（环境工程专业论文）a2o水平推流式生物膜复合工艺性能研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 a 2 o 水平推流式生物膜复合工艺性能研究 摘要 依照“十二五”规划纲要中对城镇生活污水治理工作的指示，我国 将继续加速推进污水处理厂的建设，重点推进县镇污水处理设施的建 设。同时对部分工艺老旧的现存污水厂进行必要的提标升级改造。根 据国家环保部要求，山西省汾河流域沿线的城镇污水处理厂出水的水 质均应执行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 ) 中一级a 标准。因此，研究、开发、推广适合于小规模水量、且能 达到高标准出水水质的处理工艺对山西省城镇污水处理厂的发展和 建设尤为重要。 a 2 0 水平推流式生物膜复合工艺是a 2 0 工艺与生物膜法的有机 结合，工艺构型是推流式厌氧一缺氧( 加填料) 一好氧法( 加填料) ，即在 a 2 0 工艺基础上，向缺氧池和好氧池内布设固定填料。本文以山西 省某县城污水处理厂为研究对象，拟对a 2 o 一生物膜复合工艺的运行 性能进行考察。该污水处理厂的主要设计参数为：一期设计规模为 5 0 0 0 m 3 d ，生物反应池容积为2 6 0 0 m 3 ，厌氧段、缺氧段和好氧段的 容积比例为1 ：2 5 ：3 5 ，水力停留时间为l o 4 h ，m l s s 为3 5 0 0 m g l ， 好氧段悬浮污泥龄为7 2 2 d ，b o d 5 填料接触负荷o 7 k g b o d 5 ( m ，d ) ， 氨氮填料接触负荷0 4 5 k g n h 3 - n ( m 3 d ) ，缺氧段、好氧段填料分别为 t 太原理工大学硕士研究生学位论文 5 1 7 m 3 、7 4 1 m 3 ，污泥回流比5 0 8 0 ，混合液回流比1 0 0 4 0 0 。 实验期间污水厂进水量为6 0 0 1 8 6 0m 3 d ，平均值为1 0 4 0 m 3 d ； 实际进水水质情况为：c o d c r = 15 4 m g l - 7 6 8 m g l ，b o d 5 = 6 8 m g l - 3 2 3m g l ，s s = 7 6 m g l - 6 4 3 m g l ，n h 3 一n = 18 m g l - 6 9 m g l ，t n = 4 0 m g l - 7 5 m g l ，t p = 2 6 r a g l - 7 8 m g l ，p h = 7 0 - 7 6 。实际运行参数情况 为：m l s s = 2 o g l 6 o g l ，污泥回流比约1 0 0 ，混合液回流2 4 0 - 3 3 0 ，曝气池d o = i 5 - 7 0 m g l 。实际出水水质情况为：c o d c ，= 3 6 m g l ，b o d 5 = 9 m g l ，s s = i lm g l ，n h 3 一n = 6 6 m g l ，t n = 1 2 m g l ， 即= 1 4 m g l ；平均去除率为c o d c ，= 9 0 1 ，b o d 5 = 9 3 2 ，s s = 9 3 0 ，n h 3 一n = 8 5 6 ，t n = 7 7 6 ，t p - - 6 9 1 。 本研究通过对c o d c ，b o d 5 ，s s ，n h 3 n ，t n ，t p 等水质指 标的监测，分析了该工艺对c o d c ，b o d 5 ，s s ，n h 3 一n ，t n ，t p 等污染物的去除效果及该工艺的影响因素。实验表明该工艺的出水 c o d c ，、b o d 5 、n h 3 - n 、t n 能达到一级a 标准；出水s s 、t p 能达到一 级b 标准。结合工艺的流态特点以及生物膜、能耗分布特点，得到 以下结论：( 1 ) 在正常运行时，该工艺对c o d 的平均去除率8 9 5 ， b o d 的平均去除率为9 2 8 ，t n 的平均去除率8 0 ，n h 3 一n 的平均 去除率9 0 ，t p 的平均去除率6 9 。( 2 ) 气水比、m l s s 对有机物 去除效果、脱氮效果有很大影响，m l s s 维持在3 0 - - 4 0 9 l 最为合适； 最佳气水比为1 2 ：1 。( 3 ) 本厂四个月平均进水量为1 1 6 1 3 5 m 3 d ，总 的比能耗为8 8 9 k w h n 1 3 。然而设计总比能耗为2 7 4 k w h m 3 。由于 实际工况中进水流量过小，导致了整个工艺处于高能耗状态。 i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 关键词：a 2 0 一生物膜复合工艺，脱氮除磷，污泥系统 i i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 i v 太原理工大学硕士研究生学位论文 t h es t u d yo nt h eh o r i z o n t a lp l u g f l o wo fa 2 ob i o f i l m c o m p o s i t ep r o c e s sp e r f o r m a n c e a b s t r a c t i na c c o r d a n c ew i t ht h ei n s t r u c t i o n so ft h eu r b a ns e w a g et r e a t m e n tw o r k i nt h e ”12 t hf i v e y e a r p l a n ，c h i n aw i l lc o n t i n u et oa c c e l e r a t et h e c o n s t r u c t i o no fs e w a g et r e a t m e n tp l a n t s ，f o c u so np r o m o t i n gt h eb u i l d i n g o ft h et o w n s s e w a g e t r e a t m e n tf a c i l i t i e s m e a n w h i l et h e e x i s t i n g w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tu s i n gt h eo l dp r o c e s sw o u l dm e n t i o ns t a n d a r d u p g r a d e a c c o r d i n gt o t h e r e q u i r e m e n t s o ft h es t a t ee n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n m i n i s t r y , t h e e f f l u e n t q u a l i t yb ys e w a g e t r e a t m e n t p l a n t ，w h i c hw a sa l o n gt h ef e nr i v e rb a s i ni ns h a n x ip r o v i n c e ，s h o u l d b et h e i m p l e m e n t a t i o n o fu r b a n s e w a g e t r e a t m e n t p l a n t e m i s s i o n s t a n d a r d s ( g b 18 918 2 0 0 2 ) i na nas t a n d a r d t h e r e f o r e ，t h es t u d y ， d e v e l o p m e n t ，p r o m o t i o n ，s u i t a b l e f o rs m a l l s c a l ew a t e ra n de f f l u e n t t r e a t m e n tp r o c e s st oa c h i e v eh i g hs t a n d a r d sw o u l db ep a r t i c u l a r l y i m p o r t a n tf o r t h e d e v e l o p m e n ta n d c o n s t r u c t i o no fu r b a n s e w a g e t r e a t m e n tp l a n ti ns h a n x ip r o v i n c e t h eh o r i z o n t a lp l u g f l o wo fa 2 0b i o f i l mc o m p o s i t ep r o c e s si so fa 2 o p r o c e s sa n db i o f i l mp r o c e s sc o n f i g u r a t i o n i sap l u g - f l o wa n a e r o b i c a n o x i c ( p l u sf i l l e r ) 一a e r o b i c ( p l u sf i l l e r ) ，i ea 2 op r o c e s so nt h eb a s i so f t h e a n o x i ca n da e r o b i ct a n k sl a i daf i x e dp a c k i n g t h es t u d yt o o ks e w a g e v 太原理工大学硕士研究生学位论文 t r e a t m e n tp l a n to fac o u n t yi ns h a n x ip r o v i n c ea st h er e s e a r c ho b j e c t ， p u r p o s i n gt oi n s p e c tt h et h ea 2 o b i o f i l mc o m p o s i t ep r o c e s so p e r a t i n g p e r f o r m a n c e t h ef i r s tp h a s eo ft h ed e s i g ns i z ef o rt h es e w a g et r e a t m e n t p l a n tw a s5 0 0 0 m 3 d ，t h em a i nd e s i g np a r a m e t e r sa sf e l l o w s ：b i o r e a c t o r v o l u m eo f2 6 0 0 m 3 , t h ev o l u m er a t i oo ft h ea n a e r o b i c ，a n o x i ca n do x i c p o o lw e r e1 ：2 5 ：3 5 ，t h eh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ew e r e1o 4 h ，t h em l s s w e r e3 5 0 0 m g l ，b i o l o g i c a ls o l i d sr e t e n t i o nt i m ew a s7 2 d t h el o a do f t h ef i l l e rc o n t a c tf o rb o dw e r e0 7 k g b o d 5 ( m 3 d ) ，t h el o a do ft h ef i l l e r c o n t a c tf o rn h 3 一nw e r e0 4 5 k g n h 3 一n ( m 3 - d ) ，f i l l e rv o l u m ei na n o x i c ， o x i c p o o l w e r e517 m 3 , 7 4 1 m 3 s l u d g er e f l u xr a t i ow e r e 5 0 8 0 ，a n d m i x t u r el i q u i dr e f l u xr a t i ow a s10 0 - 4 0 0 d u r i n gt h ee n t i r et i m eo fe x p e r i m e n t ，t h ei n f l u e n tw a t e ro fs e w a g et r e a t m e n tp l a n tw e r e6 0 0 m 3 d 18 6 0 m 3 d ，a n dt h ea v e r a g eo ft h ei n f l u e n tw a t e rw a s10 4 0 m j d t h ei n f l u e n t q u a l i t y a sf o l l o w s ：c o d c r = 15 4 m g l 7 6 8 m g l ，b o d 5 2 6 8 m g l - 3 2 3 m g l ，s s = 7 6 m g l - 6 4 3 m g l ，n h 3 一n = 1 8 2 3 m g l - 6 9 1 7 m g l ，t n = 4 0 2 2 m g l - 7 5 2 0 m g l ，t p = 2 6 0 m g l - 7 8 o m 叽，p h = 7 0 - 7 6 o p e r a t i n gp a r a m e t e r so ft h ee x p e r i m e n t a lp e r i o d a sf o l l o w s ：m l s s = 2 0 9 l - 6 0 9 l ，a n d s l u d g er e f l u xr a t i ow a sa b o u t 10 0 ，m i x t u r el i q u i dr e f l u xr a t i ow a s2 4 0 - 3 3 0 t h ed oi no x i c p o o lw a s1 5 m g l - 7 0 m g l t h ee f f l u e n tq u a l i t ya sf o l l o w s ：c o d 。，= 3 5 8 6 m g l ，b o d 5 2 9 4 1 m g l ，s s = 1 0 7 5 m g l ，n h 3 一n = 6 6 1 m g l ，t n = 1 2 2 3 m g l ，t p = 1 4 3 m g l t h ea v e r a g er e m o v a lo fv a r i o u sp o l l u t a n t sa s 太原理工大学硕士研究生学位论文 f o l l o w s ：c o d 。，= 9 0 13 ，b o d s = 9 3 2 3 ，s s = 9 2 9 6 ，n h 3 一n = 8 5 6 1 ，t n = 7 7 5 6 t p = 6 9 0 9 b ym o n i t o r i n gt h ei n f l u e n t a n de f f l u e n tc o n c e n t r a t i o no ft h ec o d c r ， b o d 5 ，s s ，n h 3 一n ，t n ，t pc o n v e n t i o n a li n d i c a t o r so nt h es e w a g et r e a t m e n t p l a n t ，a n dc o m b i n i n gw i t ht h ea c t u a l i n f l u e n tq u a l i t y ，f l o wa n dr e m o v a l e f f e c t ，w ea n a l y z e da n dd i s c u s s e dp e r f o r m a n c ea n dc h a r a c t e r i s t i c so nt h e a 2 o b i o f i l mc o m p o s i t ep r o c e s s t h r o u g ht h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e dt h e r e m o v a le f f i c i e n c yo ft h ea 2 o b i o f i l mc o m p o s i t ep r o c e s so nt h ec o d c ， b o d 5 ，s s ，n h 3 一n ，t n ，t pc o n v e n t i o n a li n d i c a t o r s ，a n di n f l u e n c i n gf a c t o r s t h e na n a l y z e dt h ef l o wa n dd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h ec o m p o s i t e p r o c e s s ，t h i sw o r ks u m m a r i z e dt h ep e r f o r m a n c ea n df e a t u r e s o ft h e a 2 o b i o f i l m c o m p o s i t ep r o c e s s t h e c o n c l u s i o n sa s f o l l o w i n g ：( 1 ) d u r i n g n o r m a l o p e r a t i o n ，t h ea v e r a g e r e m o v a lr a t i oo fc o dw a s 8 9 5 ，t h ea v e r a g er e m o v a lr a t i oo fb o dw a s9 2 8 ，t h ea v e r a g er e m o v a l r a t i oo ft nw a s8 0 ，t h ea v e r a g er e m o v a lr a t i oo fn h 3 一nw a s9 0 ，t h e a v e r a g e r e m o v a lr a t i oo ft pw a s6 9 ( 2 ) t heo r g a n i cm a t t e ra n dn i 仃o g e n r e m o v a lr a t i ow a sh i g h ，w h e nt h em l s sm a i n t a i nt h em o s ta p p r o p r i a t e i nt h e3 0 - 4 o g l ；t h eg a s w a t e rr a t i oo f12 ：1 ( 3 ) f o u r - m o n t ha v e r a g ei n t o t h ew a t e r1161 35 m 3 di nt h i sw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n ，t h e nt o t a l e n e r g yc o n s u m p t i o ni n f a c tw a s8 8 9 k w h m 3 h o w e v e r , t o t a le n e r g y c o n s u m p t i o n i nd e s i g nw a s2 7 4 k w h m 3 t h ea c t u a lw o r k i n gc o n d i t i o n s i nt h ew a t e rf l o wi st o os m a l l ，r e s u l t i n gi nt h ee n t i r ep r o c e s si n a i 太原理工大学硕士研究生学位论文 h i g h e n e r g ys t a t e k e yw o r d s ：a 2 0 一b i o f i l m c o m p o s i t ep r o c e s s ，n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u sr e m o v a l ，s l u d g es y s t e m 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 课题研究背景 1 1 1 小城镇污水的特点 第一章引言 由于我国地区经济发展水平不均衡、各地居民生活习惯迥异、排水系统及 其相关设施完善程度参差不齐，小城镇污水的水质和水量随地域呈现不同的特 点。小城镇污水的主要特点为水量随时间的变化，总体上呈现时大时小，变化 不均匀；水质受时间的变化和水量的波动影响，总体上呈现时高时低，变化不 稳定。由于主要受该城镇的人口规模、给排水管网的覆盖率、工农业在经济组 成中的比重等影响，小城镇主要污水来源为居民日常生活、小型餐饮服务、小 型轻工业与手工业生产以及公共卫生服务设施排放的污水。也由此决定了水中 的主要污染指标为c o d 、b o d 、t n 、t p 、n h 3 - n 、s s 等，其中悬浮物浓度， 氮和磷的含量相对较高，基本不含重金属和有毒有害物质。此外，由于小城镇 排水系统落后陈旧且大部分排水管网采用合流制，甚至有一些地方仍采用明渠 排水，使雨水大量进入排污管网的污水中，或者使大量污水渗入到地下层现象 严重，污水中污染物损失而致使进水污染物浓度下降。截止2 0 1 0 年底，在我 国的1 6 个省市、自治区以及直辖市，污水处理厂已经基本实现了县县普及。 但受资金、技术以及人力等因素的限制，小城镇的污水处理厂及配套设施建设 进程缓慢，总体上小城镇污水处理厂普及率和处理率仍处在一个较低水平。甚 至不少小城镇仍因缺少或没有污水处理设施而把污水直接排放至环境中，这样 不仅恶化了城镇及周边的环境，而且也会加剧区域性水环境的污染。为了改善 我国日益恶化的水环境状况；在继续加快建设和完善大城市污水处理设施基础 上，还应加大对小城镇污水治理的关注。因此，研究、推广和建设适合小城镇 污水特点的处理设施是我国污水治理工作者的当务之急i l 叫。 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 2 小城镇污水处理工艺要求 选择小城镇污水处理工艺应满足以下要求5 】： 1 、由于生活水平和习惯的存在地域性差异，小城镇污水量和水质易随昼夜、季 节性变化而波动，因此设计和选择工艺时，应相应提升工艺的抗冲击负荷的能 力。 2 、设计和选择工艺时还应结合当地政府的经济承受力和操作工人们的技术水 平，在保证出水稳定的前提下，还应考虑节约用地、简化工艺设施、方便设备 维修操作、降低基建和运行费用等问题。 3 、小城镇污水处理工艺还应根据当地环保部门对主要污染物如碳、氮、磷的去 除要求，结合1 、2 两点进行选择和设计。 1 1 3 小城镇污水处理现状 我国小城镇的污水处理主要存在以下问题【6 】： 1 、缺乏专项规划。多数小城镇仅对污水治理进行了简单地描述性规划或对污水 处理厂位置的选择，而没有直接把污水治理纳入系统规划中。 2 、相应的排水管网布设不完善或覆盖率低。多数小城镇没有设置排水系统，仍 采用明沟暗渠排水或地表漫流，然而有排水系统的小城镇，管网多数也为合流 制，无截留主干管，污水直接排入水体。大多数小城镇排水系统中选择的管径 普遍偏小，降雨后会引起满城积水，给人们生活带来极大的不便。 3 、小城镇分布较分散，人口波动大，实施集中处理难度较大。我国小城镇受地 理地形的影响，分布较为分散，给管网布设带来极大的困难。此外，小城镇的 人口较少且流动性大，使污水量较小且易受季节变化影响。因此，不宜采用类 似于污水集中收纳的大城市污水处理系统。 4 、北方冬季气温低且历时时间长。最低气温时排水总出口水温为7 ，历时3 5 个月。 根据“十二五”规划纲要提出：污水厂县县覆盖。小城镇污水的处理问题 成为了我国污水处理领域的关注焦点。但由于小城镇总体经济发展水平不高， 再加上相关的污水处理技术发展相对滞后，暂时性缺少专门针对小城镇污水特 点而设计的处理工艺，因此小城镇污水处理在技术、经济上面临着双重压力。 多数小城镇污水处理往往参照城市污水处理工艺进行选择和设计，虽然处理效 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 果得以保障，但“杀鸡用牛刀”必然造成资源和能源的浪费，运行成本升高。 较高的基建和运行费用给地方尤其是贫困地区的经济带来巨大的压力和沉重的 负担。所以选择适合小城镇污水特点的处理工艺是解决小城镇污水处理问题的 核心和关键。 目前，我国常用的小城镇的污水处理工艺有7 9 】： 1 、氧化沟工艺 氧化沟( o x i d a t i o nd i t c h l 又称连续循环式反应池( c o n t i n u o u sl o o pr e a c t o r ， 简称c l r ) 。氧化沟利用其特有的构造，对进入反应池内的污水提供很大的稀 释倍数，提升了生化反应系统抗冲击负荷的能力。与此同时，由于水力停留时 间较长，使得难降解的有机物在氧化沟内得到有效的降解。和传统的活性污泥 法相比，氧化沟工艺不设调节池、初沉池，进而使处理流程缩短相应的降低了 基建和运行费用。由于独特水力学特征和工作特性，氧化沟的出水效果良好， 且稳定性高。 2 、s b r 工艺 s b rt 艺( s e q u e n c i n gb a t c hr e a t o r ) 全称序批式间歇活性污泥法。s b r 处理 工艺分为四步：第步，进水搅拌。此阶段污水处于厌氧或缺氧状态。第二步， 曝气充氧。此阶段完成脱氮过程。第三步，沉淀。此阶段泥水分离，完成除磷 过程。第四步，出水。该工艺通过调节时间对污水中溶解氧浓度进行控制，从 而完成脱氮除磷的去除效果。工艺中不需设置污泥回流和二沉池。s b r 工艺优 点是处理设施紧凑，节省了占地面积，进而相应的减少了基建费用；污泥处理 系统简单，特别是由于池中良好的污泥沉降性，显著的抑制丝状菌膨胀进而防 止污泥膨胀；处理效率高。缺点是工艺设备的闲置率高，进出水之间的阀门切 换频繁，需要较高的自动化。 3 、a 2 o 工艺 a 2 o 工艺是厌氧缺氧好氧( a n a e r o b i c a n o x i c o x i c ) 工艺的英文简称。该 工艺通过设置专门的厌氧池、缺氧池、好氧池实现去除效果。该工艺中微生物 依据自身的代谢类型，在各池中的特有的氧环境下得以优势生长和繁殖，促使 各池有了明确的分工，并强化了系统的处理效果。同时，有效的抑制了丝状菌 繁殖，防止污泥膨胀。 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 4 、生物接触氧化法 生物接触氧化工艺( b i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o n ) 又称“淹没式生物滤池” 或“固着式活性污泥法”。它是活性污泥法与生物滤池之间的组合工艺。该工 艺的填料设在池内，通过池底曝气，带动池内污水流动，从而确保污水与池内 填料充分接触。由于工艺中布设了填料，使单位容积的生物量增大，进而提升 了该工艺处理能力。该工艺所需的设备较少，操作简单，产泥量少，能耗较小。 缺点是工艺中池内布设填料加了处理成本，并使得布水、布气不易均匀，会出 现局部死角。工艺构筑物设计复杂，施工难度大。目前仅应用于处理小规模生 活废水。 1 2 课题的研究目的及内容 1 2 1 课题研究目的 众所周知，由于聚磷菌、硝化菌、反硝化菌对碳源、泥龄以及污泥负荷的 竞争，a 2 o _ t _ 艺中脱氮除磷的效果在现实运行中往往不是很理想。a 2 0 3 1 艺中 脱氮和除磷之间存在固有的矛盾主要为： 1 、对碳源的竞争。在厌氧环境下，对碳源的竞争，反硝化菌优于聚磷菌。当碳 源不足的时，由于聚磷菌对碳源的争夺处于下峰，而不能较好的完成厌氧释磷 的过程。因此，充足的碳源是同步脱氮除磷能否进行的前提。 2 、对泥磷的竞争。由于繁殖速度慢，世代时间长，硝化菌需要较长的泥龄。然 而排泥是实现除磷的主要途径。泥磷短，即排泥周期短，系统的除磷效果好。 这就造成了硝化菌和聚磷菌在泥龄上的存在矛盾。 3 、污泥负荷。为了保证脱氮效果，需降低污泥负荷，加大污泥回流，使释磷的 有效容积相对减少，除磷效果变差。反之，除磷效果好，脱氮效果差。 为了解决以上矛盾，设计者们提出在a ：o 基础上加设生物膜载体，得到 a 2 o 一生物膜复合工艺。该工艺的原理是在缺氧和好氧池中固定填料，微生物附 着在填料上，池中的悬浮污泥和附着在载体上的生物膜共同去除水中的污染物。 从理论上讲，加设填料，延长了生物固体在池中的停留时间，保证了池中的生 物量，为硝化菌生产繁殖提供了充足的时间进而保证了脱氮效果。同时依靠排 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 出池中的悬浮污泥来除去系统中磷。 山西省某县城污水处理厂选用a 2 o 一生物膜复合法作为处理工艺。该县排水 管网均采用合流制，且有部分排水采用明沟暗渠和地表漫流。该污水厂进水水 量为6 0 0m 3 d 18 0 0 m 3 d ，平均进水量为10 4 0 m 3 d ；进水水质为：c o d 。，= 15 4m e , l - 7 6 8 m g l ，b o d 5 = 6 8 m g l - 3 2 3 m g l ，t n = 4 0 2 2m g l - 7 5 2 m g l ，n h 3 一n = 1 8 2 3 m g l - 6 9 17 m g l ，皿= 2 6 0m g l - 7 8 0 m g l ，s s = 7 6m g l 6 4 3 m g l 。 本文研究目的是： 1 、对a 2 0 一生物膜复合工艺对污水中各类污染物( c o d 。，、b o d 5 、t n 、n h 3 一n 、 t p 、s s ) 的去除效果进行分析。 2 、根据实际水量和水质，结合处理效果，对该工艺的影响因素进行探讨和研究。 3 、根据实验内容，对该工艺的性能特点进行研究。为a 2 0 一生物膜复合工艺的推 广和改善提供参考。 1 2 2 课题研究内容 1 、进水水量、水质情况的调查分析 ( 1 ) 水量的变化分析 ( 2 ) 水质的变化分析 2 、对某县污水处理厂的性能特点的研究 ( 1 ) h r t 有机负荷对污水中各种污染物去除效率的影响 ( 2 ) 生物量、生物生长形态对污染物去除效果的影响 ( 3 ) 泥龄的控制方法，泥龄对生物脱氮除磷的影响 ( 4 ) 气水比对有机物降解、脱氮、除磷效率的影响 ( 5 ) 污泥回流比鼢寸微生物量、生物活性的影响，对污染物去除效率的影响 ( 6 ) 进水c n l k 、c p 比对脱氮除磷效率的影响 ( 7 ) 发生同时硝化反硝化的可能性 ( 8 ) 生物除磷效果及途径 ( 9 ) a 2 o 生物膜法复合工艺节能降耗的途径 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章a 2 0 一生物膜复合工艺介绍 a 2 o 一生物膜复合工艺是a 2 o 工艺与接触氧化( 生物膜) 法相结合的新工 艺。本章将对传统的a 2 o 、生物膜法、接触氧化法以及a 2 o 一生物膜复合工业 的特点、影响因素、去除机理等逐一展开介绍。 2 1a 2 o 工艺 2 1 1a 2 o 工艺的特点及影响因素 2 1 1 1a 2 o 工艺的特点 进 混台渣回流 图2 - 1 传统a 2 o 工艺的流程图1 1 0 j f i g 2 1t h ef l o wd i a g r a mo ft r a d i t i o n a la 2 op r o c e s s l l o l 图2 一l 为传统a 2 o 的工艺流程图。该工艺全程采用推流式，各污染物浓度 在横向上各点均匀，纵向上沿程递减。系统由厌氧池、缺氧池和好氧池组成。 工艺中，经过好氧池硝化作用后的硝态氮随混合液回流至缺氧池前端，为缺氧 池中的反硝化细菌提供充足的硝态氮，完成脱氮。好氧池内过量噬磷后的聚磷 菌随污泥回流至厌氧池首端，这些聚磷菌在厌氧条件下大量释磷。然后再次进 入好氧池内过量噬磷，通过污泥排出系统，完成除磷。 该工艺具有以下特点【1 1 】： 1 、a 2 0 工艺中各池分工明确，可以在实现同步脱氮除磷。 2 、系统的前端设置厌氧池，可以使厌氧菌群充分发挥抗有机负荷的能力，提高 了系统的稳定性。 3 、a 2 0 工艺的污泥在厌氧、缺氧、好氧环境下交替运行，抑制了丝状细菌的 大量繁殖，防止了污泥膨胀。 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 4 、a 2 o 工艺的排出的污泥含磷浓度较高，具有很高的肥效。 2 1 1 2a 2 o 工艺的影响因素 在a 2 o 推流式反应器里，通过稀释以及微生物的作用，有机物浓度会沿程 递减。尤其是伴随着在脱氮除磷的发生，有机物浓度会额外消耗。因此工艺的 去除效果较好。a 2 o 工艺处理效果的主要影响因素有： 1 、c n 和c p 对a 2 0 工艺处理效果的影响 c n ( c o d t k n ) 、c p ( c o d t p ) 分别为污水中有机物浓度和总凯氏氮 浓度的比，有机物浓度和总磷的浓度比，它们直接反映污水水质情况。适合的 c n 和c p 比值可以促进微生物的生长繁殖。c n 直接影响系统的脱氮效果： 如果污水中的c n 过大即碳源过多，氮源不足，氮源主要被用于微生物自身合 成，同时将引起丝状细菌大量繁殖，致使污泥膨胀；如果污水中的c n 过小， 即碳源不足，氮源过多，池中硝化茵因缺少能源物质，硝化作用减弱，直接影 响反硝化脱氮，同时还易造成污泥松散，黏性不足。废水c n 8 时，氮的总去 除率可达8 0 ；c n 1 6 6 7 才会有较好的除磷效果。 2 、泥龄对a 2 o 工艺处理效果的影响 泥龄直接影响着a 2 o 工艺中硝化和除磷效果。泥龄过长，系统中的磷得不 到及时排除，停留在生物池中不断积累，最终抑制聚磷菌的活性：泥龄过短， 使硝化菌世代时间过短，抑制了硝化菌的生长和繁殖，最终影响脱氮效果。目 前，有学者研究【】3 j 表明微生物界中存在反硝化聚磷菌( d p b ) 。d p b 可以在缺 氧条件下实现除磷。徐伟锋，陈银广等【1 4 1 对a 2 o 工艺中泥龄对反硝化除磷的 影响进行了研究。研究表明，泥龄8d 时，系统几乎没有反硝化除磷作用。随 着泥龄的延长，缺氧噬磷作用开始明显，对除磷贡献逐渐增大。当泥龄1 5 d 时，缺氧除磷率开始降低。因此，选择合适的污泥龄，使反硝化聚磷菌在缺氧 池中实现除磷，可以减轻好氧池处理的负担，降低污水厂的运行能耗， 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 3 、d o 对a 2 0 工艺处理效果的影响 水中溶解氧( d 0 ) 是影响a 2 0 工艺去除效果的关键参数。通过控制d o 浓度，使各池的形成并保持相对独立氧环境。微生物依据自身的代谢类型分别 在其有利的氧环境下，对水中污染物的去除发挥不同的作用。厌氧池d o 过高 会使聚磷菌在厌氧池里大量吸收磷，直接导致除磷效果变差；缺氧池d o 过高 会抑制反硝化菌的活性，影响脱氮效果；好氧池d o 过高促使好氧菌老化程度 加快。好氧池d o 过低，会限制硝化菌生长速度和活性，最终影响好氧池中硝 化作用；好氧池d o 过低还会使聚磷菌在好氧池中“噬磷”作用减弱甚至会出 现“释磷”。因此在a 2 o 工艺运行时，应该严格控制水中的d o 浓度。一般厌 氧池d o 浓度小于o 5 m g l ，缺氧池d o 浓度小于0 2 m g l ，好氧池d o 浓度为 2 m g l 。 4 、内外回流比对a 2 o 工艺处理效果的影响 内回流为混合液回流，它是从好氧池末端回流至缺氧池首端，为缺氧池内 的反硝化菌脱氮提供“原料”。外回流为污泥回流，它是从二沉池回流至厌氧 池首端，作用是维持和平衡生物反应器中污泥的浓度。内回流比决定于进水 t k n 浓度和对系统脱氮的要求。理论上认为内回流对除磷基本没有影响，但由 于反硝化聚磷菌的存在，这就意味着在缺氧池中也可以实现除磷。徐伟锋，顾 国维，张芳掣1 5 1 通过改变混合液回流比，对a 2 o 工艺反硝化除磷进行了研究。 结果表明，在缺氧环境下，反硝化聚磷茵吸磷量会随着混合液回流比的增大先 升高后下降。 外回流决定了系统中污泥浓度及活性。外回流较低时，会影响a 2 o 工艺的 各池中污泥活性，降低生化反应速率。外回流较高时，工艺中污泥活性较高， 提升了去除效果。反硝化菌竞争碳源的能力优于聚磷菌。伴随着污泥回流加大， 大量硝态氮进入厌氧池，激活了反硝化菌的活性，导致反硝化作用先于释磷过 程发生。反硝化会消耗大量有机物，致使聚磷菌释磷时所需的碳源不足，除磷 效果变差。刘云雪，吴建平，高建磊等1 6 1 在改变污泥回流比的条件下，对a 2 0 工艺脱氮除磷效果进行了研究。结果表明，磷的去除率随着污泥回流比增大会 略微下降，有机物和氮的去除率会上升，m l s s 、s v i 也随之增加。马菲菲，吴 志超，周振等1 7 1 通过对污泥回流比的调节，对厌氧好氧工艺除磷效果进行了研 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 究。结果表明，增大污泥回流比，t n 的去除率会升高，t p 的去除率会降低。 总之，随着污泥回流比增大，池中氮磷去除效果呈现“此消彼长”的情况。 5 、温度对a 2 o 工艺处理效果的影响 温度影响硝化菌和反硝化茵的活性。硝化反应所需温度一般为5 3 5 ，反 硝化作用所需温度为5 2 7 。根据化学平衡理论，反应速率会随温度的升高而 增大。赵丰，戴兴春，黄民生等【1 8 1 对a 2 o 工艺脱氮效果的温度进行了研究。 结果表明，水温对硝化功能有较大影响，硝化菌在水温为2 5 3 0 条件下活 性很高，硝化率可达到9 5 以上；反硝化反应与水温成正相关，脱氮率会随着 水温升高而迅速上升。水温在2 8 6 3 3 2 时，反硝化率达到最高。 2 1 2a 2 o 工艺处理废水污染物的机理 a 2 0 工艺脱氮除磷由两部分组成：一是除磷，污水中的聚磷菌在厌氧环境 下( d o 8 月 1 1 月，其中9 月的平均进水 量显著高于其他三个月。从季节角度看，8 1 0 月为秋季，该季节的特点是秋雨 频繁，人们日常生活用水量较大，所以进水量均高于1 1 月。进入1 1 月后，天 3 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 气寒冷，人们日常活动相对减少，用水量也随之减小。本地入冬期比较早，在 1 1 月初已经时常出现，河水随着气温降低表面结冰的现象，外加本县排水管网 中有多处敞开式明渠污水道和地表漫流，因此进水量会因排污渠道内的水体结 冰而减小。 4 1 1 2 实际进水量昼夜变化规律 把一天分为白昼两个时段，白昼时间段为6 ：0 0 0 ：0 0 点和黑夜时间段为 0 ：0 0 6 ：0 0 。图4 2 为在昼夜时间段内每月平均的进水量占当月日平均进水量的 比例。 月份 图4 - 28 月至1 1 月昼夜平均进水量的变化 f i g 4 - 2a v e r a g ei n f l u e n tf l o wc h a n g e sd u r i n gd a ya n dn i g h tf r o ma u g u s tt on o v e m b e r 由图4 2 ，可以看出，白昼进水量占进水总量的比例远大于黑夜。8 月一1 1 月本县黑夜的进水量很小，白天进水量对进水总量波动影响起主要作用。1 1 月 人们日常生活减少，白天用水量减小，但黑夜用水量几乎没变，因此导致白天 用水量的比重减小，黑夜用水量的比重相对增大。由此变化也可从另一侧面反 映出，本县进水水质主要是生活污水。 4 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 4 1 1 3 实际进水量对相关参数的影响 由图4 1 不难看出，本厂四个月来的平均进水量仅为设计水量( 5 0 0 0 m 3 d ) 的2 0 。主要原因为：一，管网的滞后性。由于全县管网的铺设工程仍在施工 改造中，给污水的收集工作带来了不少困难。二，污水厂设计的超前性。为了 尽可能满足我国对小城镇规划进度以及发展速度，设计小城镇污水处理厂时， 选择的参数往往是超前的，这就使实际水平很长时间内都达不到设计水平。 实际进水量对相关参数的影响主要表现在：一、实际水量过小对进水水质 的影响。实际水量过小造成设计容积相对增大，致使实际进水水质中的各污染 物浓度在进入生化池内迅速稀释，在实验数据上反映为各污染物浓度数值大幅 度下降。二、实际水量过小对水力停留时间的影响。实际水量过小直接延长了 各构筑物的水力停留时间，尤其是生化池。根据设计进水量为5 0 0 0 m 3 d ，平均 时流量为2 0 8 3 3 m 3 h ，各池的设计水力停留时间为厌氧池1 8 h 、缺氧池4 5 h 、 好氧池6 4 h ，总水力停留时间为1 2 7 h 。四个月实际进水量平均值为1 0 2 3 6 2 m 3 d ， 平均时流量为4 2 6 5 m 3 h ，为设计水量的2 0 ，所以生化池中各池的水力停留时 间为厌氧池9 h 、缺氧池2 2 5 h 、好氧池3 2 h ，总水力停留时间为6 3 5 h 。由于水 力停留时间的延长，生化池内的污染物与池内的微生物充分接触，得到有效的 降解。但水力停留时间并不是越长越好。在有机物浓度很低时，延长水力停留 时间，不仅处理效果得不到有效的提高，而且还会使运行费用增加。三、实际 水量