（环境工程专业论文）移动床生物膜反应器处理生活污水的实验及应用研究.pdf

摘要 移动床生物膜反应器处理生活污水的 实验及应用研究 作者简介：王敏，女，1 9 8 5 年5 月生，师从成都理工大学程温莹教授，2 0 1 1 年0 6 月毕业于成都理工大学环境工程专业，获得工学硕士学位 摘要 移动床生物膜反应器( m o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o r ，m b b r ) 是一种革新型 的生物处理工艺，它结合了活性污泥法和传统生物膜法等生物处理方法的优点， 具有处理能力高、能耗低、无须污泥回流、占地面积小、投资省、运行管理简单 且能同时脱氮除磷等优点，由于其自身的优点，该工艺在未来有着很大的发展前景。 本课题采用实验与实际工程相结合的方式进行移动床生物膜反应器处理生 活污水的研究。首先通过对两种不同悬浮填料的m b b r 反应器从填料挂膜、运 行参数影响效果、处理效果等方面进行平行对比实验，根据实验结果选择相对较 好的一种填料作为实际工程所用填料。其次通过实际工程与处理规模相当的活性 污泥法及生物膜法做对比，对三种工艺从处理效果、占地面积、工程投资等方面 做出综合评价。通过实验及实际工程得出以下主要研究成果： ( 1 ) 不同种类的悬浮填料在挂膜快慢及处理效果上有一定的差异。对比实 验选取的a 、b 两种填料，从挂膜初期开始填料a 就具有一定的优势，填料a 比填料b 流化状态好，而且呈完全流化状态时间短。填料a 在挂膜第1 4 天左右 c o d 处理效果就很好，而填料b 需要约2 0 天。填料a 完成挂膜时间为2 5 天， 填料b 为3 1 天。挂膜完成后两种填料对化学需氧量( c o d ) 、氨氮、总磷( t p ) 的去除效果相差不大，去除率分别达到8 0 、6 0 、4 0 以上。 ( 2 ) 曝气时间对c o d 、氨氮、t p 的去除有一定的影响。随着曝气时间的 延长，c o d 及氨氮的去除率不断上升，而总磷在一定的曝气时间后趋于平缓。 通过两种填料在不同曝气时间下的处理效果及兼顾经济节能的原则，实验得出 a 、b 两种填料的最佳曝气时间均为5 小时，在此条件下两个反应器出水c o d 和氨氮出水浓度达到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 ) 一级 b 标准。 ( 3 ) 曝气量对去除效果也有一定的影响。随着曝气量的增加，c o d 及氨氮 的去除率不断上升。从曝气量1 2 0m 开始，填料a 的c o d 和氨氮出水浓度均 达到一级a 标准，t p 去除率趋于平缓；填料b 在曝气量1 2 0m 时，c o d 出水 浓度达到一级a 标准，1 4 0m 时，氨氮出水达到一级a 标准，t p 出水浓度达 成都理工大学硕士学位论文 到一级b 标准。综合考虑曝气量对c o d 、氨氮及t p 的去除效果，填料a 选择 曝气量为1 2 0m ，此时填料a 对c o d 、氨氮的处理效果达到一级a 标准，填 料b 选择曝气量1 4 0m ，对c o d 、氨氮的去除效果达到一级a 标准，对t p 的 去除效果达到一级b 标准。 ( 4 ) 曝气量的大小对反应器中溶解氧浓度有着很大的影响，实验中从曝气 量6 0m ，溶解氧就在2 m l 以上，满足生物处理的溶解氧要求。随着曝气量的 增大，反应器内溶解氧呈上升趋势，达到一定水平后趋于平缓。在分析曝气量对 处理效果影响的同时，同时要考虑溶解氧产生的作用。 ( 5 ) 实验过程中，r p 的去除率一直很低，出水也达不到排放标准。通过分 析移动床生物膜反应器脱氮除磷机理，对实验进行优化，增加厌氧搅拌阶段。通 过优化实验，t p 的去除效果有了明显改善，去除率从5 0 左右上升到7 0 左右， 两个反应器出水均达到了一级b 标准。 ( 6 ) 对两种填料从挂膜快慢、去除效果及运行费用等方面进行综合对比， 填料a 要优于填料b ，选择填料a 作为实际工程所用填料。 ( 7 ) 通过m b b r 实际工程与规模相当的厌氧一缺氧一好氧( a n a e b i c a n o x 纠o x i c ，a 2 o ) 工艺及生物流化床工艺从工艺流程、占地面积、工程投资 等方面的综合对比得出，m b b r 工艺具有占地面积小、工程投资小、运行费用 低、操作及运行维护管理简单等优点。对小型污水处理厂来讲，是一种很好的 工艺选择，对于成都市未来实现镇镇建成污水处理厂，污水处理全覆盖有着重 要的现实意义。 关键词：移动床生物膜反应器悬浮填料生物脱氮除磷城镇污水处理 a i b s t r a c t e x p e r i m e t a la n da p p l i c a t i o ns t u d y0 nd o m e s t i cs e w a g e t r e a t m e n tw i t hm o v i ngb e db i o f i l mr e a c t o r i n t r o d u c t i o no ft h e 绷m o r ：w a i l gm i n ，向n a l e ，w 硒b o mi nm a y 19 8 5w h o s e t l l t o r w 弱p r o f e s s o rc h e n gw e n y i n g s h e 孕a d u a t e d 行o mc h e i l g d uu n i v e r s i t yo f t e c l l i l o l o g yi ne n v i r 0 姗饥t a le n 舀n e 甜n gm a j o ra i l dw 弱伊粕t e dt h e m 2 l s t e r d e g 陀e i nj u n e ，2 0 1 1 a b s t r a c t m o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o r ( m b b r ) i s 髓i 仰o v a t i v eb i o l o 西c a l 仃e a t m 饥t p r o c e s s ，i th 弱c o m b i n e dm ea d v a i l t a g c so fa c t i va t i 甜s l u d g ep r o c e s sa l l d 仃a d i t i o n a l b i o f i l mp r o c e s s 锄do t l l e rb i o l o 百c a lt f e a 仃i l e n l ，s u c h 勰i l i 曲仃e a t i i l 铋te 伍c i c y l o w 饥e r g yc o n s 啪p t i o n ，d o n tn e e ds l u d g er e t u r n ，l o wf l o o ra r e a ，l o wi n v 骼t l i l e n t ，e 弱y 0 p e r a t i o nm a i l a g e i t l t ，a i l dc 觚r 锄o v ei l i 仃0 9 e na r i dp h o s p h o r u ss i m u l t a n e o u s ，e t a 1 b e c a u s eo ft h ea d v 觚t a g e so fi t so w n ，m b b rh a s 伊e a tp r o s p e c ti i lt h e 如t u r e u s eac o m b i n a t i o no fe x p 谢m e i l t s 锄dp r a c t i c a lp r o j e c t st o 虮斌d o m e s t i cs e w a g e b ym o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o ri nt 址sr e s e 剐h f i s t ，m r o u g h t 1 1 ep a r a l l e lc o m p a r i s o n e x p d m 饥to ft w od i f f a 朋ts u 印e n d e dc a r r i c r 舶mt l l eb i o f i l mc u l t u r i n g ，t h ee 疏c to f o p e r a t i n gp e r a m e t e 塔，廿e a m l e n te 侬：c t ，锄da c c o r d i n go fm er e s u l t sc h o i c eab 甜e r s u 印d e dc a r r i e ru s e dt 0t l l ep r a 甜c a lp r o j e c t s s e c o n d l y 舶mt l l e 仃e a n l l 耐e 毹c t ， m ea r e a p r o j e c ti i l v e s 仃i l e n to fn l | e ep r o c e s s e sa 1 1 d t 0m a l ( eac o m p r e _ h e n s i v e e v a l u a t i o nt l 鹏u 曲m ep r a c t i c a jp r o j e c t sc o m p a r i s o nt 0m es i i i l i l a r 仃c a t n l 酬s i z eo f a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s 锄dt r a d i t i o n a lb i o f i l mp r o c e s s t l 啪u g l lm ee x p 耐m e n t s 觚d p 豫m i c a lp r o j e c t so b t a i n e dt l l ef o l l o w i n gm a i n r e s e a r c hr e s u l t s ： ( 1 ) t h e r ei sac e n a i nd i f i h 铋c ci i lt i l es p e e do fb i o 矗l mc u l n j r i n g 孤d 臼e a t i i l 饥t e f l j e c to fd i 胁e n tt y p e so fs u e p 既d e dc a r r i e r s c a 玎i 盯ah 硒ac e n a i na d v a n t a g e sa t 1 eb e g i n go fb i o f i l mc i l l t i l r i n gc o m p a r at 0c 硎e rb ，m en u i d i z e ds t a t eo fa i sb e t t e r t 1 1 a nb ，a n dt h et i m eo fc o m p l e t e l yf l u i d i z e ds t a t ei ss h o r tt h a nb t h e 仃e a t m e n te f f c c t o f c o di sv e q9 0 0 do f c a 盯i c ra o n t l l e1 4 t 1 1d a y b u ti tn e e da b o u t2 0 i a y so f b t l l e b i o f i l mc u l t 面n gt i m eo f ai s2 5d a y s ，鲫d31d a y sf o rb t h e r ea r el i t t l ed i f 断c eo f 也et 、oc a r r i e r so nt h er 咖v a le 伍c i e n c yo fc o d a r r l i l l o m 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o r m u l l i c i p a lw a s t e w a t e rr t r e a 缸n e n tp l a n t ( g bl8 9l8 2 0 0 2 ) ( 3 ) a e r a t i o n 豫th a sac e r t a i ne 伍b c to nn l e 协e a i n e n t a 1 0 n gw i t l l 廿l ea e r a i o nr a t e i i l 蝴c s ，t t l er e m o v a lr a t eo fc o d 觚da m m o n i a1 1 i 们g e ni sn s i n g f r o ml2 0 【庙 a e r a t i o nr a t e ，c o d 锄d 觚岫o n i a1 1 i 仃o g 阻e m u e i l to fc 撕e raa c h i e v e dm ef i r s tl e v e l a ，锄dt l l er a t eo f t pt e l l d st ob eg e l l t l e ；c o de m u e n to f c a m e rba c h i e v e dt l l ef i r s t l e v e laa tt l l e12 0 u h ，觚da tt 1 1 e14 0 l ha e r a t i o nr a t e ，a m m o n i an i 劬g e i le m u e n t a c h i e v e dt h ef i r s t1 e v e la ，t pa c l l i e v e d l e 丘r s tl e v e lb c o m p r e t l e n s i v ec o n s i d e r a t i o n t l l ea e 豫t i o nr a t eo nt l l er e m o v a le f f & to fo o d ，a m m o 面ai l i t r o 嚣m 锄dt p ，c h o o s em e b e s ta e f a t i o nr a t eo fc a 币e ra 、) i ，嬲12 0 l 协，m e i lm ec o d 锄da m m o n i an 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l eo f d i s s o l v e do x y g 饥p r o d u c e da tm es 锄et i i i l e ( 5 ) ，r t l er 锄o v a lm t eo ft pw 鹊l o wd 嘶gm ee x p e r i m e n t s ，狮dm ee 衄u e n t c a n tm e e tt 1 1 ee i i l i s s i o 嬲s t a i l d a r d s b y 觚a l y s i sm el l i 仃o g e na n dp h o s p h o n l sr c i n o v a l m e c h a i l i s mo f l em o 咖gb e db i o f i l mr e a c t o r a d d 圮锄a e r o b i cs t i r r i n gs t a g et 0 0 p t i m i z et 1 1 ee x p 嘶m 髓t a f t e r 廿l eo p t i i l l i z ee x p 酬啪朗t n 圮r a n o v a le 髓c i 铋c yo f l 甲 h 嬲i i n p r 0 v e ds i 鲥f i 咖t l y 廿1 er e m o v a le 街d e i l c i e sh 硒r i s e df 0 肌a b o u t5 0 t 07 0 ， a n dm ee m u 印to f t w or e a c t o rm e e tm em e6 r s tl e v e lb ( 6 ) c o m p r e h e 璐i v ec o m p a r i s o no ft h et 、釉训璐1 6 f 0 mt l l es p e e do fb i o f i l m c u l 嘶n g ，仃e 釉e n te 仃融龇l do p e r a t i n gc 0 鸭r e s u l t ss h o wm a tc a f r i 盯ai sb e t t 钉 t l l 觚b ，s 0 ，c h 0 0 s e a u s e di n a p r a c t i c a l p r o j e c t ( 7 ) t h o u g 量lt l i 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c rt r e a t n l e n t v 第l 章绪论 第1 章绪论 水是人类生活和生产不可缺少的物质资源，是人类生存之源，发展之本。而 我国人口众多，人均水资源匮乏，尤其随着社会和经济的发展，工业废水和生活 污水的排放量越来越大，水污染问题日益突出，更是加剧了我国水资源短缺的现 状，水资源短缺和水环境污染造成的水危机甚至成为影响我国社会经济发展的重 要因素。 为了解决水污染问题，全国大力兴建污水处理厂，提高污水收集处理率，减 少污水排放量。为了实现污水收集处理全覆盖，已经有越来越多的地方实施镇级、 村级甚至集中居住区的污水收集处理。而在镇级、村级等建立的污水处理设施， 一般规模较小，水质、水量也不稳定，对于这些小型污水处理设施的工艺选择就 显得十分重要。目前，污水处理厂基本上采用二级处理，以去除有机物和悬浮物 为主要目的，对氮、磷等无机营养物质的去除效果不佳，有些并不能满足现在严 格的氮、磷排放标准，所以高效、经济并兼顾脱氮除磷的工艺在未来有着很大的 发展前景。 移动床生物膜反应器( m o v i n gb c db i o f i l mr e a c t o r ，m b b r ) 是一种革新型 的污水处理工艺，它集中了活性污泥法和传统生物膜法的优点，具有良好的同步 脱氮除磷和去除有机物的效果。而且该工艺构造简单，基建、运行费用低，易于 维护管理，将该工艺推广到污水处理中，尤其是小型污水处理中，必将产生良好 的社会效益和环境效益。 1 1 我国水污染及水处理现状 1 1 1 我国水污染现状 水污染问题是目前我国水环境存在的主要问题之一。而水污染是指污染物进 入水体，引起水质恶化，使水的使用价值降低的现象。水污染现象一般表现为： 水中污染物的数量超过了水体自净能力或者污染物数量达到破坏水的原有用途 的程度；污染物含量超过了水中该物质的本底值，影响了水的用途【i 】。 造成水污染的原因很多，比如生活污水与工业废水的大量排放，固体垃圾的 肆意排放等，但最终可以归结为两大类；一类是自然污染：是由地质的溶解作用， 降水对大气的淋洗、对地面的冲刷，挟带各种污染物流入水体而形成：另一类是 人为污染，是水污染的主要原因，是比较严重的，产生原因也是多方面的。按污 染源的不同，可将水污染分为工业废水污染、城市污水污染、农业回流水污染、 固体废物污染及其它污染等方面【2 】。 成都理工大学硕士学位论文 我国淡水资源居世界第六，但是我国人口众多，人均水资源仅相当于世界人 均水资源的1 “，所以我国的水资源并不丰富。尤其是随着我国经济的发展和城 市化进程的加快，工业用水和城市居民生活用水急剧增加，排污量也随之增加， 相当一部分城市水资源短缺，水污染问题比较严重。尽管近3 0 年来，我国在水 污染防治方面出台了一系列水质标准和法律法规，水污染的防治工作取得了一定 成绩，但是水污染的发展趋势仍未得到有效控制，染状况依然十分严重【3 】。 我国水污染严重，还表现在不少地区和流域水污染呈现出城市向农村蔓延， 地表向地下渗透，支流向干流延伸，陆地向海洋发展的趋势。“十一五”以来我国 废水、污水排放量每年以十几亿吨的速度快速增加，而且其中大多未经处理直接 排入水域，造成水环境污染，使得水资源已成为我国社会经济发展的短缺资源， 成为制约建设小康社会的瓶颈之一。因此，我国对水污染的防治需给予高度的重 视，以实现我国水资源对经济社会可持续发展的保斛4 1 。 根据2 0 1 0 年中国环境状况公报显示【5 】：全国地表水污染依然较重。七 大水系总体为轻度污染，浙闽区河流和西南诸河水质良好，西北诸河水质为优， 湖泊( 水库) 富营养化问题突出。 2 0 1 0 年，全国废水排放总量为6 1 7 3 亿吨，比上年增加4 7 ；化学需氧量 排放量为1 2 3 8 1 万吨，比上年下降3 1 ；氨氮排放量为1 2 0 3 万吨，比上年下 降1 9 。 表1 1 全国废水和主要污染物排放量年际变化 项目废水排放量( 亿吨) 化学需氧量排放量( 万吨)氨氮排放量( 万吨) 年度合计工业生活合计工业生活合计工业生活 2 0 0 65 3 6 82 4 0 22 9 6 61 4 2 8 25 4 1 58 8 6 71 4 1 34 2 59 8 8 2 0 0 75 5 6 82 4 6 63 1 0 21 3 8 1 85 1 1 18 7 0 81 3 2 33 4 19 8 3 2 0 0 85 7 2 02 4 1 93 3 0 11 3 2 0 74 5 7 68 6 3 11 2 72 9 79 7 3 2 0 0 9 5 8 9 2 2 3 4 43 5 4 8 1 2 7 7 54 3 9 7 8 3 7 81 2 2 62 7 39 5 3 2 0 l o6 1 7 32 3 7 53 7 9 81 2 3 8 1 4 3 4 88 0 3 31 2 0 32 7 3 9 3 0 由2 0 1 0 年 中国环境状况公报可见，每年有大量的废水排入水体，造成 水环境污染。而将污水收集统一处理，实现达标排放，是解决水污染的根本途径。 目前，已经有越来越多的污水处理厂建成投运，大量减少了化学需氧量和氨氮的 排放量，例如成都市现已有部分区县实现了县县建成污水处理厂，增加了污水的 收集处理率，有效减少了废水排放量，对改善成都市水环境质量起到了重要作用。 但是湖泊( 水库) 富营养化问题突出，说明对于污、废水中引起富营养化问题的 2 第l 章绪论 氮、磷等主要元素的控制还达不到要求，所以在污水处理中应该加强氮、磷元素 的处理，努力控制富营养化问题。 1 1 2 我国水处理现状 国家发展和改革委员会公布的“十一五”期间城镇污水垃圾处理设施建设情 况显示【6 】，污水处理能力与处理率大幅提高。五年间，全国城镇污水处理能力增 加了6 5 0 0 万吨日，设市城市污水处理率由5 1 9 5 提高到了7 5 2 5 。而且随着 全国城镇污水垃圾处理设施建设需求的不断增加，新技术、新设备不断涌现，相 关环保企业积极攻克市场中存在的技术难题，加大科技创新的资金投入，积极与 科研院所合作，开展技术攻关，形成“产学研一体化”的发展模式，研究开发了大 量市场急需的治理技术和设备。污水处理领域，在成套装置、膜分离装置、新药 剂等方面推出了一批新产品。同时，污泥无害化处理技术、常规污水处理工艺的 技术改进与创新也取得了较大突破。 可见，我国在“十一五”期间加大污水处理设施建设，努力提高污水收集率， 同时通过研发新工艺、改造老工艺来适应污水处理更加严格的要求。但是仍然有 一部分污水未经处理直接排放。这些未经处理排放的污水主要来自小城镇、边远 山区以及管网不完善的地区，而且排水量小、排水分散、水质波动较大，在这些 地区建立污水处理设施将会是以后提高污水处理收集率的重要途径。 我国的污水处理事业起步相对较晚，而且同国外相比，某些方面还是存在很 大的差距。现阶段，我国的污水处理工艺主要以二级生物处理方法为主，大部分 采用活性污泥法及其改造工艺，能去除大量有机物、悬浮物和色度等污染指标， 但是对氮、磷等无机营养元素的处理效果不佳，处理后的出水依然有可能引起水 体富营养化问题。而且根据我国湖泊( 水库) 富营养化问题突出的现状，使得我 国对水环境排放标准的提高，尤其是氮、磷元素排放标准的提高，使得传统的二 级生物处理已不能达到污水处理的要求。针对这一现状，众多的学者在传统的二 级生物处理工艺的基础上开始进行改造，或者开发各种新工艺，使之能够达到脱 氮除磷的目的。例如由传统活性污泥法改造而成的a 2 o 法、氧化沟法、s b r 法 等均达到了稳定的脱氮除磷的目的，但是这些工艺却存在不同程度的能耗高、投 资高等问题，对于小型污水处理厂并不适用，所以开发推广更加高效、经济的适 用于小型污水处理设施的新工艺，对我国水处理事业是至关重要的。 1 2 移动床生物膜反应器国内外研究现状 为了使污水处理工艺能达到脱氮除磷的目的，在改造传统生物处理工艺的同 时，新的工艺也在不断地涌现，m b b r 就是在这种形势下产生的可以同时脱氮除 3 成都理工大学硕士学位论文 磷的污水处理新工艺。它是1 9 8 8 年挪威k a l d n e sm i e e p t e k n o g i 公司与s t e f 研 究机构联合开发的一种新型生物膜反应器，并已申请了专利。该反应器是指载体 生物附着在一些细小的塑料载体上，这些生物可以在反应器中随水自由移动，当 时已经通过实验应用于化工废水的预处理，并取得了较好的处理效果【7 j 。 移动床生物膜反应器在挪威研究成功使用后，因其各方面的优点，得到很快 的发展。目前，国内外学者对该工艺从理论到实际应用进行了多方面的研究。 1 2 1 理论研究 首先是对该工艺的去除效果研究。在进水水温为1 8 2 5 ，p h 值为6 8 ， 溶解氧4 6 m l 的条件下，对有机物的去除进行试验，并得出结论：m b b r 处 理模拟城市污水有良好的效果。当进水c o d c r 浓度在1 5 0 5 0 0 m l ，水力停留 时间( h v d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ，h r t ) 为4 小时，c o d c r 的去除率在8 7 以 上，c o d c r 出水浓度在达到国家污水排放一级标准。而且具有较好的耐冲击能 力，当c o d c r 的容积负荷在1 3 k ( m 3 d ) 时去除率稳定在9 0 以上，当容积负 荷达到6 k g ( m 3 d ) 时，c o d c r 的去除率仍在7 0 以上【8 】。除对有机物的处理效果 很好以外，该工艺对难降解的有毒物质也有很好的去除效果。在在反应器容积为 6 0 0 0 m 3 ，平均水力停留时间为5 小时的条件下，在前六个月的运行中，对难降解 有毒物质的去除率在3 0 1 0 0 之间，而且对c o d c r 和b o d 也有很高且很稳定的 去除率，平均分别为6 6 和8 7 一j 。 其次是对该工艺的脱氮除磷性能研究。m b b r 由于自身独特的优点，悬浮填 料的生物膜上可以同时形成好氧、厌氧、缺氧的状态，可以达到同时硝化反硝化 的作用( s i m u l t 锄e o u sn i 仃i f i c a t i o n 弛dd e i l i t r i f i c a t i o n ，s n d ) ，在同一反应器中同 时完成对有机物、氮、磷的去除。在对该工艺的同步硝化反硝化研究中发现，在 m b b r 系统中发生了良好的同步硝化反硝化现象，c o d 、氨氮和t n 的去除率分 别达到了9 2 、9 7 、9 0 【l o 】。而且c n 是影响s n d 过程脱氮效率的重要因素， 随着c n 增加，系统对氨氮的去除率影响不是很大，均在9 3 以上，而系统s n d 脱氮效率逐渐增加，当c n = 1 0 时，系统平均脱氮效率在8 5 左右，取得了较好的 脱氮效果1 1 1 。h h e l n e s s 【1 2 】等通过实验研究了序批式移动床生物膜反应器生物除 磷效果，实验结果达到了良好且稳定的除磷效果。并指出，为了增加磷的去除率， 可以适当延长厌氧时间，达到同时去除磷和c o d 的目的。 季民【1 3 】等采用厌氧生物滤池好氧移动床工艺( a f - m b b r ) 进行处理垃圾 卫生填埋场高盐渗滤液的试验研究，结果表明，好氧移动床生物膜反应器对高盐 渗滤液中的氨氮有很好的去除效果。在原水c o d 为1 5 6 7 3 8 6 5n l g l 、b o d 5 为3 1 3 5 9 6m g ，l 、氨氮为1 1 7 4 6 5 5 7m g l 、全盐量为6 8 0 1 2 0 8 1 6 m g ，l ， 水力停留时间l o h 的条件下，对氨氮的去除率为7 8 l o o ，当进水氨氮 3 5 时，即可认为碳源充足，无需外加 碳源；当废水中碳、氮比值过低时，则需另投加有机碳源；温度。温度对s n d 的影响表现为对硝化菌和反硝化菌的影响。在s n d 反应中，一般温度在1 0 2 0 ，硝酸菌较为活跃，2 0 2 5 ，硝酸菌活动减弱，而亚硝化反应加快，2 5 时达到最大。在一般污水生物处理中，冬季水温会低于最适温度，可以通过调节 溶解氧、增加水力停留时间等方式来保证出水质量；p h 值。一般认为在混合 培养系中，氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的适宜p h 值分别为7 肛8 5 和6 啦7 5 ， 反硝化菌最适宜的是7 0 8 5 。考虑到硝化和反硝化两过程中碱度消耗与产生的 相互性，同步硝化与反硝化的最适的值应为7 ，5 左右。 4 4 1 2 除磷机理 目前对于除磷过程的机理还没有形成统一的说法，但是经过研究者大量的理 论和实践研究，使废水的生物除磷得出一些认识，可解释废水的生物除磷的一些 现象。污水在厌氧一好氧或厌氧一缺氧交替运行的系统中，利用聚磷微生物 ( p h o s p h o n l sa c c u m u l a t i o no r g “s m s ，p a o s ) 具有厌氧释磷及好氧( 或缺氧) 超 量吸磷的特性，使好氧或缺氧段中混合液磷的浓度大量降低，最终通过排放含有 大量富磷污泥而达到从污水中除磷的目的【1 3 7 7 j 。 生物除磷的关键是依靠多种微生物( 聚磷菌) 的除磷活性。p a o s 在好氧和 缺氧条件下摄取磷，并以聚磷酸盐的形式储存。在厌氧条件下它能分解其细胞内 的聚磷酸盐而产生三磷酸腺苷( a d e l l o s i n 争t r i p h o s p h a t e ，a t p ) 并产生能量，用以 将废水中的脂肪等小分子量的有机物摄入细胞中，以聚p 羟基丁酸盐( p o l y p h y d r o x y b u t y r a t e ，p h b ) 和糖原等有机颗粒的形式储存于细胞内，同时将分解聚磷 酸盐所产生的磷酸排出胞外。一旦进入好氧环境，这类除磷菌又可以利用p h b 氧 化分解所释放的能量来过量摄取废水中的磷，并将其合成聚磷酸盐而储存于细胞 中。一般地说，聚磷菌在好氧环境中摄取的磷量比厌氧环境释放的磷量要多，污水 生物除磷正是利用这特点，并通过剩余活性污泥的排放来排出出力系统的磷删。 废水生物除磷机理如图4 - 1 6 所示网： 第4 章m b b r 两种填料对比及优化实验 有机基质 乙酸 p 一一一一一一一一一一 、 聚磷 聚磷菌 0 2 聚磷菌聚磷 图4 _ 1 6 生物脱磷机理图解 m b b r 反应器中同时存在厌氧、缺氧、好氧，可以起到同时脱氮除磷的作 用，在厌氧状态下的除磷机理与传统除磷机理一样。p 鹤t o r e l l i 等【8 3 】研究在没有 外加碳源的情况下序批式移动床生物膜反应器对磷的去除效果，实验结果表明， 磷的释放是在循环过程中的厌氧单元完成的，只有在有外加碳源的情况下磷才能 获得稳定的去除率。 同时也有学者在研究采用序批式运行方式的移动床生物膜反应器脱氮除磷 特性时指出，m b b r 反应器采用厌氧好氧交替运行的方式，在系统内部形成的 良好的反硝化除磷过程，p a o s 中含有大量的反硝化聚磷菌，占到总聚磷微生物 的8 0 。这就使得反硝化吸磷和反硝化( 脱氮) 这两个生物化学过程借助同一种 细菌在同一种环境下完成，降低了碳源需求。而且吸磷在缺氧环境下完成节省了 曝气所需要的能量，还会使产生的剩余污泥大量降低畔1 。 反硝化除磷是指在在生物除磷过程中存在着反硝化除磷菌( d en 确研n g p h o s p h o m sr e n l o v i n gb a c t 鲥a ，d p b ) ，它们在缺氧条件下进行反硝化脱氮的同时， 还能摄取磷，并有学者通过实验证明了该细菌的存在【跖罐们。目前，生物反硝化除 磷机理主要是认为聚磷菌包括两类菌属，一类只能以氧作为电子受体，被称作好 氧聚磷菌，而另一类既能以氧又能以硝酸盐作为电子受体，即反硝化聚磷菌。 d p b 在缺氧条件下能以硝酸盐代替溶解氧作为电子受体进行聚磷，同时将硝酸 盐还原成n 2 或氮化物，将反硝化和除磷这两个过程合二为一，一碳两用，达到 同步脱氮除磷的目的。它的厌氧释磷机理与好氧聚磷菌相同，即在分解细胞内聚 磷酸盐的同时产生a t p ，并利用a t p 将低分子有机物摄入细胞【8 7 】。 生物除磷是通过微生物的生命活动实现的，所以影响这些微生物活性的参数 4 5 区氧好区氧厌 成都理工大学硕士学位论文 主要有【2 9 4 3 】：废水的碳磷比( b o d 5 t p ) 。b o d 5 t p 的比值过低，使污泥中的 聚磷微生物在好氧池中吸磷不足，从而使出水磷含量升高。为使出水总磷低于 l m l ，一般废水的b o d 5 厂r p 应大于2 0 ；溶解氧。生物除磷系统中各段吸磷、 释磷的控制主要是由溶解氧值决定的，因此溶解氧的控制室影响去除效果最重要 的一个因子。一般好氧池中溶解氧应大于2 m l ，以保证聚磷菌微生物利用好氧 代谢、氧化磷酸化中释放出的大量能量充分地吸磷。厌氧放磷池的溶解氧应小于 o 2m g l ；硝态氮浓度。生物除磷系统中硝态氮的存在会因聚磷菌与反硝化细 菌争夺小分子有机酸类碳源而抑制聚磷微生物的放磷作用，故应提高系统中n 的去除率，降低出水氨氮浓度；p h 。生物除磷的适宜p h 值大致是6 o 8 0 ， 小于6 5 会显著影响除磷效果。升高会引起吸磷量的增加，降低则会引起释磷量 的增加；污泥龄。生物除磷系统中的磷最终去除是通过剩余污泥的排放实现的。 剩余污泥的多少直接影响除磷的效果，污泥龄越长除磷效果越差。生物除磷工艺 的污泥龄一般控制在3 5 7 d ；温度。温度对除磷效果的影响不如生物脱氮明 显，一般在5 3 0 的范围内，都可以得到较好的除磷效果。在低温时，可以增加 厌氧区的水力停留时间来增加去除率。 4 4 2m b b r 反应器优化措施 通过对m b b r 脱氮除磷机理及影响因素的分析，总结出实验过程中t p 的去 除率过低是因为反应器一直处于好氧条件下运行，而磷的去除主要是通过聚磷菌 在厌氧阶段的释磷以及好氧阶段的过量吸磷