曝气生物滤池之生物膜数学模式探究

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1、曝气生物滤池之生物膜数学模式探究第一章绪论1.1问题的提出随着社会经济的快速发展，物质生活水平逐步提高，居民对生存环境的要求也越来越高。我国水资源十分短缺，人均占有量远低于世界平均水平。因此，寻求资源和环境保护的协调发展是十分重要的举措。我国人口基数大，生活用水量大，生活污水的达标排放，对环境保护和资源的再利用至关重要。2008年，全国生活污水集中处理率为57.4%[1]，2009年为63.3%[2]，2010年约为65%左右，污水集中处理率与发达国家差距较大[3]。未经处理的污水直排入环境，导致江河湖泊水体富营养化、水质恶化等一系列直接或次生的水环境灾害。十一五时期，多数生活污水处理厂出水

2、执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级B标准，随着环境管理的逐步强化，十二五期间，全国各省市逐步对污水处理厂实施提标升级，即出水执行一级A标准。常用的生活污水处理工艺主要包括活性污泥法和生物膜法两大类，如：奥贝尔氧化沟法、改良型氧化沟法、CAST、SBR、A/O、A2/O等。曝气生物滤池（BiologicalAerationFilters，简称BAF）处理工艺是生物膜法的一种，在国外已被推广，国内，在污水的深度处理上应用较多。BAF集污水生物处理与深层过滤于一身，是一种发展较快的新型生物处理技术和重要的现代水处理工艺。该工艺集生物氧化和截留悬浮固体为一体，节

3、省了后续沉淀池（二沉池），具有容积负荷、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；运行费用少等特点。该工艺能有效的去除SS、COD、BOD、氨氮等水污染物，实现硝化、脱氮、除磷、去除有毒物质等。该工艺还能同污水处理厂的提标改造紧密结合，因此，选用BAF工艺，并对其进行理论和工程应用的研究十分必要。对污水处理工艺的研究方法较多，如理论计算、工程模型模拟、数学模型模拟等。数学模型模拟是一种成本小，效益大，精确度高的研究方法，已被广泛应用于工程研究的各个领域。对于生物膜处理工艺的数学模型研究，目前亦取得较多成就，从早期的模拟微生物生长的Monod模型，适用于间歇实验反应器

4、的Eckenfelder模型，以及建立了有机物代谢、微生物的增殖和氧的消耗三者之间关系的McKinney模型[4]，到近期国际水协研发出的ASM1、ASM2、ASM2D、ASM3等模型以及以ASMs模型为核心的其它模型[5]，国内学者孙培德等也于2006年提出了FCASMs模型等。对BAF通过建立数学模型进行研究，既能够深化对该工艺的理论认识，又有利于其工程实践的应用和推广。1.2BAF工艺概述上世纪80年代末，法国OTV公司首次开发出BIOCARBONE废水处理工艺[6]，即BAF的早期形式，90年代初研究人员以生物滤池为基础，结合给水滤池工艺对BAF进行了完善，经过发展，主要用于污水二级

5、处理。该技术被广泛地应用于城市生活污水、杂排水、食品加工废水、酿造和造纸等高浓度废水的处理。BAF的最大特点在于集生物氧化和截留悬浮物于一体，滤料既是生物膜的附着物，同时又起到物理过滤的作用。BAF应用范围较广泛，在污水深度处理、微污染源水处理、难降解有机物处理、低温污水的硝化、低温微污染水处理中均有较好效果。世界上首座BAF于1981年在法国投产，随后在欧洲各国得到广泛应用。美国和加拿大等相继引进此工艺，日本、韩国和中国台湾也先后引进了此项技术。世界上较大的环保公司，如法国得利满公司、德国菲力普穆勒公司、法国VEOLIA公司均将其作为支柱产品在全世界推广。国内，曝气生物滤池发展较晚，尚处于

6、探索和推广阶段。大连市马栏河污水处理厂（12万吨/d，采用法国得利满A3D+BIOFOR工艺）是我国首个采用BAF的城市污水处理厂（由东北市政院设计）；广东新会东郊污水处理厂（4万吨/d，采用水解+二级曝气生物滤池工艺，设与N池二级）已投产运行（由中冶马院设计）；青岛啤酒（徐州金波）有限公司废水处理工程中，采用水解酸化+曝气生物滤池处理工艺，在难降解有机物处理中取得一定效果。国内许多科研设计单位对BAF也进行了试验研究，诸多学者在其结构形式、功能、启动和滤料等方面进行了具体的研究，收效颇丰。但仍有许多问题有待解决：如生物膜的特点及其快速启动的方式；生物氧化功能和过滤功能之间的相互关系；反冲洗

7、过程中生物膜的脱落规律；进一步拓宽曝气生物滤池的应用范围，研究其在水深度处理、微污染源水处理、难降解有机物处理、低温污水的硝化、低温微污染水处理问题中如何与其他工艺相结合等。第二章利用BAF处理人工合成废水实验研究2.1实验材料及装置2.1.1实验材料BAF工艺中，生物膜的载体是生物滤料，滤料直接影响着反应器的处理性能，是该工艺中的核心部分。其主要作用有：（1）为微生物的生长和繁殖提供必要的场所；（2）吸附并