（环境工程专业论文）moco反应器处理性能试验研究.pdf

摘要 0 c 0 是一种新型的生化反应器，具有较强的脱氮除磷功能，实现了硝态液的自动回流， 节约了能耗。本文对0 c 0 生化反应器进行了分析研究，提出了以满足生物脱氮除磷的动 力学设计方法，给出了有关的设计计算公式，得出了好氧区体积( v ；) ：缺氧区体积( v 。) ： 厌氧区体积( v 。) 为1 ：( 0 3 2 - - - 1 0 7 ) ：( o 1 9 - - - 0 2 2 ) 。m o c o 工艺是在全面评述除磷脱 氮理论和技术的基础上，总结o c o 反应器技术特点，对o c o 工艺进行试验分析及改进， 增加一道导流墙，从而有效形成了集厌氧一缺氧一好氧环境于一体的脱氮除磷工艺。 试验主要在以下几个方面展开：o c o 工艺低温下的启动和试验研究分析；缺氧区隔 墙的改进试验与分析；m o c o 工艺运行参数的试验研究与确定；m o c 0 工艺脱氮除磷数 学模型的建立。通过以上试验研究发现：在增加导流墙后，氨氮平均去除率由7 0 提高 到8 0 以上，去除效果提高主要是由于增加了缺氧区的体积，延长了缺氧区停留时间， 反硝化更加充分，脱氮效果得到提高。导流墙的设置，使得硝酸盐氮的回流量得到更加 有效的控制，充分发挥缺氧区反硝化的潜力，使得出水总氮含量明显降低。同时，回流 进入厌氧区硝酸盐的量减少，有利于提高厌氧释磷，使除磷效果得到有效的保证。本文 通过试验分析及建立反应动力学模型，得出了如下结论： 1 ) 水流流态函数为：o ) 一0 6 8 e m 锄；f o ) = 1 一e 0 触。 2 ) 水力停留时间为6 - - - 8 小时，污泥龄为6 - - - 1 4 天，好氧区d o 的浓度为2 - - - 4 m g 1 ， c o d 最佳污泥负荷为o 4 5k g b o d k g m l s s d 。 3 ) 得出厌氧区去除c o d 动力学模型： s t s o e ( - 警) l 普p ( - 筹) 厌氧区厌氧释磷动力学模型： p 。p o + r p 沉+ 肛r ( s o - s ；沉) e ( 等) ； 1 + r ( 1 + 尺) 2 4 ) 好氧除磷动力学模型： c = j o e 一戳。 5 ) 通过对该反应器的研究建立流态动力学模型，有机物去除动力学模型： 屁。墨二兰+ 堕 ( 1 + r ) ( 1 + 吱) i + r f o , 0 一瓦x r 矗r 关键词：m o c o 工艺脱氮除磷推流 设计计算 a b s t r a c t o c oi sak i n do fn e wb i o c h e m i c a lp r o c e s s i th a st h ef u n c t i o no fd e n i t r i f i c a t i o na n dp h o s p h o r u s r e m o v a la n dr e a l i z e st h ea u t o m a t i cr e t u r n so fn i t r i f i c a ll i q u i d ，s oi ti se c o n o m i c a lo fe n e r g y a f t e rt h es t u d y o fo c op r o c e s s ，t h ed e n i t r i f i c a t i o na n dp h o s p h o r u sr e m o v a l sm e t h o do fk i n e t i c sd e s i g ni sg o t ，a n dt h e f o r m u l a su s e dt od e s i g na n dc a l c u l a t ea r ei n t r o d u c e d t h er a t i oo fo x i cr e g i o n ( v ot oa n o x i cr e g i o n m ) i o a n a e r o b i cr e g i o n ( v 3 ) i s1 ：( 0 3 2 - - - 1 0 7 ) ：( o 1 9 - - - - 0 2 2 ) b a s e do na n a l u z i n gt h e o d e sa n dt e c h n i q u e sf o r n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a l ，s u m m i n gu pt e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fo c or e a c t o r ，w em o d i f i e ro c o t of o r mm o c ob ye x p e r i m e n t s m o c oi sad e n i t r i f i c a t i o na n dp h o s o p h o r b sr e m o v a ls y s t e m ，i n c l u d i n g a n a e r o b i ca r e a ，a n o x i ca r e aa n da e r o b i ca x e a t h ef o l l o w i n g sw e r es t u d i e d ：t e s t i n gr e s e a r c ho no c os y s t e m ss t a r t 一叩a n do p e r a t i o na ti o w t e m p e r a t u r e ；t e s t i n gr e s e a r c h o nm o d i f y i n gcp a r t i o nw a l lt oa d j u s tm i x e dl i q u o rr e f l u x ； d e t e r m i n a t i o no fp a r a m e r e r sf o rm o c ou s e di nt r e a t i n gm u n i c i p a lw a s t e r w a t e r ；e s t a b l i s ha n de v a l u a t e k i n e t i cm o d e lo ft h eb i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a la n db i o l o g i c a lp h o s o p h o r u sr e m o v a lp r o c e s s a c c o r d i n gt o t h ea b o v es t u d yr e s u l t ：t h ea v e r a g er e m o v a lr a t i oo fc o dni si n c r e a s e dt o8 0 b o mo r i g i n a l7 0 t h e m a i nr e a s o nf o rt h ei n c r e a s eo fa l lt h er e m o v a lr a t i oi st h a t ：a n o x i ca r e ai se n l a r g e d ，s or e t e n t i o nt i m ei n a n o x i ca r e ai sp r o l o n g e d ，n i t r i f i c a t i o ni sm o r et h o r o u g he f f e c t i v e l yt h r o u g ht h ea d j u s t m e n to ft h eg u i d ew a l l ， t h ep o t e n t i a lo fd e n i t r i f i c a t i o ni nt h ea n o x i ci sf u l l ye x e r t e dt om a k et ni nt h ee f f l u e n td e c r e a s eo b v i o u s l y s i m u l t a n e i t y ，l e s sn o - n c a l lb em k e nb a c kt oa n a e r o b i ca r e a i ti sg o o df o rp h o s p h o rr e l e a s ea n dr e m o v a l m o c ob i o c h e m i c a lr e a c t o ri se f f e c t i v ei np h o s p h o r o u sr e m o v a la n dd e n i t r i f i c a t i o na n dc o d r e m o v a l t h ec o dt ni no u t f l o wc a nd e c r e a s et ou n d e rt h en o r m a lr e s tw a t e rq u a l i t y m o c ob i o c h e m i c a l r e a c t o rt e c h n i c ss h o u l db em e n d e d ，t h ed y n a m i c sm o d e li s ： 1 ) f 1 0 wf i l n c t i i s ：e q ) - o 6 8 e 蚴；，p ) 一1 一e 。0 触 2 ) t h es u i t a b l ep a r a m e t e r sa b o u tm o c o w a sr e c e i v e d ：t h er a n g eo fi ti sa b o u ts i xt of o u r t e e nd a y s ； t h er a n g eo fd i s s o l v e do x y g e nc o n c e n t r a t i o na tt h em i d d l ep a r to fa e r a t i o nr e a c t o ri s2 - - - 4m e n ，t h er a n g eo f t o t a lh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m eo ft h es y s t e mi s6 - - s h r s ，a n dt h er a n g eo fs l u d g el o a d i n go fc o di sa b o u t 0 4 5k g b o d k g m l s s d 3 ) i nt h ea n a e r o b i ca r e a ，t h ed y n a m i c sm o d e lo fc o d r e l e a s ei s ： p ( 筹) _ 訾e ( _ 筹) a n dt h ed y n a m i c sm o d e lo ft h ep h o s p h o rr e l e a s ei s ： 只一百p o + r p 沉+ 帮e ( 等) 4 ) i nt h ea n o x i ca r e a ，t h ed y n a m i c sm o d e lo ft h ep h o s p h o rr e m o v a li s ： 只= 印一戳 5 ) t h ed y n a m i c sm o d e li sb yt h ef l o wf u n c t i o ne s t a b l i s h e do ft h eo r g a n i c sr e m o v a l ： 娩。曼二羔+ 堕 ( 1 + 尺) ( 1 + 厶乙纯) 1 + r f = o a a 一笔剖r k e y w o r d s ：m o c ob i o c h e m i c a lr e a c t o rn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a l p l u gf l o w d e s i g na n dc a l c u l a t i o n 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：田海燕2 0 0 7 年5 月2 7 日 旧膨盛 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：田海燕毛啄刍巫2 0 0 7 年5 月2 7 日 导师签名：高俊发 召终纠 2 0 0 7 年5 月2 7 日 长安大学硕上学位论文 第一章绪论 1 1 我国水污染现状n 删 我国水资源总储量平均每年达2 8 0 0 0 亿m 3 ，但人口众多，因而人均水资源拥有量仅 为2 3 4 0 m 3 a ，为世界平均值的1 4 。并且水资源时空分布也不均，南多北少，东多西少。 在水资源有限的情况下，我国水环境污染状况又相当严重。国家环保总局统计显示：自 1 9 8 5 年以来，我国废水年排放总量一直维持在3 5 0 亿- 4 0 0 亿吨左右，1 9 9 7 年废水排放量 达到最高值4 1 6 亿吨，其中工业废水排放量2 2 7 亿吨，市政污水排放量1 8 9 亿吨。废水中 化学需氧量( c o d ) 排放量达1 7 5 7 万吨，其中工业废水c o d 排放量1 0 7 3 力吨，市政污水c o d 排放量6 8 4 万吨。2 0 0 3 年全国家废水排放量总达4 1 0 亿吨，其中工业废水占4 1 2 ，生活 污水5 3 8 ，全国七大江河水系的4 0 7 个监测断面中，仅有3 8 1 符合五类以上水质标准， 全国7 5 的湖泊出现了不同程度的富营养化。2 0 0 4 年，全国废水排放总量4 8 2 4 亿吨， 比上年增加4 9 。其中工业废水排放量2 2 1 1 亿吨，占废水排放总量的4 5 8 ，比上年 增加4 1 ；城镇生活污水排放量2 6 1 3 亿吨，占废水排放总量的5 4 2 ，比上年增加5 5 。 废水中化学需氧量排放量1 3 3 9 2 万吨，比上年增加o 4 。其中工业废水中化学需氧量 排放量5 0 9 7 万吨，占化学需氧量排放总量的3 8 1 ，比上年减少0 4 ；城镇生活污水 中化学需氧量排放量8 2 9 5 万吨，占化学需氧量排放总量的6 1 9 ，比上年增加o 9 。 废水中氨氮排放量1 3 3 0 万吨，比上年增加2 5 。地下水质有恶化趋势，近岸海域四类： 劣四类海水占3 0 。更为严重的是，我国部分城市饮用水安全受到威胁。在4 6 个重点城 市中，仅有2 8 3 的城市饮用水源的水质良好，4 5 5 的城市水质较差，农村饮用水卫生合 格率仅为6 2 1 。 。 城市污水处理厂建设作为城市环境污染防治的重要措施和手段之一，越来越受到政 府和社会各界的高度重视，在全国不同地区建设了一批城市污水处理厂。天津市纪庄子 污水处理厂是我国第一座大型城市污水处理厂，于上世纪8 0 年代投入使用，处理规模为 2 6 万m 3 d 。在此成功经验的带动下，北京、上海、广东、广西、陕西、山西、河北、 江苏、浙江、湖北、湖南等省市根据各自的具体情况分别建设了不同规模的污水处理厂 几十座。1 9 9 6 - - - 1 9 9 9 年竣工投入运行的城市污水处理项目有2 2 个，投资5 9 5 8 亿元，日 处理规模3 7 1 7 万m 3 在建项目1 0 9 个，计划投资1 6 1 8 3 亿元。进入2 1 世纪后，随着城 市发展和环境污染的加剧，我国城镇污水处理厂的建设开始加速发展。2 0 0 3 年全国污水 第一章绪论 处理率为4 2 3 9 ，其中约有2 7 4 的城市污水得到污水处理厂的集中处理。2 0 0 5 年 年底，中国城市污水处理率已达5 2 ，比2 0 0 0 年提高1 8 个百分点，其中1 3 5 个城市的污水 处理率已达到或接近7 0 。然而，中国水污染防治的形势依然严峻，城市污水和垃圾处理 滞后的局面没有根本扭转。到2 0 0 5 年底，中国6 6 1 个设市城市中目前共建成污水处理厂 7 9 1 座，全国还有2 7 8 个城市没有建成污水处理厂；有3 0 多个城市约5 0 多座污水处理厂 运行负荷率不足3 0 ，或者根本没有运行；污水处理厂污泥和垃圾普遍存在二次污染隐 患；污水再生利用水平有待提高；一些企业超标排污，严重影响污水处理厂安全运行。 为了有效控制水污染和实现污水资源化，我国政府加大了城市污水处理基础设施建设的 投资力度，并对城市污水处理率提出了明确的要求：2 0 0 7 年年底，城市污水处理工程个数 将增加到7 3 个，总的处理规模为5 0 0 万m 3 d ，城市污水处理率为5 8 ；到2 0 1 0 年，全国 设市城市和县城所在的建制镇均应规划建设污水集中处理设施，所有设市的城市，污水 处理率不低于6 0 。直辖市、省会城市、计划单列市和风景旅游城市，污水处理率不低于 7 0 。 1 1 1 地表水体严重污染 据水利部2 0 0 5 年资料，全国日排污水已超过1 3 亿吨，其中8 0 以上未经任何处 理就直接排入水域，使江河湖海普遍受到污染，7 8 流经城市的河段已不适宜作为饮用 水源，城市地f 水的5 0 受到污染。据调查，6 0 的人体疾病与饮用不清洁的水有关。经 过对5 3 2 条河流的监测，有4 3 6 条河流遭受了不同程度的污染。中国7 大河流经过的1 5 个主要大城市的河段中，有1 3 个河段水质污染严重。对全国1 3 1 个主要湖泊和3 9 座大 中型水库的调查，有6 7 个湖泊，1 2 座水库已经处于富营养化水平，如1 9 9 9 年1 0 月太 湖流域水环境监测结果，对环太湖的2 7 条主要河流3 5 个断面监测，7 7 为污染水体， 5 4 为水质i v 类、v 类，6 7 以上的水面富营养化。有的城市平均每天产生污水6 0 0 万吨，拥有二级深化处理能力的约占1 0 ，然而近一半的处理能力却因管网未能联结而 不能正式运转，大量污水未经二级处理便排入江河湖海，污染了环境。 1 1 2 地下水体严重污染 据环境保护部门对我国1 1 8 个城市地下水污染监测资料的评价，污染较重的城市有 7 6 个，占6 4 ，污染较轻的城市3 9 个，占3 3 ，基本未受污染的城市只有3 个，不足 3 。据统计分析，地下水污染的特点一是“氮污染；二是硬度升高；三是酚、氰化 2 长安大学硕j ：学位论文 物、砷、汞、铬、氟等有毒有害物质污染。这类物质对人体健康有严重危害，它们 不易分解，不易沉淀，易被生物体富集转化成毒性更强的有机化合物，并在迁移循环过 程中遍布水体、土壤和作物，污染环境，危害生态。 1 1 3 降水酸化正在成为新的污染源 我国是以煤为主要能源的国家，目前年产原煤7 - 8 亿吨，其中含硫量在2 以上的 煤约占1 6 ，且大部分煤在利用前不进行加工处理，以含灰分、硫分多的原煤形式直接 燃烧，燃烧设备净化能力普遍比较低。全国性的酸雨普查工作表明，我国已有不少地区 降落酸雨，并且有由北向南逐渐增加的趋势。调查表明，以煤烟型为主的大气污染导致 酸雨的覆盖面积约占国土面积的3 0 ，呈明显的区域性特征。近年来，我国降水年平均 p h 值低于5 6 。据监测，酸雨地区城市地下水的p h 值也明显下降，如贵阳、常州、重 庆等城市，近年来p h 值年下降速率达0 0 3 5 - - 0 0 4 5 ，因水质酸化，造成地下水总硬度 增加、重金属污染和有机物污染加剧。 众所周知，水污染对于工农业的影响是不可低估的。绝大多数的工业生产离不开水， 水质会直接影响工业产品的质量，如造纸、印染等工业产品，使用不清净的水会造成产 品的色泽晦暗；酿酒、食品等使用不卫生的水会导致饮料和食品的卫生质量不合格，直 接危害人们的身体健康；污水对农业的影响更为严重，用污染的水灌溉农田，会造成土 壤质量降低，农作物减产、变质，甚至颗粒不收；污水对渔业造成的危害也非常大，可 使水生生物缓慢中毒，出现畸形的或是带有怪味的鱼虾，严重时一夜之间成百上千的鱼 死亡。 未经处理或处理不当的工业废水和生活污水排入水中，当数量超过水体自净能力 时，就会造成水体污染，对人体健康产生影响。如，甲醛汞中毒( 水侯病) 、镉中毒、砷 中毒、氰化物中毒、农药中毒、多氯联苯中毒等。铅、钡、氟等也可对人体造成危害。 这些急性和慢性中毒，是水污染对人体健康危害的主要方面。 1 2 我国传统活性污泥处理工艺的发展应用n 0 _ 捌 自最早的废水生物反应器叫o r i s 池问世以来，污水处理已有百年历史。第一个生 物膜法处理设施在英国实验成功后，1 9 0 0 年开始付诸实践，并迅速在欧洲和北美得到广 泛应用。第二次世界大战后，城市污水处理技术得到了快速发展。2 0 世纪5 0 年代，欧洲 工业的快速发展，使水环境污染日益严重，以城市污水处理为主要内容的泰晤士河和莱 3 第一章绪论 茵河的治理受到了重视并取得了成功的经验。随后短短的1 0 多年时间内水污染控 制就开始从未端治理步入污染综合防治的较高级阶段。在这一阶段中，人们除继续开发、 研制水污染控制技术外，更加注意环境立法、环境管理和综合防治措施的发展，从工艺改 革、推行清洁生产和依靠科技进步等方面控制污染。在污染控制技术方面充分利用环境 自净能力、全面考虑污染控制费用，通过系统控制工程进行区域综合控制，取得环境、经 济、社会效益的统一。到7 0 年代末，美国已投资了数万亿美元建设了1 8 0 0 0 座的城市污 水处理厂，英国、法国、德国也各兴建了7 0 0 0 - 8 0 0 0 座城市污水处理厂。8 0 年代后，这 些国家的污水处理水平进一步提高，兴建了一批具有脱氮除磷的污水处理设施，这些处 理设施在改善水环境质量方面起到了重要的作用。 我国城市污水处理技术发展起步较晚，2 0 世纪5 0 年代前还停留在水体自净阶段；6 0 年代进入农田利用阶段；7 0 年代，许多城市开始注意城市污水处理问题并采取了一定的 措施，但重点放在工业污染源的分散治理上，污水处理进入了分散治理阶段；进入8 0 年 代后，污水处理进展较快，进入了水污染的综合防治阶段。我国第一座大型城市污水处理 厂天津市纪庄子污水处理厂于1 9 8 4 年4 月2 8 日竣工投产运行，处理规模为2 6x 1 0 5 m 3 d 在此成功经验的带动下，北京、上海、广东、广西、陕西、山西、河北、江苏、 浙江、湖北、湖南等省市根据各自的具体情况分别建设了不同规模的污水处理厂几十座。 到2 0 0 0 年底，全国已建设城市污水处理厂4 2 7 座，其中二级处理厂2 8 2 座，这些污水处理 设施对遏止水环境污染加剧的趋势起到了重要作用。但是，不容乐观的是，我国的城市污 水处理率目前还不到2 0 。 污水生物处理法是1 9 世纪末出现的治理污水技术。发展至今，它已经成为世界各 国处理污水的主要手段，在污水处理领域中占有重要地位。我国现阶段的城市污水处理 主要以生物法为主，物理法和化学法起辅助作用。以生物法为主的处理工艺主要有以下 几种类型。 1 2 1 普通活性污泥法 自1 9 1 4 年英国建成首家活性污泥处理试验厂以来，活性污泥法已经有近9 0 年的 历史。人们对活性污泥法的净化机理、反应规律、运行管理进行了深入的研究。 活性污泥法的主要处理构筑物是曝气池和沉淀池。在曝气池停留一段时间后，污水 中的有机物绝大部分被曝气池中的微生物吸附后，氧化分解成无机物。在沉淀池中，呈 4 长安大学硕士学位论文 絮状的微生物絮体一活性污泥下沉，而上部的清液溢流排放。为了保持曝气池中污 泥的浓度，沉淀后的部分活性污泥又回流到曝气池中。普通活性污泥法流程见图1 1 。 图1 1 普通活性污泥法流程图 多年的应用实践表明，此方法稳定可靠，已经积累了丰富的设计和管理经验，配套 设备生产已经系列化。但该工艺容易产生污泥膨胀现象，除磷和脱氮效果差。 1 2 2a o 法 a o 法是在传统活性污泥法基础上发展起来的一种缺氧一好氧生物法处理工艺由 于该工艺中好氧池和缺氧池形成硝化一反硝化系统，具有明显的脱氮作用。a o 法的主要 特点是：适应能力强；耐冲击负荷；高容积负荷；不存在污泥膨胀；排泥量非常 少；具有较好的脱氮效果。但需要进行严格的控制，管理水平的要求比较高。a o 法流 程见图1 2 。 1 2 3 7 0 法 进水 礁 f 池 好 瓴 池 ：水 0 c 卜一 池l ，；竺幽i | i l l 淹污汜i 剥余污泥 图1 2a o 法流程图 a 2 o 法即厌氧缺氧好氧工艺，它把除磷、脱氮和降解有机物3 个生化过程 巧妙地结合起来。磷在厌氧区释放，在好氧区吸收，达到除磷目的。污染物在好氧区 被氧化降解，去除c o d 和b o d ，同时在硝化菌作用下，有机氮转化的氨氮继而转化为 亚硝酸氮和硝酸氮，含有硝酸氮的大量混合液回流到缺氧区进行反硝化脱氮。该工艺 由于污泥回流，污泥处理工作量大，节能差，且工艺条件比较复杂。a 2 o 法流程见 5 第一章绪论 图1 3 。 1 2 4a b 法 当隧h 薹鬟h 铲- - - - 水i 惭：；尸k 滟 l | 漉 翻ei 剩余汜滟 图1 3e o 法流程图 a b 法是吸附生物降解法( a b s o r p t i o n b i o d e g r a d a t i o n ) 的简称，是德 国亚琛工业大学b o h n k e 教授于7 0 年代中期开发的一种新工艺。该工艺不设初沉池， 该工艺将曝气池分为高低负荷两段，各有独立的沉淀和污泥回流系统。高负荷段( a 段) 停留时间约2 0 - 4 0 分钟， 以生物絮凝吸附作用为主，同时发生不完全氧化反应， 生物主要为短世代的细菌群落，去除b o d 达5 0 以上。b 段与常规活性污泥法相似，负 荷较低，泥龄较长。a b 法a 段效率很高，并有较强的缓冲能力。b 段起到出水把关作 用，处理稳定性较好。对于高浓度的污水处理，a b 法具有很好的适用性， 并有较高 的节能效益。尤其在采用污泥消化和沼气利用工艺时，优势最为明显。但是，a b 法污 泥产量较高，a 段污泥有机物含量极高，污泥后续稳定化处理是必须的，将增加一定 的投资和费用。另外，由于a 段去除了较多的b o d ，可能造成炭源不足，难以实现脱 氮工艺。对于污水浓度较低的场合，b 段运行较为困难，也难以发挥优势。目前有仅采 用a 段的做法， 效果要好于一级处理，作为一种过渡型工艺，在性能价格比上有较 好的优势。一般适用于排江、排海场合。 该工艺从8 0 年代开始应用于生产实践。由于具有一些独特的特点，越来越受到污 水处理界的青睐。但a b 法也存在污泥量大、构筑物及设备较多，运行管理复杂的缺 点。a b 法流程见图1 4 。 6 长安大学硕士学位论文 1 2 5s b r 法 l a 叫鬟 l 池 i 知c 池 泥| l l l 流 图1 4a b 法流程图 s b r 是序列间歇式活性污泥法( s e q u e n c i n g b a t c hr e a c t o ra c t i v a t e ds l u d g e p r o c e s s ) 的简称，是一种按间歇曝气方式运行的活性污泥处理技术，又称序批式活性 污泥法。s b r 技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应 替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀它的主要特征是运行的有序和 间歇操作，s b r 技术的核心是s b r 反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能 于一池，无污泥回流系统。正是s b r 工艺的这些特殊性使其具有以下优点：( 1 ) 理想的 j 推流过程使生化反应推动力增大，污水在理想的静止状态下沉淀，需要的时间短、效率 高，运行效果稳定，出水水质好；( 2 ) 耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀 释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击；( 3 ) 反应池内存在d o 、b o d 5 浓度梯度， 有效控制活性污泥膨胀；( 4 ) s b r 法系统本身也适合于组合式构造方法，利于污水厂的 扩建和改造；( 5 ) 实现好氧、缺氧、厌氧状态的交替，具有良好的脱氮除磷效果；( 6 ) 工 艺流程简单、占地面积小、造价低。 但s b r 法存在对自动控制技术和连续在线分析仪表要求高、运行管理复杂的缺点。 s b r 流程见图1 5 。 图1 5s b r 流程图 7 第一章绪论 1 2 6 氧化沟法 氧化沟又称循环曝气池，是在5 0 年代由荷兰卫生工程研究所开发的一种工艺技 术该法是活性污泥法的变种，属于低负荷、延时曝气活性污泥法氧化沟法具有处理 工艺及构筑物简单、无初沉池和污泥消化池( 一体式氧化沟还可以取消二沉池和污泥回 流系统) 、泥龄长、剩余污泥少且容易脱水、处理效果稳定等特点。但存在负荷低、占 地大的缺点。氧化沟法的流程见图1 6 。 1 2 7 腿r 法 图1 6 氧化沟法的流程图 m b r 是膜一生物反应器( m e m b r a n e b i o r e a c t o r ) 的简称，是由膜分离技 术和传统的生物技术相结合而产生的一种先进、高效的污水生物处理技术该法由膜分 离技术代替了传统的二沉池，且又具有处理水质好而稳定、设备简单紧凑、能耗低、剩 余污泥产量低等优点而受到人们普遍重视。日本等发达国家早在7 0 年代就进行了大量 的研究。近年来，这种工艺作为一种新型高效的废水处理技术，在高层建筑的中水处理、 粪便废水处理以及工业废水处理等方面得到越来越广泛的关注。 膜一生物反应器的基本原理与常规活性污泥法相似，不同的是它结合了高效膜分离 技术，将活性污泥几乎全部截留在反应器内，实现水力停留时间和污泥泥龄的完全分离， 使反应器内微生物浓度大大提高，从而提高装置的容积负荷。具有占地面积小、污染物 去除效率高、出水水质好、污泥产量低等优点但对膜的同常维护要求比较高。 近年来有关m b r 的研究在国外已有报道，而国内的研究却起步较晚。但m b r 以其 独特的优势越来越受到污水处理界的关注m b r 法流程见图1 7 。 图1 7m b r 法流程图 8 长安大学硕 ：学位论文 1 3 课题的提出、研究的目的内容及技术路线 1 3 1 课题提出 由于常规的活性污泥工艺对氮、磷的去除率很低，出水中含有较高的氮、磷，所以 容易引起受纳水体的富营养化。随着对污水处理工艺研究的逐步深入，人们对传统的活 性污泥工艺流程不断进行改造，以提高对氮、磷的去除。近年来广泛采用的a o 法、a 2 0 法、o r b a l 、s b r 、u n i t a n k 等工艺在脱氮、除磷方面都起到了一定的作用。o c o 工 艺是在上述工艺的基础上经多年的研究与实践推出的。该工艺具有脱氮、除磷功能强、 自动化程度高、运转方式灵活、占地少、出水水质稳定等特点。十几年来，o c oi 艺已 被证实为一种经济有效的处理方法，目前丹麦有近2 0 座采用o c o 工艺的污水处理厂， 且运行良好。除丹麦外，在瑞典、法国、比利时、德国等国新建有o c o 污水处理厂并已 投入运行。 o c o 工艺实质上也是基于厌氧、缺氧和好氧生化反应原理去除有机物和除磷脱氮的， 但它独特的池型结构和设备配置使生化池内的缺氧区和好氧区既能相对分开，又能巧 妙地解决混合液内回流的矛盾，从而形成一种新型的污水处理工艺，目前在欧洲得到广 泛的应用。该工艺的生化池因厌氧区、缺氧区和好氧区的组合形似o c o 、故称为0 c o 工 艺。o c o 工艺是十几年前由丹麦的技术人员开发出来的( 见图1 8 ) ，因为当时丹麦的有 关部门对污水处理不仅要求去除有机物( b o d ) ，而且同时要求去除氮和磷幢? 。 图1 8o c o 工艺流程 1 厌氧区2 缺氧区3 好氧区4 混合区 o c o 工艺是一种活性污泥工艺，b o d 、氮和磷的去除均在o c o 池中进行，o c o 池的构 造在动力学方面可保证形成适合污水处理的生化和物理环境。原水经粗格栅去除大的漂 浮物，经泵房提升，再经细格栅、沉砂池等物理处理后，进入o c o 反应池的厌氧区与回流 污泥混合，由于是厌氧环境回流的污泥在此吸附污水中的有机物并进行磷的释放。随后 混合液进入缺氧区，其主要功能是进行反硝化并进行部分好氧氧化。反硝化中的n 0 3 一n 9 第一章绪论 由混合区中的混合液提供。整个系统不是一个闭合区域，其形状象一个开口的c ， 口内为缺氧区，口外为好氧区，开口处即形成一个混合区，在混合区来自好氧区的污水 和来自缺氧区的污水进行混合后重新分配。一部分再进入好氧区进行好氧氧化、硝化和 磷的吸收后进入后续的沉淀池，另一部分则再回流至缺氧区进行反硝化。混合液进入终 沉池，进行固液分离。沉淀后的污泥一部分回流到o c o 反应池，另一部分作为剩余污泥 处理。沉淀后的上清液排放水体。 由于集厌氧缺氧于一池，除完成b o d 的去除外，o c o 工艺还可以实现生物脱n 除 p 。其污水处理效果好，运行稳定，产生的污泥易于沉降，运行方式灵活，可以a o 或a o 方式运行。占地面积小，电耗低，土建投资省，较传统活性污泥法可省投资2 0 3 0 ，o c o 工艺对高浓度污水处理效果很理想，且污水经过三级处理之后，可以用于清洗马 路，美化环境，节省费用，非常适用于水资源紧张的城市的污水处理他。o c o 工艺有其独 到的构思和特点，同时也具有1 5 年以上国外成功运行的经验；其灵活运行、节约能耗 的特点是很值得借鉴研究的。也存在如下问题需要解决： 1 ) 单池处理规模较小，一般1 0 万m 3 d 以下，o c o 池直径最大目前为d = 5 0 m 。 2 ) 由于除磷或构造上的原因，泥龄较短，污泥稳定不够。 3 ) 微孔曝气器易堵塞，给管理、检修带来工作量。 4 ) 化学除磷须增加设备及装置，使投资及日常运行费用有所增加。 5 ) 对搅拌器运行、曝气量大小的灵活改变基于进水水质、水量等在线仪表瞬时信 号的传递及系统对设备的控制。故对自控系统要求较高。 6 ) 缺氧环境波动较大，不利于厌氧反硝化作用。 在对其进行分析研究中，我们发现对于0 c o 这种不是封闭的系统，要满足生化处理 所需的缺氧环境是很难实现的( 这在文中将得到证实) ，为避免系统会处于一种完全混 合的状态而破坏缺氧环境，我们对o c o 进行改进，提出了m o c o 工艺。m o c o 污水生化处 理即在混合区加入一道导流墙( 见图1 9 ) ，可有效的保护缺氧区的缺氧环境，在系统内 可形成有效的氧梯度，可进一步提高系统的脱氮除磷。 1 0 k 宜太学碰i 学位论史 幽1 9m o c o1 ：艺流程 1 厌氧区2 缺氧区3 一好氧援 4 - 混合区 1 32 研究目的和内容 本课题研究的主要目的是：开发一种适用于小城镇污水处理特点的一种新型工艺， 工艺出水水质达到国家一级污水处理排放标准，并具有便于管理及经济性等优点而得到 广泛的应用。 1 ) 通过m o c o 工艺处理城市污水试验研究，揭示反应器处理城市污水特性与规律。 2 ) 通过对m o c o 反应器处理城市污水有机物的动力学分析建立c o d 去除、n 去除 和p 去除动力学模型。 3 ) 进步提高系统的脱氮除磷功能。 4 ) o c o 工艺污染物c o d 、k 、p 去除效果的试验研究。 5 ) 通过工况调试运行，找出影响该反应器的影响因素和确定运行参数。 1 3 3 试验技术路线 在对o c o 反应器分析研究，确定出如下试验技术路线( 图1 1 0 ) ： 从 统 直 泥 第一章绪论 选题 污木簟糖妊理往垦1 9 世纪束出墁的治理污 禾挫术粒嘱t 夸它已经成为世界备固赴 理以表的l 至 段舟污承娃理镬域中占育 重爱地位，挽旧现阶段的疆r h 污木址理 = 叠 以牛物往为t 物理法和化学法起辅助作甩 v 查阅国内外文献资料 资料_ 传境处理工艺比较o c o x 艺有 纠的杓恩和特点同时电具育1 5 年以上 f 国外成功也子r 的纤验：其灵话运行节约麓 也的特点罡璺苎兰璺兰竺兰竺： 1 f 一+ 耐f 。ji 解敏惺畦 l 保护状i t 彤威坻氲 丫 工艺的改良一m 口c 口 芑遵 i 理论分析发现其厌氯区溶 达到羹求增抽一道导瑰墙可有效 “一i 幽试验发现在导渡墙内一可 肺境 f 一试验结论 荷出m 口c 已工艺的氨氮士际率出 口二口工艺的7 0 可上升至8 0 ，符 台论理分析结论 图1 1 0 技术路线图 1 2 长安大学硕l j 学位论文 第二章m o c o 反应器理论分析 2 1 有机物去除理论 正是由于m o c ot 艺反应池中存在三种不同的分区，从而可以实现对b o d 、n 、p 的同 时去除。 2 1 1b o o 的去除 污水生化处理中b o d 是靠微生物的吸附、代谢作用得到降解。在3 区有氧的条件 下，微生物将污水中的一部分有机物用于合成新的细胞，而将另一部分有机物进行分 解代谢以便获得细胞合成所需的能量，其最终产物是c 0 2 和h 2 0 等稳定的物质。在这些 合成代谢与分解代谢过程中，溶解性有机物( 如低分子有机酸等易降解有机物) 直接进 入细胞内部被利用，而非溶解性有机物则首先被吸附在微生物表面，然后被酶水解后进 入细胞内部被利用。b o d 在好氧降解中的需氧量随着反应池内微生物污泥龄增长而增加 1 2 5 ) 。见图2 1 。 2 1 2 氮的去除 图2 1 有机物的去除 氮是一种生物所需的重要元素，约为蛋白质含量的十二分之一，是自然界水体富 营养化的重要指标之一。对于城市综合污水，通常采用生物除氮，在处理过程中一部 分氮被组成微生物的机体，以污泥形式从污水中排除，这部分量可视为被去除b o d 的二 十分之一。另一部分通过“污泥”中的自养菌氧化成n 0 3 一或n o ，氮的氧化阶段称之为 硝化。在m o c 0 工艺中硝化阶段在3 区完成。n h 3 一n 消失时认为污水已无机化稳定，然 而水体中的n 旷一n 的存在给生物体提供了营养源，促使藻类繁殖。为此，通过“污泥 中的兼性异养菌在分解有机物的同时，夺取n 0 中的氧进行反硝化，使n 。在水中逸出，与 1 3 第一二章m o c o 反应器理论分析 此同时氧能得到充分回收，从而降低了动力消耗。由于反硝化阶段需要缺氧环境， 所以反硝化在2 区完成。反硝化要求有碳源，一般认为b o d 5 n 3 ，最好 5 时反 硝化就可以顺利进行。 2 1 3 磷的去除 磷也是一种生物所需的重要元素，它在自然界中是促使藻类繁殖的最主要元凶。水 中的磷以正磷酸盐( p o 。叫一p ) 、聚磷酸盐及有机磷存在，其中p 0 3q p 可以直接被 微生物代谢，聚磷酸盐可以缓慢地水解成p 0 3 一一p ，生活污水和大部分工业污水中不 存在有机磷的问题。污水中的磷在生物处理过程中约有b o d ；量的百分之一被合成为微生 物的新机体，其它部分则是利用污水中的聚磷菌在厌氧条件下释放出体内的磷酸盐， 产生能量用于吸收b o d ，并转化为p h b ( 聚1 3 羟丁酸) 储存起来。当这些聚磷菌进入好 氧条件时就降解体内储存的p h b 产生能量，用于细胞的合成而过量地吸收磷从而形成 含磷量高的污泥，当剩余污泥排出系统时，磷也随之排出，从而取得除磷的目的。在i d o c o 工艺中，磷酸盐的释放在l 区进行，磷的吸收在3 区进行。 2 2m o c o 反应器池型结构动力学研究 强大的脱氮除磷功能是由于污水在反应池内反复混合、分别好氧缺氧、混合、分别 好氧缺氧等数次后实现，从工艺流程上，其原理相当于从0 与一系歹i j a o 或o a 生化装置 的串联，类似氧化沟呈推流式；从池型结构上，环状结构和互通结构使其在流态上又具完 全混合式特征。保持其强大的脱氮除磷功能首先必须保证池型结构上，能满足其功能需 求的好氧及缺氧环境，即需合理分配各区的体积。 由于m o c o 反应器是建立在o c o 反应器的基础上，m o c o 与o c o 反应器的分区是相同的， 为简化计算以o c o 反应器为计算实例，从动力学角度分析其理论依据，见o c o 流程图1 8 。 2 2 1 好氧区体积v 1 在计算各区的体积时，对各区的界线应先说明：如图2 2 ，3 区为好氧区( 硝化区) ； 1 区为厌氧区；对于缺氧区( 反硝化区) 划分认为应是2 区和4 区之和，资料显示汹1 在 4 区溶解氧量下降，2 区低氧污水的流入保持了4 区的低氧环境也为反硝化提供了充足 的碳源。 1 4 长安大学硕十学位论文 2 2 1 1 硝化菌比生长速率l lo u o 一0 4 7 x i 1 0 3 ( 卜1 5 ) ( 2 1 ) 式中：l ao 为硝化菌比生长速率，d ；t 为设计污水温度，北方地区通常取i o 。c ，南方 地区可取l l 1 2 。 2 2 1 2 硝化菌泥龄0d c n ；f 土 ( 2 2 ) l o 式中：0d c n 为硝化菌设计泥龄，d ；