一研究的目的及意义

一研究的目的及意义

我国是13亿人口的大国。众多的人口必然导致密集的生活生产。在这些生产过程中产生大量的废水，使得排入水体的污染物大大超过水体的自净能力。据统计，全国七大水系中一半以上河段水质受到污染，全国1/3的水体不适于鱼类生存，1/4水体不适于灌溉，90%城市水域污染严重，50%城镇水源不符合饮用水标准，40%水源已不能饮用，南方城市总缺水量的60%-70%是由于水源污染造成的。随着2007年入夏以来太湖、滇池、巢湖的蓝藻接连爆发，我国进入了水污染密集爆发的阶段。其中污水的70%-80%直接排放，我国污水的处理能力只占20%左右。在乡镇企业中还存在着严重的污水偷排现象，一方面是因为考虑到污水处理成本，另一方面也是由于污水处理厂的处理能力有限。所以寻求一种经济又高效地处理工业污水的方法是保护水体环境的重要措施。

改革开放以来，中国的工业化进程不断加快，化纤行业是其中典型的代表。化纤污水有极高的COD，高盐度，对微生物有毒性，是典型的难降解水。水质成分复杂，副产物多，反应原料常为溶剂类物质或环状结构的化合物，增加了废水的处理难度。化纤污水存在处理后出水难以达到国家排放标准、产生的污泥量大、会造成二次污染、处理成本高等问题。

化纤废水污水治理的技术相对比较成熟，提高处理效率是研究的主流方向。目前，对复合生物反应器工艺参数的确定、所用填料的选择、处理性能的提高等方面是国内外研究的热点之一。本项目所用的一体式生物反应器治理是在普通的活性污泥工艺的曝气池中投加各种能提供微生物附着生长表面的载体，利用载体容易截留和附着生物量大的特点，使曝气池中同时存在着附着相和悬浮相生物，充分发挥两者的优越性，从而提高治理效果，可达到缩小反应器容积或对超负荷运行的传统工艺进行改造以稳定和保证处理效果的目的。监测出水水质，使废弃的化纤废水得到回用，提高水资源的利用率。

二国内外同类研究概况

一般情况下，复合式生物处理系统大都保持了原有工艺的主体构造，但是由于填料的加入，使污水处理的机理和效能都大为改变。在这个系统中，微生物生存的基础环境由原来的气、液两相转变成气液、固三相，这种转变为微生物创造了更丰富的存在形式，形成一个更为复杂的复合式生态系统。

在我国，复合式生物处理系统的提出最早是用来解决生物接触氧化法中生物量不足的问题的。例如：河南沈丘利达制革公司的生物处理单元采用活性污泥、生物膜混合气、沉淀一体化系统，在四个曝气池廊道中悬挂组合生物填料，并同时采用SBR的运行方式，获得了满意的处理效果。在过去的几年里，学者们重点就如何优化悬浮载体工艺展开了一系列的研究。吴立波等采用聚氨酯泡沫塑料块作为悬浮载体所构成的复合反应器来处理生活污水；庆良等在传统的活性污泥法工艺中加入废弃轮胎颗粒作为生物载体形成复合生物反应器；王鹤立等人用填充玻璃钢生化填料进行了高效复合式生物反应器处理工业废水的生产性试验研究；盛兆琪等用无纺布卷制成的环柱状填料作为曝气池中的悬浮载体进行研究杨丹、朱亮等用聚氯乙烯短管悬浮填料作为复合生物反应器微生物生长载体,研究其挂膜情况及反应器对有机物、氮、磷的去除效果；毋海燕等采用在悬浮相污泥中投入纤维球填料形成单一复合生物反应器来处理焦化废水。

目前我国在复合生物反应器领域的研究仍处于摸索阶段。生物填料方面或者直接引进国外产品，或者参照国外的相关资料进行简单的技术改进，在填料生物挂膜、气水传质等基本技术机理方面均缺乏深入研究。此外，对生物反应器的生物动力学机理方面也缺乏理论性的探索和研究，大多针对实际污水进行实验室技术探讨性研究，在理论与应用相结合方面，目前还未达到较理想的状态。

国外最早的复合生物反应器可追溯到1929年Buswell等发明的接触氧化法。他们将薄木片编织成的木垫垂直地悬浮在曝气池中，此即为复合生物反应器的雏形。Hays将石棉布垂直地悬浮在曝气池中，该工艺在当时小规模污水处理中得到广泛应用[12]。但由于易堵塞、费用高、卫生条件差，复合生物反应器的研究基本停滞了近40年。直到20世纪60年代末，材料科学技术的快速发展才促进了载体投加法的发展。近十几年来，人们开发和应用了各种浸没式活性污泥系统中的“模组式塑料填充材料（modular plastic packing material）”。在日本和德国，由聚氯乙烯纤维和组合塑料制成的塑料网和“成串环状填料（ring lace）”已经在实际工程中得到了应用。

在反应器中投加微小载体（粒径小于1000μm）的工艺也受到关注，这些微小载体包括活性炭粉、黏土、焦炭、木屑等。根据载体填料的种类、大小，以及填料与曝气池结合的方式，可以分为以下四种：(1)浸没填料系统；(2)生物转盘与曝气池相结合的系统；(3)多孔悬浮载体系统；(4)载体活性污泥系统。

目前发展较成熟，并且在工程上应用较成功的浸没填料系统是RINGLACE系统。该系统由日本工程与贸易公司开发，使用一种称为RINGLACE的塑料纤维填料。在东京，为了改造现有二级处理厂，提高其脱氮能力，人们将生物转盘添加到现有曝气池中的第三级(好氧区)，以提高系统的反硝化能力。多孔悬浮载体是近年来在市政污水和工业废水的处理中获得广泛研究的一项新技术，由于在反应器中悬浮的载体上可附着生长生物膜，好氧反应器中的生物浓度得到提高，并且因为悬浮载体上的生物膜污泥龄较长，使得系统在提高碳的去除能力的同时也强化了氮的去除。悬浮载体的形状一般为立体块状或粒状，形状规则，空隙率大，比表面积几百到几千不等。多采用聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯等特制塑料或树脂制成，密度接近于水，在正常的曝气强度下极易达到全池流化翻动。目前较成熟的悬浮载体系统是德国LINDEAG股份公司的“LINPORPROCESS”、挪威Kaldnes A／S公司的“Kaldness MBBR”和英国Simon-Hartley公司开发的“Captor”系统。Durhan等开发了一种“Z型”无机填料，这种填料具有离于交换特性，且有很高的孔隙串和很大的表面积，可为微生物的附着和生长提供适宜的环境。研究表明，使用Z型填料的生物反应器比以弹性填料(橡胶)或硅藻土为载体的反应器更能有效地去除酚类物质(酚浓度达1000mg/L)。这类载体对处理系统的紊乱有一定的缓冲作用。

由此可见国外复合生物反应器技术经过多年的发展已经较为成熟，并且进入工程化应用阶段。但是，这些技术均由开发机构作为专利技术进行封锁和保密，相关技术资料、参数极为难得；而作为进口技术引进将耗费大量外汇资源，对于我国来说是不适宜的，必须要走自主探索开发的道路。

三研究内容及计划

化纤生产所用化学药剂繁多，最后形成产生的综合废水成份复杂，污染强度大，处理难度大。一体式生物反应器是一种高效膜分离技术和活性污泥法相结合的水处理反应器系统。

此项目是研究在普通活性污泥系统曝气池中投加填料构成复合生物反应器对污水处理效果的影响，通过正交实验探索一体式生物膜反应器处理化纤废水的最佳运行工艺。本研究主要从以下几个方面展开：

(1)在处理普通活性污泥系统的曝气池中投加一定量的乳酸柠檬醛交联壳聚糖填料构成一体式生物膜反应器。

(2)正交试验一体式生物膜反应器生产废水中CODcr、总氮的去除率。

(3)设计一体式生物膜反应器。分析不同运行参数下对COD去除率的影响，优化反应器的最佳运行参数。

(4)探索一体式生物膜反应器处理化纤废水的可行性。