（环境工程专业论文）anda工艺脱氮效能的研究.pdf

m a s t e r s t u d yo nd e n i t r i l f i c a t i o ne m c i e n c y i na n d a p r o c e s s m a s t e rc a n d i d a t e ：y i j u nm e i s u p e r 、，i s o r ：p r o f y a o l i a n gs h e n p r o cx i a n g h u aw e n m a j o r ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g s u z h o uu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y d e p a r t m e n to fe n v i r o n m e n t a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n g j u n e ，2 0 1 1 苏州科技 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究作出重要贡献的个人 和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 学位论文使用授权书 日期：丝年月日 苏州科技学院、国家图书馆、中国科学技术信息研究所的中国学位论文全 文数据库等国家有关部门或机构有权保留本人所送交论文的复印件和电子文档， 允许论文被查阅和借阅。本人完全了解苏州科技学院关于收集、保存、使用学位 论文的规定，即：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保 存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务：学校可以采用影印、 缩印、数字化或其他复制手段保存汇编学位论文；同意学校在不以赢利为目的的 前提下，用不同方式在不同媒体上公布论文的部分或全部内容。 ( 保密论文在解密后遵守此规定) 论文作者签名：监日期：垫月日 指导教师签名：辫日期：压止年l 月坠二同 苏州科技学院硕十论文摘璎 摘要 为了解决城市污水处理厂冬季运行出水水质差和反硝化碳源不足的问题，本 论文对新型的污水处理工艺一生物吸附与污泥厌氧水解联合强化脱氮工艺( 简称 a n d a 工艺) 进行了中试规模的试验研究。该工艺通过单独设置硝化单元和反硝 化单元，实现了不同种群微生物的分相强化培养，减小因对生长条件的不同需求 对工艺性能产生的影响，从而达到对氮的高效稳定去除。 本研究所采用的原水为无锡城北污水处理厂的实际城市污水，a n d a 的中试 处理规模为l o m 3 d 。主要的研究内容为：确定独立硝化单元的运行参数( 污泥浓 度、水力停留时间、泥龄、温度等) 和硝化速率以及探讨该设置对提高工艺处理 性能所起的作用；研究影响反硝化单元的各种因素并确定系统的反硝化效能。 研究结果表明，中试条件下，通过对控制条件及其运行参数的研究得出，硝 化单元最佳运行工况m l s s 为3 5 5 l ，h r t 为4 8 h ，s r t 为2 5 d ；反硝化单元 最佳运行工况m l s s 为4 6 l ，h r t 为3 6 h ，s r t 为1 0 d 。当硝化单元在最佳工 况下运行时，对n h 4 + n 、c o d 、s s 和t p 的去除效果好，平均去除率分别为9 8 3 、 6 3 4 、7 6 2 和7 1 o 。当反硝化单元在最佳工况下运行时，对n 0 3 n 和t n 的 去除效果好，平均出水浓度分别为9 m l 和l o 2 m l ，平均去除率分别为6 0 和 5 砒。 研究结果还表明，独立设置的硝化单元通过强化培养硝化菌实现了高效的硝 化效能，保证了在冬季运行对氨氮的高效去除。该工艺产生的污泥酸化液作为反 硝化碳源是可行的，且脱氮效能与甲醇接近，从而解决了反硝化过程碳源不足的 问题，大大提高了反硝化单元的脱氮效能。 关键词：a n d a 工艺，硝化，反硝化，污泥酸化液，碳源 m a s t e rd i s s e n a t j o no fs u z h o uu n i v e r s i 哆o fs c i e n c ea n dt l e c h n 0 1 0 9 y a b s 仃a c t a b s t r a c t t h ew a s t e r w 砷e rc a nn o tb er a nw e l li nw i n t e ra i l db es h o r to fc a r b o ns o u r c ei n i i e n i t r i f i c a t i o no ft 1 1 ew a s t e w a t e rt r e 缸n e n tp l a | l t i i lo r d e rt os 0 1 v em ep r o b l e m ，t l l e p i o l t - s c a l es t u d yo nn e ww a s t e n v a t e rt r e 舳e n tp r o c e s s _ a n d ap r o c e s s i nm e d i s s e r t a t i o ni sc a r r i e do n i nm ea n d ap r o c e s s ， d i f f 旨e n t m i c r o - o r g a i l i s m s a r e i n t e n s i f i e di nd i 仔e r e n tr e a c t o r s ，s ot h ec o n f l i c t sb e 帆e e nt h e i t lc a u s e db yd i f f 打e n t m e t a b o l i s mc o n d i t i o n sa r cr e d u c e d ，t l l e r e b yt h en i 仃o g e i lc a nb er a m o v e de 行e c t i v e l y 锄d s t e a d i l y t h ew a s t e w a t e ro fw u x ic h e n g b e iw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp 1 a n ti su s e d 锄dt h e c a p a b i l i t yo fm ep i l o t s c a l ea n d ap r o c e s si s 1os t e r ep c rd a yi nm es t u d y r h em a i n c 0 n t e n to ft 1 1 es t u d yi s ： e s t a b l i s hm eo p e r a t i o ni n d e xo fs 印a r a t ei l i t r i 6 c “o n u n i t ( m l s s 、h r t 、s r t 、t e m p e r a t u r ee t c ) 、t l l en i t r i 6 c a t i o nr a t ea 1 1 d 如n c t i o no f t l l eu n i t t 0 i m p r o v et 1 1 e a n d a sr e n l o v a le 毹c t ；s t u d ym ev 撕o u si n f l u e n c i n gf a c t o r st o d e n i t r i f i c a t i o na n de s t a l b l i s ht l l ed e n i t r i 6 c a t i o nr a t e e x p e r i m e n ti n d i c a t e s ， m a i ni n v e s t i g a t i o nw 嬲o p e r a t e dt ot h ef a c t o r s ，w h i c h a f j f e c t e dt l l en i t r i 6 c a t i o ne 缳；c t ，r e s u l t ss h o w e dt h a tw h e nm l s sw a s3 5 5 l ，h i 玎 w 嬲4 8h o u r sa i l ds i u w a s2 5d a y s ，t h en i t r i 6 c a t i o ne 伍c i e n c yw 嬲t 1 1 eb e s t w h e n m l s sw a s4 6 l ，h r tw a u s3 6h o u r sa i l ds i 盯w a s1od a y s ，m ed e n i t r i f i c a t i o n e 伍c i e n c vw a sm eb e s t a n di t si l i t r i 6 c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o ne 伍c i e n c i e su n d e rm e b e s to p e r a t i o n a lc o n d i t i o n sw e r ea n a l y z c d w h e ni l i t r i 6 c a t i o nu n i tu n d e rt h eb e s t o p e r a t i o n a lc o n d i t i o n s ， r 锄o v a lr a t e so f 锄m o n i a c o d ， s s ， t na n dt pw e r e 9 8 3 ，6 3 4 ，7 6 2 ，2 3 3 a n d7 1 o ，r e s p e c t i v e l y ；w h 饥d e n i t r i f i c a t i o nu n i tu n d e r t h e b e s to p e r a t i o n a lc o n d i t i o n s ，t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fn i t r a t ea n dt no fe m u e n ta r e 9 m l 锄d1o 2 m l ，r e i n o v a lr a t e so fn i t r a t ea n dt n w e r e6 0 a n d5 6 ，r e s p e c t i v e ly s t u d ya l s oi n d i c a t e s ，n i t r i f i c a t i o ni se n h a n c e dd u et ot h es 印a r a t ez o n e a n l r n o n i a c 锄b er e m o v e de 行e c t i v e l ya n ds t e a d i l yi nw i n t 既t h ef e a s i b i l i t yo fu s i n gm ee x c e s s s l u d g eh y d r o l y s i s - a c i d i f i c a t i o nl i q u o r 弱ac a r b o n s o u r c ef o rn i t m g e nr e m o v a li s i n v e s t i g a t e db y b a t c h e x p 甜m e n t t h e d e n i t r i 6 c a t i o n e 衔c i e n c y o f h y d r o l y s i s - a c i d i f i c a t i o nl i q u o ri sc l o s e dt om e t h a n 0 1 s om ep r o b l e mo fs h o no fc a r b o n s o u r c ei nd e n i t l i f i c a t i o no fm ew a s t e w a t e rt r e t m e n tp l a n ti ss l o v e da n dt h e d e n i t r i f i c a t i o ne 衢c i e n c yi se n h a n c e di nd e n i t r i f i c a t i o nu n i t i i m a s t e rd i s s e r t a t i o no fs u z h o uu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n 0 1 0 9 y a b s 仃a c t k e y w o r d s ： a n d ap r o c e s s ，n i t r i f i c a t i o n ，d e n i t r i 矗c a t i o n ，s l u d g e a c i d i f i c a t i o n l i q u o r i i i 第一章绪论1 1 1 课题的研究背景1 1 2 课题的立论依据1 1 2 1 水体的富营养化1 1 2 2 污水中氮、磷排放标准的日趋严格1 1 2 3 现有脱氮除磷工艺存在的问题1 1 3 国内外研究现状。3 1 3 1 生物脱氮的研究现状3 1 3 2 反硝化碳源的研究现状5 1 3 3 强化剩余污泥水解酸化方法的研究进展6 1 4a n d a 工艺。8 1 4 1a n d a 工艺的提出8 1 4 2a n d a 工艺的设计思路与运行机理9 1 5 研究目的、内容和意义1o 1 5 1 研究目的1 0 1 5 2 研究内容1o 1 5 3 研究意义1 1 第二章试验设备、材料和方法1 2 2 1 试验设备。1 2 2 2 试验材料1 5 2 2 1 试验原水15 2 2 2 试验菌种15 2 3 试验阶段与方法。l5 苏州科技 第三章 3 1 3 2 3 3 3 3 2 硝化单元对c o d 、s s 的去除3 0 3 3 3 硝化单元对t n 的去除3 l 3 3 4 硝化单元对t p 的去除3 3 3 4 静态试验测定硝化速率3 3 3 4 1 常温条件下的硝化速率3 4 3 4 2 低温条件下的硝化速率二3 4 3 5 荧光原位杂交技术对硝化菌群的检测3 6 3 6 本章小结3 7 第四章a n d a 工艺反硝化过程的影响因素及其效能研究。3 8 4 1 试验材料与方法。3 8 4 1 1 试验装置与方法3 8 4 1 2 试验材料3 9 4 2 反硝化单元最佳工况的确定4 0 4 3 反硝化单元的运行状况4 l 4 3 1 反硝化单元对n 0 3 。n 的去除4 1 4 3 2 反硝化单元对t n 的去除4 2 4 3 3 反硝化单元对c o d 的去除4 3 4 3 4 反硝化单元对t p 的去除4 4 参考文献5 7 墅l 【谢。6 0 作者简历6 1 i i i 质量的形势仍然十分严峻。特别是2 0 0 7 年蓝藻暴发事件，以太湖为水源的地区引 发了一场太湖流域的供水危机。所以对太湖流域的污水处理厂提出了进一步的要 求，对原有工艺设备进行升级改造，确保出水能够稳定达标排放。 我国南方城市污水处理厂普遍存在反硝化碳源不足的问题，成为去除氮的制 约因素。外加碳源效果较好，但是运行费用较高。目前，国内外研究热点主要集 中在剩余污泥的水解酸化提供碳源，这样既可以为反硝化提供碳源，又可以实现 污泥减量化。尤其在倡导低碳经济的今天，这种方法可行性和研究价值很高。 现有的废水生物处理工艺处理效率和稳定性方面的问题较为突出，因此开发 高效、经济和稳定的新的废水生物脱氮除磷技术成为国内外研究的热点。 1 2 课题的立论依据 1 2 1 水体的富营养化 从2 0 0 8 年中国环境状况公报可以得知，我国三大湖泊的富营养化的状况 没有明显改善，主要污染指标为总氮和总磷。其他湖泊以及水域的富营养化进一 步加剧。海域赤潮问题也日益严重。【1 】 1 2 2 污水中氮、磷排放标准的日趋严格 我国在2 0 0 3 年7 月1 日实施的城镇污水处理厂污染物排放标准 ( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 【2 】对n 、p 的排放进行了更为严格的限制，提出了一级a 的排 放标准。这使得很多城镇污水处理厂的升级改造存在一定的技术难题。 1 2 3 现有脱氮除磷工艺存在的问题 目前，污水处理厂应用较广的工艺包括两大类型的活性污泥法：一是连续流 苏州科技学院硕+ 论文 第一章绪论 工艺，如o 、o d 工艺等，另一类是间歇流工艺，如s b r 、c a s t 工艺等。这 些工艺均是通过污泥回流和混合液回流将污泥污泥维持在生长系统中，利用同一 的混合微生物种群完成有机物氧化、生物脱氮和生物除磷。但由于有机物氧化与 生物硝化之间、硝化与反硝化之间、脱氮和除磷之间所需的条件不同，导致各个 过程相互制约，难以同时达到高效稳定，造成出水水质较差。主要原刚3 】有以下几 个方面： ( 1 ) 微生物的混合生长。现行的各种生物脱氮除磷工艺中，混合培养的污泥 中存在兼性异养细菌和聚磷菌、自养的硝化菌等不同功能的微生物种群。它们对 底物、营养和生长条件的要求各不相同。尤其硝化菌具有生长不需有机物、世代 期长的特性，其生长代谢条件与其他微生物种群有较大的差异。所以各类菌种很 难在混合培养的系统中发挥自身的特点，甚至受到抑制，导致整个工艺去除污染 物的效能较低。 ( 2 ) 泥龄的矛盾。硝化菌世代繁殖时间长，硝化菌的富集要求较长的泥龄， 但聚磷菌世代繁殖时间较短，而除磷主要则是通过剩余污泥的排放，因此要提高 除磷效率则要求缩短泥龄，势必影响硝化菌的生长，降低硝化效率，从而降低脱 氮效率。 ( 3 ) 回流污泥对厌氧环境的冲击。现行的各种生物脱氮除磷工艺中，聚磷菌 需要在厌氧环境进行释磷，而释磷效果好是保证除磷效率高的前提，如果回流污 泥中的硝酸盐浓度过高，一则过高的硝态氮对聚磷菌产生抑制作用，二则硝态氮 发生反硝化反应与磷释菌释磷竞争有机碳源，释磷效率下降，导致最终吸磷也受 到影响。 ( 4 ) 碳源不足限制脱氮效能。城市污水的碳氮比较低，其中还有一部分是难 降解和不可降解的，所以实际上可以利用的碳源非常少。传统的脱氮除磷系统一 般在前端设置厌氧段释磷，在此过程中大量的易降解小分子有机碳源被释磷反应 耗用，由此会导致后续反硝化过程因缺少碳源而难以达到高效。 ( 5 ) 硝化和反硝化容量、释磷和吸磷容量问题。合理配置硝化和反硝化容量、 释磷与吸磷容量是提高脱氮除磷工艺处理效能需解决的一个重要问题。只有当硝 化和反硝化两种作用实现充分时，系统才会达到最经济高效的脱氮效能；释磷和 吸磷也有相同道理。 2 苏州科技学院硕+ 论文第一章绪论 1 3 国内外研究现状 1 3 1 生物脱氮的研究现状 1 3 1 1 传统的生物脱氮理论 在传统的生物的脱氮工艺中，除了n 、p 作为微生物正常生长所需的营养元素 同化作用去除外，还包括硝化和反硝化细菌参与反应进行异化作用去除。首先， 在好氧的条件下，通过硝化菌的作用，将废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐氮或硝酸 盐氮；然后在缺氧条件下，利用反硝化细菌将亚硝酸盐氮和硝酸盐氮还原成氮气， 从废水中去除。【4 】 ( 1 ) 硝化反应过程 硝化反应是将氨氮转化为硝酸盐氮的过程。它包括两个基本反应步骤：第一 步先由亚硝酸菌( n i 仃d s o m o n a s ) 将氨氮( n h 4 + ) 转化为亚硝酸盐( n 0 2 。) 。第二 步再由硝酸菌( n i t r o b a c t e r ) 将亚硝氮( n 0 2 。) 氧化成硝酸盐( n 0 3 ) 。其反应过 程可用下式表示： 亚硝化反应： n h ：+ 0 2 + h c o 暑ni暑0e n g noi较忙 n一n0niizj ce、。g n0&至noo 暑nizng寸oioo寸芝ii n暑田冀oi楚忙暑乜一基0e 。e nnii裁忙n1n0n式j，1 暑ni-暑弋oioo寸乏i-i 姐 暑2iqg冀o一00寸芝i-i- 武 暑寸，oi凝杠暑ni暑oe e价20i荣忙吱一no冷o=，1 姐 暑jzn暑寸j9 。昌一0i荣忙ni乜ono=j 供蟋叵 粤裂蜉震1 骞警 喉斟甚翟蟋 寸 暴匿强聪煺叵震裂蜉袭扩鳘聪* 裁聪煺叵是裂蜉是莲签 候斟睾鼍 n 候斟莲蓉 聪乓据 瓣长乓犟 媸雌 峰萁 帮籁 避哥 帝癸。螋餍 薄婶谁魁 肇n 僻皱i啦螂哪媒繇茁嚣导忑懈 蜒长熏荽萁，砖魁g筇牡-r转 权碧+匿送舡蜒1：圭军捧 寸 一 浆 旨暑口 群嗣 篝暴 塔器逛选n n 需啦鞍糯悟藤粒 器啦k 一 塔器逛堡n _ l 鬈暴 蒋每最糯悟稚糨 器峪恃 眨 g n一0i较忙 n1乜ono=zjx 羡n0djo岔00心 是扩邕剥$ 嚣棼颦 畎 ，n客0i较忙心一价oto=|j 是1 骞隧 恨辞s链1骞毯 n 口 姐 黄cocijo昏00口 嚣枯颦 鼎雄 峰宾 冉繇 g 斟 妒聋寸连累 薄婶砖魁 蟪n 啭缄1谁魁捌群群幅信亡b忑啭鲻 燃忪毒莛萁，托魁g筇牡|r拣 权掣+匿篮*颦藻丰楱 苏州科技学院硕+ 论文第二章试验设符、材料和方法 2 2 试验材料 2 2 1 试验原水 试验原水为无锡城北污水处理厂三期旋流沉砂池出水。进水c o d 、s s 、 n h 4 + n 、t n 、和t p 的平均浓度分别为3 1 3 9 、3 3 8 8 、2 0 4 、2 9 6 和3 7 m g l 。该 厂的水质和一般生活废水有一定区别：进水水质的波动较大，工业废水的比例达 到4 0 。进水水质见表2 2 。 表2 2 进水水质特性 注：数据为2 0 0