（环境工程专业论文）carrousel氧化沟投加填料生物脱氮性能研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 随着三峡库区水环境保护要求的提高，库区污水处理厂均面临功能提升改造， 以使其处理出水优于城镇污水处理厂污染物排放标准( g b1 8 9 1 8 - - 2 0 0 2 ) 一级 b 标准，甚至达到一级a 标。提级达标的难度主要在于如何保证出水总氮达标。 现有城市污水处理厂在不增加外投碳源条件下，采用何种工艺使总氮达标，是目 前亟待研究解决的现实问题。 三峡库区污水处理厂以各种形式的氧化沟工艺为主，为提高氧化沟的生物脱 氮效率而不投加碳源，本课题选择在c a r r o u s e l 2 0 0 0 氧化沟中投加悬浮填料的方式 研究该复合式氧化沟的生物脱氮性能。 在污泥回流比为5 0 、混合液回流比为2 5 0 时，以填料投配比( 1 0 、2 0 、 3 0 ) 、水力停留时间( 7 5 h 、1 0 h 、1 2 5 h ) 、污泥龄( 1 5 d 、2 0 d 、2 5 d ) 和曝气量( 4 0 l h 、 6 0 l h 、8 0 l 1 1 ) 作为正交试验的试验参数，共做九次工况试验。通过正交试验的极 差分析可以得出，按影响程度由大到小的顺序，出水c o d 浓度的影响因素依次为 曝气量、水力停留时间、投配比、污泥龄；出水氨氮浓度的影响因素依次为水力 停留时间、曝气量、投配比、污泥龄；出水总氮浓度的影响因素依次为投配比、 曝气量、水力停留时间、污泥龄。经过综合比较后，得出最优工况为填料投配比 3 0 、曝气量8 0 l 1 1 、水力停留时间1 0 h 、污泥龄2 5 d 。 根据正交试验结果及经验，并考虑到同时硝化反硝化通常在较低溶解氧浓度 时发生，故以最优工况8 0l 1 1 曝气量为基准依次递减，分别选取8 0l h 、6 5l h 、 5 0l 1 1 观察曝气量对同时硝化反硝化( s n d ) 的影响以及对氨氮和总氮去除的影响。 试验结果表明，当曝气量为8 0l h 时，出水氨氮、总氮的平均值分别为0 9 4m g l 、 1 2 0 7m g m ，平均去除率分别为9 7 0 7 、6 9 2 3 ，s n d t n 为1 1 8 2 ；当曝气量 为6 5l h 时，出水氨氮、总氮的平均值分别为4 4 3m g m 、1 0 1 4m g l ，平均去除 率分别为8 6 1 8 、7 4 1 5 ，s n d t n 为1 4 9 2 ；当曝气量为5 0l h 时，出水氨氮、 总氮的平均值分别为7 6 9m g l 、1 3 8 4m g l ，平均去除率分别为7 6 5 1 、6 2 2 5 ， s n d t n 为2 0 5 1 。即当曝气量为6 5 l h 时，系统t n 去除效率最高、s n d 效果 较好，低d o 有利于发生s n d 。研究结果表明，通过投加悬浮填料，c a r r o u s e l 氧 化沟出水总氮可以达到一级a 标。 本研究后期经扫描电镜观察到的硅藻及其附着于生物膜上的固定方式，为固定 化藻类净化含氮磷污水的研发提供了一条可行的固定化方式。 重庆大学硕士学位论文 中文摘要 本研究结果为氧化沟强化生物脱氮提供了一条可行途径，并为以氧化沟为主体 工艺的污水处理厂出水总氮提级达标提供技术与理论支撑。 关键词：c a r r o u s e l 氧化沟，悬浮填料，正交试验，生物脱氮 a bs t r a c t a l o n gw i t hw a t e re n v i r o n m e n tp r o t e c t i o nr e q u i r e m e n t so ft h r e eg o r g e sr e s e r v o i r a r e ai n c r e a s e t h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t sw h i c hi nt h i sp l a c ef a c eu p g r a d i n g t h e m s e l v e st om a k et h ee f f l u e n tb es u p e r i o rt ot h ef i r s t l e v e lbc r i t e r i ao fu r b a n w a s t e w a r e rt r e a t m e n tp l a n te m i s s i o n ss t a n d a r d s ( g b18 9 18 - 2 0 0 2 ) ，e v e nr e a c ht h ef i r s t l e v e la 翻t e r i a b u ti t sd i f f i c u l tt oe n s u r et h et o t a ln i t r o g e no fe f f l u e n t r e a c ht h e s t a n d a r d s h o wt om a k et h et o t a ln i t r o g e no fe f f l u e n tr e a c ht h es t a n d a r d sw i t h o u ta d d i n g c a r b o ns o u r c ei ne x i s t i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t s ，w h i c hi sap r o b l e mh a sn o ty e t b e e ns o l v e d i nt h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a , t h et e c h n o l o g yo fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t si s m u l t i f o r mo x i d a t i o nd i t c h s t u d yo nc a r r o u s e l2 0 0 0o x i d a t i o nd i t c h f o rb i o l o g i c a l d e n i t r i f i c a t i o nb ya d d i n gs u s p e n d e df i l l e rw i t h o u ta d d i n gc a r b o ns o u r c e i nt h ec o n d i t i o no fr e t u r ns l u d g er m i ow a s5 0 ，t h em i x t u r er e f l u xr a t i ow a s2 5 0 ， t h ep a c k i n gc a s tr a t i o ( 1 0 ，2 0 ，3 0 ) ，h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ( 7 5h ，1 0h ，1 2 5h ) ， s l u d g er e t e n t i o nt i m e ( 1 5d ，2 0d ，2 5d ) a n da e r a t i o n ( 4 0l i l ，6 0l 1 1 ，8 0l h ) w e r e c h o s e na st h et e s tp a r a m e t e r so fo i r t h o g o n a lt e s t ，n i n et e s t sh a v eb e e nd o n e s o m e c o n c l u s i o n sw e r eo b t a i n e dt h r o u g hv a r i a n c ea n a l y s i so fo r t h o g o n a lt e s t ：t h eo r d e rt h a t i n f l u e n t i a lf a c t o r so nc o n c e n t r a t i o no fc o di ne f f l u e n tw a sa e r a t i o n h y d r a u l i c r e t e n t i o nt i m e p a c k i n gc a s tr a t i o s l u d g er e t e n t i o nt i m e ；t h eo r d e rt h a t i n f l u e n t i a l f a c t o r so nc o n c e n t r a t i o no fa m m o n i ai ne f f i u e n tw a sh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e a e r a t i o n p a c k i n gc a s tr a t i o s l u d g er e t e n t i o nt i m e ；t h e o r d e rt h a ti n f l u e n t i a lf a c t o r so n c o n c e n t r a t i o no fn i t r o g e nw a sp a c k i n gc a s tr a t i o a e r a t i o n h y d r a u l i cr e t e n t i o n t i m e s l u d g er e t e n t i o nt i m e a f t e rac o m p r e h e n s i v ec o m p a r i s o n ，t h eo p t i m a lc o n d i t i o n w a sc h o s e n ：p a c k i n gc a s tr a t i ow a s3 0 ，a e r a t i o nw a s8 0l h ，h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e w a s10h ，s l u d g er e t e n t i o nt i m ew a s2 5d a c c o r d i n g t or e s u l t so fo r t h o g o n a lt e s ta n de x p e r i e n c e ，a n ds i m u l t a n e o u s n i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o nh a sb e e nu s u a l l yo b s e r v e di nl o wc o n c e n t r a t i o no f d i s s o l v e do x y g e nt h a tw a sc o n s i d e r e d ，t h eo p t i m a la e r a t i o nc o n d i t i o no f8 0l h w a s c h o s e na sab e n c h m a r kd e c r e a s ep r o g r e s s i v e l y t h e n8 0l h ，6 5l h ，5 0 l ha e r a t i o n w e r es e l e c t e dt oo b s e r v et h ei n f l u e n c eo fa e r a t i o nf o rs n da n dt h er e m o v a lo fa m m o n i a n i t r o g e na n dt o t a ln i t r o g e n t h e t e s tr e s u l t ss h o w e dt h a t ，w h e nt h ea e r a t i o nw a s8 0l m ， t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fa m m o n i aa n dt o t a ln i t r o g e ni ne f f l u e n tw e r er e s p e c t i v e l y 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 o 9 4m g la n d12 0 7m g m ，t h ea v e r a g er e m o v a lr a t ew e r er e s p e c t i v e l y9 7 0 7 a n d 6 9 2 3 ，a n ds n d t nw a s1 1 8 2 ；w h e nt h ea e r a t i o nw a s6 5l h ，t h ea v e r a g e c o n c e n t r a t i o no fa m m o n i aa n dt o t a ln i t r o g e ni ne f f l u e n tw e r er e s p e c t i v e l y4 4 3m g l ， 1o 1 4m g l ，a v e r a g er e m o v a lr a t ew e r er e s p e c t i v e l y8 6 18 ，7 4 15 ，a n ds n d t nw a s 14 9 2 ；w h e nt h ea e r a t i o nw a s5 0l h ，t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fa m m o n i aa n dt o t a l n i t r o g e ni ne f f l u e n tw e r er e s p e c t i v e l y7 6 9m g la n d13 8 4m g l ，t h ea v e r a g er e m o v a l r a t ew e r er e s p e c t i v e l y7 6 51 a n d6 2 2 5 ，a n ds n d t nw a s2 0 51 i tm e a n st h a t w h e nt h ea e r a t i o nw a s6 5l h ，t h et nr e m o v a lo fs y s t e mw a sb e s ta n de f f e c to fs n d w a sp r e f e r a b l e ，a n dt h el o wc o n c e n t r a t i o no fd ow a sb e n e f i c i a lf o rs n d 1 1 1 er e s u l t s s h o w e dt h a tt h et o t a ln i t r o g e no ft h ec a r r o u s e lo x i d a t i o nd i t c he f f l u e n tc a na c h i e v et h e f i r s tl e v e lac r i t e r i at h r o u g ha d d i n gs u s p e n d e df i l l e r t h ef i x a t i o no fd i a t o m sa t t a c h e dt ot h eb i o f i l mw a so b s e r v e db yu s i n gs c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p yi nt h i ss t u d y t h er e s u l t sp r o v i d e dav i a b l ew a yo fi m m o b i l i z e d a l g a et op u r i f ys e w a g ec o n t a i n i n gn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s t h er e s u l t so ft h i ss t u d yp r o v i d e daf e a s i b l ea p p r o a c ht oe n h a n c et h ea b i l i t yo f o x i d a t i o nd i t c ho nb i o l o g i c a lr e m o v a lo fn i t r o g e na n dp r o v i d et e c h n i c a la n dt h e o r e t i c a l s u p p o r tf o rt o t a ln i t r o g e ni ne f f l u e n to fs e w a g ep l a n tw h i c hu s eo x i d a t i o nd i t c hp r o c e s s a st h em a i nt r e a t m e n ts t e pt om e e tt h er a i s e ds t a n d a r d s k e y w o r d s ：c a r r o u s e lo x i d a t i o nd i t c h ，s u s p e n d e df i l l e r , o r t h o g o n a lt e s t ，b i o l o g i c a l r e m o v a lo fn i t r o g e n 1 v 重庆大学硕士学位论文l绪论 1 绪论 1 1 我国的水污染现状 根据国家环境保护总局【1 1 2 0 1 0 年中国环境状况公报的资料，我国地表水 污染依然较重。在七大水系的河流地表水国控监测断面中，符合i i i i 类水质者 占5 9 9 ；符合v 类水质者占2 3 7 ；符合劣v 类水质者占1 6 4 。其中，长 江、珠江水质较好为良，松花江、淮河为轻度污染，黄河、辽河为中度污染，海 河污染严重。其污染物主要为氨氮、五日生化需氧量、高锰酸盐指数和石油类。 与1 0 年前相比【2 j ，河流的监测段面数增加。海河、淮河和辽河的监测段面中， 水质有所好转，达v 类和劣v 类水质的数量减少，而长江、黄河、珠江和松花江 的监测断面中，达v 类和劣v 类水质的数量却增加。从总体上讲，七大水系为轻 度污染，但是湖泊( 水库) 富营养化问题仍很严重，轻度、中度污染的水系中v 类和劣v 类水质的比例增加。这说明，水体污染并没有得到改善，相反还变得更 加恶劣，需引起人们的高度重视。 位于长江流域的三峡库区水质总体为优。在库区的6 个国控断面中，2 个断面 水质为i 类，其余均为1 i 类。自从1 9 9 2 年在长江的支流汉江发生硅藻水华后， 在三峡库区多次发现河流富营养化现象。三峡大坝建成后，三峡库区水体的自净 能力下降，水污染加重，水中藻类数量增加，水华现象发生几率增大。 在蓄水前，三峡水库库区支流无水华发生，但是在首次1 3 5 m 蓄水后，库区支 流如嘉陵江、香溪河、梅溪河等多次发生水华现象。河流型水华的优势藻种为硅 藻、甲藻、蓝藻和隐藻，而现在河流型水华向湖泊型水华发展的趋势越演越烈【3 巧】。 国内外对湖泊、水库的蓝藻水华研究较多，而对河流型水华的研究甚少。三 峡库区的水华问题已成为库区水环境的突出问题，需引起公众的极大关注。 1 2 生物脱氮研究现状 在传统的脱氮工艺中，一般认为污水中氮的去除是在独立的缺氧和好氧环境 中，完成硝化和反硝化的。典型的悬浮生长脱氮工艺包括s b r 、氧化沟、a 2 o 、 b a r d e n p h o ( 四阶段) 和b i o d e n i t r o 等。随着新型微生物的发现，如异养硝化菌、 自养反硝化菌等，生物脱氮的方法和技术都有所进步，相应地产生了新型生物脱 氮工艺。 1 2 1 同时硝化反硝化工艺 同时硝化反硝化【6 7 j ( s i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n ，简称s n d ) 工艺是利用反应器中溶解氧宏观和微观上分布不均进行单级生物系统的同时硝化 重庆大学硕士学位论文1绪论 反硝化。 郝晓地等【8 】在p a s v e e r 氧化沟中进行试验研究，当溶解氧( d i s s o l v e do x y g e n ， 简称d o ) 1 0m g l 和t 4 时，能发生完全的硝化反应，但是反硝化不稳定、 效果差，平均总氮去除率只有4 5 。郝晓地认为反硝化效果不好是因为缺氧池有 限，有机物较少，可将缺氧池单独曝气、搅拌；或者是向缺氧池投加生物膜增加 生物量来改善反硝化效果。 谢珊等【9 j 采用人工配置的生活污水在s b r 培养出好氧颗粒污泥，且具有同时 硝化反硝化能力。在颗粒污泥生长阶段，反应器中c o d 和n h 3 - n 的去除率分别 为7 4 0 9 2 8 和8 2 3 9 8 5 ，出水n 0 3 一一n 和n o ，一一n 浓度均维持在低于 l m g l 的范围内。 许晓毅等i lo j 在o c o 改进形成的o g o 工艺中，观察到环区内有同步硝化反硝 化现象，并且系统中存在部分具有反硝化能力的好氧菌属。试验运行期间，系统 出水t n 、n h 3 - n 浓度分别为7 0 3 1 2 8 8m g l 和4 3 2 9 0 1m g l ，它们的平均去除 率分别达到7 4 0 4 和8 1 1 4 ，环区内t n 的去除约占整个系统生物脱氮的5 7 。 荣宏伟等j 研究了d o 对序批式生物膜反应器( s e q u e n c i n gb a t c hb i o f i l m r e a c t o r ，简称s b b r ) 同步硝化反硝化的影响。在d o 为2 8 4 0m g l 时，可取得 较好的同步硝化反硝化效果，总氮去除率可达6 7 以上。经综合分析后，该课题 组认为s b b r 发生的同时硝化反硝化是因为生物膜内部的缺氧微环境，d o 浓度直 接影响了生物膜内部的好氧和缺氧分布比例，从而影响了硝化和反硝化效果。 1 2 2 短程硝化反硝化工艺 短程硝化反硝化生物脱氮是指将生物脱氮过程的硝化阶段控制在n o ，一阶段而 终止，随后利用有机碳源作为供电子体进行反硝化。 s h a r o n ( s i n g l er e a c t o rf o rh i g h ta c t i v i t ya m m o n i ar e m o v a lo v e rn i t r i t e ，简称 s h a r o n ) 工艺1 6 j 是短程硝化反硝化工艺的代表，以解决厌氧消化污泥分离液的脱氮 问题。该工艺直接由实验室规模放大到生产性规模，并取得成功，而后推广应用 于荷兰污水厂。 马勇等【1 2 l3 j 用a o 中试试验装置处理实际的生活污水，分析了d h 、d o 、污泥 浓度、自由氨、温度、污泥龄和水力停留时间对a o 工艺实现短程硝化反硝化的 影响。在d o 浓度0 3 0 7m g l 时，可实现稳定的亚硝酸盐积累。在试验期间，观 察了生物脱氮过程中d o 和p h 的变化规律，并将p h 曲线作为短程硝化反应的控 制参数。采用线过程控制时，可以获得稳定较高的n o ，一一n 积累，不采用则反之。 高大文等【1 4 j 用新型短程硝化反硝化工艺实时控制交替好氧缺氧短程硝化 反硝化脱氮工艺与传统s b r 短程硝化反硝化和预先设定时间控制交替好氧缺氧短 程硝化反硝化工艺进行了对比。实时控制交替好氧缺氧短程硝化反硝化工艺的硝 2 重庆大学硕士学位论文 1绪论 化速率、反硝化速率、硝化时间和反硝化时间都比其他两个工艺好。 1 2 3 厌氧氨氧化工艺 厌氧氨氧化工艺( a n a e r o b i ca m m o n i u mo x i d a t i o n ，简称a n a m m o x ) 工艺： 在厌氧条件下，自养型氨氧化菌利用硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体，将氨氮氧 化成氮气。由于氨氧化菌是自养型细菌， 该工艺经历过实验室试验和中间试验后， 应用。 因此不需要添加有机物来维持反硝化。 已用于荷兰污水厂，现已取得一定实际 s h a r o n a n a m m o x 是a n a m m o x 工艺的变形工艺【6 j ，利用s h a r o n 工艺实现污水 中氨氮半亚硝化，然后进入a n a m m o x 系统。在a n a m m o x 菌的作用下利用氨和 n o ，一一n 的氧化还原耦联实现自养生物脱氮。分别在两个反应器中实现部分硝化 和厌氧氨氧化，能优化两类细菌的生存环境。国外已有该技术的工程实例，而我 国尚未有生产规模的运行实例。 o l a n d 工艺i l 刈( o x y g e n l i m i t e da u t o t r o p h i cn i t r i f i c a t i o nd e n i t r i f i c a t i o n ) 也是 基于厌氧氨氧化技术开发而来的，控制溶解氧使硝化过程仅进行到n o ，一阶段，在 缺乏电子供体有机物的情况下n h 。+ 作为电子供体参与n 0 2 一的反硝化，n h 。+ 同时 也被氧化成，。亚硝化单胞茵和硝化杆菌和厌氧自养茵在限氧的条件下，生长都 非常缓慢，相应的污泥产量就很少，这可降低o l a n d 工艺的运行成本，与 s h a r o n a n a m m o x 系统相比更节能，并仍能在较低温度下获得较好的脱氮效果。目 前，自养硝化反硝化生物脱氮系统的一体化生物膜r b c 反应系统己进行中试，运 行效果较好：o l a n d 生物脱氮系统的两阶段悬浮式生物膜脱氮系统正在研究之 中。 1 2 4c a n o n 工艺 c a n o n 工艺( c o m p l e t e l ya u t o t r o p h i cn i t r o g e nr e m o v a lo v e rn i t r i t e ，简称 c a n o n ) 是生物膜内自养脱氮工艺，在单个反应器或生物膜内通过控制溶解氧实 现亚硝化和厌氧氨氧化，从而达到脱氮的目的。c a n o n 工艺和s h a r o n a n a m m o x 工艺相比，实现了单一生物膜系统的全程自养硝化反硝化，过程更简单。 s l i e k e r s 等l j6 j 利用s b r 和气升式生物膜反应器分别进行c a n o n 工艺，s b r 反应器由a n a m m o x 转变为c a n o n 工艺，亚硝酸菌属增加，a n a m m o x 菌属减少； 而气升式生物膜反应器的污泥主要由a n a m m o x 菌组成，只有少量亚硝酸菌。将 s b r 反应器改为同时进、出水的恒化器，反应器内同时存在a n a m m o x 菌和亚硝酸 菌。 y o u n g h o 等1 1 7 j 采用带有外曝气装置的上流式污泥床反应器处理污泥消化液， 对实际废水进行处理。水力停留时间为7 8 d 时，氨氮去除率为9 5 + 0 3 ，水力 停留时间为5 d 时，氨氮去除率为7 6 + 0 5 。 重庆大学硕士学位论文 1绪论 1 2 5 电极生物膜反硝化工艺 电极生物膜反硝化工艺( b i o f i l m e l e c t r o d er e a c t o r ，简称b e r ) ，主要是将生 物法和电化学法相结合用于生物反硝化去除n 0 3 一一n ，是一种新颖的水处理技术。 该工艺利用阴极表面固定某些反硝化菌，形成反硝化生物膜，在外加电流的作用 下电解水产生h 2 。这些反硝化菌以h 2 为电子供体将n 0 3 一一n 还原为n 2 。 f e l e k e 等【l 驯通过对流入和流出的电流中离子物种的测量来寻找电化学性和生 物性最好的反应器，这些离子物种包括了地表水和地下水中的主要成分：n o ，一、 n 0 2 一、s 0 4 卜、c i 一、p 0 4 卜、n h 4 + 、+ 、k + 、2 + 和m g “。+ 、k + 、s 0 4 卜 和c ，一的进出电流浓度一样。硝酸盐去除率的变化范围为o 1 0 0 ，这取决于电流。 硝态氮很容易完全反硝化为氮气，没有n 0 2 一、n 2 0 和n i l 。+ 的积累。2 + 和m 9 2 + 在电极表面沉积，使得它们的浓度下降，但是计算的c a c 0 3 、m g c 0 3 和c a m g ( c 0 3 ) 2 溶解平衡的结果用饱和指数( s i ) 表明沉积物阻碍了反应器中的电化学中和。此外， 沉积的钙和镁在改变电极极性的时候会马上溶解。结果表明，硝酸盐的高度选择 还原在现有的b e r 上操作可行，因此对不同硝酸盐污染水体的处理是一种可供选 择的方法。 范彬等【l9 】以无烟煤和颗粒活性炭为介质的复三维电极电化学生物膜反应器处 理饮用水，以去除水中的硝酸盐。试验结果表明，两种介质的反应器最大电流效 率分别达到2 0 4 和1 8 5 ，在水力停留时间为2 1 2 5 h 时，反应器的硝酸盐去除 率接近1 0 0 。 z h a o 等【2 0 j 用强化电极生物膜反应器( i n t e n s i f i e db i o f i l m e l e c t r o d er e a c t o r ，简 称i b e r ) 将异养和自养反硝化相结合来处理受硝酸盐污染的地下水。该试验考察 了不同h r t 、c n 和电流情况下，强化电极生物膜反应器处理人工合成硝酸盐地 下水的系统处理效果。当c n 为0 7 5 3 ，h r t 为8 2 4h ，i 为1 0 - 4 0m a 时，硝酸 盐去除率高于9 7 。该工艺的最优工况为c n = 0 7 5 ，h r t = 8h ，i = 4 0m a ，当c n 降到0 7 5 ，硝酸盐也没积累。在最优条件下，无n h 3 - n 和剩余有机碳。 b e r 工艺在处理饮用水和地下水上取得了很好的效果，于是学者们开始将其 用于生活污水和工业废水的处理。当b e r 、b e r s b r 处理生活污水，系统的处理 效果不错，并且强于单纯的生物膜法和s b r 工艺。此外，b e r 处理含重金属离子 的废水和高浓度有毒有机废水时，硝酸盐均得到很好的去除。 1 3 c a r r o u s e l 氧化沟脱氮除磷工艺 1 3 1 氧化沟工艺概述【2 l 】 氧化沟技术发展的强势在于氧化沟的环流，这种环流是造成氧化沟长久不衰 的内在原因，外在原因则是其具有多功能性、污泥稳定、出水水质好和易于管理。 4 重庆大学硕士学位论文1绪论 氧化沟有别于其它活性污泥法的主要特征是环形池型，或者说只要保持沟渠首尾 相接，水流循环流动，选用的特定设计参数、沟型和运行方式，就会给运行者和 设计者带来极大方便，其灵活性和适应性也非常强，有进一步研究、发展和应用 的广阔空间。 变型氧化沟包括o r b a l 氧化沟、c a r r o u s e l 氧化沟、d e 型氧化沟、t 型氧化沟 及一体化氧化沟。无论氧化沟的曝气方式、沟型构造、运行方式、功能效用等方 面如何改变，其循环流动的基本特征一直保持不变，其封闭循环式的池形尤其适 用于污水的脱氮除磷。 我国从8 0 年代以来也开展了较多的关于氧化沟工艺的研究，并设计建造了一 批氧化沟污水处理厂。各种氧化沟型式都有应用，处理规模主要为( 1 8 ) x10 4m 3 d 。 总体来说，氧化沟工艺在我国也得到了相当多的应用，详见表1 1 。 表1 1 氧化沟技术在我国的应用实例 t a b l e1 1 a p p l i c a t i o ne x a m p l eo fo x i d a t i o nd i t c hi nc h i n a 重庆大学硕士学位论文1绪论 6 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 3 2c a r r o u s e l 氧化沟的脱氮除磷 普通c a r r o u s e l 氧化沟工艺 c a r r o u s e l 氧化沟于2 0 世纪6 0 年代由荷兰d h v ( d w a r s h e e d e r i k v e r h e y ) 技 术咨询公司发明，其特别之处是使用特殊设计的立式曝气机。它研制的目的是为 满足在较深的氧化沟沟渠中使混合液充分混合，并能维持较高的传质效率，以克 n d , 型氧化沟沟深较浅、混合效果差等缺陷。至今世界上已有超过8 5 0 座c a r r o u s e l 氧化沟系统正在运行，实践证明该工艺具有投资省、处理效率高、可靠性好、管 理方便和运行维护费用低等优点。c a r r o u s e l 氧化沟的立式曝气机安装在沟的一端， 因此形成了靠近曝气机下游的富氧区和上游的缺氧区，有利于生物脱氮。 单级c a r r o u s e l 氧化沟脱氮除磷工艺 单级c a r r o u s e l 氧化沟有两种形式：一是有缺氧段的c a r r o u s e l 氧化沟，可在单 一池内实现部分反硝化作用，适用于有部分反硝化要求但要求不高的场合。另一 种是c a r r o u s e la c 工艺，即在氧化沟上游假设厌氧池，可提高活性污泥的沉降性 能，有效控制污泥膨胀，出水磷通常在2 0 m g l 以下。以上两种工艺一般用于现有 氧化沟的改造，与标准的c a r r o u s e l 氧化沟工艺相比，变化不大，相当于传统活性 污泥工艺的o 和a a o 工艺。 合建式c a r r o u s e l 氧化沟脱氮除磷工艺 缺氧区与好氧区氧化沟是美国e i m c o 公司专为c a r r o u s e l 系统设计的一种先 进的生物脱氮除磷工艺c a r r o u s e l2 0 0 0 型。它在构造上的主要改进是在氧化沟 内设置了一个独立的缺氧区。缺氧区回流渠的端口处装有一个可调节的活门。根 据出水含氮量的要求，调节活门张开程度，可控制进入缺氧区的流量。缺氧区和 好氧区合建式氧化沟的关键在于对曝气设备充氧量的控制，必须保证进入回流渠 处的混合液处于缺氧状态，为反硝化创造良好的环境。缺氧区内设有潜水搅拌器， 具有混合和维持污泥悬浮的作用。 在c a r r o u s e l2 0 0 0 型基础上增加前置厌氧池，可以达到同时脱氮除磷的目的， 被称为a 2 cc a r r o u s e l2 0 0 0 氧化沟。 四阶段c a r r o u s e lb a r d e n p h o 系统在c a r r o u s e l2 0 0 0 型系统下游增加了第二缺氧 池和再曝气池，实现更高程度的脱氮。五阶段c a r r o u s e lb a r d e n p h o 系统在a 2 c c a r r o u s e l2 0 0 0 系统的下游增加第二缺氧池和再曝气池，实现更高程度的脱氮和除 磷。 综上所述，厌氧、缺氧与好氧合建的氧化沟系统可以分为三阶段a a o 系统 以及四、五阶段b a r d e n p h o 系统，这几个系统均是o 系统的强化和反复，因 此，这种工艺的脱氮除磷效果很好，脱氮率达9 0 9 5 。 另外，c a r r o u s e l3 0 0 0 型氧化沟也有较好的脱氮除磷效果。c a r r o u s e l3 0 0 0 系统 重庆大学硕士学位论文1 绪论 是在c a r r o u s e l2 0 0 0 系统前再加上一个生物选择区，该生物选择区是利用高有机负 荷筛选菌种，抑制丝状菌的生长，提高系统的处理效果，其后的工艺原理同 c a r r o u s e l2 0 0 0 系统。 合建式一体化氧化沟脱氮除磷工艺 合建式一体化氧化沟是指集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流功能为一体， 无需建造单独二沉池的氧化沟，这种氧化沟设有专门的固液分离装置和措施。它 既是连续进出水，又是合建式，而且不用倒换功能，从理论上讲最经济合理，并 且具有很好的脱氮除磷效果。 c a r r o u s e l 氧化沟生物脱氮的影响因素主要有：污泥负荷、溶解氧和水力流态。 污泥负荷i 2 2 j 是活性污泥工艺设计和运行管理的重要指标之一。氧化沟以高污 泥负荷运行，系统仍能取得较好的处理效果。当污泥负荷下降时，氨氮的去除效 果变好，总氮的去除效果也变好。 溶解氧 2 3 1 是控制氧化沟生物脱氮的主要影响因素之一。在氧化沟中，沿水流 和水深方向都存在着一定的溶解氧浓度梯度。氧化沟中的溶解氧浓度分布不均， 能促使同时硝化反硝化的发生。 氧化沟内污水的流动主要靠曝气转碟和水下推动器，使得流速分布均匀。而 在曝气转碟的上下游设置挡流板，可改善溶解氧浓度和流速在垂直方向的分布。 在加插板后，改良型氧化沟的处理效果提耐2 4 1 。 1 4 投加填料c a r r o u s e l 氧化沟的工艺现状 1 4 1 活性污泥和生物膜复合工艺的现状及发展 活性污泥法是世界上应用最广泛的生物处理技术，但是活性污泥法曝气池中 生物量低、耐水质、水量冲击负荷能力差，运行不够稳定，污泥量大及其沉降、 脱水性能较差等，这些缺点也日益暴露出来。生物膜法虽对水质、水量的适应性 较强，污泥沉降性能好，又有脱氮和去除有机物的功能，但是不能进行生物除磷。 两种方法各有优点，又各有缺点。 学者们为了克服活性污泥法的不足而开展大量研究，提出了许多改良活性污 泥法的工艺，投料活性污泥法就是其中一种。该法简易可行，既可施行于新建废 水处理厂，又极易推行于老的废水处理厂的扩建与改造。投料活性污泥法【2 】就是在 传统的活性污泥法系统中投加某些物质，主要有三种：絮凝剂及助凝剂；生物菌 种；固体载体。 投加物质为絮凝剂的投料活性污泥法，对污染物多为悬浮或胶体形式存在的 污水较有效，加强硝化反应去除氨氮，缺点是药剂费用较高，消耗碳源。投加物 为特种生物菌种，可使不发生硝化的曝气池发生硝化反应，但是不能用于无污泥 重庆大学硕士学位论文 1绪论 厌氧消化系统的污水厂，缺点是投加的菌种会逐渐退化，连续的投加会增加运行 费用。在曝气池内投加载体，将普通活性污泥法改造为活性污泥一生物膜复合式工 艺，此法可增加曝气池内的生物量，降低污泥负荷，能进行硝化反应，且对碳源 不影响。在这三种投加物质中，第三种投加物质相对来说是投料活性污泥法中较 易连续运用的。 1 9 2 9 年b u s w e l l 等将由薄木片编织成的木垫悬浮在曝气池中处理污水，称为 接触氧化法，这算是复合式反应器的雏形了。但是由于填料易堵塞、费用高、卫 生条件差的原因，接触氧化法基本停滞了近4 0 年。随着科学技术的发展，生物膜 载体( 填料) 的材料得到不断提升，从塑料到粉末活性炭到成串环状填料、多孔 网状泡沫块，使复合式工艺得到更深入的研究。 国内外的研究者已经在传统活性污泥法中投加填料进行了实验，后逐步对 a 2 o 、s b r 、u c t v l p 等工艺中投加填料进行研究，并且a o 、a 2 0 投加填料己 有工程应用。 k i m 等【2 5 j 在a 2 o 的好氧池中投加填料，使a 2 o 成为整合固定膜活性污泥 ( i n t e g r a t e df i x e df i l ma c t i v a t e ds l u d g e ，简称i f a s ) 系统。在实验室和生产性运行 条件下，将投加填料和无填料的a 2 o 工艺进行了生物量的对比，悬浮相 i f a s 悬 浮相 i f a s 附着相( 生物膜) 。当污泥龄减少时，所有悬浮相的污泥沉降性变好、 浓度增加，这是因为生物量中磷含量的增加，而在附着相中没观察到磷和污泥浓 度有明显变化。 何国富【2 6 j 等人在传统活性污泥法的曝气池中投加悬浮填料，考察了填料投配 比、生物膜量和低温等因素对脱氮效果的影响。当总空气量由2 0 3 0 m 3 h 降至7 m 3 h 后，既可满足实验所需溶解氧的要求，又能保证填料上生物膜量。将填料投配比 从5 0 降至2 0 后，氨氮去除率达8 4 。在冬天，出水氨氮平均值为1 1 4 m g l ， 加大曝气量后，出水氨氮为7 2 m g l 。 王建龙 2 7 , 2 8 等人将悬浮填料投入s b r 中处理生活污水，进行了复合式工艺和 纯活性污泥法工艺的对比，得出复合式工艺污泥浓度高于纯活性污泥法工艺，耐 冲击负荷强。同时还研究了复合式s b r 工艺发生同步硝化反硝化的影响因素，在 研究中发现了亚硝酸型同步硝化反硝化。 r o d g e r s 等1 2 9 j 用两套交替汲取序批式生物膜反应器( a l t e r n a t i n gp u m p e d s e q u e n c i n gb m c hb i o f i l mr e a c t o r ，简称a p s b b r ) 小试装置处理人工合成生活污 水，取得不错的处理效果，c o d 和t n 的去除率分别为8 7 9 3 、5 6 8 2 ，系统 出水达到欧洲污水处理标准。两个反应器的生物膜厚度不同，反应器1 是 o 3 1 7 m m ，反应器2 是0 - 0 8 r a m ，这是因为两个反应器中的基质负荷不同，负荷 升高生物膜增长加快。 s r i w i r i y a r a t l 3 0 】等将填料分别投入u c t v i p 工艺的好氧区和缺氧区，考察了冬 季低温时系统的处理效果。结果表明即