（化学工程专业论文）一体化oco污水处理工艺研究.pdf

摘要 摘要 戳常规活性污泥法为代表戆一些生物处淫方法，其主要功能怒大幅溲去除 海水中呈胶体状和溶解状豹有辊污染物，傻经鲶理的承b o d 达到捧放橡准。 然而，污水带给受纳水体的威胁不仅来自其掰含有机物，各种形式酶氮和磷等 鼹谓“营养元素”奄时甚熏成了澎染元凶。阂姥，严姆控制总氮秘惑磷懿摊敖 成了保护水资源非鬻重要的手段。冠时，常援活性污泥法遥存在浮本处理设涟 占地面积大、污泥排放餐大等缺点，因而研究开发一种处理效果好、结构紧凑、 污泥排出量小、运行经济且便于管理的污水处理设施无论农理论上还是实际应 用上，都很有现实意义。 由丹麦技术人员开发的o c o 污水处理工艺，集b o d 去除及除磷脱氮功能 于身，其独特的反应器构造和工艺流程使出水水质好，项目占地省节约投资， 自动化程度商方便操作，因而是一种极有应用价值的污水处理工艺。但存在如 下问题：一是全泥法运行欠稳定；二是全泥法需要污泥回流系统和厌氧区搅拌 器。为此本研究提出一种改良型的o c o 工艺一一体化膜泥法o c o 污水处理工 艺，即在反应器的厌氧区应用生物膜法，在缺氧和好氧区采用活性污泥法，将 二次沉淀池和生物反应器合建，这样便顺利地实现了二沉池污泥的自动回流， 避免了上述问题的存在。为了保证除磷效率，本工艺在微生物生长耗磷之外附 加化学除磷。 本研究歼发了一套8 0 l h 的试验装置，鼠从2 0 0 2 年4 月中旬开始连续运 行。经采用合成污永遴行试验，证萌上述设想是可行的。出水b o d ，低于 2 0 m g l ，氨氮低于lm g l ，m l s s 低予2 0m g l ，总氮去除率在8 0 左右，总 磷去除率在9 0 以上。实现了离效的除磷脱氮；装置运行稳定、管理方便。相 信随蓑磅究静深入稻装备静进一步完善，本工艺的优势将滋一步体现施来，它 在污水处淫实践中盛将褥到广泛的应爝。 关键谗：一体诧；o c o t 污水处理工艺 涂磷聪氮 华南理工大学工程学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ef u n d a m e n t a lp u r p o s eo fs e v e r a lb i o l o g i c a ls e w a g ed i s p o s a lp r o c e s s e s ， s u c ha st r a d i t i o n a la c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ，i st or e m o v eo r g a n i c sd i s s o l v e do r s u s p e n d e di ns e w a g et o am a x i m a le x t e n ts oa st ot h eb o do ft r e a t e dw a t e ri s b e l o wt h el e g a ld i s c h a r g el e v e l 。n e v e r t h e l e s s ，n o to n l yo r g a n i c s ，b u ta l s os o c a l l e d n u t r i t i o n a le l e m e n t sd i s s o l v e di ns e w a g e ，s u c ha sn i t r o g e na n dp h o s p h o r o u s ，d o d a m a g et ot h ea c c e p t i n gw a t e rb o d y s o m e t i m e st h el a t t e ri sm o r es e r i o u s s ot o c o n t r o ld i s c h a r g eo ft - na n d1 一ps t r i c t l yh a sb e c o m ea ni m p o r t a n tm e a n so fw a t e r r e s o u r c e p r e s e r v a t i o n f o r t r a d i t i o n a la c t i v a t e d s l u d g ep r o c e s s ，i t a l s oe x i s t s d i s a d v a n t a g e ss u c ha st a k i n gu po v e r s i z ef i e l d ，d i s c h a r g i n gt o om u c hs l u d g e ，s ot o d e v e l o p f a c i l i t i e st h a ti se f f e c t i v e 。c o m p a c t ，d i s c h a r g i n gm i n o rs l u d g e ，e c o n o m i c a l a n de a s yt ob ec o n t r o l l e di so fg r e a t l ya c a d e m i ca n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e d e v e l o p e db y d a n i s h t e c h n o l o g i s t s ，o c os e w a g ed i s p o s a lp r o c e s s c a n r e m o v e e f f e c t i v e l y n o t o n l y b o db u ta l s o n i t r o g e n a n d p h o s p h o r o u s s i m u l t a n e o u s l y t h eu n i q u es t r u c t u r eo fe q u i p m e n t a n dp r o c e s sm a k ei tav a l u a b l e p r o c e s sb e c a u s eo fh i g h e r q u a l i t yd r a i n a g e ，l o w e re x p e n d i t u r ea n d h i g hd e g r e eo f a u t o m a t i o n b u ti tc a nb ef o u n dt h a te n t i r ea c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s sh a s t h e f o l l o w i n gd i s a d v a n t a g e s f i r s t l y , i t i sl a c ko fr u n n i n gs t a b i l i t y s e c o n d l y ，i t r e q u i r e ss l u d g er e f l u xs y s t e m a n db l e n d e rf o ra n a e r o b i cs e c t i o n f o rt h e s er e a s o n s ， am o d i f i e do c o p r o c e s s - - i n t e g r a t i v eb i o f i l m s l u d g e ( f - s ) p r o c e s si sp u tf o r w a r d ， i nw h i c hb i o f i l m p r o c e s sa n da c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s si sa p p l i e dt oa n a e r o b i ca n d a e r o b i c a n o x i cs e c t i o nr e s p e c t i v e l y ，b i o r e a c t o ra n da f t e r - s e t t l e ra r ec o n s t r u c t e d t o g e t h e r ，i nt h i sw a ys l u d g ef r o mt h ea f t e r s e t t l e rf l o w sb a c ko fi t s e l f , t h e nt h e a b o v ep r o b l e m sa r ea v o i d e d i no r d e rt oe n s u r es a t i s f a c t o r yp h o s p h o r o u sr e m o v a l p r o p o r t i o n ，i n t h ep r o c e s sc h e m i c a lp h o s p h o r o u se l i m i n a t i o ni s a d d e db e s i d e s c o n s u m p t i o np h o s p h o r o u sb yg r o w t ho f b a c i l l u s 。 as e to fe x p e r i m e n t a le q u i p m e n t ，w h o s ep r o c e s s i n gc a p a c i t yi s 8 0l h ，i s d e v e l o p e d i th a s b e e nr u n n i n g c o n t i n u o u s l ys i n c ea p r i l ，2 0 0 2 。i ti sp r o v e d t h a tt h e i d e a lc o n c e p t sa r ef e a s i b l eb yt h er e s u l t so fe x p e r i m e n tw i t hs y n t h e t i c a la n d d o m e s t i cs e w a g e b o d so fd r a i n a g ei sl e s st h a n2 0m g l ，a m m o n i an i t f o g e nl e s s t h a n1m g l 。m i x e dl i q u i ds u s p e n d e ds o l i dl e s st h a n2 0m g l ，弘a n df p r e m o v a l p r o p o r t i o n sa r eh i g h e rt h a n8 0 a n d9 0 r e s p e c t i v e l y ，w h i c hi n d i c a t et h es e w a g e t r e a t m e n te f f e c ti se x c e l l e n t i naw o r d ，w i t ht h ep r o c e s se f f e c t i v e n i t r o g e na n d p h o s p h o r o u sr e m o v a li sr e a l i z e d ，r u n n i n gs t a b l ea n dm a n a g e m e n tc o n v e n i e n t i ti s b e l i e v e dt h a t a l o n g w i t ho u r d e e p e rs t u d ya n d w i t ht h ef u t u r e p e r f e c t i o n o f e q u i p m e n t ，a d v a n t a g e so ft h ep r o c e s sw i l lb ei n c a r n a t e df u r t h e r ，a n di tw i l lb e a p p l i e dt op r a c t i c eo fs e w a g et r e a t m e n tw i d e l y k e yw o r d s ：i n t e g r a t i v e ，o c o ，s e w a g ed i s p o s a lp r o c e s s ，n i t r o g e na n d p h o s p h o r o u s r e m o v a l m 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑耋声踢：辫呈交媳论文是本人在导疼的指导下独立进 行研究所取 ! 罄的磷究成采。除了文中特别加以标注弓| 用的内容 外，本论文不包含任何其他个入或集体融经发表或撰写的成果作 晶。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。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：周锡堂 目慰 日期：2 0 0 3 年5 月1 0 尽 学位论文版权使用授权书 本学位论文作誊完全了解学校有关保滔、使瘸学位论文的规 定，闷意学校保留并向国家有关部门溅梳构送交论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授衩华南理工大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年孵密矮适耀本授权书。 不保密国。 ( 请在竣上相液方框内打“”) 作者签名：周锡堂 导师签名：凑翡颜 ) 彤铸 矧j 曰期：2 0 0 3 年5 月1 0 日 鲤期：2 0 0 3 年5 月l o 目 薰一章缭论 第一搴绪论 隧着社会鲍发鼹，入口及箕耀关麴经济活动越来越离城镇集中，隶懿用量 越来麓大，森此两带来斡水污染臻象霜趋严嚣。圆恐，不多大城帝瑷获经济较 为发这建送静一些审零羰镇裙继爨成或委在建设抵污窳簸理厂。簸熟理工雹 来看，城雍滗水楚蘧厂静多数鸯繁娆豹或各种耨型的活瞧澎泥法。 戳常援活性污瓣法为代表戆一些生物楚邂方法，其主要功能是大辆度去除 浮水中璺胶体载鹈溶殡状静有桃嚣荣物，搜污农经过楚爨豢其b o d ( b i o l o g i c a l o x y g e n d e m a n d ) 或c o d ( c h e m i e a t o x y g e n d e m a n d ) 达到撑数标壤；礴酵出予 氨对水生动物有剧毒及大量消耗拳中的溶解甄，因露在鼹内外的海水摊放标准 中早就对懿氮的浓发进行了限铡】。由予议靠嫩生秘豹生长消糕氮翘磷，鄹 姥常规活性澎渡法熬除磷驻氯璇煞是非常囊黢懿。然露，避年卷入键跫经认汉 到，澎承荣给受纳水体的威胁不仅来自其所禽煮机物鄹缀氦，各釉形式的氮糊 磷是主要龅“营养嚣索”，有时它们甚至成了污染元凶。近年来，我园长江口、 璩江删、辽东湾、大遥湾、 l i l 麸浊尾海域以及天津i 匠海等水域赤潮频频发生， 傍为潦地踅爨水源的太湖、滇池和巢湖譬淡水湖泊水藻疯长、水质恶化，给当 地经济渣幼和社会生活造成灾难性的后果，这些现象的出现均与水体富营养化 相关f 3 “】。因此，严格控制总氮和总磷的摊放成了保护水资源非常懑要的手段a 同时，常规涵性浮泥法还存在污水处理设施占地面积大、污漉排放爨大等缺点， 因而研究汗发一种处理效果好、结构紧凑、溺泥排出量小、运行经济殿便于管 理的污水处理装置无论在理论上还是实际应用方面，都徽有现实意义。 1 ， 蹙鼙脱氮除磷置艺及研究臻状 在对传统活性污泥法分析和改造的基础上，人们先后开发了a i o 法、a i a o 法、s b r 和u n i t a n k 等污水处瑷工艺。这避方法工艺熬简程度、除磷脱氮功能、 构筑物占地丽积投远行管理是谣经济简倭等方面都有各国的特点。 1 1 。，缺氧一好氧生物脱氮工氅 缺氧。好袋生犍艇氮工艺篱称a o ( a n o x i c o x i c ) 浃，是一秘誊凰滚的越 鬟反獭纯生携聪爨溅程。其孛熊嚣反鞘豫在缺氧( a n o x i c ) 邀中进霞，磷化农 好氧( o x i c ) 池中进行。由于本法适于对原蠢传统活性澄混工艺的改造，因此 这是斟蘸采用比较广泛魄一种缴物脱氮工艺。根据缺氧嬲好氧反盛池驹相对彼 矍，零工芑雄以分必分建式与含建式瓣种p 】。 华南理工大学工程学硕士学位论文 图1 1 为分建式缺氧好氧活性污泥脱氮系统，即反硝化、硝化与b o d 去 除分别在两座反应器内进行。 囊俩 泵鏊 图卜1分建式缺氧一好氧活性污泥脱氮系统 硝化反应器中已进行充分反应的硝化液的一部分回流到反硝化反应器，而 反硝化反应器内的反硝化菌以原污水中的有机底物作为碳源，以回流液中的硝 酸根作为电子受体，进行呼吸和生命活动，将硝态氮还原为气态氮( n ：) ，无 须外加碳源。 经过计算可以得知，在硝化反应中，将l m g 的氨氮氧化为硝氮，需要消耗 7 1 4 m g 的碱度，同时还原l m g 的硝态氮能产生3 7 5 r a g 的碱度。后者可补偿硝 化反应消耗碱度的1 2 左右。因此，含氮浓度不高的城市污水应用缺氧好氧系 统来处理时，可以不必投碱来调节p h 值。此外，本系统的硝化曝气池在后， 使经过反硝化后仍然残留的有机物得以进一步去除，因而可以进一步降低出水 的b o d 。本工艺流程比较简单，装置少，无须外加碳源，因而其建设和运行费 用都比较低。 图1 2 为合建式缺氧一好氧活性污泥脱氮系统。与分建式的系统相比，其最 大的特点是反硝化反应、硝化反应和b o d 去除是在同一座反应器中实现的， 只需在缺氧区与好氧区之间隔一块挡板，因此这种工艺更适合于对现有推流式 曝气池的改造。 l 一墨 图1 - 2合建式缺氧一好氧活性污泥脱氮系统 a o 流程的处理水来自硝化反应器，水中含有一定量的硝酸根，因而有可 能在二沉池内发生反硝化反应，使污泥上浮，造成处理水水质恶化。另方面， 要想提高脱氮率，就必须加大内循环比，这样做显然会使运行费用增高。 2 第一章绪论 a o 工艺的主要影响因素有：水力停留时间、循环比、m l s s ( m i x e dl i q u i d s u s p e n d e ds o l i d ) 值、污泥龄、n m l s s 负荷率及迸水总氮浓度。 试验与运行数据均证实，硝化反应与反硝化反应进行的时问对脱氮效果有 明显的影响。要取得7 0 一8 0 的脱氮率，硝化反应所需时问不应低于6 h ，而 发硝纯反应所需时间较短，在2 h 之内即可完成。 本工艺系统中内循环回流的作掰是向反硝纯反应耱中提供硝态氮，使其作 为反硝纯反应的电子受体，从丽达到脱氮的舀的。循环眈酌大小既影嫡脱氮的 效果，又关系到装麓运行的经济髓，般是针对其体韵装羹类型邋过试验来确 慰。有运嚣数据表爨，内循环跑激2 0 0 为合理馐。 反应器中的m l s s 一般应大于3 o g l ；两n m l s s 负荷率应低于 o 。0 3 9 n i ( g m l s s d ) ；必了保谖磷化菠应器中有足够数霪的磷化蘸，采建的污 淀龄在3 0 d 以上。 ，1 。2 生物除磷及联合除磷i 艺 与a o 法相似的怒如图1 ，3 t s j 所示的a n o ( a n a e r o b i e o x i c ) 法，即厌氧一 好氧艇物除磷工艺。 与a ，o 法相比，a n o 法没有内循环，仅有随循环污沉返回前端的微量硝 酸根和溶解氧，因而前端是只含微量硝酸根的厌氧区，便于聚磷菌释放磷，曝 气沲刚可以起到吸袄磷、降低b o d 和梅氨氮硝化的作掰。 图卜3 厌氧一好氧除磷工艺流程 本工艺的主要特点是：污水承力停留时阀较短，为3 6 h ；曝气沲内污漉 浓度眈a i o 法的要低，在2 7 3 o g l ：混合液的s w ( s l u d g e v o l u m e i n d e x ) 值不超过1 0 0 ，沉淀性好，不发生污泥膨胀；b o d 去除率与一般活性污泥法差 不多，瞧磷懿去涂率能达到7 6 发右，魅理零孛磷含量不越过1 m g t l ；沉淀污 淀会磷量达4 ，肥效好。 同时该工艺还存在如下的诱令闯题：一是磷的去除率难于进一步提高，因 为微生物对磷的吸收，即便是超鬟吸收也是有限的，特别是当处理鹣污水盼 p b o d 镶较糍时，澎泥产量低，隽况更是如欺；第二个阀题是由予沉淀浊处予 缺氧状态，越量吸磷的污泥在这里如果停鲤时间较长，烬鸯较明显的耩磷现象 发生，因此该工艺运行时要注意及时摊泥和固渡。 3 t 一；乙 镬溉曩 一 原污水 华南理工大学工程学硕士学位论文 开发于1 9 7 2 年的费斯特利普( p h o s t r i p ) 除磷工艺则是将生物除磷与化学除磷 相结合的一种工艺。该工艺显著提高了除磷效果，其工艺流程如图1 4 。 。f i 甬享娥赢j _ - - - 一 图卜4 费斯特利普除磷工艺 该工艺的主要特点是：生物除磷与化学除磷相结合，除磷效果好，出水含 磷一般都低于l m g l ：s v 值小于1 0 0 ，污泥容易沉淀、浓缩和脱水，丝状菌 难于增殖，污泥不膨胀；可以根据b o d p 来灵活地调节回流污泥与混凝污泥 量的比例。本工艺的主要问题是：工艺流程复杂，管理难度较大，基建费用比 较高；沉淀池1 的底部可能形成缺氧状态因而产生释放磷的现象，因此，应当 使污泥及时地排除和回流。如2 0 世纪7 0 年代，美国的一些专家在a n o 法的 基础上开发了一种旨在能够同步除磷脱氮的污水处理工艺一a 2 o ( a n a e r o b i c a n o x i c o x i c ) 工艺，也称为厌氧一缺氧一好氧法除磷脱氮工艺，其 流程如图1 5 p j 。 募 铆 污处 水曩 图卜5a 2 0 法同步脱氮除磷工艺流程 该工艺的特点是：工艺简单、总的水力停留时间较短；厌氧、缺氧和好氧 交替运行，丝状菌不能大量增殖，无污泥膨胀现象发生，s v 值一般不超过1 0 0 ： 污泥含磷浓度高，可作为农肥；运行中无须加药，两个a 段只需轻微搅拌，运 行费用较低。 然而该法也存在下述问题：由于污泥增长有一定的限度，除磷效果不太理 4 第一章绻论 想( 一般 7 0 ) ：由于内循环麓不宜太高( 以两倍避水流量2 q 为宜) ，否则能 量消耗太大，这样一来脱氮效果也欠佳( 般 珏壤。 u n i t a n k 的主要特点是# 动态的“三氧”环境使其处理效果好且稳定；没 有污泥回滚靼混合波的内德环设施，熊耗里省：一体化程度高，占地更少，建费 用也更少。该工艺也还存磁一些有待完善的地方【1 2 】；对于脱氮赊磷的廊邋交替 池，考虑到污泥的粒度较小等原因，水力负荷不宣大；进水和出水系统夜待完善： 剩余污泥的排出也需要进一步考虑。 1 2o c o 污水处理技术及进展 在上述工艺基础上，经过多年的研究和实践，丹麦的p u r i t e k a s 公司推出 了o c o r l 3 1 污水处理工艺。“o c o ”是对该工蕊中生物反应器的形象化称呼。该 工艺自动化程度高、运转方式灵活，更重要的是它具有很强的除磷脱氮功能， 且出水水质稳定。因而深受欧洲尤其是西北欧一些城市的青睐，目前有数十座 污水处理厂采用了该工艺。 1 2 ， 传统o c o7 - 艺的特点及分析 与o r b a l 氧纯漆等工装穗比较，o c o 工艺妻孽主要不同之处在予其生纺反应 步骤是奁热圈l ，l o 胬示能一个圆形反应器巾完成豹。进零与圆滚污泥褒反癍 嚣懿漆圜中混合劳进褥茨氧反瘫。由于燎瑷氧反应控铡在羧他除段，曩熬是将 大分予及难予生物降鼹毂蠢极物水勰必低分子黪鼹羧，嫠燎太分予中豹鸯枧氮 转化为焉极态约餐氮，这裁戈鹾续熬好氧与蛱氧盼段有极甥消化及氮熬聪除刨 造了条搏；麟对，黢回渡污泥进入厌氧段的聚磷萤农厌氧条馋下释放如体内孵 磷酸盐，产生能量用于吸收b o d 并转化为p h b ( 聚b 羟丁酸) 锉于体内，该 p h b 熄在好筑区氧化，利用氧化时产生的能量，聚磷藏憋超量吸收污水中的磷， 8 第一章绪论 并随着剩余污泥排放，达到除磷的目的。也由于该生物反应器这种特殊的构型， 使其中的泥水混合物在运动过程中，运动方向不断地改变，产生良好的湍动效 果，因而污水中有机质与活性污泥接触得更好，有利于生物反应。 然而经过多年的研究和实践，人们发现随着循环污泥返回厌氧区的n o ；对 聚磷菌的厌氧释磷是不利的：同时我们也可以看到，要使污泥能成功的返回厌 氧区，必须使用污泥泵及与之相配套的管道系统，尽管有报道称能实现污泥的 自动回流 1 4 1 ，但这还仅限于实验室小型实验；同时要使厌氧区的活性污泥悬浮 良好，还必须设置搅拌装置，如何控制该装置的运转使污泥悬浮良好而又不至 于破坏反应区的厌氧状态，这是一个必须重视的问题；再则，污泥反复在厌氧 区停留，为丝状菌的滋长创造了条件，尽管丝状菌对污水亦有净化作用，但它 却引发污泥膨胀，给活性污泥法工艺正常运行造成极大地威胁。虽然由 p u r i t e k a s 公司提供的资料及其他有关o c o 工艺的报道并未提及工艺运行中 的污泥膨胀问题，但这并不等于该工艺不存在污泥膨胀。据报道【l5 1 ，欧洲5 0 、 美国6 0 的城市污水处理厂每年都发生污泥膨胀，国内几乎所有的城市污水及 工业废水处理厂都不同程度地存在丝状菌污泥膨胀问题。在o c o 这类接近完 全混合的活性污泥工艺中，这一问题显得特别突出。 1 2 2 一体化膜泥法o c o 污水处理工艺 针对上述问题，在小型实验( 进水流量为2 0 l h ) 的基础上，本课题 组提出了一体化的膜泥法o c o 污水处理工艺，如图1 一l l 所示。 票 j ：般量：；：慧臣：毒耨 图1 1 0 传统o c o 工艺 累4 斟采哼坭 j ：嫠魏嘻籍肇： 竺糯 图1 - 1 1 一体化膜泥法o c o 工艺 本工艺的主要特点：一是将生物反应器与二次沉淀池合建，二次沉淀池底 部的污泥除少量作为剩余污泥排放，其余自动返回缺氧、好氧混合区；二是在 厌氧区放置填料，即将生物膜法用于厌氧区。这样做的优点是：应用一体化方 法可以节省项目占地和减少基建费用；省却污泥回流泵和厌氧区搅拌器，减少 设备购置、运行和维护管理费；既利用生物膜法运行稳定、微生物种群多数量 大、处理效能高的特点，又利用了活性污泥法流体运动阻力小、泥水混合良好 9 华南理工大学工程学硕士学位论文 等优点，使滚性菌在皱氧区和好氧区之问不断循环以实现脱氮，并最大限度的 降低污永的b o d 。 1 。3 本文研究目的、意义和内容 本章介绍了若干种较为典型的、具有除磷脱氮功能的污水处理工艺，并对 这些工蕊的特点和存在的问题进行了简单分析和讨论。总的来看，这些工艺在 降低污永b o d 和除磷脱氮效能、运行状况及建设投资等方面各有其特点，同 辩它们有的只能脱氮、或是能除磷，有的因受限于污水回流眈而脱氮有限，有 静除磷脱氮效聚好但占地多雨加大项舀建设投资。这些闯题的存在促使我们寻 找一种能在一定程度上克服上述闯题瀚污东处纛工艺。 蠢尽管传统静o c 0 污水处瑾工艺其有前述的一系列优点，餐该工篙在简 纯系统装置、减少建设用臻和基建投资方面识奢待改遴移究善。因诧，本研究 提出了生物反应嚣与二沉混合建、在淡氧区应用生物膜法酌一体化膜泥法o c o 薪工艺设想，并 凳明了试验孛将豢重辑究移解决的一些闯遂。我翻江海湖泊穗 _ l 臻海水域水体富营养悠丑趋严重，o c o 工艺的最大饯点裁在予意强大鲍除磷 脱氮功能，鄹有利于总磷和总氮豹控铡，因此本课题豹研究具毒重要的现实意 义。 本课题为广东省教育厅自然科学研究矮尽及广东省科学技术厅技术攻关 项目。主要研究内容包括： ( 1 ) 以生溉污水为研究对象，测定污水的c o d c ，b o d s 、t - n ，t - p 、p h t m l s s 等主要指标，并依此确定污水的栩步处理方案； ( 2 ) 设计相应的污水处理装置； ( 3 ) 通过装置的实际运行确定最佳操作参数：为放大试验和投入规模化 应用提供设计参考。 1 0 第二章试验暴理与分据方法 第二章试验原理与分析方法 2 1 有棍物的消化一去除b o d s 以一定的消耗尽可能多地去除污水中的有机物，或者说降低其b o d ，这 是所有污水处理工艺的基本目的。达到这目的的方法有化学法和生物法，其 中生物法以其低廉的消耗和良好的处理效果而得到广泛的应用。生物处理法又 分为生物膜法和活性污泥法。 生物膜法与活性污泥法的主要区别在于前者的微生物群体是固定地附着 于滤料或载体的表面，而后者的微生物群体则悬浮于运动着的污水中，它们都 是利用人工培养和驯化的微生物群体去分解氧化污水中可生物降解的有机物， 通过生物化学反应，改变这些有机物的性质，再把它们从污水中分离出来，从 而使污水得到净化。无论是生物膜还是活性污泥，它们的主体都是细菌，污水 中的溶解性有税物，是透邀细胞膜而被细菌吸收的；固体和胶体状态的有机物 则先由缁菌分泌的酶分解为可溶散物质，再渗入细胞而被利用。 有梳耪在有氧条件下，通过好氧微生物的代谢佟用被分解氧化，从不稳定、 需要耗氧的状态转仡为不需要耗裁豹稳定状态，最终生成二氧化碳和水。按照 代谢产物，微生物赡代谢佟瘸分必合成代谢和分解代澉蘸部分。微生物以污水 中静窍撬物海食辩，将一部分合成耨维毖焉将另一帮分氧亿分艇以获得熬量。 与此同时，一帮分微生物缨胞物震自身也在氧化分解供应能量，这叫微生纺的 内源呼吸作耀，宅在有规物接近糕尽黠，成必微生物获取熊量的主要形式。下 藤为基度氧化过程的物料平餐关系图 2 1 ，它表示了上述一系列生物他学反应： 图中，a ：合成系数，表示被利用于合成反应的纂质( 浮水中的有虮物) 在 i 玉型姓色缝i 工垒兰丝一最终产妯c o ，h ，0 n ，p 躺埘2 _ 一鼍细胞叫鬈瓣嬲3 基质总量中所占耽倒，即被去除的b o d s 用于合成反应部分的质量与被去除的 b o d ，的总震量之魄；a 1 ：氧纯系数，表示被乖j 褥予氧纯反应的基质在萋覆虢 量中新占眈例，郢被去除的b o d 5 用于氧化反应部分的质最与被去除的b o d 5 的总溪量之跣；b ：微生物群钵翡蠡身氧仡率，郯内源簿皲过强中单位对闻被 氧仡豹徽生物量；b ：内源呼吸鑫身氧纯耗氯率，即内源呼吸过程中纂位质量 的微生糖群体每天所消耗黪氧的威量。 华南理工大学工程学硕士学位论文 2 2 硝纯与反硝化一污水脱氦 n h ，对水生动物有毒，n h ：对绘排水设旌蠢腐蚀作用，此外它们消耗水体 中的氧，这蝗早已为人们所认识，因丽我国早期的废水摊放标准即对其排放量 进行了限制 2 1 。近年来，随着生产的发展和人们生活质量的提高，水体塞莺养 化问题已引起了人们的广泛关注。氮的化合物是营养物质，因而其排放爨有必 要加以跟制。因此，科研人员较晕就在研究和开发高效而又低耗的脱氮技术。 如化学法中的气提法脱氮、选择性离子交换法脱氮；生物法中的硝化一反硝化 脱氮等。其中，生物脱氮技术成熟、效果良好且无二次污染，因而应用十分广 泛。 在污水处理中，进厂污水中所含的氮部分以有机氮的形式存在，经厌氧水 解和生物降解，有机氮变成氨氮，因此氨氮是常规生物二级处理厂出水中的主 要氮成分。如果仅仅限制氨氮和甄硝酸盐氮的排放，则借助于皿硝化菌和硝化 菌的作用，通过向反应器中供氧，即可以将氨氮和亚硝酸盐氮氧化为硝酸盐氮， 从而使氨氮和亚硝酸盐氮含量降致允许的排放浓度，达到处理目的，这便是氮 的硝化。然而这里所说的脱氮是指将污永中的总氮降致允许的排放浓度，此时 不仅要有氨氮的硝化，还必须借韵子反硝仡菌的作用，在缺氧条件下，使硝酸 盐氮转纯为无害的n 2 并离开污永进入大气。这是硝酸虢氮的反硝亿。 硝亿是由两种鑫养壅细菌按如下的氧佬反应式来完成鹃h 6 】： n h ；+ 1 5 & - - - ) n o ；+ 2 h + 十墨0 ( 亚稍纯肇胞菌藕) ( 2 - i ) n o ；+ o 5 仅呻n 0 7 ( 硝佬蘩属) ( 2 2 ) 在澎水处理中，反磷化一脱氮的实现途径楚：异养型鹣厌氧纲蓑透_ 邋利用 n o ；耱n 0 3 佟为分髂伐谢过程中鲍最终暾子受搭获得能量，恧污水孛的鸯搬物 则作隽毫子豹荷体，以骞机饬海甲醇为例： 5 c h 3 0 h + 6 1 v o ；- - - - ) 5 c 0 2 + 3 妈+ 7 h 2 + 6 0 h 一 ( 2 - 3 ) 2 3 化学法除磷与生物法除磷 磷是生物生长不可或缺的营养元素。在城市里，生活污水是磷黪主要来 源，磷撄入水体会刺激z k 生接甥黪生长、导致富营莠化。因此，寻求经济有效 的除麟技本一直是本处理技术人员菲紫关心豹闷题。 2 3 ，1 纯学法除磷 磷通过人体排泄物、食物残属和洗涤剂进入污水中。污水中的磷一般具有 三种存在形式：正磷酸盐、聚合磷酸鼯和有机磷。后两种形式的磷经过水解绒 生物降解，最后转化为正磷酸盐。正磷酸盈在污水中呈溶解状态，在接近中性 1 2 第二章试验原理与分析方法 的p h 条件下，主蜃以h p o ；- 形式存在。这种形式的磷易于用化学沉淀法通过 形成难溶的金属磷酸盐予以去除。因此化学除磷法的研究和应用十分广泛。例 如1 4 , 5 1 ，瑞士的大多数污永处理厂采用同步化学沉淀除磷，瑞典的绝大多数污 永处理厂采用后置化学沉淀除磷，此外在德国、荷兰和挪威等国家韵污永处理 厂氇大多采用化学沉淀除磷。 髓便磷有效遣麸永溶液中沉淀密来的阳离子相当多，其中最有实霜价值的 是铁、韬和钙。它们都能与磷酸裰生成不溶褴沉淀物，艇价格便宜。一般认为， 纯学沉淀法除磷的程度与下列尼个因素密锈檑关：初始磷酌浓度、所孺瀚离子 浓度、与磷争夺阳燕子戆冀健秘离子浓度以及废采的p h 傻。 铝盐和铁盐在水溶液中发生农鳃，导致餐氧根离子与磷酸根离子争夺离子 越产生淡淀。因姥，除辚效率取决予溶液孛这秀秘阴离子豹摆对浓度，因而瞧 就取决予p h 馕。因必p h 下降氢氧根减少，鸯到予金属嗣离子与磷酸擞反应 生成沉淀。姆钙离予进行沉淀反应时，与磷骏根争夺钙离予的是碳酸擐。此时 的除磷效率取决于阴离子的相对浓度和p h 僮。在高的p h 下形成的羟基磷灰 石c a ，。( o 归) 2 ( p 0 4 ) 。是最稳定的固态磷酸钙。 2 3 2 生物法除磷 化学法除磷效果好，但也存在运行费用商的缺点。因此生物学家和废水处 理专家一直在寻求灞生物法同时去豫有机秘和磷的技术，且取得了很大的迸 震。税在生物除磷技术e 经大瓶模遣应用于生产实践。 从梳理上来说，在好氧一厌氧交替变化的条件下，聚磷菌能够敬阮普通活 饿污滋离出3 7 傣的球平摄取、贮存帮释放磷。研究藕生产实践涯绢，生物 怒量摄取磷鹃量，取决于上一耱获氧步骤中释毒磷的数量。餐是，释瀣帮摄入 磷的量也与被处理戆废窳中存在戆易于生物降解的有极甥蠢缀大关系。一般认 为这些骞圾物在第一个厌氧步骤中技转化失低分子有极物热低分予量耀舫酸。 偻助予聚磷羧盐水鼹时释出的能量，这些低分予脂肪酸放专门鲍缨蔻秘吸收， 同时囱废水中释出夔磷酸盐。随最在好氧条传下，这些细嫠对吸收约窍掇物逆 行降解，出此获得能量用于再合成聚合磷酸教，并将其贮存于细胞愿生质中。 从处理系统的好氧部分排出的剩余污泥含磷约为于固体的3 7 【4 1 ，如重金羼 等污染物不超标，这样的污泥是良好的富磷农肥。 2 4 污水指标检测分析方法 2 。4 1 化学雾氯堂c o d 的测定震铬酸钾法 1 主要仪器：全玻璃回流装置；变阻电妒；馥式滴定管等。 2 主要斌剂：重铬酸钾标揍溶液；试甄铁灵搀示液；硫酸亚铁铵标准溶液； 1 3 华南理工大学工程学硕士学位论文 硫酸一硫酸银溶液；硫酸汞等。 3 基本原理：以如s d 4 作为a 一掩蔽剂，在强酸性溶液中，用一定量的重 铬酸钾在a g ：s 0 4 的催化作用下，氧化水样中的还原性物质，过量的重铬酸钾以 试亚铁灵作指示剂，用硫酸亚铁铵溶液回滴。根据用量计算出水样中还原性物 质消耗氧的量心1 。 c o d c , ( d 2 ，m g l ) ：( v o - v 1 ) x c _ x 8 x 1 0 0 0 ( 2 4 ) 式中，c 一硫酸亚铁铵标准溶液浓度，m o l l ；v o 一滴定空白时硫酸亚铁铵标准 溶液的用量，m l ；v i 一滴定水样时硫酸亚铁铵标准溶液的用量，m l ；卜水样 的体积，m l ；8 一氧( 1 2o ) 的摩尔质量，g m o l 。 2 4 2 生化需氧量占的测定一稀释接种法 1 主要仪器：恒温培养箱( 2 0 1 ) ；5 2 0 l 细口玻璃瓶；1 0 0 02 0 0 0 m l 量筒；玻璃搅棒；溶解氧瓶；虹吸管等。 2 主要试剂：磷酸盐缓冲溶液；硫酸镁溶液：氯化钙溶液；盐酸溶液1 氢 氧化钠溶液；亚硫酸钠溶液；葡萄糖一谷氨酸标准溶液；稀释水：接种液：接 种稀释水等。 3 基本原理：在2 0 1 培养5 d ，分别测定培养前后的溶解氧，二者之差 即为b o d j 值。 b o d s ( m g l ) ：( c l - c 2 ) - _ ：( b , - b 一2 ) f l ( 2 5 ) j 2 式中，c l 一水样在培养前的溶解氧浓度，m g l ；c 2 一水样经5 d 培养后，剩余溶 解氧浓度，m g l ：b 广一按种稀释水在培养前的溶解氧，m g l i 占2 一接种稀释水 在培养后的溶解氧，m g l ：，l 一接种稀释水在培养液中的比例；，2 一水样在培 养液中所占的比例。 2 4 3 氮的测定 2 4 3 1 硝酸盐氮的测定一硝酸根电极法 1 主要仪器：带扩展毫伏的p h 计；硝酸根电极；参比电极为双液接电极； 电磁搅拌器。 2 主要试剂：硝酸盐氮标准溶液：缓冲液；2 0 氢氧化钠溶液。 3 基本原理：本方法用硝酸根电极与参比电极组成工作电池，通过电极头 上的惰性膜对溶液中不同浓度的硝酸根离子有不同的电位响应来实现。应用标 准加入法，甘汞硝酸根电极的电位计算式为 1 7 1 1 4 第二章试验原理与分橱方法 e ( 蹦y ) = e 瞰一e 撼= e 坶一( ，蹦一5 9 1 61 9cx)(2-6) 2 ( e 砖一e & 狮) + 5 9 1 6l g c , 2 妒。一5 9 1 6l g c 。 式中，c 。为待测水中硝酸裉浓度， 液焉，电极的电位为： e 2 - - 妒o + 5 9 。1 6l g c n ， 戳n o ；一的m g l 表示。加入硝酸根标准溶 ( 2 。7 ) 式中c ：+ ；为加标后水中豹硝酸撮浓度，其计簿式为： c x + s c x v xq - c ，v s ( 2 - 8 )u ， y # 十矿# 由于测试时是向2 0 m l ( v ，) 水样率加入0 。5 m l ( v 。) 的标准溶液，所以有： k + 匕z k ( 2 - 9 ) 犍式5 5 襄炎5 - 6 代入式5 - 4 ，势与式5 3 捃减霹褥； a e = e 2 一五= 5 9 。1 6 遮望出 ( 2 1 0 ) c x v 将h = 2 0 ，v 产o 5 ，c 。= o 。9 9 4 m g l ，代入上式并整理得； 尘生 c ( n o ；一n m g l ) = 2 4 3 8 ( 1 0 5 9 1 6 - 1 ) 4 ( 2 1 1 ) 2 4 3 2 氨氮的测定一电极法 1 主要仪器：带扩展毫伏的p h 计；氨气敏电极；电磁搅拌器。 2 主要试剂：氨标准贮备液；电极内充液( 氯化氨水溶液) ；氢氧化钠一 n a 2 一e d t a 混合溶液。 3 基本原理f 2 ，捕”】：氨气敏电极为一复含电极，它以p h 玻璃电极为指示 电极，银一氯化银电极为参比电极。p h 玻璃电极可以反映出水样中m t 4 浓度， 并以电位表示出来。应用标准加入法。佟与前面类似的推导可得： 生 c ( n h 3 - n ，r a g l ) = 2 8 6 7 ( 1 0 s g - ”一l 广 ( 2 1 2 ) 应蒲上式，从浏得的电位差确定样品中氮氮的含煮。需要说鞠的是，测定 氨氮时，水样体积h 为5 0 m l ，氨标准溶液的体积b 仍为0 5 m l ，浓度“为 0 9 9 4 m g l 。 2 4 3 3 耍硝酸盆氮静测定嵩锰酸镩氧 乏一硝酸校电摄法 1 主要仪器：带扩展毫伏的p h 计；硝酸根电极；参眈电极为双液接电极： 毫磁揽拌器。 2 主要试剂：磷酸盐氮标准溶液；缓滓液；2 0 氢氧化镳溶液；离锰酸镩 溶液：双氧水溶液。 3 基本原理；对于曩测得磷酸盐氮为c l 戆式样来说，走向其中奏曩入适量的 华南理工大学工程学硕士学位论文 高锰酸钾溶液将水样中的昕氧化为n o ；，过量的高锰酸钾用双氧水还原，再 测定体系中的硝酸根氮c 2 。两次测锝的差值( c 2 一c 1 ) 即为亚硝酸根氮的含量。本 方法是我院环境工程研究室陈少华等经多年的实践提出的，与n 一( 1 一萘酚) 一乙二 胺光度法的测试结果进行对比，相对误差小于5 。 2 4 3 4 总氮m 的测定一过硫酸钾氧化一硝酸根电极法 1 主要仪器：压力蒸汽消毒器；具塞比色管；带扩展毫伏的p h 计；硝酸 根电极；参比电极为双液接电极；电磁搅拌器。 2 主要试剂：过硫酸钾溶液；硝酸盐氮标准溶液：缓冲液；2 0 氢氧化钠 溶液。 3 基本原理：在6 0 c 以上的水溶液中过硫酸钾发生分解，产生氢离子和氧。 加入氢氧化钠以中和氢离子，使过硫酸钾完全分解。在1 2 0 ( 2 1 2 4 的碱性介 质条件下，用过硫酸钾作氧化剂，可将水样中的氨氮、亚硝酸根氮以及大部分 有机氮氧化为硝酸盐。而后，采用硝酸根电极法即可测得氧化后水样中的硝酸 盐氮，也就是水样中的总氮。 2 4 4 磷的测定 2 4 4 1 溶解性正磷酸盐o p 的测定一钼锑抗分光光度法 1 主要仪器：7 2 1 分光光度计；微孔滤膜及抽滤装置等。 2 主要试剂：1 + 1 硫酸；1 0 ( m v ) 抗坏血酸溶液；钼酸铵溶液；浊度一色 度补偿液2 0 1 ：磷酸盐贮备溶液；磷酸盐标准溶液等。 3 基本原理：