（环境工程专业论文）以NOlt3gtltgt为电子受体的反硝化除磷脱氮实验研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 以n 0 3 - 为电子受体的反硝化除磷脱氮实验研究 摘要 在人为因素下造成水体受损的一个重要表现之一，即水体富营养化。 它主要是由于人类在生产、生活活动中，将大量含有氮、磷的有机或无机 污废水排入到水体，使得水中的藻类大量生长繁殖，消耗水中溶解氧d 0 ， 使得水体中含氧量急剧下降，并产生毒素，鱼类等其他一些水生动植物因 此死亡，从而造成的水质恶化。本实验即是以去除水中氮磷为主要目的， 结合现今国内外广泛提出的反硝化除磷脱氮新理论，以s b r 反应系统对该 反应机理进行实验研究。 本实验按照富集聚磷菌( p a o s ) ；培养驯化反硝化聚磷茵( d p b ) ；在a 。a z 工艺下，改变反应运行条件各参数，从而测试对反硝化除磷脱氮反应的影 响。实验在时间顺序上分为三个阶段。 从9 月1 6 日到1 0 月6 日的2 0 天为实验的第一阶段，以富集聚磷菌p a o s 为目标。在该阶段采用厌氧好氧( a o ) 工艺，以取自太原市河西北中部 污水处理厂具有一定除磷能力的常规好氧活性污泥为种泥，经过滤淘洗后 加入到s b r 反应器内，并注入人工配制的模拟废水。控制反应工序为厌氧 段1 2 0 m i n ，好氧段2 4 0 m i n 。经过2 0 天，近8 0 个完整周期的污泥培养，系 统的除磷效果达到了9 3 左右。能够说明聚磷菌已成为污泥中的优势菌属， 可以进入下一阶段的反硝化聚磷菌的培养驯化。 实验第二阶段为反硝化聚磷菌的培养驯化阶段，从1 0 月7 日开始到1 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 月1 7 日结束，为期7 0 天。采用在a 2 段起始瞬间投加n 0 3 一盐的a 。a ：工艺， 该阶段分为两个步骤进行。 第一步骤工序安排为：在1 2 0 m i n 的厌氧放磷结束后，沉淀排水，之后 加入含磷3 5 m g l 不含c o d 的模拟废水( 模拟废水其它成分不变) ，同时加 入硝酸钠溶液并使其浓度在起始瞬间为5 0 m g l 。这样可以极大限制常规反 硝化菌的生长( 即只具有反硝化脱氮功能而没有吸磷功能的细菌) 为反硝 化聚磷菌的驯化富集创造理想的条件，尽可能消除反硝化菌对后续实验中 的影响。该步骤中污泥浓度( m l s s ) 控制在3 5 0 0 m g l 左右，泥龄( s r t ) 1 5 d ， 每次进排水大约2 0 l ，其中c o d2 4 0 m g l ，n i - l + - n2 0 m g l ，p 0 4 a - - pl o m g l 。 每个周期7 h ，各周期后有近1 h 的污泥静置期，共运行6 0 天，1 8 0 个周期。 第二步骤工序是在第一步骤的厌氧段结束后，不再沉淀排水，而是直 接在瞬间投加硝酸盐后进入缺氧段h ：段，其它反应参数同第一步骤。共运 行了1 0 天，近3 0 个周期。 经过7 0 天的反硝化聚磷菌的培养驯化后，系统的除磷脱氮达到预定效 果，实验进入第三阶段。 改变实验运行条件参数后的实验结果分别如下： ( 1 ) n o - 盐的投加方式由瞬间投加改为在一定时间内的连续流加后，并 没有影响系统最终的除磷脱氮效果，只是n 0 3 一的浓度变化曲线有所不同，且 没有明显的如瞬间投加方式下n o 盐的产生； ( 2 ) 进水c p 值在1 8 3 0 之间时，值越高，厌氧段释磷也多，此时应 调节在a 。段n 0 。一盐的投加量，否则会造成n o 。一盐过量。除磷效果近乎相同； ( 3 ) 在适宜n p 值范围内，较高n p 比会提高系统除磷的速率，但在 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 1 0 m i n 的a 2 段时间下，不会对最终的除磷效果造成明显区别； ( 4 ) 无论是在a l 段还是a ：段，高m l s s 值下都会提高系统的反应速率， 但除磷脱氮效果并无差别。且应考虑到高m l s s 会增大剩余污泥产量，在工 艺上增加运行成本； ( 5 ) 在高温段，系统反应速率明显高于低温时水平，但在一个周期近 3 3 0 m i n 的反应时间内，低温系统也能达到相同于高温下的除磷脱氮效果； ( 6 ) 进水p h 值偏高时厌氧段释磷量会增加，此时在a z 段应调整n o s 。盐的 投加量。除磷效果并无因此受到影响。 关键词：水体富营养化，反硝化除磷脱氮，反硝化聚磷菌( d p b ) ，s b r 、厌 氧缺氧( a 。a ：) 太原理工大学硕士研究生学位论文 e x p e i u m e n t a li 己e s e a r c ho nd e n i t r 【f y 烈g p h o s p h o r u sr e m 0 、7 a la n dd 日t r o g e n a t i o nw i t h n 0 3 。 a b s t r a c t w a t e re u t r o p h i c a t i o ni so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp h e n o m e n ao fw a t e r b o d yi m p a i r m e n t w h i c hi sc a u s e db yh u m a nf a c t o r i ti sm a i n l yb e c a u s ep e o p l e p o u r e da l o to fo r g a n i co ri n o r g a n i cw a s t ew a t e ra n ds e w a g et h a tc o n m i n s n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s i n t ot h eb o d yo fw a t e rd u r i n gt h e p r o c e s s o f m a n u f a c t u r ea n dd a i l yl i f ea c t i v i t i e s a sar e s u l t ，a l g a lb l o o me m e r g e d ， c o n s u m i n gd oi n t h ew a t e r , m a k i n go x y g e n c o n t e n to fw a t e rb o d yr a p i d l y d e c r e a s e d ，p r o d u c i n gt o x i n h e n c e ，s o m ea q u a t i cp l a n t sa n da n i m a l sd i e d ，t h e w a t e rq u a l i t yb e c o m ew o r s ea sw e l l t h i se x p e r i m e n ta i m st or e m o v et h e n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sw h i c hc o n t a i n e di nt h ew a t e r i t st h e o r e t i c a lb a s ei st h e n e wt h e o r yt h a tw i d e l yp r o p o s e di nb o t hd o m e s t i ca n do v e r s e a s - - d e n i t r i f y i n g n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a lt h e o r y a n dt h er e a c t i o nm e c h a n i s mi so nt h e b a s i so fs b r s y s t e m b a s e do np o l y p h o s p h a t ea c c u m u l a t i n go r g a n i s m s ( p a o s ) ，t h i sr e s e a r c h f o c u s e so nc u l t i v a t i o na n da c c l i m a t i o no fd e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a l b a c t e r i a ( d p b ) a n d u n d e rt h ea i a 2p r o c e s s ，t h ee x p e r i m e n ta l t e r st h e p a r a m e t e ro fo p e r a t i o n a lc o n d i t i o ni no r d e rt o t e s tt h ei n f l u e n c eo nt h er e a c t i o n v 太原理工大学硕士研究生学位论文 o fd e n i t r i f y i n gn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a lt h ew h o l ep r o c e s si sd i v i d e d i n t ot h r e es t a g e sa c c o r d i n gt ot h et i m eo r d e r t h ef i r s ts t a g eo ft h ee x p e r i m e n t ，f r o ms e p 16 mt oo c t 6 m i s e n r i c h i n g p a l o s a d o p t i n gt h ea op r o c e s s ，t h ee x p e r i m e n tt o o ka e r o b i ca c t i v a t e ds l u d g e t h a tb e a r sc e r t a i na b i l i t yo fr e m o v i n gp h o s p h o r u sa st h er e s e a r c ho b j e c t ，w h i c h t a k e sf r o mh e x in o r t hm i d d l es e w a g et r e a t m e n t p l a n to ft a i y u a n a f t e rf i l t e r i n g a n dr i n s i n g ，t h ea e r o b i ca c t i v a t e ds l u d g ea sw e l la st h es t i m u l a t e dw a s t e w a t e ri s p u ti n t ot h es b rr e a c t o r t h ep r o c e d u r ei n v o l v e s1 2 0 m i n - a n a e r o b i cp r o c e s sa n d 2 4 0 m i na e r o b i c p r o c e s s 2 0d a y sl a t e r , n e a r l y8 0c u l t i v a t i o no fs l u d g ef i n i s h e d t h ee f f e c to f p h o s p h o r u sr e m o v a lc o m e st o9 3 i tt u r n so u tt h a tp a o sh a da l r e a d yb e c o m e t h es u p e r i o rb a c t e r i ai nt h e s l u d g e ，t h e nt h er e s e a r c hc a ne n t e rt h en e x t s t a g e t l l ec u l t i v a t i o na n da c c l i m a t i o no f d p b t h es e c o n d s t a g e ，f r o mo c t 7 mt od e c 17 m ，i st h ec u l t i v a t i o na n d a c c l i m a t i o no fd p b ，w h i c ha p p l i e st h ea i a 2t e c h n i q u eo fa d d i n gn 0 3 a tt h e i n i t i a lp e r i o di na 2s t a g e t h i ss t a g ei sd i v i d e di n t ot w o s t e p st oc a r r yo u t t h ea r r a n g e m e n to ft h ef i r s ts t e p ：t h ep r e c i p i t a t i o na n dd r a i n a g ec a r r i e s o u ta f t e r12 0 一a n a e r o b i cp r o c e s s t h e na d dt h es t i m u l a t e dw a s t e w a t e rt h a t c o n t a i n s3 5 m g lp h o s p h o r u sb u tw i t h o u tb e a r i n gc o d a tt h es a m et i m e ， n a n 0 3l i q u i dw h o s ei n i t i a ld e t e r m i n a t i o ni s5 0 m g li sa l s oa s k e dt op u ti n t o i n t h i sw a y , t h eg r o w t ho fc o n v e n t i o n a ld e n i t r o b a c t e r i ac a nb ee n o r m o u s l yl i m i t e d s om a ta ni d e a lc o n d i t i o nc a nb ec r e a t e df o rt h ee n r i c h m e n ta n da c c l i m a t i o no f v i 太原理工大学硕士研究生学位论文 d p b t h u st h ei n f l u e n c eo fd e n i t r o b a c t e r i at os u b s e q u e n te x p e r i m e n tc a l lb e e l i m i n a t e dt ot h el a r g ee ) ( t e n t m l s si nt h i sp r o c e d u r ei sl i m i t e dt o3 5 0 0 m g lo r s o ，s r ti s l i m i t e dt o15 d t h ev o l u m eo fw a t e ri n t a k ea n dd r a i n a g ei s a p p r o x i m a t e l yl i m i t e d t o 2 0 l ，w h i c hi n v o l v e sc o d2 4 0 m g l ，n i - h + - n 2 0 m g l ，p 0 4 3 - plo m g l e v e r yc y c l el a s t s7h o u r s t h e r ei sa b o u t1 h o u rf o r s l u d g eq u i e s c e n c ea f t e re a c hc y c l e t h i sp r o c e d u r et o t a l l yl a s t s6 0d a y s ，18 0 c y c l e s t h ep r e c i p i t a t i o na n dd r a i n a g ed o e sn o to c c u ra n ym o r ei nt h es e c o n d p r o c e d u r e ，w h e r e a st h ee x p e r i m e n td i r e c t l y e n t e r st h ea 2p e r i o d o t h e r p a r a m e t e r sa r ea ss a m ea st h ef i r s tp r o c e d u r e a l t o g e t h e rt h i ss t e pl a s t s10d a y s ， n e a r l y3 0 c i r c l e s t h i ss t a g ec a r r i e do u ti n7 0 一d a y st i m e ，t h ee f f e c to fp h o s p h o r u sr e m o v a l g e t st oa n t i c i p a t e dg o a l t h et h i r ds t a g eb e g i n s a f t e rm o d i 母i n gt h ep a r a m e t e r so fo p e r a t i n gc o n d i t i o n ，t h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) a l t h o u g ht h en 0 3 。s a l ti sc o n t i n u o u s l yr a t h e rt h a ni n s t a n t a n e o u s l yp u t i n t oe x p e r i m e n tw i t h i nac e r t a i nt i m e ，t h ef i n a le f f e c to f p h o s p h o r u sr e m o v a la n d d e n i t r o g e n a t i o ni sn o ta f f e c t e d t h e r ei sn o ta p p a r e n ta p p e a r a n c eo fn 0 2 s a l t ， w h i c hi s u s u a l l yp r o d u c e d i nt h ei n s t a n t a n e o u s a d d i n gw a y o n l y t h e d e t e r m i n a t i o n c h a n g i n gc u r v eo fn 0 3 。i sd i f f e r e n t ( 2 ) w h e n t h ec po f w a t e ri n t a k ei sb e t w e e n18a n d3 0 ，t h eh i g h e rt h ec p , t h em o r et h ep h o s p h o r u sr e l e a s e da tt h ea n a e r o b i cp e r i o d s ot h ea m o u n to f n o s 。 v i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 s a l tt h a tw a s p u ti n t ot h ee x p e r i m e n ts h o u l db ea d j u s t e d ，o rt h en 0 3 。s a l tw i l lb e e x c e s s i v e t h ee f f e c to f p h o s p h o r u sr e m o v a li sb a r e l yt h es a m e ( 3 ) w i t h i nt h ep r o p e rr a n g eo fn p , h i g h e rn pw i l li m p r o v et h er a t eo f p h o s p h o r u sr e m o v a l h o w e v e r , i t se f f e c tb e a r sn oc h a n g e a tt h e210 m i n - a 2 ( 4 ) n om a t t e ri na 1s t a g eo ra 2s t a g e ，h i g hm l s s w i l ls p e e dt h er e a c t i o n o f t h es y s t e m ，b u tt h e r ei sr i od i f f e r e n c ei nt h ee f f e c to f p h o s p h o r u sr e m o v a la n d d e n i t r o g e n a t i o n i na d d i t i o n ，h i 曲m l s sw i l li n c r e a s et h ep r o d u c t i o no fs l u d g e a n dt h ec o s to f t e c h n i q u e ( 5 ) t h e r e a c t i o nr a t eu n d e rh i g ht e m p e r a t u r ei sa p p a r e n t l yh i g h e rt h a nt h e o n eu n d e rl o wt e m p e r a t u r e h o w e v e r ，w i t h i na3 3 0 m i n - c i r c l e ，t h ee f f e c to f n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a li nal o wt e m p e r a t u r es y s t e mi sn e a r l yt h e s f l l t l e a st h ee f f e c tu n d e rt h eh i 曲t e m p e r a t u r e ( 6 ) i ft h ep ho f w a t e ri n t a k ei sh i g h e r , t h ea m o u n to fp h o s p h o r u sr e m o v a l w i l li n c r e a s e ，t o o s ot h ea m o u n to fn 0 3 s a l tt h a tw a sp u ti n t ot h ee x p e r i m e n t s h o u l db ea d j u s t e d t h ee f f e c to f p h o s p h o r u sr e m o v a li sn o ti n f l u e n c e db yt h a t k e yw o r d s ：w a t e re u t r o p h i c a t i o n ，d e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a la n d d e n i t r o g e n a t i o n ，d e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a lb a c t e r i a ( d p b ) ，s b r , a n a e r o b i c a n o x i c ( a i a 2 ) v i i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 明。 符号说明 本论文中出现的主要符号及其对应中文含义列于下表。其它符号在论文中均有说 符号对应表 序号符号中文含义 备注 1n h | + 一n 氨氮 也写作n h 3 - n 2n o i n 硝酸盐氮 也写作n 0 3 _ 3 n o z - 一n亚硝酸盐氮 也写作n 0 ：。 是n 0 ：一一n 、n o 。一一n 、n h ，+ 一n 4n o , - n硝态氮 的总称 5 n h 。氨气气态 6n 2氮气气态 7 p o 1 3 - p磷酸盐磷也写作p 0 4 8c o d 化学需氧量单位为m g l 9d o 溶解氧单位为m g l 1 0t 温度 摄氏温度，也作t ，单位 1 1h r t 水力停留时间 单位为小时，h 1 2s r t生物固体停留时间即污泥龄。单位为日，d 1 3p h酸碱度值无量纲量，p h = 7 时为中性 p o l y p h o s p h a t e 1 4p a o s聚磷菌 a c c u m u l a t i n go r g a n i s m s 也作d n p a o s ( d e - n i t r i f y i n g 1 5d p b反硝化聚磷菌 p o l y - p h o s p h a t ea c c u m u l a t i n g o r g a n i s m s ) x i i i 声明 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 法律责任癞本人承担。 论文作者签名：差：! ! 签选日期：磁丛兰! ! 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) o 釜名：，纠! 塾遣e i i 雷i ：幽鲻! 丝 导师签名：越日期：臣z ：堑： 太原理工大学硕士研究生学位论文 第一章引言 水，是人类赖以生存的根本。随着世界生长力的发展，人口数量的急剧膨胀，以及 人们生活水平的极大提高，水，越来越从自然资源上升到了战略资源的高度。但是，人 类在大肆掠夺性开采水资源的同时，却又不断地将生产和生活污水排入到各类水体，使 得本来就已供不应求的水资源变得愈发紧缺。而在人为因素下，造成水体受损的一个重 要表现即是水体富营养化。 水体富营养化是指由于水体中以蓝、绿藻为主的藻类大量生长繁殖，消耗水中溶解 氧d 0 ，使得水体中含氧量急剧下降，并产生毒素，鱼类等其他一些水生动植物因此死亡， 从而造成的水质恶化。如近年来在一些地区反复发生的水华、赤潮等现象。水体富营 养化的发生会影响到人类正常生产、生活对水体质量的要求，以及会由此引发更进一步 的生态问题。 伴随着我国生产力的发展、城镇化建设加速和城市规模的不断扩大，以及人民生活 的极大改善，城市生活污水中的有机碳、氮、磷、钾、铁等含量逐年提高，而这些物质 又是造成水体富营养化的直接因素。 污水中的有机碳一般经城市污水厂的生物处理后可有效去除，氮、磷之外的其他成 分相对于富营养化发生过程需求量极低，不会成为富营养化的限制因子。因此，引起富 营养化的主要因子是氮和磷。1 然而长期以来，城市污水厂对污水的处理主要以去除有 机碳b o d 和悬浮物s s 为目的，没有更多的考虑到对氮、磷等可造成水体富营养化的无 机营养物质的深度处理。为此，研究一种高效、稳定、经济的脱氮除磷工艺已成为现今 急待解决的课题。 1 1 污水中氮、磷的存在形式耵 氮在自然界水体中以有机氮和无机氮两种形态存在。有机氮主要是指动物蛋白、植 物蛋白、氨基酸、多肽、尿素。它们主要来源于人类的生活污水，农作物施肥、农畜业 废弃物如麦秸、牲畜粪便等，另外一些毛皮加工业、食品加工业也会在生产过程中产生 大量的富含有机氮的污废水。无机氮是指以氨氮( n h 。+ - n ) 、亚硝酸盐氮( n 0 。一- n ) 和硝酸 盐氮( 、0 。一- n ) 形式存在的三种氮化合物。 太原理工大学硕士研究生学位论文 未经处理的新鲜污水中，氮主要以氨氮和有机氮的形式存在，而且一般以前者居多， 二者总量称之为总凯氏氮( t k n ) 。经城市污水厂二级处理后，绝大部分的有机氮会被转 化为氨氮进而氧化成亚硝氮、硝氮，但氮在总量上并没有得到去除。 城市污水中所存在的含磷物质基本上都是不同形式的磷酸盐( 简称磷或总磷，用p 或t p 表示) ，其主要来源于一些生产工艺落后的洗涤剂厂和制备农药时产生的污废水等。 根据物理特性，污水中的磷酸盐可分成溶解性和颗粒性两类。按化学特性则又可分成正 磷酸盐、聚合磷酸盐和有机磷酸盐，分别简称为正磷、聚磷和有机磷。一般污水处理厂 对磷的生物法去除主要是通过排放含磷污泥实现的，但由于在常规的污水处理工艺中， 运行的反应条件很难达到聚磷菌所需的要求，即聚磷菌得不到优势生长，所以有时在处 理高含磷污废水时并不能达到排放的标准。 1 2 氮磷污染造成水体富营养化危害的具体表现鄹阳嘲 富营养化的危害极大，不仅在经济上造成损失，而且危害人类健康。富营养化的水 体在很多用途方面都被认为是劣质水体。以下从几个方面简述富营养化对水体功能和水 质的影响和危害。 ( 1 ) 使水味变得腥臭难闻 处于富营养化状态的水体会出现许多藻类的过度繁殖，导致水产生霉味和臭味。在 春末和夏季、秋天温度较高的时期，水藻大量增殖，成团的藻类死亡分解腐烂，经过放 线菌等微生物的分解作用，散发出更加浓烈的使人恶心的腥臭。 ( 2 ) 降低水体的透明度，蚊虫大量滋生 在富营养化水体中，生长着以蓝藻、绿藻为优势种类的大量水藻。这些水藻浮在水 面，形成一层“绿色浮渣”，使水质变得浑浊、有毒，透明度明显降低。在每年气温较 高的时期，水中的藻类为蚊虫的大量滋生提供了充足的养料。 ( 3 ) 消耗水体的溶解氧 富营养化湖泊的表层，藻类可获得充足的阳光，并从空气中获得足够的二氧化碳进 行光和作用而放出氧气，因此表层水体有充足的溶解氧。但深层水体溶解氧情况就不同。 首先，由于表层藻类的阻挡和穿射过程中的衰减，使得阳光难以透射进入湖泊深层，故 深层水体的光和作用明显被抑制，溶解氧的来源随之减少。其次，藻类死亡后不断地向 湖底沉积，不断地腐烂分解，消耗深层水体中的大量溶解氧，严重的可能将深层水体的 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 溶解氧耗尽而呈厌氧状态，使得需氧生物难以生存。这种厌氧状态可以发出或加速底泥 积累的营养物质的释放，造成水体营养物质的高负荷，形成富营养水体的恶性循环。 ( 4 ) 向水体释放有毒物质 富营养化水体中的许多藻类能够分泌、释放有毒有害物质，不仅危害动物，而且对 人类健康产生严重影响。如蓝藻中的丝状藻类过度繁殖后，产生内毒素进入饮用水中， 会使人体出现肠胃炎和严重的变态反应。产生海水“赤潮”的海生腰鞭毛目生物的过度 繁殖，能使鱼类和其它生物死亡。而且，它们被贝壳类动物食用后，常无明显影响，但 当人们食用这种贝壳类动物后，会引起严重的胃病，甚至死亡。 ( 5 ) 影响供水水质并增加制水成本 湖泊和水库约占我国城市供水水源的1 4 ，富营养化的水会给净水厂带来一系列问 题。在高温季节，过量繁殖的藻类经常堵塞滤池。其次，富营养化的水在一定条件下由 于厌氧作用而产生硫化氢、甲烷和氨气等有毒有害气体，而且在制水过程中水藻本身及 其产生的某些有毒物质增加了水处理的技术难度。既影响了供水水质和产水率，又加大 了制水成本，严重的导致水厂关闭。 ( 6 ) 对水生生态的影响 在正常情况下，湖泊水体中各种生物都处于相对平衡的状态。一旦水体受到污染而 呈现富营养状态时，水体的这种正常的生态平衡就会被扰乱，生物种群量就会出现剧烈 地波动，某些生物种类明显减少，而另外一些生物种类则显著增加。这种生物种类的演 替就会导致水生生物的稳定性和多样性降低，破坏了湖泊生态平衡。 ( 7 ) 对渔业的影响 在富营养化水体中，水质较肥，浮游生物丰富，以浮游生物和碎屑为主食的草鱼、 鲍鱼、鲤鱼等肥水鱼可以获得充足的食料，有助于提高产鱼量。因此一定程度的富营养 化对肥水鱼的养殖并不意味着弊。但藻类的大量过度繁殖使水体溶解氧急剧减少，尤其 在夏季高温时期，因大量藻类死亡，沉入水底被异养微生物分解，消耗溶解氧，产生恶 臭、毒素。轻者影响鱼的质量，导致鱼肉腥臭，口感不佳，严重时鱼类大量死亡，从而 严重影响渔业生产。 1 3 水体氮、磷排放的控制标准 水体中的氮磷是判断富营养化的关键指标之一。控制污染源氮磷排放、降低污水巾 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 氮磷含量是防止水体富营养化的主要任务。嘲鉴于当前国内氮磷污染排放的日趋严重， 我国颁布了( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 的排放标准，对氮磷排放提出了更高的要求，见表1 1 。 【”1 表1 1g b 8 9 7 8 1 9 9 6 氮磷排放标准单位：m g l t a b 1 1g b 8 9 7 8 1 9 9 6o u tl e tst a n d a r d so fn it r o g e na n dp h o s p h o r u su n it ：m g l 污染物适用范围一级标准二级标准 医药、染料、石油、 1 55 0 氨氮 化工工业 其它排污单位 1 52 5 磷酸盐一切排污单位 0 5 1 0 1 4 论文题目提出的目的和主要任务 本论文题目的提出即是在以研究去除城市污水中氮、磷为目的，结合现今许多国内 外学者所提出的反硝化除磷脱氮新理论，利用s b r 反应器，以具有一定除磷能力的好氧 活性污泥为种泥富集常规聚磷菌；在厌氧缺氧( a n a e r o b i c a n o x i c ，即a 。a ：) 条件下， 从中驯化培养反硝化聚磷菌( d p b ) ；实验研究在a 。a ：交替运行状态下，通过改变运行 条件，如：( 1 ) 改变n o , - j j f l 入方式，即由瞬间一次性投入改为一定时段内连续流入式加 入；( 2 ) 改变进水c o d 浓度，同时维持p o , 3 - - p 浓度不变，从而调整c p 值：( 3 ) 维持进 水c o d 浓度及p o ”- p 浓度不变，改变缺氧段a ：段硝酸盐( n o f ) 的加入浓度，即改变n p 值；( 4 ) 调节s b r 反应器内的m l s s 、温度、p h 值等。考察在不同环境条件下反硝化除 磷脱氮机理的氮磷去除效果，从而确定较佳的反应运行条件。 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章传统生物脱氮除磷机理、工艺及影响因素 2 1 生物脱氮机理、工艺及影响因素 2 1 1 生物脱氮机理 氮在自然界中的循环如图2 一l 所示。 反礴化作用 在水生境中 图2 1自然界中的氮循环 f i g 2 - 1 c ir c l eo fn it r o g e ni nn a t u r e 氮在污废水中主要以氨氮( n h 。一n ) 、亚硝酸氮( n 0 2 - n ) 、硝酸氮( n 0 。- n ) 以及少数有 机氮( 氨基酸、蛋白质) 等形式存在，用传统的活性污泥法将有机氮转化为氨氮，进而氧 化为亚硝氮和硝氮，却不能有效地从污废水中去除氮。污水生物脱氮的基本原理即在生 物处理过程中使其中含氮有机物被微生物分解，通过氨化作用、硝化作用、反硝化作用 最后转化为氮气( n ：) 从液相中释放出来，从而达到污废水中的氮的减量目标，“”整个 转化过程见图2 2 ： 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 有机氩( o r g - n ) 等蚋等鹏州等她州等n ： 图2 2 生物脱氮过程示意图 f i g 2 - 2 s k e t c hm a po fb i o l o g l c a ld e n ltr i f y i n g p f o c e $ s 氨化是一种普遍存在的生化作用，主要是把大分子有机氮转化为氨氮，几乎所有的 异养型细菌都具有氨化功能。在脱氮工艺中，氨化阶段反应效率很高，通常不会成为反 应的限速阶段。 硝化反应包括两个步骤，第一步由亚硝酸细菌将氨氮转化为亚硝酸盐( n o z ) ，第二 步由硝酸细菌进一步将亚硝酸盐氧化成硝酸盐( n o n - ) 。这两类细菌都是自养型好氧菌， 统称为硝化细菌，它们利用无机碳化物如c 0 3 、h c 0 3 - 和c o s 作为碳源，从n h 。、n h , + 或 n 吼的氧化反应中获取能量。如果采用c s h t 0 2 n 作为硝化菌的细胞组成，则硝化过程可由 下面的化学计量关系式“2 表示： n 心+ 1 8 6 0 2 + 1 9 8 h c 0 3 - - - 0 0 2 0 6 c - , h ，0 ：n + o 9 8 n 0 3 - + 1 0 4 h 2 0 + 1 8 8 h 2 c 0 ，( 卜1 ) 反硝化作用主要是由兼性异养型细菌完成的。这类细菌种类繁多，世代时间通常较 短，广泛存在于水体、土壤以及污水生物处理系统中。当污水中没有游离氧时，它们可 利用硝酸根或亚硝酸根中的氧进行呼吸，氧化分解有机物，同时利用有机碳源为电子供 体，n 0 3 - - n 作电子受体，使硝态氮还原为n ：或n x o y 。少量硝态氮可通过同化作用被还原 成氨氮，用于微生物的合成。假定硝态氮可以被彻底还原为n 2 ，则反硝化过程可表示为 “羽 n o z - + 3 h ( 电子供体) 一0 5 n 2 + h 2 0 + o r( 1 - 2 ) n o , 。+ 5 h ( 电子供体) 一o 5 n z + 2 h ：o + o h -( 1 - 3 ) 目前公认的从n o 。还原为n ：的过程为： n 0 3 。一n 0 2 。一n o n z 0 一n 2( 卜4 ) 进行生物脱氮作用，必须具备以下几个条件：“”存在n o ，或x o ；：o 不含溶解氧；0 存 在兼性细菌菌群： 适宜和适量的电子供体。 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 1 2 生物脱氮工艺嘲 2 1 2 1 生物脱氮一般工艺 目前常用的脱氮工艺是缺氧一好氧( a o ) 法，该法是在8 0 年代初开创的工艺流程， 其主要特点是将反硝化反应器放置在系统之首，故又称为前置反硝化脱氮系统。图2 3 为分建式缺氧一好氧( a o ) 活性污泥脱氮系统示意图。 原 1 1 ： f l 剩余污泥、 图2 3 分建式缺氧一好氧( a o ) 活性污泥脱氮系统 f i g 2 - 3s e p a r a t eb u l l d i n gs y s t e mo fa n o x i c - o x i c ( a o ) a c t i v a t e d s l u d g od e n i tr o g e n a t i o n 4 分建式缺氧一好氧活性污泥脱氮系统，即反硝化、硝化与b o d 去除分别在两座不同 的反应器内进行。 硝化反应器内的已进行充分反应的硝化液的一部分回流反硝化反应器，而反硝化反 应器内脱氮菌以原污水中的有机物作为碳源，以回流液中硝酸盐的氧作为受电体，进行 呼吸和生命活动，将硝态氮( n ：) ，不需外加碳源( 如甲醇) 。设内循环系统，向前置的 反硝化池回流硝化液是本工艺系统的一项特征。 上述工艺还可以建成合建式装嗣，即反硝化反应及硝化反应，b o d 去除都在一座反 应器内实施，但中间隔以挡板，示意图见图2 4 。 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 污泥回流 图2 4 合建式缺氧一好氧( a o ) 活性污泥脱氮系统 f i g 2 - 4i n c o r p o r a t eb u i l d i n gs y s t e mo fa n o x i c - o x i c ( a o ) a c t i v a t e d s l u d g ed e n i t r o g e n a t l o n 2 1 2 2 生物脱氯新型工艺简介捌 l 、短程硝化一反硝化 生物脱氨氮需经过硝化和反硝化两个过程。当反硝化反应以n 0 3 为电子受体 时，生物脱氮过程经过n 0 3 - 途径( n 一n 0 2 - 一n 0 3 _ 一n ：) ，称为全程硝化反硝化：当反硝化反 应以n 0 2 为电子受体时，生物脱氮过程直接经过n o ：。途径，不经过n o ，一( n 心+ 一n 晚。一n 2 ) 称 为短程硝化反硝化。 短程硝化反硝化生物脱氮的基本原理就是将硝化过程控制在亚硝酸盐阶段，阻止n 0 2 的进一步硝化，然后直接进行反硝化。与全程硝化反硝化相比，短程硝化反硝化具有以 下优点：( a ) 硝化阶段可减少2 5 左右的需氧量，降低能耗；( b ) 反硝化阶段可减少4 0 左右的有机碳源，降低运行费用；( c ) 反应时间缩短，反应器容积可减少3 0 4 0 左右： ( d ) 可具有较高的反硝化速率；( e ) 污泥产量降低：( f ) 可减少投碱量。 短程硝化反硝化生物脱氮技术所需的微生物培养条件极为苛刻，运行成功率较低， 目前此技术还处于研究阶段。 2 、同时硝化一反硝化 传统观点认为硝化与反硝化反应不能同时发生，近年来好氧反硝化菌和异养硝化菌 的发现以及好氧反硝化、异养硝化和自养反硝化等研究的进展，使同时硝化反硝化成为 可能，并奠定了同时硝化反硝化 s n d ) 生物脱氮的理论基础。在s n d 工艺中，硝化与反硝 8 太原理工大学硕士研究生学位论