（环境工程专业论文）小城镇污水旁侧化学除磷sbr工艺强化除磷中试研究.pdf

j iii il l l l l li l ll l l l l l l l l l l r l l l li p l l lu f y 2 2 7 0 0 5 5 s t u d yo nr e m o v a l o fp h o s p h o r u sf o r ms m a l lt o w nw a s t e w a t e r b y s c p r s b ra tp i l o t s c a l e a u t h o r ss i g n a t u r e ： s u p e r v l s o r 7ss i g n a t u r e ： t h e s i sr e v i e w e r1 ： t h e s i sr e v i e w e r 2 ： t h e s i sr e v i e w e r3 ： c h a i r ： c o m m i t t e e m a n1 ： c o m m i t t e e m a n2 ： c o m m i t t e e m a n3 ： c o m m i t t e e m a n4 ： d a t eo fo r a ld e f e n c e ： 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得浙江太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 象坞 签字日期：沙仍年弓月。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解浙江太堂有权保留并向国家有关部门或机构送交本 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江太堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：导师签名：洄o 1 签字日期：年月 日 签字日期： f j 年岁月，口日 浙江大学硕士学位论文 致谢 时光飞逝，转瞬间两年半的硕士生活已接近尾声，回想起两年半的点点滴滴，我深切感 受到自己是在家人、老师、同学和亲朋好友的关爱凝聚下，才一步一步地走到今天。至此， 谨向所有指导、帮助和关心过我的家人、师友表示衷心的感谢! 本学位论文是在田光明和吴东雷两位导师悉心的关怀和指导下完成的。在科研、学 - - j 和生活方面，两位导师都给予了我殷切地关怀和不遗余力地帮助指导，使我的科研能力， 理论水平，研究方法，组织与协调能力等方面得到很大的提高；在获取知识的同时，导师在 学术上严谨求是的态度和生活上平易近人的作风也对我产生了深刻的影响。他们对于我成 长的无微不至的关怀，我将终生难忘。 感谢浙江大学环境与资源学院的郑平教授、吴祖成教授、傅柳松副教授、胡勤海副教 授、胡宝兰副教授等在论文开题和成文过程中给予的细心指导和热情帮助。同时感谢北京 汉青天朗水处理科技有限公司的孙友峰总经理、安吉梅溪污水处理有限公司的金中华总经 理及全体工作人员在研究过程中的帮助。 感谢赵国智、彭桂群、刘俊稚、臧玲、保琦蓓、潘丹丹、葛亚明、张建华、程海翔、 李霞、罗彦章、周欲飞、何细军、杨治中、姚静华、周卉、王炜、吴婧嘉、沈燕红、郭庆 稳、丁阿强、郑爽爽、朱于红等同门兄弟姐妹，以及闫书海、朱李俊、张浩、邹俊良等同 窗和好友两年半来对我的关心和帮助。 最后，特别感谢我的家人，感谢你们创造的温暖、相互支持、鼓励和帮助的家庭环境， 感谢你们给予我生命，养育我长大，因为你们，我才能够体会人生中酸甜苦辣的滋味，也 能有机会感受成功的喜悦，走完人生的每个篇章，感叹生命的伟大。 再次诚挚的感谢所有关心我和帮助我的人们，有了你们，我的生活才会如此的多姿多 彩，如此的快乐幸福! 徐强 二零一三年一月于浙大紫金港 浙江大学硕士学位论文 摘要 近年来，随着我国经济的高速发展，小城镇建设也进入快速发展的时期， 但随之而来的城镇废水问题也日益突出。特别是小城镇污水处理设施氮、磷等营 养物质的超标排放已成为公认的导致水体富营养污染的主要原因，因此，降低出 水含氮、磷量已成为目前城镇废水处理方面研究的重点。 本文在小试研究的基础上，开发了中试规模的旁侧化学除磷一s b r 工艺( s i d e c h e m i c a lp h o s p h o r u sr e m o v a ls e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o rs l u d g ep r o c e s s ， s c p r s b r ) 装置，同时对该新型脱氮除磷装置进行了中试研究，主要内容包括： 旁侧化学除磷- s b r 工艺装置的设计：影响系统除磷效果主要因素的研究，包括 运行工况、污泥浓度、迸水c o d 浓度以及旁侧除磷铝磷比等；装置长期运行情况 下对于城镇污水的除磷脱氮能力的研究。为城镇废水的除磷脱氮提供了一条新途 径。主要研究结果如下： ( 1 ) 旁侧化学除磷一s b r 工艺装置的设计。 该装置的处理规模为1 2 m 3 d ，操作简便、出水效果稳定是旁侧化学除磷 一s b r 工艺的一个重要优势。事实上，旁侧化学除磷一s b r 工艺是由曝气、加药、 絮凝和沉淀等多套系统集成的一套工艺。因此，在设计中实现小型试验装置的运 行程序控制是该技术应用的一个重要突破。 ( 2 ) s c p r - s b r 处理小城镇污水脱氮除磷操作条件的优化。 揭示了污泥浓度对工艺性能的影响。污泥浓度是获得优异除磷脱氮效果的 重要因素，硝化菌、反硝化菌以及聚磷菌对污泥浓度的需求不睡。在所试范围内， 确定了最适污泥浓度，达到了最大的厌氧释磷量和较好的脱氮除磷效果。 揭示了进水c o d 浓度比对工艺性能的影响。在试验条件下，进水c o d 浓度 对厌氧释磷量的影响显著，当进水t p 浓度为8 o m g l 左右时，进水c o d 浓度保 持在4 7 9 6 m g l ，厌氧释磷效果最好，此进水c o d 浓度范围与当地实际城镇生活 污水基本一致。 o 揭示了p h 对旁侧除磷性能的影响。由于不同p h 值对于化学除磷效率影响 较大，p h 值的变化关系到系统最终出水水质的稳定，s c p r s b r 系统的进水p h 值在5 0 - - 8 0 之间，研究结果表明虽然不同p h 对于化学除磷过程的除磷效率有 着不厩的影响，但是对于装置整体而言，p h 的变化并不会引起系统最终出水的 浙江大学硕士学位论文 磷浓度超标，表明装置对于p h 有较强的抗冲击能力。 揭示了铝磷比对旁侧除磷性能的影响。不同铝磷比对于化学絮凝过程的除 磷效率及试剂的费用有很大影响。试验条件下，当a i ：p 摩尔比= 1 时，化学除磷 部分总磷的去除率最高可达到8 0 以上，可使装置出水稳定达到了国家一级a 排 放标准。 关键词：旁侧化学除磷s b r ；工艺装置设计；城镇污水；脱氮除磷 h i 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h es u s t a i n e dr a p i dd e v e l o p m e n to fe c o n o m yo fo u r c o u n t r y ， s m a l lt o w n so b t a i n e dr a p i dd e v e l o p m e n t ，b u tt h ea c c o m p a n y i n gw a t e r p o l l u t i o np r o b l e m s b e c o m e i n c r e a s i n g l yp r o m i n e n t r e s e a r c hs h o w st h a t t h e e x c e s s i v ed i s c h a r g eo fn i t r o g e na n dp h o s p h o r o u si st h em a i nr e a s o no fw a t e r c o n t a m i n a t i o n s oh o wt or e d u c ec o n c e n t r a t i o no fn i t r o g e na n dp h o s p h o r o u so f e f f l u e n ti st h er e s e a r c he m p h a s i sa n dd i f f i c u l t i e so fw a t e rt r e a t m e n t o nt h eb a s i so fl a b s c a l et e s t ，t h i sa r t i c l ee x p l o r e dt h es i d ec h e m i c a l p h o s p h o r u sr e m o v a ls e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o rs l u d g ep r o c e s s ( s c p r - s b r ) a ta p i l o ts c a l e ，o f f e r e dar e f e r e n c ef o rt h el o wc o s to p e r a t i o no fs c p r - s b r t h em a i n r e s e a r c hc o n t e n t si n c l u d e s ：t h ea u t o m a t e dd e s i g no fs c p r - s b r ，t h ei n s t a l l a t i o n s d e n i t r i f i c a t i o na n dd e p h o s p h o r i z a t i o nc a p a b i l i t ya t l o n g t i m er u n n i n g ；t h e m a i n i n f l u e n c ef a c t o r so f p h o s p h o r o u sr e m o v a lp r o c e s s ，w h i c hi n c l u d e so p e r a t i o n a ls t a t e s ， s l u d g ec o n c e n t r a t i o n ， i n f l u e n to r g a n i cl o a d i n ga n da i pr a t i o t h em a i n r e s e a r c h r e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ed e s i g no fs c p r s b r t h ep r o c e s s i n gs c a l eo f t h en e w t y p ed e v i c ei s 1 2m 3 d ，t h ee a s eo fo p e r a t i o ni s o n eo ft h e s u p e r i o r i t yo fs c p r - s b r ，w h i c hc o n s i s t s o fa e r a t i o n ，m e d i c a t i o n ， f l o c c u l a t i o na n dp r e c i p i t a t i o n s ot h ec o n t r o lo fo p e r a t i o n a lp r o c e d u r e a td e s i g ns t a g es ol v e dt h et e c h n o l o g i c a lp r o b l e m ( 2 ) t h eo p t i m i z a t i o no fo p e r a t i n gc o n d i t i o n sf o rn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s r e m o v a l r e v e a l e dt h ei n f l u e n c eo fs l u d g ec o n c e n t r a t i o nt op r o c e s s i n gp r o p e r t y t h e s t u d i e sw eh a v ep e r f o r m e dd e m o n s t r a t e dt h a tt h eo p t i m u ms l u d g ec o n c e n t r a t i o nf o r t h ea n a e r o b i cr e l e a s ep h o s p h o r u sp r o c e s sa n dd e n i t r i f i c a t i o nw a sa b o u t3 0 8 6 13 m g l r e v e a l e dt h e i n f l u e n t o r g a n i cl o a d i n g t o t e c h n o l o g i c a lp r o p e r t i e s e n h a n c e m e n to fp ( c o d ) o fr a ww a t e ri se f f e c t i v ef o rt h ea n a e r o b i cp h o s p h o r u s r e l e a s eo ft h es c p r - s b rs y s t e m m a i n t a i np h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o no fr a ww a t e ra t i v 浙江大学硕士学位论文 a b o u t8 m g l ，t h eo p t i m u mi n f l u e n to r g a n i c l o a d i n gw a sa b o u t4 7 9 6 m g l f o r a n a e r o b i cr e l e a s ep h o s p h o r u sp r o c e s s r e v e a l e dt h ei n f l u e n c eo fp ht ot h ep e r f o r m a n c eo fs i d ec h e m i c a lp h o s p h o r u s r e m o v a lp r o c e s s t h ep hv a l u eo ft o w ns e w a g er a n g e df r o m5 5t o7 5a tg e n e r a l c o n d i t i o n i nt h et e s tp r o c e s s ，e v e nt h r o u g ht h ep hv a l h eo fs u p e r n a t a n tr a n g e df r o m5 t o8 ，p h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o no fe f f l u e n to ft h es c p r - s b rs y s t e ma r ea l lu n d e rt h e s t a t el i m i t s ，s u g g e s t i n gt h a tt h es c p r - s b rs y s t e mc a nm e e tt h en e e d so ft o w n w a s t e w a t e rt r e a t m e n t r e v e a l e dt h ei n f l u e n c eo fa i pr a t i ot ot h ep e r f o r m a n c eo fs i d ec h e m i c a l p h o s p h o r u sr e m o v a lp r o c e s s t h ec h a n g eo fa i pr a t i oh a sag r e a ti n f l u e n c eo nt h e c h e m i c a lp h o s p h o r u sr e m o v a lp r o c e s s e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tm a i n t a i n i n gt h e a i pr a t i oa t1i so p t i m a lt od e p h o s p h o r i z a t i o n ，w h i c hc a nn o to n l yr e d u c et h er e a g e n t c o s ta n dt h ew o r t h l e s sc h e m i c a l p r e c i p i t a t i o n b u ta l s om a x i m i z et h ep a o s p h o s p h o r u su p t a k ea b i l i t y k e yw o r d s ：s c p r - s b r ，o p e r a t i o n a lp r o c e d u r e ，t o w ns e w a g e ，n i t r o g e na n d p h o s p h o r u sr e m o v a l v 浙江大学硕士学位论文 目次 致谢i 摘要ii l 绪论1 1 1 我国小城镇氮磷污染现状及危害1 1 1 1 小城镇氮磷污染及应对现状1 1 1 2 氮磷的污染危害2 1 1 3 污水脱氮除磷的必要性2 1 2 传统生物脱氮除磷理论及工艺3 1 2 1 生物脱氮的基本原理3 1 2 2 生物除磷的基本原理3 1 2 3 生物脱氮除磷工艺 4 1 3 序批式脱氮除磷工艺 6 1 3 1s b r 工艺原理 6 1 3 2s b r 工艺特点8 1 4 研究目的与内容 1 0 1 4 1 研究目的一 l o 1 4 2 研究内容一 1 0 2 示范工程及s c p r s b r 中试装置设计1 1 2 1 示范工程一 1 l 2 1 1 水量预测与工程建设规模1 1 2 1 2 污水处理厂处理工艺1 1 2 2 污水处理厂运行情况一1 2 2 2 1 进、出厂水质及处理效率1 2 2 2 2 中水回用13 2 2 3 示范技术的特点及应用前景1 4 2 3 中试工艺 1 4 2 3 1 中试工艺设计一 1 4 v i 浙江大学硕士学位论文 2 3 2 中试装置设计一1 5 2 3 3 中试装置设计参数一1 6 3s c p r s b r 脱氮除磷工艺装置的运行试验1 9 3 1 试验条件一1 9 3 1 1 接种污泥一1 9 3 1 2 试验水质一1 9 3 1 3 分析方法一 1 9 3 2 反应器的启动 2 0 3 3 工艺参数的确定及性能的优化2 0 3 3 1 厌氧段水力停留时间的确定2 1 3 3 2 好氧段水力停留时间的确定2 3 3 3 3 小结一 2 6 4 影响s c p r s b r 工艺去除城镇污水中磷的因素研究一2 8 4 1 工艺与方法一 2 8 4 。1 。1s c p r - s b r 工艺流程和装置一2 8 4 1 2 试验材料一 3 0 4 1 3 测定方法一3 0 4 2 结果与分析3 l 4 2 1 不同污泥浓度对厌氧释磷的影响3 1 4 2 2 不同初始c o d 浓度对厌氧释磷的影响3 2 4 2 3 不同p h 对化学除磷及s c p r s b r 系统整体磷去除效果的影响3 4 4 2 4 不同铝磷比对化学除磷及s c p r s b r 系统整体磷去除效果的影响3 5 4 3 结论3 8 4 4s c p r - s b r 系统在优化条件下的运行效果3 8 4 4 1c o d 的去除效果3 8 4 4 2 氨氮的去除效果一3 9 4 4 3 总氮的去除效果一 4 0 4 4 4 总磷的去除效果 4 0 4 4 5 小结 4 1 v 浙江大学硕士学位论文 5 结论与展望 4 2 5 1 主要结论 4 2 5 2 创新点4 3 5 3 展望 4 3 参考文献 4 4 作者简历 4 9 硕士期间发论文和专利情况4 9 v 浙江大学硕士学位论文 1 绪论 1 1我国小城镇氮磷污染现状及危害 1 1 1小城镇氮磷污染及应对现状 改革开放以来以来，我国在小城镇建设方面做了许多努力，陆续出现了一批 初具有规模、各具特色的小城镇。这对于拉动全国经济增长，推动农业产业化进 程，促进农村剩余劳动力转移，启动农村市场，改善农民生产生活条件，促进乡 镇企业增长方式的转变等，都起到了积极的推动作用。当前，我国小城镇建设已 进入快速发展的时期。但是在我国小城镇快速发展的同时，市政基础设施( 特别 是污水处理设施等) 的建设却相对滞后，城镇生活废水处理率相对较低，同时， 城镇中的各类中小型企业大多属于污染相对严重的企业，企业的污水处理达标率 不到3 0 ，水污染问题已成为制约小城镇发展的主要瓶颈u 1 。 目前，氮、磷等营养物质的超标排放已成为公认的导致小城镇水污染的主要 原因瞳。5 。显然总氮、总磷等营养盐是发生富营养化的必要条件哺3 ，特别是磷的含 量，是造成水体富营养化的关键因素，当水体中总磷浓度达到0 0 1 5m g l 时就 可以引起水体富营养化。因此，降低出水含磷量已成为各污水厂运行的主要目标 n 3 。我国现行城镇污水处理厂污染物排放标准( g b1 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 的一级a 标准的排放标准为：氨氮不应高于5 m g l ，总氮不应高于1 5 m g l ，总磷不应高于 0 5m g l 。重点流域要求在流域范围内新建的城镇污水处理设施均应执行前述标 准的一级a 标准睛j 。因此阳：，建设污水处理厂是解决水污染问题最重要、最直接、 最有效的措施。但是，当前的水处理技术由于高能耗、污染的转移，温室效应、 磷资源的浪费流失、大量的剩余污泥、占地面积大等一系列原因，与污水资源化 的要求并不能不能完全相符。针对于小城镇而言，目前缺乏适合小城镇特点的标 准化、系列化、成套化的污水处理设备，已有设备普遍存在技术性能不稳定，故 障率高，专用维修工具和备品备件缺乏，加之培训和售后服务力度不够，设备后 期管理和维护成本较高，导致小城镇污水处理设施正常运转率不高。此外，小城 镇存在的污水处理工程建设资金严重不足、污水技术与管理人员缺乏等问题，也 严重影响了小城镇污水处理工程的建设和运营。具保守估计，我国污水处理厂“1 3 运营正常，1 3 开开停停，1 3 基本闲置”n0 。因此，考虑到小城镇废水 的特殊性，针对于适用于小城镇污水处理的脱氮除磷技术的开发研究具有重要的 浙江大学硕士学位论文 理论意义和广阔的市场前景，也是当前国际污水处理领域的研究重点和难点。 1 1 2 氮磷的污染危害 氮和磷是生物的重要营养源。水体中氮、磷量过多，会产生极大的危害，最 大的危害就是引起水体富营养化【】，恶化水体质量。这不仅会造成经济上的重大 损失，而且会危害人类健康【1 2 】，影响深远。其危害主要表现在： 使水味变得腥臭难闻：水体藻类过度繁殖，导致水体产生霉味和臭味；藻 类的死亡分解，也会散发浓烈恶心的腥臭。降低水体的透明度，蚊虫大量滋生： 由于表层水体悬浮着密集的水藻，使水质变得浑浊，透明度显著降低，感官性状 下降；同时，在温度较高时节，藻类将为蚊虫的大量滋生提供充足的养料。消 耗水体的溶解氧：表层的藻类由于光合作用充分而过度繁殖覆盖水面，影响光照 深入水体，加之藻类死亡腐烂分解消耗大量溶解氧，使得深层水体生物难以存活。 这种厌氧状态可以触发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。向水体释放有毒有害物质：富营养化水 体内的大量藻类能够分泌、释放有毒有害物质，危害水生生物，并对人类健康产 生严重影响。影响供水水质并增加制水成本：过量水藻给水厂的运行带来障碍； 同时富营养水体产生的有毒有害气体等问题加大了水处理技术难度。对水体生 态的影响：一旦水体受到污染，水体环境的生态平衡会被扰乱，水生生物的稳定 性和多样性降低，水体平衡遭破坏。对渔业的影响：一些藻类有毒，不适合作 鱼的饵料。同时，藻类过度繁殖，会降低水体溶解氧，进一步影响鱼类的生存； 水体的营养化水平变化时将影响鱼类种群结构，影响鱼的质量。 1 1 3 污水脱氮除磷的必要性 水体富营养化所引起的危害如此之多，而且水体富营养化现象在世界各地均 日趋严重，己成为人类所面临的严重水环境问题之一。由此可见，最大限度的控 制排放入水体的氮和磷，是防止水体富营养化的关键。另外，随着水环境污染， 节水问题的尖锐化及公共环境意识的增强，越来越多的国家和地区制定了严格的 污水氮磷排放标准。我1 虱2 0 0 2 年的城镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 均明确规定了较为严格的氮磷排放标准。这就意味着绝大多数城市污水和 工业废水处理设施都要考虑氮磷的去除，从这个意义上说，研究和开发经济高效 的除磷脱氮污水处理技术将成为水污染控制工程领域的重点和持续热点课题之 浙江大学硕士学位论文 1 2传统生物脱氮除磷理论及工艺 1 2 1 生物脱氮的基本原理 污水中的氮主要是以氨氮f n h 3 - n ) 、硝酸氮( n 0 3 - n ) 、亚硝酸氮( n 0 2 。- n ) 以 及有机氮等形式存在。污水生物处理过程中氮的转化包括氨化、硝化、反硝化和 同化作用。该过程可表示为： 有机氮一n h 3 一亚硝化一硝化一反硝化 氨化作用：在好氧条件下，通过微生物胞外蛋白酶的水解作用使含氮有机物 转化为氨基酸，之后进入胞内由脱氨基产生氨的过程被称为氨化作用。 硝化作用：氨氮氧化成硝酸盐的硝化反应是由两组自养型好氧微生物通过两 个过程完成的，即首先由亚硝酸菌( n i t r o s o m o n a s ) 将氨氮转化为亚硝酸盐( n 0 2 。) ， 随后由硝酸菌( n i t r o b a c t e r ) 将亚硝酸盐氧化成硝酸盐( n 0 3 。) 。 反硝化作用：在缺氧条件下，兼性菌反硝化菌将亚硝酸盐、硝酸盐还原成气 态氮，从而实现氮的去除。反硝化过程中n 0 2 。和n 0 3 。的转化是通过反硝化菌的同 化作用( 合成代谢) 和异化作用( 分解代谢) 来完成的。同化作用是n 0 2 。和n 0 3 。被同 化，用以新微生物细胞的合成，氮成为细胞质的成分。异化作用是n 0 2 和n 0 s 被 还原为n o 、n 2 0 和n 2 等气态物，主要是n 2 。异化作用去除的氮约占总去除量的7 0 7 5 。 同化作用：生物处理过程中，污水中的部分氮( 氨氮或有机氮) 被同化为微生 物细胞的组成成分而去除。 1 2 2 生物除磷的基本原理 污水中的磷主要以磷酸盐( p 0 4 ，。) 和有机磷( 聚磷酸酯等) 的形式存在，一般来 说，生物除磷主要是依靠厌氧好氧交替运行条件下驯化出的聚磷菌( p a o s ) 在好 氧条件下过度吸磷，并以聚磷( p o l y - p ) 的形式贮存在体内，从而通过剩余污泥的 排放实现除磷的目的。生物除磷通常包括厌氧释磷和好氧吸磷两个过程。 厌氧释磷：厌氧条件下，活性污泥中微生物细胞内的p a o s 吸收污水中的低 分子脂肪酸f a ，如乙酸) ，并以聚羟基烷酸( p h a s ) 的形式贮存于细胞内，这一 过程中消耗了h + 。为维持细胞质子动力( p m o 的恒定趋向，胞内的p o l y p 和糖原 ( g l y c o g e n ) 水解，水解同时所产生的a t p 又为细胞吸收v f a 提供能量。在聚磷的 浙江大学硕士学位论文 水解过程中，磷被释放，金属阳离子也同时被运输到细胞外。 好氧吸磷：好氧条件下【1 3 】，同时外界环境碳源不足时，p a 0 s 消耗厌氧时贮 存的大量p h a s 作为碳源和能源，而建立起三羧酸循环和呼吸链产生h + ，即产生 质子推动力。为维持质子推动力恒定趋向，p a 0 s 将通过消耗质子推动力把胞外 的磷以电中性或电阳性的形式输送到细胞内合成a t p 。进而合成丰富i 均p o l y p 和 g l y c o g e n l j j , 及微生物，同时金属阳离子被协同运输到细胞内，实现生物除磷【1 4 】。 1 2 3 生物脱氮除磷工艺 在污水生物处理的过程中，很多情况下要求同时去除废水中的氮和磷，所以 在实际应用中，氮和磷的去除往往被结合在一个工艺中加以考虑，即同步脱氮除 磷工艺，也被称之蔓7 b n r ( b i o l o g i c a l n u t r i e n tr e m o v a l ) - 生物营养物去除工艺【1 5 。1 6 】。 随着科技的发展，现代化的机械装备和控制手段的推广及应用，生物同步脱氮除 磷技术得到了空前的发展。按操作模式，目前的同步脱氮除磷技术类型主要有 a a o _ t _ 艺【l7 1 、倒置a a 0艺【l8 1 、b a r d e n p h 0 2 - _ 艺【19 1 、v i p _ _ t _ 艺【2 0 1 、u c t _ t - 艺【2 1 1 、 j h b _ t - 艺【2 2 1 、p h o r e d o x 工艺【2 3 1 、氧化沟工艺【2 4 】等。虽然这些工艺通过一系列的 技术革新后有了比较大的改进，但是仍然存在着运行条件的可调节性有限的缺 点，例如在遇到水质波动、氮磷负荷冲击的情况下时，调节余地比较小，导致无 法确定运行效果。下面以a a 0艺、u c t z 艺以及氧化沟工艺进行详细介绍。 ( 1 ) a a o 工艺 该工艺在厌氧一好氧除磷工艺中加一缺氧池，将好氧池流出的一部分混合液 回流至缺氧池前端，以达到硝化脱氮的目的。a a 0 法的可同步除磷脱氮机制 由两部分组成：一是除磷，污水中的磷在厌氧状t ( d o o 3 m g l ) ，释放出聚磷 菌，在好氧状况下又将其更多吸收，以剩余污泥的形式排出系统。二是脱氮， 缺氧段要控制d o 0 5m g l ，由于兼氧脱氮菌的作用，利用水中b o d 作为氢供 给体( 有机碳源) ，将来自好氧池混合液中的硝酸盐及亚硝酸盐还原成氮气逸入大 气，达到脱氮的目的。 首段厌氧池，流入原污水及同步进入的从二沉池回流的含磷污泥，本池主要 功能为释放磷，使污水中p 的浓度升高，溶解性有机物被微生物细胞吸收而使污 水中b o d 浓度下降；另外，n h 3 - n 因细胞的合成而被去除一部分，使污水中 n h 3 - n 浓度下降，但n 0 3 n 含量没有变化。 浙江大学硕士学位论文 在缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将回流混合液中带入的 大量n 0 3 - n 和n 0 2 - n 还原为n 2 释放至空气，因此b o d 5 浓度下降，n 0 3 n 浓度 大幅度下降，而磷的变化很小。 在好氧池中，有机物被微生物生化降解，而继续下降；有机氮被氨化继而被 硝化，使n h 3 - n 浓度显著下降，但随着硝化过程使n 0 3 - n 的浓度增加，p 随着 聚磷菌的过量摄取，也以较快的速度下降。所以，a a o 工艺它可以同时完成有 机物的去除、硝化脱氮、磷的过量摄取而被去除等功能，脱氮的前提是n h 3 - n 应完全硝化，好氧池能完成这一功能，缺氧池则完成脱氮功能。厌氧池和好氧池 联合完成除磷功能。 在好氧池的活性污泥中能积累磷的微生物，可以大量吸收溶解性磷，把它转 化成不溶性多聚正磷酸盐在体内贮存起来，最后通过二次沉淀池排放剩余污泥达 到系统除磷的目的。该工艺的不足是工艺流程较长，水头损失大【巧】。 ( 2 ) u c t 工艺 u c t 工艺是南非开普敦大学( u n i v e r s i t yo f c a p e t o w n ) 开发类似于a a o 工 艺的一种脱氮除磷工艺。 u c t _ t - - 艺与a 2 o y _ 艺不同之处在于沉淀池污泥回流到缺氧池而不是回流到 厌氧池，这样可以防止由于硝酸盐氮进入厌氧池，破坏厌氧池的厌氧状态而影响 系统的除磷率。增加了从缺氧池到厌氧池的混合液回流，由缺氧池向厌氧池回流 的混合液中含有较多的溶解性b o d ，而硝酸盐很少，为厌氧段内所进行的有机 物水解反应提供了最优的条件。在实际运行过程中，当进水中总凯氏氮与c o d 的比值高时，需要降低混合液的回流比以防止n 0 3 进入厌氧池。但是如果回流比 太小，会增加缺氧反应池的实际停留时间，而实验观测证明，如果缺氧反应池的 实际停留时间超过l h ，在某些单元中污泥的沉降性能会恶化。 ( 3 ) 氧化沟工艺 氧化沟是一种呈封闭环状沟渠形的污水处理构筑物，其主要工艺类型有 2 6 - 2 8 】：卡鲁赛尔( c a r r o u s e l ) 氧化沟工艺、奥贝尔( o r b a l ) 氧化沟工艺、交替工 作氧化沟工艺和一体化氧化沟。污水与活性污泥的混合液在曝气沟中经长时间 ( 一般为1 5 、- 3 0 h ) 的循环流动而得到净化。从运行方式考虑，氧化沟工艺可分为 两方面：一是按时间顺序安排为主对污水进行处理，二是按空间顺序安排为主对 浙江大学硕士学位论文 污水进行处理。氧化沟工艺相当于a a o t _ _ 艺，其具有除磷功能实质是污水依次 历经缺氧、好氧或缺氧、厌氧、好氧环境。除磷脱氮功能氧化沟是常规氧化沟与 其他除磷脱氮工艺的结合，典型的结合方式为单独的厌氧池加氧化沟，硝化和反 硝化功能在氧化沟内完成。氧化沟工艺系统由于流程简单，处理效果稳定，基建 费用低，在欧洲国家应用较多，但其能耗较大的问题影响了氧化沟的进一步推广 应用【聊。 1 3序批式脱氮除磷工艺 序批式( s b r ) 脱氮除磷工艺采用限时曝气或者半限时曝气的运行方式，以实 现时间序列上的缺氧好氧或厌氧好氧的组合并控制每一部分合适的时间分配， 以取得比较好的脱氮除磷效果。最早使用此方法是1 9 1 4 年的英国人a r d e n 和 l o c k e t ，并且在试验中取得了较好效果 3 0 】，目前国内外很注重对于s b r 的研究 【3 1 1 ，随着工艺优越性的不断探究探究，s b r _ t _ 艺展现出较好的发展前景【3 2 】。 1 3 1s b r 工艺原理 s b r 工艺又可称为序批式活性污泥法，是按间歇曝气的方式来运行的活性 污泥污水处理技术，s b r 的操作过程是由进水、反应、沉淀、出水和闲置5 个 基本阶段组成。在s b r 工艺的运行中，一个周期从进水开始到闲置时间结束， 其全部运行程序都在一个反应器内进行。为了达到不断进行污水处理的目的，这 种操作周而复始的进行，因此不需要设置污泥回流、二沉池等系统 3 3 1 。s b r 与 传统活性污泥法的区别是：传统活性污泥法是在通过空间上设置的不同设施以达 到处理目的的连续操作过程；而s b r 法则是在同一个反应装置内，在不同时间 内进行不同的处理的操作过程。 ( 1 ) 进水阶段 作为反应器接纳污水的过程，进水期之前是上个周期中的闲置期，反应器中 剩有的高浓度活性污泥可起到污泥回流的作用。在该时段内，污水连续进入反应 器，达到装置最高的运行液位为止，同时由于反应池底部泵的搅动作用。废水和 池中剩有的高浓度活性污泥得到充分的混合。该过程中存在于活性污泥中的菌胶 团( 由藻类、细菌、后生动物、原生动物等组成) 对废水中的有机物产生吸附作用。 进水时间一般情况下为i 至4 个小时，由于操作过程中s b r 反应器在形式上介 于平推流和全混流之间，因此适当加大进水期污水的流量，降低充水的反应时间， 浙江大学硕士学位论文 可在操作上获得较高的效率，这类似于平推流反应器，提高s b r 了反应器对于 废水中污染物的去除效率。根据s b r 系统开始曝气的时间与进水过程时序的不 同，将s b r 系统分为限制曝气( 曝气在充水完毕后进行) 、半限制曝气( 曝气在充 水阶段后期进行) 以及非限制曝气( 曝气与冲水同时进行) 三种类型。 ( 2 ) 反应阶段 反应阶段被认为是s b r 工艺中最主要的阶段。当水位达到预先设定的高度 后，进入反应阶段，曝气方式分为完全混合曝气或推流曝气两种类型，此时水中 的溶解氧浓度达到最大值，水中的微生物充分利用氧气进行生化作用，吸收有机 物，c o d 浓度不断降低。同时在该阶段，s b r 装置也会相应地出现好氧、缺氧 以及厌氧的交替过程，使s b r 具有良好的有机物去除效果的同时，为达到较好 的脱氮除磷创造条件。 ( 3 ) 沉淀阶段 沉淀阶段，s b r 反应器的作用与传统活性污泥法的二沉池相当，装置运行 至该阶段时，既不搅拌也不曝气，整个系统处于静沉的状态，该阶段主要进行泥 水分离。此时c o d 浓度降为最低，由于没有曝气程序，水中的溶解氧浓度会不 断下降，引起厌氧反应。停止曝气以及搅拌程序后，活性污泥絮体通过重力沉降 作用达到与上清液的分离目的。在连续流活性污泥法中，泥水混合液必须通过特 定管道流入沉淀池进行沉淀，由于s b r 本身作为沉淀池，这也就避免了部分刚 刚开始絮凝的活性污泥被破碎的问题。另外，由于s b r 工艺中污泥的沉降阶段 是在静止的状态下进行的，几乎不会受到外界的干扰，这与理想沉淀池的假设条 件比较接近，这样对丝状菌的生长有抑制作用，解决了污泥膨胀的问题，提高了 泥水分离的效果。 ( 4 ) 排水阶段 通过上述阶段，废水达到排放标准，排水阶段达到排放标准的水通过滗水器 排出反应装置，剩余的部分污泥被引出系统，同时反应池的底部沉降的活性污泥 也大部分在下个处理周期使用。一般而言，在s b r 处理法中，反应装置中的活 性污泥的泥量将占到反应器容积的3 0 左右，装置中剩下一部分处理后的水，这 起到了稀释水以及的循环水作用。 ( 5 ) 闲置阶段 浙江大学硕士学位论文 在此阶段，通过曝气、搅拌或静置恢复微生物的活性，活性污泥中的微生物 可得到充分的休息，恢复活性。另外，为了使污泥保持活性，防止污泥的老化， 需要定期排出过量的污泥，以达到为新鲜污泥提供足够生长空间的目的。闲置阶 段也可根据实际工程的需要进行取舍或适当调整。 1 3 2s b r 工艺特点