青島理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 南水北調(diào)是解決北方地區(qū)水資源嚴(yán)重短缺問題的特大基礎(chǔ)設(shè)施項目。其中東 線工程從長江下游揚州附近抽引長江水，利用京杭大運河及其平行的河道為輸水 主干線和分干線逐級提水北送。濟寧市位于南水北調(diào)東線工程山東段調(diào)水干線的 匯水區(qū)域范圍內(nèi)，市區(qū)各河流均匯入作為南水北調(diào)東線工程天然調(diào)蓄水池的南四 湖。因此，南四湖是南水北調(diào)東線工程沿線水質(zhì)保障的重點。為了保障南水北調(diào) 東線工程的供水安全，山東省建設(shè)廳要求濟寧市污水處理廠出水水質(zhì)按照城鎮(zhèn) 污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)( g b l 8 9 1 8 - - 2 0 0 2 ) 中的一級a 標(biāo)準(zhǔn)控制。 本研究在對濟寧市污水處理廠現(xiàn)有處理設(shè)施的c o d 、t n 、t p 的去除能力的 分析基礎(chǔ)上，通過采用活性污泥測定儀( a b a m ) 裝置好氧區(qū)好氧速率( o u r ) 測定方法，研究發(fā)現(xiàn)該污水處理廠進水中惰性c o d 濃度較高，并且在現(xiàn)有工藝條 件下難以降解去除特性。 根據(jù)濟寧市污水處理廠迸水水質(zhì)狀況及出水水質(zhì)指標(biāo)要求，在濟寧市污水處 理廠現(xiàn)有工藝與設(shè)備設(shè)施條件分析基礎(chǔ)上，確定濟寧市污水處理廠升級改造工程 主要分為兩部分，一是對原有二級生物處理單元的升級改造，目的在于提高有機 物、氮、磷的去除效率，穩(wěn)定二沉池出水的水質(zhì)，降低后續(xù)深度處理工段的難度。 二是增加深度處理單元，目的在于提高難降解有機物與總磷去除效率，保證最終 出水滿足一級a 的排放標(biāo)準(zhǔn)。 針對二級生物處理單元的升級改造技術(shù)難題，本研究進行了移動床生物膜反 應(yīng)器( m b b r ) 現(xiàn)場中試研究。研究結(jié)果表明，在生化反應(yīng)系統(tǒng)好氧區(qū)前三段投加 懸浮填料，填充率在5 0 以上，可保證二級生物處理系統(tǒng)c o d 、n h 4 + - n 、t p 去 除率分別達到8 5 、9 0 、7 0 以上，而且m b b r 工藝具有較好的抗沖擊負(fù)荷能 力，同時有助于提高難降解有機物去除能力，為二級生物處理單元的升級改造技 術(shù)選擇提供了技術(shù)；針對深度處理單元技術(shù)選擇問題，本研究通過對絮凝沉淀、 過濾及消毒單元的比較分析，確定了深度處理單元技術(shù)選擇優(yōu)化方案，即采用斜 板沉淀、濾布濾池與n a c l 0 消毒深度處理組合技術(shù)方案。 通過上述研究，最終確定濟寧市污水處理廠一級a 升級改造工程可行性方案 為m b b r 強化二級生物處理一二次沉淀池一二次提升泵房一絮凝沉淀池一濾布濾 池一次氯酸鈉消毒池一出水，并對上述技術(shù)方案進行了工藝設(shè)計。 關(guān)鍵詞： 污水處理升級改造移動床生物膜反應(yīng)器脫氮除磷 a b s t r a c t t h es o u t h t o - n o r t hw a t e rt r a n s f e rp r o j e c ti st h eg r e a ti n f r a s t r u c t u r ep r o j e c t st o s o l v et h es e r i o u ss h o r t a g eo fw m e rr e s o u r c e si nn o r t ha r e ai nc h i n a , i nw h i c ht h r o u g h t h ee a s tr o u t ep r o j e c tt h ew a t e ri sp u l l e dn e a ry a n g z h o uc i t ys i t u a t e di nt h ed o w n s t r e a m o ft h ey a n g t z er i v e r , a n ds e n tt ot h en o r t hs t e pb ys t e pu s i n gt h eb e i j i n g - h a n g z h o u g r a n dc a n a la n di t sp a r a l l e lr i v e r j i n i n gc i t yi s l o c a t e di nt h ec a t c h m e n ta r e ao f s h a n d o n gs e c t i o no fe a s tr o u t e ，a l lt h er i v e ri nt h eu r b a na r e af l o wi n t ot h en a n s il a k e u s e da st h en a t u r a li m p o u n d e db a s i no ft h ee a s tr o u t eo fs o u t h - t o - n o r t hw a t e rt r a n s f e r p r o j e c t , s ot h en a n s il a k ei st h ef o c u so ft h ew a t e rq u a l i t ys e c u r i t yi nt h ee a s tr o u t eo f t h es o u t h t o - n o r t hw a t e rt r a n s f e rp r o j e c t i no r d e rt og u a r a n t e et h e w a t e rs u p p l y s e 謝t vo ft h ee a s t - r o u t eo ft h es o u t h t o n o r t hw a t e rt r a n s f e rp r o j e c t ，t h ee f f l u e n t q u a l 塒o fj i n i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n ts h o u l db e c o n t r o l l e da c c o r d i n gt ot h eg r a d e as t a i l d a r d so f “m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tp o l l u t a n te m i s s i o ns t a n d a r d s ( g b 18 918 2 0 0 2 ) b a s e do nt h er e q u i r e m e n to ft h ec o n s t u c t i o nd e p a r t m e n to f s h a n d o n gp r o v i n c e i nt h i sp a p e r , t h ec a p a b i l i t yo ft h ee x i s t i n gf a c i l i t i e si nj i n i n gm u n i c i p a ls e w a g e t r e a t m e n tp l a n tt or e m o v ec o d ，t n ，t pw a sa n a l y z e db a s e do nt h em o n i t o r i n gd a t a o x y g e nu p t a k er a t ei na e r o b i cz o n ew a s d e t e c t e db yu s i n ga c t i v a t e ds l u d g ea p p a r a t u s ， t l l ed a t as h o wt h a tt h ei n e r tc o dc o n c e n t r a t i o no ft h es e w a g ew a t e ri sh i g h e ra n di s d i f f i c u l tt ob eb i o d e g r a d e du n d e rt h ec u r r e n tc o n d i t i o n s a c c o r d i n gt ot h ei n f l u e n tq u a l i t ya n dt h ee f f l u e n tq u a l 姆r e q u i r e m e n to f j i n i n g m u n i c i p a ls e w a g et r e a t m e n tp l a n t ，c o m b i n e dw i t ht h es t a t u so fj i n i n gs e w a g et r e a t m e n t p l a n t ，t h ee x i s t i n gp r o c e s sw a su p g r a d e dw h i c hi n c l u d e st w om a i np r o j e c t ：o n e i st o i m p r o v e t h eo r i g i n a ls e c o n d a r yb i o l o g i c a lt r e a t m e n ts e c t i o nt oe n h a n c et h eo r g a n i c m a t t e r ，m 仃o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a le f f i c i e n c y , s t a b i l i z et h ee f f l u e n tq u a l i t yo f s e c o n d a r ys e d i m e n t a t i o nt a n k ，a n dr e d u c et h ed i f f i c u l t yo ff o l l o w - u pp r o c e s s i n gs e c t i o n ； t h eo t h e ri st oi n c r e a s et h ea d v a n c e dp r o c e s s i n gs e c t i o n ，m a i n l yt or e m o v e t h er e f r a c t o r y o r g a n i c m a t t e rt om a k et h ee f f l u e n tq u a l i t ym e e tt h eg r a d ea e m i s s i o n ss t a n d a r d s u 青島理工大學(xué)t 程碩士學(xué)位論文 f a c i n gt h ed i f f i c u l t yi nt h eu p g r a d et e c h n o l o g yo ft h eo r i g i n a ls e c o n d a r yb i o l o g i c a l t r e a t m e n ts e c t i o n ，t h ep i l o tp l a n tt e s to ns i t eo fm o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o r ( m b b r ) w a s s t u d i e di nt h i sp a p e r t h er e s u l t ss h o wt h a ta d d i n gs u s p e n df i l l i n gi nt h ea e r o b i cz o n eo f t h eb i o c h e m i c a lr e a c t i o ns y s t e mw i t hm o r et h a n5 0 o ff i l l i n gr a t e ，c a nm a k et h e s y s t e mr e m o v a lr a t eo fc o d ，n h 4 + - n ，t pi n c r e a s et o8 5 ，9 0 ，7 0 t h ep r o c e s s h a sb e t t e ra n t i s h o c kl o a d i n gc a p a b i l i t ya n dc a ne n h a n c et h er e m o v a lr a t eo fr e f r a c t o r y o r g a n i cm a t t e r , w h i c ho f f e rg o o dc h o i c ef o rt h eu p g r a d eo ft h eo r i g i n a ls e c o n d a r y b i o l o g i c a lt r e a t m e n ts e c t i o n r e g a r d i n ga st h et e c h n o l o g yc h o i c eo fa d v a n c e dp r o c e s s ， t h r o u g ht h ea n a l y s i so nf l o c e u l a t i o na n ds e d i m e n t a t i o n ，f i l t e r i n ga n dd i s i n f e c t i o ns e c t i o n ， t h eo p t i m i z e ds o l u t i o no ft h ea d v a n c e d p r o c e s sw a sc o n f i r m e d ，w h i c hi st h e c o m b i n a t i o np r o c e s si n c l u d i n gr a m pp r e c i p i t a t i o ns y s t e m ，f i l t e rc l o t hf i l t e rt e c h n o l o g y , n a c l od i s i n f e c t i o n b a s e do nt h ea n a l y s i sa b o v e ，t h ef i n a l l yf e a s i b l eu p g r a d ep r o c e s sf o rj i n i n g m u n i c i p a ls e w a g et r e a t m e n tp l a n ti sm b b rr e i n f o r c e ds e c o n d a r yb i o l o g i c a lt r e a t m e n t - s e c o n d a r y s e d i m e n t a t i o nt a n k 一 s e c o n d a r yp u m ph o u s e 一 f l o c c u l a t i o na n d s e d i m e n t a t i o n f i l t e rc l o t hf i l t e r - n a c i od i s i n f e c t i o n e f f l u e n t , a n dt h e c o r r e s p o n d i n gt e c h n o l o g i c a ld e s i g nw a sa l s om a d e k e yw o r d ： w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ；u p g r a d ea n dr e c o n s t r u c t ；m o v i n gb e db i o f i l m r e a c t o r ；n i t r o g e nr e m o v i n g ；p h o s p h o r u sr e m o v i n g ； i 青島理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 1 1 研究的背景 第1 章緒論 南水北調(diào)是解決我國北方地區(qū)水資源嚴(yán)重短缺問題的特大基礎(chǔ)設(shè)施項目。其 中東線工程從長江下游揚州附近抽引長江水，利用京杭大運河及其平行的河道為 輸水主干線和分干線逐級提水北送。東線工程輸水主干線長1 1 5 0k m ，主要供水目 標(biāo)為從根本上解決蘇北、山東東部和河北東南部以及津浦鐵路沿線的城市缺水問 題，并可作為天津市的補充水源。 黨中央和國務(wù)院明確指出，南水北調(diào)東線工程能否順利實施，節(jié)水是前提， 治污是關(guān)鍵，并提出了“三先三后”原則。確切地說，在工程輸水中要確?！跋裙?jié)水 后調(diào)水，先治污后通水，先環(huán)保后用水”。從戰(zhàn)略上看，東線工程沿線調(diào)蓄湖泊的 水質(zhì)狀況對調(diào)水水質(zhì)安全至關(guān)重要。東線工程的輸水調(diào)蓄湖泊主要包括洪澤湖、 駱馬湖、南四湖、東平湖、大屯水庫、北大港水庫、團泊洼、千頃洼、大浪淀和 浪洼等。按照國務(wù)院批轉(zhuǎn)的南水北調(diào)東線工程治污規(guī)劃實施意見，確保南水北 調(diào)東線輸水干線水質(zhì)達到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)( g b 3 8 3 8 - 2 0 0 2 ) 中地表水類 標(biāo)準(zhǔn)要求，東線工程沿線水質(zhì)保障的重點是南四湖。 南四湖作為南水北調(diào)東線工程的輸水通道和調(diào)蓄湖泊，由南陽湖、獨山湖、 昭陽湖和微山湖組成，湖泊面積1 2 6 6k m 2 ，流域面積約3 1 7 0 0k m 2 ，入湖河流5 3 條，流域內(nèi)人口約1 9 0 0 余萬人。2 0 0 2 年，南水北調(diào)東線工程開工建設(shè)時，南四湖 9 0 以上的湖區(qū)水質(zhì)為劣v 類。經(jīng)過幾年的努力，目前南四湖流域各入湖河流的 水質(zhì)已經(jīng)取得了一定的改善。2 0 0 6 年的監(jiān)測結(jié)果顯示，南四湖約7 0 面積的湖區(qū) 達到了v 類水質(zhì)，但是，這距國家地表類水的調(diào)水水質(zhì)要求仍有較大距離。 隨著南水北調(diào)東線工程調(diào)水日期的日益臨近，南四湖面臨著嚴(yán)峻而緊迫的輸 水工程水質(zhì)保障任務(wù)。山東省建設(shè)廳于2 0 0 4 年4 月頒布了南水北調(diào)東線工程山 東段城市污水和垃圾處理工程建設(shè)規(guī)劃，該規(guī)劃規(guī)定地處黃河以南污水處理廠的 出水水質(zhì)按照城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)( g b l8 9 18 2 0 0 2 ) 中的一級a 排放標(biāo)準(zhǔn)控制【l j 。 濟寧市位于魯西南腹地，地處淮海平原與魯中南山地交接地帶。處于北緯 3 4 0 2 6 一3 5 0 5 7 ，東經(jīng)1 1 5 0 5 2 - 1 1 7 0 3 6 之間。西與菏澤市接壤，東與滕州市、臨沂市 l 青島理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 的平邑縣、蒙陰縣連接，南連棗莊市和江蘇市徐州市，北與泰安市毗連，南北長 1 6 7 k i n ，東西寬1 5 8 1 a n ，全市總面積1 0 6 8 4 9k m 2 2 0 0 7 年總?cè)丝? 1 8 2 7 萬人，其中 非農(nóng)業(yè)人口2 0 9 7 4 萬人。濟寧城區(qū)是以發(fā)展先進制造業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)為主的魯南 地區(qū)中心城市之一，以運河文化為特色的歷史文化名城。城市遠期規(guī)模達到1 6 0 萬人，用地規(guī)模1 6 0k m 2 。 目前，濟寧市作為城市供水的地下水源地主要有三個：城北地下水源地、南 水廠地下水源地、賈村地下水源地( 含黃屯、南營、王回莊水源地) 。南四湖水資 源主要來自降雨形成的地表徑流，其多年平均徑流量2 9 6 億m 3 ，是濟寧市主要的 地表水取水水源。 目前，濟寧市區(qū)地表水體污染嚴(yán)重，水體環(huán)境質(zhì)量惡化，僅達v 類或劣v 類， 而地表水利用尚處于起步階段，僅用于電廠冷卻用水和河道景觀用水。濟寧市均 以地下水為供水水源地，大氣降水是市區(qū)地下水的主要補給水源，可用水資源單 一。 濟寧市水資源近期仍以開采地下水源為主，遠期以地下水和地表水水源相結(jié) 合，開發(fā)南四湖及南水北調(diào)供水水源，同時開發(fā)建設(shè)中水回用工程【2 1 。 1 2 污水處理技術(shù)發(fā)展與環(huán)境目標(biāo)要求 1 2 1 污水處理技術(shù)發(fā)展 目前，污水生物處理技術(shù)的主要發(fā)展趨勢是多種技術(shù)組合為一體的新技術(shù)、 新工藝，如同步脫氮除磷好氧顆粒污泥技術(shù)、電生物耦合技術(shù)、吸附生物再生工 藝、生物吸附技術(shù)以及利用光、聲、電與高效生物處理技術(shù)相結(jié)合新型物化生物 處理組合工藝技術(shù)，如光催化氧化生物處理新技術(shù)、電化學(xué)高級氧化高校生物處 理技術(shù)、超聲波預(yù)處理高級生物處理技術(shù)、濕式催化氧化高效生物處理技術(shù)以及 輻射分解生物處理組合工藝等。在污水生物處理領(lǐng)域，由各種工藝間的有機結(jié)合 而產(chǎn)生多種新型處理工藝，它們各具特點，并已逐漸應(yīng)用于工程實踐。 復(fù)合生物膜活性污泥工藝，是近年來頗受關(guān)注的新型污水處理工藝，它是隨 著生物膜法處理工藝的發(fā)展而逐漸發(fā)展起來的一種新型反應(yīng)器，其特點是在活性 污泥曝氣池中投加填料作為微生物附著生長的載體，進而形成懸浮生長的活性污 泥和附著生長的生物膜，去除污水中有機物。生物膜法與其他污水處理工藝相結(jié) 合形成的反應(yīng)器稱為復(fù)合生物反應(yīng)器。在曝氣池中添加載體供微生物附著生長構(gòu) 2 青島理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 成復(fù)合生物反應(yīng)器，提高反應(yīng)器中污泥濃度及運行穩(wěn)定性，是提高活性污泥法效 能的有效措施。國內(nèi)外研究表明，復(fù)合生物反應(yīng)器可以明顯改善污泥的沉降性能， 克服污泥膨脹現(xiàn)象，硝化菌優(yōu)先附著生長在載體上，使硝化作用與懸浮相生物的 污泥泥齡( s r t ) 無關(guān)，提高硝化效果，其工藝流程如圖1 1 所示【3 1 。 圖1 1復(fù)合生物膜活性污泥工藝流程圖 1 、移動床生物膜反應(yīng)器 移動床生物膜反應(yīng)器( m o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o r ，m b b r ) 是上個世紀(jì)9 0 年代 在生物濾池和流化床的工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種水處理新技術(shù)【4 1 。m b b r 工藝技 術(shù)核心是向反應(yīng)池中投加比重略小于水的移動懸浮載體，為微生物生長提供附著 載體，提高系統(tǒng)總生物量，特別是長泥齡的硝化微生物的數(shù)量，大量附著生長在 懸浮填料上的生物膜使生物池中的活性生物量大大增加，在懸浮活性污泥與懸浮 填料表面的生物膜共同作用下，有效提高系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力，達到提高污水 處理的效能和處理出水水質(zhì)的目的【5 卅。懸浮填料在曝氣混合攪拌作用下，保證廢 水與載體上的附著生物膜廣泛而頻繁地接觸，提高系統(tǒng)傳質(zhì)效率，強化生物膜微 生物的更新，保持和提高生物膜的活性。 m b b r 反應(yīng)器的關(guān)鍵技術(shù)部件包括生物膜填料載體、曝氣( 攪拌器) 系統(tǒng)、 出水滯留濾網(wǎng)系統(tǒng)。 生物膜填料：目前國內(nèi)外有不同型號的生物膜填料，在市政污水處理廠中 廣泛應(yīng)用的是k 3 填料，由h d p e 制成，使用壽命至少為2 0 年。 曝氣與攪拌系統(tǒng)：曝氣系統(tǒng)采用中小孔徑的多孔管系，布氣均勻，氣量可 以調(diào)節(jié)控制，從而保證生物填料在反應(yīng)器中的不規(guī)則運動，不斷阻隔和破碎上升 的氣泡。反應(yīng)池中采用香蕉葉片形的潛水?dāng)嚢杵?，在均勻、慢速攪拌下，生物?料和水體產(chǎn)生回旋水流狀態(tài)，達到均勻混合的理想流態(tài)，同時保證生物填料不會 在攪拌過程中受到損壞。 3 青島理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 出水滯留濾網(wǎng)系統(tǒng)：出水滯留濾網(wǎng)在保持反應(yīng)器內(nèi)良好設(shè)計流態(tài)的同時， 還要把生物填料保留在生物池中。濾網(wǎng)的形式、孔徑大小、安裝位置因生物填料 不同而不同，出水面積取決于不同孔徑的單位出流負(fù)荷。濾網(wǎng)裝置有多孔平板式 或纏繞焊接管式( 垂直或水平方向) 【7 1 。 m b b r 生物工藝具有活性污泥工藝和生物膜工藝的優(yōu)點，將兩者有機地結(jié)合 在同一工藝池中，池中的活性污泥泥齡短，主要承擔(dān)b o d 的去除，附著生長的長 泥齡生物膜主要承擔(dān)硝化作用。 ( 1 ) m b b r 的技術(shù)優(yōu)勢 ( 芏) m b b r 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊，由于填料比表面積大，從而使得反應(yīng)器容積負(fù)荷 高，與傳統(tǒng)活性污泥法相比可節(jié)省占地5 0 以上。不同形式的填料和解決方案適 應(yīng)不同的預(yù)處理要求和應(yīng)用情況。 解決方案靈活，適用于各種池型，也可以應(yīng)用于現(xiàn)有處理構(gòu)筑物中，同時 通過簡便的調(diào)整、選擇不同的填料填充率，無需增大現(xiàn)有池容即能滿足提高標(biāo)準(zhǔn) 和擴大處理規(guī)模的需要。 沖擊負(fù)荷、溫度變化、污水成分變化、污水毒性增加等對m b b r 反應(yīng)器的 影響要遠遠小于活性污泥法，亦無需擔(dān)憂污泥膨脹。對于高s s 負(fù)荷，無需預(yù)處理。 由于填料和水流在生物池的整個容積內(nèi)都能得到混合，使池容得到完全利 用，優(yōu)質(zhì)耐用的生物填料、曝氣系統(tǒng)和出水裝置可以保證整個系統(tǒng)長期使用而不 需更換【7 - 9 。 ( 2 ) m b b r 工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀 m b b r 應(yīng)用范圍廣泛，近年來國內(nèi)外學(xué)者針對m b b r 處理生活污水、高負(fù)荷 有機廢水、工業(yè)廢水、垃圾滲濾液等方面做了大量試驗研究，均取得了較好的結(jié) 果 1 0 - 1 1 】。同時由于m b b r 工藝可減少現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)的體積，易于在現(xiàn)有污水 處理廠基礎(chǔ)上升級改造，且處理效果好，歐洲、美國、日本、新西蘭以及我國均 建有m b b r 型污水處理廠。 處理高濃度有機廢水 m b b r 工藝在高負(fù)荷條件下性能穩(wěn)定，可多級聯(lián)用方式處理污水。季民等采 用厭氧復(fù)合床生物膜反應(yīng)器處理高濃度有機廢水實驗，取得了良好效果。在進水 c o d 為5 3 0 0 - 2 0 1 4 0 m g l 、c o d 容積負(fù)荷為5 3 8 - 2 0 6 2 k g ( m 3 d ) 、h r t 為0 9 8 d 的條件下，c o d 去除率 9 0 t 1 2 1 。 4 青島理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 處理低濃度污水 一些單位將生活污水與沖洗水混合排放，導(dǎo)致生活污水中有機物濃度較低， 不適合普通的活性污泥法處理。張興文等利用m b b r 工藝處理中國石化撫順乙烯 有限公司廠區(qū)內(nèi)生活污水及沖洗水的混合排放污水1 2 】。具體工藝流程為調(diào)節(jié)池一 m b b r 一沉淀池一纖維球過濾罐一活性炭過濾罐。進水水質(zhì)為c o d 7 6 m g l 、 b o d 3 7 m g l ，水力停留時間為2 4 h 、氣水比為4 ：1 的情況下，出水各項水質(zhì)指 標(biāo)均可達到循環(huán)冷卻水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)( g b 5 0 0 5 0 9 5 ) 的要求。 脫氮 活性污泥生物膜集成工藝也能很好地適應(yīng)于生物脫氮。在活性污泥法中為了 達到較好的硝化效果，好氧泥齡應(yīng)很長，污泥濃度較高，容易導(dǎo)致反應(yīng)區(qū)絲狀菌 的大量繁殖，而出現(xiàn)污泥膨脹和難以沉淀。而在流化床生物膜集成工藝中，利用 生物填料來富集生長緩慢的硝化菌，從而可以利用生物膜來進行硝化，利用較短 泥齡的活性污泥去除有機物。 2 、深度處理工藝 目前，我國城市污水深度處理主流工藝為混凝、沉淀、過濾組合技術(shù)。 ( 1 ) 混凝沉淀和過濾消毒工藝 混凝沉淀后過濾消毒是最傳統(tǒng)也是目前應(yīng)用比較廣泛的一種污水深度處理方 法。混凝的過程就是使膠體粒子和微小懸浮物聚集成長的過程，混凝沉淀過程主 要去除二級處理出水中呈膠體和懸浮狀態(tài)的有機與無機污染物，所表現(xiàn)出來的就 是對污水色度和濁度的去除；混凝沉淀也可以去除污水中的某些溶解性物質(zhì)，如 砷、汞等。也能夠有效地去除導(dǎo)致緩流水體富營養(yǎng)化的氮、磷等。過濾是污水深 度處理工藝應(yīng)用最普遍的一種工藝，是保證出水質(zhì)量的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。過濾法處 理二級處理出水主要是去除生物處理工藝中殘留的生物污泥絮體，一般不需投加 藥劑。過濾后出水s s 值可達1 0 m g l ，c o d 去除率可達1 0 0 o - - - 3 0 。對于膠體污染 物，由于難以通過過濾法去除，故應(yīng)考慮投加一定的藥劑。 ( 2 ) 活性炭吸附工藝 活性炭吸附是城市污水深度處理中最重要最有效的處理技術(shù)”】，因為活性炭 含有大量微孔，具有巨大的比表面積，能有效地去除色度、臭味，可去除城市污 水二級處理出水中大多數(shù)有機污染物和某些無機物，包括某些有毒的重金屬?；?性炭對分子量在5 0 0 - 3 0 0 0 的有機物有十分明顯的去除效果，去除率一般為 5 青島理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 7 0 - , 8 6 7 ?？梢越?jīng)濟有效地去除嗅、色度、重金屬、消毒副產(chǎn)物、農(nóng)藥、放射 性有機物等，可以用來脫色、除臭。 ( 3 ) 臭氧氧化工藝 臭氧具有極強的氧化性，能與許多有機物或官能團發(fā)生反應(yīng)【1 4 】。由于臭氧能 氧化分解水中各種雜質(zhì)所造成的色、嗅、味，其脫色效果比活性炭好，可多方面 去除污染，有效地改善水質(zhì)。另外，臭氧對飲用水進行處理時還可減少氯消毒過 程中產(chǎn)生的有害副產(chǎn)物。但是目前臭氧發(fā)生技術(shù)還不成熟，運行費用過高，推廣 有難度。目前國內(nèi)臭氧技術(shù)多用在工業(yè)水處理，生活污水處理領(lǐng)域應(yīng)用較少。 ( 4 ) 膜分離工藝 膜分離法是一種新興的高分離、濃縮、提純和凈化技術(shù)。由于不使用藥劑， 占地面積小，在水質(zhì)波動較大時仍可自動連續(xù)運行。膜分離技術(shù)可以有效地脫除 水的色度，而且可以降低生成三鹵甲烷的潛在風(fēng)險?，F(xiàn)在使用的膜分離法主要包 括微過濾、反滲透等。微過濾不僅可以去除沉淀不能除去的包括細菌、病毒和寄 生生物在內(nèi)的懸浮物，還可以降低水中的磷酸鹽含量。超濾用于去除大分子，對 二級出水的c o d 和b o d 去除率大于5 0 。反滲透可以用于降低礦物質(zhì)濃度和去除 總?cè)芙夤腆w，對二級出水的脫鹽率達到9 0 以上，水的回收率7 5 左右，c o d 和 b o d 的去除率在8 5 左右，細菌去除率在9 0 以上。膜過濾的水源通常要求比較清 澈，基建投資和運轉(zhuǎn)費高，易發(fā)生堵塞，需要高水平的預(yù)處理和定期的化學(xué)清洗， 還存在濃縮污泥處置等問題i t 5 】。 ( 5 ) 臭氧和生物活性炭聯(lián)用工藝 臭氧和生物活性炭聯(lián)用技術(shù)可以有化學(xué)氧化、物理吸附與生物降解三方面的 作用，還有活性炭介質(zhì)的過濾作用，與此同時，還可以有效脫色、除味，是目前 世界上最常用、最成熟的去除有機物的技術(shù)。 ( 6 ) 人工濕地工藝 該工藝主要是利用濕地中基質(zhì)、水生植物和微生物之間的三種協(xié)同作用，通 過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解來實現(xiàn)對污水的高效凈 化率，其對c o d 的去除率可達8 0 以上，對t n 和t p 的去除率分別可達6 0 和9 0 ， 且其對負(fù)荷變化適應(yīng)能力強，運行維護管理方便、工程建設(shè)和運轉(zhuǎn)費用較低。 ( 7 ) 曝氣生物濾池( b a f ) b a f 是在生物接觸氧化基礎(chǔ)上引入飲用水工業(yè)中過濾思想而產(chǎn)生的種好氧 6 青島理工大學(xué)t 程碩十學(xué)位論文 污水處理技術(shù)。其原理是，在濾池內(nèi)填充大量粒徑較小、表明粗糙的填料，通過 培養(yǎng)和馴化讓填料掛上有用的生物膜，利用高濃度生物膜的生物降解和生物絮凝 能力處理污水中的有機物，并利用填料的過濾性能截留懸浮物，保證脫落的生物 膜不隨出水流出。同時，因為曝氣裝置將整個濾池分為好氧區(qū)和缺氧區(qū)，可分別 進行硝化和反硝化，從而達到脫氮的作用，若在相應(yīng)階段投加適量除磷劑則還可 以達到良好的除磷效果。 ( 8 ) 高級氧化工藝 高級氧化法在反應(yīng)中產(chǎn)生活性極強的自由基，使難降解有機物轉(zhuǎn)變成易降解小 分子物質(zhì)，甚至直接生成c 0 2 和h 2 0 ，達到無害化的目的。其工藝形式主要有，濕 式氧化、濕式催化氧化、超臨界水氧化、光化學(xué)催化氧化、電化學(xué)氧化、超聲輻 射降解法、輻射法。各種高級氧化法對污水深度處理效果不盡相同，但總體效果 都比較理想，但是處理費用偏高，對設(shè)備要求高和二次污染問題是限制它們發(fā)展 為主流工藝的瓶頸，故其在生產(chǎn)實際中的應(yīng)用較少。 1 2 2 環(huán)境目標(biāo)要求 城市污水是由排入城市下水道的生活污水和工業(yè)廢水組成。城市污水處理技 術(shù)按水質(zhì)凈化對象與目標(biāo)要求經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。在污水處理技術(shù)發(fā)展的初期， 人們認(rèn)識到有機污染物對環(huán)境生態(tài)的危害，從而把有機污染物即生化需氧量 ( b o d 5 ) 和懸浮固體( s s ) 的去除作為污水處理的主要水質(zhì)目標(biāo)。到2 0 世紀(jì)6 0 年代和7 0 年代，隨著常規(guī)二級生物處理技術(shù)在工業(yè)化國家的普及，人們發(fā)現(xiàn)僅僅 去除b o d 5 和s s 還是不夠的，氨氮( n h 3 n 和n h 4 + - n ) 的存在依然導(dǎo)致水體的 黑臭和溶解氧濃度過低，這一問題的出現(xiàn)使常規(guī)二級生物處理技術(shù)從單純的有機 物去除發(fā)展到有機物和氨氮的聯(lián)合去除，即污水的硝化處理。到2 0 世紀(jì)7 0 年代 和8 0 年代，由于水體富營養(yǎng)化問題的日益嚴(yán)重，污水氮磷去除的實際需要使二級 ( 生物) 處理技術(shù)進入了具有脫氮除磷功能的深度二級( 生物) 處理階段。而采 用物理、化學(xué)方法對傳統(tǒng)二級生物處理出水進行除磷除氮處理、去除有毒有害有 機化合物及某些無機物質(zhì)的處理過程通常稱為三級處理或深度處理。 目前，我國城市污水處理廠執(zhí)行的城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn) ( g b l 8 9 1 8 - - - 2 0 0 2 ) ，其對城鎮(zhèn)污水處理廠的主要出水指標(biāo)規(guī)定如表1 1 所示，該 標(biāo)準(zhǔn)是在污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 基礎(chǔ)上，結(jié)合我國城市污水處 7 青島理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 理及污染防治技術(shù)政策，針對城鎮(zhèn)污水處理廠污染物的排放控制和污水資源化利 用而制訂的新的城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，與原有污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn) 比較，城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)針對城鎮(zhèn)污水處理廠出水不僅提高氨氮 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，而且新增了總氮、總磷控制指標(biāo)，并且進一步將一級標(biāo)準(zhǔn)分為a 標(biāo)準(zhǔn) 和b 標(biāo)準(zhǔn)。 表1 1 城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 1 6 】( 摘錄) 序一級標(biāo)準(zhǔn) 二級 三級 號 基本控制項目 a 標(biāo)準(zhǔn)b 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 1 化學(xué)需氧量( c o d ) 5 0 6 0 1 0 01 2 0 2生化需氧量( b o d )1 02 03 06 0 3懸浮物( s s )1 02 0 3 0 5 0 4動植物油13 5 2 0 5石油類1351 5 6陰離子表面活性劑o 5125 7總氮( 以n 計) 1 52 0 8氨氮( 以n 計) 5 ( 8 )8 ( 1 5 ) 2 5 ( 3 0 ) 總磷2 0 0 5 年1 2 月3 1 日前建設(shè) 11 535 9 ( 以p 計)2 0 0 6 年1 月1 日起建設(shè)的o 5135 1色度( 稀釋倍數(shù)) 3 03 0 4 0 5 0 1 p h 每一9 1類大腸菌群數(shù)( 個l )1 0 31 0 41 0 4 注：擴號外數(shù)值為水溫 1 2 c 時的控制指標(biāo)，括號內(nèi)數(shù)值為水溫= 1 2 c 時的控制指標(biāo)。 在城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 的制訂過程中，設(shè)立 “一級a 標(biāo)準(zhǔn)”的目的，是在國家相關(guān)再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)未出臺之前，作為再生水水 質(zhì)的過渡性標(biāo)準(zhǔn)與參考標(biāo)準(zhǔn)。某種意義上說，一級a 標(biāo)準(zhǔn)的初衷不是作為排放標(biāo) 準(zhǔn)，而是再生水水質(zhì)的基本要求【1 7 1 。因此，可以認(rèn)為，城鎮(zhèn)污水處理廠出水一級 a 標(biāo)準(zhǔn)的工藝流程實際上相當(dāng)于城鎮(zhèn)污水再生處理工藝流程，是污水二級強化處 理、三級處理、高級處理工藝和消毒的不同組合與集成。污水二級強化處理是一 級a 穩(wěn)定達標(biāo)的關(guān)鍵工藝單元，其選取既要考慮二級處理出水中的主要水質(zhì)指標(biāo) ( t n 、n i - 1 4 + - n 、c o d e r 、t p ) 能否達到一級a 排放標(biāo)準(zhǔn)，更要考慮后續(xù)深度處理 對前處理工藝的要求，前處理和后處理工藝能夠相互補充以增強整個工藝流程的 總體效能。 從技術(shù)可行性和經(jīng)濟合理性角度考慮，有機物( c o d e r 、b o d ) 和氮、磷的 達標(biāo)去除應(yīng)盡量在二級生物處理工藝單元中完成，特別是t n 和n h 4 + n 的去除。 8 青島理工大學(xué)工程碩十學(xué)位論文 二級( 強化) 處理應(yīng)確保有機物、懸浮固體和氮、磷營養(yǎng)物的高效去除，一般采 用生物除磷和生物硝化反硝化方法，必要時增加化學(xué)協(xié)同除磷。特殊( 微量) 污 染物和有毒有害物質(zhì)應(yīng)盡量在工業(yè)企業(yè)源頭加以控制，必要時在深度處理工藝流 程中設(shè)置針對特定水質(zhì)指標(biāo)的處理單元【1 8 - 2 1 】。 二級( 強化) 處理之后的深度處理應(yīng)以過濾工藝為核心單元、混凝沉淀為強 化手段，起到高效去除懸浮固體和膠體物質(zhì)的作用，降低處理水的濁度和消除病 原體，必要時通過調(diào)整混凝劑及其投加量的優(yōu)化完成化學(xué)除磷。高級處理是達標(biāo) 深度處理的選用單元，通過物理、化學(xué)或生物方法更充分地去除水中某些特定的 成分，例如反硝化濾池去除硝態(tài)氮，活性炭吸附和臭氧氧化去除難生物降解有機 物及脫色、反滲透法去除溶解性固體。消毒處理是達標(biāo)的必備單元，也是深度處 理流程的最后一個單元，其功能是利用物理、化學(xué)或生物的方法去除和滅活水中 的各種病原體【1 4 1 。 1 3 濟寧市污水處理廠現(xiàn)狀 濟寧市污水處理廠位于濟寧南郊老運河旁的西趙村附近，占地約2 0 7 公頃； 設(shè)計處理規(guī)模2 0 x 1 0 4 m 3 d ，服務(wù)面積4 7 k i n 2 ，項目總投資4 0 4 4 8 億元，原設(shè)計采 用生物吸附一生物氧化二級污水處理工藝( a b 法) ，污泥處理工藝采用中溫厭氧 消化處理工藝；處理后的污水排入老運河最終匯入南四湖，設(shè)計進出水水質(zhì)及實 際的進出水水質(zhì)如表1 2 ，污水處理工藝的流程見圖1 1 。 表1 2 污水處理廠設(shè)計與實際進出水水質(zhì)指標(biāo) c o d 。 b o d 5 s st pn h a - nt n p h 設(shè)計進水水質(zhì) 5 5 0 m r ：1 8 0 m r ： 2 0 0 m g 16 s t a r ：s o n a r ：6 0 m r ： 6 9 設(shè)計出水水質(zhì) 6 0 m g 12 0 m g 12 0 m r ：1 0 m r ：8 0 5 ) m r ：2 0 m r ： 6 9 進水實際值 2 8 8 m g 11 2 1 m r ：1 3 5 m r ：7 4 6 r a g 12 4 3 3 r n g 1 |6 9 出水實際值7 4 m r ：1 3 m g l 2 6 m r ： 2 7 4 r a g 1 3 0 6 m r ： 6 - 9 污染物去除率 7 4 3 8 9 3 8 0 7 6 3 3 8 7 4 f 9 青島理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 自城市 水翻礦 圖1 - 1 污水處理a b 工藝流程 2 0 0 7 年，應(yīng)南水北調(diào)東線工程對出水水質(zhì)提高的要求，對原設(shè)計a b 工藝進 行改造，保留原有a 段曝氣池和中間沉淀池，將原b 段曝氣池改造為厭氧池和部 分缺氧池，新建了部分缺氧池和好氧池，形成a + a 2 o 工藝，增強了濟寧市污水處 理廠脫氮除磷的能力。改造后工藝流程見圖1 2 。 污水處理廠建有的建構(gòu)筑物包括：綜合樓、單身宿舍、機修廠庫等廠前區(qū)附 屬建筑物；粗格柵及進水泵房、曝氣沉砂池、細格柵、a 段曝氣池、中間沉淀池、 b 段曝氣池、最終沉淀池、紫外消毒渠、鼓風(fēng)機房、污泥泵房等污水處理建構(gòu)筑物； 污泥濃縮池、污泥消化池、污泥控制室、污泥濃縮脫水機房、沼氣柜、沼氣火炬 等污泥處理建構(gòu)筑物。 1 0 青島理。r 大學(xué)t 程碩。l ：學(xué)位論文 自城 網(wǎng) 鼓風(fēng)機墅一 一? 。贏贏1 ”卜 i “ 一1 l 。 粗進3細 a 上 中二上、 玳l 鋁 最 緣 矗污水鉭水 氣段 間 。a r l 沉 淀 池 格 泵沉 j k r 格 鑒 沉 一 池 淀 房砂 池池柵池柵 上柵渣沉砂j r 一 卜 上 1lr 1 i r ( _l蝷 泥 泥 泥 瑣濃縮池 濃縮機 2a + a o 改造工藝流程 青島理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 濟寧市位于南水北調(diào)東線工程山東段調(diào)水干線的匯水區(qū)域范圍內(nèi)，市區(qū)各 河流均匯入作為南水北調(diào)東線工程天然調(diào)蓄水池的南四湖。根據(jù)南水北調(diào)東 線工程山東段城市污水和垃圾處理工程建設(shè)規(guī)劃與山東省南水北調(diào)沿線水 污染物排放標(biāo)準(zhǔn)( d b 3 7 5 9 9 - - 2 0 0 6 ) 的要求，規(guī)定排向南水北調(diào)南四湖流域 重點保護區(qū)的城鎮(zhèn)污水處理廠執(zhí)行執(zhí)行城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn) ( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 中一級標(biāo)準(zhǔn)的a 標(biāo)準(zhǔn)。由于濟寧市污水處理廠建設(shè)年限較早， 雖然2 0 0 7 年進行的一級b 升級改造增強了濟寧市污水處理廠脫氮除磷的能力， 但受污水處理廠進水水質(zhì)等條件限制，其脫氮、除磷的效率較低，污水處理廠 實際出水水質(zhì)遠達不到目標(biāo)出水水質(zhì)城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn) ( g b l 8 9 1 8 - - 2 0 0 2 ) 一級a 標(biāo)準(zhǔn)的要求，加之城市配套管網(wǎng)建設(shè)的不完善，造 成市區(qū)匯入南四湖的主要河道現(xiàn)狀水體質(zhì)量距目標(biāo)水體質(zhì)量相差甚遠，因此， 從保障南水北調(diào)東線工程輸水水質(zhì)安全出發(fā)，對濟寧市污水處理廠進行深度處 理改造，增強對難降解有機物的去除以及氮磷脫除功能勢在必行。 青島理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第2 章課題研究的目的、意義與內(nèi)容 2 1 研究的目的、意義 1 一級a 升級改造可為南水北調(diào)東線工程輸水水質(zhì)安全提供保障 濟寧市位于南水北調(diào)東線工程山東段調(diào)水干線的匯水區(qū)域范圍內(nèi)，市區(qū)各河流均匯 入作為南水北調(diào)東線工程天然調(diào)蓄水池的南四湖。根據(jù)南水北調(diào)東線工程山東段城市 污水和垃圾處理工程建設(shè)規(guī)劃，南水北調(diào)東線工程輸水干線2 0 0 8 年規(guī)劃目標(biāo)是地表 水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) h i 類水標(biāo)準(zhǔn)。為達此目標(biāo)，污水處理廠出水水質(zhì)必須 達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)( g b l 8 9 1 8 - - 2 0 0 2 ) 一級a 標(biāo)準(zhǔn)。為保障南水 北調(diào)東線工程山東段的長期安全穩(wěn)定運行，必須實施濟寧市污水處理廠一級a 升級改造 工程，進一步改造除磷脫氮工藝，使污水處理廠出水水質(zhì)達到目標(biāo)水質(zhì)，屆時污水處理 廠可以發(fā)揮更大的社會環(huán)境效益。 2 實施一級a 升級改造工程是緩解城市水資源緊張狀況的有效途徑 近年來，全國城市缺水約1 0 0 0 2 0 0 0 x 1 0 4 m 3 d ，另一方面排放污水量約1 億m 3 d 。 如果將部分污水經(jīng)二級處理和深度凈化后回用于工業(yè)以及城市雜用水，不但可以緩解水 資源緊張問題，有效利用水資源，同時還能帶動污水處理事業(yè)的發(fā)展，取得更好的環(huán)境 效益和社會效益。目前，濟寧市城市可用水資源明顯不足，己嚴(yán)重制約了城市經(jīng)濟社會 的發(fā)展。濟寧市污水處理廠規(guī)模2 0 1 0 4 m 3 d ，通過一級a 升級改造，使污水處理廠出水 具備資源化回用的基本條件，是緩解城市水資源緊張狀況的有效途徑之一。 2 2 研究的內(nèi)容 1 在污水處理廠