条束状复合填料SBBR系统处理寒地小城镇生活污水的研究.pdf

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1、哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 -III- Abstract The small towns in the majority of cold regions in China due to lack of funds and technical personnel, sewage treatment facilities are unable to run or only low-load operation, some small town of remote areas have not even build an effective sewage treatment facilities

2、. This study compared the sewage treatment process at home and abroad for the Cold Region small town,proposed sequence batch biofilm reactor (SBBR) with batch technical flexibility and biofilm stability characteristics,to resolve the characteristics of the cold region of small cities and towns : sew

3、age water are relatively small, more severe changes in water quality, water quality complex and volatile, construction and operating costs, the urban infrastructure is relatively backward, and a relative shortage of technical personnel,and provide programs for the cold small town sewage treatment pl

4、ant construction or the existing sewage treatment plant expansion. The study independent researched and developed a new suspended filler - strip bundle shaped silicone rubber tube determined the best operating conditions of the composite filler SBBR process and the stable operation at room temperatu

5、re; Investigated the effect that composite filler SBBR system running at low temperatures, and compared it with traditional SBR system. The filler that the research designed has the length of 15mm, inner diameter of 6mm outer diameter of 9mm silicone rubber tube as a skeleton, and 8 3020mm non-woven

6、 flank in the external.It was the flower type with specific surface area 114m2/m3 and density of 0.93 g/cm3. The filler has a good pass water and air permeability, and free to roll in the reactor flow. Study determined the best way to modify the reinforcing material of the filler - silicone rubber t

7、ube modified is B etching agent and C cover agent combination. Modified silicone rubber surface has a large number of holes, and metal cation attachment.Its specific surface area, hydrophilic and pro-biological has improved. The running parameters are shown as follows: optimum filling proportion of

8、filler 30%, limiting aerobic inlet period 0.5h, anaerobic period 2h, aerobic period 6h, the aerobic flow 0.06m3/h, sedimentation period lh and effluent period 0.5h. In this condition and room temperature, SBBR process has the removal efficiency of COD, NH3-N, TN and TP as 95.2%, 89.2%, 72.6% and 87.

9、4%, which is higher than the removal of the SBR system. Compared with SBR process, SBBR process can also increase loading ability while striked. The study found that low temperature could influence the operation of 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 -IV- composite filler SBBR system and traditional SBR system on COD a

10、nd NH3-N removal, while SBBR is more adaptability to low temperature. When the temperature is reduced from 20 to 5 , the COD removal efficiency of the traditional SBR systems decreased by 89.6% to 77.2% ，and the NH3-N removal rate decreased from 76.9% to 58.4%, while the composite fillings SBBR proc

11、ess removal efficiency of COD and NH3-N at 5 could still be up to 92% and 78%. The phosphorus removal of the two systems was still good at Low temperature, the TP removal efficiency of the two systems under 5 were 81.0% and 74.5%. The low temperature will make the sludge settleability in the SBR sys

12、tem significantly reduce, while the temperature went down to 5 from 20 , the SVI value increased from 125 to 235; While the effect that low temperature makas on sludge settling characteristics of the SBBR system is smaller, in the range of 5-20 , the SVI values were within the range of 120 to 130. K

13、eywords: suspended filler, SBBR, cold regions, small towns, nitrogen and phosphorus removal 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 -V- 目 录 摘 要 . I ABSTRACT III 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 课题的研究背景及研究的目的和意义 1 1.1.1 课题的研究背景 1 1.1.2 课题的研究目的和意义 2 1.2 寒地小城镇污水处理工艺研究现状分析 3 1.2.1 人工湿地 3 1.2.2 膜生物反应器 3 1.2.3 生物膜法 3 1.2.4 SBR 法 4 1.3 SBR 法在污水

14、处理中的应用 4 1.3.1 SBR 法概述 4 1.3.2 SBR 法对污染物的去除 . 5 1.3.3 SBR 法新型改进工艺 . 7 1.4 SBBR 工艺填料的研究 . 10 1.4.1 固定填料 10 1.4.2 悬浮填料 11 1.4.3 填料的改性 14 1.5 研究内容 15 第 2 章 实验材料与方法 16 2.1 试验用水 16 2.2 试验装置 16 2.3 填料的设计 17 2.3.1 材料选择 17 2.3.2 结构设计 18 2.4 检测内容及方法 . 21 2.5 试验内容 21 第 3 章 复合填料的改性与评价 23 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 -VI- 3

15、.1 复合填料改性方式的确定 23 3.2 改性填料的亲水性测试 25 3.3 填料的挂膜试验 . 26 3.3.1 挂膜启动参数条件 26 3.3.2 填料挂膜效果比较 27 3.4 本章小结 30 第 4 章 常温下复合填料 SBBR 工艺参数的确定及稳定运行试验 . 31 4.1 悬浮填料投配率的确定 31 4.1.1 悬浮填料投配率对系统内生物量的影响 . 31 4.1.2 悬浮填料投配率对系统内生物膜活性的影响 . 32 4.1.3 悬浮填料投配率对系统处理效果的影响 . 33 4.1.4 悬浮填料投配率的确定 41 4.2 SBBR 系统运行参数的确定 . 41 4.2.1 进水方

16、式及时间的确定 41 4.2.2 厌氧时间的确定 42 4.2.3 曝气时间的确定 44 4.2.4 曝气量的确定 45 4.2.5 沉淀时间的确定 47 4.3 最佳工况下 SBBR 系统与传统 SBR 系统运行效果的对比 . 48 4.3.1 最佳工况下两系统对 COD 的去除情况 48 4.3.2 最佳工况下两系统对 NH3-N 的去除效果 50 4.3.3 最佳工况下两系统对 TN 的去除效果 . 50 4.3.4 最佳工况下两系统对 TP 的去除效果 51 4.3.5 SBBR 系统中附着的生物膜 52 4.4 本章小结 54 第 5 章 低温下复合填料 SBBR 工艺的运行状况及分

17、析 . 56 5.1 低温下系统对 COD 的去除率情况 . 56 5.2 低温下系统对氮的去除情况 57 5.2.1 低温下系统对 NH3-N 的去除情况 . 57 5.2.2 低温下 SBBR 系统对 TN 的去除情况 . 57 5.3 低温下 SBBR 系统对 TP 的去除情况 . 58 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 -VII- 5.4 低温下 SBBR 系统的污泥沉降性能 . 58 5.5 低温下 SBBR 系统的生物量及活性 . 60 5.6 本章小结 62 结 论 . 64 参考文献 . 66 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 73 哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权

18、说明 . 74 致 谢 . 75 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 -1- 第 1 章 绪 论 1.1 课题的研究背景及研究的目的和意义 1.1.1 课题的研究背景 水是生命之源，更是国民经济发展的生命线。近年来，我国经济高速发展 的同时，自然水体受到了较为严重的污染，不仅影响了广大人民群众的正常生 活，更限制了经济的进一步可持续发展。 环境保护部 2010 年中国环境状况公报1指出：全国范围内，水污染情况依 然比较严重。对七大水系的监测表明，浙闽区诸河和西南区河流水质良好，西 北区河流水质较优（如图 1-1），湖泊（水库）富营养化依然严重。地表水重点 监控的 204 条河流 409 个断面中，

19、类、类和劣类水质的断面比 例分别为 59.9%、23.7%和 16.4%。26 个重点监控湖泊（水库）中，满足类、 类、类、类和劣类的湖泊（水库）比例分别为 3.8%、 19.2%、15.4%、 23.1%和占 38.5%。对全国 182 个城市 4110 个水质监测点中的地下水水质的监 测表明，水质为优良级、良好级、较好级、较差级和极差级的监测点的比例分 别为 10.2%、27.6%、5.0%、40.4%和 16.8%。 。 图 1-1 2010 年七大水系水质类别比例 截止 2010 年底，我国建成并已投运 2832 座城镇污水处理厂，处理能力达 1.25 亿 m3/d，90%以上的设市城

20、市和 60%以上的县城建成投运了污水处理厂， 全国城市污水处理率达到 77.4%。但是全国污水处理厂平均运行负荷率依然只 有 78.95%。在广大的小城镇，特别是北方寒冷地区的小城镇，由于经济、技术 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 -2- 原因，大量污水处理设施建成后不运行或只能低负荷运行，严重影响了各大流 域水体质量和当地居民的日常生活，亟待解决。 目前北方寒冷地区中小城镇、农村在污水处理厂的建设方面存在着诸多问 题，归结起来主要有： （1） 区域差距较大， 城乡发展不平衡。 截至 2010 年 6 月底， 我国仍有 11.6% 的设市城市没有建成污水处理设施，主要集中在黑龙江、吉林、广东三

21、省；仅 有 45%的县城具备污水处理设施；已建成污水处理厂的乡镇、农村数量极少。 （2）缺乏适应寒地小城镇污水处理特点的技术路线。由于寒地小城镇自然 条件、经济状况和技术能力所限，传统的污水处理工艺难以适应寒地小城镇污 水低温、水质水量变化大的特点，无法达标排放，不能有效的进行除磷、脱氮、 消毒及回用。加之小城镇工业污水的冲击，和污泥处置的难以落实，使得寒地 小城镇污水处理设施建设困难大，运行难度高。 （3）排水管网建设滞后。部分地区虽然建设了污水处理厂，但由于排水管 网雨污不分，甚至老化、故障，使得进水水质、水量均无法达到设计值，影响 了污水处理设施的正常运行。 针对寒地小城镇污水水量相对较

22、小、水质变化较为剧烈、水质复杂且波动 较大、建设及运行费用不足、城市基础设施相对落后、技术人员相对短缺等特 点，以及寒地小城镇自然环境多样的化的具体情况，移植、借鉴、开发适合小 城镇的经济、高效、节能和简单易行的水污染控制技术是当务之急。 面对如此形势，本课题在国家重大水专项相关小城镇污水处理的课题项目 资助下展开系统和深入研究。 1.1.2 课题的研究目的和意义 本课题旨在阅读大量文献的基础上，搜集目前国内外用于寒地中小城镇污 水处理的工艺方法，分析其理论基础和技术特点，对比不同研究工艺的试验条 件和技术路线，辨别不同研究结果的理论依据和分析方法，总结归纳出针对我 国寒冷地区小城镇污水处理的

23、技术路线，为大面积推广应用奠定基础。 对寒地小城镇污水处理技术的研究，首先，可以有效地减少氮、磷、及其 他有机污染物流入自然水体，从而从根本上减少水体富营养化的发生，改善自 然生态环境，维持生态系统物质正常的循环平衡；其次，大量丰富的研究成果 能够补充完善水污染治理方面的理论知识和实践经验，为以后同纬度地区相似 课题的研究提供理论基础；最后，研究中获得的关于寒地小城镇污水处理的运 行参数和实验结果可以指导其他自然条件下小城镇污水处理的研究，更可为污 水处理厂的升级改造等建设项目提供方案指导，为进一步完善环保法规等政策 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 -3- 性措施提供参考依据。 1.2 寒地小

24、城镇污水处理工艺研究现状分析 1.2.1 人工湿地 人工湿地技术与传统的二级处理不同，它通过生态系统中基质-水生植物- 微生物三者协同产生的物理、化学和生物效应降解污水中的污染物。其建设、 运行成本低，能耗少，运行维护简易，被广泛应用于多种类型废水的处理2。 Zheng 等3将可在冬季正常生长的水芹种植于人工湿地中， 以应对冬季较低 的气温，结果表明，在 7.3-8.3的低温下，该系统对 COD、TP、TN、NH3-N 和 氮氧化合物的去除率分别达 40-61% ，17-36% ，16-30% ，6-32% 和 82-84%。 项学敏等4使用改进的三级串联垂直流人工湿地处理大连某城市污水处理厂

25、的 二级出水，效果良好，并可在冬季于户外稳定运行。范斌等5通过分析新疆地 区城市生活污水的具体情况，认为于该地采用人工湿地处理工艺从经济角度可 行。赵绪超6则综合考虑了目前城市污水处理中人工湿地的使用现状、三峡库 区现正运行的污水处理工艺现状与问题及人工湿地处理工艺自身特点，得到人 工湿地处理工艺无论从经济还是技术角度，均适宜应用于三峡库区小城镇污水 的处理。 1.2.2 膜生物反应器 膜生物反应器（MBR）是上世纪 60 年代兴起的一种将膜分离单元和生物 处理单元结合的水处理技术，具有诸多优点：无需二沉池，节约占地；微生物 可完全停留在反应器中，污泥龄长，生物相复杂，产泥少，出水水质好；自动

26、 化程度高，运行、管理便利。 Sartor 等7对越南某城市污水进行深度处理时选用了 MBR 工艺，在应用中 发现，生物可以很好的留存于反应器中，出水水质很好，可达到回用标准。张 进8对膜生物反应器在低温下的运行效果进行了研究，结果表明，在 8-13的 低温下，MBR 工艺凭借自补偿作用，仍能保持良好的处理效果。 1.2.3 生物膜法 生物膜法主要依靠投加合适的载体（即填料） ，并使其表面附着膜状生物群 落，从而达到分解水中污染物的目的。与传统活性污泥法相比，生物膜法凭借 更多样的微生物相，对冲击负荷有较强的适应能力，并有更为高效的处理效果。 大连马栏河污水处理厂采用 SEDIPAC3D+BI

27、OFOR工艺，每日处理污水 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 -4- 12t，出水水质达到了回用标准9。卢伟10采用化学混凝-两级 BAF 处理低温 （6-10）城市污水，使 CDO、TP 的去除率分别达 97.3%和 89.6%。李亚峰等 11则认为，在 8-12的条件下，二段生物接触氧化法仍能有效去除 COD。孟良 等12也采用二段生物接触氧化法处理低温条件下的生活污水，得到了良好的效 果，同时给出了最佳运行，并指出该工艺适于在北方地区推广应用。吕兴菊13 采用厌氧-接触氧化-砂滤的物化/生化组合工艺处理小水量的农村户型生活污 水，黎忠等14采用生物接触氧化/人工湿地组合工艺处理农村生活污水

28、，均取得 良好的效果。 1.2.4 SBR 法 SBR 工艺的对污染物质降解是一个时间上的推流过程，集反应、沉淀、排 水于一体，是一个好氧缺氧厌氧交替运行的过程。该工艺建设费用低、工 艺流程简洁便于运行管理、周期性运行对水质水量的波动有一定的适应性，而 其占地面积较大、不宜处理作为大水量污水处理站的缺点完全可被小城镇条件 所包容，因而易于在小城镇使用。 Henrique15认为，保持 5d 的污泥龄，可使 SBR 系统有较高的磷除率，可 达 79-82%。 Debik16通过控制运行条件， 使 SBR 系统对生活污水中 COD、 TKN、 TN 和 PO4-P 的去除率分别达到 91%，78%

29、，85%，87%和 83%。Moawad17使 用 SBR-UASB 组合工艺，长时间运行后，可使 COD，BOD 和 TSS 的去除率 分别达到 94%，97% 和 98%。在低温条件下，谭学军等18发现，在曝气时间 充足的前提下，SBR 对 COD 的去除率可维持在 90%左右，同时对氮的去除效 果也较好。李楠19对 SBR 的生物除磷性能进行了研究，结果显示，低温下保持 较长的污泥龄可以使 SBR 对磷的去处维持在较高水平， 保证污泥龄在 18d 以上 可在 5下获得稳定高效的生物除磷性能。 综上所述， 本研究拟采用适应寒地小城镇污水处理要求的SBR工艺为工艺， 并研发新式填料投入其中，

30、使之与生物膜法相结合，从而强化其脱氮除磷效果。 1.3 SBR 法在污水处理中的应用 1.3.1 SBR 法概述 SBR（Sequencing Batch Reactor）法即序批式间歇活性污泥法，是传统活性 污泥法的一种改进型，它用时间上的延续代替空间上的延展，使微生物代谢和 固液分离在不同时间，同一反应器内完成。SBR 法最明显的特征是它的一个周 期由一系列步骤组成(进水、反应、沉淀和排水)，每个过程需要一段特定的时 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 -5- 间来完成。在没有污水进入的时候，SBR 反应器可在闲置期闲置。SBR 反应器 的运行步骤见图 1-2。 图 1-2 SBR 反应器的运

31、行步骤 1.3.2 SBR 法对污染物的去除 近年来，众多学者将目光转向强化水中物中氮磷污染物的去除，以减少水 体富营养化的产生，从而维持水体生态平衡。SBR 法脱氮除磷，本质上是好氧、 缺氧和厌氧条件下，一系列错综复杂的生化过程共同作用的结果。 1.3.2.1 生物脱氮 氮的去除主要包含两个部分：好氧条件下氮转化为硝酸盐和缺氧条件下硝 酸盐转化为氮气。硝化作用由好氧的硝化自养细菌完成，而反硝化作用由可以 在缺氧/厌氧条件下使用硝酸盐代替氧气的异养细菌完成。在好氧阶段，随着 CO2的产生，pH 急剧升高，而厌氧阶段的反硝化作用则需要一定的碱度方可顺 利进行20。 SBR 在一个处理周期内， 在

32、单独一个反应器内发生好氧、 缺氧和厌氧过程， 因而可以代替传统活性污泥法。通过在线监测 pH 值、溶解氧值（DO） 、和氧 化还原电位（ORP）可以实时了解反应器内微生物生命活动引发的物理和化学 变化。Azwar21利用仿真建模，通过调整 DO 值，优化了 SBR 反应器去除 COD 和氮的条件，同时反映了降解过程中硝化反硝化进程。 SBR 反应器中的碳氮比（C/N）决定了同步硝化反硝化过程（SND） 。在好 氧和厌氧过程中，选取 ORP 和 pH 作为控制条件也可有效地控制该过程。研究 表明，通过调整 C/N 配比，可使 SBR 反应器对总氮的去除率高达 95.5%22。过 低的 C/N 会

33、导致系统中碳源不足，影响同步硝化反硝化过程的平衡。提高 C/N 至 11.1，可使同步硝化反硝化 SBR 系统去除全部 COD 及氨氮，且出水中无亚 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 -6- 硝酸盐氮残余23。Spagni 等24也认为，可使用类似的方法去除低 BCOD/TKN 的污水中的氮。通过外加碳源，如葡萄糖、甲醇、醋酸和丙酸，可以有效地改 善系统中 C/N，从而增强系统对氮的去除效果25。研究表明，投加醋酸盐作为 外加碳源效果更佳，相比于投加甲醇，可使系统的脱氮速率提高 4 倍之多26。 对于高浓度有机废水，外加碳源的需求量较低，有时只需正常条件下的 5%即可 27。同步硝化反硝化工艺凭

34、借其其较短的运行时间和能源消耗，有望取代传统 的两阶段式硝化反硝化工艺，成为污水处理领域的新宠23。 1.3.2.2 生物除磷 在多数淡水系统中，磷是一种限制营养成分，对水体的水质有着至关重要 的作用。对磷的有效去除，可以减少排入自然水体中磷的数量，从而从根本上 减少富营养化现象的产生。去除磷的生物过程被称为强化生物除磷（EBPR） 。 相比于化学沉淀除磷，强化生物除磷具有低成本和低二次污染产生的优点。 生物除磷包含两个过程：首先，微生物细胞通过代谢活动，吸收系统中的 磷；然后，在系统排出剩余污泥的同时，磷亦随之排出。SBR 法在好氧-厌氧条 件下交替运行，可以加强微生物对磷的去除。传统活性污

35、泥法一般对磷的去除 率只有 10-20%，而 SBR 法对磷的去除率 90%之多。 影响生物除磷的因素有很多，主要有污水成分、进水COD：N：P的比值、 污水中阳离子的种类和数量、污水温度、污泥龄（SRT） 、SBR法的运行周期和 接种污泥的种类等。Sarioglu28为了强化生物除磷，向已接种杂菌的SBR反应器 中加入适量的鲁菲不动杆菌（Acinetobacter lwoffii）纯菌，使系统在35天内成功 去除了污水中全部的PO43-P。类似的，Uygur29的研究表明，向处理含盐废水 的SBR系统中加入一种耐盐菌（Halobacter halobium）也可以显著提高系统对污 染物的去除

36、能力。 由于生物除磷包含大量错综复杂的过程，精确地模拟分析生物除磷过程难 度很大。大多数模型只能对氮素的转化给出较为可靠的描述，却无法精确地描 述系统对磷的去除。造成这一现象的原因主要有两个，一是该模型缺乏足够的 实验支持，二是聚磷菌的生命活动本身就不够稳定，因而难以预料30。Henze 等在前人研究的基础上，提出了改进型的模拟方法，可以比较可靠的模拟SBR 反应器中同步脱氮除磷的过程31。 1.3.2.3 同步脱氮除磷 传统的生物脱氮除磷工艺主要依靠空间顺序或时间顺序去除污水中的氮 磷，这种方式需要较多的能耗和较复杂的运行管理。随着反硝化聚磷菌（即兼 性反硝化菌）的发现32-35，磷的去除途

37、径也大大拓宽了。在只需脱氮无需除磷 的情况下，系统可以采用最短的周期时间，并保持较高的污泥回流比；如果需 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 -7- 要同步脱氮除磷，则需延长周期时间并采用较小的污泥回流比36。于此同时， 在反应的不同阶段，需要控制合适的缺氧、厌氧和好氧时间。有供反硝化作用 的缺氧区的传统厌氧-好氧工艺已被大量用于污水处理厂37。 将缺氧过程合并到 厌氧-好氧的 SBR 系统之中，可使磷的吸收率增加 50%以上38。 选择 pH 和氧化还原电位作为控制条件，也可以有效地增强氮和磷的去除 效果。在好氧阶段，pH 是主要的限制因素，而在厌氧阶段，氧化还原电位则起 主要控制作用39。使用

38、 pH，ORP 和 OUR 剖面图，可以识别氮化合物、碳化合 物和反硝化作用的终止时间。这会提高反应器对碳、氮、磷的去除率，并可增 强系统的抗冲击负荷能力40。 通过建模， 合理的优化反应器运行条件， 可使 SBR 对屠宰废水中氮磷的去除率达到 98%以上41。 1.3.3 SBR 法新型改进工艺 随着污水排放标准日趋严格，传统SBR法迫切需要升级改造，以提高对污 染物的去除能力。杂菌SBR系统的概念被定义为，可以同时为悬浮污泥和附着 生物相提供有利条件的系统。这样可以确保在一个反应器中，碳、氮和难生物 降解物质共同被去除。目前，一些研究人员将目光转向了这些改进的混合系统， 如多孔生物载体序批

39、反应器（Porous biomass carrier sequencing batch reactor， PBCSBR） 。PBCSBR是一种结合了SBR技术和多孔生物载体技术的新型工艺， 它可通过好氧/厌氧环境的交替提供和超高的生物量，高效地对污水中的污染物 进行降解42。类似的研究发现，在SBR系统底部添加塑料媒介，可以加快系统 启动， 提高污泥活性， 减少剩余污泥产生， 并可提高对污染物的去除率43。 Thuan 等44以粉末活性炭和聚氨酯泡沫作为生物载体，效果良好，并可以在高速搅拌 的条件下保持足够的生物量而不大量脱落。现已研究较为成熟的SBR改进型有 很多，下文主以厌氧序批式反应器（

40、anaerobic sequencing batch reactor，简称 ASBR），颗粒活性炭序批式反应器（granular activated carbon sequencing batch reactor，简称GAC-SBR）和序批式生物膜反应器（sequencing batch biofilm reactor，简称SBBR）为例进行介绍。 1.3.3.1 厌氧序批反应器（ASBR） 厌氧序批式反应器(Anaerobic Squencing Batch Reactor，简称ASBR)是 美国Dague教授于20世纪90年代初开发的一种间歇运行的非稳态厌氧生物 反应器。它与传统SBR一样

41、，每个周期包含进水、反应、沉淀、排水、待 机五个阶段，只是在反应阶段不对系统进行曝气，是一种高速厌氧反应器。 微生物的厌氧过程将底物转化为甲烷和二氧化碳，使得厌氧反应器处理低 浓度废水的经济性大大提高。这种运行方式操作简便、可对出水进行有效 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 -8- 地控制、使用范围广，并可生成多种气体供回用。不过，这种运行方式需 要进行充分的搅拌，才能加强底物到微生物体的传质过程，使颗粒污泥的 厌氧转化过程顺利进行。气体或液体的循环45，以及外加机械的搅拌46 均可完成这一目的。 污泥的沉降性能会直接影响处理系统的效果。 要获得较好的沉降效果， 只靠自我固化过程是远远不够的。为

42、了使生物在恶劣条件下能够存留，人 们对生物在惰性填料上的固定能力进行了研究。使用聚氨酯泡沫作为惰性 填料，可以实现高有机物的去除效率和高固体保留，并消除沉淀步骤46。 当然，这种系统一定要进行充分的混合搅拌，以维持足够的传质速率。 经证实，ASBR技术可被应用于乳品废水47、啤酒废水48和低浓度合成废 水49的处理。时至今日，人们对于ASBR法的去除机理仍不能完全掌握，尚待 进一步研究50。 1.3.3.2 颗粒活性炭序批式反应器（GAC-SBR） 颗粒活性碳序批式反应器 （GAC-SBR） 是一种利用活性炭的物理吸附作用， 去除废水中挥发性、半挥发性和非挥发性有机污染物的工艺。活性炭的吸附作

43、 用可以辅助提高普通生物降解过程，并能在较短的水力停留时间下完成污染物 的去除。有研究表明，增大活性炭颗粒附近的液体流速，可以加快污染物的传 质速率。同时，活性炭颗粒为生物膜的形成提供了载体，这也从另一个角度增 强了系统对污染物的去除效率。 通过直接吸附和生物降解，GAC-SBR可较好地去除印染废水中的直接染料 和分散染料，且在一定范围内，GAC-SBR系统的去除效率会随着废水中染料浓 度的增大而提高。研究表明，外加碳源可以有效地提高系统的整体去除效果。 Sirianuntapiboon51向印染废水中分别加入葡萄糖和米粉废水作为单元，使系统 对废水中直接染料的去除率分别提高了30%和20%。

44、 类似的研究表明， GAC-SBR 系统可以去除印染废水中93%以上的分散染料52。 Sirianuntapiboon53等对SBR和GAC-SBR系统去除重金属 （Pb2+, Ni2+)的能力 进行了研究。结果表明，虽然提高水力停留时间和降低有机负荷均可增强两系 统的处理效果，但在同样的水力停留时间和有机负荷下，SBR系统的去除效果 优于GAC-SBR系统。 其对Pb2+、 Ni2+、 BOD5、 COD 和TKN的去除率分别为88.6%、 94.6%、 91.3%、82% 和63%。 1.3.3.3 序批式生物膜反应器（SBBR） 一般认为，SBBR技术最早是由Wilderer于1992年

45、提出的，旨在防止某些微 生物从反应器中流出54。 但实际上， 早在1987年， Smith等就对德国Georgswerder 垃圾填埋场用于处理垃圾渗滤液的SBBR中试系统进行了报道55。随后，德国 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 -9- Ingolstadt污水处理厂也采用SBBR技术建立了污水厂。 Pujol等56也对SBBR技术 展开了研究，并认为该技术优于连续流生物膜技术。 SBBR简易模型见图1-3。 1-SBBR反应器；2-搅拌器；3-搅拌桨；4-进水水箱；5-液体流量计； 6 进水电磁阀；7-空气泵；8 气体流量计；9-微孔曝气头；10-取样口（出水口） ； 11-进水口；12-

46、排泥口；13-悬浮填料 图1-3 SBBR工艺简图 SBBR的运行包括三个阶段：进水阶段、反应阶段和滗水阶段。与SBR法相 比，SBBR无需沉淀阶段，甚至有研究指出，SBBR法的进水和出水可以在同一 时间完成57，这便缩短了周期时间，提高了处理效率。就生物反应器而言，大 量、稳定的活性污泥是去除高浓度有机废水中氮污染物的先决条件。SBBR的生 物膜系统内生物量大、生物密度高58，使其在处理高浓度有机废水中有其它方 法无法比拟的优势59。进水负荷较高时，系统中的生物膜通过吸附、离子交换 和吸收过程暂时储存一部分底物；进水负荷下降时，生物膜又可以利用这些暂 存的底物维持正常的生命活动。 国内外学者

47、对SBBR技术进行了广泛的研究， 主要涉及市政污水和工业废水 的脱氮除磷，垃圾填埋场渗滤液的处理、含有毒废水的处理及含高负荷污染物 且波动较大的废水60。 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 -10- （1） 工业废水。 王乾杨等采用YDT弹性立体填料SBBR工艺， 处理进水COD 为1500-2400mg/l的皮革废水，效果良好，并认为其优于SBR工艺61。李伟光等 使用固定填料式SBBR（使用SB型纤维填料）对COD500-2000mg/l，TKN为 31-210mg/l的屠宰废水进行了处理，系统对COD和TKN的去除率分别达97%和 92%62。 （2）市政污水。Pastorelli 使用移

48、动床 SBBR 处理市政污水，产生了同步硝 化反硝化现象，对氮进行了有效地去除63。流化填料式 SBBR 工艺操作灵活， 运行可靠，适于用作小城镇污水处理厂。 （3）含有毒物质的废水。White64等使用 SBBR 法处理含氰废水，结果表 明，控制 SBBR 的运行周期在 48h，可去除 20mg/l 的氰化物。魏瑞霞等65利用 SBBR 工艺处理难降解青霉素制药废水， 对 COD 在 800-2500mg/l 范围内变化的 废水进行了有效地去除，COD 去除率高达 85%。 SBBR技术将生物膜技术引入SBR工艺之中， 结合了生物膜法和活性污泥法 的优点。它通过投加生物载体并提供间歇变化的环

49、境，增加了反应器内污泥浓 度，丰富了反应器的生物相，提高了系统对COD，氨氮的去除能力，并有良好 的抗冲击负荷能力66， 可广泛应用于波动剧烈的污水的处理67。 众多结果显示， SBBR对污染物的去除效率远高于传统SBR法， 兼有间歇技术的灵活性和生物膜 技术的稳定性，可以适应寒冷地区小城镇污水的特点，故本研究将采用SBBR 法为主体工艺。 1.4 SBBR 工艺填料的研究 1.4.1 固定填料 固定填料式 SBBR 反应器使用悬挂固定的生物填料作为载体，其工作原理 接近于传统滴滤池和接触氧化池60。固定填料在为微生物提供附着的载体的同 时，也可以行使过滤层的作用。生物膜和填料层一方面可以通过过滤作用减少 出水悬浮固体的含量，节约沉淀时间，另一方面也可以吸附和截留污水中的溶 解性胶体物质和难降解的颗粒物质，并通过周期性的反冲洗排出系统。现应用 较 多 的 固 定 填 料 主 要 有 ： 陶 粒 、 软 性 纤 维 填 料 和 聚 乙 烯 填 料