大不同在于，一般除C在硝化池，而这里除C与反硝化同处一池，硝化池只是作为除C的可靠保证。在该工艺中硝化池和反硝化池均需进行曝气。进水从BAFDN池的上部经填料后进入BAFN池的底部，然后从BAFN池上部出水。空气从BAFDN的底部通入形成逆流，增大了气水接触面积，有利于氧的转移，有利于发挥表面生物膜的氧化降解作用。反硝化作用主要利用BAFDN池中氧下多上少的分布，在顶部实现反硝化。BAFN池中进行曝气为出水COD达标提供了更可靠的保证。如对P有更高的要求，可在BAFN池进水端投加FeCl3。该工艺可以处理生活污水、含高浓度COD的有机工业废水，也可用于废水的深度处理。-11-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文反冲洗空气反冲洗泥水进水曝气沉沙初沉池BAFDNBAFN出水污泥浓缩FeCl3反冲水处理后水池循环水出水图1-9两段曝气BAF工艺纵观以上工艺，流程非常简单，但能使出水达到处理要求，这是由BAF滤池本身固有的性质决定的。每个工艺主要由以下两部分构成：预处理（沉淀或水解）+BAF。根据出水是否有脱N要求选择适当的BAF技术。对于需进行脱N的污水，如果进水碳源充足可考虑选择上向流前置脱N，这样既可以缩短流程（减少占地面积），同时又可节省投资。如果进水碳源不充分，最好将硝化/反硝化单独进行，考虑后置脱N，其最为不利的一面是需要外加碳源，运行成本相对较高。另一个最大的问题是如何投加适当剂量的碳源，这需要可靠的自动控制、稳定的进水浓度，同时，出水需要进行曝气用于去除过量的碳。但后置脱N一旦进入正常运行，出水水质稳定，同时操作也较为简单。BAF除P工艺主要有两种：前置除P和后置除P。如果进水固体杂质较少，可选前置除P，如果进水固体杂质较多则最好选择后置除P，除P剂一般用FeCl3较为经济合理[51]。3.5.2研究目的和研究内容4.1研究目的根据上述文献综述可知，BAF具有抗冲击负荷能力强、占地面积小、工艺简单、基建费用低、受气温影响小、菌群结构合理、易于操作管理等特点，其不但在生活污水、石化废水等污水处理中显示出优越的处理效能，而且在废水深度净化及微污染源水处理中逐渐得到广泛应用。所以，本文根据BAF系统的工艺特点及屠宰废水的水质情况，拟将BAF应用于屠宰废水处理工程-12-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文中，以其充分发挥BAF系统的工艺特性，解决屠宰废水在常规生化处理工艺中难于降解、运行费用高、占地面积大等问题。以北大荒肉业废水处理为例，根据当前屠宰废水的特点及处理工艺现状，结合该厂的实际情况，设计以BAF为主体反应系统的处理工艺流程，并通过与生物接触氧化为主体反应系统的工艺方案进行技术、经济比较，论证BAF在屠宰废水处理中的可行性及技术、经济优越性。通过调试寻找合适的BAF工艺运行参数，达到提高处理效果和降低运行成本的目的；此外，通过对二级BAF的净化机理的研究，可以实现实际工程的工艺优化，为今后工程实践提供参考和设计依据。3.5.2课题的研究内容（1）以北大荒肉业废水处理为例，根据屠宰废水的特点、处理后出水性质、运转是否稳定、管理难易、运转成本高低等因素，确定了分别以二级曝气生物滤池和二级接触氧化为主体的污水处理方案，通过工艺技术及经济比较确定最佳工艺流程。（2）对连续流二级BAF在屠宰废水处理工程中的性能进行考察，分析工艺运行参数对净化效能的影响；考察BAF内生物相的特点和变化规律，分析BAF系统长期稳定高效运行的原因，为今后工程设计提供依据。（3）针对屠宰废水处理工程中的二级BAF，在调试过程中对反冲洗进行考察，分析反冲洗后运行参数及生物量活性的变化，确定第一级和第二级BAF各自的最佳反冲洗策略。-13-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第2章试验材料与方法3.5.2试验材料4.1试验药剂试验中用到的主要化学药剂见表2-1。表2-1试验药剂药剂名称分子式含量主要用途重铬酸钾K2Cr2O799.8％分析 硫酸银Ag2SO499.7％分析 磷酸二氢钾KH2PO499.5%分析 酒石酸钾钠KNaC4H4O6·4H2O99.0%分析 钼酸铵(NH4)6Mo7O24·4H2O99.0%分析 过硫酸钾K2S2O899.5%分析 硫酸亚铁铵Fe(NH2)·(SO4)2·6H2O99.5%分析 氢氧化钠NaOH99.0%分析盐酸HCl99.0%分析 碘化钾K2I99.5%分析 碘化汞Hg2I99.5%分析4.2试验仪器试验中所用的主要仪器详见表2-2。表2-2试验中所用主要仪器仪器名称型号产地 恒温水浴振荡器SHA-A江苏 COD反应器HACH美国 紫外可见光光度计Spectrum752上海 WTW手提式溶氧仪Oxi315i德国 溶剂过滤器Ap-01P天津ALC-210.2 梅特勒-托利多电子天平上海 ALC-110.4雷磁精密pH计PHS-3C上海干燥箱PHG-9070A上海 生化培养箱SHX-36上海-14-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3.5.2分析项目及方法4.1水质分析方法本研究采用的水质分析方法均依照国家环保局编写的《水和废水分析检测方法》[52]。试验中主要分析项目包括：COD、BOD5、TN、TH3-N和SS等。具体的分析方法见表2-4，试验分析时所用的化学药剂均为分析纯。表2-3水质分析方法编号分析项目分析方法1COD重铬酸钾回流法2TN消解法3NH3-N纳氏试剂分光光度计 4BOD5接种稀释法 5碱度滴定法6DO溶解氧分析仪7MLSS重量法8SS重量法9pHpH电极10温度温度计4.2生物膜形态观测通过扫描电镜观察滤料表面生物膜形态。从反应器内取一定量滤料，用溶于0.1M的磷酸盐缓冲溶液（pH为7.4）的4.5％戊二醛在4℃固定24小时，用磷酸盐缓冲溶液冲洗3次，每次15分钟；接下来用50％、70％、80％、90％、95％乙醇逐级脱水，每次10分钟，最后用100％乙醇脱水3次，每次10分钟。将样品用真空喷镀仪（日本JEOL公司的JEE－4X）干燥后，用双面胶固定在观察平台上，然后用离子溅射仪（日本JEOL公司的JFC－1600）喷铂。最后用扫描电子显微镜观察拍照（日本JEOL公司的JSM－5610LV）。3.5.3本章小结本章介绍了试验所用主要仪器、药品材料及试验分析方法，为后续试验做了较为完善的准备工作。-15-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第3章北大荒肉业废水处理的工艺对比与选择3.5.2常见屠宰废水水质简介屠宰废水是常见的一种食品加工废水，一般废水有机污染物浓度较高，且含有脂肪、蛋白质、油脂等大分子有机物和毛发、动物内脏等杂物，废水悬浮物浓度较高，水量变化较大[53-55]，其水质情况见表3-1。表3-1屠宰废水水质情况（mg/L）CODBOD5SS动植物油NH3-NpH 范围600-2000300-700270-134086-11214.7-21.847.7-8.3 平均11884438309817.697.14三级标准50030040020—6.0-8.5 超标倍数1.380.481.083.90屠宰废水中含有大量的血液、油脂、碎肉、粪便和猪毛，并带有难闻的臭味，因含有高浓度的有机质而不易降解，其中污染物有：漂浮在废水中的鸡毛、碎肉等固体物质；悬浮在废水中的油脂、蛋白质、胶体物等；溶解在废水中的油脂、蛋白质、胶体物等；泥砂和可能存在的致病菌。废水水质的主要特点是有机质的悬浮物含量高、易腐败。废水排入水体会消耗水中的溶解氧，破坏水生态系统，并产生臭味；同时，废水中的致病菌会成为传染病的媒介，危害人畜。屠宰废水的水量、水质变化大，屠宰废水量与屠宰量密切相关，具有明显的季节性，日变化系数大，同时，屠宰加工为非连续性生产（每日只一班或两班生产），废水量的时变化系数也较大。废水水质受生产工艺、用水量、废物清除方式等的影响，变化范围较大，处理难度较大，造成严重的污染。大量试验研究表明，屠宰废水主要污染指标COD一般均在1000mgL以上，且水量水质变化均较大，因此可以说一个没有任何污水处理设施的屠宰厂，必是一个污染场。为保护环境，促进屠宰业的健康良性发展，对屠宰废水的治理已是一个不容忽视的问题。3.5.3屠宰废水处理技术进展早在上世纪60年代初期，研究人员就对肉类加工废水的处理进行了一些研究，其中有生物氧化塘、生物转盘、厌氧滤池及化学絮凝，处理效果均不理-16-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文想，工艺一直没有推广。目前[56]，屠宰废水处理方法可分为以下几类：厌氧—好氧处理工艺；混凝—SBR处理工艺；两段SBR处理工艺；深井曝气；水解酸化—接触氧化工艺等。本文中将选取几种工艺进行处理效果的介绍。比如在屠宰废水的处理中，何健洪[57]采用了序批式活性污泥(SBR)法。该方法主要用于中小型的屠宰废水中，主要建筑物有隔油隔渣池、调节厌氧池、SRR反应池。该工艺系统的主体处理工艺设备只有一个间歇反应器，省去二沉池和污泥回流设备，大大节省了投资；污泥活性强，污泥的质量浓度高；耐冲击负荷有机物去除率高；工作稳定性好，按设计的运行程序运行，不会出现污泥膨胀现象；其核心工艺是SBR，运行周期主要分为进水期、反应期、沉淀期、排水期和闲置期等五个阶段。设计工艺简单、占地面积小、运行费用低、运行方式灵活。当进水CODcr为900~1000mg/L时，出水可达到国家《污水综合排放标准》（GB8978—1996）中的一级标准，主要污染物CODCr小于100mg/L。刘绍根、黄显怀、赵峰采用USAB-SBR工艺处理屠宰废水。设计的USAB-SBR工艺具有处理效果好、能耗低、产泥少等特点。当废水CODcr在2500~3500mgL时，出水可达标排放（CODcr≤150mgL）。陈栋、王全金采用气浮+水解酸化+SBR工艺处理屠宰废水的效能及工艺设计、运行管理经验。该工艺具有处理效果好、能耗低、产泥少等特点。在进水COD为2700mg/L的条件下，经过本系统处理，平均出水COD均在70mg/L以下，去除率达到97.4%以 上[58-61]。董海山、杨敏研究了水解酸化+SBR处理系统在小规模养殖屠宰废水中的应用。运行结果表明，经该工艺处理后，外排废水出水水质能达到《肉类加工工业水污染物排放标准》的一级排放标准，同时该工艺具有占地面积小，处理效率好，运行费用低等特点，能广泛应用于屠宰加工废水的处理[62-65]。因此，SBR法在处理屠宰废水等类似废水中有较高的工程应用价值。石慧、黄哲等通过自制规模25L深井曝气设备对屠宰废水进行处理，试验结果表明，在最佳操作条件下，曝气8h，COD平均去除率可达82.83%，BOD平均去除率可达81.09%，悬浮物平均去除率可达85.20%，动植物油平均去除率可达94.54%。出水水质可以达到肉类加工工业水污染物排放标准GB13457- 92的三级标准。而处理费用经估算仅0.15元/m3，是一种高效低耗处理屠宰废水的较佳方法。黄惠芳、覃宏刚等人采用厌氧-生物接触氧化工艺处理屠宰生猪过程中产生的废水，进水中CODcr、BOD5、NH3-N、SS、动植物油浓度分别为1500-3000mg/L、850-2000mg/L、2.4-3.0mg/L、800-5000mg/L、70-200mg/L，经处理后废水达到《肉类加工工业水污染物排放标准》GB13457-92一级排放标准，-17-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文除NH3-N在厌氧过程中浓度升高外，其余污染物去除率均大于98.5%。朱靖、任飞龙、王家荣采用气浮—厌氧—生物接触氧化工艺处理屠宰废水。当进水CODcr小于4500mg/L时，出水可达到国家《肉类加工工业污染物排放标准》 （GB13457-1992）一级标准。李景杰、李朝晖[53]采用水解酸化—生物吸附再生—接触氧化工艺处理屠宰废水。经过一年多的实际运行表明，该工艺在进水COD为1500~4000mg/L的条件下，COD去除率达95%以上，处理后水质达到设计要求。赖胜军、黄庆添采用二级接触氧化工艺处理屠宰废水，实例表明此工艺运行稳定，处理效果比较好，当进水COD质量浓度为2780mg/L，采用此工艺处理后出水中CODcr为49mg/L，出水水质达到北京市《水污染排放标准》中的第一级标准（新改扩）。可以看出上述几种屠宰废水的处理工艺，正常运行均可达到国家排放标准，但均存在占地面积大，停留时间长，基建投资高等问题，如何解决这些问题是工程设计者和研究者们的课题。3.5.2本工程中屠宰废水来源与水质本工程的施工地点为北大荒肉业厂区，该厂生产废水主要为屠宰废水、熟食加工生产废水和生活污水。屠宰加工废水是含有动物油脂、肉屑等污染物的中等浓度的有机污水，其特点是动物油脂、悬浮物和有机物浓度均较高。进水水质经过分析测试，得出水质指标数值为：CODcr为3000~3200mg/L，BOD5为1000~1200mg/L，SS为1000~1200mg/L，pH为6~9，NH3-N为50~55mg/L。处理此种类型的污水，通常必须采用物化和生化相结合的处理工艺。其中有效的预处理措施是处理达标的重要前提，适当的生物处理工艺是处理达标的可靠保障。环保部门要求北大荒肉业厂区废水经过处理后达到国家《肉类加工工业水污染物排放标准》（GB13457-92）二级排放标准。设计中出水水质：BOD5<50mg/L，CODcr<120mg/L，SS<100mg/L，pH=6~8.5。3.5.3废水处理设计方案4.1污水处理站设计总说明（1）设计范围：本工程为黑龙江省北大荒肉业有限公司屠宰加工项目污水处理站的工艺设-18-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文计。（2）设计依据：1）《室外排水设计规范》GBJ14-87（1997）；2）《建筑给水排水设计规范》GBJ15-88（1997）；3）甲方及相关专业提供的设计条件、设计要求；4）肉类加工工业水污染物排放标准（GB13457-92）中屠宰加工二级排放标准；（3）设计概况：1）厂区污水主要为熟食加工生产废水和生活污水；2）污水日处理量约为1300m3/d，小时处理量约为55m3/h（24小时连续运行）；3）污水处理后达到国家《肉类加工工业水污染物排放标准》（GB13457-92）中屠宰废水排放标准的二级标准后，再排至厂外。3.5.2污水工艺选择污水处理工艺是污水处理的关键，处理工艺的选择是否得当，直接关系到处理站投资、出水水质、运转是否稳定、运转成本高低和管理的难易。因此，必须结合实际情况慎重地选择适当的工艺。该污水处理站工艺选择的原则：在保证出水达标的前提下，充分考虑北大荒肉业厂区实际情况，选择易于改造、工程投资省、运行成本低、运行管理方便、建设周期短的工艺；根据污水水质、水量及出水标准，采用对生产废水和生活污水混合后进行生化处理。考虑到生化处理通常要求在适宜的温度条件下进行，而本工程现场为气候寒冷的我国东北地区，因此，选择受温度影响较小的生物处理工艺。污水处理工艺包括预处理、生物处理和消毒三个阶段。其中有效的预处理措施是处理达标的重要前提，适当的生物处理工艺是处理达标的可靠保障。经过处理，废水得以澄清，进水中和处理过程中产生的所有固体废物成为泥饼。预处理是污水处理必不可少的处理工段，在屠宰加工废水中主要是去除水中大部分动物油脂和悬浮物，降低污染负荷，为后续生物处理单元创造较为有利的工作条件。在设计中充分考虑本工程的实际水质状况，预处理单元采用超细回转格栅、调节池、气浮池组合的方式。生物处理是污水处理的中心环节，污水中大部分有机污染物质在生物处理-19-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文中得到降解和去除。屠宰加工废水COD、色度、油脂含量均较高，通常BOD/COD在0.5左右，可生化性好，其中含有足够的营养物质可供微生物生长、繁殖。因此对此类废水处理采用生物处理工艺是最经济有效的处理方法之一，也是现阶段世界范围内应用最广的技术之一。常用的生物处理工艺分厌氧和好氧是两类，采用厌氧和好氧串联工艺则是为节省能量、降低运行费而采取的通行做法。而且屠宰废水生化性较强，所以生物处理为该工程的核心处理工艺。对于屠宰废水的处理方法，目前已经研究了各种各样的生物处理方法：从初期的普通活性污泥法发展至今，经过不断改进，出现了多种处理工艺，比较典型的如：SBR法、曝气生物滤池法、一级生物接触氧化法、二级生物接触氧化法等多种技术。根据北大荒肉业加工厂现状，结合同类废水处理研究实践，将具有代表性的二级曝气生物滤池法和二级生物接触氧化法加以讨论，并就其技术可行性、经济合理性、操作繁简程度及工程改造的可行性等诸多方面进行分析，从而选择出一种最佳方案。（1）二级曝气生物滤池法（方案一）通过以往工程实践经验和收集的大量资料，确定废水的处理工艺为厌氧—二级曝气生物滤池，工艺流程如图3-1所示：废水格栅调节池气浮池厌氧池中间水池消毒池反冲水池二级曝气生物滤池一级曝气生物滤池图3-1废水处理工艺流程1）预处理系统超细回转格栅:拦截进水中含有的较大的悬浮固体物质。降低污染负荷，确保后续生物处理单元的处理效率。超细回转格栅将选用在吸收国外相关设备先进经验基础上，由国内自行设计的、形式较为新颖的超细回转式格栅。该种超细回转式格栅具有污物截留率高且能自动清理的特点。栅距选用1mm，既可截留大粒径污染物质，又可使格栅清理频率不致过于频繁。调节池：暂时储存超过生物处理单元处理能力的水量。由于熟食车间有定时排水集中的特点，调节池的设置保证了生物处理单元稳定运行，减少排水不-20-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文均匀对气浮设备和后续构筑物运行产生的不利影响。同时，在调节池内设置混合搅拌装置，对污水进行搅拌处理，防止悬浮物沉淀积累。气浮设备：通过投加混凝剂的凝聚作用，将废水中含有的不能自然沉淀、也难于自然上浮的微细颗粒和比重近于1.0的悬浮固体结合成大粒径的矾花，以提高气浮效果。在加压泵的作用下，进行气水混合与空气的溶解，浮渣被分离，水被净化排出。加压溶气混凝气浮作为隔油池后的补充处理和生物处理的预处理工艺，可以大大提高生化处理的效率。2）生物处理系统A.厌氧工艺单元厌氧工艺是在无氧和氧化剂存在的条件下，利用厌氧细菌的代谢作用将大分子有机物转化为小分子有机物乃至甲烷、CO2和水等简单化合物的过程。厌氧池：利用厌氧细菌将污水中的大分子有机物分解成为小分子有机物、甲烷和二氧化碳。厌氧过程是一个既产能又耗能的过程。每去除1kgCOD可以 提高水温3℃，同时产生约0.35m3（0℃）可以作为能量利用的甲烷。但厌氧过程，特别是厌氧过程的产甲烷阶段受温度影响较大，要使其高效运行也需要能量投入。目前，在实际生产中应用较多的是温度控制在35℃的中温厌氧发酵过程和在55℃的高温厌氧发酵过程，其中35℃的中温厌氧发酵过程因为代价相对更小而应用更为普遍。但本工程的地理位置、处理规模和水质条件看，在气候十分寒冷的东北地区，日处理上千吨中等浓度的废水，如采用中温发酵，则要求的温升过大，能耗过高，产生沼气所得能量却远不能补偿投入的能量，因此，是很不经济的[79,80]。虽然由于温度的影响，常温发酵在一般意义上去除效率不及中温发酵，但利用分级处理和加长泥龄的方法可以弥补常温发酵在低温条件下效率下降的缺陷。因此，退而求其次，采用常温发酵的方法，虽然可能一次性投资高些，但毕竟比采用中温发酵省能，可换得建成后低运行费的长期回报。厌氧折流板反应器（ABR）具有如下特点：a)水流上下折流，便于污染物与微生物充分接触和反应；b)不需设三相分离器或投加填料等，结构简单，不易堵塞；c)能产生沉淀性能良好的污泥；d)污泥不易因污泥过度膨胀而流失，出水悬浮物浓度低；e)具有分级处理和推流的特征，具有弥补常温发酵低温条件下效率低下的能力；在12~18℃条件下CODcr去除率也可达60%以上。污水经过厌氧池处理后进入中间水池，通过二级提升泵提升至曝气生物滤-21-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文池。中间水池：暂时储存确保提升水泵运行的水量。B.好氧工艺单元好氧工艺是在有氧存在的条件下，利用好氧细菌将有机物代谢为CO2和水等的过程。好氧细菌有悬浮污泥和固定生物膜两种存在形式。一般而言，与利用悬浮污泥的工艺相比，利用固定生物膜的工艺受温度影响较小，细菌的浓度和活性易于保持，出水水质稳定，处理构筑物容积较小，建设投资较少，气水比较低，由气液混合造成的热交换和热损失减少。但为确保生物膜的活性，使整个系统能够持续稳定运行，需要不断更新老化的生物膜。为此，通常需要对固定生物膜的材料表面进行适当强度和频率的冲洗。考虑到哈尔滨地区气候寒冷的现实，好氧工艺采用固定生物膜工艺是更为合理的选择。曝气生物滤池的工艺特点：利用生物滤料上生长的好氧细菌将污水中的小分子有机物进一步分解为二氧化碳和水。由于有稳定的栖息地，利用附着微生物的生物膜法比利用悬浮微生物的活性污泥法受温度的影响相对较小。在曝气生物滤池中采用的是由特殊材料经特殊工艺高温烧结而成的表面粗糙、比表面积大、孔隙率高、化学性能稳定和有足够强度的小粒径球型轻质滤料，该种滤料粒径小且有丰富的微孔，极利于微生物的附着生长、繁殖和固定，能在滤池内维持稳定且高浓度的微生物量，其浓度通常达到传统活性污泥法的3~5倍，因此，不仅减小了处理构筑物的体积，降低了其建设投资，而且小粒径滤料对通过滤层空气泡的反复切割作用，也使氧的溶解吸收率提高，从而使通气量减少，气水比大为下降，使构筑物与外界之间以及气液混合造成的热交换和热损失都大为减少，更有利于水温的保持和生物处理过程的完成，这对于气候寒冷的哈尔滨地区是非常合适的。C.反冲水池暂时储存确保曝气生物滤池反冲的水量。为了确保滤池中不同位置的滤料 都能够得到强度相近的冲洗，必须使滤料反冲气水分布均匀。本工程的曝气生 物滤池采用了专用的滤头小阻力配水系统进行反冲布气布水。反冲时，反冲气 首先在滤板下部形成一定厚度的气垫层，然后通过长柄滤头下部的气孔进入滤 头，再通过滤头进入滤层。由于两个滤池是串联工作，故一个滤池反冲时，另一滤池需停止工作。3）消毒由于排放标准规定，出水大肠菌群数不能超过10000个/L，故污水经曝气-22-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文生物滤池处理后排放前需进行消毒处理。利用液氯消毒，杀死水中大多数病原微生物。4）污泥处理路线污泥处置是污水处理过程中不可缺少的部分。本工程中的污泥来自两个方面。一是由格栅间超细回转式格栅分离的肉屑；二是来自气浮设备的浮泥。后者包括细格栅未去除的胶体悬浮物、曝气生物滤池反冲排水中所含悬浮物和厌氧池排放的剩余污泥。来自超细回转式格栅的污物含水率较低，可直接装车外运；来自气浮设备的浮泥经污泥浓缩池进一步浓缩后，用厢式压滤机进行脱水。泥饼外运，压滤液回到调节池。5）水温的保持：通常车间废水排水温度约为30度左右，对生物处理应是较为有利的。但由于哈尔滨属于我国极为寒冷的地区，因此，水温的保持便成为决定本设计成败的重要因素。根据现场条件，不同的构筑物可采取不同的保温方式。将超细回转格栅置于室内地下；将气浮设备、曝气生物滤池、污泥浓缩池置于采暖房间内；将调节池、中间水池、厌氧池和反冲水池、消毒水池置于室外，并覆土保温。并充分利用废热资源提高鼓风机进气温度。（2）二级生物接触氧化法（方案二）废水格栅调节池气浮池厌氧池 一级接触氧化消毒池沉淀池二级接触氧化沉淀池图3-2废水处理工艺流程1）预处理系统超细回转格栅:拦截进水中含有的较大的悬浮固体物质。栅距选用1mm，既可截留大粒径污染物质，又可使格栅清理频率不致过于频繁，其工艺特点如上（方案一）所述。调节池：暂时储存超过生物处理单元处理能力的水量。同时，在调节池内设置混合搅拌装置，对污水进行搅拌处理，防止悬浮物沉淀积累。气浮设备：加压溶气混凝气浮作为隔油池后的补充处理和生物处理的预处理工艺，可以大大提高生化处理的效率，其工艺特点如上（方案一）所述。2）生物处理系统-23-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文A．厌氧工艺单元厌氧工艺同样采用厌氧折流板反应器，其工艺特点如上（方案一）所述。污水经过厌氧池处理后进入一级生物接触氧化池。B．好氧工艺单元本处理系统采用二级接触氧化处理，一级接触氧化池出水通过三角堰流入一次沉淀池（竖流式沉淀池），二级接触氧化池出水通过三角堰流入二次沉淀池（竖流式沉淀池）。3）消毒由于排放标准规定，出水大肠菌群数不能超过10000个/L，故污水经曝气生物滤池处理后排放前需进行消毒处理。利用液氯消毒，杀死水中大多数病原微生物。4）污泥处理路线污泥处置是污水处理过程中不可缺少的部分。本工程中的污泥来自三个方面。一是由格栅间超细回转式格栅分离的肉屑；二是来自气浮设备的浮泥，包括细格栅未去除的胶体悬浮物和厌氧池排放的剩余污泥；三是污泥浓缩池的污泥，主要是一沉池和二沉池产生的剩余污泥流入污泥浓缩池。来自超细回转式格栅的污物含水率较低，可直接装车外运；来自气浮设备的浮泥和污泥浓缩池的混合污泥进一步浓缩后，用厢式压滤机进行脱水。泥饼外运，压滤液回到调节池。（3）方案工艺技术参数及主要设备比较针对废水水质的特点，我们确定了上述两套备选方案。设计过程中对两个备选方案进行了详细的技术比较，通过比较我们从中选择更合理、更适用、更具优势的方案作为最终的污水处理工艺。详见下表2-2。表3-2工艺技术及主要设备比较表构筑物/设备名称二级曝气生物滤池工艺二级接触氧化工艺格栅间超细回转式格栅数量：回转式格栅两台.规格型号：GHZ200，栅距mm，0.75kW设计流量：Q=200m3/h性能特点：最高清理频率1次/5s，可及时清理拦截的污物.工程中，根据来水量的大小，人为决定超细回转式格栅的停止运行、单台运行或两台运行.超细回超细回转式格栅数量：2座规格型号：GHZ200，栅距mm，0.75kW性能特点：最高清理频率1次/5s，可及时清理拦截的污物.工程中，根据来水量的大小，人为决定超细回转式格栅的停止运行、单台运行或两台运行.超细回转式格栅清理下来的固体污物可-24-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文转式格栅清理下来的固体污物可借助升降机定期外运. 借助升降机定期外运.数量：2台数量：2台潜水搅拌机规格型号：QJB2.2/8-400/3-980，叶轮转速980r/min，N=4kW规格型号：QJB2.2/8-400/3-980，叶轮转速980r/min，N=4kW性能特点：可使调节池内所存污性能特点：可使调节池内所存污 水中的固体可沉物质保持悬浮.水中的固体可沉物质保持悬浮. 数量：2台数量：2台一级提升泵规格型号：150QW145-15-11型Q=150m3/h，H=15m，N=11kW规格型号：150QW145-15-11型Q=150m3/h，H=15m，N=11kW性能特点：可及时提升或排除屠性能特点：可及时提升或排除屠宰加工车间排放的最大废水量300m3/h宰加工车间排放的最大废水量300m3/h数量：2台数量：2台二级提升泵规格型号：150WL145-10-7.5型，Q=145m3/h，H=10m，N=7.5kW，n=1440r/min规格型号：150WL145-10-7.5型，Q=145m3/h，H=10m，N=7.5kW，n=1440r/min性能特点：可较连续均匀地将调 性能特点：可较连续均匀地将调节池中污水提升至水解酸化池内150m3/h节池中污水提升至水解酸化池内150m3/h调节池水力停留时间：10h有效容积：600m3水力停留时间：10h有效容积：600m3气浮池成套设备处理能力：Q=55m3/h成套设备处理能力：Q=55m3/h厌氧池停留时间：15hr，有效容积：850m3，停留时间：15hr，有效容积：850m3，采用折流板方式，分为四格.有效容积：15m3采用折流板方式，分为四格.无中间水池性能特点：暂时储存确保提升水泵运行的水量.罗茨鼓风机数量：3台规格型号：GRB-125A-1750型，Qa=10.94m3/min，风压6m，N=18.5kW性能特点：在过滤阶段，可向滤数量：3台规格型号：GRB-125A-1750型，Qa=10.94m3/min，风压6m，N=18.5kW性能特点：向填料上生长的生物料上生长的生物膜提供足够量的膜提供足够量的氧.氧；在反冲阶段，可向单个滤池提供足够量的反冲气.二级生物处理单进水BOD5：350mg/l进水BOD5：350mg/l-25-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文元设计负荷：2.5kgBOD5/（m3·d）3·d）滤料体积：185m3.共设二级曝气生物滤池.停留时间：10h（一级接触氧化池）和5h（二级接触氧化池）填料体积：600m3.共设二级生物接触氧化池一级有效容积：550m3；二级有效容积：275m3.无共设2座沉淀池规格型号：竖流沉淀池沉淀池单座沉淀池设计参数：停留时间：120min 有效容积：110m3 无反冲强度：4.2l/m2·s，反冲水池反冲时间：15min反冲水池有效容积：135m3.性能特点：暂时储存确保曝气生物滤池反冲的水量.反冲水泵数量：2台规格型号：G-360-250(Ⅰ)型，Q=560～840m3/h，H=14～17.5m，N=45kW，n=1450r/min性能特点：可在规定时间内提供足够量的反冲用水无接触时间：30min有效容积为：33m3消毒设备：1台接触时间：30min有效容积为：33m3消毒设备：1台消毒池规格型号：H908-400型，有效氯规格型号：H908-400型，有效氯产量400g/h产量400g/h性能特点：利用液氯消毒，杀死性能特点：利用液氯消毒，杀死水中大多数病原微生物.水中大多数病原微生物.停留时间：10h有效容积：25m3停留时间：10h有效容积：25m3污泥浓缩池性能特点：气浮设备内的污泥排性能特点：气浮设备内的污泥排 入污泥浓缩池进行污泥浓缩，上入污泥浓缩池进行污泥浓缩，上清液回流至室外污水管网中.清液回流至室外污水管网中.污泥脱水经过厢式框压滤机脱水后的污泥定期外运.经过厢式框压滤机脱水后的污泥定期外运.数量：2台数量：2台污泥泵规格型号：50WL15-22-2.型，Q=15m3/h，H=22m，N=2.2kW性能特点：将污泥、浮渣输送至规格型号：50WL15-22-2.型，Q=15m3/h，H=22m，N=2.2kW性能特点：将沉淀池中的污泥、污泥浓缩池浮渣输送至污泥浓缩池吸泥泵数量：2台数量：2台-26-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文规格型号：50WL10-10-0.75型，规格型号：50WL10-10-0.75型， Q=10m3/h，H=10m，N=0.75kWQ=10m3/h，H=10m，N=0.75kW 性能特点：可将污泥浓缩池中的性能特点：可将污泥浓缩池中的浓缩污泥提升至加药池内浓缩污泥提升至加药池内数量：1台数量：1台污泥加药装置规格型号：C146-Y，最大流量95L/h，出口压力1.7kg/cm2规格型号：C146-Y，最大流量95L/h，出口压力1.7kg/cm2性能特点：可在规定时间内输送性能特点：可在规定时间内输送螺杆输泥泵足够量的液态FeCl3数量：1台规格型号：G40-1型，Q=8m3/h，H=60m，N=3.0kW足够量的液态FeCl3数量：1台规格型号：G40-1型，Q=8m3/h，H=60m，N=3.0kW性能特点：有足够压力输送改性性能特点：有足够压力输送改性浓缩污泥浓缩污泥数量：1台数量：1台规格型号：XMYJ70-100/920-规格型号：XMYJ70-100/920-UB-I厢式压滤机UB-I型，N=1.5kW性能特点：对含水率为99%污泥有120m3/d的脱水能力型，N=1.5kW性能特点：对含水率为99%污泥有120m3/d的脱水能力数量：1台数量：1台排污泵规格型号：50QW42-9-2.2型，Q=42m3/h，H=9m，N=2.2kW规格型号：50QW42-9-2.2型，Q=42m3/h，H=9m，N=2.2kW（4）方案技术经济比较经过工艺技术及主要设备比较后对两个备选方案又进行了详细的方案技术比较，详见下表2-3。表3-3方案技术经济比较表项目二级曝气生物滤池工艺二级接触氧化工艺出水水质出水水质好出水水质好抗负荷冲击能力强，出水稳抗冲击负荷能力污泥稳定，吸附性能好，能够适应水质水量的变化，抗冲击负荷能力强.定，对于污染物浓度较小的原水，仅通过第一级接触氧化系统即可满足排放水质要求，可在一定时间内停运第二级接触氧化，节省运行费用.污泥稳定性及泥量生物量高，污泥龄长，污泥稳定，污泥量少（污泥主要由反冲洗污泥组成）.污泥稳定，污泥量相对较多（污泥主要由曝气过程中产生的污泥及脱落的老化生物膜组成）.运行管理构筑物少（没有沉淀池），工艺简单，管理方便.构筑物多，工艺简单，管理方便.运行能耗能耗低能耗低-27-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文占地占地较小占地较大 运行费用0.51元/吨0.55元/吨 一次性总投资485万元550万元（5）方案确定从工艺上来说，对于北大荒肉业屠宰加工废水的处理，二级曝气生物滤池法和二级生物接触氧化法都能达到《肉类加工工业水污染物排放标准》（GB13457-92）中屠宰加工废水排放标准的二级标准。从工艺流程上看两种方案只有在生物处理单元上有所区别，但是，从两个方案的工艺技术比较看，二段曝气生物滤池工艺结构简单，出水无须二次沉淀，与二级生物接触氧化工艺相比占地面积小，运行管理方便，处理效率高，且能耗较低，运行费用低廉，一次性投资少，是一种高效、低耗、简易的污水处理工艺。因此，本工程中选择二级BAF作为好氧生物处理单元的主体工艺。3.5.2二级BAF滤料的选择及设备运行控制4.1滤料的选择颗粒填料是决定曝气生物滤池净化效能的最主要因素之一[81]，颗粒填料不仅是过滤的截留介质和纳污载体，还是重要的生物载体，因此填料的性能对曝气生物净化效能、运行特性和运行及基建费用有十分重要的影响。（1）曝气生物滤池填料的选择一般应遵循以下原则：1）机械强度及密度要求。生物反应器在不同强度水力剪切力作用以及填料间相互机械碰撞作用中，填料必须具有较低的破损率。填料的密度过大，反冲洗需要较大的能耗；而密度过小，填料容易上浮，反冲洗时容易出现跑料现象。2）表面积和孔隙率。选用比表面积大、孔隙率高的多孔惰性填料有利于微生物的吸附、持续生长和形成生物膜，附着生物量大，并有利于促进液相主体和生物膜内部的溶解氧、底物及代谢产物的传质过程。3）尺寸和形状。填料最用选用规则的球状为佳，规则填料能使布气、布水均匀，水流阻力小。填料尺寸的大小要根据处理目的进行选择。4）表面特性。最好选择表面粗糙、具有正电和亲水性的填料，以易于微生物的吸附生长，并具有良好的抗反冲洗能力。5）生物及化学稳定性。生物代谢产物具有一定的腐蚀性，而且污水的化-28-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文学性质也比较复杂，填料必须具有良好的生物和化学稳定性，以保证填料在使用中不被损坏和不对处理水产生二次污染。由于不同填料的物理化学特性差异较大，填料的选择应综合各种因素，本着性能优良、价格低廉和易于就地取材的原则。为了确保滤料上的微生物均匀地获得营养和氧气，必须使滤料底部的进水和曝气均匀分布。本工程中采用了曝气生物滤池专用滤头达到均匀布水的目的，采用曝气生物滤池专用单孔膜空气扩散器达到均匀布气的目的。由于采用了小粒径滤料，曝气生物滤池在运行一段时间后，滤料间空隙会因微生物的生长和进水中无机颗粒物的沉积而出现一定程度的堵塞，此时为了保证曝气生物滤池的处理效果，须进行对滤料实施反冲洗，清理掉滤料间空隙内的沉积物，更新滤料上老化的生物膜。（2）滤料性能采用用特殊材料经特殊工艺高温烧结而成的外表灰色，表面坚硬粗糙，有足够物化稳定性；同时内部又有很多大于0.5μm以上互不相通孔洞，因而有足够表面积的球型多孔轻质生物滤料。其性能指标如表2-2所示：在表3-1所述的各项指标中，滤料的破碎率、比表面积和内部空隙率是反映滤料强度、应用后生物膜生长量的主要指标。该种滤料的应用实践表明，滤料的去除负荷可达4.0kgBOD5/m3·d。本工艺中应用的滤料数量为450m3。在设计给定的进水污染物浓度和曝气生物滤池的规模条件下，使得有机物去除负荷<3.0kgBOD5/m3·d。上述生物滤料在这一负荷条件下，完全可以满足处理要求。表3-4滤料的性能指标性能名称单位参数堆积密度g/cm30.7～0.9 表观密度g/cm31.4～1.8 滤料粒径mm5～8 破碎率%≤0.05 磨损率%≤3 盐酸可溶率%≤5 烧灼减量%≤0.1 比表面积cm2/g≥4×104 粒内孔隙率%>30 堆积孔隙率%>42（3）滤料分配一级曝气生物滤池滤料高度为3.8m，二级曝气生物滤池滤料高度采用-29-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3.5.2m。这样的安排，可使大部分有机物在一级曝气生物滤池内被去除，在二级曝气生物滤池内则主要发生硝化反应，将氨氮转化为硝酸盐。4.1设备运行控制本工程共使用11种、26台主要设备。包括超细回转式格栅2台、水下搅拌机2台、一级提升泵2台、气浮设备一套（包括加药泵2台、搅拌机2台、回流泵1台、空压机1台、刮沫机1台、混合器1个）、二级提升泵2台、排水泵2台、鼓风机3台、反冲水泵2台、消毒设备1台、螺杆输泥泵1台和厢式压滤机1台。上述设备中部分设备采用现场手动方式控制，部分设备采用自动和手动两种方式控制。1、设备的手动控制(1)超细回转式格栅工程中，根据来水量的大小，人为决定超细回转式格栅的停止运行、单台运行或两台运行。超细回转式格栅清理下来的固体污物可借助升降机定期外运。水下搅拌机的运行受调节池中液位控制，超过指定液位1启动，降至指定液位2停机。室外综合池中地下泵房内排水泵的运行受积水坑中液位控制，超过指定液位3一台排水泵启动，超过指定液位4两台排水泵启动，降至指定液位3一台停机，降至指定液位5全部停机。（文中液位代号在施工图中标识）一级提升泵、反冲水泵、排水泵、污泥泵、吸泥泵、螺杆输泥泵、板框压滤机和消毒设备间歇运行；二、三级提升泵和鼓风机基本上连续运行；系统出水为间歇出水。为使上述设备按照上述方式运行，对机械格栅、回转式格栅、污泥泵、吸泥泵、螺杆泵、加药泵、板框压滤机和泥路控制电动阀采用手动方式控制；一、二、三级提升泵、水下搅拌机、罗茨鼓风机、反冲水泵、消毒设备、水路控制电动阀和气路控制电动阀采用PLC可编程控制器程序自动控制。（设备的选用及其性能、各项技术参数说明参见表3-2）。-30-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第4章二级BAF对北大荒肉业废水的处理效能北大荒肉业厂区废水主要为屠宰废水、熟食加工生产废水和生活污水。环保部门要求北大荒肉业厂区废水经过处理后达到国家《肉类加工工业水污染物排放标准》（GB13457-92）二级排放标准。通过方案比较，确定处理此种类型的污水的主体工艺为厌氧——二级BAF。在本章中主要对此种组合工艺的处理效果进行考察，以期通过一些技术参数的修正，提高和充分发挥这种工艺的处理效能。3.5.2厌氧—二级BAF工艺处理屠宰废水的运行结果4.1预处理后出水水质及水质分析方法有效的预处理措施是处理达标的重要前提，适当的生物处理工艺是处理达标的可靠保障，在本工程中，污水在经过厌氧——二级BAF之前，必须进行一系列的预处理措施，包括格栅和气浮处理单元，之后污水进入厌氧处理单元进行进一步的处理，污水在预处理和厌氧处理后的出水水质见表3-1。表4-1进入好氧单元前各水质指标处理效果（平均值）项目超细回转格栅气浮设备厌氧池进水（mg/L）3085.63085.61823.4 CODcr出水（mg/L）3085.61823.4614.4 去除率（%）040.966.3进水（mg/L）1163.41163.4720.5BOD5出水（mg/L）1163.4720.5359.7去除率（%）038.150.1SS进水（mg/L）1168.21043.7105.1出水（mg/L）1043.7105.1105.1去除率（%）10.789.90进水（mg/L）52.352.350.0NH3-N出水（mg/L）52.350.049.9去除率（%）04.40.2TN进水（mg/L）62.662.660.2出水（mg/L）62.660.258.8去除率（%）03.82.3-31-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3.5.2调试过程中二级BAF净化效果本工程采用的是连续流二级BAF处理系统，二级BAF均从底部进水，气水同向。一级BAF启动时投加一定量的活性污泥作为种泥，闷曝3d后改为连续流进水，系统运行15d后对COD和NH3-N的去除率分别达到70%和30%，至此标志一级BAF挂膜成功。二级BAF启动过程中操作步骤与一级基本相同，其中微生物主要以硝化、反硝化菌为主，经过15d的启动运行表现出一定的脱氮效果. 系统启动后，连续流二级BAF的第一级BAF在2.51kgBOD5/m3⋅d的负荷下运行，气水比6:1，水温为18~25℃，第二级BAF气水比2:1，运行时测定各BAF进、出水及各取样口处的COD、BOD5、NH3-N、TN、SS、pH值，以考察反应器内稳态运行时污染物的净化效果。（1）COD的去除效果运行调试结束、系统稳态运行后，连续流二级BAF进出水COD浓度及去除效率随时间的变化曲线见图4-1和图4-2。1）一级BAF出水COD平均浓度均为132.19mg/L，二级BAF出水COD平均浓度为84.36mg/L，因进水水质比较稳定所以无论是一级BAF、还是二级BAF出水的COD去除率均较平稳，且保持在较高水平；2）一级BAF中主要进行脱碳处理，所以相对二级BAFCOD去除率较高，平均去除率在78.49%，而且有人研究表明在二级BAF工艺中，一级BAF在供氧充足的情况下COD的去除率与进水负荷呈负相关性，也说明水力停留时间越长越有利于COD的去除。3）二级BAF主要目的是脱氮，而且大部有机物已在一级BAF中去除，因此二级BAF中COD的去除率较低，平均去除率为41.49%之间，但我们发现一级BAF出水COD浓度越高，二级对COD去除率就越高，分析表明这与C/N比有关。4）二级BAF出水COD总的去除率可达87.11%。-32-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文700600500进水浓度400第一级BAF出水浓度第二级BAF出水浓度 300200100003691215182124273033运行天数（d）图4-1二级BAF进出水COD的浓度变化90807060第一级去除率第二级除去率5040302003691215182124273033运行天数（d）图4-2二级BAF的COD去除率变化（2）BOD5的去除效果连续流二级BAF进、出水BOD5浓度及去除效率随时间的变化曲线见图4-3和图4-4。-33-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文400350300进水浓度 250第一级BAF出水浓度 200第二级BAF出水浓度 15010050003691215182124273033 运行天数（d）图4-3二级BAF进出水BOD5的浓度变化1009080706050第一级BAF去除率40第二级BAF去除率302010003691215182124273033运行天数（d）图4-4二级BAF的BOD5去除率变化1）一级BAF中BOD5平均进水浓度为359.72mg/L，二级BAF平均出水浓度分别为51.20mg/L、44.61mg/L，可见一级BAF中BOD5去除效果较好，平均去除率达到了85.76%，而且出水水质稳定，但在二级BAF中BOD5的去除率很低，平均去除率只有12.85%，这主要是因为，在一级BAF充分曝气供氧的情况下，在水力停留的时间内，大部分易生物降解的有机污染物已被好氧微生物氧化分解，而进入二级BAF中的BOD5则需要较长的时间好氧微生物才能将其氧化分解，所以在有限的水力停留时间内，去除率不会较高。2）经二级BAF系统处理后BOD5总的去除率87.78%。（3）NH3-N的去除效果-34-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文图4-5和图4-6表示了系统运行稳定后，二级BAF进水、出水NH3-N浓度及去除率随时间的变化曲线。从图中可以看出：6050进水浓度 40第一级BAF出水浓度30第二级BAF出水浓度2010003691215182124273033运行天数（d）图4-5二级BAF进出水氨氮的浓度变化90第一级BAF去除率第二级BAF去除率8070605003691215182124273033运行天数（d）图4-6二级BAF的氨氮去除率变化1）一级BAF对氨氮的平均去除率为61.18%，且出水水质较稳定；2）二级BAF主要为脱氮阶段，此阶段氨氮去除率较高，达到72%以上.经测得在二级BAF的生物膜中硝化菌数量较多，使废水中的氨氮得以充分硝化，系统出水氨氮浓度均在5mg/L以下。3）系统对氨氮总的去除率可以达到91.1%；-35-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文706050进水浓度 40第一级BAF出水浓度30第二级BAF出水浓度2010003691215182124273033运行天数（d）图4-7二级BAF进出水TN的浓度变化70605040第一级BAF去除率第二级BAF去除率 302010003691215182124273033运行天数（d）图4-8二级BAF的TN去除率变化（4）TN的去除效果图4-7和图4-8为系统稳定运行后，二级BAF进水、出水TN浓度及去除率随时间的变化情况，可以看出：1）一级BAF对TN的去除率较低，TN的平均去除率中有12.1%左右；2）TN的去除主要是发生在二级BAF中，这是因为二级BAF中气水比控制在2:1时，反应器底部主要进行氮的硝化作用，随着硝化作用的进行，反应器中上部溶解氧浓度降低，生物膜内部的缺氧和厌氧层厚度增加，在生物膜外部发生硝化作用的同时，内部的缺氧及厌氧层也进行着反硝化作用。在二级BAF中TN的去除率约为60.0%。-36-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3）系统对TN总的去除率可达51.0%。（5）SS的去除效果经过预处理后污水中大部分的SS已经去除，所以进入二级BAF系统中的SS没有太大的悬浮颗粒，平均进水浓度为105.1mg/L.图3-9和图3-10为系统稳定运行后，各级BAF进出水SS浓度及去除率随时间的变化情况。可以看出：12011010090807060进水浓度第一级BAF出水浓度第二级BAF出水浓度 5040302010003691215182124273033运行天数（d）图4-9二级BAF进出水SS的浓度变化1）在一级BAF中SS平均去除率分别为68.7%。在生物处理阶段，分析认为，SS去除率主要与水力负荷有关，进水负荷较大时，出水携带的SS也较多，去除率降低，而本工艺的进水SS较稳定，所以去除率稳定。10090第一级BAF去除率第二级BAF去除率8070605040302010003691215182124273033运行天数（d）图4-10二级BAF的SS去除率变化-37-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文2）经过二级BAF再次过滤截留后，出水SS稳定，基本介于7.2～3.5.2mg/L之间，平均出水浓度为8.3mg/L，表明连续流两段BAF对SS具有良好的去除效果。3）经二级BAF系统SS总去除率达92.1%。（6）TP的去除效果二级BAF对TP的去除率均较低，总的去除率约为26%，二级BAF对TP的去除率要略高于一级BAF。分析认为，磷的去除必须在厌氧、好氧交替的环境下才能得以去除，连续流二级BAF均在有氧条件下运行，其对磷的去除一部分认为是微生物自身的合成所致；另外的部分认为存贮聚磷能力最强的不动杆菌在生物膜中生长，它以低分子碳水化合物作为选择性碳源，进行生物除磷作用.由于不动杆菌生长速度缓慢，在常规活性污泥系统中其群体增殖总量可能十分有限，即使在好氧生物膜（如一级BAF）中因频繁的反冲洗，其增殖数量也很小，而二级BAF由于限制供氧，厌氧层较厚可以促进聚磷菌群体的选择性增殖，因此二级BAF的除磷效果略好于一级BAF。4.1调试过程中气/水比对二级BAF运行效能的影响因为这是工程实践，并非实验室模拟的BAF反应器，所以在水量、水温等控制条件相对稳定的情况下，通过调节气水比来寻求更佳的运行工况，运行阶段，第一级BAF气水比控制在6:1，水温为18~25℃，现将第二级BAF原来的气水比2:1分别改为3:1和1:1，研究气/水比对第二级BAF各污染物去除效果的影响，以便更有效的指导工程实践.测定结果见表4-3。（1）气/水比对COD去除效果的影响表4-3为系统稳定运行二级BAF对COD的去除情况.由表可见，当进水COD平均浓度在614.4mg/L时，一级BAF对COD的去除较稳定，平均去除率为78.49%，平均出水浓度为132.2mg/L；二级BAF主要以脱氮为主，随气水比的降低，COD去除率变化较明显，气水比为3:1、2:1和1:1时，COD平均去除率分别为38.6%、41.5%和30.6%，出水COD平均值分别为89mg/L、4.1.1mg/L和91.7mg/L。-38-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文表4-3不同的气水比各污染物去除效果（平均值）项目气水比3:1气水比2:1气水比1:1进水浓度（mg/L）614.4CODBAF（一）出水浓度（mg/L）132.2BAF（一）去除率（%）78.5BAF（二）出水浓度（mg/L）8983.491.7BAF（二）去除率（%）38.641.530.6进水浓度（mg/L）50.0BAF（一）出水浓度（mg/L）19.4NH3-NBAF（一）去除率（%）61.2BAF（二）出水浓度（mg/L）4.24.56.74 BAF（二）去除率（%）78.376.965.2TN进水浓度（mg/L）BAF（一）出水浓度（mg/L）BAF（一）去除率（%）3.5.251.712.1BAF（二）出水浓度（mg/L）26.420.925.BAF（二）去除率（%）48.960.050.2注：BAF（一）即第一级曝气生物滤池；BAF（二）即第二级曝气生物滤池.以上结果表明，当一级BAF脱碳效果稳定时，气/水比对二级BAF去除COD的效果有较大影响，分析认为，气/水比为3:1时，二级BAF供氧量相对较充足，因此被异养菌氧化去除的COD占较大比重，达到良好的COD去除率；当气/水比为2:1时，B段反应器对COD的去除率达到最大值，这是因为，此时COD不仅通过异养菌去除，而且大部分COD在厌氧层作为反硝化的碳源得以去除。而当气/水比再次降低到1:1时，因为水中氧气的不足，异养菌对COD的去除率降低，同时，因氨氮的硝化作用受到限制，致使反硝化效果也明显下降，反硝化过程对COD的需求量也明显减小，最终表现为COD去除效果最差。（2）气/水比对NH3-N去除效果的影响由表4-4可知此阶段氨氮平均进水浓度为50mg/L之间.可以看出：一级BAF对氨氮的平均去除率为61.2%，出水氨氮平均浓度为19.4mg/L；不同气水比下，二级BAF对氨氮的去除效果变化较明显，当气/水比分别为3:1、2:1和1:1时，二级BAF对氨氮的去除率分别为78.3%、76.9%和65.2%，出水氨氮浓度分别为4.2mg/L、4.5mg/L和6.5mg/L，这一结果表明，氨氮的去除是好氧过程，水中溶解氧越充足越有利于氨氮的氧化。（3）气/水比对TN去除效果的影响接下来考察了气/水比对TN去除效果的影响，当进水TN平均浓度为-39-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3.5.2mg/L时，其实验结果如表3-4所示。由表4-4可见：一级BAF对TN去除率很低，出水浓度在51.7mg/L左右，平均去除率仅为12.1%；TN的去除主要发生在二级BAF中，且随气水比的减小，去除率变化幅度较大.当气水比为3:1、2:1和1:1时，TN平均去除率分别为48.9%、60.0%和50.2%.分析认为，二级BAF因限制曝气，为同步硝化反硝化提供了有利条件，当气水比较大时，溶解氧穿透生物膜较深，生物膜的兼氧及厌氧层薄，因此反硝化效果不好，出水TN浓度较高；随着气水比的降低，生物膜内的厌氧层加厚，反硝化效果变好；但当气水比继续降低时，因硝化作用进行的不完善致使TN的去除率又出现了回升。同时，实验数据表明当气/水比为2:1时，BAF反应器除污染物效果达到最佳值。4.1生物膜的形态结构特征曝气生物滤池属生物膜工艺，当生物膜达到成熟阶段，其微生物组成和形态结构都相对稳定，而Cao等人的研究表明[82]，生物膜中微生物的群落组成与进水水质、反应器类型有关，而生物膜的结构则主要受水力剪切力和反应器类型的影响，生物膜的群落组成和形态结构都直接影响着反应器的处理效能。在生物膜系统中，生物膜的厚度很难测定，许多模型中假定膜分布是均匀的[74-75]。另外一些模型中，理想的推流方式也是假设的，尽管以推流方式为主，但随着流速的增大，混合和扩散现象加强，反应器内并非是理想的推流状态。运行中主要对二级曝气生物滤池中一、二二级生物膜在稳定运行时进行观察研究，发现二级曝气生物滤池中生物膜颜色和厚度不同，进行测试时，暂时把BAF进水泵关闭，在二级BAF上部各取出约1L滤料，选取其中表面没有被破坏的滤料，进行一定的预处理（冲洗、漂洗、固定），并在滤料表面进行喷金（Pt）处理，留作观察（扫描电镜-SEM）之用。第一级BAF出水端的生物膜较厚，颜色较深；第二级BAF的生物膜相对较薄，颜色也变为浅色，出水端附近的填料表面生物膜量少而层薄，用肉眼很难观察到。用显微镜观察发现，第一级BAF出水端（BAF上部）生物膜表面形态结构和第二级BAF出水端生物膜有明显差别，第一级BAF生物膜表面凹凸不平，不规则颗粒物较多，呈散乱堆积状（图4-11）；而第二级BAF端生物膜表面相对平缓，生物膜薄而致密，并明显可见其表层的大量细菌、原生动物和后生动物轮廓（图4-12）。-40-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文图4-11一级BAF上部生物膜电镜照片生物膜在BAF中分布的不均匀性，不仅反应出滤池空间内生物膜总量的不均匀性，也表现出不同位置载体上生物种群组成上的差异，只是在本工程中无法随意观测任意位置载体上生物膜的形态。导致这种不均匀的原因在于，曝气生物滤池进水的底物浓度沿反应器高度上是渐变的，因而微生物的数量分布也是渐变的。另外，滤池前端具有截污作用，截留的悬浮固体和生物膜交织在一起，不仅导致生物膜组成特点不同于后端反应器生物膜，同时也降低了局部滤床的空隙率，改变了局部水力剪切力等水动力学特征，进而强化了对生物膜表面形态的影响。图4-12二级BAF上部生物膜电镜照片分析认为，一级BAF以进行生物脱碳和截留SS为主，其中微生物主要是好氧异养菌，其增殖速度快，因此生物膜较厚，且因生物膜中夹杂着SS所以-41-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文表面起伏不平，且较松软；而二级BAF主要进行脱氮处理，其中繁殖大量增殖速度较慢的自养菌，由于工程调试过程中控制溶解氧量，所以生物膜的颜色较重，且生物膜厚度相对较薄。3.5.2本章小结（1）由表4-1可以看出在预处理工艺中能够有效的去除大部分的SS、以及部分的COD、BOD5等污染物，为后续处理工艺的正常运行提供了保障。（2）在连续流二级BAF的处理中，一级BAF采用的气水比为6:1，水温为18～25℃，一级BAF出水水质比较稳定，对COD、BOD5、氨氮、TN、SS各种污染物的去除率分别为78.5%、85.8%、61.2%、12.1%、68.7%。（3）在一级BAF气水比不变的情况下（6:1），将二级BAF气水比分别调为3:1、2:1、1:1时，数据表明当气/水比为2:1时，二级BAF去除污染物效果达到最佳值，对COD、BOD5、氨氮、TN、SS各种污染物的去除率分别为37.0%、4.1%、76.9%、59.6%、23.4%。（4）经过二级BAF系统对COD、BOD5、氨氮、TN、SS总的去除率分别为87.1%、87.8%、91.1%、51.0%、92.1%.其中TN去除率偏低，这主要与二级BAF系统未形成良好的厌氧/缺氧环境，反硝化过程进行的不彻底有关。（5）第一级BAF出水端的生物膜较厚，颜色较深；第二级BAF的生物膜相对较薄，颜色也变为浅色，出水端附近的填料表面生物膜量少而层薄，用肉眼很难观察到。第一级BAF出水端（BAF上部）生物膜表面形态结构和第二级BAF出水端生物膜有明显差别，第一级BAF生物膜表面凹凸不平，不规则颗粒物较多，呈散乱堆积状；而第二级BAF端生物膜表面相对平缓，生物膜薄而致密，并明显可见其表层的大量细菌、原生动物和后生动物轮廓。（6）在屠宰废水的处理中，进水水质CODcr为3000~3200mg/L，BOD5为1000~1200mg/L，SS=1000~1200mg/L，pH=6~9，NH3-N为50~55mg/L.采用厌氧——二级曝气生物滤池处理后取得了良好的处理效果，并达到国家《肉类加工工业水污染物排放标准》（GB13457-92）的二级排放标准。-42-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第5章BAF反冲洗调试效果及技术关键探讨曝气生物滤池同时具有生物氧化和过滤截留功能，可以省略二沉池，减小占地面积。它之所以具有这样的特点，原因在于曝气生物滤池反应器内的颗粒填料床可以截留污水中的悬浮物和脱落的生物膜，使处理水的悬浮物浓度很低。然而，与其它深床过滤技术一样，曝气生物滤池在经过一段时间的运行后，由于生物膜逐渐增厚，导致氧的传递率降低，传质速率减慢，生物膜活性降低，降解有机物的能力减弱；另外，曝气生物滤池通过粒状填料的物理截留和生物吸附作用，将进水中颗粒物质截留在滤料孔隙中，运行一段时间后，截留的悬浮物会阻塞滤料的孔隙，使水头损失增大，进一步出现布气不均匀的现象，使生物膜表面以及填料层局部出现供氧不足，导致出水水质变差，因此，曝气生物滤池需要通过定期反冲洗来恢复处理能力。反冲过程要求达到释放截留的悬浮物，不损害并更新生物膜的多重目的。因此，反冲洗是保证曝气生物滤池运行效能的关键步骤。本章主要针对北大荒肉业污水处理工程中的二级曝气生物滤池进行反冲洗技术研究，通过调试，确定了最佳的反冲洗方式和条件。3.5.2曝气生物滤池的反冲洗方式及反冲洗条件传统给水快滤池的反冲洗方式主要有高速水流反冲洗、气水反冲洗和表面助冲高速水流反冲洗。曝气生物滤池的反冲洗过程通常分为三个阶段，单纯气冲、气水联合反冲和水冲。单纯气冲的目的是要借助气体通过滤层时产生的紊流，使滤层产生一定程度的扰动和膨胀，通过滤料颗粒间的相互摩擦，使生物滤料表面老化的生物膜脱落；气水联合反冲的目的是要增加滤层的膨胀度，借助气流和水流的作用将已经脱落的生物膜带出滤池；水冲的目的是要借助水流的作用将已经脱落的生物膜带出滤池。为此，需要设置反冲水池以储存必要的反冲水量。为了确保滤池中不同位置的滤料都能够得到强度相近的冲洗，必须使滤料反冲气水分布均匀。本工程的曝气生物滤池采用了专用的滤头小阻力配水系统进行反冲布气布水。反冲时，反冲气首先在滤板下部形成一定厚度的气垫层，然后通过长柄滤头下部的气孔进入滤头，再通过滤头进入滤层。由于两个滤池是串联工作，故一个滤池反冲时，另一滤池需停止工作。-43-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3.5.2第一级BAF的反冲洗第一级BAF处理的是厌氧阶段的来水，进水中悬浮固体含量相对较多，再加之反应器内主要以硝化菌为主，因此生物膜的增长速率较快，滤池的反冲洗周期较短。设计中，单独反冲洗气量设计值为8L/m2⋅s，历时3min；气水联合 反冲洗（反冲洗气量设计值为8L/m2⋅s，水反冲强度设计值为6L/m2·s），反冲 时间取值4min；单独水反冲，强度设计值为7.5L/m2·s，历时8min。调试中为了准确的确定气、水反冲洗的强度，更加经济和节省能源，通过试验，重新确定实际需要的气、水反冲洗的强度。（1）反冲洗方式及反冲洗条件的确定在调试过程中采用气冲洗——气水联合反冲洗——水反冲洗的方式进行反冲洗。首先确定单独气洗的强度，气冲洗强度起始值为2.5L/m2⋅s，然后逐步增大气量，发现随着气量的增大气体对滤料的搅动就越大，当反冲洗气量大于7.5L/m2⋅s时，滤层出现跑料现象。调试中采用滤料搅动但并不跑料的阶段为 佳，确定反冲洗气量为7.5L/m2⋅s，历时依然按设计中规定的3min为准。气水联合冲洗调试过程中发现增大气量比增加水量对滤料产生扰动的影响更大，因此维持原气量不变逐步提高反冲洗水量，从2.5L/m2⋅s提高到7.5 L/m2⋅s，结果发现冲洗水强度为5L/m2⋅s左右时，气水联合反冲对整个滤池的搅动效果较好，经过气水联合反冲，滤层变得松散，膨胀度可达10～20%，依然按设计值的规定，选取该阶段的冲洗时间为4min。单独水漂洗的强度比气水联合反冲洗时要大，当水强度达到10L/m2⋅s时， 滤层会出现跑料现象，整个滤层被水托起，后将强度降低到6L/m2⋅s发现跑料 情况消失，因此选取单独水漂洗的用水强度为6L/m2⋅s，调试中发现漂洗过程中反冲洗出水从浑浊到较为清澈需要5min以上的时间，因此该阶段历时取5min。（2）反冲洗周期的确定曝气生物滤池在运行过程中，由于附着在填料上生物膜的增长和填料及填料间生物絮体的截留捕获作用，导致滤床水头损失增加、产水量降低或出水水质变差，这时曝气生物滤池应停止运行进行反冲洗，以恢复反应器的高效性能。我们将曝气生物滤池自反冲洗结束投入运行至下一次反冲洗开始这段时间定义为曝气生物滤池的一个周期。影响反冲洗周期长短的因素主要有：进水水质、滤池的流向、滤料级配、滤池的反冲洗效果、水力负荷等。反冲洗周期一般通过观察气在滤池中的分布是否均匀、监测滤池中的水头-44-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文损失和出水水质来确定。目前常用的确定反冲洗周期的方法有两种。一种是检测滤池的出水水质，当出水水质变坏达不到设计要求时立即停止运行并对滤池进行反冲洗。另一种是根据滤池的水头损失来判断反冲洗的周期，当水头损失达到规定值时就对滤池进行反冲洗。前一种方法能保证出水水质达标，但在实际运用中也有不利的地方，它首先要求检测出水水质才能决定是否进行反冲操作，比较复杂而且检测过程往往需要一定的时间，因而反冲具有延迟性，因此选择一种监测简单的参数作为依据至关重要。后一种方法操作相对简单，它直接反映滤层阻塞的情况，在采用控制水头损失的方式来进行反冲洗时，选择一个合理的水头损失显得至关重要，它首先要保证水头损失达到该值时出水水质符合要求，其次要使滤层得到充分的利用防止频繁反冲减少产水量，但在实际工程中监测水头损失亦相对较繁琐。本工程在调试过程中是根据滤池出水的悬浮物浓度来确定反冲洗周期的。由于第一级滤池是对厌氧出水进行处理，原水中悬浮固体浓度处于一定的水平（110mg/L左右），因此，本阶段在选取悬浮物浓度的控制值时分别从进水水质、保证生物膜及时更新和保证硝化菌存活等方面来考虑。设计中要求污水处理后达到国家《肉类加工工业水污染物排放标准》（GB13457-92）中肉制品加工废水二级排放标准后，再排至厂外，最终出水的SS要求达到100mg/L。第一级BAF的SS虽不需要达到最终出水要求（<100mg/L），但其出水SS也影响最终的出水，因此，最终确定本阶段曝气生物滤池反冲洗时取悬浮物浓度为100mg/L作为反冲洗的控制值。调试结果表明在此阶段第一级滤池的运行周期可达2～3d，期间出水水质良好。3.5.2第二级曝气生物滤池的反冲洗二级BAF进行污水处理的调试过程中，第一、二级滤池的处理目的不同，第一级BAF主要以去除有机物为主，其中微生物生长繁殖较快，再加之进水含有SS，致使反冲洗较频；而第二级BAF以脱氮为主要反应，其进水为第一级BAF出水，SS、COD含量较低，主要以自养菌为主，生长繁殖较慢，因此反冲洗频率低。设计中一级曝气生物滤池滤料高度为3.8m，二级BAF滤料高度采用2.6m，因此二级BAF的反冲洗强度应该相差很大。前期设计中第二级BAF反冲 洗设计值为：单独反冲洗气量设计值为5L/m2⋅s，历时3min；气水联合反冲洗 （反冲洗气量设计值为5L/m2⋅s，水反冲强度设计值为5L/m2·s），反冲时间取 值4min；单独水反冲，强度设计值为5L/m2·s，历时8min。本节主要针对第二-45-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文级BAF的特点，重新确定最佳的反冲洗周期及反冲洗策略。（1）反冲洗条件的确定在调试过程中采用气冲洗——气水联合反冲洗——水反冲洗的方式进行反冲洗。首先确定单独气洗的强度，气冲洗强度起始值为2.5L/m2⋅s，然后逐步增 大气量，，当反冲洗气量大于5L/m2⋅s时，滤层出现跑料现象。因此，确定反冲 洗气量为5L/m2⋅s，历时依然按设计中规定的3min为准。气水联合冲洗调试过程中发现增大气量比增加水量对滤料产生扰动的影响更大，因此维持原气量不变逐步提高反冲洗水量，从2.5L/m2⋅s提高到7.5 L/m2⋅s，结果发现冲洗水强度为4L/m2⋅s左右时，气水联合反冲对整个滤池的搅动效果较好，经过气水联合反冲，滤层变得松散，膨胀度可达10～20%，依然按设计值的规定，选取该阶段的冲洗时间为4min。单独水漂洗的强度比气水联合反冲洗时要大，当水强度达到7.5L/m2⋅s时， 滤层会出现跑料现象；当水冲洗强度在5L/m2⋅s发现跑料情况消失；因此选取 单独水漂洗的用水强度为5L/m2⋅s，该阶段历时取5min。（2）反冲洗周期的确定第二级BAF反冲洗周期也以最终处理效果作为判断标准，调试过程中发现，在保证出水水质的前提下（设计要求SS<100mg/L），确定本阶段曝气生物滤池反冲洗时取悬浮物浓度为100mg/L作为反冲洗的控制值。调试结果表明在此阶段滤池的运行周期可达5~8d，期间出水水质良好。3.5.2曝气生物滤池反冲洗后对净化效能的影响曝气生物滤池运行的一个重要方面就是定期进行反冲洗，以便恢复滤池正常工作效能，维持较高除污效率，本节通过试验分析反冲洗后滤池对污染物去除效能的影响及其恢复情况，从而评价曝气生物滤池除污染的稳定性。4.1二级曝气生物滤池对COD的去除效果根据表5-1所提供的反冲洗策略对二级BAF进行反冲洗，实施反冲洗后，观察36h内二级BAF的COD和SS的去除率变化情况。图5-1为36h内系统COD随时间的变化规律，可以看出：（1）反冲洗结束初期第一级BAF出水COD浓度较高，达到190mg/L（进水浓度平均为115mg/L），经过近4h的恢复，出水COD浓度开始达到稳定；（2）在反冲洗4~8h之内，第二级BAF对COD的去除率逐渐恢复稳定，且在8~36h内第二-46-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文级BAF的出水COD浓度均较稳定。表5-1二级BAF反冲洗方式及强度方式气冲气水联合反冲水冲气（L/m2⋅s）q气（L/m2⋅s）q水（L/m2⋅s）q气（L/m2⋅s） 项目q第一级BAF7.57.556 时间（min）345 第二级BAF5545 时间（min）345220第一级BAF出水浓度 200第二级BAF出水浓度 1801601401201008060402004812162024283236时间（h）图4-1反冲洗后36h内COD随时间的变化规律从理论上讲，第一级与第二级BAF处理目标不同，第一级BAF主要以氧化去除有机物为主，第二级BAF以脱氮为主要反应，但是经过反冲洗之后，第一级与第二级BAF对COD的处理能力的恢复时间大致一致（4~8h）。-47-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3.5.2二级曝气生物滤池对SS的去除效果120第一级BAF出水浓度100第二级BAF出水浓度80604020004812162024283236时间（h）图4-2反冲洗后36h内SS随时间的变化规律图5-2为系统SS在36h内的变化情况，可以看出：（1）第一级BAF内SS在反冲洗后的最初4h基本上没有去除，有时出水浓度甚至高于进水浓度，这是因为反冲后部分残余生物膜被带出所致。4h之后随着生物膜的再次生长，SS去除率开始恢复，大约8h后，SS去除率达到稳定。（2）第二级BAF的SS在第一级BAF反冲后初期因进水SS的突然增大，出水SS也相对较高，最高达到96.8mg/L，但随着第一级BAF的SS去除率的恢复，第二级BAF在反冲后4h后便恢复正常，且在后期的运行过程中出水SS基本维持在12mg/L以下。以上结果表明，单独水冲历时5min不足以将脱落的生物膜完全漂洗掉，造成反冲洗后的1～2h内，出水SS很高，因此有必要延长单独水冲的时间。在后续的调试过程中将单独水冲历时提高到8min，可以使反冲后出水SS大大降低，保证了良好的出水效果。此外，最重要的一点是，经过调整单独水冲历时后，反冲洗的周期得到了延长，表明适合的反冲洗策略不但可以改进系统的出水效果，还可以延长反冲周期，减少反冲频率，从而降低运行费用。4.1本章小结（1）对二级BAF实施的反冲洗策略，反冲洗后二级BAF的COD去除率大约经过4h左右恢复到反冲洗之前，分析认为陶粒的孔隙度较大，部分微生-48-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文物生长在内部孔隙中，当实施反冲洗时，只有表面的部分微生物得以脱落，而不会伤及内部的微生物，才使微生物对COD的降解能力很快得到恢复。（2）对二级BAF实施反冲洗时，发现单独水冲历时长短对反冲洗效果具有很大影响，当历时为5min时，反冲后一个周期内BAF出水SS波动较大，提高历时到8min后，出水SS变化幅度较小。（3）适当的反冲洗策略不但可以恢复生物膜的活性，改进系统的出水效果，还可以延长反冲周期，减少反冲频率，从而降低运行费用。-49-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文结论与建议本论文分别在试验及工程实践中，以曝气生物滤池为主体反应系统，对屠宰废水进行处理，通过对二级BAF的净化机理及反冲洗策略的研究，实现实际工程的工艺优化，为今后工程实践提供参考和设计依据。通过本文的研究可以得出以下结论与建议：一、结论1、在北大荒肉业废水处理中，根据肉业废水的特点、处理后出水性质、运转是否稳定、管理难易、产泥量多少等因素，设计不同的污水处理方案，通过工艺技术及设备比较确定出以二级BAF为主体的最佳工艺流程。2、BAF在屠宰加工废水中的应用研究对连续流二级BAF在屠宰废水处理工程中的性能进行考察，分析工艺运行参数对净化效能的影响；考察BAF内生物相的特点和变化规律，分析曝气生物滤池系统长期稳定高效运行的原因，为今后工程设计提供依据。（1）在二级BAF系统中，水温为18~25℃，一级BAF气水比为6:1，将二级BAF气水比分别调为3:1、2:1、1:1时，实验数据表明当气/水比为2:1时，二级BAF去除污染物效果最好，此时经过二级BAF系统对COD、BOD5、氨氮、TN、SS各种污染物总的的去除率分别为87.11%、87.78%、91.1%、3.5.2%、92.1%.其中TN去除率偏低，这主要与二级BAF系统未形成良好的厌氧环境，反硝化过程进行的不彻底有关。（2）第一级BAF出水端（BAF上部）生物膜表面形态结构和第二级BAF出水端（BAF上部）生物膜有明显差别，第一级BAF生物膜表面凹凸不平，不规则颗粒物较多，呈散乱堆积状；而第二级BAF端生物膜表面相对平缓，生物膜薄而致密。（3）在屠宰废水的处理中，采用厌氧——二级曝气生物滤池处理后取得了良好的处理效果，并达到国家《肉类加工工业水污染物排放标准》（GB13457-92）的二级排放标准。3、BAF在屠宰加工废水中的反冲洗策略研究针对屠宰废水处理工程中的二级BAF，在调试过程中对反冲洗进行考察，分析反冲洗后运行参数及生物量活性的变化，确立二级BAF各自的最佳反冲洗策略。通过数据分析确定，二级BAF的反冲洗方式为气冲洗—气水联合冲-50-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文洗—水冲洗，反冲洗后二级BAF的COD去除率大约经过4h左右恢复到反冲洗之前，分析认为部分微生物生长在陶粒内部孔隙中，当实施反冲洗时，表面的活性低的微生物脱落，而不会伤及内部的微生物，使COD的去除效率很快得到恢复，二级BAF的SS去除率大约经过4~8h恢复到反冲洗之前。所以可以得出结论，适当的反冲洗策略不但可以恢复生物膜的活性，提高系统的处理效率，还可以延长反冲周期，降低运行费用。二、对今后工作的建议由于本文还未对曝气生物滤池的特性进行深入研究，因此建议对曝气生物滤池脱氮进行深入的研究，不仅解决污水中NH3-N的转化问题，也同时解决反硝化的问题，为城市污水处理厂出水的回用提供保障和依据。-51-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文参考文献1王秀艳，朱坦，王启山，彭海。城市水循环途径及影响分析。2003，16（4）：54-57。2马克。德维利耶。水——迫在眉睫的生存危机。上海译文出版社。2003：1-15。3孙文汗，孙寿魁.我国污水处理的可持续发展.。排水委员会第四届第一次年会.2001-7-3。4赵勇.浅谈中水工程.安徽建筑.2003，(1):98-99。5赵玉晓，李善评，乔鹏，张启磊。曝气生物滤池的除磷效果及滤料生物相特征。山东大学学报2008，38（1）：88-916张杰，曹相生，孟雪征.曝气生物滤池的研究进展.中国给水排水.2002，18(8):26-2.7郑俊，王晓炎.水解酸化－曝气生物滤池处理啤酒废水.给水排水.2001，27(1):48-49.8黄咏洲，徐建斌，黄玮。一体化曝气生物滤池处理城市生活污水试验研究。环境科学于管理。2008，33（1）：103-106.9齐兵强.曝气生物滤池(Biofor)处理生活污水中试研究.清华大学博士论文.2001:20-35.10P.Bedard.HighRateBiofiltration.Proceedingsof3rdInternationalMeetingonBiologicalAeratedFilters,CranfieldUniversity,1999,UK:13.11R.Pujol.ProcessImprovementsforUpflowSubmergedBiofilters.Water21.2000,4:25-29.12C.Won-seok,H.Seok-WonandP.Joonkyu.EffectofZeoliteMediafortheTreatmentofTextileWastewaterinaBiologicalAeratedFilter.ProcessBiochemistry.2002,37(7):693-698.13A.Kantardjieff,J.P.Jones.AerobicBiofilterTreatmentofSlaughterhouseEffluent.In:51stPurdueIndustrialWasteConferenceProceedings.1996,595-600.14A.Kantardjieff,J.P.Jones.PracticalExperienceswithAerobicBiofiltersinTMP-52-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文(ThermomechanicalPulping),SulfiteandFinePaperMillsinCanada.WaterScienceandTechnology.1997,35(2-3):227-234.15P.W.Westerman,J.R.BicudoandA.Kantardjieff.UpflowBiologicalAeratedFiltersfortheTreatmentofFlushedSwineManure.Bioresouretechnology.2000,74(3):181-190。16陈玥，齐春对，闫立娟。应用曝气生物滤池深度处理垃圾渗沥液。污染防止技术。2006，19（1）：3-5。17郑俊，吴浩汀，程寒飞.曝气生物滤池污水处理新技术及工程实例.化学工业出版社.2002:39-54。18陈义标.曝气生物滤池对染料废水的深度处理研究.东华大学硕士论文.2003:16-25。19张恒建，赵玉军，叶晓亮.曝气生物滤池工艺处理医疗废水工程实例.江苏环境科技.2003，16(1):16-17。20李玉华，赵可，霍明昕。气浮-曝气生物滤池工艺处理印染废水。中国给排水。2003，19（11）41-42。21李善评，张鉴达，负军锋等。曝气生物滤池在啤酒废水处理中的应用。山东大学学报（工学报）。2004，34（3）：105-108.22M.L.Lacalle,S.Villaverde,F.Fdz-Polanco,etal.CombinedAnaerobic/aerobic(UASB+UBAF)SystemforOrganicMatterandNitrogenRemovalfromaHighStrengthIndustrialWastewater.WaterScienceandTechnology.2001，44(4):255-262.23F.Omil,M.G.Juan,B.Arrojo,etal.AnaerobicFilterReactorPerformancefortheTreatmentofComplexDairyWastewateratIndustrialScale.WaterResearch.2003,37(17):4099-4108.24J.G.Peladan,H.LemmelandR.Pujol.HighNitrificationRatewithUpflowBiofiltration.WaterScienceandTechnology.1996，34(1-2):347-353.25A.T.Mann,L.Mendoza-EspinosaandT.Stephenson.PerformanceofFloatingandSunkenMediaBiologicalAeratedFiltersunderUnsteadyStateConditions.WaterResearch.1999,33(4):1108-1113.-53-n哈尔滨工业大学工学硕士学位论文26F.Edz-polanco,E.Mendez,M.A.Uruena,etal.SpatialDistributionofHetertrophsandNitrifiersinaSubmergedBiofilterforNitrification.WaterResearch.2000，34(16):4081-4089.27S.L.Harris,S.T.tephensonandP.Pearce.Aerationinvestigationofbiologicalaeratedfiltersusingoff-gasanalysis.WaterScienceTechnology.1996,34(3-4):307-314.28卢佳，刘翔。两级曝气生物滤池在城市生活污水回用中的应用。应用能源技术。2007，114（6）：39-42.29T.D.Kent,C.S.B.FitzpatrickandS.C.Williams.TestingofBiologicalAeratedFilt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