1、 本科毕业论文 （ 20 届） 含盐污水生物处理耐盐污泥驯化及其处理特性的研究 所在学院 专业班级 环境科学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科毕业论文 目录 目录 摘要 . 错误 !未定义书签。 Abstract . 错误 !未定义书签。 引言 . 1R 1、 SBR 工艺简介 1.1 SBR 工艺基本原理 1 1.2 SBR 工艺特性 .1 1.3 SBR 工艺的发展 .1 2、 . 材料与方法 2 2.1 . 海水的配制 错误 !未定义书签。 2.2 废水 的来源 . 错误 !未定义书签。 2.3 主要测试项目、方法及试验设备 . 错误 !未定义书签。 2.4 分析方
2、法 . 错误 !未定义书签。 2.5 试验步骤 . 17 3、试验结果与讨论 . 错误 !未定义书签。 3.1 COD 的去除率 . 错误 !未定义书签。 3.2 无机磷的去除率 . 错误 !未定义 书签。 3.3 氨氮的去除率 . 错误 !未定义书签。 3.4 盐度对污泥体积指数（ SVI）的影响 . 错误 !未定义书签。 4、结论 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 附 1 译文 . 错误 !未定义书签。 附 2 原文 . 错误 !未定义书签。 本科毕业论文 中文摘要 I 含盐污水生物处理耐盐污泥驯化及其处理特性的 研究 摘要 海水
3、利用技术得以推广应用的技术关键是海水利用后产生废水的后处理技术。这是由于海水的含盐量很高，当大生活用海水进入城市污水处理系统后，会对原污水生化处理系统带来一系列影响。由于国内外对大规模污水的处理大都采用生化处理法，因而，研究海水利用产生废水的生化处理技术便具有非常重要的意义。 间歇式活性污泥法（ Sequencing Batch Reactor Process,简称 SBR工艺）因具有处理效率高、运行方式灵活、脱氮除磷效果好，不易发生污泥膨胀等优点而被广泛应用。试验采用 SBR工艺研究了 30%海水比例的污水中浓度有机物的去除规律、污泥沉降性能以及氨氮、磷、的脱除效率。试验结果表明，含 30%
4、海水经处理后 COD的去除率达到了 81.29 ,氨氮和无机磷的去除率分别高达 93.04和 92.12 ，达到了出水水质标准，证实了该方法脱氮除磷及 COD的效果较好，可广泛应用于各种废水的处理。 关键词 海水利用废水 ； SBR工艺 ； 活性污泥 Biological treatment of saline wastewater sludge 本科毕业论文 英文摘要 II acclimation and treatment characteristics of salt-tolerant Abstract Seawater utilization technology could be k
5、ey to promote the use of technology resulting from waste water using post-processing techniques. This is due to the high salt content of seawater, when the big life use water into the municipal sewage treatment system, raw sewage will bring a series of biological treatment systems. Because of the la
6、rge-scale sewage treatment abroad were powered by biological treatment method, therefore, study the biochemical seawater utilization of wastewater treatment technology will be of great significance. SBR method (Sequencing Batch Reactor Process, referred to as the SBR process) due to a high efficienc
7、y, flexible operation mode, nitrogen and phosphorus removal, and not the advantages of sludge bulking has been widely used. Experimental studies using a 30% SBR process the sewage in the seawater of the removal of organic law of the concentration of the sludge settling characteristics and ammonia ni
8、trogen, phosphorus removal efficiency. The results showed that with 30% of the COD of the treated water reached 81.29 percent removal of nitrogen and phosphorus removal rates were as high as 93.04% and 92.12%, reaching water quality standards for nitrogen removal in addition confirmed that the metho
9、d Phosphorus and COD is better, can be widely used in various wastewater treatment . Key words The sea water utilizes waste water； SBR reactor； Denitrification 本科毕业论文 引言 1 引言 水资源紧缺问题是 21 世纪我国社会可持续发展最突出的问题之一。我国是世界上 13 个贫水国家之一，人均淡水资源占有量不足世界人均淡水资源占有量的 1 /41。而相对于内陆城市 ,我国沿海城市淡水资源短缺问题就更加严重，人均水资源占有量仅 500 m
10、3，低于我国人均占有量的 1/4。大连、天津、连云港等地的人均水资源量甚至低于 200 m3，处于极度缺水状况。随着沿海经济的快速发展，沿海城市对供水的需求成倍增长，对此，如何从长期困扰我国沿海经济发展的状况中，找出一条合理、可行的解决水资源问题的出路，已成为当前亟待解决的问题。随着世界淡水资源的日益减少 ,开发和利用海水资源是一个必然的趋势 2。 高含盐废水主要来源于工业废水，大型船舰废水，异常地区地下水和海水直 接利用产生的废水。近年来，为了缓解水资源日益紧缺的局面，许多沿海城市积极实行大海水生活利用，如海水冲厕3-4。由此产生的高含盐生活污水进入城市污水处理系统后必然会对原来的生化处理系
11、统带来影响。目前，国内外采用各种工艺对高盐废水进行生物处理，但得出的结论不很一致。化学需氧量（ COD）作为水体受有机物污染的综合性指标，是水质监测的必测项目。高盐特别是 Cl-的存在对微生物的代谢有较强的抑制作用，因而对 COD的降解也有一定的影响。目前，国内外采用各种工艺对高盐废水进行生物处理，但得出的结论不很一致。化学需氧量（ COD）作为水体受有机物污染的综合性指标，是水质监测的必测项目。高盐特别是 Cl-的存在对微生物的代谢有较强的抑制作用，因而对 COD的降解也有一定的影响。间歇式活性污泥法（ Sequencing Batch Reactor Process,简称 SBR工艺）因具
12、有处理效率高、运行方式灵活、脱氮除磷效果好，不易发生污泥膨胀等优点而被广泛应用 5-7。因而用 SBR工艺研究高盐废水的生物处理，特别是有机物的降解规律具有重大的理论和实用价值，可为污水处理厂的运行操作提供重要的理论依据，也可为海水利用提供一定的参考价值。 本科毕业论文 SBR 工艺简介 2 1、 SBR 工艺简介 1.1 SBR工艺基本原理 1.1.1 SBR法生物处理过程的机理 SBR 法是序批式活性污泥法 (Sequenc ing Batch Reactor)的简称 8，又名间歇曝气，其主体构筑物是 SBR 反应池。污水在这个反应池中完成反应、沉淀、排水及排除剩余污泥等工序，使处理过程大
13、为简化。 SBR 法以它独特的优点近年来得到迅速推广，通过不断改进、完善，使其成为目前世界上采用较多的污水处理工艺。 SBR 工艺在我国工业废水处理领域应用也比较广泛，已经建成的应用 SBR 工艺处理的废水包括：屠宰废水、苯胺废水、含酚废水 、啤酒废水、化工废水、淀粉废水等。北京、上海、广州、无锡、扬州、山西、福州、昆明等地已有多座 SBR 处理设施投入运行 9。 SBR 法废水生化处理时根据起作用的细菌对氧要求的不 同 ,在生化反应每一个周期内可以经过厌氧 缺氧 生化和好氧生化两个过程 ,曝气前有机物经过厌氧分解 ,产物是有机酸 、醇 、二氧化碳 、氨和硫化氢以及其它一些硫化物 ,称为酸性发
14、酵阶段 ,参与反应的细菌统称为产酸细菌 10-12。在分解后期 ,另一群统称甲烷细菌的厌氧细菌开始分解有机酸和醇 ,产物是 甲烷和二氧化碳。随着甲烷细菌的 繁殖 ,有机酸逐渐分解 ,这一阶段的分解称为碱性发酵阶段。曝气阶段借好氧细菌的作用 ,废水中的溶解性有机物先附着在细菌体外 ,由细菌所分泌的外酶分解为溶解性物质 ,再渗入细菌细胞。细菌通过 自身 的生命活动一氧化 、还原 、合成等过程 ,把一部分被吸收的有机物氧化成无机物 ,并放出细菌生长活动所需要的能量 而把另一部分有机物转化为生物体所必须的营养物质 ,组成新的原生质 ,于是细菌逐渐长大分裂 ,产生更多的细菌 13。如果有机物含有氮、磷或
15、硫 ,将分别被氧化成硝酸盐 、磷酸盐或硫酸盐 ,好氧过程中第 1 阶 段主要是有机物被转化成无机物二氧化碳、水和氨 第 2 阶段主要是氨被转化成亚硝酸盐和硝酸盐 。因为氨已经是无机物 ,进一步氧化对削减COD 总量意义不大 ，所以废水生化处理效果主要是在好氧过程的第 1 阶段 14。 用 SBR 法处理工业废水和生活污水时 ,由于该装置的主要构筑物一生化反应池曝气、沉淀于一池 ,每个反应周期内包括 了厌氧缺氧 、好氧一 A O 过程 ,部分难降解的有机物可以预先经过厌氧细菌的作用分解为易于生化的物质 ,使生化反应池 内被处理 的废水 B C 值有所提高 15, 从 而更有利于曝气阶段 的好氧生
16、化 ,因此 SBR 法处理工业废水和生活污水 ,污染物去除率往往高于一般的活性污泥法。 1.1.2 SBR 法工艺流程设计 SBR 法废水生化处理能力主要是根据被处理的工业废水水量设计 16。装置中主要构筑物是中本科毕业论文 SBR 工艺简介 3 和调节池和生化反应池 ,不需要另设 2 沉池和污泥 回流设备 ,在流程设计上一般采用两组或两组 以上的 SBR 系统 ,以适应序批曝气的工艺要求。在 SBR 法 的工艺设计中 ,生化反应池的充水比 r 和充水时间 s 需要有一个最佳值 一般 值取 0.5 一 .0.75 之间。最佳充水时间一般 由实验确定 ,在实际 运行时当废水有机污染物浓度明显超过
17、正常值 设计值 时 ,充水时间应延长 ,当废水中有机污染物浓度大大低于设计值时 ,可适 当缩短充水时间。为保证出水水质达到排放要求 ,应当控制 SBR 系统的反应周 期趋于最短 。在最佳充水时间下 ,充水速度决定 SBR 系统的生化反应周期最短 。所以充水比 r 和充水时间 s 是 SBR 法生化反应池设计中的重要参数。 以醋酸生产废水 SBR 法生化处理为例，酸性废水由泵送至中和调节池内 ,当装其中一池时 ,往池内加碱中和 ,并通过鼓风搅拌 ,使废水的 pH 值达到规定的要求生活污水及其它废 水由地下污水井收集，由泵送至生化反应池内，当生化反应池内水位达到预定高度时 ,停止进水 ,打开另一座
18、生化反应池的进水阀进水 ,同时将中和调节池内已中和好的废水按比例打人已装废水的生化反应池内 ,投加营养剂后 ,进行曝气处理 5 一 6小时 ,然后停止曝气 ,静止沉淀 1 5小时 ,将上层清水排放 ,底泥保留 ,以完成下一周期的生化处理过程。排出的剩余污泥约含 5 无机物 ,可 以直接作为绿化施肥用 17。 SBR 法属于半限制曝气 ,如果采用两组 SBR 系统的工艺 ,每池每批进水时间约 6 小时 ,进水结束前 1 一 2 小时开始曝气 ,曝气时间 5 一 6 小时 ,沉淀沉清及排水 2 小时 , 生化反应池处理废水每个周期 12 小时 18。 1.2 SBR工艺特性 SBR 法是一种间歇运
19、行的废水处理工艺，由 1 个或多个 SBR 池组成，运行况以间歇操作为主要特征 19。运行时，废水分批进入池中，在活性污泥的作用下得到降解净化。沉降后，净化水排出池外。根据 SBR 的运行功能，可把整个运行过程分为进水期、反应期、沉淀期、排水期和空载排泥期，各个运行期在时间上是按序排列的，称为一个运行周期。反映器内曝气方式同连续流活性污泥法，按进水同 时是否曝气可分为限制曝气、非限制曝气和半限制曝气。限制曝气是在废水进曝气池时只作混合而在进水完毕后曝气；非限制曝气是在废水进水同时开始曝气；半限制曝气是在废水进水的中期开始曝气。在一个 SBR 运行周期中，各个阶段的运行时间、反应器内混合液体积的
20、变化以及运行状态等都可以根据具体废水性质、出水质量与运行功能要求等灵活掌握。如在进水阶段，可按只进水不曝气的限制气方式运行，也可按边进水边曝气的非限制性曝气方式运行；在反应阶段，可以始终曝气，为了生物脱氮也可曝气后搅拌，或者曝气搅拌交替进行；其剩余污泥量可以在空载期 排放，也可在排水阶段或反应阶段后期排放。可见，对于某单一 SBR 来说，不存在空间上控制的障碍，只要在时间上进行有效地控制与变换即能达到多种功能的要求，非常灵活。 SBR 法与连续活性污泥法相比具有以下优点 20： 本科毕业论文 SBR 工艺简介 4 （ 1）工艺简单，节省费用 SBR 法的主体处理工艺设备只有 1 个间歇反应器（
21、 SBR） ，省去二沉池和污泥回流设备，多数情况下可省去一沉池，基建投资比连续流活性污泥法节省 30%左右，运行费用降低 20%，占地面积可缩小 30%-50%。 （ 2）污泥活性强，污泥的质量浓度高 反应器内污 泥的质量浓度可达 8-20gul，是连续流活性污泥法的 4-10 倍。据报道， SBR 系统中微生物的核糖核酸（ RNA）含量比连续流活性污泥系统高 3-4 倍， RNA 是微生物生长的基础，RNA 高预示 SBR 系统微生物具有较强的活性。而在反应器内维持较高的污泥质量浓度对处理高浓度难降解有毒有害工业废水有利。 （ 3）耐冲击负荷，有机物去除率高 SBR 系统是一种封闭系统，反应
22、器中基质和微生物浓度是随时间变化的，在废水和生物污泥接触混合及曝气反应过程中，废水中基质的去除应由反应时间来决定，因此 SBR 对于 时间来说类似理想的推流式反应器，而在反应过程中任一时刻其基质处于完全混合状态，故也兼有完全混合式反应器的特点。完全混合式曝气池耐冲击负荷且处理有毒或高浓度有机废水的能力强，而推流式曝气池具有生化反应推动力大的优点。间歇式进水和排水有调节缓和冲击负荷的作用，使 SBR 系统运行稳； SBR 的沉淀阶段属于静止沉淀，泥水分离效率高，出水水质好。在相同污泥负荷情况下，SBR 法有机物去除率高于连续流活性污泥系统。 SBR 有机物去除率高的原因从微生物方面看第一是由于
23、SBR 系统对生长率高、适应性强的微生物生长有利， 在 SBR 系统运行周期内微生物生存环境变化剧烈，它包括氧利用范围从厌氧经缺氧到高溶解氧状态，基质利用从饥饿到盛宴状态，使合乎需要的微生物优先生长。第二由于 SBR系统微生物内核糖核酸（ RNA）的含量大大超过连续流活性污泥系统，而微生物增长率与细胞的RNA 含量直接有关，这表明更多的微生物可在较高生长速率下分解基质。 （ 4）能有效地控制污泥膨胀，并能在不投加药剂的情况下达到脱氮、脱磷的效果 在 SBR 中，底物的质量浓度梯度大，缺氧或厌氧与好氧状态交替出现，能抑制专性好氧丝状菌的过量繁殖，而对多数微生物不 会产生不利影响。 生物脱氮过程是
24、由好氧生物硝化和厌氧或缺氧反硝化两个生物化学过程组成。硝化过程是在有氧条件下，由亚硝化菌先将氨氮转化为亚硝酸盐氮，再由硝化菌进一步氧化为硝酸盐。亚硝化菌和硝化菌是自养菌，硝化过程需要有较高质量浓度的溶解氧和较低质量浓度的有机物。 SBR 在曝气反应后期，反应器内溶解氧质量浓度较高，而基质质量浓度已大幅度下降，废水中的氨氮在有机物去除的基础上完成硝化过程。反硝化过程是由兼性菌或厌氧菌完成，硝酸盐作为电子受体，各种碳水化合物作为电子供体进行无氧呼吸，在有机物被氧化分解的基础上将硝酸 盐氮还原成氮气逸出。 SBR 系统运行中反硝化过程可在沉淀排水及进水期本科毕业论文 SBR 工艺简介 5 间完成。因
25、此 SBR 系统只需控制供氧状态就可方便地实现生物脱氮。同样生物除磷也可在好氧、缺氧或厌氧交替变化的条件下完成。 （ 5）氧的转移率高 在 SBR 中，有 1 个阶段或几个阶段的溶解氧接近于零，提供了较高的氧的推进梯度。 （ 6） SBR 内厌氧、缺氧、好氧环境的交替出现，有利于难降解有机物的开环或断链 由于其运行的灵活性可组成不同的运行模式，为厌氧、好氧组合流程提供了条件。 可见，SBR 法的工艺特性和其本身的运行特点及优点，弥 补了连续流活性污泥法处理工业废水特别是生物难降解工业废水的某些不足。在 SBR 中，高污泥活性、较高的污泥质量浓度以及系统内缺氧、厌氧状态交替出现的情况有利于难降解
26、有机物的去除。因此，采用 SBR 法处理生物难降解有毒有害工业废水， COD 去除率高于连续流活性污泥法。 1.3 SBR工艺的发展 1.3.1 SBR 工艺现状 虽然 SBR 具有诸多的优点，但由于 SBR 技术发展较快，工艺类型变换较多，活性污泥在处理过程中的作用机理尚未健全完善。因此，近几年来针对 SBR 现阶段发展中存在的问题，进行以下几方面的研究。 1.3.1.2 基础研究方面 (1) 在非稳定状态下活性污泥微生物代谢理论的研究，即如何科学的确立在 SBR 运行条件下，微生物新陈代谢以及有机物降解的有关动力学模式； (2) 厌氧、好氧状态的反复交替对微生物活性和种群分布的影响； (3
27、) 同时除磷脱氮的微生物机理研究。 1.3.1.3 实践应用方面 (1) SBR 的适宜规模、统一设计规范和合理运行参数的确定； (2) 完整的运行维护和管理方法的建立。 1.3.1.4 工程设计方面 SBR 运行方式灵活多变，适应性强，为满足不同的水质及实际工 程的要求，可以对工艺过程进行改进。 随着基础研究方面的不断进展以及人们对活性污泥去除污染物质机理的逐渐了解，鉴于经典的 SBR 技术在实际工程应用的一定局限，为适应实际工程的需要， SBR 技术逐渐衍生了各种新的形式。 1.3.2 SBR 工艺发展的最新动向 1.3.2.1 加压 SBR 工艺（ PSBR） 本科毕业论文 SBR 工艺
28、简介 6 PSBR 的工作原理是采用密闭反应器加高于常压 1 一 2 倍的曝气压力 ,使混合液中 DO 大大提高 ,混合液中氧向微生物传递的速度加快 由于供氧充足 ,可 以提高反应器内的活性污泥浓度 ,增强了微生物的活性 21 ,加快了有机物降解速度 因此 ,可以提高反应器的进水浓度 ,相应增加了反应器的容积负荷 在停止曝气并在水泵搅拌的条件下 ,使混合液处于缺氧状态 ,污水中的硝酸氮在反硝化作用下转变为氮 ,达到脱氧的目的 其工序组成 与传统 SBR 工艺完全相同 ,仅在第二道反应 工序有加压和常压的区别。 1.3.2.2 厌氧 SBR工艺（ ASBR） 近年来 ，国内外学者对 ASBR 的
29、启动，处理效果的提高及影响因素进行了探讨，并进一步确定了 ASBR 工艺的最佳操作参数。以 ASBR 工艺最重要的两个操作因素充水时间及负荷率为变量，试验 确定其对配水的降解规律，出水水质，循环周期的影响。 ASBR 反应器运行时，每周期的充水时间可以依负荷及抑制情况而变，反应时间依水质及负荷而变，沉降时间只要 0.5 1.5 小时，因ASBR 工艺产泥较少，一般不设计排泥时间， ASBR 工艺可以有较长的闲置期。 1.3.2.3 改良型 SBR 工艺（ MSBR） MSBR 系统实质上是由 A2 O 工艺和 SBR 系统串联而成 ,具有生物除磷脱氮功能 ,可以连续进水 ,连续出水 ,与传统的
30、 SBR 工艺有着很大的区别 ,MSBR 工艺为各种微生物生长繁殖创造了最佳的环境条件和水力条件 ,使有机物的降解、氨氮的硝化、反硝化等生物过程一直处于高效反应状态 ,提高了降解效率 ,整个系统采用组合式连体结构 ,减少了占地面积 ,降低了运行费用 ,易于实现计算机控制的污水处理工艺 1.3.2.4 膜法 SBR工艺 膜法 SBR 的特点在普通 SBR 池中装置填料 通过填料与废水的接触 ,生物膜上 的微生物将摄取废水中的有机污染物作为营养源进行生长繁殖 从净化条件看 ,生物膜附着在填料表面 ,停留时间较长 ,使增殖速度较慢的微生物亦能在此膜上生息 因此 ,与活性污泥法相 比 ,膜上微生物数量多 ,种类也 多 同时 ,膜上还有多种种属的原生动物和后生动物 ,可形成稳定的生态系统 另外 ,膜附着在填料表面不易流失 ,所含微生物量高 ,而在填料空隙中还有大量悬浮生长的微生物 ,所以微生物浓度高于一般的 SBR， 由于膜在空间上分散 ,扩大了微生物与废水 中有机物的接触面 ,这些都有利于微生物的吸附与降解 这种在一般 池 SBR 中悬挂填料 ,通过驯化培养使填料表面生成生物膜 ,再按SBR 法操作方式进行废水处理的工艺 ,可称为膜法 SBR, 由于它兼有生物膜法和 SBR 法的优点 ,扩大了 SBR 法的应用范围。
