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a 2 o 微曝氧化沟工艺在城市污水处理的工程应用 专业：环境工程 硕士生：袁敏忠 指导老师：石太宏副教授 中文摘要 目前，我国水环境状况日趋恶化，城市污水是造成水体污染的主要原因之一， 寻求适合我国国情的污水处理新技术，保护水环境将是目前迫切需要解决的问 题。在污水处理技术中，氧化沟工艺能很好的去除有机物，而且除磷脱氮效果良 好，运行稳定，操作管理方便，而各受人们关注。a 2 o 微曝氧化沟技术在普通 表曝氧化沟工艺基础上采用鼓风微孔曝气方式和潜水推进器推进水流，克服了普 通氧化沟存在的占地面积大，沟中污泥容易淤积、能耗偏高的缺点，以达到降低 能耗和减少占地面积的目的，伎微曝氧化沟工艺在经济上更具有竞争优势，具有 操作管理方便、处理效率高、生物除磷脱氮处理效果稳定等优点。 本文分析研究了a 2 o 微曝氧化沟工艺的特点、关键技术及设计方法，并在 东莞塘厦镇石桥头污水处理厂进行启动调试和现场连续运行试验，对微曝氧化淘 技术进行了研究。污水厂启动调试微曝氧化沟采用接种污泥方式培菌，污泥增长 较快，一个半月左右即完成污泥培养驯化工作，使出水达标。通过氧化沟溶解氧 现场测定证明了微7 l 曝气方式满足充氧要求，且氧化沟曝气布置方式提高了氧的 利用率；在塘厦镇石桥头污水厂的现场硝化、反硝化生物脱氮试验研究，验证了 氧化沟的生物脱氮作用，并分析了水温、p h 值、溶解氧及碳源对生物脱氮的影 响；还通过取样分析和对运行数据的分析，讨论微曝氧化沟生物除磷的环境条件、 释磷、吸磷情况；发现了厌氧池罩的n 0 3 。一n 浓度一般只有0 1m g l 左右，并对 该现象进行了初步分析，是斟为部分聚磷菌具有反硝化功能和厌氧池采用了坏彤 的池型，使叫流的fr j 泥携带的n o f - na ：儿f 。倍的循环流量的稀释j i ，n 0 3 - n 沐 度大大减少，减少了回流污泥携带的硝酸盐对厌氧的影响。 a 2 0 微曝氧化沟工艺在东莞塘厦镇石桥头污水处理厂的工程应用研究，体现 了该工艺的技术优点，比表曝氧化沟占地面积减少了2 5 一5 0 ，运行费用低2 0 以上，其曝气设备能耗至少降低了3 0 。该工程的主要工艺参数为：厌氧段的 水力停留时间1 6 7 小时，缺氧段为2 6 7 小时，好氧段8 ，1 5 小时，污泥1 0 0 回流，污泥负荷为0 0 9 8 k g b o d 。k g m l s s d ；在进水指标低于设计指标，碳源不足 的情况下，出水的各项指标优于国家城镇污水处理厂标准，b o d s 去除率8 0 以 上、脱氮效率达7 0 以上，除磷率达5 0 以上；处理每甜污水工艺耗电为0 1 5 1 度，出水水质指标优于国家的城镇污水处理厂排放标准。 a 2 0 微曝氧化沟工艺在城市污水除磷脱氮处理的工程应用是成功的，具有处 理效率高、出水水质稳定、能耗低、占地面积少的优点，是一种很有发展前途的 城市污水处理工艺。 关键词：城市污水微曝氧化沟微孔曝气 a v o 工艺生物脱氮除磷 a p p l i c a t i o no fm i c r o - p o r o u s a e r a t i o no x i d a t i o nd i t c h o f 醴| qs y s t e mi nm u n i c i p a lw a t e rt r e a t m e n t m a j o r ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g n a m e ：m i n z h o n g y u a n s u p e r v i s o r ：t a i h o n gs h i a b s t r a c t a st h es i t u a t i o no f w a t e rp o l l u t i o ng e t t i n gs e r i o u si nc h i m , t h em 疵c i p a ls e w a g e h a sb 啪et h em a j o rs o u r c et h a tc a u s e dw a t e rp o l l u t i o n t oh a v eb e t t e rc o n s e r v a t i o n t ot h ea q u a t i ce n v i r o n m e n t ，t h ek e ys o l u t i o ni st ol o o kf o ran e ws e w a g et r e a t m e n t t a c h a o l o g yt h a ti ss u i t a b l ef o rc h i n a si s s u e a m o n gt h es e w a g et r e a t m e n tt e c h n o l o g y , o x i d a t i o nm t c hi sw i d e l yc o n c e r n e df o rn o to n l yg o o da tt h er e m o v a lo fo r g a n i c p o l l u t a n t s ，b u ta l s oh a sg o o de f f e c t si nn - pr e m o v a la n d h a ss t a b l eo p e r a t i o n c o n d i t i o n s b a s e do nt h eo r d i n a r yo x i d a t i o nd i t c hp r o c e s s ，w i t ht h ea d d i t i o no f b l a s t m i c r o - p o r o u sa e r a t i o nm e t h o da n df l o wp r o m o t e db y 啪d e r w a e rs c o o t e r , t h ea z o m i c r o - p o r o u sa e r a t i o no x i d a t i o nd i t c h h a so v e r c o m et h em a j o rd i s a d v a n t a g e so f t r a d i t i o n a lo x i d a t i o nd i t c h e s ，w h i c ha l et h ei s s u e so f l a r g eo c c u p a n c ya r e a , s l u d g es i l t u pi nd i t c h e sa n dh i g he n e r g yc o n s u m p t i o n b yr e d u c i ge n e r g yc o n s u m p t i o na n d s t a n d i n gs m a l l e ra r e a , t h em i c r o - p o r o u sa e r a t i o no x i d a t i o nd i t c hp r o o e s si sm o r e c o m p e t i t i v ei nt h ea s p e c t so fe c o n o m y , a n da l s os h o w sa d v a n t a g ei ne a s yt oo p e r a t e a n dm a n a g e ，h i g h e rt r e a t m e n te f f i c i e n c ya n ds t a b l ei nb i o l o g i c a ln - pr e m o v a l 血t h i sp a p e r , t h ef e a t u r e s , 妇yt e e 妊q u e sa n de e s i 啦gm e 啦o d s 勰j n 仃。d u c 诅 a i l dt h er e s e a r c ho fa 2 0m i c m - p o r o t t sa e r a t i o no x i d a t i o nd i t c hi ss e tu pi nt h e s h i t o u q i a os e w a g ep l a n t ，d o n g g u a n i nt h es e w a g ep l a n t ，t h es h a k e d o w nt e s ta n d s i t e - c o n t i n u o u so p e r a t i o nt e s t i n gh a v eb e e nc a r r i e do u t t h ec u l t i v a t i o no fb a c t e r i u m d u r i n gt h es h a k e d o w nt e s ti so p e r a t e db ys l u d g es e e d i n g , t h e r e f o r es l u d g ei n c r e a s e s r a p i d l ya n dt h ec u l t i v a t i o uo f b a c t e r i u mi sd o n ei no n ea r i dah a l f m o n t h s t i m e , w i t ha r e s u l to fd i s c h a r g i n gw i t h i ns t a n d a r d s b ys i t et e s t i n go fd oi no x i d a t i o nd i t c h s h o w e dt h a tt h em i c r o p o r o u sa e r a t i o np a t t e r nm e e t st h er e q u i r e m e n to fo x y g e n a t e ， a n dt h ea e r a t i o na r r a n g e m e n tp a t t e r nu p g r a d e dt h eu t i l i z a t i o nr a t eo fo x y g e nd u r i n g t h eb i o l o g i c a lr e m o v a lt e s t i n gr e s e a r c ho fnw i t hn i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f yp r o c e s s ， r e s u l t st h eb i o l o g i c a ln - pr e m o v a lo fo x i d a t i o nd i t c hi sb e i n gv a l i d a t e d ，a n dt h e i n f l u e n c eo fw a t e rt e m p e r a t u r e ，d o , p ha n dc a r b o na 陀a l s oa n a l y z e d b e s i d e s ， d i s c u s s i o na b o u t t h ec o n d i t i o n ，pr e l e a s ea n d pa b s o r p t i o no f t h e b i o l o g i c a l pr e m o v a l i no x i d a t i o nd i t c ha r eb a s e do nt h es a m p l i n ga n a l y s i sa n do p e r a t i o nd a t aa n a l y s i s t h ec o n c e n t r a t i o no fn 0 3 一- ni na n a e r o b i ct a n ki sf o u n dl ob ea b o u t0 1m g ，li n g e n e r a ls op i l o ts t u d yi sc a r r i e do u td u et ot h i sp h e n o m e n o n t h i sm i g h tc a u s e db yt h e d e n i t r i f yf u n c t i o no fc e r i a i np o l y - p h o s p h o r u sb a c t e r i u m ，a n da l s ot h er i n gd e s i g no f t h ea n a e r o b i ct a n k n 0 3 - - ni nt h er e - c i r c u l a t i o ns l u d g ec a l lb ed i l u t e db yt h e c i r c u l a t i o nf l o w ，w h i c hi sl a r g 盯i ns c o r e sd e g r e e ，t h u st h ec o n c e n t r a t i o no f n 0 3 一- ni s b e i n gr e d u c e dg r e a t i y 。a l s ot h ee f f e c tt o a n a e r o b i cr e a c t i o nc a u s e db yt h en i t r a t e c a r r i e di nr e - c i r c u l a l i o ns l u d g e t h ea p p l i c a t i o nr e s e a r c ho fa z om i c r o - p o r o u sa e r a t i o no x i d a t i o nd i t c hp r o c e s s i ns h i t o u q i a os e w a g ep l a n t ，d o n g g u a n ，s h o w e dt h et e c h n i c a la d v a n t a g e so ft h i s p r o c e s s ，t h eo c c u p a n c ya r e ac a nb er e d u c e da b o u t2 5 5 0 t h a ns u r f a c ea e r a t o r o x i d a t i o nd i t c h , a n de n e r g yc o n s u m p t i o nl o w e rt h a ns u r f a c ea e r a t o ro x i d a t i o nd i t c h o v e r2 0 t h em a j o rt e c h n i c a ld a t ao ft h ep r o j e c ta r e ：h y d r a u l i cr e s i d e n c et i m ei s 1 6 7 h o u r si na n a e r o b i cs e c t i o na n d8 1 5h o u r si nt h e a e r o b i c s e c t i o n ；s l u d g e r e - c f f c u l a t e d1 0 0 ，w i t hal o a do f0 0 9 8 k g b o d s k g m l s s d e v e nw h e ni n f l o w i n d e xl o w e rt h a nd e s i g n e d 硼e xw i t ha l s oi n s u f f i c i e n tc a r b o ns o u l e t h ei n d e x e so f d i s c h a r g ea r es t i l lb e r e rt h a nt h en a t i o n a ls t a n d a r d sf o rs e w a g ep l a n to f t o w n s t h e r e m o v a lr a t eo fb o di so v e r8 0 ，d e n i w i f yi so v e r7 0 ，a n dr a t eo fp h o s p h o r u s r e m o v a li so v e r5 0 ；e l e c t r i c i t yc o n s u m p t i o no fs e w a g et r e a t m e n ti so 1 5 1 k w h m ， q u a l i t yo fd i s c h a r g e sa r eb e r e tt h a nt h en a t i o n a ls t a n d a r d sf o rs e w a g ep l a n to f t o w n s t h ee n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o no f om i c r o - p o r o u sa e r a t i o no x i d a t i o nd i t c hi nt h e p h o s p h o r u sr e m o v a la n dd e n i t r i f yo fm u n i c i p a ls e w a g ei sas u c c e s s w i t ht h e a d v a n t a g e so fh i g ht r e a t m e n te f f i c i e n c y , s t a b l eq u a l i t yo fd i s c h a r g e s ，l o we n e r g y c o n s u m p t i o na n dl i m i to c c u p a n c ya r e a 0m i c r o - p o r o u sa e r a t i o no x i d a t i o nd i t c h p r o c e s si sb e c o m i n gap r o m i s i n gt e c h n o l o g yf o rm u n i c i p a ls e w a g et r e a t m e n t ， k e yw o r d s ：m u n i c i p a ls e w a g em i c r o - p o r o u sa e r a t i o no x i d a t i o nd i t c h m i c r o p o r o u sa e r a t i o n a 2 op m c e s s b i o l o g i c a lp h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nr e m o v a l 中山 学硕士学位论文a o 微曝氧化淘工艺在城市污水处理的工程应用 第一章绪论 1 1城市污水的来源及主要污染物 i i 1 城市污水的来源 我们在日常生活和生产中每天都要使用水，在使用过程中，水被加入了其他 物质，使其物理性质和化学性质发生了变化，水就受到了污染。 城市污水包括生活污水、工业废水和一部分城市地表径流。生活污水来自住 宅、商业、机关、学校、服务业及其他城市公用设旋，包括厕所冲洗水、厨房洗 涤水、洗衣排水、沐浴排水及其他排水等。生漏污水含纤维素、淀粉、糖类、脂 肪、蛋白质等有机物，还含氮、磷等物质，其成分和城市居民的生活习惯及季节 有关。 工业废水来自工业生产过程，由于生产工艺、原料、设备不同，产生的种类 繁多，性质复杂，一般可分为工艺废水、设备冷却水、原料或成品洗涤水、场地 和设备冲洗水以及设各滴漏产生的废水，具有废水量大，污染物浓度高，成分复 杂不易净化的特点。工业废水在排入城市市政管网前，应经过定的处理，达到 规定的下水道标准。 城市地表径流是由于降雨及降雪落至地面形成的，其中含有淋洗大气及冲洗 建筑物、地面、废渣、垃圾所带来的各种污染物。 i i 2 城市污水中的主要污染物 污水中的污染物的种类繁多，可分为八类，即耗氧污染物、植物营养物质、 人工合成的有机物、有毒无机物、沉淀化合物、病原体污染物、放射性污染物和 热污染。 污水中所含的耗氧污染物有碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等有机物， 排入水体后这些有机物会消耗水中的溶解氧，待水中的氧消耗完时，会造成水体 中山大学硕士学位论文a o 微曝氧化沟工艺在城市污水处理的工程应用 的腐败；植物和微生物的主要营养物质主要指污水中的含氮、含磷化合物这两类 污染物，当水体中的含有过多的氮、磷( 特别是磷) ，有研究表明会促使藻类大 量繁殖，引起水华( 湖泊) 或赤潮( 海洋) 。 人工合成的有机物主要指一些酚类化合物、多氯联苯化合物、取代苯类、稠 环芳烃化合物、农药等有毒又难以生物降解的人工合成物。有毒无机物主要指汞、 镉、铅、铬等重金属元素，非金属元素砷、硒、溴、碘等以及各种酸、碱、盐等 各种无机化合物。这些金属及非金属的各种物质具有较强的毒性，而且在食物链 中可富集，从而对鱼类、家畜、人的健康造成极大的危害。 热污染主要是工矿企业排放的热废水( 主要为热电站) 排入水体造成的，使 水体温度局部升高，重金属离子的毒性加强，水体的化学和生化反应速度加快， 破坏水体生态系统结构。 放射性污染物主要来源于开采和加工放射性矿石、核电站、核武器试验和医 院等排放的污水，该种污染物可在生物体表面附着，也可在生物体内富集，引起 细胞变性，产生癌变，对生物和人体危害极大。 病原体污染物主要来源于人类的排泄物和进入水体的各种病原微生物如病 毒、细菌、寄生虫，传播途径为水媒型传播。 1 2 城市污水处理的必要性 城市污水处理的目的是采用各种技术措簏将污水中所含有各种形态的污染 物从水中分离出来或将其分解、转化为无害和稳定的物质，使污水获得净化。由 于污水中污染物种类很多，存在的形态不同，不能仅用一种方法去除所有污染物， 因此处理城市污水通常需要几种方法的组合，才能达到处理要求。 城市污水处理按其作用原理和去除的对象分为物理法、化学法、生物法；按 照处理程度可分为一级、二级、三级处理。 一级处理主要是去除水中呈悬浮状态的国体污染物质，主要采用物理处理方 法，不能去除水中的溶解状态和胶体状态的有机性物质，污水的净化程度不高。 二级处理能大幅度去除污水中溶解状态和胶体状态的有机性物质，主要采用 生物处理法，b o d 去除率可达9 0 以上，污水经过二级处理大部分指标一般可 以达到国家规定的向水体排放的标准。 中山大学硕士学位论文 a o 微曝氧化掏工艺在城市污水处理的工程应用 三级处理即深度处理，目的在于进一步去除污水中二级处理未能除去的污染 物质，包括微生物未能降解的有机物和氮、磷等。 从二十世纪七十年代起，水体中的氮、磷控制已引起世界各国的广泛注意， 欧洲及南非在新建污水厂均考虑脱氮除磷要求，同时还对老厂进行改造，使出水 达到排放要求。 我国是水资源匮乏的国家，人均水资源占有量仅为世界人均占有量的l 4 ， 在分布上又很不均匀，严重缺水城市有5 0 多个。随着我国经济的迅速发展和城 市规模的扩大，城市污水排放量增加很快，我国水污染控制重点已经从工业点源 为主的控制逐步转变为以城市污水污染为主的控制。据有关资料统计，截止到 2 0 0 3 年底，全国城镇污水年排放量为2 4 7 6 亿吨，七大江河水系均受到不同程度 的污染，仅3 8 1 的监测断面满足i i 类水质要求，3 2 2 的断面属、v 类 水质，2 9 7 的断面属劣v 类水质，城镇生活污水中氨氮排放量8 9 _ 3 万吨，比 上年增加3 。0 ，影响我国近岸海域水质的主要污染因子是无机氮和活性磷酸盐 【1 】，沿海水体发生赤潮和富营养化现象增多。为了解决我国水资源短缺、水污染 和水体富营养化日益严重等问题，对城市污水处理程度的要求也在提高，2 0 0 3 年开始实行的国家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 ) 对城镇 污水处理厂提出了去除污水中氮、磷的要求，需对城市污水进行脱氮除磷的三级 处理。因此寻求适合我国国情的污水处理新技术，保护水环境将是目前迫切需要 解决的问题。 中山大学硕士学位论文 a 0 微曝氧化沟工艺在城市污水处理的工程应用 第二章综述 2 1城市污水生物脱氮除磷处理常用工艺 2 1 1 污水生物脱氮除磷原理 城市污水中的氮( t n ) 有四种形式，即氨氮、有机氮、硝酸盐氮及亚硝酸盐 氮，主要以氨氮、有机氦两种存在，硝态氮通常来自工厂废水，在城市污水含量 很低；其中有机氮占3 0 4 0 ，氨氮占6 0 一7 0 ，距硝酸盐氮和硝酸盐氮仅占 0 5 。 在自然界中存在氮的循环的自然现象，如人们采用适当的运行方式，就能在 污水处理中应用这一作用，从而获得脱氮的效果。生物脱氮在水处理中的应用是 从w u h 珊a i i l l l 2 1 发现滤床中有硝化、反硝化现象开始的，是采用人工的方法在污 水处理中进行控制，污水中的氮会发生氨化反应、硝化反应和反硝化反应，从而 取得污水脱氮的效果。首先在氨化菌的作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态 氮，以氨基酸为例，其反应式为： r c h n h 2 c o o h + d 2 + 月c d o h + c d 2 + 删3 ( 2 1 ) 然后在好氧环境下，由硝化菌的作用下，氨态氮分两个阶段进一步分解、氧 化，首先在亚硝化菌的作用下，氨( n h 。+ ) 转化为转化成亚硝酸氨，反应式为： n h ：+ 兰d 2 - - - - - 1 7 0 2 + 日2 0 + 2 - + 一蛆 ( 2 - 2 ) 世= 2 7 8 4 2 k j 然后亚硝酸氮( n o ：- n ) 在硝化菌的作用下进- , 步t t 化为硝酸氮( n o 。- - n ) ， 其反应式为： n 0 2 一+ 圭d 2 一q 一一a f ( 2 3 ) a f ；7 2 2 7 u 硝化的总反应式为： h ：+ 2 0 2 一0 3 + 打2 0 + 2 h + a f ( 2 - 4 ) f ：3 5 0 6 9 k 中山大学硕士学位论文 n o 微曝氧化沟工艺在城市污永处理的工程应用 好氧硝化需要以下条件：合适的温度( 2 0 。c 3 0 。0 ，足够的溶解氧( d o 值 在2 m g l 以上) ，适宜的p h 值，亚硝酸细菌和硝酸细菌分别在p h 值7 0 7 8 和 7 7 8 1 时活性最强 3 1 ，并有足够长的泥龄。随后在缺氧条件下，有外部碳源提 供能量，在反硝化菌的代谢活动下，硝酸氮( n w - n ) 有两个转化途径，一个是 同化反硝化( 合成) ，最终产物为有机菌化合物，成为菌体的组成部分；另一个 是异化反硝化( 分解) ，最终产物为气态氮，这个过程可以用下面两个反应式表 不： n o ：一+ 3 日( 电子供给体一有机物) 一妻2 + 日2 0 + o h 9 ( 2 - 5 ) n o ，一+ 5 h ( 电子供给体一有机物) _ + ；：+ 日：0 + o h 一 ( 2 6 通常污水处理中所称的反硝化，只局限于异化硝酸盐的还原作用，其去除的 氮约占总去除量f f j 7 0 7 5 。这一阶段为反硝化，需要在缺氧的条件( d o 值在 o 5 m g t l 以t ) ，充足的碳源，适宜的p h 值( 6 5 7 5 ) 1 4 。另有部分硝酸盐氮、 亚硝酸盐氮随剩余污泥一起排出系统，达到脱氨效果。 城市污水中的磷常以磷酸盐( h 。p o 。、h p 0 4 _ 、和p 叮一) 、聚磷酸盐和有机磷的 形式存在，其中有机磷占3 5 左右，无机磷占6 5 。印度的8 r e i n a t h 等人在 1 9 5 9 年在一些采用活性污泥法的污水处理厂观察到磷的摄取量超过其自身合成 代谢用量的“过量摄取”现象口1 ，之后的美国的l e v i n 和s h a p i r o 于1 9 6 5 年研 究了美国各地的一些污水厂之后，提出了“磷过度摄取学说”忱生物除磷就是 利用聚磷菌( p a o s ) 这类的细菌，在厌氧条件为优势菌种，其生长受到压抑而将 储存在细胞中聚磷酸盐( p o l y p ) 中的磷通过水解为正磷酸盐( p q 一p ) 丽释放 出来，并从中产生能量用以吸收快速降解有机物，并转化为p h b ( 聚0 羟基丁酸) 储存在细胞内，然后在好氧条件下时聚磷菌以游离态氧为电子受体氧化体内储存 的p h b 而产生能量，用于细胞的合成和吸磷，过量地超出其生理需要的从外部摄 取磷酸盐合成高能物质a t p ，并将其中一部分转化为聚磷酸盐的形态储藏在细菌 体异染粒内i ”，形成高磷污泥( 含磷量可达细胞重量的7 罐) n 通过将剩 余污泥排出处理系统，达到从废水中除磷的目的。 聚磷菌好氧吸磷和厌氧教磷反应式如下两式： a d p + h ，p o 。+ 能量一一卯+ 日，o ( 2 7 ) a t + 日，0 - + 一d 尸+ h ，p o 。+ 能量 ( 2 - 8 ) 中山大学硕上学位论文小o 微曝氧化掏t 艺在城市污水处理的工程应用 由于生物除磷的效果与剩余污泥排放量直接相关，而剩余污泥量又由系统的 泥龄决定，所以生物除磷需控制好泥龄，般宜采用较短的泥龄，但泥龄的确定 需综合考虑处理系统的出水中的其他污染物去除要求。 生物脱氮除磷工艺是将生物脱氮和除磷组合在一个流程同步去除氮、磷，其 工艺流程方法较多，但它们的共性是都具有厌氧、缺氧和好氧段( 区) 。厌氧池 的主要作用是释放磷，使磷在污水中的浓度升高，溶解性有机物被微生物吸收而 使b o 风降低；另外，n h 。+ 因细胞的合成被去除一部分而浓度下降；反硝化菌 在缺氧池中利用污水中的有机物作碳源，将回流混合液带来的大量n 0 3 一- i n 还原 为n i 释放至空气中，因此，缺氧渣中的b o d s 浓度下降，n 0 i - n 浓度大幅下降。 然后微生物在好氧池中将有机物降解，使其浓度下降；有机氦被氮化然后被硝化， 氨氮也被硝化，水中的n 0 3 。n 浓度增加，磷的浓度随着聚磷菌对磷的过量摄取 而较快下降。经过上述步骤，生物除磷脱氮工艺可以同时完成有机物的去除、硝 化脱氮、磷的过量吸收而被去除等功能，而且具有费用低、产生污泥少等特有的 技术经济优势，而得到广泛应用。 2 1 2 城市污水生物脱氮除磷处理常用工艺 研究者根据生物脱氮除磷原理对厌氧、缺氧、好氧等池子的大小、排列、数 量增减以及混合液循环和回流方式作不同变化，开发出了一系列生物除磷工艺和 技术，目前国内外城市污水三级处理的生物除磷脱氮工艺技术主要有氧化沟工 艺、曝气生物滤池( b a f ) 工艺、a 2 o 工艺及其改进工艺如倒置a 2 o 工艺、u c t 工艺、改良u c r l 艺、v i p 工艺等、s b r i 艺及其多种改进工艺如l c e a s 法、c a s s 法、m s b r 法、u n i t m k 法等；它们的共性是都具有厌氧、缺氧和好氡区，但氧化 沟工艺、曝气生物滤池( b a f ) 工艺、小0 工艺等厌氧、缺氧和好氧功能在同一 时段的不同的空间实现，而s b r i 艺的上述功能在同一空间的不同时段完成。对 于生物除磷脱氮工艺，一般来讲，避水b o d 。t n 大于2 8 6 ，b o d ；t p 大于2 0 是 取得较好的生物除磷聪氮效果的前提条件。当然，耍取得最佳效果，必须根据污 水性质、处理规模、场地大小、设备性能等条件选择合理的工艺和设计参数( 例 如污泥负荷、污泥龄、溶解氧等) 。 中山大学硕士学位论文 a 2 舳微曝氧化掏工艺在城市污柬处理的工程应用 l 、a 2 o 工艺及其改进工艺1 1 0 | u l 【1 2 】 ( 1 ) 、a 2 0 工艺简介 a 2 o 工艺是一种推流式的前置反硝化工艺，厌氧、缺氧和好氧三个区的功 能明确，可根据进水水质和出水要求来确定其停留时间和运转条件，主要工艺形 式有：u c t 工艺、分点进水倒置a 2 o 工艺等。 传统a 2 o 法其工艺流程见图2 1 ， 混合液回流 r 一一。一。 l _ 一：l _ 一l 一l 一l _ 1 一l 一 ： 一再籀商蒹。“+ 剩余污泥 图2 1 传统a 2 o 法工艺流程图 传统a 2 o 工艺于7 0 年代由美国专家在厌氧一好氧除磷工艺( a o 工艺) 的 基础上开发出来的。该工艺是在a o 工艺中增加一个缺氧段，将好氧池流出的 一部分混合液回流至缺氧段，以达到脱氨的目的。 传统a 0 工艺可以完成有机污染物的去除、硝化及反硝化脱氮、磷的过量 摄取等功能，具有如下特点：a 、在去除有机污染物的同时可达到除磷脱氮目的； b 、工艺简单、永力停留时问较短；c 、在厌氧一缺氧一好氧条件下交替运行， 丝状菌不会过度繁殖，不会引发污泥膨胀。 ( 2 ) 、u c t 工艺 为了克服传统：, 2 0 工艺回流污泥中过多的硝酸盐破坏厌氧环境，影响厌氧 放磷效果的缺点。产生了u c t 工艺。其流程简图如下； 污藩画蕊+ 剩余污泥 图2 - 2 u c t 工艺流程简图 在u c t 工艺中，沉淀池的回流污泥和好氧区的污泥混合液分别回流到缺氡 中山大学硕士学位论文a 0 微曝氧化沟t 艺在城市污水处理的工程应用 区，内中携带的n 0 3 二n 在缺氧区中经反硝化而去除。为了补充厌氧区中污泥的 流失，增设了缺氧区至厌氧区的混合液回流。在废水碳源充足的情况下，缺氧区 中反硝化作用完全，可以使接受缺氧区混合液回流的厌氧区n 0 ，一n 浓度接近于 零，保持较为严格的厌氧生境，从而提高了厌氧放磷以及整个系统的除磷效率。 但由于增加了缺氧区至厌氧区的混合液回流，相应的运行费用增加。 ( 3 ) 、分点进水倒置a 2 o 工艺 为了避免回流硝酸盐对生物除磷的影响以及克服u c t 工艺的缺点，又产生 了分点进水倒置a o 工艺。该工艺是将缺氧池置于厌氧池前面，来自二沉池的 回流污泥和3 0 - 5 0 的进水，5 0 一1 5 0 的混合液回流均进入缺氧段，? 停留时闯为 1 3 h ，回流污泥和混合液在缺氧池内进行反硝化，去除硝态氧。再与7 0 一5 0 的原水一起进入厌氧段，从而避免了反硝化细菌与聚磷菌争夺碳源竞争性地抑制 放磷，强化了除磷效果；同时，由于采用分点进水，可有效保证缺氧段及厌氧段 中对碳源的需求，因此该工艺具有良好的除磷脱氮功能。其工艺流程如下图所示： 。葛甄商磊+ 剩余污泥 图2 - 3 分点进水倒置a z o 工艺流程简图 但是，从水力条件看，倒置a 2 o 采用推流式矩形池，厌氧区、缺氧区与好 氧区分开，内回流与外回流均需通过大流量泵来实现，耗能较大，日后运行管理 也相对复杂一些。 2 、氧化沟工艺【1 3 】【1 4 】【1 5 】【1 q 氧化沟是活性污泥法的一种类型，其曝气池呈封闭的沟渠形，污水和活性污 泥混合液在其中循环流动，因此又称为“环形曝气池”。采用氧化沟工艺一般不 设初沉池，由于该工艺选择的泥龄较长。剩余污泥量少于一般的活性污泥法，并 且得到了一定程度的好氧稳定，污泥可不需要进行厌氧消化处理，从而简化了污 泥处理的流程。从水力特性来看，氧化沟既具备完全混合式反应器的特点，也具 备推流式反应器的特点。污水通常在沟渠中循环流动多次，并且曝气装置在沟中 布置的特点使沟中溶解氧呈现分区变化。即远离曝气装置的某点d o 浓度降低而 中山大学硕士学位论文a o 微曝氧化沟工艺在城市污水处理的工程应用 呈现缺氧区，有利于活性污泥的生物絮凝和生物脱氮。近十多年来由于曝气装置 的不断改进和池型的合理设计，部分克服了过去氧化沟的池深浅和充氧能力受到 限制的缺点。 具有一定除磷脱氮功能的氧化沟主要的有：奥贝尔氧化沟、交替工作式氧化 沟、卡鲁塞尔氧化沟、微曝氧化沟等。 ( 1 ) 、奥贝尔氧化沟 奥贝尔氧化沟由多个同心的环形沟渠组成，废水从外沟依次流入内沟，由内 沟道排出，曝气设备采用曝气转盘，各沟有机物和溶解氧浓度均不相同，因此可 实现脱氮除磷的目的。 ( 2 ) 、交替工作式氧化沟 具有除磷脱氮功能的交替工作式氧化沟主要有d e 型氧化沟及t e 型氧化沟。 d e 型氧化沟由两个容积相同、交替进行的双沟组成，另有独立的二沉池，可按 除磷脱氮或脱氮等多种工艺运行。雨t e 型氧化沟包括由一座厌氧池，三座同等 容量的曝气池和一座二沉池组成，与d e 型氧化沟工艺的区别是多了一个曝气池。 其中曝气池的运作模式为不断切换作业，而厌氧池则设有搅拌器。 d e 型氧化沟及t e 型氧化沟由于周期性的变换进、出水方向和变换转刷和 水下搅拌器的运行状态，因此采用计算机进行控制，对自控要求较高，由于d e 型氧化沟及t e 型氧化沟的工作方式是交替进行，在设备利用率方面较低，d e 型氧化沟工艺仅为3 8 左右，t e 型氧化沟则有所提高，达到5 8 。 ( 3 ) 、卡鲁塞尔氧化沟工艺 卡鲁塞尔氧化沟工艺源于荷兰的d h v 公司，在氧化沟内由隔墙隔开，构成 连续渠道，渠道末端装有低速表面曝气机，对污水进行曝气、推流。最近d h v 公司开发卡鲁塞尔2 0 0 0 氧化沟，克服了原调节性差，除磷脱氮效果低的缺点， 流程简图如下： 中山大学硕士学位论文 a 2 o 微曝氧化淘工艺在城市污水处理的工程应用 图2 - - 4 卡鲁塞尔2 0 0 0 氧化沟流程简图 山水 卡鲁塞尔2 0 0 0 氧化沟系统，是在原卡鲁塞尔系统上增加一个缺氧池和预脱 氮池，这个预脱氮池通过两条窄沟与原卡鲁塞尔系统连接在一起，在缺氧区安装 一套低能耗的搅拌机，当缺氧且富含硝酸盐的混合液流向曝气机时，部分液体被 导入缺氧池，与未处理的污水接触，未处理的污水b o d 浓度商，可作为碳源满 足并促进反硝化过程进行，分解出的氮气释放到空气中，硝酸盐中结合的氧用于 b o d 氧化。该沟科舄特有的水力设计，省去了内回流泵及管道。蔼水流分配通 过沟道进口宽度和水力局部调节，沟道入口安装的简单的隔板“门”可以进行流 量微调。 该工艺对n 1 4 + - n 的降解率可达到9 5 ，p 的去除率达到7 5 以上。该工 艺程式上属a 2 o 工艺。由于采用了新型倒伞型曝气机供氧，因此，其有效水深 可达到4 5 米左右。 以上所介绍的几种类型氧化沟皆采用表曝设备，因此不可避免地存在着占 地大、氧利用率低、能耗较高等缺点。 ( 4 ) 、微曝氧化沟工艺 徽曝氧化沟工艺是针对一般氧诬沟工艺占地大，能耗较高的缺点，经多年 研究及开发比来的先进污水处理工艺，具有高效的除磷脱氮功能、投资省、运转 费用低的特点，已在多个城市污水处理厂成功应用。 微曝氧化沟工艺流程简图如下 中山大学硕士学位论文 a 2 j o 微曝氧化沟工艺在城市污水处理的工程应用 鼓风机 水 图2 - 5 微曝氧化沟工艺流程简图 微曝氧化沟工艺是在氧化沟基础上，引入了微孔曝气，同时曝气头布置方式 上做了改进，从而使总氧转移量增大，有效地解决了提高氧利用率并降低能耗问 题。此外，在氧化沟的推流方式上，由于采用潜水推进器，由叶轮产生的水流推 动直接作用到水中，被推动的水流由下层向上层传递，而不象表曝用转刷或倒伞 型曝气机将水流从上向下层传递，而大部分的动能变成热能散失入空中。因而采 用潜水推进器减少了能量消耗，从一般的表曝形式推流所需的能耗5 8 w d 水 降至l 2 w m 3 水【”i 。 3 、序批式活性污泥法【1 b 】【1 9 】f 2 0 】 序批式活性污泥法。又称间歇式活性污泥法，近几年来已发展成多种改良 型，主要有：传统s b r 法、i c e a s 法、c a s t 法、u n i t a n k 法等。 ( 1 ) 、传统s b r 法 其反应是在同一容器中进行。在同一容器中进水时形成厌氧眦时不曝气) 、 歇氧而后停止进水，开始曝气充氧，完成脱氮除磷过程，并在同一容器中沉淀， 再通过滗水器出水，完成一个程序。这种方法与以空间进行分割的连续流系统有 所不同，它不需要回流污泥，也无专门的厌氧区、缺氧区、好氧区，而是在同 容器中，分时段进行搅拌、曝气、沉淀，形成厌氧、缺氧、好氧、沉淀过程。其 缺点是总容积利用率低，一般小于5 0 ，因此适用于较小污水量场合。 ( 2 ) 、i c e a s 法及c a s t 法 i c e a s 、c a s t 工艺即连续进水、问歇操作运转的活性污泥法，通过设置多 座池子，尽管单座池子为间歇操作运行，但使整个过程达到连续进水、连续出水。 其进水、反应、沉淀、出水和待机在一座池子中完成，常用四座池子组成一组， 中山大学硕士学位论文曲0 微曝氧化沟t 艺在城市污水处理的工程应用 轮流运转，一池一池地间歇处理。i c e a s 法虽有它的优点，可在一组池中完成 脱氮、去除b o d 5 全过程，但每座池子都需安装曝气设备、用于沉淀的滗水器及 控制系统，间歇排水，水头损失大，设备的闲置率较高、利用率低，投资大，要 求自动化程度高。 ( 3 ) 、u n i t a n k 法 u n i t a n k 工艺是结合传统活性污泥法和s b r 法的特点形成的一种活性污泥 处理工艺，其池型为矩形，运行方式类似于三沟式氧化沟，省去了回流污泥系统 及沉淀设备，从而降低了投资。 u n i t a n k 生物处理池的外形是一矩形池，里面被分隔成三个相等的矩形单元 池( a 、b 、c 池) ，相邻的池之间以开孔的公共墙连通；其中外侧的两池具有曝气 和沉淀双重功能，两