（环境工程专业论文）北辰污水处理厂改良ao除磷工艺调试运行研究.pdf

ab s t r a c t abs t r a c t t h e w a t e r i s t h e n a t u r a l r e s o u r c e w h i c h t h e h u ma n s u r v i v a l a n d d e v e l o p s e s s e n t i a l l y , c a n n o t b e s u b s t i t u t e d . a l o n g w i t h o u r c o u n t ry s o c i e t y a n d t h e e c o n o m i c a l r a p i d d e v e l o p me n t , t h e w a t e r c r i s i s w h i c h t h e w a t e r r e s o u r c e s d e fi c i e n t a n d t h e w a t e r p o l l u t i o n s e r i o u s c o n s t i t u t e s d a y b y d a y h a s b e c o m e o u r c o u n t ry t o i m p l e m e n t t h e s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t t h e r e s t r i c ti o n f a c t o r . i n w h i c h t h e w a t e r b o d y e u t r o p h i c a t i o n q u e s t i o n w h i c h c r e a t e s i n c l u d i n g t h e p h o s p h o r u s s e w a g e i s a t p r e s e n t s t u d i e s k e y o n e . t h o u g h t g e n e r a l l y t h e p h o s p h o r u s i s t h e w a t e r b o d y e u t r o p h i c a t i o n p r i m a ry r e s t r i c t i v e f a c t o r , t h e r e f o r e a i m s a t t h e p h o s p h o r u s t h e c o r r e l a t i o n e m i s s i o n s s t a n d a r d t o b e m o r e a n d m o r e s t r i c t , t h e s e w a g e t r e a t m e n t e l i m i n a t e s t h e p h o s p h o r u s r e q u e s t t o b e m o r e a n d m o r e h i g h , t h e c i t y s e w a g e t r e a t m e n t p l a n t a l l p r o p o s e d e l i mi n a t e s t h e p h o s p h o r u s t e c h n o l o g i c a l r e q u i r e m e n t , t r a n s f o r m s f o r c a n e l i m i n a t e t h e p h o s p h o r u s e f f e c t i v e l y t h e c r a f t . t h i s a rt i c l e h a s s t u d i e d t h e q u e s t i o n w h i c h b e i c h e n i n t h e s e w a g e t r e a t me n t p l a n t c r a f t s t a rt a n d t h e d e b u g g i n g m o v e m e n t a p p e a r s , p r o p o s e s t h e s o l u t i o n . i n a c t u a l d e b u g g i n g m o v e me n t p r o c e s s , b e c a u s e e n t e r s t h e w a t e r w a t e r v o l u m e t o b e s m a ll e r t h a n b y f a r t h e d e s i g n w a t e r v o l u m e a l s o e n t e r s t h e w a t e r w a t e r q u a l i t y t a r g e t t o b e h i g h e r t h a n f a c t o r s a n d s o o n d e s i g n v a r i a b l e , h a s b r o u g h t t h e e n o r m o u s d i f fi c u l t y f o r t h e s y s t e m d e b u g g i n g m o v e m e n t . t h r o u g h t a k e s a s e ri e s o f m e a s u r e s : ( 1 ) p a i r o f w a t e r q u a l i t y s e ri o u s e x c e e d i n g t h e a l l o w e d f i g u r e s i t u a t i o n , l e n g th e n s t h e r e s i d e n t t i m e i n t h e b i o l o g i c a l p o n d t o c a r r y o n t h e s t u f f y i n s o l a t i o n ; ( 2 ) i n c r e a s e a c t i v e s lu d g e m o l d m u s h r o o m s p a w n q u a n t i t y , e n h a n c e s t h e s l u d g e a c t i v e n e s s h a n d l in g a b i li t y ; ( 3 ) i n c r e a s e c e rt a i n c a r b o n s o u r c e ( 4 ) e s t a b l i s h e s t h e s p e c i a li s t t o e n t e r t h e w a t e r s i t u a t i o n t o t h e f a c t o ry o u t s i d e t o c a r r y o n t h e r e a l - t i m e m o n i t o r , a n d t h e p ro m p t s a m p l 吨 c a r r i e s o n t h e c h e m i c a l e x a m i n a t i o n , w h e n t h e d i s c o v e ry w a t e r q u a li t y i s u n u s u a l , f o r a v o i d s h a v i n g t h e i m p a c t t o t h e b i o l o g i c a l p o n d m o l d m u s h r o o m s p a w n , p a rt i a l s e w a g e a ft e r s u r m o u n t i n g t u b e e m i s s i o n s a n d s o o n . f i n a l l y e n a b l e s t h e w a t e r l e a k a g e t o a c h i e v e t h e d e s i g n e m i s s i o n s s t a n d a r d t h e r e q u e s t , a n d s a t i s fi e s t h e s y s t e m d e s i g n m o v e m e n t p a r a m e t e r b a s i c a ll y , s t a b l e m o v e m e n t . e v e n i f i n t h e d e b u g g i n g i n i t i a l p e ri o d , t h e t o t a l p h o s p h o r s e m i s s i o n s a l s o m a y a c h i e v e i s s m a ll e r t h a n t h e 3 . o m g / l t w o l e v e l o f e m i s s i o n s s t a n d a r d . t h i s i n d i c a t e d i m p r o v e s a / o t o e l i m i n a t e t h e p h o s p h o rs c r a f t t o h a v e t h e g o o d p e r f o r m a n c e a n d t h e s t a b l e m o v e m e n t . k e y w o r d s 二n t p l a n tb i o l o g i c a l p h o s p h o r u s r e m o v a l a / o p r o c e s s ds : wa s t e wa t e r t r e a t me c o m mi s s i o n i n g a n d o p e r a t i o n 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、 保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内 容:按照学校要求提交学位论文的印 刷本和电子版 本; 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、 数字化或其它手段保存论文; 学校有权提供目 录检索以 及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务; 学 校有权按有关规定向国 家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电 子版; 在不以 赢利为目 的的 前 提下，学校可以适当 复制论文的部分或全部内 容用于学术活动。 学 位 论 文 作 者-t : 科 t 4 啊年 犷 “ 日 经指导教师同 意，本学位论文属于保密， 在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名:学位论文作者签名: 解密时间: 年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下: 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明: 所呈交的 学位论文， 是本人在导师指导下， 进行 研究工作所取得的成果。 除文中己 经注明引 用的内 容外， 本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、 己公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的 研究工作做出贡献的其他个人和集 体， 均己 在文中以明确方式标明。 本学位论文原创性声明的 法律责任 由本人承担。 学 位 论 文 作 者 签 名 : v i t * -,) 1年 r ” “ 日 第 一 童绪 论 第一章绪论 城市工业污水概况 水 是人类生存和发展的不可 缺少的自 然资源和 环境资 源， 水资源的状况直接 影响到 经济社会的 持续发展。 但随着城市 和工 业的 飞速发展， 大量的生活污 水和 工业 废水排放到环境中， 对水体环境造成了 严重的 污染。 工业企业各行业生 产过 程中 排出的 废水， 通称工业废水 ， 其中 包括生产污水、冷却水 和生活污水3 种。 根 据工 业废水处理的 难易程度和 废水的 危害性，将废 水中的 主要污染物分为3 类。 ( 1 ) 易 生 物 处 理 、 危 害 性 小的 的 废 水。 如 生 产 过 程中 产生 的 热 排 废 水或 冷却 水，对其稍加处理就可以排放或回用。 ( 2 ) 易 生 物 降 解 无明 显 毒 性 的 废 水 . 可 采 用 生 物 处 理 方 法 。 (3 ) 难 生 物 降 解 又 有 毒 性 的 废 水 。 如 含 重 金 属 的 废 水 ，含 多 氯 联 苯 和有 机 氯 农 药废水等。 2含磷废水 1 . 2 . 1 水休中 磷的来源 水体中磷的 来源有点源和面 源两大类型。 点源包括生活污水和 工业废水， 面 源包括地表径流、降雨、降雪、 养殖投饵和动物排泄粪 便等i l l 在生活污水中， 磷主要来自 含 磷洗衣粉。 根据1 9 9 7 年的 统计数据， 我国 洗衣粉的总产量在2 0 0 0 k u a 左 右 ， 通过 生 活 污 水 排 放 到 水 体中 的 磷 达7 5 k tl a z 1。 工 业 含 磷 废 水 主 要 来自 食品原料加工、肥料、皮革、纤维和制药等行业。 随着农业生产的发展， 人工合成的磷肥及含磷农药的施用量越来越大， 通过 雨水冲淋、农业排水和地表径流等途径进入水体， 造成磷的面源污染。在滇池面 源污染调查中发现， 磷肥对滇池磷污染的贡献率达 4 2 %。 此外， 随着养殖业的发 展， 磷含量高的畜禽排 泄物被排入 水体， 也 造成了 磷的面源 污染1 7 二据报道， 家 禽对植酸磷的 利用非常有限 ， 饲料中6 0 % 一 7 5 % 的 植酸 磷不能被消化，随粪 便排 出。 磷在家畜体内的 利用率也不高， 摄入的磷 有一半以 上被排出体外。 大部 分磷 都未经任何处 理， 直接排放， 造成环境污染。 第一章 绪论 1 .2 . 2 琪对水体的污染与危害 由 于受纳水体不断接纳由 点源和非点源排入的氮、磷营 养物质，营 养负 荷 增加而引 起水体富营养化。虽 然藻类生 长的限 制因素是氮 和磷， 但从藻类对氮、 磷需要的关系看， 磷的需要更为重要。 如果水体中缺乏氮， 氮素可以由生活在水 中 的固 氮 微生 物( 如 某 些固 氮 细菌 和蓝 细菌 ) 来 补 充。 而 水体中 较 低浓 度的 磷 ( 0 .0 1 8 m g /l ) 就 能 刺 激 藻 类 大 量 繁 殖， 因 此 磷 是 导 致水 体 富 营 养 化 的 主 要 因 素 a 1 湖泊富 营养化通常会带来以 下几方面的 危害 : 1 ) 藻 类 密 集 在 水 面， 使阳 光 难以 辐 射 进入 湖 泊 深 层， 深 层 水 体的 光 合 作 用 减弱，因而水中溶解氧的来源也就随之减少。 藻类死亡后， 腐烂分解会消耗深层 水体大 量的 溶解氧， 使得需氧生物难以生 存， 引起鱼 类窒息， 给湖泊水产带 来直 接的 损失 5 2 ) 大 量 水 藻 浮 在 水 面， 使 水 质 变得 浑 浊， 透明 度降 低， 藻 类 腐 烂分 解 会 散 发出 浓烈的 腥臭， 使水 域的 感官性状恶化， 影响观光旅游 事业的 发展. 3 ) 许多藻 类能 分 泌、 释 放 有 毒 有 害 物 质 ( to 蓝 藻 可 产 生 致 癌 毒 素 ) ， 不 仅 危 害 动 物， 而 且 对 人类健康也产生严重影响。 叼 增加用水处理成本， 给城市工业用水和生活用水造成因难。 我国 有监测 系统的 河流中已 有8 2 % 受到不同 程度的 磷污染， 9 0 % 以 上的 城市水域受到严 重污 染， 如长江不少支流水质己 超 过三类标准， 很多 江段的 磷污染 非常严重， 有2 9 % 的江面 水质已 达四、 五类标准。据报 道， 南视河排入巢湖的 总磷量达7 3 咖， 湖 水中 滋生的藻 类达1 1 7 种， 巢湖是合肥市的 饮用水源， 巢湖的 磷污染己 对该 市居 民的身 体健康构成了 潜在威胁。滇池是著 名的 旅游胜地，由 于无节制的磷 排放， 湖水水 质已 达劣五类 6 发生 在 近 海 的 赤 潮 是 海 洋 中 某 些 浮 游生 物 ( 尤 指藻 类 ) 、 原 生 动物 或 细 菌 等 在 一定环 境条 件下暴发性增殖或聚集达到 某一水平， 引 起水色变化的一 种生 态异常 现象。 仅在2 0 0 0 年， 我国 就发 生了2 8 起赤潮， 累 积面积超过1 万平方公里。 赤 潮破坏了海 洋生 态系统， 直接或间接 地危害了 海洋 环境、 海洋生物和人类 健康， 已 对海 洋渔业、 海水养殖业、 滨海 旅游和休闲 业构成 严重 威胁， 为世界 三大近海 污染问 题之一。 综上 可见， 磷素污 染对整个生态系统和人 类己 构成了 重 大威胁， 必须采取有 效措施控制磷素污染。 3 除磷技术概述 目前，废水除磷的主要方法有化学法、吸附法和生物法。 第一章 绪论 1 . 3 . 1化学法 化学法的基本原 理是通过投加金属盐化学药剂形成不 溶性磷酸盐沉淀物， 然后 通过固液 分 离 将 其 从 污 水 中 去 除 . 可 用 于 化 学 除 磷 的 金 属 盐 主 要 有 三 种 : 钙 盐 、 铁 盐 和 铝 盐 7) . 最 常 用的是石灰、 硫酸 铝、 铝酸钠、 三氛化铁、硫酸铁、硫酸亚 铁和氛化亚铁。 ( 1 ) 铁 盐 和 铝 盐 除 磷 以f e c 1 3 和a 1 2 ( s o 4 为 例， 除 磷 过 程 发 生 的 主 要 化学 反 应 如 下: f e c 13 + p o 4 3 - f e p o 4 工 + 3 c i 2 f e c 1 3 + 6 h c 0 3 + 6 h 2 0 - 2 f e ( o h ) 3 1 + 6 c 1 + 6 c o 2 + 6 h 2 0 a 12 ( s o 4 )3 + 2 p o 4 3 - 2 a ip 0 4 l + 3 s o 4 - a 12 (s o 4 )3 + 6 h c 0 3 + 6 h 2 0 - - 2 a 1( o h ) 3 1 3 5 0 4 2 + 6 c o 2+ 6 h 2 0 从化学反应式来看， 三价金属离子和磷酸根离子是以等摩尔进行反应， 药剂 的投加量取决于磷的存在量。 由于污水中的氢氧根离子可与药剂发生反应， 生成 氢氧化物沉淀， 从而消耗一定数量的药剂， 因此化学药剂的实际投加摄总是大于 根据化学计量关系预测的药剂投加量。 除三价金属离子和磷酸根离子生成不溶性 磷 酸 盐 沉 淀 物 外 ， 生 成 的a i ( o h )3 和f e ( o h 也 可 吸 附 磷 酸 盐 或 聚 磷 酸 盐 ， 实 现 除磷。 p h 值 影 响 铁 盐 和 铝盐 的 除 磷 效 果 .当p h 值 分 别 为5 .0 -5 5 和6 .0 - 7 .0 时 ， f e p o 4 和a l p o 4 溶解度最小， 铁盐 和铝盐除磷效果最好1 0 1 。 对于铁盐 和铝盐除磷， 前 置沉淀、协同沉淀和后置沉淀都可采用。 ( 2 ) 钙盐除 磷 污水添加石灰除磷时，主要有以下反应发生: c a t 十 + o h -+ h c 0 3 - c a c o 3 工 + h 2 0 5 c a 2 + 4 0 h -+ 3 h p o 4 2- - c a 5 0 h ( p o 4 )3 i + 3 h 20 生 成的 c a 5 0 h ( p o 4 ) 3 斑 基磷灰石 疮 污水中 的 溶解度随着 p h值的升高而降 低。为 使磷的 去除率 达到 9 0 % 以 上，石灰法除磷的p h值 通常控制在 1 0以 上. 在 此p h 条 件 下 ， 污 水 中 的 碳 酸 氢 根 碱 度 与 石 灰 发 生 反 应 生 成 碳 酸 钙 沉 淀， 因 此 石灰法除磷所需石灰 投加量取决于污水的碱 度。 由 于过高的p h值会抑制微生 物 的 增殖和活性， 因此石灰法不能 用于协同 沉淀， 只能用于 前置沉淀和后置沉淀 除 磷 川 。 ( 3 )镁盐除磷 向废水中投加镁盐，形成磷酸氨镁沉淀以去除废水中磷，形成磷酸氨镁 ( m a p ) 的 化学反应式为: m g t * + p o 4 3+ n h 4 * + 6 h 2 0 - m g n h 4 p o 4 -6 h 2 0 1 ma p为碱式盐，在酸性条件下易溶解，沉淀反应宜在较高的 v h下进行。 第一章 绪论 当p h值为1 0 .5 时，氮和磷的 去除率分别为8 3 % 和9 7 % 1 1 2 1 . 化 学法除 磷的优点是除磷效率较高，一般可达 7 5 % - 8 5 % ， 且稳定可靠，可 达到0 .5 m g /l 出 水 标 准， 污 泥 在 处 理 和 处 置 过 程 中 不 会 重 新 释 放 磷而 造 成 二 次 污 染北学法除 磷是目 前常用的一种除磷方法，可单独使用，也可作为辅助手 段与 生物除磷结合使用。 化学法除磷的主要问题是药剂价格昂贵、 运行费用较高、 产生大量化学污泥、 污 泥 处 置 的 难 度 大， 另 外 使 大 量阴 离 子 ( 如 氯 离 子 ) 残 留 在 水 中 ， 导 致 水 的 盐 度 增 加，造成二次污染。 1 3 .2 吸附法 吸附 法除 磷是 利用某些多 孔或大比 表面积的固 体物质对水中 磷酸根离子的亲和力来实 现 除 磷 的 过 程 1 3 1 正 磷酸 盐 在 水中 可 发 生 电 离 ， 同 时 生 成h 3 p 0 4 , h 2p o a , h p 0 4 2 .和p 0 4 气 各 个 含 磷 基 团 的 浓 度 随p h 值 而 异。 在 生 活 污 水 印 h 6 - 9 ) 中 ， 磷 的 主 要 存 在 形 式 为 磷 酸 氢 根和磷 酸二 氢根。 污水中 这些磷可通过物理吸附、 离子 交换或表面沉积作用 转移 到固体吸附剂上， 从而从废水中去除。 对于天然吸附剂，吸附作用主要依靠其巨 大的比 表面 积， 以 物理吸附为主。 对于人工合成的吸附 剂， 由 于人为制造了固 体 表面的特性吸附和离子交换层，化学吸附占主导地位。 吸附法除磷工艺简单， 运行可靠， 既可作为生物除磷的必要补充，也可作为 单独的除磷手段。 但吸附法除磷在吸附剂的抗干扰性、 溶解损失和再生等方面还 存在诸多问 题。 传统的 磷吸附剂 一活性氧化铝， 由于 磷吸附 容量不高， 运行 周期 较短， 需 要经常置换， 在一定程 度上增加了 运行成本。 由于 传统吸附 剂吸附 容量 较低， 而大吸附 容量的高 效吸 附剂尚在 研发中， 吸附 法作为 单独除磷手 段目 前尚 未得到广泛应用，经常作为辅助手段与其它除磷方法结合使用。 1 3 . 3 生物法 目 前 生 物 法 除 磷 主 要 是 通 过以 下 两 种 独 立的 机 制 来 完 成:1 ) 微 生 物 和 植 物同 化 吸 收 磷 :2 ) 活 性 污 泥中 的 聚 磷 微 生 物 过 量 摄 磷 。 相 应 于 这 两 种除 磷 机 制， 用 于 工程实践的 生物除磷技术主要有 人工湿地、 厌翱好氧工艺等. 生 物除 磷具有除磷 效率高， 不 产生 大量化学污泥，日 常费 用省等优点， 是目 前流行的除 磷方法。 生 物除磷法的 基本原理是: 在厌氧条 件下， 聚磷菌能 快速吸收和贮存发 酵产物一乙 酸 盐 并 伴 随 有 聚 磷的 降 解 及 无 机 磷的 释 放。 胞 外乙 酸以 电 中 性 的 形 式 ( 乙 酸 分 子 ) 通过简单扩散或促进扩散进入聚磷菌细胞内。 在胞内，乙酸分子中的氢质子整合 第 一 章绪 论 到聚p 一 轻丁酸， 不消耗质子移动力，因此，乙 酸的吸 收不消 耗能量。乙酸 进入 胞内 后需经活化形成乙酞 辅酶 a 。 乙酞辅酶a的 形成有两种途径。 其中，乙 酞 辅 酶a 合 成 酶 ( a c e ty l- c o a s y n th e ta s e , a c s ) 催 化以 下反 应 合 成乙 酞 辅 酶a is l h a c + a t p + h s - c o a 一乙酞 c o a十 a mp + p p i 以 上反应式中 的a t p 可在p p i : p e p :a m p 磷酸转移酶的 催化下由 焦磷酸( p p i ) 再 生， 也 可 在p o l y p a m p 磷 酸 转 移 酶 催 化 下 由 聚 磷 酸 水 解 产 生 ， 还 可由 糖 原 通 过e d 途 径 降 解 产 生 . 另 一 合 成 途 径 由 乙 酸 激 酶 ( a c e ta t e k in a s e , a k ) 和磷 酸 转乙 酞酶( p h o s p h o t r a n s a c e t y l a s e , p t a ) 催化， 消耗1 个a t p , a t p由 聚磷酸水 解产生。 由 于乙 酸激酶的 半饱和常数大 于 6 0 m g / l ，因此 只有当乙 酸浓 度较高时，乙 酸激 酶 才 有 活 性 ; 而 在e b p r 系 统中 ， 当 环 境中 的 乙 酸 浓 度 低 于6 m g / l , 乙 酸 仍 可 进 入 细胞， 此时胞内乙酸 浓度也很低， 在这种情况 下， 可由乙 酞辅酶a合成酶 ( a c s ) 催化乙 酸转化为乙 酞辅酶a ，因为a c s的 半饱和常 数通常小于 6 0 m g / l。 合成 的乙 酞辅酶a经反应合 成聚1i - l 丁酸( ( p h b ) . 另 外， 胞内 糖 原 也 可 形 成p h b 和 聚1i 一 轻 戊 酸 (p h v ) 。 糖 原 通 过e d 途 径降 解 产 生 丙 酮 酸 ( p y r ) ， 丙 酮 酸 经丙 酮 酸 脱 氢 酶 催 化 转 化为 乙 酞 辅 酶a ,由 乙 酞 辅 酶 a转化为p h b 。 丙酮酸还可 通过玻拍酸一 丙 酸途径转化为丙 酞辅酶a , ，由丙 酞辅 酶a和乙 酞辅酶a形成p h v . 在以乙 酸为唯一 碳源时， 聚磷菌胞内的p h v贮 藏物可作为糖原厌氧降解的标志。 好 氧 摄磷 ， 开 始 进入 好 氧区 时 ， 聚 磷 菌 细 胞内 己 积 聚 大 量 聚 轻 烷 酸 ( p h a )( 即 p h b / p h v ) . 在有氧存在的 条件下， 聚磷菌以 分子氧为 最终电 子受体，消 耗内 部 贮存的p h a和外源基质，通过电子传递磷酸化产生a t p , a t p 用于细胞合成及 胞内 聚磷和糖原的 合成p 6 1 1 . 3 . 4 除磷技术的研究现状 近十多 年来， 各国 开发了 许多生 物除 磷工艺， 污水生物除 磷的 基本工艺主要 有: a /0 工 艺， 劝。 工 艺 、 p h o st rip 工 艺 、 b a rd e n -p h o 工 艺、 u c t工 艺 、 v ip 工 艺、 .tub工艺、 e a s c 工艺、 r e n p h 。 工艺、 s b r工艺以 及c c a s 工艺等， 这里 主要介 绍其中的 几种工艺。 1 . 3 .4 . 1 a / o工艺 a / o工艺 是最基本的除 磷工艺， 是 a n a e r o b i c / o x i c 的简称， 该工艺系统是美 国 学 者 s p e c to r 在1 9 7 5 年 研究 活 性 污 泥 膨 胀 的 控 制问 题 时 ，在 发 现 厌 氧 一 好 氧 (周 。 ) 工艺不 仅可以 有效地防 止污泥的 丝状菌膨胀问 题， 而且具有很好的除磷效果的基 础上而开发的，该工艺的基本流程如下图所示: 第一章 绪论 污泥 回流 图 1 . 1 a / 0工艺基本流程 a /。 工 艺 的 主 要 特 征 是 :曝 气 池 前 设 置 兼 氧 池 (水 解 池 ) ， 起 到 稳定 进 水 水 质 ， 改 变污染物结构的预处理作用， 兼氧池 创造了 生物反硝化脱 氮的 还原态环境， 同 时脱氮 过程能 够直接利用进水中的 有机碳源， 省去了 外加碳源; 通过硝化池混合 液的回 流， n 0 3 在 脱氮池中 进行反 硝化: 此外， a / 0 工艺只有一 个污泥回流， 可使 好氧性 异养细菌、反 硝化细菌和硝 化细菌都处于 缺氧/ a f 氧交替的 环境中， 构成 一个混 合菌群， 在不同的 条件 下充 分发挥它 们各自 的 优势。 兼氧池( 水解酸 化池) 既可以对后续的曝气池活性污泥起到保护作用， 同时可以将进水中难降解的有机 污染物转化为易生物降解小分子. 习0工艺 流程简单， 不需另加化学药品 ， 基建和运行费用低， 在 a / 0系统中， 微生物 在厌氧条件下将细胞中的磷释 放， 然后进入好氧状态 ， 并 在好氧条件下摄取 比在厌 氧条 件下所释放的更多的磷 ， 即利 用其对磷的 过量摄取能力将高含磷污泥 以 剩余 污泥的 方式排出处理系统之 外， 从 而降 低处理出 水中 磷的含量， 该工艺在 进水中 磷与b o d 之比很 低的 情况下能取得很好的 处理效果， 当进水中磷与b o d 比 较高时 ， 由 于 b o d负 荷较低， 剩余污泥量 较少 ， 因 而比 较难以 达到稳定的 运行效 果 1 7 1 分 析其原因， 主要是由 于系统中 磷的 去除主要依靠剩 余污泥的 排除来实现， 实 质上与 有机物处理过程一样， 其去除 效果受工艺运 行条件及环境条件的影响; 当处 理进水中的 易降解! 分子量 较低的 有机基质 含量 较少时， 因聚磷 菌较难以 直接利用 这类基 质而影响其磷的释放程度， 从 而导致在好氧 段对磷的 摄取能力下降; 由 于 厌 氧一 好氧系统中剩余 污泥的 含磷量高于 传统 活性污泥法， 因而 在污泥的 浓缩和消化 过程中 ， 污泥所摄取的磷将重新释放 到上清液中 ， 而 上清液一般要回流到处理过 程 中加以 处理， 经过长时间的运行， 对系统的总体除 磷效果会 产生一定影响; 当处理 过程中的 进水水质波动较大时 , a / 0工艺中 磷的 释放效果 会受到一定影响， 也会影 响 系统的 除磷效果。 因此， 在a / 0 工艺中 ， 一般要求进水中有 较高的易 降解有机 基 质的 含量这是采用a / 0 工艺的 前提。 第一章 绪论 1 .3 . 4 . 2 序批式间歇活性污泥法 ( s b r法) 序 批 式 间 歇 活 性 污 泥 法 ( 又 称 序 批 式 反 应 器 ， s e q u e n c in g b a t c h r e a t c to r ) . 它的整个处理过程实际 上是在一个反应器内 进行的， 该工艺通过程序 化自 动控制 充 水、 反 应 、 沉 淀 、 排 泥 和 闲 置 五 个 阶 段， 实 现 对 废 水 的 生 化处 理 1 . s b r反 应器， 其最大的 操作特点是在原 污水流入反应 器的 过程中， 可以根据 废水水质和 工艺要求的不同， 分别采用灵活的曝气方式和充水、 反应时间， 实现不同的处理。 由 于其在运行时间上的 灵活 控制， 为实现除磷脱氮 提供了 极为有利的条 件。 s b r 工艺不仅可以 很容易地实 现好氧、 缺氧及厌氧 状态交替的 环境条件， 而且很容易 在好氧条件下增大曝气量反应时间和污泥龄来强化硝化反应及除磷菌过量摄磷 过程的顺利完成; 也可以在缺氧条件下方便地投加原污水或提高污水浓度等方式 以 提供有机碳作为电子 供体使反硝化过程更快地完 成; 还可以 在进水阶段通过搅 拌维持厌氧条件以 促进除 磷菌充分地释放磷.由s b r工艺反 应工 序可以 看到， 只有在 a z / o法工艺中 才能完成的复 杂的除磷脱 氮过程， 在 s b r法工艺中 仅仅 在单一 反应器的 一个运行周期中 即可完成。 s b r法是 一种高 效、 经济、 可靠的 适合我国国情的废水生物处理方法。 1 .3 .4 .3 a z /o法 a z / o法在废水处理流程中设置 厌氧、缺氧、 好氧段，为除 磷脱氮供了 有利 条件。其具体运行过程为:进水进入厌氧段，磷菌释放磷，进入缺氧段，聚磷菌 继续放磷， 同时由异养型反硝化菌对硝酸盐进行硝化， 将其还原为氮气从水中逸 出， 进入好氧段，聚磷菌大量吸磷，由于 自养型硝化菌进行作用， 将氨氮硝化为 硝酸盐混合液回流到 厌氧段重复以 上过程一二 沉池， 污泥沉淀回流一出 水。 除 磷脱氮是在重复的厌氧一缺氧一好氧过程中完成，使磷氮的去除率提高。 a z / o 法的 优点在于除磷脱 氮效果较好， 无需投药， 厌氧和缺氧段只进行 缓 速搅拌， 故运行费用低。 但该工艺中污泥增长有一定的限度，因此除磷效果难于 再提高。 另外， a z / o工艺中聚磷 菌厌氧释磷、 好氧吸 磷， 硝化菌硝化、 反硝 化 菌反硝 化，完 成每一过 程都有不同的环境要求， 硝酸盐 对厌氧 释磷不利1 1 9 1 。 这 个矛盾使a z / o工艺实际 运行中 除磷脱氮效果不 稳定，除 磷效果好时脱氮效果 不 好， 脱氮效果好时除磷 效果不好。目 前 a z / 0工艺 在国内 外应用非常 广泛。 1 . 3 .4 . 4 p h o s t r l p 工艺 p h o s 吻 工 艺 作为 侧 流 除 磷 工 艺 的 代 表 ， 结 合 生 物 除 磷 和 化 学 除 磷 ， 将 部 分 回 流污泥分流到厌氧池中除 磷并用石 灰沉淀， 厌氧 池不在污水主流方向 上， 而在 回 流污泥的侧流中。 它 处理出 水含磷量低， 对 进水水质 波动的 适应性较强， 比 较 适合于对现有工艺的改造， 只需在污泥回避管线上增设小规模的处理单元， 并且 第一章 绪论 在改造过程中不 必中断 处理系统的正常运行。 单纯的p h o s t r ip 工艺流 程将厌氧区 独立设置于污泥回 流线 上，因 而也称其为 “ 旁 流” 除磷工艺。在污 泥回 流线上， 部分回流污泥被引 入一 完全封闭 的厌氧罐中， 磷在 此释放与 污泥分离。 释放磷后 的 污泥再返回曝 气池， 含磷的 上清液则后续 用石灰等以 磷酸钙形式 沉淀 m l 为了提高除磷的效 率， 在 a / 0的 基础上发展出 许多 工艺， 如 a z / o工艺、 b a r d e n p h o 工 艺 、 u c r 工 艺 、 p h o r e d o x 工 艺 、 v i p 工艺 等。 所 有的 生 物除 磷 系 统 都有以 下几个特点: 保证厌氧区真正处于厌氧 状态， 既小存在游离 态的 溶解氧， 也小存在硝酸根等结合 态氧， 如通过改变污泥回 流方式和路径以避免 硝酸根进入 厌氧区，而防止厌氧区的反硝化作用，对聚磷菌厌氧释放磷的竟争抑制作用:保 证厌氧区进水中易生 物降 解有机物的含量， 以使 聚磷菌能在与 其它细菌对食料的 争夺中占优势，如可在进水中加入初沉污泥酸性发酵液等。 在实际应用过程中， 我 们应 根据具体的 水质情 况、 去除要 求以 及其它配套设 施等选择经济合理的工艺 4生物除磷技术的发展方向 随着水体富营养化问 题的日 渐突出， 水 质指 标体系不断严 格化的 趋势使废水 除磷问题成为水污染控制中广泛关注的热点， 在此基础上， 废水除磷技术取得重 大发展， 生 物除 磷技术已成为 其中的 主流技术。当 前， 随着城镇化和工业化进程 的 加快， 我国出 现了 与发达国家 不同的 城市污水组成 特征， 大量的 未经处理或仅 经过简单预处理的不同 性质的 工业废水进入到了 城市市政污水管网， 混合后进入 城市污水处理厂. 如: 杭州四堡 污水处理厂工业废水的比 例占4 0 - 5 0 % ; 杭州七格 污 水处理厂工业废水的比 例占 7 0 % 左 右; 绍兴市睐 新污水处理厂 工业废水的比 例占 6 0 - 7 0 % ; 绍兴污水处理厂工业废水的比 例占到 8 5 % 左右. 这对常 规的 城市污水处 理工艺 的正常运行造成了 很大的 冲击， 给工艺正常稳定 运行带来了安 全隐患。 有 资料 表明， 目 前以 工业废水为主的 城市污水厂能正常 达标运行的很少， 主要表 现 在启 动困 难和处理效果 难以 达到设计要求等 方面。 因 此， 如何 有效的 针对非单一 污水城市污水处理厂的 水质特征， 采取有效的应对措 施， 加快 工艺启动和提高 工 艺 运行的稳定性己经成为 环境工程研究领域的 难点. 但目 前已 应用的 生物除磷 技 术存在着除磷效果不够 理想， 运行费用高， 工艺复 杂等诸多 不足。 通 过分析， 笔 者 认为 生物除磷技术的发 展应在以 下几方面 进行。 1 . 进一步对强 化生 物除 磷 ( e b p r )技 术进行研究开发更高 效的除磷工艺 强 化生物除磷 ( e b p r ) 技术是得到广泛注意的 技术，目 前主要的生 物除 磷 工艺都 是在其基础上开发的， 但这些工艺在运行时 往往回出 现 e b p r失效的 现 象， 使得除磷效果受影响， 因 此应对造 成e b p r失效的因素作 深入研究， 对已 有 第一章 绪论 工艺进行改造，开发稳定高效的除 磷工艺。 2 . 开发和发展适合小 规模、 分散化处理的废水除 磷工艺 目 前我国 城镇化发 展迅速， 民营中小 企业数量很大， 污水处理设施的小 规模、 分散化的发展趋势很明显， 应大力开发和发展适应城镇实际情况的 废水除 磷工 艺， 这将在水环境保护方面显 得非常 有意义。如s b r除磷工艺、人工湿地除 磷 技术等，都具有小规模、分散化处理的特征，值得关注。 3 . 发展节省能源和资源的废 水除 磷工艺 通常用 b o d和磷去除量的比 值 ( b o d / a p ) 表示系统的除 磷能 力， b o d / 0 p =b o d进水/( t p 进水一 t ip 出 水) ， 一般说 来b o d / e p 值越小，工艺除 磷 能 力越强。 开发b o d / a p 值较小情 况下的 除磷工艺， 实际 就少消 耗了有机碳 源， 而有机碳源就是能 ( 资)源。因此开发 b o d / a p值小的废水处理工艺也是成污 水处 理领域可持续发展的体现 1 2 1 4 . 探索外加条件与生物协同 作用除 磷的 新技术 对已有的除磷工艺增加某种外加因素， 改变微生物活动的环境条件， 使外加 因素能于生物产生协同作用， 达到更有效除磷的目的。 如外加电场或磁场， 在一 定的运行条件控制下，探索除磷新工艺. 5 本课题研究的目的 和主要内 容 1 . 5 . 1 课题的来源 根 据原 水水质特点及处理 厂出 水水质要求， 天津北辰污水处理厂工程设 计确 定采用改良a / o除磷工艺， 如何适应原水水量水 质要求， 快 速实现启动和 调试 运行， 达到设计所要求的除磷效果， 是摆在该污水处理厂建设和运行者面前的重 要任务。 1 . 5 .2 本课题的研究内容和意义 本文研究了北辰污水处理厂工艺的启动和调试运行中出现的问题， 提出解决 方法。主要包 括 ( 1 ) 对水厂建设过 程中的 各种设计参数的 分析， 水质变化的记 录，和设计工艺流 程的分析，( 2 ) 调试运行过程中 各种性能的分析。 天津市北 辰污水处理厂该厂虽 属于中 小型水 厂， 但从 建设必要性、 建设背 景、 处理工艺、 环境保护等角度来看， 是比 较符合国内中 小型水厂建设发展趋势的。 因 此 ， 本 文 北 辰 污 水 厂 的 建 设 和 调 试 运 行 有 更 进 一 步 的 意 义。 即 ( 1 ) 为同 类 型 的 污水处理厂调试及运行提供技术参数及实践经验; ( 2 ) 确定污水厂工艺参数之间 第一章 绪论 的 关 系 ， 对 操 作 运 营 管 理具 有指 导 意 义; ( 3 ) 对 其 它 工 业 废水 处 理 厂 的 运 营 管 理 具 有 积 极的 指 导 和 参 考作 用 ; ()可 以 为 污 水 厂 、自 来 水 厂 或 其 它 水 厂 的 阶 段 性 评估提供参考模式. 希望本论文能对今后天津市 地区经济合理的实施自 来水厂废水处理有所助 益， 并且对水厂的调试运行方面效率的提高有较好的帮助。 第二章 北辰污水厂概况 第二章北辰污水厂概况 2 . 1 工程简介 天津市北辰 污水处理厂是海河流域天津市 污水处理重点 工程之一， 是亚洲开 发银行贷 款项目 。 该污水处理 厂工程建设总规模为2 5 x 1 0 a m 3 / d ， 其中 ， 一期工程规模为l o x 1 0 0 m 3 / d 。根据北辰污 水处理厂工程的原水水质特点 及处理 厂出 水水质 要求， 确 定采用改良a / o除磷工艺。 工程总投资3 . 6 亿元。 中国 市政工程华北设计研究院承担了 天津市北辰污水处理厂工程中 污水处 理厂部分的设计任务。 污水、污泥处理工艺经多方案比较选择后确定为 “ a / o生物除磷、回流污泥 反硝化、 化学法除 污泥处理系统尾水中 余磷” 的 处理方案; 污泥处理及处置选 择 “ 厌氧中 温消化、 机械浓缩脱水、 卫生填埋处置” 的方 案: 污水回用选 择活性 砂 过滤工艺。 北辰污水处理厂工程对改善天津市的环境质量、 开发利用水资源、 保护市民 健康、 促进工、 农、 渔业生产和改革开 放局面 会产生显 著的 经济效益、 社会效 益 和环境效益。 2 . 2 建设规模 北辰污水处理 厂服务于北仓排水系统， 位 于市区的北部， 服务范围是: 东 至 铁东路以 东至外 环线， 南至津霸公路、佳庆道、 北运河、 普济河道、宜白 大 道， 西 至北运河以 西 至外环线，