（市政工程专业论文）东莞市市区污水处理厂两种工艺的对比研究.pdf

西安建筑科技大学顶二| 二学位论文 东莞市市区污水处理厂两种工艺的对比研究 专业：市政工程 硕二i 二生：欧彩丹 导师：高羽飞教授 摘要 目前我国城市的污水处理厂采用的： 艺大多是生物法，常用的生物法包括 a o 工艺、a a o 工艺、氧化沟工艺、a b ： 艺、s b r 工艺、生物膜工艺、高压 膜：1 ：艺等。对各种工艺的x , t i l 研究主要集中在a a o 工艺与s b r 、c a s t 、氧化 沟等工艺，而对a o 工艺和a a o ： 艺的对比研究较少。本论文针对东莞市市区 污水厂的水质，对两种工艺a 0 和a a o 进行了一系列的经济分析以及效果分析。 本文刘a o 硐ia a o ：1 ：艺进t ? t 3 - 程投资估算分析。通过测定两种工艺出水 的水质参数b o d 、c o d 、7 i n 、t p ，对比分析两个工艺的总处理效果。在缺氧池( 二 期) 、厌氧池和生物池中，研究水样的n 0 3 一n 、n 0 2 一n 、t p 、d o 、p h 以及碱度随 着时间的变化规律，探讨了聚磷菌，硝化菌，反硝化菌的微生物学特征，分析了池 中污水脱氮除磷的机理及其影响因素。 得出以下结论： f 1 ) a a o 系统的工程投资比a o 系统的工程投资高出2 1 1 9 万元。 f 2 ) a o 系统与a - a o 系统每天消耗的电能相差不大，a o 系统消耗电能比 a a o 系统稍高一点。 ( 3 ) 两种工艺的b o d 去除效果都相当的好，出水b o d 分别都达到了国家一级 标准，但是相比之下，a o ：i 二艺b o d 去除率较a a o 工艺b o d 去除率高。 f 4 1 两种：l ：艺的c o d 去除效果都相当的好，出水c o d 都很低，达到了国家一 级标准，但是相比之下，a o 工艺c o d 去除率还是较a a o 工艺c o d 去除率高。 f 5 1 两种工艺的丁n 去除率都不太理想，不过两期出水t n 也都能达到国家一 级的标准，a o 工艺t n 去除率较a a o 工艺t n 去除率高。 ( 6 ) 两种工艺的t p 去除效果较差，一期的平均出水t p 还没达到国家一级标准， 二期也不能保证每天的出水都能在1 m g ，l 以下，但是相比之下，a a o 工艺t p 去 除率较a o 工艺t p 去除率高。 西安建筑科技大学颂：i 二学位论文 总的来_ i j f ，a 一0 系统去除有机物和脱氮的效果都比a a 一0 系统好，a - a 一0 法 只在总磷的去除上有较好的效果，所以总的来说，在东莞市排放污水的处理效果上， a 0 法优于a a 0 法。并且从建致投资来看，二期投入资金比一期多，这与所期 望的二期处理效果不成正比。 关键词：城市污水处理：脱氮除磷；a 一0 法；a a 一0 法 论文类型：应用基础研究 西安建筑科投大学顾二i 二学位论文 a c o m p a r a t i v es t u d y o nt h et w ok i n d so f w a s t e w a t e rt r e a t m e n t s y s t e mo fd o n g g u a nw a s t e w a t e r t r e a t m e n tp l a n t s p e c i a l t y ：m u n i c i p a le n g i n e e r i n g a u t h o r ：c a i d a no u a d v i s o r ：p r o f 、，u f e ig a o a b s t r a c t i nc h i n ab i o l o g i c a lm e t h o di st h em o s tp o p u l a rt r e a t m e n tu s e di nw a s t e w a t e r t r e a t m e n tp l a n t sa tp r e s e n t c o m m o nb i o l o g i c a lt r e a t m e n t si n c l u d ea n a e r o b i co x i c ， a n o x i ca n a e r o b i co x i c ，o x i d a t i o nd i t c h ，a d s o r p t i o nb i o d e g r a d a t i o n ，s e q u e n c i n gb a t c h r e a c t o r , b i o m e m b r a n ea n ds oo n m o s to ft h ec o m p a r a t i v es t u d i e sa r ef o c u so nb e t w e e n a n o x i ca n a e r o b i co x i ca n ds e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o ro ro x i d a t i o nd i t c hs y s t e m t h e c o m p a r a t i v es t u d i e sb e t w e e na n a e r o b i co x i ca n da n o x i ca n a e r o b i co x i ca r em u c h l e s s e r t h i sa r t i c l ea n a l y z e dt h e s et w ok i n d so fs y s t e mi nt e r m so f e c o n o m ya n dt r e a t m e n tr e s u l t t h i sr e s e a r c hd i dt h ea n a l y t i c a le s t i m a t i n go f a n a e r o b i co x i ca n da n o x i ca n a e r o b i c o x i c sc o n s t m c t i o ni n v e s t m e n t t o t a lt r e a t m e n tr e s u l th a sb e e na n a l y z e dt h o u g ht h ew a t e r q u a l i t yp a r a m e t e ro ft h ee f f l u e n t t h i sp a p e ra l s os t u d i e dt h ec h a n g i n gr o l eo fn 0 3 - n ， n 0 2 一n ，t p , d oa n dp hi nw a t e ra n dd i s c u s s e dt h eb i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h e p o l y p h o s p h o r i c ，n i t r o b a c t e r i aa n dd e n i t r i f y i n gb a c t e r i ai nt h ea c t i v a t e ds l u d g e t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sc a nb ed r a w na c c o r d i n gt oe c o n o m i ca n dr e s u l ta n a l y s i s o fa n a e r o b i co x i cs y s t e ma n da n o x i ca n a e r o b i co x i cs y s t e mo fd o n g g u a nw a s t e w a t e r t r e a t m e n tp l a n t ： ( 1 ) t h ec o n s t r u c t i o ni n v e s t m e n to fa n o x i ca n a e r o b i co x i cs y s t e mi s 2 11 9 m i l l i o n r m bh i g h e rt h a nt h eo n eo f a n a e r o b i co x i cs y s t e m ( 2 ) t h ee l e c t r i c a le n e r g yc o n s a n l p t i o no f t h et w o k i n do f s y s t e ma r ea l m o s tt h es a m e b u tt h ec o n s u m p t i o no fa n a e r o b i co x i cs y s t e mi s al i t t l eh i g h e rt h a nt h ea n o x i c a n a e r o b i co x i cs y s t e m ( 3 ) b o t ho ft h et w os y s t e m s b o dr e m o v a la r ep r e t t yw e l l t h ee f f l u e n t sb o d c a n c o n f o r mt ot h en a t i o n a lp r i m a r ys t a n d a r d b u tc o m p a r e dt oa n a e r o b i c0 x i cs y s t e m ，t h e r e m o v a lr a t eo fb o do f a n o x i ca n a e r o b i co x i cs y s t e mi sl o w e r ( 4 ) t h ee f f l u e n t sc o do ft h et w os y s t e m sb o t hc a nc o n f o r mt o t h en a t i o n a l 西安建筑科技大学硕士学位论文 p r i m a r ys t a n d a r d b u tc o m p a r e dt oa n o x i ca n a e r o b i co x i cs y s t e m ，t h er e n l o v a lr a t eo t c o do f a n a e r o b i co x i cs y s t e mi sb e t t e r ( 5 ) n e i t h e ro ft h et w os y s t e m s t nr e m o v a lr a t ea r eg o o de n o u g h b u tb o t ho ft h e e f f l u e n t s i nc a r lc o n f o f i t it ot h en a t i o n a lp r i m a r ys t a n d a r da n dt h er e m o v a lr a t eo ft n o f a n a e r o b i co x i cs y s t e mi sb e t t e rt h et h eo n eo f a n o x i ca n a e r o b i co x i cs y s t e m ( 6 ) t h et i r e m o v a li st h ew o r s to n ec o m p a r e dt ot h et h r e eo n ea b o v e ，n om a n n e r w h i c hs y s t e mt h es e w a g eg e tt h r o u g h t h ea v e r a g et po fa n a e r o b i co x i cs y s t e m s e f f l u e n te v e nf a i lt om e e tt h en a t i o n a lp r i m a r ys t a n d a r da n o x i ca n a e r o b i co x i cs y s t e m i sal i t t l eb e t t e rt h a na n a e r o b i co x i cs y s t e ma tt h i sp o i n t i ns u m m a r y ，i nt e r m so f o r g a n i cs u b s t a n c ea n d i nr e m o v a l ，a n a e r o b i co x i cs y s t e m i ss u p e r i o rt oa n o x i ca n a e r o b i co x i cs y s t e ma n o x i ca n a e r o b i co x i cs y s t e mo n l yc a nd o b e t t e ro nt h er e m o v a lo ft rb u tt h ec o n s t r u c t i o ni n v e s t m e n to fa n o x i ca n a e r o b i c0 x i c s y s t e mi sm u c hh i g h e rt h a na n a e r o b i co x i cs y s t e mr e l a t i v e l y , t h er e s u l t i sn o ts o r e a s o n a b l e k e y w o r d s ：d o m e s t i cw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ；n i t r o g e nr e m o v a l ；p h o s p h o r u sr e m o v a l a n a e r o b i co x i cs y s t e m ；a n o x i ca n a e r o b i co x i cs y s t e m ； p a p e rt y p e ：a p p l i e df u n d a m e n t a lr e s e a r c h 声明 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他 人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同 志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：硪拜拇日期：砌g 4 形 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名：醐丹导师签 注：请将此页附在论文首页。 b 飘? x 一6 4 哺 西安建筑科技大学硕士学位论文 第一章前言 1 1 我国水资源及水污染现状 1 1 1 我国水资源现状 水是一切细胞和生命组织的重要成分，是构成自然界一切生命的重要物质基 础。随着人口增长、经济发展以及人民生活水平的提高，人类对水资源的需求日益 增长。但同时水资源又是一利，有限的，而且是不可替代的宝贵资源。 我国人均水资源占有量仅为世界人均占有量的1 4 ( 约2 5 0 0 m 3 ) ，时空分布极 不均匀。全国十个流域可合并划分为南方、北方及西北三个明显不同类型区：( 1 ) 南方片，包括长江、珠江、华东华南沿海、西南诸河四个流域，属于人多、地少、 经济发达，水资源相对丰富地区； ( 2 ) 北方片，包括长江以北的松、辽、黄、淮、 海五个流域，属于人多、地多，经济相当发达，而水资源严重短缺地区： ( 3 ) 西 北片，除额尔齐斯河外都属于内陆河流域，土地面积3 3 7 万k m 2 约占全国的3 5 ， 属于地广人稀，气候干旱，生态环境脆弱地区。浚地区人均水资源不算少，耕地资 源也十分丰富，但水土资源的开发利用受到环境的严重制约。 随着经济的发展，人1 3 的增加我国还出现了水资源现状承载能力和生态环境容 量明显不足的现象。从1 9 8 0 年到1 9 9 9 年，我国社会经济总用水量增加了约四分之 一，从4 4 3 7 亿m 3 增加到5 5 9 1 亿m 3 。同期工业用水从4 5 7 亿m 3 增加到1 1 5 9 亿m 3 ，生活用水量( 含居民用水和公共设施用水) 增长迅速，增长了四倍，为同 期城镇人口增长率的两倍。供需失衡的结果，一是国民经济用水挤占生态环境用水， 二是城市与工业用水挤占农业用水。目前，北方水资源开发程度已超过5 0 ，导 致河道断流和湖泊洼淀萎缩；南方水网地区污水超标排放，造成水体污染；殖北干 旱区大量挤占生态用水，荒漠化趋势蔓延；西南山区坡陡田高水低，水资源开发利 用工程艰巨。 一些国际组织甚至将中国的水资源供应能力和粮食安全自给能力联系起来，认 为中国的水资源短缺将超越洪涝灾害而成为中国政府最大和最难解决的问题，甚至 会引发全球粮食市场的变动和其它国际问题。从地区来看，全国有1 8 个省区、3 0 的国土、6 0 的人口处于严重缺水的边缘；按人均拥有水资源量1 0 0 0m 3 为人类生 存的起码需求量来平衡，全国就有1 0 个省区，1 1 的国土面积，1 3 以上的人v 1 西安建筑科技大学硕士学位论文 处于严重缺水状态。目前，全国6 7 0 多座城市中，有4 0 0 多座城市不同程度缺水， 其中严重缺水的有3 0 0 多个，全国城市缺水量达1 6 0 0 万i 1 1 3 ，年缺水量约为6 0 亿m 3 ，每年吲缺水或供水不足影响城市人i s 约4 0 0 0 万，影响i ! l k 产值2 0 0 0 亿 元以上，且呈增长之势。【“1 1 1 2 我国水污染现状 水污染是指排入水体的污染物在数量上超过该物质在水体中的本底含量和水 体的环境容量，从而导致水体的物理性质、化学性质和生物学性质发生变化，使水 体固有的生态系统和水体功能受到破坏。据调查统计”】，2 0 0 2 年全国废污水排放 总量6 3 1 亿吨( 不包括火电直流冷却水) ，其中工业废水占6 1 5 ，生活污水占 3 8 5 。河流水质在1 2 3 万公里评价河长中，l 类水河长占56 ，i l 类水河长占 3 3 1 ，1 1 1 类水河长占2 6 0 ，i v 类水河长占1 22 ，v 类水河长占56 ，劣v 类 水河长占1 7 5 。全国符合和优于i i i 类水的河长占总评价河长的6 47 。随着我国 经济的迅速发展，人口的不断增长及城市化进程的加快，水污染问题也日益突出。 自7 0 年代以来，尽管我国在水污染防治方面做了很多工作，但水污染的发展趋势 仍未得到有效的控制，许多江、河、湖泊、水库的水质仍在下降。 在我国的主要江、河、湖等水域，如长江、黄河、淮河、海河、辽河、松花江、 黄浦江、沱江、巢湖、滇池和太湖等己检测出数百种有机物或被报道已经受到严重 的有机物污染，在被检测出的有机物中一些有毒污染物含量超过了地面水质标准， 有些是致癌、致畸和致突变有机污染物。近年来，我国有关部门在水源保护方面作 了许多工作，但是，由于各种条件的制约，全国水源污染仍呈发展趋势，有9 0 以上的城市水域污染严重，近5 0 的重点城镇水源水质不符合饮用水源的水质标 准。由此可见，虽然近年来我国在水污染防治方面做了许多工作，但不少江河湖泊 的水质仍在逐渐变差。在这种情况下，在我国淡水资源本来就十分紧缺的前提下， 完全不使用受到污染的淡水水源越来越不可能。也就是说，我国自来水厂不得不面 i 临着使用更多的水质不符合要求的受污染原水作为生活饮用水的水源。 近年来我国水体富营养化问题日益严重，太湖和滇池都出现了不同程度的氮、 磷污染，赤潮在我国也频繁发生。水体富营养化现象是种自然界普遍存在的进化 过程旭是人类活动造成的污染大大加速了这一过程。水体富营养化，藻类异常繁殖， 大量消耗水中的溶解氧，使水体呈缺氧或厌氧状态，而一些藻类又会分泌和释放毒性 物质，导致鱼类、贝类等需氧生物死亡，整个水体生态系统崩溃。水体富营养化严重 降低了水资源的利用价值，对城市经济、自然环境构成严重威胁。氮和磷是引起水 西安建筑科技大学硕：i 二学位论文 体富营养化的主要因素，当水体总磷浓度高于0 0 2 m g l 或总氮浓度超过0 2 n - l 刚h 1 1 百1 。 视为富营养化水体。防治水体富营养化最有效的途径就是对工业废水和生活污水进行 脱氮除磷的深度处理今后建砹污水处理厂时应该充分考虑选用具有脱氮除磷功能的 工艺。因此，发达国家均以氮和磷作为藻类生长的限制因素对污水处理厂的氮和磷浓度 有了法定的标准我国最新颁4 r i f j , j 污水排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 也有了相关规定。与物 化法相比，生物脱氮除磷工艺减少或避免使用化学药剂和由此而产生的化学污泥，处理 成本低，因此生物脱氮除磷技术在污水处理领域得到越来越多的应用。 1 1 3 我国城市污水方法技术研究进展 在污水处理厂建设方面【6 】，截l t 22 0 0 0 年底，我国现有污水处理厂4 2 7 座， 其中二级处理厂2 8 2 座，二级处理率1 5 。我国平均6 6 8 万人拥有一座污水处理 厂，而美国每万人就捌有一座污水处理厂，瑞典每五千人就有一座污水处理厂可见 我国的污水处理建设远远落后于发达国家。其处理能力与实际需要相差甚远。 在技术设备方面，我国污水处理技术，在吸收、消化国外技术的同时也发展了 自己的技术。从国外引进的鼓曝法，a 2 o 法、氧化沟法、a b 法、s b r 法、生物膜 法、高压膜法等，但这些技术在不同程度上存在着基建造价和运行成本较高、处理 效率有待提高等问题。我国的污水设备存在着效率低、能耗高、维修率高、自动化 程度低等缺点。e t 前我国现存污水处理的设备运行状况是l 3 运行正常、1 3 不正 常、1 3 处于停止状态。这使污水处理厂的运转率只能达到5 0 ，这是一个十分严 重的问题。尽管，随着改革开放步伐的加快，我国也引进了一些国外的设备，然而 这些设备价格十分昂贵，如果全面引进i n 9 t - 的设备，一方面巨大投资难以承受，另 一方面也不利于我国污水处理设备制造业的发展。 目前，我国污水处理面临三个最突出的问题：i ) 资金严重不足：根据我国污 水排放的预测以及2 0 1 0 年远景规划，到2 0 1 0 年，我国污水排放量将达到7 6 3 亿，污水处理率要达到4 5 。尚需建设日处理能力6 7 2 2 万的污水处理实施，约 需人民币1 3 4 4 亿元。资金短缺，还体现在污水处理厂的运行成本的巨大支出，初 步预测，以每m 3 的运行费用0 5 元计，到2 0 1 0 年约需1 7 1 7 亿元，这样多的 运行费用也是造成资金短缺的一个重要原因，资金短缺严重制约了污水处理的发 展。2 ) 污水处理水平低：表现在污水处理设备落后，据清华大学紫光顾问公司调 查，我国污水处理设备只有1 3 正常运转，这严重影响我国污水处理的水平。3 ) 污水处理的运行机制不合理：我国污水处理的建设、运行、管理体制是从建国以来 形成的计划经济体制条件下的建设、运行、管理机制。污水处理的费用都由政府承 西安建筑科技大学硕士学位论文 担，而污水处理又是纯公益封；业，这就造成了一般建不起，建起了也养不起的局面。 近年来，随着工业化和城市化程度的不断提高，合成洗涤剂、化肥和农药广泛 使用，大量氮、磷营养物进入水体，水体富营养化日益严重。水体寓营养化现象是 一种自然界普遍存在的进化过程，但是人类活动造成的污染大大加速了这一过程。 水体富营养化，藻类异常繁殖，大量消耗水中的溶解氧，使水体呈缺氧或厌氧状态， 而一些藻类又会分泌和释放毒性物质，导致鱼类、贝类等需氧生物死亡，对城市经 济、自然环境构成严重威胁，也使得可用水资源日益紧张，造成这种后果的主要原 因是城市污水氮、磷的大量排入水体引起富营养化，水体富营养化p 重降低了水资 源的利用价值，国家对污染水质排放中的氮、磷控制也在逐渐加强。我国对污水 处理厂的氮、磷浓度有了法定的标准，最新颁布的污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 所规定的污水处理厂排放标准：磷0 5 m g ，l ( 一级标准) 、10m g l ( - - 级标准) ， 氮15m 叽( 一级标准) 、2 5m g l ( 二级标准) 1 “j 。 大约在l o o 年前，世界上第一座采用活性污泥法处理废水中有机污染物的生产 性处理设施投入运行，它主要用于去除废水中的含碳有机污染物。随着工农业生产、 人口的剧增以及化肥农药用量的飞速增长，越来越多的复杂的污染物进入水体，水 体污染的情况日益严重人们逐渐认识到氨氮的危害，因为含氨氮的污水排入水体 后，在硝化细菌的作用下，氧化成亚硝酸盐和硝酸盐，同时消耗水体中的溶解氧， 氧化1 m g 氨氮约需4 6 m g 溶解氧，严重时会造成水体发黑发臭，同时游离态氨对鱼 类有毒害作用，即使极少的游离氨，也会影响鱼鳃中氧的传递效率。对于大部分鱼 类而言，水体中游离氨对鱼的致死量为1 m g ，l ，美国环保局关于保护淡水生物的水 质标准规定水体中的游离氨的含量不应超过o 0 2 m g l p 】。但是普通的城市污水处理 厂的二级处理出水并没有消除氨氮对水体的污染。于是在7 0 年代和8 0 年代，发达国 家主要强调污水的硝化处理，即在有氧的条件下，利用硝化反应使污水中氨氮在硝 化菌的作用下转化为硝酸盐，但水体中硝酸盐含量过高也会影响人们的身体健康， 美国生活饮用水水质标准中规定，饮用水中硝酸盐含量不得大于1 0 m g ，l ，我国生活 饮用水水质标准中规定硝酸盐含量不大于2 0 m 扎，可见只对污水进行硝化处理己无 法满足社会发展的需要，于是，城市污水处理厂又引进了反硝化处理工艺，即在缺 氧的条件下，将硝酸盐转换为n 2 溢出水面，真正去除污水中的氮。随着对污染治理 的进一步深入，人们发现磷污染比氮污染的危害性更大。当水体中总氮浓度高于 o 2 m 异，l 时有可能会发生富营养化现象，而当水体中总磷浓度高于00 2m g l 时就会 发生富营养化现象。研究表明，向水体中每排放1 9 磷会导致9 5 0 9 ( 二f 二重) 藻类的生长。 因此，在美国约有7 0 的湖泊、水库以磷作为藻类生长的限制因素i i o lo 但是在常规 活性污泥法处理系统中，微生物正常生长时活性污泥含磷量一般为污泥干重的1 5 西安建筑科技大学硕二 ：学位论文 20 ，这样通过排放剩余污泥仅能获得1 0 - 3 0 的除磷率i “j 。 5 0 年代末6 0 年代初，s r i n a t h 等人观察到活性污泥具有生物超量除磷现象，7 0 年 代人们认识到污泥经过厌氧环境和好氧环境交替循环后，污泥的含磷量会提高，系 统除磷率可以上升到7 0 一9 5 ，从而开发了多种生物除磷工艺流程，这些工艺流程都 设有厌氧池，并开始将这些工艺应用于实际处理：i ：程。8 0 年代和9 0 年代全面系统地 研究生物除磷，优化生物除磷工艺，并建立污水生物除磷的数学模型，努力使污水 除磷工艺的设计、运行管理实现模式化。 我国在生物脱氮除磷方面的研究起步较晚，但近二十年来，尤其是进入九十年 代以来，也取得了一些成绩。1 9 9 1 年，中国市政工程华北设计研究院在结合广州大 坦沙污水处理厂、泰安污水处理厂、青岛李村河污水处理厂等污水处理工程的设计、 建设和运行经验的基础上，进行了污水生物脱氮除磷技术的应用性试验、中试和生 产性应用研究，并从生物动力学方面研究生物脱氮除磷反应机理，研究有效的污水 回流工艺。1 9 9 6 年北京市环境保护科学研究院结合污水l 亘】用技术的“八五”科技攻关 专题，开展了长泥龄a 2 0 生物脱氮除磷工艺的研究。1 9 9 6 年，作为“常温厌氧与一体 化氧化沟技术研究”的科技攻关专题的重要组成部分，中国市政工程东北设计研究 院在大连开发区污水处理厂开展了a 0 生物除磷工艺的研究。1 9 9 6 年同济大学和德 国合作共同研究“城市污水脱氮除磷技术”。 2 0 0 2 年以前，我国城镇污水处理厂出水执行污水综合排放标准) ) ( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 根据城镇污水处理厂出水的排放去向，其第二类污染物项目应分别执行一级标准, k - 级标准，其中氨氮指标应执行标准中“其他排污单位”的标准值，如表1 1 所示。 表1 1 部分污染物最高允许排放浓度( m g d 旧 序 污染物适用范围 一级二级三级 号标准标准标准 1 悬浮物城镇二级污水处理厂 2 03 0 2 五日生化需氧量( b o d ；)城镇二级污水处理厂 2 03 0 3化学需氧量( c o d )城镇二级污水处理厂 6 01 2 05 0 0 4 石油类一切排污单位 51 02 0 5动植物油一切排污单位 1 01 51 0 0 6阴离子表面活性剂( l a s )一切排污单位5 1 02 0 7氨氮其他排污单位 1 52 5 8磷酸盐( 以p 计)一切排污单位 051 0 9色度( 稀释倍数) 其他排污单位 5 08 0 1 0 p h 一切排污单位 6 96 96 9 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 0 0 2 年国家环保局和国家质量监督检验检疫总局联合发布的城镇污水处理 厂污染物排放标准( g b i8 9 l8 - 2 0 0 2 ) 并于2 0 0 3 年7 月1 日起实施。其中规定了 1 2 种常规处理工艺可以去除的基本控制项目的最高允许排放浓度。如表12 和1 表 13 所示。 表12 基本控制项目的最高允许排放浓度( m 1 ) 1 1 3 序级二级三级四级标准( 或达到括号 基本控制项e l 号标准标准标准内去除率要求) 5 万m 3 d6 08 0 1 2 0 15 0 ( 6 0 ) 1 c o di 5 局m i d6 08 0 1 2 0 1 5 0 ( 6 0 ) 5 万m 3 d 1 0 8 0 ( 5 0 ) 2b o d1 5h m i d1 5 8 0 ( 5 0 ) 5 万1 7 1 d5 08 0 1 0 0 1c o d1 5 。rn l i d5 0 8 01 0 0 5 万m 。d1 02 03 0 2b o d1 5 万m 3 d1 0 2 03 0 5 0 ，n h 4 一n 的去除率约9 0 t ”i 。日本最 近几年开发了用于小型生活污水厂的单槽式缺氧好氧活性污泥法，它是单个完全混 合型的反应槽，槽内设置水下曝气机问歇曝气，在时问序列上形成缺氧和好氧状态， 从而脱氮，t n 去除率达8 5 左右【l “，目前人们也尝试将生物膜法引入活性污泥法。 天津大学的侍广良和马华平1 9 9 6 年研究了悬浮一附着厌氧好氧生物处理的新工艺 及其在印染废水处理方面的应用，当进水c o d j , j 6 0 0 9 0 0 r r i g l ，b o d ，为 2 0 0 3 0 0 m g l ，色度为2 0 0 5 0 0 倍，出水水质可达：c o d 1 5 0 m g l ，b o d s 5 0 m g j l ， 色度 8 0 倍l i “。张波1 9 9 6 # = - 1 i ) f 究了挂膜的a 2 0 2 1 7 艺在市政污水厂的应用。同济大学 进jj - d 型生物转盘试验，发现生物转盘可以进行充分的硝化反应，并具有一定的反 硝化能力。1 9 9 7 年同济大学的朱晓君等进行低氧活性污泥法脱氮除磷工艺的生产性 研究，当碳源不成为限制因素时，发现在定条件下，降低反应器内溶解氧的水平 至0 5 - 1 0 m g l ，能显著提高系统的脱氮能力，而且系统的除磷能力也有很大的改 善。但是，总的说来，我国污水厂处理工艺较单一，长期以来几乎全都采用活性污 泥法，而污水事业发达的美国在七十年代主要采用膜法，7 0 的污水处理厂采用高 负荷的生物滤池，其原因主要是它们造价低，运行稳定，能耗小。后来由于其出水 标准提高，生物滤池不能满足要求，才逐渐被活性污泥法所取代。但到八十年代后 西安建筑科技大学硕士学位论文 期出现+ f f s c ( 高负荷生物滤池固体接触法) ，其出水水质甚至可以接近三线处理。 同时b a f 生物曝气滤池) 在欧洲研制成功，说明新的膜法工艺技术不仅具有膜法固 有优点，而且出水水质良好。因此，近年来国际上出现了重视膜法的新动向。另外， 氧化沟技术是当前污水处理的热点，我国不少脱氮除磷的污水处理厂采用的都是氧 化沟工艺，但我国氧化沟工艺的技术水平与国际的先进水平相比差距较大。对国外 氧化沟的新技术、新池型、新设备了解甚少；在工程设计上还缺乏系统的科学方法； 对氧化沟技术的掌握不够成熟，我们应有条件分析、吸收和消化我国己引进的数种 氧化沟技术，并开发出适合我国国情的技术和设备。 1 2 水体中氮磷来源及危害 1 2 1 水体中氮磷来源及其主要存在形式 城市污水中的氮主要来自生活污水和工业污水废水，特别是来自化肥、焦化、 洗毛、制革、印刷、食品、肉类加工、石油精炼及煤加工等行业工业废水。城市污 水中氮的存在形式主要有有机氮( 如蛋白质、尿素等) 、氨氮、硝态氮。新鲜的生活 污水中有机氮约占6 0 ，氨氮约，占4 0 ，而硝态氮数量甚微( 一般仅有1 5 m g ) 或几乎 没有。 据美国研究统计，每人每日带进污水中的氮约1 6 9 。若每人每天排水量按 3 8 0 7 6 0 l 计，则生活污水中氮的含量为2 1 - 4 2 m g l 。而城市污水中氮含量约为 2 0 8 5 m g l 。由于生活方式和饮食结构不同，我国城市每人每天进入污水的氮含量 平均值低于美国的统计数值，但是我国城市污水中工业废水的比例较欧美国家高， 往往在6 0 以上，所以我国城市污水中氮的含量及其变化情况也与欧美国家的统计 数值有所不同，而且不同地区之间氮含量的差异较大。天津纪庄子污水处理厂 1 9 8 7 1 9 9 0 年的统计资料表明，进水氮的平均浓度为4 3 m g l ，其中有机氮占1 9 ，氨氮 占7 0 。 城市污水中的磷来自人类活动的排泄物、废弃物和工业废水，尤其是食品加工、 发酵、鱼品加工、化肥工业、洗涤剂、金属抛光等工业废水的磷含量较高。生活污 水中所含的磷包括每人每天代酣废物中所含i 筝j 2 9 磷和因使用洗涤剂而排放的2 9 磷。 城市污水中的磷基本上是以不同形式的磷酸盐存在的，根据物理特性( 用0 4 5 u 微i l 滤膜过滤) 可将污水中的磷酸盐类物质分为溶解性磷酸盐和颗粒性磷酸盐两 类，按化学特性( 是否需进行酸性水解和消化) 则可将污水中的磷分为正磷酸盐、无 西安建筑科技大学硕二i 二学位论文 机聚合磷酸盐和有机磷酸盐，其中有机磷酸盐占1 0 - 15 ，而无机聚合磷酸盐通常储 存在生物体的细胞内。 1 2 2 氮磷对水环境的危害 大量的氮磷化合物进入水体中将恶化水体质量，影响渔业发展和危害人体健 康，其主要危害为： 1 8 - 2 1 i ( 1 ) 氨氮要消耗水体中的溶解氧 氨氮随污水排入水体后，可在硝化菌作用下被氧化为硝酸盐，氧化每毫克的 n h 4 + - n 为n 0 3 n ，要消耗水体中的d 0 4 6 毫克。这对水体质量的改善以及类的 生存都是十分不利的。 ( 2 ) 氨氮的存在会影响氯消毒的效果 氨氮会与氯作用生成氯胺，而氯胺的消毒作用比自由氯小，这样就影响了氯的 消毒效果。同时，氯胺还会继续被氧化生成氮气，进一步降低了消毒效果。此外， 氯胺的气味难闻，而且还是一种致癌物质，对人类的健康存在着潜在的危害。 ( 3 ) 氮化合物对人和生物有毒害作用 硝酸盐和亚硝酸盐有可能转化为亚硝胺，而亚硝胺是一种致癌、致变和致畸物 质，严重威胁人体健康。 氨氮会影响鱼鳃中氧的传递，浓度较高时甚至使鱼类死亡。对大部分鱼类而言， 水体中游离氨的致死浓度为lm g ，l 。 ( 4 ) 氮磷营养物质会加速水体的“富营养化”进程 藻类生长的限制因素是氮和磷，其含量通常决定着藻类的生长量。因此，氮磷 的排入，尤其是磷的排入水体，会加速藻类的生长。研究表明，每向水体中排放1 克磷会导致9 5 0 克藻类( 干重) 的生长。 水体富营养化现象是指过量的植物性营养元素氮、磷进入水体后，在光照和其 他环境条件适宜的情况下，使水中的藻类过量生长，在随后的藻类死亡和随之而来 的异养微生物代谢活动中，水体中的溶解氧很可能被耗尽，造成水体质量恶化和水 生生态系统结构的破坏。水体的富营养化常表现为“水华”、“赤潮”等现象，它大大 加速了湖泊等水体的退化。 我国近几年来湖泊、水库以及海湾等半封闭水体富营养化现象日趋严重。在 1 9 3 3 年到1 9 7 9 年的4 6 年中仅发生过1 2 次赤潮，而1 9 9 0 年到1 9 9 4 年的5 年中就发生了1 3 9 次赤潮，藻类污染灾害十分严重。 富营养化的危害很大，影响深远，它不仅在经济上造成损失，而月危害人类健 西安建筑科技大学硕二e 学位论文 康。富营养化水体在很多用途方面，都被认为是劣质水体。其危害主要有以下j l 个 方面：1 2 2 - 2 4 1 ( 1 ) 影响水体的感观性状 处于富营养化的水体中，蓝、绿藻大量增殖，水体色度增加，水质浑浊，透明 度降低，并散发出腥臭味，污染居住环境，丧失水体美学价值。 ( 2 ) 影响湖泊水体的生态环境 处于富营养化污染的水体，正常的生态平衡被破坏，导致水生生物的稳定性和 多样性降低。大型水生植物群落会随着富营养程度的加剧逐渐灭绝。同时，异常增 殖的藻类所分泌的毒物，以及缺氧条件下n 0 3 - 一n 被还原为n 0 2 一n ，成为致癌 物，不仅威胁水生生物的生存，而且会直接或问接影响人类健康，造成可利用水资 源进一步减少。 ( 3 ) 影响供水水质，增加制水成本 处于富营养污染的水体作为供水水源时，会给净水厂的正常运行带来一系列问 题，如增加水处理费用，降低处理效果和产水率等。另外，遭受富营养化污染的水 体在一定条件下由于厌氧作用而产生硫化氢、甲烷和氨气等有毒有害气体，在给水 处理过程中会增加相当的技术难度。 ( 4 ) 影响渔业的发展，降低水体经济价值 虽然一定程度的富营养化可能导致鱼类产量增加，但严重富营养化的水体会由 于藻类释放的毒素和溶解氧的稀缺，减少鱼类种类和数量，并直接影响鱼类质量， 从而导致经济效益大大降低。 1 3 脱氮i 埭t l t 的基本原理及工艺 1 3 1 化学法i ”i 由于化学处理法费用较高，以及产生的污泥量多而难于处理，因此在应用上受 到了一定的限制。尤其在城市的污水处理中应用较少。但化学处理法具有反应迅速、 见效快的特点，特别适用于污水的质和量有剧烈变化的条件下。 近年来，新型无机化学混凝剂如聚合铝、聚合铁和复合型无机混凝剂的开发成 功，以及新型有机高分子絮凝剂的开发( 如各种离子型的以及分子量高达2 0 0 0 万 的聚丙烯酰胺等) ，使化学法处理可以采用较少的药剂，就可达到较高的处理效果， 并且产生较少的污泥。 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 3 2 物理法1 2 5 i 电渗析是一种膜分离技术。电渗析室的进水通过多对阴阳离子渗透膜，在阴阳 膜之间施加直流电压，含磷和含氮离子以及其他溶解离子，在施加电压的影响下， 体积小的离子通过膜而进到另- - n 的溶液中去。在利用电渗析去除氮和磷时，预处 理和离子选择性显得特别重要，必须对浓度大的废水进行预处理。高度选择性的防 污膜仍在发展中。 1 3 3 生物法1 “2 7 氮的控制方法通常有加c 1 2 法、n l _ 1 4 + 交换法、空气吹脱法和生物法等，本文只 介绍生物法。生物法控制氮实际一t z 又分为两类：一类是硝化，把n l - r n 和有机氮 转化为危害相列较小的无机氮；另一类是脱氮，经硝化一反硝化处理，把污水中的 氮变成无害的n 2 排出体系。 硝化是污水中的有机氮在微生物的作用下，进行好氧呼吸，经n h 、转化为 n o z - 和n 0 3 的过程 有机氮型l n h 3 + c 0 2 + 小分子有机物 n h ，+ 0 2 兰堕堕 n 0 2 。+ h 2 0 + h + n o ) 一十o ，堕_ n 0 1 一 n h 4 + + 0 2 型b n 0 3 + l 1 2 0 + i + 可见这一过程是使n h 4 + 一n 发生化学形态的转变，不能最终脱氮。 反硝化过程： n 0 3 一型些玛n 0 2 。一n o n 2 0 n 2 n 0 3 。型丛堕乌n 0 2 + 一x n l l 2 0 h 一有机氮 在厌氧或缺氧的条件下，污水中若含有充足的电子供体( 氢供给体) ，那么n 0 3 。 作为电子受体，在兼性厌氧菌( 反硝化菌) 的作用下被还原，n 0 3 一作为气态n 2 逸 入大气中，同时有机物分解，达到我们脱氮的目的。其中以同化反硝化为主，在9 0 以上。也就是说，经反硝化大部分n 转化为n 2 逸出体系，只有少量的n 被用于 细胞合成。污水中的氮在硝化菌、反硝化菌作用下，通过硝化过程作用下以气态形 式逸入大气是目前生物脱氮的主要途径。 ( 二) 生物除磷的基本原理1 2 8 - 2 9 1 在废水生物除磷过程中，活性污泥在好氧、厌氧交替条件下时，在活性污泥中 西安建筑科技大学硕士学位沦文 可产生所谓的“聚磷菌一。聚磷菌在好氧条件下可超出其生理需要而从废水中过量摄 取磷，形成多聚磷酸赫作为贮