1、毕业论文 开题报告 环境工程 曝气生物滤池法处理 30000m3/d 生活污水工艺设计 一、选题的背景、意义 在水污染处理领域中，传统的污（废）水处理工艺，如传统活性污泥法及变形工艺、生物氧化沟工艺、生物脱氮除磷工艺（ A/O 法、 A/A/O 法及其改进工艺）、 A-B 工艺和 SBR 工艺等，处理的污水出水水质可以达到基本的排放或回用要求，但是难以达到城市回用水的要求，而且投资大，占地面积大，管理不方便，不能满足高效低能耗的要求，因此需要研究和开发一些新型的污水处理工艺。曝气生物滤池就是在此基础上发展起来的一种能克服传统处理 法不足之处的新型污水工艺。 曝气生物滤池法（ Biologica
2、l Aerated Filter简称 BAF，或 upflow biofiltration reactor，简称 BIOFOR）处理污水是 80 年代末和 90 年代初兴起的污水处理工艺，最先只作为一种污水的三级处理技术，后发展成直接用于二级处理。自 80年代在欧洲建成第一座污水处理厂后，已在欧美和日本等发达国家得到广泛的应用，该法不仅可以用于水体的富营养化处理，还可用于生活污水、生活杂排水、食品工业废水和造纸废水处理中。随着研究的深入，曝气生物滤池从单一水质的 工艺逐步发展成为处理系列综合水质的工艺，可同时除去污水中 SS、 COD、 BOD、 AOX，并达到硝化、脱氮、除磷的目的。 其特点
3、是集生物氧化和截留悬浮固体与一体，节省了后续沉淀池 (二沉池 )，其容积负荷、水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，出水水质好 ， 运行能耗低，运行费用省。 我国是一个水资源缺乏的国家，近年来许多地区缺水现象逐渐加剧。与此同时，我国污（废）水排放量逐年增加，大量污水未加处理或未经有效处理即被排放，其结果是一方面污染了环境特别是水环境，另一方面加剧了水资源的短缺。可以说资金和技术已成为制约我 国污水处理的两大因素。因此，很有必要找到一种基建投资少、运行费用低、占地面积小、管理方便、适合我国国情的污水处理新技术，既能使污水得以有效处理，又能使其适当的回用。曝气生物滤池法可以自成体系独立运行，
4、也可以与其它污水处理工艺相结合应用，是一种可替代传统的污水处理工艺、适合我国国情的污水处理法。 由于生物曝气滤池能够节省利用土地资源，降低污水处理工程造价和运行费用，在我们这样一个人均资源相对匮乏的国家将具有重大意义，也将因此产生重大的社会效益、 经济效益和环境效益。 二、相关研究的最新成果及动态 20世纪 80年代末期，法国 OTV公司开发出了首座曝气生物滤池 (简称 BAF)，在科研人员和工程技术人员的共同努力下， BAF技术取得了长足的发展，工艺趋于更加成熟，功能更加完善。目前世界上已有数百座污水处理厂应用了这项技术。不仅用于水体富营养化处理， 而且广泛地用于生活污水、生活杂排水和食品加
5、工、水果蔬菜罐头、鱼肉制品、酿造和造纸等工业废水处理中。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， 如去除 SS、去除 COD、 去除BOD、硝化、脱氮、除磷、除去 AOX（有害物质）等。该工艺在开发过程中，充分借 鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路，集曝气、高滤速、截留悬浮物、定期反冲洗等特点于一体。 BAF 在我国的研究应用，整整比欧洲晚了近 10 15 年时间。近十多年来，国内很多学者及科研单位对 BAF的结构形式、功能、启动、滤料和操作等方面进行了详细的研究，取得了很多成果，目前 BAF正处于研究推广阶段。 2.1BAF工艺在我国的研究现状 清华大学用
6、下向流 BAF处理校园生活污水，试验发现 BAF对 SS、 COD、 BOD、 NH3 N、 TN有较高的去除率，对 TN 分析发现在硝化的同时也进行着反硝化反应。其他人的研究 ，也发现了同样的现象，在进水前端滤料中，底物的降解去除率高，微生物丰富，沿着水流方向，微生物的数量和种类逐渐变化。邱立平、马军发现 , BAF 在实验处理过程中表现出显著的短程硝化反硝化特征；郭保华、刘志强、苗群等人采用生物吸附 +两段式 BAF(上向流 )处理城市污水，研究了填料高度和反冲洗对 BAF运行效果的影响。刘建广进行下向流 BAF处理医院污水的试验研究，也表明 BAF运行稳定，出水水质良好 6-7。 张杰、
7、陈秀荣研究发现在相同的反冲强度条件下，脉冲反冲洗的效能远大于气水连续反冲洗，扩展流池型 BAF 比均匀流池型 BAF 易于洗净且有利于生物滤层的恢复，认为可采用脉冲反冲方式与扩展流 BAF组合形式，最佳的反冲运行参数为：气冲强度 8 10 L/ (s m2)、水冲强度 2 4 L/ (s m2)、反冲时间 5min。钟华文、廖艳等人采用 BAF处理炼油厂含酚汽提废水，发现对 COD的平均去除率可以达到 73%，而酚的平均去除率可以达到 93 %8-9。 2.2BAF工艺在污水回用中的应用 郭天鹏、汪诚文、陈吕军等人研究了上向流曝气生物滤池 (UBAF) 深度处理城市污水的工艺特性，处理后污水在
8、 CODCr、 BOD5、 SS、 NH3-N和浊度上完全达到了污水综合排放的一级标准和生活杂用水水质标准。其他许多研究也表明曝气生物滤池用于城市污水厂二级出水的深度处理，处理后出水水质良好可以达到生活杂用水、景观用水水质标准。该工艺具有高效价廉、流程短等优点，是一种较理想的污水回用处理工艺 10。 江霜英、高廷耀采用混凝气浮 +下向流 BAF 工艺处理校园学生宿舍的洗衣、洗浴废水，结果表明，出水完全可以达到生活杂用水水质标准 (C J 25.1 - 89) 的要求。齐鲁石化热电厂采用 BAF、 混凝气浮、 过滤、 杀菌等工艺对热电厂的废水 (包括生活污水 、养鱼塘排水 ) 进行了处理，处理后
9、的水作为循环补充水，结果表明，工艺合理，系统运行稳定，出水浊度 1 NTU， CODMm 5 mg/ L , 氨氮 2 mg/ L，异养菌 1000个 / mL ，达到电厂循环补充水水质要求。经过核算，回用每吨废水可节约 4. 95 元，投资不到 1年即可收回成本，经济效益、环境效益显著 11。 近几年来，经过许多国内研究单位和环保企业的探索研究，在滤料、处理机理、操作、反冲洗等方面已经取得了很多成就，也有一些实际污水处理、深度处理、污水回用以及微污染源水的预处理工程建成，基本 实现了 BAF技术国产化。 BAF工艺已经开始用于城市、小区生活污水处理，以及酿造、酒精、食品加工、肉联、畜牧饲养、
10、皮革等行业的有机废水处理。从东北的大连、沈阳，到西北的兰州，再到南方的广东， BAF在国内工程应用的数量和范围在逐步扩大。随着曝气生物滤池在世界范围内不断推广和普及，很多学者在其结构形式、功能、启动和滤料等方面进行了详细的研究，取得了很多成果。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标 3.1 技术路线 曝气生物滤池法（ BAF）是起源于普通生物滤池的一种改 进技术，它是在生物反应器内装填高比表面积的颗粒填料，以提供微生物膜生长的载体。在反应器底部曝气，在营养物充足的情况下，微生物首先附着在填料的粗糙表面上，降解有机物而繁殖生长，在滤料表面形成生物膜。污水由上
11、而下流过滤料层，空气与污水逆向接触，污水中的有机物与填料表面生物膜在好氧条件下通过生化反应使有机物得到降解，填料同时起到物理过滤作用， COD和 BOD得到很大程度的去除。 在开发过程中，充分借鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思想，集曝气、高滤速、截留悬浮物、定期反冲洗等特点于一体。其主要工艺原理为，在 滤池中装填一定量粒径较小的粒状滤料，滤料表面生长着生物膜，滤池内部曝气，污水流经时，利用滤料上高浓度生物膜量的强氧化降解能力对污水进行快速净化，达到生物氧化降解目的；同时，在污水流经滤池时，因滤料呈压实状态，滤料粒径较小，生物膜不会随水力冲刷而飘出，达到截留的目的；运行一段时间后，因滤
12、层水头损失的增加，需对滤池进行反冲洗，以释放截留的悬浮物并更新生物膜，此为反冲洗过程。一般来说，曝气生物滤层有以下的特征：用粒状填料作为生物载体； (2)区别于一般生物滤池及生物滤塔，在去除 BOD、氨氮时需进行曝气；高水力负 荷、高容积负荷及高的生物膜活性；具有生物氧化降解和截留 SS的双重功效；需定期进行反冲洗清洗滤池中截留悬浮物，同时更新生物膜。 3.2 研究难点 不过目前的 BAF 技术也存在着一些技术难点： (1)曝气生物滤池工艺的系统性研究还不是很深入，尽管曝气生物滤池的工艺不断进步，但其处理效能也只是各有所长，有关曝气生物滤池运行方式对处理效能影响的认识还不统一，究竟是上向流曝气
13、生物滤池对氨氮和悬浮物的去除好于下向流，还是下向流好于上向流还存在争论，如何将各种工艺形式相互融合，从而发挥其最大去污效能有待进一步研究。 (2)通常情况下，为了延长滤池的运行周期，减少反冲洗频率以降低能耗，曝气生物滤池处理污水时需对进水进行预处理。因此，高性能、低价位、截污能力强的填料将在其推广应用中起到重要作用，研究填料对污染物去除的影响，寻求改善填料性能的工艺和方法，制定适于我国国情曝气生物滤池的填料标准将是下一步研究重点。此问题解决不好，会制约曝气生物滤池除污性能的发挥。 (3)曝气生物滤池生物法除磷效果较差，从目前的 BAF运行工艺看，完全用生物除磷是很难达到排放标准的，同时脱氮除磷
14、会使系统变得更为复杂。这是因为脱氮和除磷本身是一对矛盾，如DO太低除磷率会下降，硝化反应受到抑制；如 DO太高，则由于回流厌氧区 DO 增加，反硝化受到抑制。如何深入研究其除磷机理，从而创造良好的厌氧好氧环境将有待进一步探索。 (4)目前，曝气生物滤池生物空间梯度特征以及底物去除动力学规律还很不完善，尤其是有关曝气生物滤池生物膜的生长，生物膜的组成，生物膜的活性，微生物生态学特征等方面需进行针对性研究。 (5)由于曝气生物滤池工艺本身固有的结构特点，在直接处理污废水时需采用物化法或化学氧化法进行预处理， 操作复杂、成本高。能否在同一复合床式曝气生物滤池内完成多种污染物的高效去除 将是下一步研究
15、应用的重点。另外，如何将曝气生物滤池与合适的预处理技术有机结合或者采用多级曝气生物滤池联合的形式，从而进一步发挥曝气生物滤池本身高效去污能力，将在城市废水的深度处理回用方面发挥作用。 近年来，对 BAF的应用研究较多，但由于其发展时间短，仍需进行深入的研究。可从以下几方面拓宽其研究领域： (1)深入研究运行方式对 BAF效能的影响； (2)针对我国对 BAF填料还未制定严格的规范和标准的现状，进一步开发优良的新型填料并探讨各种填料对去除污染物的影响机制； (3)研究 BAF中 pH的变化及其对 BAF效能的影响 ； (4)针对 BAF除磷效果较差的问题，深入研究其除磷机理，减少或避免化学除磷药
16、剂的使用； (5)对 BAF各影响因素进行最优化研究，找出其最佳组合；(6)进一步开展 BAF反冲洗机理研究，并确定其最佳参数。 另外，在应用 BAF 处理城市生活污水中 COD、氨氮等方面的研究比较多，对生化反应机理与反应动力学的研究虽有一些，但尚待深入，有关理论体系还有待完善。今后应该积极追踪国外 BAF技术发展动向，加强对于优质填料的开发研究，对组合填料的处理效果进行进一步研究；在池体结构和运行方法上积极研究，扬长避短，研究适合 BAF的前 后处理单元，以利模块化组合；加强 BAF对城市污水深度处理及回用处理的研究，强化 BAF 对某些难降解污染物的去除能力 ;加强对生物膜微生物种类、特
17、性和生长规律的研究，培养筛选或引进高效微生物 (如 EM菌 )提高处理效果；加强对 BAF 同步碳化硝化，同步硝化反硝化机理的研究 ;理论上，应该借鉴国际水协 (IAWQ)的三个活性污泥过程模型，研究适合不同处理过程的 BAF数学模型，提高 BAF设计和管理水平。 3.3预期达到的目标 作为一种新型的污水生物处理技术，曝气生物滤池近年来已经成为国内外的研究热点。自 90年代以来，各种不同 形式的曝气生物滤池不断推出，许多已经成功地应用于水处理实际，取得了很好的应用效果，随着现代生物检测技术和纳米测量技术的发展，有关曝气生物滤池处理机理的研究将有望取得突破，特别是在生物膜生长和生物膜活性的研究将
18、成为近期的前沿课题。由于曝气生物滤池具有很强的硝化反硝化能力，在污水的二级脱氮处理和微污染水源水的预处理中将得到广泛的应用。采用合适的预处理技术与曝气生物滤池组成新型一体化反应器，将为今后模块化组台大规模应用曝气生物滤池处理污水打下重要的基础。通过采用改性处理的新型吸附型填料，可以大大强化曝气生物滤池对 某些难降解污染物的去除能力，从而在污水的高级处理和给水处理中发挥更大的作用。 四、论文详细工作进度和安排 2010.10.20-2010.11.22：毕业设计（论文）选题，查阅文献等前期准备工作； 2010.11.23-2010.12.31：在广泛查阅文献资料的基础上，完成外文翻译、文献综述和
19、开题报告等工作； 2011.1.1-2011.1.10：毕业设计（论文）开题报告； 2011.1.11-2011.5.8：进行课题的实验、设计、调研及结果的处理与分析等， 2011.5.9-2011.5.23： 完成毕业设计说明书或论文写作，进行毕业设计（论文）的审阅和修改完善； 2011.5.24-2011.6.3：毕业设计（论文）的答辩。 五、主要参考文献 1崔玉川，杨崇豪，张东伟城市污水回用深度处理设施设计计算 M北京：化学工业业出版社： 3-5 2沈耀良 , 王宝贞废水生物处理新技术理论与应用 M中国环境科学出版社， 2002 3齐兵强，于占生 . 曝气生物滤池在污水处理中的应用 J给
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