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a o 生秘蔟系筑髅能与应蘑舔炎上海大学硕士学 童论文 摘要 本论文工俸淡a o 奎物貘系统为骚究对象，在对系统莱瑶兹舅衽篱蝼耱、中 心导流曝气方式和生物膜纂本性能研究的基础上，将系统应用子处理模拟市政生 活污水和植物制剂工业废水。 采露理论分季厅窝实验磁袋程结合懿方法，对买径麓疆瓣察中心髫滚瀑气方式 进行了物理、水力学、微生物学等方面的研究，发现：异径筒填料和中心导流曝 气方式的结台，能够保证系统正常运行所需的供氧量和生物膜更新的所需的水力 强度；填料屡嶷鸯不易堵塞、不震反冲淡簿优点，适含于一髂化装鬟豹应翅；系 统其有良葑的敷传递性链敢s s 擒集箍力。 采用镜检、重量法等手段对生物膜的厚度、活性、数量分布、种类分布等进 行了实验研究，发现系统中生物楣丰富、涟憔高，具肖好氧菌与厌辍菌、异养菌 写鑫养蓥、愆滋龄蓉与长漉龄萤霹辩存纛豹特点。这熬都或为系绞c o d 纛n 去 除的微生物学蕊础。 在去除模拟市政生活污水的含碳有机物的实验中，进行了采用a 0 单级接触 裁纯工艺蠢a o 嚣缀竣簸氧豫工艺懿霹爨实验。在凄承达蘩孛承圈斌糖准熬蘸提 下，a o 单缀接触氧化工艺的最佳h r t = 1 6 h ，浆统容积负荷为0 4 o7 k g c o d c m 3 d 。采用a o 两缀接触氧化工装，可将停留时间缩短到8 h ，在系统容 积受荮为2 0k g c o d j m 3 d ，离负荷接触裁纯池负赘为3 + 8k g c o d c j m 3 d 的工提 下，c o d 去滁率达到8 5 隧上，密承c o d o 稳定达副5 0m 窑，l 敷下：商对系统 淡现出良好的抗水力负荷冲击的能力，当水力负荷在2 2 3 7m 3 ，n 1 2 h 的范围内， 系统c o d c ，去除率太子8 5 蛭，明显优于a o 单级接触飘化工艺。 在接毂审媛生活污承髓鬓实验中，慕黼两缀接皴笺纯工艺在h r t = 1 6 h ，系 统氮氮容积负荷为0 0 8k gn h 3 - n m 3 d 的条件下，出水氨氮可以达到l o m g l 以 下的中水回用标准，氨氮去除率接近6 0 ，总氮去除率达到3 5 。实验得出模 拟枣致生活污承聪氨豹优化工艺参数为：c o d 容积受麓0 ，g 1 ，2 k g c o d e ，费。d ， 氨氮容积负荷o 0 6 o0 8 k gn i t 3 n m 3 一d ，c n 6 ，a o 洮体积比l l l 】5 ，硝他 液回流比5 0 1 5 0 ，进水p h 6 o 8 5 ，水湿 1 8 。c ，碱度4 5 0 6 5 0 m g l 。实验 结果还表明，在无硝化液凰流的情况下，接触曝气池中跑实现了2 5 3 5 的总氮 去狳，在接簸暌气逮中存京溺辩磷芘复磷优瑗彖。 在对模拟植物制剂废水处理的实验中发现缺氧段发挥水解酸化作用，对于提 巅废水可生化性起着重要作照。系统容积负萄在0 。1 o 5 k g c o d c d 一，d 的范围内， 对c o d c ，浓度为2 5 0 1 5 0 0 m g l ，色凄荛5 0 1 2 5 0 譬戆貘接撞魏潮麓废承，c o d 第4 页触8 2 页 a o 生秘骥系统魏施与应爱磷究上海大学疆学位论文 和色度去除率分别达到8 5 以上和9 5 以上。 根据实验数据建立了a o 生物膜系统降解模拟市政生活污水中含碳有机物和 氮鬣懿数学攘黧。对于a 涟嚣0 涟，稷箨英不嚣靛滤态，分男l 采矮了不同懿动 力学模型。 关键运：努经篱填辩中心导滚曝气方式含碳毒槐镌去除聪氮接皴氧化 污水处理中水回用小型一体化污永处瑗装置 第5 页熟8 2 页 a o 生物膜系统性能与应用研究上海大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h i sp a p e rd e s c r i b e st h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h en e w t y p eo f y i j i n g t o n gp a c k i n g ，t h e c e n t r a ld i v i s i o na e r a t i o nm o d e la n dt h eb i o f i l mi nt h ea ob i o f f l ms y s t e ma n dt h e r e m o v a le f f i c i e n c yo ft h e p o l l u t a n t s i nt h es i m u l a t e dd o m e s t i c s e w a g e a n dt h e v e g r t a b l ea g e n tc o n t a i n i n g i n d u s t r i a lw a s t e w a t e r t h ep u r p o s eo ft h e s t u d yi s t o p r o v i d ean e wk i n d o fs m a l l s c a l e i n t e g r a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n ts y s t e mw i t hh i g h p e r f o r m a n c ea n dg o o dp r a c t i a la p p l i c a t i o np o t e n t i a l t h e e x p e r i m e n t a la n da n a l y s i sr e s u l t ss h o w t h a tt h ec o m b i n a t i o no ft h en e w t y p e o f j i n g t o n gp a c k i n ga n dt h ec e n t r a ld i v i s i o na e r a t i o nm o d e lr e s u l t s i nt h e g o o d c h a r a c t e r i s t i c si n p h y s i c s ，k i n e t i c s a n dm i c r o b i o l o g y t h e yc a nm e e tt h en e e do f b i o l o g i c a lo x i d a t i o na n db i o f i l mr e f r e s h i n g ，p r e v e n ts t u f ff r o mc l o g g i n ga n dr e g u l a r b a c k w a s h i n g a l s o ，t h eu n e v e n d i s t r i b u t i o no f d oi nt h es y s t e mm a k e st h er e m o v a lo f n i t r o g e n i na e r o b i cr e a c t o r p o s s i b l e t h eb i o f i l mc h a r a c t e r i s t i c si nt h i c k n e s s ，a c t i v i t y , q u a n t i t ya n d v a r i e t yi n d i c a t et h a t t h em i c r o b e sa r e m u l t i p l es p e c i e s ，i n c l u d i n g a e r o b i ca n da n a e r o b i c b a c t e r i a ， h e t e r o t r o p h i ca n da u t o t r o p h i cb a c t e r i a 1 0 n gg e n e r a t i o na n ds h o r tg e n e r a t i o nb a c t e r i a e t c ，w h i c hm a k eg o o dp u f f f y i n ge f f e c t sp o s s i b l e t h er e s e a r c ho nt h er e m o v a lo fc a r b o n a c e o u s o r g a n i c m a t t e ri na ob i o f i l m s y s t e mf o c u s e s o nt h ec o n t r a s t e x p e r i m e n t so fs i n g l e s t a g e a n dt w o s t a g ec o n t a c t o x i d a t i o np r o c e s st h el a t e rs h o w s h i g h e rr e m o v a le f f i c i e n c ya n ds h o r t e rr e a c t i o nt i m e o fn e a r l y8h o u r s i nt h et r e a t m e n to fs y n t h e t i c m u n i c i p a lw a s t e w a t e rw i t ha o t w o s t a g e c o n t a c to x i d a t i o np r o c e s s ，c o d e rr e m o v a lr a t ee x c e e d8 5 u n d e rt h e v o l u m e t r i cl o a do f 2 0k g c o d c m 3 da n dt h eh y d r a u l i cr e s i d e n c et i m eo f 8h o u r st h e e f f l u e n tc a nm e e tt h er e u s es t a n d a r do ft r e a t e dw a t e r a l s o ，a ot w o - s t a g eo x i d a t i o n s y s t e me x h i b i t ss t a b l er e m o v a le f f e c i e n c yu n d e r b r o a dh y d r a u l i ca n do r g a n i cl o a d a st ot h e n i t r o g e n r e m o v a lf r o mt h e s y n t h e t i cm u n i c i p a lw a s t e w a t e r , a o t w o - s t a g ec o n t a c to x i d a t i o ns y s t e mw o r k s w e l l n e a r l y6 0 o f a m m o n i a n i t r o g e na n d 3 5 o ft o t a ln i t r o g e na r er e m o v e dw i t h i n 1 6 h ，w h i c hm e a n su n d e ro0 8k gn h 3 n m 3 do fv o l u m e t r i cl o a d t h ee f f l u e n ta m m o n i a n i t r o g e ni s u n d e r10 m g la n dc a nb e r e u s e d a l s o ，o t h e rp r o c e s sp a r a m e t e r sa r ed e t e r m i n e d ：t h eo p t i m u mv o l u m el o a di s nr 12 k g c o d r “1 3 q 3 d 、a n d00 6 n0 8 k e n h l 一n f m 3 d 、t h er a t eo fc n ti s n r p o t e r t h a n6 ，t h er a t i oo f t h ev o l u m e so f at oot a n ki s1 ：l 1 ：15 ，a n dt h eb a c kf l o wr a t eo f n i t r i f e de f f i b e n ti s5 0 1 5 0 u n d e rc o n d i t i o n sa b o v e w h e nt h er a ww a s t e w a t e r 第6 页共s 2 页 a o 生物膜系统性能与应嗣研究 上海大学硕士学位论文 q u a l i t y m e e tt h ef o l l o w i n gr e q u i r e m e n t ：p h 6 0 8 ，5 ，t e m p e r a t u r e 1 8 。c ，a l k a l i n i t y 4 5 0 6 5 0 瓤江，c o d l 7 5 5 5 5m g l ，n i - 1 4 - n ( t 啦! 7 - 6 2 珏蚺，t h e e l 匿 l h e n c er e a c h e s c o d 5 0 m g l ，j n h 4 - n 1 0 m g l t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t so fn i t r o g e nr e m o v a li nt h e a e r o b i co x i d a t i o nr e a c t o rs h o wt h ep o s s i b i l i t yo ft h es i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n d d e n i t r i f i c a t i o n ( s n d ) e f f e c t t h ee x p e r i m e n t a ls t u d yo nt h es y n t h e t i cv e g e t a b l ea g e n tc o n t a i n i n gi n d u s t r i a l w a s t e w a t e rt r e a t m e n tu s i n ga os i n g l e s t a g eo x i d a t i o nb i o f i l ms y s t e ms h o w s ：u n d e r 01 05 k g c o d c r m 3 - do fv o l u ml o a d ，t h ec o d c rr e m o v a lr a t ei sh i g e rt h a n8 5 a n d c h r o m a t i c i t yr e m o v a l r a t ei s h i g h t h a n9 5 ，w h e nt h ei n f l u e n th a st h ec o d c ，- c o n t e n tr a n g ef r o m2 5 0t o1 5 0 0m g la n dt h ec h r o m a t i c i t y r a n g ef r o m5 0 - - - 1 2 5 0 ， o nt h eb a s i so f e x p e r i m e n t a ld a t a ，t h ek i n e t i cm o d e l sd e s c r i b i n gt h ed e g r a d a t i o n o fc a r b o n a c e o u so r g a n i cm a t t e ra n da m m o n i an i t r o g e nf r o mt h es y n t h e t i cm u n i c i p a l w a s t e w a t e ra r ed e d u c e da n dt h ek i n e t i cp a r a m e t e r sa r ee s t i m a t e d k e yw o r d s ：t h e 强i n g t o n gp a c k i n g ，t h ec e n t r a ld i v i s i o na e r a t i o nm o d e l ，t h e r e m o v a l o fc a r b o n a c e o u so r g a n i cm a t t e r , t h er e m o v a lo f n i t r o g e n ，c o n t a c to x i d a t i o np r o c e s s ， w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，s m a l l s c a l ei n t e g r a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n ts y s t e m 第7 贾共8 2 页 a o 生物膜系统性能与应用研究上海大学硕士学位论文 图1 1 图1 - 2 图1 - 3 图1 - 4 图2 - 1 图2 - 2 图2 - 3 图2 _ 4 图2 - 5 图2 - 6 图2 - 7 图2 - 8 图2 - 9 图2 1 0 图2 - 1 l 图2 1 2 图2 1 3 图2 “ 图3 1 图3 - 2 图3 - 3 图3 4 图3 - 5 图3 - 6 图4 - 1 图4 - 2 图4 - 3 图5 - 1 图5 - 2 图5 - 3 图5 4 图5 5 图5 - 6 图5 7 图5 - 8 图5 - 9 图5 1 0 图5 1 l 图5 1 2 l 捌) 一1 3 图5 1 4 图6 1 图形目录 用于生活杂用水的生活污水处理流程 生物脱氮过程示意图 硝化反应的途径 反硝化反应的途径 a o 单级接触氧化工艺实验装置图 a o 两级接触氧化工艺实验装置图 a o 工艺小型实验装置图 填料的外观 填料的堆积状态 中心导流曝气简装置图 氧总转移系数图解法一 氧传递速率图解法 组合填料悬挂横截面示意图一 组合填料悬挂方式剖面示意图 不同填料类型对充氧性能的影响 不同水温对充氧性能的影响 不同水质条件对充氧性能的影响 不同曝气量对充氧性能的影响 a 池中的钟虫 a 池中的吸管虫 o 池中的草履虫 o 池中的太阳虫 o 池中的轮虫 o 池中的线虫 a 池启动时有机物、氨氮浓度变化 o 池启动时有机物、氨氨浓度变化 抗水力负荷冲击能力比较 进水c o d 浓度为5 5 0 时系统氨氮去除 进水c o d 浓度为5 5 0 时系统总氮去除 进水c o d 浓度为3 5 5 时系统氨氨去除 进水c o d 浓度为3 5 5 时系统总氮去除 进水c o d 浓度为1 7 5 时系统氨氮去除 进水c o l 3 浓度为1 7 5 时系统总氮去除 不同c n 条件下n 去除率 不同停留时间条件下的氨氦去除率 不同停留时间条件下的总氮去除率 不同c o d 容积负荷条件下的氮去除效果 改变停留时间条件下的氮去除效果 不同a o 池体积比条件下的去除率 1 、i 叫曲流比条件_ 、刚古垛率一 菌胶团和生物膜内部的反应区分布和底物浓度的变化 启动过程缺氧池c o d 和t h 变化 第8 页共8 2 页 掩博d弘”勰勰”弭”弧鸵蛇舵靶们非盯钉们弱弱玎打茹弘拍卯弛儿弭撼黑焉篡焉黑黑黑篡黑焉黑黑篙冀黑薯黑篡黑黑 a o 生物膜系统性能与瘟用研究上海大学硕士学做论文 图7 - 1物料平衡示意图6 7 圈7 - 2a 池反应器示意暇6 8 基7 - 3o 漉爱瘟器示意翦，。， 图7 - 4a 池有机物降解动力学参数求解7 2 图7 - 5o 池有机物降解动力学参数求解7 2 图7 a 池氮氮降解动力学参数求解7 3 匿7 i 了。洮氨氨降解动力学参数求解7 3 第9 更共8 2 夏 a o 生物骥系统瞧能与应矮磅究上海大攀醭学位论文 衰1 1 袭1 - 2 糍2 * l 袭2 2 袭2 - 3 袭2 4 袋2 - 5 袁2 袭3 一l 表4 - l 袭4 2 袭4 3 袭4 4 袭4 - 5 袭4 - 6 寂5 - l 衷5 - 2 亵5 - 3 衰6 * l 袭6 2 袭6 - 3 袭6 - 4 袭6 5 裘7 - l 袅7 - 2 袭7 - 3 裹7 - 4 袭7 5 生耪硝纯滋罐毙鞍 硝化、反硝化过程特征e e 较 异径简填料基本物理参数 氧总转移系数测定实验数据 表格圈录 曝气方式链镶参数总结3 4 荜缓好氧滟中溶解氧癸布3 7 两级好氧池中溶解氧的沿程分布3 7 沉淀一缺飘池s s 去除效煨3 9 不同填料艨的生物量和耗氧速率测定4 2 搂毅枣致盘瀵污东静配辩4 5 模拟市政生活污水水质4 5 试验工艺参数范围，4 7 a o 单级接触氧化工艺c o d 去除效果4 7 各复应黔段瘩矮指标变化德撬4 8 两缎工艺谯不犀停留时间条件下酶c o d 去除效果，4 9 两级工艺备反应阶段水质指标变化情况，5 l 不同停醇时间条件下的n 去除效果5 2 总氮去除攀的理论菹和试验僮鲍比较5 8 模攒攘穆灏务l 痰隶承囊一6 3 反应阶段觖氧池中各个指标的变化，6 4 不同进水配比条件下的击除效果，6 5 c o d 容积负荷与混合模拟废水c o d 去除攀的关系6 5 淹台模 = 【缓东避承色度与热爱去骧率鹣关装，6 6 a 池存杭犍降解动力学参数求取实验数据7 l o 池有机物降解动力学参数求取实验数据。7 l 模型参数列表7 2 a 池氨氦隧解动力学参数墩取实验数据，7 3 o 馥氯菰海解魂力学参数求敬实验数据7 3 第l o 页热9 2 页 转挑勰 a o 生物膜系统性能与应用研究上海大学硕士学位论文 第一章前言 1 1 国内外小型污水处理工艺和装置现状 小型污水处理主要针对小水量或间歇性产生的工业废水或生活污永，所采用 的处理工艺种类繁多。生化处理方面，如：序批式活性污泥反应器【l l ( s b r ) 、曝 气生物滤池口l ( b a f ) 、接触氧化法、气提式循环反应器【3 j 、移动床反应器 4 1 、序 批式生物膜反应器【5 1 ( s b b r ) 等都有着较为广泛的应用。生态处理工艺方面，有： 人工湿地【6 】、氧化塘、蚯蚓滤床 7 1 等。后者的优势主要体现在因地制宜，集污水 处理和资源化为一体，基建及运行费用低，但是也存在占地面积大、处理效率低 下、适用水质有限等问题。相应的采用生物膜技术或序批式技术的生化处理工艺 可以有效地突破这些局限【8 j ，但投资大、运行管理相对复杂。 对目前国内外采用较多的工艺进行总结，发现存在以下几个特点和趋势： 采用生物膜技术居多。主要是因为生物膜法一般不需要回流污泥，不产生污泥膨 胀，耐冲击负荷能力强，处理效果稳定，运行中不需要密切监视，设备也较少， 因而不需要高的管理技术，容易维护，适合小型污水处理：间歇性进水工艺打 破了过去单一的连续进水模式，如现在广为应用的序批式活性污泥法( s b r ) 、 序批式生物膜法( s b b r ) 等等，在小规模、小流量、问歇产生的工业废水或是 宾馆、企事业单位、小区住户的生活污水的处理上充分体现了其灵活、高效的优 势；厌氧好氧的多级组合( a o ，a a o 工艺等) 逐步取代单一的好氧工艺。 随着排放标准越来越严格，工程上对n 、p 等污染物的处理力度大大加强。而单 级的好氧工艺显然无法实现这一目的，从而使得厌氧好氧的多级组合趋势成为必 然。另一方面，缺氧、厌氧技术在节省能耗、提高废水可生化性能等方面具有不 可比拟的优势，在很多场合具有相当的潜力；反应器向着小型、高效、适用性 强的方向发展。在工程实践中较多通过改善填料性能、曝气方式等途径来提高装 置中微生物的浓度，以达到提高处理负荷、减小装置体积的目的。如b a f 工艺 采用颗粒填料、复合反应器中投加悬浮填料、气提式循环反应器采用循环曝气、 深井曝气工艺利用高压来提高水中d o 浓度等都体现了这一特点。同时，工艺适 用范围也由生活污水扩展到各种工业废水：污水处理设施向着装置化、集成化 的方向发展。机械、管材等技术的发展有力地促进了小型污水处理装置的推广和 应用。国内越来越多的环保公司在生产和销售广泛应用于生活污水、医药废水等 方面的国标或非标产品。尤其是在广大城乡地区或是单元小区、高层建筑等地方， 这种设备有着广阔的市场；出水质量越来越高。就市政生活污水处理为例，出 水由最仞的达到排放市政管剐预处理的目的( 传统的化粪池) ，到出水达到国家 级和地方级排放标准，以及生活杂用水、景观用水、地下水回用和某些工业行业 第1 1 页共8 2 页 a o 生物膜系统性能与应用研究上海大学硕士学位论文 用水的标准。 1 1 1 传统工艺的改进和发展 在此，对目前国外较为新颖、有实际工程应用的工艺进行列举，说明反应装 置的具体运行模式、工艺参数、处理效果等。 日本对广泛采用的小型装置中使用的接触氧化池进行填料类型和曝气方式等 方面的改进。女1 1 n o r i t o s h i 等人1 9 提出的a n a e r o b i cf i l t e r c o n t a c ta e r a t i o ng a p p e i s h o r i j o h k a s o ( a f a j ) ，改为采用颗粒填料的装置对于生活污水和垃圾废物的洗涤废水 进行合并处理。尽管进水b o d ，t n 和s s 等指标的浓度都增加了倍以上，但 实际出水效果非常好，证明装置完全可以抗击这种冲击负荷。再! l f l h o z o 和 i n a m o r i ( j o 】等人将悬浮聚氨酯泡沫体多孔填料应用于小型生活污水处理装置，这种 填料具有良好孔隙率，比表面积大，可以加大反应器中的生物量，提高处理效率。 同时系统还表现出良好的c 、n 同时去除效果。还有f a z i o ，w a r o t l l l 等人对传统化 粪池增设砂滤填料，极大地改善了装置中水力分布状态和出水水质，c o d 、b o d 、 n h 。一n 、n k t 的去除效率都高于9 0 ，同时还大大降低了病原性细菌污染。由 于这种系统价格低廉，而且出水效果好，特别适用于小型别墅以及小区排水的处 理。但是也存在填料易堵塞和常需更新等问题。 mt 0 m i o s i “1 等人将s b r ： 艺应用于法国j u r a 山区的小型奶酪生产厂废水处 理，结果实现9 7 7 以上的c o d 去除率和9 98 的b o d 去除率。由于s b r 工艺 简单，易于操作管理，同时不需要额外的沉淀分离装置以及污泥回流，再加上占 地面积小、经济投资节省，所以成为2 0 0 多家奶酪生产厂家首选的理想工艺。另 外还有b e r n e t ”l 、p a n s w a d “i 等人先后报道了对传统的s b r 工艺运行模式所进行 的改进，包括采用厌氧、厌氧+ 好氧交替运行等模式对总氮、磷，以及难以生化 降解的染料等进行降解，并表现出很好的处理效果。 r i s s i n k $ 1 ：i e i k e l b o o m t ”】等人对气提式生物反应器的处理效果进行了研究。在 添加细小悬浮颗粒( 2 0 0 3 0 0u m ) 的反应器当中，溶解性和胶状有机物可以得到很 好的去除( 7 5 士5 ) 。同时实验证明，悬浮物的浓度极大地影响着系统整体的去 除效果。他们还对这种装置的整体处理效果进行了充分的研究，尤其是对于可溶 解性物质的吸附性质，证明紧凑、平滑的生物膜有利于实现这种吸附作用。在美 国南卡罗来纳州有9 家类似的小型生活污水处理厂采用这种工艺。实践表明可以 实现9 0 以上的b o d 去除效率。 m m o r p e r ”】等人报道了德国m u n i c h 地区的污水处理厂采用一种称为l i n p o r 的工艺，即在活性污泥反应池当中添加悬浮填料，也就是我们所说的复合工艺。 填料是一种轻质多孔的聚氯乙烯正方体，边长l 厘米左右。填料体积占到反应器 总体积的3 0 左右，反应器中的污泥浓度可以达到4 7 k g m 3 ，最大可以达到1 0 b 1 8k m 3 ，有机负荷实现4 0 4k g b o d m 3 d 。系统在停留时间2 4 小时的条件下， 第1 2 页共8 2 页 a o 生物膜系统性能与应用研究上海大学硕士学位论文 出水可以达到b o d l o m g l ，c o d 9 0 m g l ，可见效果很好。 目前，有很多家污水处理厂采用b i o f o r 工艺，主要是在欧洲，如北欧的挪威、 瑞典、丹麦，以及美国等地区。而且其中主要是采用上流式的进水方式，通过采 用一级、二级等工艺组合来满足去除有机物、氮、磷的不同目的。结合法国四家 污水处理厂的数据，p u j o l 报道【l7 j 当有机负荷在8 妇c o d m 3 d 以下，可以保证出 水c o d 低于1 0 0m g l 。同时数据表明，氨氮负荷在l2k g n n h 4 n m 3 d 阻下， 可以实现8 0 9 0 的硝化率。另外还有很多地方，如挪威的o s l o 和巴黎的c o l o m b e s 等地区对系统中的反硝化现象进行了研究。 1 1 2 小型生活污水处理装置 由于自然条件和经济条件等方面的原因，目前的小型生活污水处理装置的使 用主要集中在东南亚、非州等地区。 在日本，这种小型生活污水处理装置从7 0 年代开始就有较为广泛的应用。一 种被称为j o h k a s o u t ”】【”1 的小型生活污水处理装置被大量用来处理独立住宅排 放的生活黑液和灰液。工艺整体有三部分组成：厌氧区，好氧区和分离区。实际 装置在各部分的体积分配、填料选择、曝气方式的选择等方面又存在一些差别。 例如，日本的石井式家用生活污水合并处理槽，其工艺流程为：污水一沉淀池一 厌氧池一一级接触氧化池一二级接触氧化池一二沉池一消毒池。其中在生物接触 氧化池内放置废弃的无底塑料瓶做为填料，在塑料瓶外侧溶解氧充足的区域以好 氧生物膜为主、在塑料瓶内部溶解氧较为缺乏的区域以兼性和厌氧生物膜为主， 藉此具有良好的处理作用与效果。石井式处理槽的停留时间长，再加上消毒措施， 因而其出水水质十分良好。石井式处理槽在填料的选择和构造设计上都具有一定 的特点，在日本曾被作为重点推广项目。 在亚非很多地区，一体化的小型生活污水处理设备广泛应用。如马来西亚 的s a t s 型小型生化污水处理装置口0 属于一种中型的好氧生化处理设备，在构造 上由两个独立的圆罐组成：第一个圆罐是沉淀池，第二个圆罐为生化池兼有二沉 区域( 类似于合建式曝气池) ，并在末端出水管附近有一个小型消毒槽。曝气采用 电动胶膜空气泵，对于设计人口数为7 0 人的实际处理设备此空气泵的功率仅为 1 0 5 w 。本装置出水水质可达到马来西亚的a 级环保标准：b o d j 2 0 m g l ，s s 。 5 0 m g l ；非洲吉布提共和国独户住宅的生活污水处理装置【2 ”。吉布提共和国 对新建独立住宅规定必须有一套与用水人数相适应的生活污水处理设施，粪便污 水经过化粪池，生活洗涤污水经过隔油池后汇合到普通生物滤池进行生化处理， 其生化处理出水排入到渗水井( 渠) 。该处理装置可设在住宅的地下室中，对于 有一定面积绿化地或花园的私人别墅也可设在绿地或花园的下面。化粪池和隔油 池中的污物必须定期清掏。生物滤池中的滤料为天然多孔石料、粒径为5 厘米左 右，其基本构造及处理原理与普通生物滤池相同，处理系统中专设通气管以排出 第1 3 页共8 2 页 a o 生物膜系统性能与应用研究上海大学硕士学位论文 污水处理过程中产生的气体和加强生物滤池内部的供氧效果。渗水井下部为片石 砌成的滤水层；国内w s z 埋地式生活污水处理装置【2 ”。国内于8 0 年代末期 开始研究有电耗的埋地式生活污水处理技术【2 2 】【2 3 】，其中于1 9 9 4 年开发出新型 w s z 埋地式生活污水处理装置，在国内已经有较多的推广应用。这种处理装置 的工艺流程为：污水一调节池一初沉池一接触氧化池一二沉地一消毒池，其核心 处理装置是接触氧化池。污水在调节池内的停留时间为4 8 小时，其作用为调 节水量和水质：初沉池和二沉池均为竖流沉淀池，具有占地少、效果可靠的特点； 接触氧化池内设置半软性填料，污水在池内的停留时间为2 5 3 2 小时。在寒冷 地区将设备埋于冻土层以下，以保证装置的处理效果。由于好氧处理充分，故本 装置对氨氮也具有良好的处理效果；马来西亚的s s 型生活污水处理装置【2 1 1 实 质上是一种升流式厌氧过滤化粪池。其设备的内部构造类似于双层沉淀池( 殷霍 夫池) ，在该池的进水附近有一个污物收集区域( 类似于格栅，分离大块污物) ， 在池中的下层为粪便污水的沉淀池，沉淀污泥沉于池底进行厌氧消化，其上清液 向上升流到上层的厌氧过滤槽( 滤料为合成塑料填料，除起到截留s s 作用外， 还起到生物载体的作用) ，经过过滤后的污水在槽中得以进一步处理后排出，整个 设备的设计水力停留时间为2 4 小时以上。由于其也埋在地下、无需任何电耗， 所以也可称其为改进型殷霍夫池。资料报道这种处理装置其出水水质达到马来西 亚b 级环保标准要求：b o d 5 一 - n o z 一( 亚硝酸盐) n o h ( 硝酰基) 异化反硝化 图1 - 4 反硝化反应的途径 反硝化反应的影响因素包括：p h 、温度、c o d f r k n 等。 ( 3 ) 硝化、反硝化反应的区别和联系 第1 9 页茫8 2 页 a o 生物膜系统性能与应用研究上海大学硕士学位论文 溶解氧2 m g l 以上 2 “g ，l 以上 0 05 m g l 氧的消耗；氧化，i 。m ，g 。n 。h 的4 + - n 。：需要氧化。l m ，。g 。n 。o 的2 - - q n 需要摹| | i ；i 磊；i l i ；瓣 最适宜的p h 7 - 856 - 756 - 8 1 3 2 生物脱氮工艺分类总结 根据常规生物脱氮理论，污水处理系统中的单级脱氮工艺所应具有的微生物 条件就是同时存在自养型的硝化、亚硝化细菌和异养型的兼性反硝化菌。而从微 生物生存的环境来看就是系统中同时存在好氧和缺氧环境p 4 h ” 。而根据形成好 氧、缺氧的机制不同可对常规生物处理工艺进行分类总结。 1 单级脱氮工艺 ( 1 ) 空间上的宏观缺氧、好氧交替环境 这一类的脱氮工艺主要包括由曝气装置和反应器分区造成的缺氧、好氧交替 环境两类： a 曝气装置 c a r r o u s 和o r b a l 式氧化沟工艺分别采用表面曝气机和转碟作为曝气装置，这 样在沟道的不同区域( 曝气装置的上游、下游地区) 形成了宏观环境上的缺氧、 好氧交替环境。由于曝气装置的工作范围、分布位置等造成池体部分区域为缺氧 环境，这样整个池体中相继进行硝化、反硝化反应，实现良好的总氮去除效果 3 8 - 4 1 1 。 在第二代曝气生物滤池中【“。”，曝气管位于池体中部，这样在池子的下部就 形成了一个缺氧的区域，这样在采用下部进水的方式运行时进水可以先后流经缺 第2 0 页共8 2 页 a o 生物膜系统性能与应用研究上海大学硕士学位论文 氧和好氧区域，因而可以形成良好的脱氮效果。同理，在f e r m a n d e z p o l a n c e e 等 人【”1 采用中试规模的厌氧好氧流化床同时脱氮和除碳。置于流化床中部的气体 分布器将一个反应器分成两部分：分布器以下为缺氧区，主要进行反硝化作用； 分布器以上为好氧区，主要进行硝化反应和有机物的降解。通过改变气体分布器 在流化床中的高度，可以调节好氧区和厌氧区体积的大小，提高脱氮效率。s e n 等人【3 4 】则采用人工强化充氧和控制进出水流向的方式，开发了一个类似的同时硝 化和反硝化的流化床，但他们不是在流化床内使用气体分布器，而是将溶氧饱和 的废水直接从流化床的底部送入反应器，废水进入流化床后即进行硝化作用和有 机碳的氧化分解。由于进水c o d 较高，故耗氧量大，从而在床层上部形成了缺 氧区，发生反硝化作用，反硝化率高达1 0 0 ，硝化率为4 0 9 0 ，c o d 去 除率为9 0 9 7 。 b 池体分区 c a s s 法( c a s t 、c a s p ) 、u n i t a n k 法、m s b r 法、b i o l a k 工艺【4 6 】等。 这些工艺将整个装置分为若干不同的区域，形成好氧、缺氧等不同的环境，整体 表现为推流状态，各个反应区则以完全混合的方式同步炭化和硝化一反硝化。由 于各个区域体积小、污泥浓度高，可以发挥生物选择器的作用，强化微生物种类， 提高系统脱氮效果。 ( 2 ) 空间上的微观缺氯、好氧交替环境 这类工艺主要是生物膜法工艺，如在高负荷生物滤池、生物转盘等工艺中， 在宏观上整体处于好氧状态，但微观上存在缺氧环境，所以实现了较好的总氮去 除效果， 硝化菌的世代时间长，比增殖速度较小，如亚硝化单胞菌属f n i t r o s o m o n a s l 和硝化杆菌属m i t r o b a t e r ) 的比增殖速度分别为0 2 1 和1 2 d 4 3 ”，在一般生物固 体平均停留时间较短的活性污泥处理系统中，这类细菌难以占优势。但是在生物 膜处理法中，生物固体的平均停留时间与污水的停留时间无关，使硝化菌和亚硝 化菌能得以繁殖。因此，生物膜处理法的各种处理工艺都具有一定的硝化功能。 再加上，生物膜的内外层分布特点，一般认为系统中存在缺氧或者是微氧的微观 环境。由于生物膜在填料表面的不同生长位置、溶解氧供应状况等原因使得微生 物在不同厚度处出现不同的种类，缺氧、厌氧的微观环境适合反硝化细菌等的生 长。 现在有越来越多的研究将重点转移到悬浮活性污泥和附着生物膜共存系统 方面，通过在活性污泥曝气池中投加传统的组合填料、合成纤维填料、新型多孔 悬浮填料等形成复合系统，具有很多优点：加大系统中的生物量，提高污泥浓 度；生物膜内部的缺氧环境可以抑制溶液中丝状微生物的生长：生物膜内部 第2 1 页共8 2 页 a o 生物膜系统性能与应用研究上海大学硕士学位论文 的缺氧微观环境有利于反硝化细菌等的生长；硝化细菌优先附着生长在载体 上，致使硝化作用与悬浮相生物的固体停留时间( s r t ) 无关。更加提高了系统的 适应性。这类型的工艺包括：复合系统4 ”9 1 、气提式反应系统5 0 】、移动床系统 酬等等。 ( 3 ) 时间上的缺氧、好氧交替环境 最典型的是s b r 工艺，通过控制曝气时间、曝气强度以及搅拌时间等措施【”】， 可以根据需要创造好氧和缺氧环境。一方面，s b r 的泥水分离和不彻底排水的措 施有利于硝化菌和反硝化菌这两种繁殖较慢的细菌的富集和繁殖：另一方面，采 用好氧一厌氧交替的方式5 3 。”，可以使污泥中同时存在硝化菌和反硝化菌，硝化 反应和反硝化反应交替进行，使反硝化过程中产生的碱度补偿硝化过程中消耗的 碱度，节省运行费用。再加上系统的自动化控制，可以根据水质的要求采用灵活 的运行方式，满足出水要求。 另外，序批式生物膜法( s b b r ) 、c a s s 法( c a s t 、c a s p ) 、u n i t a n k 法、 m s b r 等工艺的脱氮机理也和这种序批式操作方式密不可分。 ( 4 ) 长泥龄工艺条件 较长的泥龄有利于世代周期较长的硝化细菌的生长。以类似延时曝气工艺运 行的氧化沟工艺为代表，由于水力停留时间与泥龄都很长，活性污泥中硝化细菌 所占的比例很高，有利于脱氮反应的进行。 f 5 ) 微生物菌种的强化 现在很多研究采用硝化菌、反硝化菌的直接包埋技