第一章 绪论
1.1 污水深度处理
随着工业用水量不断增加，水资源贫乏也日趋严重，污水深度处理后回用已成为解决水资源短缺最有效的措施。污水深度处理是指城市污水或工业废水经一级、二级处理后，为了达到一定的回用水标准，使污水作为水资源回用于生产或生活的进一步水处理过程。解决水资源短缺的矛盾，不仅要安排利用水资源的分配，注重节流，还需要打开另一个新的水源——通过有效的污水深度处理回用技术，循环利用水资源。
实现水资源的循环利用对于缺水城市来说比开发新水源更符合我国贫水的现实。首先，污水深度处理解决水资源短缺，促进农业生产和国民经济的可持续发展意义重大，极大地缓解了水资源短缺。其次，污水深度处理经济投入比开发和利用其它水资源小。第三，深度处理后污水回用于工业生产和绿化，不仅带来经济效益，还有显著的环境效益。因此循环利用水资源无疑是最有效的解决措施，采用深度处理回用技术，实现污水的再次利用，即可减轻水资源受污染程度又可缓解水资源短缺问题
1.1.2 污水深度处理对乌鲁木齐的必要性
乌鲁木齐地处亚欧大陆腹地，是离海洋最远的城市，降水量少，蒸发量高，是一个资源型缺水的城市，多年平均降水量在 256mm，而年蒸发量在 2800mm以上。全市水资源量 10 亿 m3，人均水资源占有量不足 500 m3，只有全国人均水资源占有量 2200 m3的四分之一，属水资源严重缺乏地区。依据《乌鲁木齐市水资源综合规划》，2010 年全市缺水 7546 万 m3，其中城市建成区缺水 4143 万m3。乌鲁木齐全年供水总量在水资源短缺的情况下依旧不断地增大，从 1990 年的 9144 万吨∕年增长到 2009 年的 29771 万吨∕年，见图 1-1 所示。因此乌鲁木齐市水资源供需趋势不容乐观，水资源短缺问题将是制约乌鲁木齐市国民经济和社会发展的重要因素。
1.1.3 污水深度处理的方法
在二级处理技术中，一般出水还有一部分污染物质，氮磷含量也较高。氮磷含量高会导致藻类大量繁殖，堵塞管网。回用此类污水需要进行深度处理，除去有害物质，从而达到国家制定的中水回用标准。通常污水深度处理有以下几种方法。
（1）预处理方法预处理中格栅的主要是除去一部分体积较大的漂浮物。调节池进行水质水量平衡，以保证后续处理工序有较稳定的处理效果。废水处理前预先进行曝气，可以除去废水中的一些气体，增加废水中的 DO 值，并且对废水起助凝作用。
（2）物理化学法物理化学法是利用物理与化学的综合作用净化废水，主要是去除废水中的悬浮物和少量有机物，降低色度与浊度，主要方法有臭氧氧化法、光催化氧化法、活性炭吸附法、电化学法、电磁处理法、超声波法，也可以采用超滤（微滤）或反渗透处理技术。物理化学法虽然运行管理简单，占地面积较小，但运行费用大，且对水源要求严格，具有一定的局限性。
1.2 曝气生物滤池处理工艺
1.2.1 曝气生物滤池工作原理
曝气生物滤池(Biological Aerated Filter,BAF)工作原理是在滤池中填装一定量的粒径较小的滤料，滤料表面及滤料内部空洞中生长繁殖生物膜，并向滤池曝气，污水流过滤料与生物膜接触，利用滤料表面高浓度微生物的强氧化降解能力对污水进行快速净化；同时，污水流过时，利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中大量悬浮物，并且保证脱落的生物膜不会随水漂出，以过滤、生物吸附絮凝与生物氧化作用净化废水。由于池体内存在着好氧、厌氧、缺氧的微环境，硝化、反硝化作用可以同时进行，因此可以集有机物去除和脱氮于一体。同时由于随着流速方向的营养物质的减少而呈现出不同的生物相，使得曝气生物滤池的生物相相当丰富，食物链比一般的工艺要长且复杂。当滤池运行一段时间后，因水头损失增大，需对其进行反冲洗，以释放截留的悬浮物并更新生物膜，使滤池的处理性能得到恢复。
第二章 工艺流程与研究方法
2.1 工艺流程与设计参数
高新区北区深度处理水厂以河东污水厂经处理后的排放水为水源，采用曝气生物滤池工艺，处理后用于北区绿化景观和工业生产用水等。设计日处理10000m3/d，远期 50000 m3/d，供给北区工业园约 63 万平方米绿地，有效缓解了高新区北区工业园用水供需的矛盾。乌鲁木齐市河东污水处理厂设计规模 20 万 m3/d，主要接纳天山区、部分沙依巴格区、部分新市区及水磨沟区城市生活污水及大部分工业废水，以及上述区域的部分雨水。
污水处理工艺采用 A-B 两段活性污泥法，污水设计出水标准为达到《污水综合排放标准》（GB8978—1996）中的二级排放标准（氮、磷不作要求）。河东污水处理厂二级排放的废水中氨氮含量较高，超出了国家规定的再生回用水标准；同时二级排放污水的 BOD/COD 的比值不足 20%，这样造成利用反硝化反应去除氨氮机理中的碳源不足，而充足的碳源是传统生化法进行氨氮去除的充要条件，因此，污水深度处理水厂无法采用传统的物化处理工艺和传统生物处理工艺进行去除氨氮。
鉴于河东污水处理厂的二级排放废水中氨氮含量较高、碳源不足的水质特点、处理水量、建设场地、工程投资、管理操作等因素，将河东污水处理厂二级处理后的污水与初沉池出水进行适当混合（以此提高碳源）后作为深度处理水水源，采用曝气生物滤池工艺进行处理。经过曝气生物滤池处理后的出水一部分作为深度处理的水源经再处理后用作工业园区的生产用水，另一部分作为园区的绿化等杂用水。
第三章 曝气生物滤池的启动与挂膜................................. 30-39
3.1 挂膜方法及其过程 ................................30-34
3.1.1 挂膜过程中 COD_Cr的变化................................ 31
3.1.2 氨氮的变化................................ 31-32
3.1.3 亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的变化................................ 32-33
3.1.4 挂膜的影响因素 ................................33-34
3.2 曝气生物滤池生物膜及生物相研究 ................................34-37
3.3 本章小结 ................................37-39
第四章 曝气生物滤池处理效果及分析................................ 39-59
4.1 曝气生物滤池对 BOD_5的去除效果 ................................39-42
4.2 曝气生物滤池对 COD_Cr的去除效果................................ 42-47
4.3 曝气生物滤池对 SS 的去除效果................................ 47-50
4.4 曝气生物滤池脱氮的效果................................ 50-57
4.5 曝气生物滤池对总磷的去除效果................................ 57-58
4.6 本章小结 ................................58-59
第五章 曝气生物滤池运行中存在的问题 ................................59-61
结论
（1）对滤料表面微生物膜进行镜检，观察到大量菌胶团及钟虫、轮虫等指示生物，可得出本次生物挂膜经过 16d 曝气生物滤池自然挂膜基本完成。
（2）该厂的 BAF 工艺生物挂膜期间 CODCr的去除率主要由滤料的截留作用决定，因此 CODCr的去除率不宜作为本次研究判断挂膜完成的标志。
（3）对于硝化曝气生物滤池反应器，进水 CODCr大大超过氨氮时硝化作用受到抑制、降低，氨氮的去除率仅达到 35%时就已稳定。因此本次挂膜研究不宜用氨氮的去除率作为挂膜完成的标志。
（4）利用光学显微镜、电子显微镜对滤料表面的微生物进行了观察，并使用电子显微镜观察出生物滤料表面有大量的洞孔，利于微生物生长繁殖。
（5）曝气生物滤池工艺的进水 COD 浓度在 70.2 mg/L ~291.6 mg/L 之间，出水 COD 浓度在 59.7mg/L~155.2mg/L，去除率均值为 17.7%。整体来看深度处理水厂的整个工艺对 COD 的去除效果不达标，这是由水温、水力负荷、进水水质、可生化性等因素造成的。通过实际监测可知水温的 23℃以下时 COD 去除率在 10%以下，水温大于 23℃可保证较好的 COD 去除效果；水力负荷在力负荷在1.5m3/(m2•h)～2.4 m3/(m2•h)之间时，COD 去除率在 5%～15%之间，当水力负荷在 2.4 m3/( m2•h)～2.6 m3/( m2•h)之间时，COD 去除率大幅度提高至 25%左右，当水力负荷超过 2.6 m3/(m2•h)后，COD 的去除率又开始回落，得知该厂最佳水力负荷为 2.4 m3/(m2•h)～2.6 m3/(m2•h)之间；进水中 COD 含量与去除率有直接关系，进水 COD 浓度高去除率也高，反之亦然；进水的可生化性也直接影响 COD 的去除率，本次研究水质可生化较差，导致 COD 去除率较低。
（6）深度处理水厂进水 BOD5在 17.5～76.9 mg/L 之间，出水 BOD5在 9.1～35.9mg/L 之间，平均去除率为 58.5%。挂膜完成后 BOD5的去除率比较稳定且维持较高的去除率，水温在 17℃即可保持较好的去除率。