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太原理：l 人学硕十研究生学位论文 s b b r 工艺同步硝化与反硝化反应特性研究 摘要 随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，越来越多的含氮化合物 进入水体，造成水体富营养化问题提日益严重，进一步加剧了水资源短缺 的矛盾，对可持续发展战略的实施带来了严重的负面影响，因此，有效减 少水体氮污染已变得越来越重要。同步硝化反硝化作为一种新近发展较快 的生物脱氮方法，具有氨氮去除率较高，工艺流程简单，便于操作管理， 节能经济等优点。在水污染控制领域，尤其在城市小区污水回收处理等分 散处理领域有着广泛的应用前景，符合我国目前所处的国情。 本论文采用人工配制的模拟生活污水为处理对象，以立体弹性填料为 生物膜载体，在s b b r 系统中具体的考察分析了影响同步硝化反硝化生物 脱氮的各参数d o ，c o d ，h r t , p h 值对反应效果的影响，从而获取了各参数 的最佳控制范围。研究表明，溶解氧浓度、t c o d t n 比是影响s n d 脱氮 效果的关键因素，并通过生物膜法s n d 现象作用机理对反应现象进行了分 析探讨。通过试验分析，得到了以下主要结论： ( 1 ) 生物膜s b r 法对c o d 具有良好的去除效果，在不同的进水p h 值、d o 浓度、c o d t nl l ( c o d 浓度) 对c o d 去除效果的影响都不是很大， c o d 的去除率均在8 5 以上。说明生物膜法的耐有机负荷冲击能力很强。 ( 2 ) 通过试验分析，确定了本试验s n d 脱氮效果最佳的工艺参数： p h 值为7 5 ( 在p h 值为7 0 8 5 问，均可得到较好的s n d 效果) ；d o 浓 度为2 5 m g l ；最佳的进水c o d 浓度为5 0 0m g l 左右，t c o d t n 比为1 1 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 但t c o d t n 比为9 1 3 时，仍能得到较好的s n d 脱氮效果，t c o d t n 适宜范围较宽) 。 ( 3 ) 在试验得出最佳的参数条件下，用模拟废水连续运行一周期，当 n h 4 + - n 与c o d 的进水浓度分别为4 5 m g l 和5 0 0 m g l 时，s b b r 工艺对二 者的去除率分别为8 4 和9 3 ，出水达到一级排放标准的b 类标准，检验 了最佳条件可靠性。对比一周期运行s b r 工艺和s b b r s n d 工艺，s b b r 系统在多方面体现出优越性。 关键词：s n d 过程，生物膜，s b b r 工艺，硝化反应，反硝化反应 太原理l ：大学硕士研究生学位论文 s t u d yo ns i m u i j a n e o u sn i t r i f l c a t i o n a n dd e n l t r i f i c a t i o n a b s t r a c t a st h ew a t e re u t r o p h i c a t i o nb e c o m i n gm o r ea n dm o r es e r i o u s ，e s p e c i a l l ya s t h es t a n d a r d so fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sh a db e e ni m p r o v e d ，i ti sn e c e s s a r yt o d e v e l o pah i g h - e f f i c i e n t ，l o we n e r g yr e q u i r e da n ds i m p l yo p e r a t e dt e c h n o l o g yt o n u t r i e n tr e m o v a l a san e w b i o l o g i c a ln i 打o g e nr e m o v a l ，s 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 ss o m ea d v a n t a g e s ，s u c ha sh i g he f f i c i e n c y , s i m p l ep r o c e s s ，e a s yo p e r a t i o n ，l o wc o n s u m p t i o na n ds oo n i nt h ef i e l do fw a t e r p o l l u t i o nc o n t r o l ，p a r t i c u l a r l yi nu r b a na r e as e w a g er e c y c l i n gh a saw i d e rr a n g e o ff o r e g r o u n di na p p l i c a t i o n sa n di su pt ot h er e q u i r e m e n to fo u r c o u n t r y t h i sp a p e rp r e p a r e db ya r t i f i c i a ls i m u l a t i o nl i v i n gs e w a g ew a st r e a t e dt o t r i d i m e n s i o n a le l a s t i cf i l l e rf o rb i o f i l mc a r r i e r i nt h es b b r s y s t e mt h er e g u l a r t h a tt h em a i nf a c t o r ss u c ha sh r t , p h ，d o ，a n dc o dc o n c e n t r a t i o n ( o rc n r a t i o ) a f f e c t e ds n dh a db e e nr e s e a r c h e d ；a n dt h eb e s tc o n t r o l l i n gc o n d i t i o no f t h ef a c t o r sh a db e e ng a i n e d t h er e s e a r c hh a ds h o w e dt h a t ，d oc o n c e n t r a t i o n a n dc nr a t i ow e r et h em a i nf a c t o r sa f f e c t i n gs n dn i t r o g e nr e m o v a l ，a n dt h e p h e n o m e n o nw a sa n a l y z e dt h r o u g hb i o f i l ms n dp h e n o m e n o no nt h er e a c t i o n m e c h a n i s m t h em a i nc o n c l u s i o n sa r et h ef o l l o w i n g ： 1 b i o f i l ms b rm e t h o dh a sag o o de f f e c to nt h ec o dr e m o v a l i ti sn o t i i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 o b v i o u sf o rd i f f e r e n ti n f l u e n tp h ，d oc o n c e n t r a t i o n ，c nr a t i o ( c o d c o n c e n t r a t i o n ) t oa f f e c tt h ec o d r e m o v a le f f i c i e n c y , a n dt h ee f f i c i e n c yw a sa l l m o r et h a n8 5 s oi tw a so b v i o u st h a tb i o f i l mr e s i s t a n c eo ft h eo r g a n i cl o a d i n g c a p a c i t yl sv e r ys t r o n g 2 t h r o u g ht e s ta n a l y s i s ，t h eb e s ts n d d e n i t r i f i c a t i o np r o c e s sp a r a m e t e r s w e r e ：p hw a s7 5 ( b e t t e rs n d r e s u l t sc a nb eg o ta m o n g7 0 8 5i nt h ep h ) ；d o c o n c e n t r a t i o nw a s2 5 m g l ；i n f l u e n tc o dc o n c e n t r a t i o nw a s5 0 0m g l ， t c o d t nr a t i ow a s11 ( b u tb e t t e re f f e c ts n dn i t r o g e nc a nb eg o tw h e n t c o d t nr a t i ow a s9t o13 ，b e c a u s et c o d t na p p r o p r i a t es c o p ew a sw i d e r ) 3 i nt h eb e s tp a r a m e t e r sc o n d i t i o nd r a w nb yt h et e s t ，a c y c l i n g e x p e r i m e n t a lh a db e e no p e r a t e d w h e ni n f l u e n tn h 4 + - na n dc o d c o n c e n t r a t i o n w a s50 0m g la n d4 5m g l ，t h er e m o v a lr a t ec o u l dr e a c ha b o u t9 3 a n d8 4 r e s p e c t i v e l y , a n dt h ee f f l u e n tw e r eb e l o wt h ebg r a d eo ff i r s tg r a d ed i s c h a r g e s t a n d a r do fg b18 918 - 2 0 0 2 ，t e s t i n gt h eb e s tf a c t o r sr e l i a b i l i t y c o n t r a s t i n gt h e c y c l i n go p e r a t i o no fs b ra n ds b b r - s n dt e c h n o l o g y , t h es u p e r i o r i t ys b b r s y s t e mw a sp r o v e d k e yw o r d ：s n dp r o c e s s ，b i o f i l m ，s b b rs y s t e m ，n i t r a t i o nr e a c t i o n ， d e n i t r a t i o nr e a c t i o n i v 太原理i ：大学硕十研究生学位论文 符号说明 s b b r s e q u e n c i n gb i o f i l mb a t c hr e a c t o r 序批式生物膜反应器 s b r s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r序批式活性污泥反应器 s q n d s e q u e n t i a ln 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顺序硝化反硝化工艺 a n a m m o xa n a e r o b i ca m m o n i ao x i d a t i o n ，厌氧氨氧化 s n ds 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 同时硝化反硝化 c a n o nc 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 n亚硝酸全程自养脱氮 r e m o v a lo v e rn i t r i t e o l a n d o x y g e nl i m i t e da u t o t r o p h i c n i t r i f i c a t i o na n d 限氧自养硝化反硝化 d e n i t r i f i c a t i o n s h a r o n s i n g l er e a c t o rs y s t e mf o rh i 曲r a t ea m m o n i a 亚硝化型脱氮反应器 r e m o v a lo v e rn i t r i t e c o d c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d化学需氧量 b o d b i o l o g i c a lo x y g e nd e m a n d 生化需氧量 d o d i s s o l v e d o x y g e n溶解氧 t nt 0 t a j n i t r o g e n 总氮 t k nt o t a lk j e l d a h ln i t r o g e n 凯氏氮 s s s u s p e n ds o l i d 悬浮物 m l s sm i x e dl i q u i ds u s p e n ds o l i d混合液悬浮固体 s v s e t t l i n gv e l o c i t y 污泥沉降比 h r t h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e 水力停留时间 s r t s l u d g er e t e n t i o nt i m e 污泥停留时间 v 声明尸明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名： 坑 隰二一 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签 名： 导师签名： 白了艺 日期：兰二圣：三：2 日期：丑：鱼乏 太原理工大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 研究课题的提出及意义n 删 随着工农业生产技术飞速发展和人类活动及生活需求的闩益增加，环境资源的不断 变化，我国的水资源正在遭受各种污染物的污染，其中氮与磷的过量排放引起水体富营 养化问题己愈来愈严重，己成为世界上许多国家和地区共同关心的环境问题。根据对我 国1 3 0 余个湖泊的调查资料显示，高营养化湖泊占调查总数的4 3 1 ，中营养化湖泊占 调查总数的4 5 6 t 1 1 ，主要淡水湖泊除了处于人烟稀少地区与原始状态的部分湖泊外， 其营养盐水平基本上均达到了富营养化发生的标准浓度，水体的富营养化在多数湖泊中 己相当严重：过度增殖的藻类死亡时会耗去水中的氧，而一些藻类的蛋白类毒素可富集 在水产生物体内，并通过食物链使人中毒；n h 3 对鱼类和其他水生物有较大的毒性；排 放废水中的氨氮和有机氮会消耗受纳水体中的溶解氧。n h 3 对某些金属有腐蚀作用，会 使加氯量及除嗅除味的化学药剂成倍增加，从而增加给水处理的成本；n 0 2 - 和n 0 3 - 对 人体健康有害，水中亚硝酸氮超过l m g l ，即会使水生生物的血液结合氧的能力降低： 超过3m g l ，可在2 4 9 6 h 内使金鱼、鳊鱼死亡。亚硝酸氮与胺作用生成的亚硝胺有致 癌、致畸作用。饮水中n 0 2 - n 含量超过1 0 m g l 时可引起婴儿高铁血红蛋白症，亚硝 酸可使血红素中的f e 2 + 成为f e 3 + ，而失去结合氧能力。 废水中的含氮有机物的污染来源较多，排放量也较大。除大量的生活污水、动物排 泄物外，大量的工业废水，如炼油废水，制药废水、化肥、钢铁饲料和食品加工业废水， 以及垃圾填埋场渗漏水等，都含有大量的氨态氮。我国自8 0 年代以来，开始了污水脱 氮除磷的工作，并取得了一定的进展。但近年来，我国污水处理厂工艺技术改进的速度 滞后，加之乡镇企业的迅速发展，水体的富营养化问题还在加重，严重阻碍了我国国民 经济的发展。 水环境污染和水质富营养化问题的尖锐化迫使越来越多的国家和地区制定严格的 氨氮排放标准，对氮元素涉及的控制指标出单一的氨氮发展到硝念氮，总氮，例如，在 我国，要求新建的污水处理工艺其总氮和氨氮的出水标准是分别不大于1 5 m g l 和 5 m g l ，已建污水处理厂出水指标要求通过对工艺的改进升级后也要逐步达到城镇污 水处理厂污染物排放标准( g b l8 9 18 - 2 0 0 2 ) 规定要求。因此，更高的出水要求给我们 太原理工大学硕士研究生学位论文 的污水处理工艺提出了一个巨大的挑战，污水的脱氮除磷技术，特别是经济有效污水生 物脱氮除磷技术也成为污水处理领域的重点和难点，同时是当今环境工作者所面临的一 个重大课题。 表1 1城镇污水处理厂污染物排放浓度标准 单 - ( m g l ) t a b i - 1p o l l u t a n td i s c h a r g ed e n s i t ys t a n d a r do fc i t i e ss e w a g et r e a t m e n tp l a n tu n i t ( m g l ) 一级标准 序号基本控制项目 一奶标准 三级标准 a 标准b 标准 1 化学需氧量( c o d ) 5 06 0l o o 1 2 0 2 生化需氧量( b o d 5 ) 1 02 03 06 0 3 悬浮物( s s ) 1 02 03 0 5 0 4 动植物油 1352 0 5 石油类 l351 5 6 阴离子表面活性剂 o 5125 7 总氮( 以n 计) 1 52 0 8 氨氮( 以n 计) 5 ( 8 )8 ( 1 5 )2 0 ( 3 0 ) 总磷 2 0 0 5 年1 2 月3 1 日前建设 l1 535 9 ( 以p 计)2 0 0 6 年1 月1 日起建设的 o 5l35 1 0 色度( 稀释倍数) 3 03 04 05 0 11 p h 值 6 9 1 2 粪人肠菌群数( 个几) 1 0 31 0 41 0 4 注：f 列情况下按去除率指标执行：当进水c o d 大于3 5 0 m g l 时，去除率应大于6 0 ； b o d 火于1 6 0 m g l 时，去除率应大于5 0 。 括号外数值为水温 1 2 。c 时的控制指标，括号内数值为水温 3 5 时，即可认为碳源充足， 勿需外加碳源。b 外加碳源，当废水中碳氮比值过低，如b o d 5 t n o 9 9 9 ，以下标准曲线定期进行更新。 表3 - 3监测主要项目及分析方法 3 1 太原理 火学硕士研究生学位论文 t a b 3 3m o n i t o rp r i n c i p a li t e ma n da n a l y s i sm e t h o d ( 1 ) 在污水中，各种的氮的含量有如下关系 总氮( n d = 有机氮+ 无机氮 无机氮= 氨氮+ n 0 2 。+ n 0 3 。 凯氏氮( ( t k = 有机氮+ 氨氮 对上述三式进行恒等代换可得：总氮( t n ) 一凯氏氮( t k n ) + n 0 2 + n 0 3 。 ( 2 ) 在进水中，n 0 2 和n 0 3 - 含量很低，均在0 1 m g l 以下，可忽略不计。因此在 进水中，总氮( 哪= 凯氏氮( 删； ( 3 ) 在出水中，总氮( t n ) = 凯氏氮删) + n 0 2 - + n 0 3 。 3 2 3 试验仪器与药品 3 2 3 1 试验仪器 7 5 2 紫外可见光栅分光光度计 电子天平 电动调速搅拌器 雷茨g p b 一6 0 7 溶解氧仪 电子万用电炉 3 2 3 2 药品 7 2 1 分光光度计 p h s 2 c 型酸度计 s h p 一2 5 0 e 生化培养箱 电热鼓风干燥箱 电热恒温水浴锅 测定d o ，p h 所用药品均为仪器配套用药品，c o d 。，、n h 4 + - n 、n 0 2 刊、n 0 3 刊， t p 所需药品如下： ( 1 ) 测定c o d 所需药品：重铬酸钾、邻菲哕啉( c 1 2 h 8 n ：h ：o ) 硫酸亚铁 ( f e s o 7 h ：o ) 、硫酸亚铁铵( n h 4 ) 2 f e ( s 0 4 ) 2 6 h 2 0 、浓硫酸。 ( 2 ) 测定氨氮所需药品：氢氧化钠、碘化汞、酒石酸钾钠、氯化氨、硼酸、碘化 钾，以上药品均为分析纯，实验中用水为超纯水。 ( 3 ) 测定亚硝氮所需药品：亚硝酸钠、磷酸、浓硫酸、草酸钠、对氨基苯磺酸酞 3 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 胺、n - ( 1 蔡基) 一乙二胺二盐酸盐、高锰酸钾，以上药品均为分析纯，实验中用水为超 纯水。 ( 4 ) 测定硝氮所需药品：戴氏合金、氨基磺酸、硼酸、氢氧化钠、碘化汞、酒石 酸钾钠、氯化氨、硼酸、碘化钾，以上药品均为分析纯，实验中用水为超纯水。 3 3 污泥驯化与挂膜 3 3 1 驯化过程 接种污泥取自太原市河西北中部污水处理厂曝气池的活性污泥，淘洗过滤后加水稀 释，放入反应器中，呈褐色。驯化前将其放入桶内，用试验原水中加入适量：葡萄搪、 乙酸钠、氯化氨、磷酸二氢钾、n a i - i c 0 3 ，c a c l 2 ，z n s 0 4 ，玉米面等，营养液每天换一 次，搅拌，充分混合，开始曝气。后停止曝气，将上述混合液静止沉淀2 h 左右后，弃 去约2 3 的上清液，然后重新加入营养液，在曝气的条件下培养三天，使微生物活性 适应需处理的废水。污泥颜色变成黄褐色，说明污泥活性有了显著的提高；同时也标志 着由原来的污泥的驯化基本完成。 表3 - 4驯化后活性污泥主要性能指标情况 t a b 3 4a c t i v es l u d g em a i np e r f o r m a n c ei n d e xa f t e rt h ed o m e s t i c a t i o n 3 3 3 挂膜方法与过程 ( 1 ) 概述 一般的挂膜方法主要有刚：人工挂膜法和动念培养自然挂膜法。人工挂膜法需引进 菌种，并向污水中投加促使微生物生长的营养物质，依靠人工培养，使微生物富集生长 在填料上，形成生物膜；动态培养自然挂膜法不需引进菌种，不加促进微生物生长的营 养物质，只需装置在适当的条件下运行，水中的微生物就能在填料上富集生长并形成生 。物膜。 本试验采用人工挂膜法，促使微生物富集生长在填料的表面并形成生物膜。即：首 先将上述驯化后的污泥引入反应器内，使活性污泥与填料充分接触并在反应池内滞留一 段时间，然后在适当的条件下通水连续运行，至挂膜成熟。在挂膜期间，根据挂膜具体 情况，确定试验用水所加营养物质的量，到挂膜成熟时，基本停止添加营养物质，挂膜 3 3 太原理f ：人学硕士研究生学位论文 温度在2 0 - 2 8 。 ( 2 ) 挂膜驯化 挂膜驯化期间，不连续进出水，定时更换反应器内营养液，连续曝气。静态挂膜主 要起生物接种作用，即将接种污泥加入反应器，为部分污泥截留附着在载体表面并在其 上繁殖增长创造适宜的条件。其具体方法是： 每天将上述驯化后的混合污泥静置沉淀约两个小时后，弃去约2 3 的上清液，然后 重新加入新鲜污水，搅拌，让污泥充分与水混合后，用n a h c 0 3 调整p h 值约为7 3 ， 然后将混合液倒入装有填料的生物膜反应器，连续曝气( 闷曝) 。曝气强度不宜太大以 免冲刷掉已挂在填料上的生物膜，同时曝气量必须具有一定的搅拌作用以保证活性污泥 与填料的充分接触。 将上述接种污泥( m l s s 约为5 0 0 0m g l ) 投加到反应器中，进行挂膜驯化。挂膜 驯化期间s b b r 的运行时序按进水1 5m i n ，曝气3 6 0 m i n ，沉淀1 2 0 m i n ，出水1 0 m i n ( 最p h r t 为8 5 h ) 正常运行。 a 、随着填料上生物量的增加，逐渐增加废水中基质的浓度，即在c o d ，n h 4 + - n ，t p 浓度分别为5 5 0m g l ，3 0m g l ，4m g l ( 指理论配水浓度，下同) 条件下运行5 天； b 、再分别为6 5 0m g l ，3 3m g l ，5 m g l 条件下运行7 天； c 、再分别为7 5 0m g l ，3 6 m g l ，6 m g l ，运行1 2 天：最后基质增加到系统稳定 运行的浓度，即c o d c r 为7 5 0 m g l ，n h 4 + - n 为3 9m g l ，t p 为7 m g l 。 挂麽过程中的特征现象： 挂膜初始驯化阶段，开始未成熟的生物膜为白色，反应器中有较多的絮体，渐渐 的生物膜转为淡黄色( 除了在反应器底部填料因受曝气的冲刷影响较大而部分仍裸露填 料底色白色外) ，手感粘稠且质薄。 挂膜开始1 5 天后，填料串上的膜状粘稠物附着面积增加，颜色加深，特别是在 填料中心绳处，生物膜较厚，有的地方开始出现了絮状的生物膜悬浮在反应器中。整体 生长情况为：从填料中心绳至反应器壁、反应器底部至上部出水口生物膜均是由厚变薄， 而反应器底部至出水口处生物膜颜色由深褐色逐渐变为棕褐色。分析其原因如下： a 在填料中心绳处，由于填料丝密度较大，相对而言，在空气和水力剪切力下，生 物膜容易吸附和生长在这些位置； b 由于底部有絮状污泥，在挂膜后期生物膜生长旺盛，因此生物膜在底部生长较好； 3 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 c 正是由于底部生物膜厚度较厚，在较低溶解氧条件下，底部生物膜内部形成了好 氧层和缺氧层，因而膜色呈灰褐色；而随着上部生物膜厚度逐渐的变薄，生物膜内部缺 氧层区域逐渐变小，直至出现溶解氧的穿透，缺氧层基本消失，生物膜主要由好氧菌组 成，因而膜色逐渐变成棕褐色。 挂膜开始2 5 天后，填料串上的丝条全部被膜状粘稠物覆盖，生物膜厚度分布较 为均匀，反应池的出水氨氮变化不大。 经3 0 3 5 d 培养后可观察到生物膜内层呈黑色，外表面膜色呈棕褐色，生物膜较 厚且分布均匀，呈棉絮状，且反应器内漂浮着大量的块状生物膜，出水中c o d c r , 氨氮 和t n 浓度基本稳定。其中由于生物膜附着不够牢固及生物膜微生物的新陈代谢，在实 验操作过程中有较多的微生物脱落。 ( 4 ) 挂膜成熟标志 由于在前期挂膜阶段，对各种条件如：p h 值、d o ，c n 等的条件没有达到同步硝 化反硝化的所需的较好条件，因此，在挂膜期间不能一味的去追求t n 的去除率。试验 中，将出水中c o d c r , n h 4 + - n 等含量较为稳定，且对c o d c r 去除率大于8 0 ，氨氮的去 除率大于6 0 ，并具有一定的t n 去除率，其应不小于3 0 ，视为挂膜成熟的标志。挂 膜成熟后装填密度约l8 。 3 4 小结 试验启动共用时3 5 天，其中，污泥驯化时间3 天。经过3 5 天的污泥驯化、挂膜后， 反应器中生物膜基本成熟，出水c o d ，氨氮含量基本可维持在较低的水平。但与其它 同类型试验相比，本试验挂膜时间较长，分析其原因可能如下： ( 1 ) 生物膜载体表面的粗糙度是生物膜形成的一个最为重要的影响因素。在本试验 中，所用生物膜载体为立体弹性填料，该填料质硬且表面较为光滑，造成在挂膜阶段特 别是在挂膜初期生物膜不易吸附在载体上，从而增长了挂膜时问，这是造成本试验中挂 膜时问较长的主要原因； ( 2 ) 由于个人经验的不足，造成在挂膜初期对反应条件( 如：营养物质量、进水量、 曝气量等) 的控制上不太合理，例如，在挂膜初始阶段加氨氮量太多，没有注意量的逐 渐加大，膜上微生物不能负荷导致中毒膜脱落。 3 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 4 1 试验条件控制 第四章实验结果与分析 影响同步硝化反硝化的因素很多，在本试验中，为了使同步硝化反硝化脱氮达到最 好的效果，研究其脱氮的最佳条件；同时，由于时间和条件等原因，决定了在试验中不 可能对各个影响因素进行研究，只能对其主要的进行试验研究。 ( 1 ) h r t 对s n d 反应的影响：主要通过控制水力停留时间的长短来讨论对反应 效果的影响以获取最佳的h i 玎。 ( 2 ) 初始p h 值对s n d 反应的影响：在固定的进水n h 3 - n 浓度，c o d 及h r t 下， 调节p h 值来考察其对反应效果的影响。 ( 3 ) 溶解氧对s n d 反应的影响：控制进水n h 4 - n 浓度，初始c o d 及p h ，通过 改变曝气量来控制溶解氧浓度，分别讨论在不同d o 浓度下的脱氮率，从而确定实现 s n d 的d o 范围。 ( 4 ) 初始c d 比对s n d 反应的影响：在讨论出的d o 范围内，控制进水n h 4 n 浓度，d o ，h r t 及p h 值来考察初始c o d 的变化对氨氮去除率的影响。 ( 5 ) 周期运行及对比实验：在最佳的实验条件下，用模拟废水连续运行一周期， 每隔一小时记录一次n h 3 - - n ，n 0 2 ，- n ，n 0 3 n 浓度及c o d 值，观察其运行情况，检验 最佳条件。对比s b r 工艺和s b b r - - s n d 法，说明s n d 的优越性。 4 2 水力停留时间( h r t ) 对处理效果的影响 ( 1 ) 条件控制概述 反应时问是影响s n d 的因素之一，污水在反应池中的停留时间将直接影响着工艺 的处理效果，另一方面需考虑到经济问题如池容的大小又关系到工程造价和占地面积 等，在进行h r t 控制试验中，并不一味地去追求t n 的去除率，而是在d o 浓度较充 足的前提下，尽可能减小d o 浓度，来进行h r t 对n h 4 + n 、 in 去除率影响研究，所 以通过实验来确定最佳、最经济的反应时间很有必要。 试验将h r t 分成2 ，4 ，6 ，8 ，1 0 ，1 2 ，1 4 等7 个水平进行实验，以得出h r t 对c o d c r 、 3 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 各种n 去除效果影响并确定最佳的h r t 。每改变h r t 后，至少稳定一天后，再进行数 据检测。试验中控制其他的条件( c o d 控制在5 5 0 m g l 左右，用n a h c 0 3 调整进水p h 值约7 5 。d o 控制在3 m g l 左右。 ( 2 ) 试验结果及分析 图4 1 表明，在进水c o d 含量为5 5 0m g l 左右条件下，h r t = 2 h 时，c o d 去除率 就达6 5 以上：h r t = 4 h 时，c o d 去除率就达8 0 ；h r t 6 h 时，出水c o d e r 含量6 0 m g l 左右，去除率就达8 5 以上，当h r t 8 h 时，c o d c r 含量低于5 0 m g l ，去除率就达9 0 以上，且去除率趋于稳定，说明c o d 的降解在7 l l 左右可基本完成。 j 芭 、 嘲 缸 。 昌 o o l0 0 8 0 冰 萎6 0 粕 b4 0 o o o 2 0 o 24681 01 2 水力停留时间h r t d 迸水c o d c r 出水c o d c r 图4 - 1水力停留时间对c o d e r 去除效果的影响 f i g 4 - 1e f f e c ti n f l u e n c eh r t t i m et oc o d c re l i m i n a t i o n 24681 01 2 水力停留时间h r t d 图4 - 2c o d c r 去除率曲线图 f i g 4 2 c o d e re l i m i n a t i o nr a t ec u r v e sd i a g r a m 3 7 0 o o o o o o 舳 加 m 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 2 0 1 0 0 水8 0 褂 凿6 0 稍4 0 2 0 o 2 4 681 0 水力停留时间h r t h 图4 - 3 水力停留时间对n 的降解效果 f i g 4 - 3 d e g e n e r a t i o ne f f e c to f h r tt i m et on 1 2 + 进水n h 3 - n + 池水n h 3 - n + 出水n 0 3 一n + 山水t n 2 468l ol z 水力停留时i 闻h r t h 图4 - 4n h 4 一n ，t n 去除曲线 f i g 4 4n - t 4 - n t ne l i m i n a t i o nc u r v e 由图4 3 ，4 可得出，h r t 对氨氮的去除效果有着很大的影响，在h r t 在2 1 4 h 变 化时，氨氮去除率从4 7 提高到1 0 0 。在进水氨氮含量约4 5 m g l 时，h r t 6 h - - 8 h ，出 水氨氮低于l o m g l ，去除率达8 5 以上：h r t _ l o h ，出水氨氮低于5 0 m g l ，去除率达 9 0 以上，t n 去除率也维持在2 5 左右。考虑经济能耗、节时高效等因素，本试验h r t 控制在8 h 左右。 ( 3 ) 小结： c o d 的降解在7 h 内可基本完成，当h l u 7 h ，h r t 对c o d ，去除效果影响不大。 在试验h r t 范围内，氨氮的去除效果与h r t 的长短有着直接的关系，h r t 越长， 氨氮去除效果越好。 3 8 o o o 0 0 0 5 4 j量吨郇， 太原理i i ：大学硕士研究生学位论文 硝化反应进行得顺利与否，直接关系到整个同步硝化反硝化脱氮效果的好坏。试 验中，h i 汀控制在8 h 左右。 4 3 游离氮浓度( ( f a ) 及p h 值对s n d 的影响 ( 1 ) 条件控制概述 f a 对硝化作用有明显的抑制作用，硝化杆菌属比亚硝化单胞菌属更易受到f a 的 抑制。研究表明，f a 对硝化菌的抑制浓度为o 1 - 1 0 m g l ，对亚硝化菌的抑制浓度为 1 0 - 1 5 0m g l 。p h 值对同步硝化反硝化脱氮效果的影响主要体现在两个方面：一是间接 影响，即通过影响氨态氮在水中的存在形式来影响同步硝化反硝化脱氮效果的。p h 值 对氨在水中的存在形式有重大影响，分子态游离氨( f a ) 的浓度随p h 的升高相应增大。 其关系可用下面公式反应f 3 8 】： c ：昌x 铡筹 式中：c 一为游离氨的浓度；： k 旷商的离解常熟，吒= 1 0 母2 4 ( 2 0 c ) k 厂水的离解常数，k w = 0 6 9 x10 4 ( 2 0 c ) 3 4 4 2 7 3 在本试验中，由于处理对象是城市污水p h 值( 6 5 7 5 ) 左右，不是很高的情况下， 且氨氮浓度为4 5m g l 左右，因而在f a 浓度对硝化反应影响不是很大。因此，对f a 和p h 值的研究，归根结底是对p h 值的控制。 二是直接影响，亦即通过对硝化菌的生长繁殖速率的影响来影响脱氮效果的。据有 关报道，适合亚硝化菌生长的最佳p h 为7 0 8 5 左右；硝化菌对p h 值的变化十分敏感， 其生- k 的最佳p h 为8 0 8 5 ，当p h 值低于6 0 或高于9 6 时，硝化反应将停止；与此 同时，对反硝化反应最适宜的p h 值是6 5 7 5 ，p h 值高于8 0 或者低于6 0 ，反硝化速率 将大为下降。因此，为了得出s n d 最佳p h 值，将p h 值控制在6 0 、7 0 、7 5 、8 0 、 8 5 、9 0 、1 0 0 几个水平，进行实验研究p h 值对c o d 及t n 的去除效果影响，以期得 出s n d 所需的最佳p h 值。 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 2 ) 试验结果及分析 在试验中，为了更好的得出p h 值对同步硝化反硝化效果的影响，将实验条件控制 如下：在前面的基础之上，减小曝气量，稍降低d o 的浓度，进水n h 3 n 浓度为4 5 m g l ， c o d 为5 0 0 m g l ，h r t 控制在8 h 左右。在稳定运行5 天后，开始对出水进行水质检测。 通过调节初始p h 值来讨论其对s n d 的影响，实验结果如表： 表4 1 初始p h 对氨氮去除率的影响单位( m g l ) t a b 4 - li n f l u e n c eo fi n i t i a lp ht oa m m o n i an i t r o g e ne l i m i n a t i o nr a t e u n i t ( m l ) 初始 n h 3 一n c o d p h n h 3 - n ( 进水ln h 3 一n ( 出水)去除率( )c o d ( 进水)c o d ( 出水1去除率( o o ) 6 o4 5 0 1 3 66 9 85 0 05 2 5 8 9 7 7 o 4 5 0 1 0 97 5 84 8 93 9 19 2 7 54 5 08 38 1 64 4 82 8 39 4 6 8 o4 5 08 58 1 14 7 63 3 59 3 0 8 54 5 08 78 0 74 9 24 1 69 1 8 9 04 5 01 1 87 3 85 0 8 5 6 3 9 8 8 9 l o o 4 5 0 1 4 56 2 84 9 05 4 3 8 8 2 5 2 0 寸5 1 3 0 吕 哩哪0 忸 9 o 6 77 588 59l o p h 信 图4 - 5p h 值对n h 4 - n 、t n 出水浓度影响 f i g 4 5d e g e n e r a t i o ne f f e c ti n f l u e n c eo fp ht on h 4 - n ， in 出水n h 4 一n 出水t n 太原理工大学硕十研究生学位论文 - j b o 苣 l 皤l 如； j r - 一 677 588 591 0 p h 值 n 0 2 - n n 0 3 - n 图4 - 6 p h 值对n o 广n 、n o z - n 出水浓度影响 f i g 4 - 6d e g e n e r a t i o ne f f e c ti n f l u e n c eo fp hv al u et on 0 3 - n 、n 0 2 - n 6 77 588 591 0 p h 值 n h 4 一n 之除率 c o d 之除二器 t n 去除率 图4 7 p h 值对n h 4 n 、t n 、c o d 去除罕影响 f i g 4 7 i n f l u e n c eo fp hv a l u et on h 4 一n ，t n ，c o de l i m i n a t i o nr a t e p h 值对c o d 去除效果研究 由图4 6 中可以看出，在各p h 值条件下对c o d 的去除效果曲线反映了在p h 值在 6 0 - 1 0 0 范围内，p h 对c o d 的去除影响不大。既便在p h = 1 0 0 时，去除率虽略有下降， 但仍可达8 8 ，出水c o d 含量也低于6 0 m g l ，特别是在p h 值在7 0 8 5 时，出水c o d 含量基本稳定在5 0 m g l 以下。 p h 值对氨氮去除效果研究 由上述实验数据及图4 6 可得，当迸水p h 值保持在7 5 8 5 时，脱氮率较好。在 4 1 o 9 8 7 6 5 4 3 2 l o 加的加m o 葶瓣餐稍 太原理工大学硕士研究生学位论文 p h 值为7 5 时，氨氮去除率最高达8 2 ，p h 值降低或升高氨氮去除率均降低，特别是 当p h 升高到9 0 1 0 0 时，出水氨氮含量迅速提高，达1 4 m g l 以上，氨氮去除率不到 6 5 ，说明在此p h 条件下，硝化反应已经受到了抑制。与硝化过程的最适p h 值基本相 同，比反硝化的最适p h 值略高。当p h 值过高或过低时，脱氮率都不理想。p h 值太低 和太高了，不利于硝化菌的增长，使硝化反应受到抑制，从而也影响了反硝化的进行， 最终使脱氮率下降。因此，s n d 顺利运