（环境工程专业论文）sbr处理低温生活污水及工艺用滗水器的研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 s b r 处理低温生活污水及工艺用滗水器的研究 摘要 s b r 污水处理工艺具有灵活多变、经济、高效和工艺流程简单、管理方 便的特点，被广泛应用于染料、食品、化工行业废水和社区、中小城镇生 活污水等的处理及资源化利用。s b r - v 艺的核心为活性污泥系统在不同溶氧 条件下的工艺技术组合。由于微生物本身的特性，在低温条件下，生化处 理效果开始恶化，运行稳定性逐渐降低。因为水温会影响活性污泥微生物 】 的酶促反应、微生物细胞的增殖和内源代谢过程、氧的总转移系数、水的 饱和溶解氧浓度、污泥膨胀与水的粘滞性，进而影响s b r i 艺生物处理的各 个阶段和全过程。 在低水温条件下，活性污泥易产生膨胀，这将使以活性污泥为主体的 s b r 污水处理系统不稳定并降低处理效率。因此，在北方低温气候条件下对 s b r t 艺进行研究，进而提出具有良好的处理效果、运行稳定的工艺具有极 大的理论价值和应用价值。研究低水温条件下s b r 污水处理工艺特性对于提 高该工艺在低水温下的工艺稳定性和处理效率具有重要意义。 研究中考察了温度对处理系统的影响，试验结果表明，温度的降低对 系统的处理效果影响显著。系统对c o d 的去除率由2 0 的9 0 下降至l j l 0 的8 0 左右，氨氮的去除率由9 0 下降至1 j 4 0 左右。不过当曝气时间为7 h 时， 氨氮的去除率可达8 5 左右。同时，系统内微生物特性受温度的影响较大， 无论是污泥浓度还是污泥的活性，都随温度的降低而下降，而硝化细菌的 数量和活性受温度的影响显著。在最佳工况运行条件下，出水c o d 、氨氮、 t p 浓度均可满足国家一级排放标准。 s b r 工艺及其改进工艺广泛用于污水处理，通过对其核心设备滗水器的 太原理t 大学硕十研究生学佗论文 研究，了解不同滗水器的优缺点，对水处理系统选择高效的滗水器以及开 发新型实用的滗水器设备的有二定指导意义。我们在该s b r i 艺中试运行了 设计的新型斜板式滗水器，从实验结果看，该滗水器显示了较好的滗水效 果。 关键词：s b r i 艺，低温，污水处理，滗水器 i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 s t u d i e so ft r e a t i n gd o n e e s t i cs e w a g e a tl o wt e m p e r a t u r e a n dw a t e rd e c a n t e ri ns b rs y s t e m a b s t r a c t b yt h er e a s o no fh a v i n gm a n yc h a n g e sa n db e i n ge c o n o m i c ，e f f i c i e n t ， s i m p l eo p e r a t i o n - c r a f ta n de a s y t os u p e r v i s e ，s b r ( t h e s e q u e ? n c i n g b a t c h r e a c t o r ) h a sb e e nu s e dw i d e l yi nt h et r e a t m e n to fw a s t ew a t e ro fd y e ，f o o d ， c h e m i c a lp l a n t s ，a n dt o w n sa n dc i t i e s t h ek e yo fs b rs e w a g et r e a t m e n ti st h e a c t i v a t e d - s l u d g e ，b u tt h el i v i n gt e m p e r a t u r eo fa c t i v a t e d - s l u d g e i sa v e r y i m p o r t a n t f a c t o rt ot h ee f f e c ta n dt h es t a b l er u n n i n go fs b r t h et r e a t i n gs y s t e mo f t e n f a c e st h e i n s t a b i l i t y i n e l i m i n a t i n g p o l l u t a n t s ，t h e a c t i v i t y o f m i c r o o r g a n i s m i sr e s t r a i n e dd u et ot h e p h y s i o l o g i c a l n a t u r eo fm i c r o o r g a n i s m s b e c a u s et h ew a t e rt e m p e r a t u r ec a n a f f e c tt h ee n z y m e - u r g er e a c t i o n ，m u l t i p l i c a t i o na n de n d o g e n e s i sm e t a b o l i s mo f m i c r o b ei na c t i v a t e d - s l u d g e ，g r o s so x y g e n - t r a n s f e rc o e f f i c i e n t ，t h ec o n c e n t r a t i o n o fs a t u r a t e dd i s s o l v i n go x y g e ni ns e w a g e ，a c t i v a t e d s l u d g es w e l l i n g ，v i s c i d i t yo f s e w a g e ，a n dt h eb i o - c h e m i c a l r e a c t i o no f t h ea c t i v a t e d - s l u d g e t h e r e f o r e ，i ti sn e e d e dt oi n v e s t i g a t et h ep e r f o r m a n c eo fs b rc r a f ti n c o l d w e a t h e ra r e ai no r d e rt od e t e r m i n er e a s o n a b l ep a r a m e t e r sf o rs t a b i l i z e da n d w e l lt r e a t m e n te f f ! f i c i e n c yo f t h es y s t e m m o r e o v e r , t e m p e r a t u r e a saf a c t o rt h a ta f f e c t e dt h es y s t e mw a s e x a m i n e d t h er e s u l t sd e m o n s t r a t e dt h a tw h e nt e m p e r a t u r ew a sd e c r e a s e df r o m 2 0 ct oi o 。c ，t h er e m o v a lo fc o da n da m m o n i a - n i t r o g e nw a sd e c r e a s e df r o m 9 0 t o8 0 a n d 9 0 t o4 0 b u t 。t h er e m o v a lo fa m m o n i a - n i t r o g e nc a na t t e n d 1 1 1 太原理工大学硕士研究生学位论文 8 5 w h e nt h et i m eo fa e r o b i cw a se x t e n d e d7h o u r s r e s p e c t i v e l y ，s u g g e s t i n g t h a tt h ep e r f o r m a n c eo fs y s t e mw a ss u b s t a n t i a l l yi n f l u e n c e db yt e m p e r a t u r e m e a n w h i l e ，t h ep h y s i o l o g i c a la n dm e t a b o l i z i n gn a t u r eo fm i c r o o r g a n i s m si n b o t hs u s p e n d e ds l u d g ea n ds y s t e mw a so b s e r v e dt ob ec o n s i d e r a b l ya f f e c t e db y t e m p e r a t u r e ，p a r t i c u l a r l yi nt h ec a s eo ft h a tf o rn i t r i f i c a t i o nb a c t e r i a f r o mt h e t e s t ，i tc a nb ei n d u c e dt h a tt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t si nt e r m so fc o d ，n h 3 一na n d t po ft h es b ro p e r a t i o nc a nr e s p e c t i v e l yc o n f o r mt oc l a s sio ft h en a t i o n a l s t a n d a r df o rw a s t e w a t e rd i s c h a r g e 。 s b ra n di t s i m p r o v e m e n tc r a f tw i d e l y u s ei nt h es e w a g et r e a t m e n t t h r o u g ht oi t sc o r ee q u i p m e n t 一w a t e rd e c a n t e rr e s e a r c h ，u n d e r s t o o da d v a n t a g e a n d d i s a d v a n t a g e o fd i f f e r e n t w a t e rd e c a n t e r i t s s i g n i f i c a n t f o rw a t e r p r o c e s s i n gs y s t e mt oc h o i c eh i g h l ye f f e c t i v ew a t e rd e c a n t e ra n dd e v e l o pn e w p r a c t i c a lw a t e rd e c a n t e r i nt h i st e s tw ea p p l yan e ww a t e rd e c a n t e r f r o mt h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，i tc a nb es h o w ng o o dd e c a n t i n ge f f e c t i v e n e s s k e y w o r d s ：s b r p r o c e s s ；l o w e rt e m p e r a t u r e ；s e w a g et r e a t m e n t ；w a t e r d e c a n t e r i v 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 法律责任由本人承担。 论文作者签名：彝良日期：型! ! 型 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：懈 导师签名： 日期：型! 兰 日期：丝2 ：! ：型 ， 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 。1 我国污水处理现状 第一章绪论 随着经济的发展和人口的增长，以及水源的污染，水资源的危机已成为全世界关注 的问题，它已严重威胁着人类社会的生存与发展。 在我国，水环境问题由来已久，尤其是近几年来，在水资源短缺和水污染加剧的双 重压力下，水环境问题日趋严重。国家环保总局的一项调查表明【”，在被统计的我国1 3 1 条流经城市的河流中，严重污染的有3 6 条，重度污染的有2 1 条，中度污染的有3 8 条。2 0 0 1 年，全国废水排放总量4 2 8 亿吨，其中大部分污水未经有效处理而排入自然水体。 城市污水污染在我国各地已成为严重的环境问题。它不仅污染环境，影响人民身体 健康和工农业生产，而且也直接造成经济和资源损失。目前我国城市污水年处理能力3 8 1 亿o ，城市污水的处理率仅为1 3 6 ( 其中二级处理率为8 4 ) 。城市污水处理问题不仅 仅是环境问题，同时还涉及到经济、技术和政策等各个方面，需要认真加以研究解决。 为了缓解水危机，实现我国经济的可持续性发展，提高污水处理率己成为当务之急。 长期以来，人们一直坚持不懈地致力于污水处理方法的研究和应用，取得了一大批成果， 发明了许多行之有效的处理工艺。污水处理方法可分为物理法( 调节、过滤、沉淀、离 心分离等) 、化学法( 中和、化学混凝、化学沉淀、氧化还原) 、物理化学法( 吸附、离子 交换、电渗析、反渗透、超滤) 、生物处理法( 好氧、厌氧及组合) 。生物处理法是有机废 水处理的主导技术。经过研究、应用与改进，生物处理法己从传统的活性污泥法和生物 膜法衍生出很多新的工艺，如a o 工艺、a 2 o t 艺、氧化沟工艺、s b r _ 工艺等。 1 2 课题研究目的及意义 我国秋冬季大多城市用水紧张，在国家大力发展地产经济，开发建设中小城市的大 环境下，城市污水处理面临着新的课题。一方面要发展经济，用水量必然增加，另一方 面污水处理跟不上发展的需要，因此有必要找出最经济、高效的污水处理方式，并尽可 能地将污水加以回收利用。而s b r 具有灵活多变、经济和高效特点，以s b l l 工艺进行生 活污水处理，可缓解城市日益加重的供水紧缺与污水处理紧张的矛盾，减少自然水体污 太原理工大学硕士研究生学位论文 染，将城市生活污、废水经过适当处理后回用于企业和建筑小区供生活杂用，既可节约 水资源，又使污水无害化，具有一定的现实意义，势必成为新形势下城市污水处理的发 展趋势。 因此，综合上述低水温生活污水处理的现状，我们希望在借鉴国n 夕b s b r 2 艺生活 污水处理经验的基础上，以提升生活污水s b r 工艺处理及生活小区中水回用技术水平为 目的，进行低水温s b r 法城市污水处理探索性试验。通过进行城市污水一定处理规模的 实地试验，探寻低水温s b r 城市污水处理工艺的影响因素及处理对策：通过试验，探寻 低水温s b r 城市污水处理工艺中基质降解及活性污泥生长动力学参数及确定不同进水 条件下的大致( c o d 降解) 反应时间。通过上述试验数据，可以获得低水温条件下s b r i 艺的污水动力学参数。并以此为依据，较好地指导和调整低水温条例上s b r _ 工艺的运行 参数，从而确保s b r 工艺在低水温条件下取得较佳的处理效果。 同时，在当前污水处理领域，序批式活性污泥法污水处理技术( s b r ) ，是应用日 趋广泛的处理技术之一。而对于一个成功的s b r 系统而言，滗水器的性能至关重要。 但就目前而言，滗水器成为了制约小型s b r 发展的瓶颈。因此，低温运行s b r i 艺在实 验室的小试实验中，我们设计一种新型的滗水器，以达到较好的排水目的。 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章s b r i 艺研究现状 2 1 传统的s b r 工艺流程 s b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 法，即序批式活性污泥法。s b r _ t 艺的雏型出现于 1 9 1 4 年。s b r 工艺是在传统活性污泥法的基础上研发而来的，是早期充排式反应器的一 种再生和改进，比连续流活性污泥法出现得更早，但因运行管理繁琐而逐渐被连续流系 统所取代。2 0 世纪7 0 年代初，为解决连续污水处理法存在的问题，美国人r l i r v i n e 教授 对s b r 进行了重新评价和研究【2 1 ，随后引起了世界各国的重视，并陆续得到开发和应用。 特别是近年来计算机在曝气、污泥回流的控制应用与溶解氧测定仪、氧化还原电位计、 水位计等先进监控产品的出现，使得初期的s b r 反应器间歇运行的复杂操作问题得以解 决。无堵塞曝气设备的开发，使得s b r i 艺重新获得应用有了可能3 羽。随着研究的不断 深入，该工艺的机理和优越性逐渐被认识，同时随着污水处理设施小型化、分散化，s b r 工艺得到前所未有的发展，成为世界各国竞相开发的热门工艺。 s b r 的反应机制、污染物质去除机制与连续入流式活性污泥法( c o n t i n u o u sf l o w s y s t e ma c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ，简称c f s ) 基本相同，仅运行操作不一样。s b r i 艺是 一个非稳态工艺，在反应器内注满污水，然后按分批处理的模式运行。s b r 法具有工艺 简单，基建和运行费用低，出水水质好等优点，因而在生活污水和工业废水处理中得到 广泛的应用。s b r 技术是一个周期性运行的系统，它分为：进水曝气期、沉淀期、滗水 期、静置期四个阶段。 1 迸水工序：待处理的污水连续进入d a t 池，在迸水的同时，一边迸水，一边曝 气为后序工艺处理作好准备。 2 经过初步曝气处理的污水，通过双层导流设施进入i a t 池，按工艺计算要求进行 一定时间的曝气或搅拌，达到好氧反应的目的。 3 沉淀期：当i a t 池停止曝气和搅拌后，经过沉淀工序，活性污泥絮体和上清液得 到分离。 4 滗水期：当l 盯池中的水达到设计的最高水位时，沉淀后的上清液通过特定的污 水处理设备排出池外；当池水位恢复到处理周期开始的最低水位时，停止排水。其四个 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 主要过程如图2 1 所示： 曝气 进水 ( 1 ) 进水，搅拌或曝气 f 瘩；： 1 瘩：| ： ： 二l 污泥回流 卜 曝气 厂j 、 v 进水 出水 - - - - 一一一一j ：一卜 排剩余污泥 ( 2 ) 进水，曝气 几 污泥回流7 h | 喜 ：!心 l ( 4 ) 滗水( 3 ) 静置沉淀 图2 1s b r 法工艺过程图 f i g2 - 1t h ed i a g r a mo f s b rc r a l ：tp r o c e s s 从s b r 法i 艺过程图我们可以看出：s b r 法是周期性排水，要求集中大流量排放， 即要在较短的时间内完成大流量排水任务，而且在排水过程中，要求不扰动池底积累的 活性污泥，同时还要保证水面的平稳性，以保证出水质量。这就要求在滗水过程中，滗 水器下降速度( 即电动推杆的速度) 能随水位变化而变化：滗水高度能随污泥厚度变化而 变化；从而达到智能滗水的目的。 s b 刚襄显著的特点【6 j 是将反应和沉淀两道工序放在同一反应器中进行，扩大了反应 器的功能，同时它提供了一种时间程序的污水处理方法，而不是连续流的空间程序的污 水处理。它在空间上完全混合，时间上完全推流，反应速度高，反应池理论体积明显小 于连续式的体积。它具有工艺流程简单，构筑物少，占地省，造价低，设备费，运行管 理费低，静止沉淀，分离效果好，出水水质高，运行方式灵活，可生成多种工艺路线， 同一反应器仅通过改变运行工艺参数就可以处理不同性质的废水。进水结束后原水与反 应器隔离，进水水质水量的变化对反应器影响较小。因此工艺的耐冲击负荷能力高。间 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 歇进水，间歇排放，以及每次进水只占反应器的3 5 左右，其稀释作用迸一步提高了工艺 对迸水冲击负荷的耐受能力。另一方面s b r 比连续式更易驯化出优势菌种，微生物处于 营养物、溶解氧等周期变化的环境中，有利于絮状污泥生长而抑制丝状污泥，使活性污 泥中快速生长的兼性菌占优势更易于控制污泥膨胀【7 】。同时s b r 反应器中r n a 的含量比 普通活性污泥法高3 4 倍，而r n a 决定了细菌的增值速率。因此s b r 反应池内污泥活性很 高，沉降性能好，也可同时进行脱氮除磷。由于在s b 随行过程中，各阶段的运行时间、 反应器内混合液体积的变化以及运行状态等都可以根据污水性质、出水水质与运行功能 的要求灵活变化，再加上在线溶解氧测定仪、液位计等精度高且较经济的水质检测仪表 相继出现，自动控制技术的迅猛发展，许多污水处理厂的运行管理实现了自动化，s b r 工艺以其独特的优势进入人们的视野，并迅速成为目前世界上污水处理的热门工艺。在 近l o 多年电，仅澳大利亚就建成采用s b r i 艺的污水处理厂近6 0 0 座。 2 2s b r 工艺的改进和发展 ( 1 ) s b r 的改进 一般来说，“只要保留序批处理周期运行的特点，都属于s b r “。 由于s b r 在运行过程中，各阶段的运行时问、反应器内混合液体积的变化以及运行 状态等都可以根据具体污水的性质、出水水质、与运行功能要求等灵活变化。对于s b r 反应器来说，只是时序控制，无空间控制障碍，所以可以灵活控制。因此，s b r _ 工艺发 展速度极快，并衍生出许多种新型s b r 处理工艺。 1 ) 间歇式循环延时曝气活性污泥法( i c e a s ) 间歇式循环延时曝气活性污泥法( i c e a s - - i n t e r m i t t e n tc y c l i ce x t e n d e ds y s t e m ) 是2 0 世纪8 0 年代初在澳大利亚发展起来的。这种工艺一般采用由两个矩形池为一组的s b r 反 应器，每个池子分为预反应区和主反应区两部分。预反应区一般处于厌氧或缺氧状态， 主反应区是曝气反应的主体，体积占反应器总池容的8 5 - 9 0 。 污水通过渠道或管道连续进入预反应区，进水渠道或管道上不设阀门，可以减少操 作的复杂程度。预反应区一般是不分格的，所以进水是连续不断地流入主反应区。i c e a s 是连续进水工艺，不但在反应阶段进水，也可以在沉淀和滗水阶段进水。i c e a s 的排水 也是通过安装在反应器出水端的滗水器完成的。i c e a s 的运行工序由曝气、沉淀、滗水 组成，运行周期比较短，一般为4 - - - 6 h ，进水曝气时间为整个运行周期的一半。 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 i c e a s 系统的优点是采用连续进水，可以减少运行操作的复杂性。我国昆明的第三 污水处理厂采用的就是i c e a s 工艺，处理水量1 5 万m 3 d ，反应期分为4 组共计2 8 个池子， 每组池子的处理水量为l 万m 3 d 左右。 i c e a s 工艺取得上述优点或进展的同时也付出了一些代价，由于工艺的改革而丧失 了部分优点，但保留了反映s b r 反应器本质的一条优点，即结构特征上的优越性，同时 增加了连续进水和容易放大的优点。i c e a s 与传统s b r 相比，最大特点是：在反应器进 水端设一个预反应区，整个处理过程连续进水，间歇排水，无明显的反应阶段和闲置阶 段，因此处理费用比传统s b r t 氐。但系统全过程连续进水，沉淀阶段泥水分离较差，从 而限制了处理能力。 2 ) 好氧间歇曝气系统( d a t - i a t ) d a t - i a t t 艺是由天津市政工程设计研究院王秀朵等人提出的s b r _ z 艺的又一种 ! 变型。d a t i a t 工艺的主体构筑物由需氧池( d e m a n da e r a t i o nt a n k - - d a t ) 和间歇曝 气池( i n t e r m i t t e n ta e r a t i o nt a n k - - i a t ) 组成，一般情况下d a t 池连续进水，连续曝气， 其出水进入i a t 池，在此可完成曝气、沉淀、滗水和排出剩余污泥工序。 原污水首先经d a t 池的初步生物处理后再进入i a t 池，由于连续曝气起到了水力均 衡作用，提高了整个工艺的稳定性，进水工序只发生在d a t 池，排水工序只发生在i a t 池，使整个生物处理系统的可调节性进一步增强，有利于去除难降解有机物。一部分剩 余污泥由i a t 池回流到d a t 池。与c a s s 和i c e a s 工艺相比，d a t 池是一种更加灵活、完 备的预反应区，从而使d a t 池与i a t 池能够保持较长的污泥龄和很高的m l s s 浓度，对 有机负荷及毒物有较强的抗冲击能力。 d a t n t 工艺同时具有s b r 工艺和传统活性污泥法的优点：它像典型的s b i 江艺一 样是间歇曝气的，可以根据原水水质水量的变化调整运行周期，使之处于最佳工况，也 可以根据脱氮除磷要求，调整曝气时间，造成缺氧或厌氧环境；同时它又像普通活性污 泥法一样连续进水，避免了控制进水的麻烦，提高了反应池的利用效率。显然，这是一 种对原水水质水量的变化和不同处理要求都有很强的适应性、运行操作又比较简便的新 型工艺。 对于曝气池和二沉池合建的污水处理构筑物来说，在保证沉淀分离效果的前提下尽 可能提高曝气容积比，可以减小池容，降低基建投资。 3 ) 循环式活性污泥法( c a s s ) 循环式活性污泥法( c a s s c y c l i ca c t i v a t e ds l u d g es y s t e m ) 是g o r o n s z y 教授在 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 i c e a s 工艺的基础上开发出来的，是s b r 工艺的一种新形式。将i c e a s 的预反应区用容 积更小，设计更加合理优化的生物选择器代替。通常c a s s 池分三个反应区：生物选择 区、缺氧区和好氧区，容积比一般为l ：5 ：3 0 。整个过程间歇运行，进水同时曝气并污泥 回流嘲。 c a s s 是一种具有脱氮除磷功能的循环间歇处理工艺。c a s s 生物选择器和预反应区 的设置及污泥回流的措施，保证了活性污泥不断地在选择器中经历一个高絮体负荷阶 段，从而有利于系统中絮凝性细菌的生长；可以提高污泥活性，使其快速地去除废水中 溶解性易降解基质，进一步有效地抑丝状菌的生长和繁殖；同时沉淀阶段不进水，保证 了污泥沉降无水力干扰，在静止环境中进行，可以进一步保证系统有良好的分离效果。 钔u n i t a n k 系统 u n i n i ( 活性污泥处理系统是比利时s e g h e r s 公司提出的一种改进的s b i 江艺 【9 】。其特点是把经典s b r 的时间推流与连续系统的空间推流相结合。该系统近似于三沟 式氧化沟运行方式，它集合了s b r _ 工艺和氧化沟工艺的特点。 一 u n i t a n k 系统在恒定水位下连续运行，从u n i t n k 的单个池子来看与s b r - 一致， 具有s b r 的一些特点。但从整个系统来看，它已经不属于s b r 了，与交替运转的三沟氧 化沟非常相似，更接近于传统的活性污泥法，这是u n i t a n k i 艺最为显著的一个特点。 u n i t a n k 在恒水位下交替运行，出水采用固定堰而不是滗水器。u n i t 越暇在任一时刻， 总有一个池子作为沉淀池，这个沉淀池相当于平流式沉淀池。所以在设计上需要满足这 平流沉淀池的功能，并且对大型污水处理厂沉淀池功能的满足，往往是u 1 t a n k 工 艺的制约因素，这是u n i t a n k 的第二个特点。此系统可以灵活地进行时间和空间控制， 从而实现污水的脱氮除磷。 与此同时，m s b r ，a s b r 等工艺也相继出现和应用【l o l 。 ( 2 ) s b r 的发展 近年来，s b r _ 工艺得到了长足的发展，并且出现了许多新的动态。 1 ) 厌氧条件下s b r _ 工艺( a s b r ) 九十年代，美i 虱d a g u e 等人将好氧微生物处理的s b r _ i 艺用于厌氧生物处理，开发 了厌氧序批式活性污泥法( a n a e r o b i cs e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) ，简称a s b r t l 。a s b r 工艺对于克服厌氧污泥流失问题是一种具有创新性的解决办法。除此之外，还因为投资 省，操作灵活，能够生成颗粒污泥，具有较高的去除效率和工艺稳定性等优点而越来越 引起人们的重视。 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 a s b r 与连续流厌氧反应器相比，具有如下优点：不会产生断流和短流；不需要大 阻力配水系统，减少了系统能耗；不需要一次沉淀池及出水回流；所需要的搅拌设备在 国内为定型设备，便于建设运行；运行灵活，抗冲击能力强，能适应废水间歇无规律排 放，且对连续流不能降解的有机物也表现出良好的降解效果。 近年来，厌氧条件下的s b & r 艺成为研究的热点。国内在近几年出现有关a s b r 工 艺研究的报道。如：傅大放、靳强等人对a s b r i 艺特性进行了研究，实验探讨了a s b r 工艺最重要的两个操作参数即充水时间和负荷率对a s b r 工艺过程的影响。结果表明， 充水时间和负荷率显著影响着a s b r 的工艺过程，如出水水质、循环周期等。 2 ) 连续流s b r 法( t c b s ) 由于s b r 法运行操作的间歇性，s b r 法在处理大规模城市污水时，因为进水时间长， 反应器体积大而很少在大中型城市污水处理厂采用。近年来，留美博士杨企星先生和同 济大学顾国维、杨海真等人对s b r 工艺进行了改进研究，在国内首先提出了连续流s b r 法的新概念( 亦称t c b s 反应器) 。该法一方面充分发挥了s b r 高效去除有机污染物、脱氮 除磷效果好的优势，另一方面又克服了s b r 间歇进水和出水的缺点1 1 2 】。 3 ) 改良式序列间歇反应器( m s b r ) 改良式序列间歇反应器( m s b r - - m o d i f i e ds e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 是y a n g 等人根 据s b r 技术特点结合a 2 o i 艺，研究开发的一种更为理想的污水处理系统。采用单池多 方格方式，在恒定水位下连续运行。 m s b r 的运行原理为：污水进入厌氧池，回流活性污泥中的聚磷菌在此进行充分放 磷，然后混合液进入缺氧池进行反硝化；反硝化后的污水进入好氧池，有机物被好氧降 解，活性污泥充分吸磷后再进入起沉淀作用的s b r 池，澄清后污水排放；此时另一边的 s b r 在1 5 q 回流量的条件下进行反硝化、硝化，或进行静置预沉淀；回流污泥首先进入 浓缩池进行浓缩，上清液直接进入好氧池，而浓缩污泥则进入缺氧池，这样，一方面可 以进行反硝化，另一方面可先消耗掉回流浓缩污泥中的溶解氧和硝酸盐，为随后进行的 缺氧放磷提供更为有利的条件。在好氧池和缺氧池之间有1 5 q 的回流量，以便进行充分 的反硝化。可见，m s b r 是同时进行生物除磷脱氮的污水处理工艺，其实质上是f l t a 2 o 工艺与s b r 系统串联而成的。m s b r 的操作过程使得它具有很强的脱氮除磷能力。中试 研究及生产性应用证明m s b r 法是一种经济有效、运行可靠的污水处理工艺【1 3 1 。 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 3s b r - r 艺的基本性能及运行模式 2 3 1b o d 的去除 s b r 反应器去除碳源有机物的工艺操作过程是：进水，曝气，沉淀，排水，排泥。 s b r 系统的一个重要优点是操作者通过控制有关条件可保持微生物的选择性。在一个完 整的处理周期内，微生物选择压( s e l e c t i v ep r e s s u r e ) 变化大，这些选择压包括氧气和 机质的可获性。尽管在一些传统的连续式系统中也会出现这些选择压中的某一种情况， 而s b r 系统具有很好的选择和拓展能力，允许微生物在优越的环境中生长。 有资料报道，s b r 系统中微生物所产生的r n a 浓度比传统的连续式系统中的微生物 所产生的r n a 浓度高得多，而微生物的生长速率与r n a 的浓度有直接的关系。这就意味 ， 着与传统的连续式系统相比，s b i 漯统中的微生物可叹更快的速率处理更多的机质。另 外，在s b r 系统中，适当改变曝气方式可把丝状菌的生长降低到最低的程度，在连续式 系统中也是这样。 这些微生物的大量存在将导致污泥膨胀和起泡沫等问题，是不期望它们在活性污泥 絮体中大量存在的，因此对丝状菌的控制是系统性能评价的一个重要指标。 s b r 处理有毒或难降解物废水时，也要对运行模式进行改变。对难降解废水要适当 延长曝气时间，一般采用非限制曝气方式运行。对有毒废水的处理，要根据废水的情况 选择运行模式。 2 3 2 悬浮物的去除和稳定 s b r 在沉淀时的一个优点在于停止了进、出水，也停止了曝气和混合，使沉淀在理 想状态下进行，这样可获得更快的分离，也可沉下更多的固体。传统连续式系统的沉淀 单元是无法停止进、出水的，因此沉淀在动态条件下进行。s b r 系统另外一个优点是其 灵活性，可以改变沉淀过程的时间。在流量较大时，沉淀时问可以减少到固液分离所必 需的最小时间，以缩短整个周期的时间，处理更大的流量，如有必要滗水可以在沉淀时 就开始。传统系统则不具备这种灵活性。 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 3 3 硝化和反硝化 污水中的氮以有机氮和n h 4 + - n 的形式进入系统，以n 2 的形式从系统中去除。 n h 4 + - n 转化为n 2 的过程分为硝化和反硝化过程。硝化过程是在溶解氧充足的条件下进 行，反硝化过程是在缺氧的情况下发生。为去除s b r 系统中的氮，只要对处理厂的运 行进行简单的调节( 调节周期和曝气时间) ，而不用对处理厂的构筑物进行大的改造。 在s b r 中实现这一过程的操作方式为：迸水搅拌，曝气，停止曝气，沉淀排泥，排水。 s b r 工艺也可以同时去除污水中的氮、磷，操作方式为：迸水，曝气，停止搅拌，沉淀， 排水，排泥。 2 3 4 生物除磷 生物除磷首先需要一个厌氧期( 没有溶解氧和氧化态的氮) ，同时存在易降解的有 机质，在好氧阶段( 高溶解氧浓度) 促使污泥摄取过量的磷。在下一个厌氧期开始前从 反应器中排除一定量的剩余污泥。s b r 的灵活性表现在可通过改变运行模式来满足这些 条件。在一个s b r 系统中完成除磷的运行程序为：进水，曝气，沉淀排泥，排水。 2 4s b r 的反应机理 s b r i 艺是以活性污泥为处理主体的生物化学污水处理技术。污水中有机污染物的 生物降解如图2 ，2 所示，是其作为活性污泥中微生物的碳源和能源进行代谢的过程【1 4 1 。 通过不断地给微生物补充食物( 污水中存在的各种有机物，主要为胶体状、溶解状的有 机物) ，可使微生物数量不断增加，而由各种未知组成和成分的易降解物及难降解物混 合形成的混合物质即污染物不断被降解消耗。 r 各成+ 原生质( 徽生物的增长) 有机物+ 氧+ 微生物 i + 能 佗，o ，h , n ，s ，p 1 三喜呻中间产物f 、h 2 0 、n h 3 心北时峨榭走 k l 能量卜热 图2 2 废水好氧生物处理过程示意图1 1 4 l f i g2 - 2s c h e m a t i cd i a g r a mo f s e w a g ea e r o b i cb i o l o g i ct r e a t m e n t 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 4 1 有机污染物的需氧降解过程1 1 鄙 一般可以把污水中有机物的化学组成大致表达为c 1 8 h 9 0 9 n 1 5 1 ，微生物对污水中的有 机物进行氧化分解时发生如下两种反应： c 1 8 h 1 9 0 9 n + 1 7 5 0 2 + 一二堑堡址q1 8 c 0 2 + 8 h 2 0 + n i - h + ( 2 1 ) c 1 8 h 1 9 0 9 n + 1 9 5 0 2 虿兰垦丛i - - + 1 8 c 0 2 + 9 h 2 0 + i - i + + n 0 3 。 ( 2 2 ) 一些难降解的有机物，即不能作为唯一碳源与能源被微生物降解，当微生物靠降 解其他有机物提供能源或碳源；或与其他微生物协同作用：或由其他物质的诱导产 生相应的酶系时，就可能存在协同代谢作用。这大大增加了一些难降解物质在环境中被 生物降解的可能性。活性污泥可去除一些理论上难以生物降解的有机物质，原因可能是： 系统是在非稳态的工况下运行的，反应器中的生物相十分复杂，微生物的种类繁多，它 ? 们交互作用( 包括协同作用在内) ，强化了工艺的处理效能。 2 4 2 生物脱氮机理 自然界中氮元素是以三种形态存在的，即：分子氮n 2 ，有机氮化合物，无机氮化合 物( 氨氮和硝酸氮) 1 6 l ，它们之间存在如图2 3 所示的氮循环。 图2 3 氮循环m 1 f i g2 - 3 c i r c l eo f n 生物脱氮的途径一般有两种，一是通过生物合成把氮类物质转化成细胞物质，通过 剩余污泥从污水中排放： 太原理工大学硕士研究生学位论文 硝化过程n 1 4 4 + + 2 0 2 - n 0 3 十h 2 0 + 2 h + ( 2 - 3 ) 反硝化过程 c i s h i g o g n + 1 4 n 0 3 。+ 1 4 h + 叼r n 2 p 17 c 0 2 + h c 0 3 。啪+ + 1 4 h 2 0 ( 2 - 4 ) 亚硝化细菌和硝化细菌广泛分布于自然界中，为革兰氏阴性菌，专性好氧，要求中 性或弱碱性环境( p h = 6 5 8 o ) ，在p h l m g l ，p h = 8 0 - 8 4 ，b o d 一 1 5 2 0 m g l ，适宜温度= 2 0 - 3 0 ；硝化菌在反应 器内的停留时间即生物固体平均停留时间，必须大于其最小的世代时间。但是它们的主 要特性是生长速率低，这是由于氨氮和亚硝酸赫氧化过程的产能率低所致。因此硝化细 菌生长缓慢是生物硝化处理系统的主要问题。 反硝化细菌最适p h 为弘8 ，温度在1 0 3 5 之间。水体污泥反硝化速率随温度增高 而提高，在6 0 7 5 c 之间的反硝化速率达到最大值；淡水中溶解氧在0 2 m g l d a 下利于反 硝化。只要是有极低溶解氧，：f i n 0 3 和有机物存在的环境，p h 和温度合适就能产生反硝 化。反硝化过程中，反硝化菌需以污水中的有机物为能源和碳源，硝酸盐作为氧化剂( 缺 氧条件下) 被还原为氮气。事实上这是硝酸盐还原的异化过程。在异化过程的同时，还 有一个将硝酸盐转化成氨氮用于细胞合成的同化过程。多数反硝化细菌为兼性菌，而为 了活化硝酸盐中的氧，有机体反硝化必须利用能量，而相对于同化过程而言，反硝化获 得的能量不足1 0 ，因此，在有氧的条件下，反硝化细菌必定选择有氧呼吸进行同化作 用，只有在缺氧条件下，才进行反硝化。 2 4 3 生物除磷机理 污水中的磷可分为【1 4 1 ：可溶性无机正磷、聚磷、可溶性有机磷及悬浮性有机磷。一 般认为活性污泥的化学组成为c 1 1 8 h 1 7 0 0 5 l n l 7 p 或c ：n ：p = 4 6 ：8 ：1 t ”i 。活性污泥中的微生 物菌类需要从外部环境中摄取一定数量的磷以满足生理需要。聚磷菌在有氧呼吸条件 下，不断地从外部摄取有机物，加以氧化分解，产生的能量一部分被a d p 获得用于合成 a t p ，一部分用于合成磷酸盐。实现磷的过量累积。 在好氧条件下，可以描述为旧： c 2 i - 1 4 0 2 + o 1 6 n h 4 + + 1 2 0 2 + 0 2 p 0 4 3 - +( 2 - 5 ) 0 1 6 c s h t n 0 2 + 1 2 c 0 2 + 0 2 ( h p 0 3 ) ( 聚磷) + 0 4 4 0 h + 1 4 4 h 2 0 在缺氧条件下的聚磷表达式为： c 2 h 4 0 2 + o 1 6 n i - - 1 4 + + 0 9 6 n 0 3 。+ o 2 p0 4 卜 ( 2 6 ) 1 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 0 1 6 c s h t n 0 2 + 1 2 c 0 2 + 0 2 ( h p 0 3 ) ( 聚磷) + 1 , 4 0 0 h 。+ o 4 8 n 2 + 0 9 6 h 2 0 而厌氧条件下，聚磷菌体内的a t p 水解形成a d p ；聚磷酸盐也进行水解，降解简式 为： a t p + n 2 0 a d p + h 3 p 0 4 + 能量 ( 2 7 ) 生物除磷学说认为污水生物除磷是一种完全的生物摄取过程，微生物增殖过程中， 在好氧环境下摄取的磷比在厌氧环境中释放的磷