（环境工程专业论文）双泥sbrbaf复合工艺的特性和处理效能研究.pdf

双泥s b r b a f 复合工艺的特性和处理效能研究 双泥s b r b a f 复合工艺的特性和处理效能研究 摘要 随着水体污染不断加剧，“富营养化”问题日益突出，与此同时，严重的水资 源短缺状况要求污水处理后回用。长期以来，在污水处理工程中应用的悬浮污泥 和附着污泥工艺各自具有不可克服的缺陷，处理水质也难以达到回用水标准。在 此背景下，通过对现有污水生物脱氮除磷理论及工艺进行详细分析，结合悬浮污 泥和附着污泥工艺各自的特性，开发了“双泥s b r b a f 复合工艺”，以期能为现 有污水处理厂的技术改造及新建污水处理厂的优化设计提供新思路和技术支持。 为考察s b r b a f 工艺的运行特性和处理效能，本课题以人工模拟的高浓度 城市生活污水为研究对象，结合模型试验和批式试验，对工艺去除污染物的机理 进行了初步探讨和分析，考察了进水条件、工艺参数对运行效果的影响，并采用 在线检测手段，就应用e c 、o r p 、d o 、p h 等水化学参数揭示脱氮除磷过程中 的变化规律进行了探讨。 首先采用接种城市污水处理厂悬浮污泥的方法对s b r b a f 系统进行启动。 s b r b a f 工艺为双污泥系统，聚磷菌呈悬浮污泥生长于s b r 反应器，硝化菌和 反硝化茵呈附着污泥生长于b a f 反应器。根据p a o s ( p h o s p h a t ea c c u m u l a t i n g o r g a n i s m s ) 和硝化菌在泥龄上的差异，采用8 d 的泥龄，在s b r 反应器中逐步将 硝化菌淘洗出去。经过2 1 天的培养驯化，完成了s b r b a f 系统的启动，此时 n h 4 + - n 、t n 、t p 去除率分别达到8 3 、 7 1 、8 0 。 继而对s b r b a f 系统的工艺运行条件和工艺参数进行了优化，分析了 s b r b a f 工艺的特性和机理。通过分析s b r 反应器同一周期内水质连续监测结 果和在线测量的e c 、o r p 、d o 、p h 值等水化学参数，结果表明：e c 数值变化 与生物除磷过程中p 0 4 3 - 浓度变化具有很好的一致性；在反应器内尚存在硝化反 硝化反应时，p h 值在好氧段和缺氧段的峰值分别是硝化反应开始和反硝化结束 的标志；o r p 数值在厌氧释磷结束后趋于稳定，但在好氧段没有清晰的的特征 点。根据这些结果，将厌氧反应时间和好氧反应时间分别调整为6 0 m i n 、1 5 0 m i n 。 此后分别研究了碳源类型及浓度、p h 值、s r t 对除磷效果的影响，结果表明： 乙酸钠对厌氧释磷的诱导能力高于葡萄糖，但两者对系统最终除磷效果的影响作 用无明显区别；生物除磷过程c o d t p 应在3 0 以上；对生物除磷过程最适宜的 双泥s b r b a f 复合工艺的特性和处理效能研究 p h 范围是7 0 7 5 ；对于以除磷为目的的生物处理系统，污泥龄应控制在8 1 0 天。 b a f 反应器连续流试验结果表明：最佳气水比为4 ：1 ，硝化类型以短程硝 化为主，n 0 2 - n 占到n o x - n 的7 2 ；综合考虑对t n 的去除率和动力消耗，最 佳回流比为2 0 0 ：最佳缺氧好氧容积比为3 ：5 ；由于短程反硝化较全程反硝 化碳源需求量低，在b a f 反应器进水n h 4 + n4 0 m g c t , 左右的情况下，乙酸钠投 加量为8 0 m g l ( 以c o d 计) ；设定水头损失达到6 c m 时进行反冲洗，随水温不 同，反冲洗周期为1 7 - 2 0 d ，产水率为9 8 7 。 最后，以上述最佳运行参数控制s b r b a f 系统运行，长期运行结果表明： 系统中悬浮污泥的絮凝、沉降性能良好，s v 值为2 2 3 0 ，s v i 值为5 8 8 0 ，不再 有污泥膨胀之虞，而且可以对剩余污泥进行重力浓缩，浓缩后污泥浓度可以达到 3 - - - 4 ；短程硝化和反硝化使得系统可以维持碱度平衡，无需额外补充碱度；系 统在高负荷( s b r 反应器c o d 负荷为2 0 8 k g c o d k g m l s s d ，t p 负荷为 4 1 6 8 9 t p k g m l s s d ，b a f 反应器n h 4 + - n 负荷为1 1 6 k g n i - h + - n m 3 d ) 、低水力 停留时间( s b r 反应器9 h ，b a f 反应器l h ，总计1 0 h ，约为同步脱氮除磷悬浮 污泥工艺的一半) 下稳定高效运行，对c o d ( 不计b a f 加入的外碳源) 、t p 、 n h 4 + - n 、t n 的平均去除率为9 6 、9 8 、9 3 、8 4 ，出水c o d 、t p 、n h 4 + - n 、 t n 、s s 的平均浓度为2 0 m g l 、0 2 3m g l 、3 2 4m e c l 、7 6 8m e c l 、5m e c l ，各 项水质指标均达到城镇污水处理厂污染物排放标准( g b18 9 18 2 0 0 2 ) 一级标 准的a 标准的要求。 关键词：双泥系统；s b r b a f 复合工艺；短程反硝化；除磷脱氮；污泥沉 降性能 双泥s b r b a f 复合工艺的特性和处理效能研究 s t u d yo nc h a r a c t e r i s t i c sa n dr e m o v a le f f i c i e n c yo ft w o s l u d g e s b r b a fh y b r i dp r o c e s s a b s t r a c t w i t ht h ed e t e r i o r a t i o na n de u t r o p h i c a t i o no fw a t e re n v i r o n m e n t ，i ti se s s e n t i a lt o t r e a ta n dr e u s et h em u n i c i p a lw a s t e w a t e rd u et ot h ei n c r e a s i n g l ys e v e r ew a t e rr e s o u r c e s h o r t a g ei nc h i n a t h e r ea r es e v e r a ll i m i t a t i o n s 、析t l lt h es u s p e n d e dg r o w t ha n d a t t a c h e dg r o w t hs i n g l e s l u d g es y s t e mr e s p e c t i v e l y m o r e o v e r , t h ee f f l u e n tq u a l i t y c a r l tm e e tt h ew a s t e w a t e rr e u s es t a n d a r db ym e a n so fg r a v i t ys e d i m e n t a t i o ni n s u s p e n d e dg r o w t hs l u d g es y s t e m u n d e rt h i sb a c k g r o u n d , a ni n n o v a t i v et w o - s l u d g e s b r - b a fp r o c e s s ，c o m b i n i n gt h e a d v a n t a g e so fs u s p e n d e dg r o w t ha n da t t a c h e d g r o w t hp r o c e s s ，w a sd e v e l o p e dt op r o v i d en e w b r a i n s t o r mf o r t h eu p g r a d eo fb u i l t u p w w t p s ( w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ) a n dt h ed e s i g no fn e ww w t p s i no r d e rt oi n v e s t i g a t et h eo p e r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dr e m o v a le f f i c i e n c yo ft h e s b r b a fp r o c e s s ，as e r i e so fb e n c h s c a l ea n db a t c he x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u t 诵t l ls 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 硒i n f l u e n t t h em e c h a n i s mo fp h o s p h o r u sa n d n i t r o g e nr e m o v a l w a se x p l o r e d m e a n w h i l e ，t h e o p e r a t i o n a n dm a i n t e n a n c e p a r a m e t e r sw e r eo p t i m i z e db ya n a l y z i n gt h ew a s t e w a t e rs a m p l eq u a l i t ya n do n l i n e h y d r o c h e m i c a lr e a d i n g ss u c ha se c ( e l e c t r i cc o n d u c t i v i t y ) ，o r p ( o x i d a t i o nr e d u c t i o n p o t e n t i a l ) ，d o ( d i s s o l v e do x y g e n ) ，a n dp hv a l u e f i r s t l y , t h es b r - b a fs y s t e mw a ss t a r tu pb ys e e d i n gs l u d g ef r o mam u n i c i p a l w w 记t h es b r b a fs y s t e mc o n s i s t so fa l la n a e r o b i c a e r o b i cs b r ( s e q u e n c i n g b a t c hr e a c t o r ) a n da na n o x i c a e r o b i cb a f ( b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ) t h en i t r o b a c t e r i a w e r ee l u t r i a t e df r o mp a o s ( p h o s p h a t ea c c u m u l a t i n go r g a n i s m s ) a n dp r o l i f e r a t e d w i t h i nt h eb a fb e c a u s eo ft h es h o r t8d a y s s r t ( s l u d g er e t e n t i o nt i m e ) o fs b r o n t h e21s td a y , t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fn h 4 + - n ，t n ，a n dt pi n c r e a s e dt o8 3 ，71 ， a n d8 0 r e s p e c t i v e l y , w h i c hm e a n tt h ea c c o m p l i s h m e n to fs l u d g ec u l t i v a t i o na n d a c c l i m a t i o n s e c o n d l y , t h es b r b a fs y s t e m w a so p t i m i z e d t h ec h a r a c t e r i s t i c sa n d m e c h a n i s mo ft h es b r - b a f p r o c e s sw e r ed i s c u s s e d i i i 双泥s b r b a f 复合工艺的特性和处理效能研究 t h er e s u l t so fb a t c he x p e r i m e n t ss h o wt h a t ：t h ev a r i a t i o no fe ca n dp 0 4 3 。i s i d e n t i c a l ；t h ep e a kv a l u e so fp hi na e r o b i ca n da n a e r o b i cs t a g ei n d i c a t et h ee n do f n i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o nr e s p e c t i v e l y ；o r pr e m a i n sc o n s t a n ta f t e rp h o s p h a t e h a v i n gb e e nr e l e a s e df r o mp a o s b a s e do nt h e s er e s u l t s ，t h ea n a e r o b i cd u r a t i o nw a s s h o r t e n e dt o6 0m i n u t e s ，s od i dt h ea e r o b i cd u r a t i o nt o15 0m i n u t e s t h ep - r e l e a s e r a t ei ss m a l l e rw h e nu s i n gt h eg l u c o s ea sc a r b o ns o u r c et h a nu s i n ga c e t a t e ，h o w e v e r , t h e r e sn od i f f e r e n c ea sf o rt h ef i n a lt pr e m o v a le f f i c i e n c y o t h e ro p t i m a lo p e r a t i o n p a r a m e t e r so fs b ra r ea sf l o w s ：t h ei n f l u e n tc o d t pr a t i om o r et h a n3 0 ；t h ep h v a l u er a n g i n gf r o m7 0t o7 5 ；t h es r t r a n g i n gf r o m8d a y st o10d a y s t h er e s u l t so fc o n t i n u o u se x p e r i m e n t sw i t hb a fs h o wt h a t ：t h es h o r tn i t r i f i c a t i o n o c c u r sw h e nt h eq a i r q i n f l u e n tr a t i oi s4 ：1w i t l ln 0 2 - na c c o u n t i n gf o r7 2 o fn o x - - n ； t h es u i t a b l er e c i r c u l a t i o nr a t ei s2 0 0 ；t h er a t i oo fe x t e r n a la c e t a t ed o s e ( a sc o d ) t o m t - 1 4 + - nc o n c e n t r a t i o ni s 2 ：1a t t r i b u t i n gt ot h es h o r tn i t r i f i c a t i o n ；b a fn e e d sb e i n g b a c k w a s h e dw h e nt h eh e a d l o s si n c r e a s e st o6c me v e r y17 2 0d a y s ；i nt h ew a t e rr e u s e c o n t e x t , 9 8 7 w a t e ry i e l dc a r lb eo b t a i n e d l a s t l y , t h el o n g - t e r mo p e r a t i o no fs b r - b a fs y s t e mi n d i c a t e si tc a l lt r e a tt h e w a s t e w a t e re f f i c i e n t l y t h es l u d g es e t t l i n gc h a r a c t e r i s t i ci ss a t i s f y i n gw i t hs vv a r y i n g f r o m2 2t o3 0a n ds v iv a r y i n gf r o m5 8t o8 0 m v g t h es l u d g eb u l k i n gp r o b l e mh a s b e e na v o i d e ds u c c e s s f u l l y t h ee x c e s ss l u d g ec a l lb et h i c k e n e dt o3 0 0 - 4 ( a ss o l i d m a s sp r o p o r t i o n ) t h ea l k a l i n i t yr e m a i n se q u i l i b r i o u sb e t w e e nt h en 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 ni ns b r - b a fs y s t e m t h ec o da n dt pl o a d i n go fs b ra r e 2 0 8 k g c o d k g m l s s da n d4 1 6 8 9 t p k g m l s s d ，r e s p e c t i v e l y t h en h 4 十- nl o a d i n g o fb a fi s1 16 k g n h 4 + - n m 3 d t h et o t a lh r t ( h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ) i sa b o u t10 h o u r sw h i c hi s o n l ya b o u th a l fo fs u s p e n d e dg r o w t hp r o c e s s f o rs i m u l t a n e o u s p h o s p h o r o u sa n dn i t r o g e nr e m o v a l u n d e rt h ea b o v em e n t i o n e dh i 【g hl o a d i n g sa n d s h o r th r t , t h em e a nr e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d ，t p , n h 4 + - n ，t ni s9 6 ，9 8 ，9 3 ， a n d8 4 ，r e s p e c t i v e l y t h em e a ne f f l u e n tc o n c e n t r a t i o no fc o d ，t p , n h 4 + - n ，t n ，s s i s2 0 m g l ，0 2 3m g l ，3 2 4m g l ，7 6 8m g l ，5m g lr e s p e c t i v e l y , w h i c hm e a n s e v e r yi n d e xc a nm e e tt h ef i r s tc l a s s ( a ) o fd i s c h a r g es t a n d a r d o fp o l l u t a n t sf o r m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t i v 双泥s b r b a f 复合工艺的特性和处理效能研究 k e y w o r d s ：t w o - s l u d g es y s t e m ， n i w i f i c a t i o n d i n i t r i f i c a t i o n ，p h o s p h o r o u s c h a r a c t e r i s t i c v s b r b a f h y b r i dp r o c e s s ， s h o r t a n d n i t r o g e nr e m o v a l ，s l u d g e s e t t l i n g 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 洼；翅没直墓他需要挂别直明的：奎拦互窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：浙延踅 签字日期：z o f ) i 年6 月叶日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将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、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后 适用本授权书 学位论文作者签名：诲沿诺 导师签字： i _ 、坦 l 却诧 i 签字日期：2 d 湃年月l 斗e t签字日期：砂吨年6 月f 乒日 双泥s b r b a f 复合工艺的特性和处理效能研究 1 绪论 1 1 课题背景 水是人类环境的主要组成部分，更是生命的基本要素，人类及一切生物赖以 ，； 生存的必不可少的重要物质，同时也是工农业生产、经济发展和环境改善不可替 代的极为宝贵的自然资源。随着人口增加、工业化和城市化步伐的加快，用水量 急剧增加，污水排放量也相应增加，加剧了水环境的污染和水资源的短缺，很多 地区出现的水荒已经造成了对经济发展的限制和人们生活的影响。1 9 9 7 年6 月， 在纽约召开的联合国第二次全球环境首脑会议首次提出了水资源的问题，并警 告：“地区性的水危机可能预示着全球性危机的到来”【l 】。 目前，我国的c o d 排放量己居世界第一，使流经城市的河段9 0 受到严重 污染；7 5 的湖泊出现富营养化。全国尚有3 6 亿农村人口喝不上符合标准的饮 用水。2 0 0 5 年，全国工业和城镇生活废水排放总量为5 2 4 5 亿吨，其中工业废水 排放量2 4 3 1 亿吨，城镇生活污水排放量2 8 1 4 亿吨，比2 0 0 4 年都有不同程度增 加。在主要淡水水系中，珠江、长江水质较好，辽河、淮河、黄河、松花江水质 较差，海河污染严重；近岸海域海水水质有所改善，但东海、渤海污染较重；国 家重点治理的太湖、滇池和巢湖水质均为劣v 类，污染严重，主要污染指标为总 氮和总磷，按富营养化评价分析，太湖为轻度富营养，巢湖为中度富营养，滇池 为重度富营养【2 1 。2 0 0 6 年主要污染物排放总量不降反升，水环境污染的总体状况 是地表水污染普遍，特别是流经城市的河段有机污染较重，湖泊富营养化问题突 出，地下水受到点状或面状污染【3 1 。 我国是一个水资源短缺的国家，人口众多，水资源并不丰富，人均水资源占 有量为2 5 0 0 m 3 , 仅为世界人均的1 4 ，居世界第1 1 0 位，被联合国列为世界1 3 个 人均水资源贫乏国家之一，而且有限的淡水资源在时空分布上不均匀。然而，由 于我国目前大多数污水处理设施落后，污水处理率低，导致水环境污染状况严重， 造成“水质型”缺水，水资源短缺和水体污染的问题更加突出，进一步加剧了水资 源的供需矛盾，已经成为我国可持续发展的重要制约因素1 4 j 。 针对我国目前存在的水资源供需矛盾的问题，在满足循环经济的基础上，采 双泥s b r b a f 复合工艺的特性和处理效能研究 用先进和高效的污水处理工艺将污水进行净化处理后，进行直接或间接的回用， 使之成为城市水资源的一个组成部分，不仅可以防止水污染而且可以实现水资源 的循环利用，实现水的良性循环和水资源的可持续利用，是缓减水危机的重要途 径【5 1 。 在目前的水处理工艺中，生物处理法是一种经济、高效的污水处理方法，在 世界各国广泛地应用。按照水质净化对象的演变，生物处理方法经历了三个发展 阶段。在污水处理技术发展的初期，人们认识到有机污染物排入水体中消耗溶解 氧对环境生态的危害，从而把生物化学需氧量( b o d ) 和悬浮固体( s s ) 的去 除作为污水处理的主要水质指标。到上世纪6 0 年代和7 0 年代，随着常规二级生 物处理技术在工业化国家的普及，人们发现仅仅去除b o d 和s s 的不足，氨氮 的存在依然导致水体的黑臭和溶解氧浓度过低，这一问题的出现使常规二级生物 处理技术从单纯的有机物去除发展到有机物和氨氮的联合去除，即污水的硝化处 理。到上世纪7 0 年代和8 0 年代，由于水体富营养化问题的日益严重，越来越多 的国家和地区制定了严格的污水氮、磷排放标准，氮、磷的考核内容也由单一的 氨氮和磷酸盐发展到总氮和总磷【6 1 。 建国以来，我国针对城市污水的排放标准也经历了污水综合排放标准 ( g b 8 9 7 8 1 9 8 8 ) t 7 】、污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 【8 】和城镇污水处理 厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 1t 9 z 个阶段。表1 1 是三个排放标准中主要 污染指标的变化情况，从中可以看出现行的城镇污水处理厂污染物排放标准 ( g b1 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 一级标准的a 标准( 城镇污水处理厂出水作为回用水的基本 要求) 要求t p 小于lm g l ，氨氮小于5 m g l ，总氮小于1 5 m g l 。由此可见，我 国对污水排放中的氮和磷都有着严格的排放标准，无论是新建污水厂还是已有污 水厂都应该满足污水深度脱氮除磷的要求。 上述污水处理技术的发展历程决定了进入营养盐去除( b i o l o g i c a ln u t r i m e n t r e m o v a l ，b n r ) 阶段后，在实际污水处理工程中应用最广泛的单污泥的悬浮污 泥处理工艺中，力图应用各种微生物组成的生态系统在不同的反应条件下，达到 去除有机物和营养盐的目的。但是，由于功能不同的微生物在同一系统中混合生 长，尤其是世代周期长的自养硝化菌与异养菌的混合生长，不可避免地存在着硝 化菌与聚磷菌之间泥龄的矛盾、反硝化与释磷过程对碳源的竞争，以及回流污泥 双泥s b r b a f 复合工艺的特性和处理效能研究 中硝酸盐成分对厌氧区释磷的影响等系统本身固有的缺陷，使系统往往很难达到 同步高效除磷和脱氮的效果【1 0 】。 ， 表1 - 1 我国国家标准中对城镇污水处理厂出水主要污染物控制指标变化情况( m g l ) 【7 卅 t a b l e1 - ! c h a n g eo fm a i np o l l u t a n t sd i s c h a r g es t a n d a r do fw w t p si nc h i n a ( r a g l ) 【7 曲1 g b 8 9 7 8 1 9 8 8g b 8 9 7 8 19 9 6 g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 污染物 一级 二级 三级 一级二级三级一级标准二级三级 指标 标准标准标准标准标准标准 ab标准标准 c o d b o d 5 s s 总氮 氨氮 磷酸盐 动植物油 石油类 l a s 粪大肠菌群 数( 个l ) 5 06 01 0 0 1 02 03 0 1 0 2 03 0 1 5 2 0 - 5 ( 8 ) 8 ( 1 5 )2 5 ( 3 0 ) - 1 【0 5 】1 5 1 1 】 3 1 0 0135 3 0135 2 0o 512 1 0 31 0 41 0 4 注：下列情况按去除率指标执行：当进水c o d 大于3 5 0 m g l 时，其去除率应大于 6 0 ：当进水b o d 大于1 6 0 m g l 时，其去除率应大于5 0 。 括号( ) 外数值为水温 1 2 c 时的控制指标，括号( ) 内为水温冬1 2 时的控制指标。 括号口外数值为2 0 0 5 年1 2 月3 1 日前建设的控制指标，括号 】内为2 0 0 6 年1 月1 日起 建设的控制指标。 g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 中磷酸盐控制指标以总磷计，包含出水悬浮物中磷。 为了缓解上述矛盾，各国水处理研究者在工艺改进做过很多努力，来解决 硝化菌与聚磷菌之间的泥龄、碳源矛盾，避免或减少硝酸盐成分进入厌氧区。但 由于进水水质、水量的变化，以及水质分析手段的限制，难以迅速采取必要的调 控措施，仍然无法解决好硝化菌与聚磷菌之间的碳源矛盾；泥龄矛盾更是微生物 混合生长系统固有的矛盾，靠系统本身无法有效解决【1 1 13 1 。然而，这些具有脱氮 3 卯 卯 5 加 ” 5 如 如 药 ， 加 m m 加 加 坫 吣 加 m 5 0 0 o 0 ， ， 姗 姗 伽 啪 如 加 啪 印 瑚 巧 。 加 m m m 如 乏 ：2 吣 加 m 5 双泥s b r b a f 复合t 艺的特性和处理效能研究 功能的悬浮污泥b n r 工艺，仍然避免不了传统活性污泥法工艺中普遍存在的污 泥膨胀和生物浮沫问题；只有除磷功能的悬浮污泥b n r7 - - 艺，污泥沉降性能良 好【1 4 18 】。即使污泥降性能良好，采用沉淀方式进行固液分离的悬浮污泥处理工 艺出水水质也达不到回用水水质标准。 曝气生物滤池( b i o l o g i c a la e r a t e df i l e r , b a f ) 为附着污泥工艺的一种，其充 分借鉴了污水处理接触氧化法和给水快速滤池的设计思路，集曝气、高滤速、截 留悬浮物、定期反冲洗于一体，2 0 世纪8 0 年代基本成型，首先在法国使用成功 后，由于不存在污泥膨胀问题，占地面积小，出水水质可达到回用标准等优点， 随后在欧洲、美洲、日本等地得到了推广应用，成为污水处理领域的又一研究热 点。同时，传统b a f 由于其自身结构特点，也存在不能生物除磷，对进水s s 、 b o d 要求苛刻等缺点【1 9 , 2 0 】。 综上所述，为改善我国的水环境，保护水资源，在学习国外成功和先进经验 的同时，应汲取国内外的失败教训，并结合我国的实际情况，研究开发简易、高 效、节能并适合于我国国情的污水处理技术、设备和工艺，在污水处理的同时实 现污水的无害化和资源化，实现水的良性循环和水资源的可持续利用。 针对上述悬浮污泥和附着污泥工艺各自存在的弊端，本课题将这两种生物处 理工艺结合起来，构成双泥s b r b a f 复合工艺：悬浮污泥系统采用厌氧好氧 s b r 反应器( a n a e r o b i c a e r o b i cs b r ，a 2 s b r ) ，功能在于降低有机物和除磷；附 着污泥系统采用b a f 反应器，包括缺氧区和好氧区，功能在于去除t n 。 1 2 传统的污水生物除磷脱氮技术概述 1 2 1 生物除磷理论 微生物正常生长时，活性污泥中磷的含量一般仅为干重的1 5 2 3 ，通过 剩余活性污泥的排放仅能获得1 0 0 , - - 3 0 的除磷效果，但在污水处理厂的运行中， 常常会观察到更高的磷的去除率，这就是活性污泥的生物超量除磷现象，污水生 物除磷技术的发展正是源于生物超量除磷现象的发现【2 。 1 2 1 1 生物除磷机理 到目前为止，国际普遍认可和接受的生物除磷理论是聚磷菌( p o l y p h o s p h a t e 4 双泥s b r b a f 复合工艺的特性和处理效能研究 a c c u m u l a t i o no r g a n i s m s ，p a o s ) 的释摄磷原理。在厌氧好氧交替运行条件- i c 司i l 化 出p a o s 一类的微生物，它能够过量的，在数量上超过其生理需要的，从外部环 境中摄取磷，并将磷以聚合磷的形式贮存在体内，形成高磷污泥，排出系统外， 达到从废水中除磷的效果【6 2 2 2 9 1 。生物除磷过程通常包括厌氧释磷和好氧吸磷两 个过程，其代谢模式如图1 1 所示【3 0 】。 厌氧环境：放霹t 贮壤好( 皖) 氧环j 姒耗璇、摄鼹 图1 1 生物除磷作用机理示意图 f i g 1 - 1s c h e m a t i cd i a g r a mo fb i o l o g i c a lp h o s p h o r u sr e m o v a l 厌氧释磷：在厌氧条件下，聚磷菌水解体内的a t p ，形成a d p 和能量，同 时将胞内多聚磷酸盐( p o l y p ) 分解，以无机磷酸盐( p 0 4 3 ) 的形式释放出去。 另一方面，聚磷菌利用糖原发酵产物( n a d h 2 ) 和能量摄取废水中的有机物来 合成大量的有机颗粒p h b ，贮存在细胞体内。此时表现的是磷的释放，其反应 方程式可以表示为： a t p + h 2 0 - a d p + h 3 p 0 4 + 能量( 1 1 ) 好氧吸磷：在好氧条件下，聚磷菌利用氧化分解体内储存的p h b 而产生的 能量完成繁殖代谢作用，而a d p 获得这个能量，可用来合成了a t p ；同时，聚 磷菌超量吸收混合液中的磷酸盐来合成p o l y p 及糖原等有机颗粒，储存在细胞 体内，此时反映出的是磷的吸收，其反应方程式可以表示为： a d p + h 3 p 0 4 + 能量一a t p + h 2 0 ( 1 - 2 ) 通过排放好氧过程中产生的剩余( 富磷) 活性污泥，将磷从系统中去除。 1 2 1 2 生物除磷的影响因素 ( 1 ) 溶解氧 首先必须在厌氧段中控制严格的厌氧条件。一般厌氧段的d o 应严格控制在 0 2 m g l 以下，而好氧段的d o 控制在2 0 m g l 左右【2 5 】。 双泥s b r b a f 复合工艺的特性和处理效能研究 ( 2 ) 进水b o d 负荷和有机物性质 根据生物除磷原理，易降解的有机物诱导释磷能力强。所以，进水中是否有 足够适宜的有机基质提供给p a o s 合成p h b ，是关系到p o a s 在厌氧条件下能否 顺利生存的重要因素。一般认为，当进水b o d s t p = 2 0 时，出水t p 可达到l m g l 以下【2 5 1 。 ( 3 ) 厌氧区的n o x - n 污水中溶解性b o d 含量及发酵产酸菌的发酵产酸作用是决定其它p o a s 能 否正常发挥其功能的重要因素。如果厌氧区存在硝酸盐成分，一者会被在除磷过 程中担负发酵产酸作用的气单胞菌利用作为电子受体进行反硝化，抑制其对溶解 性b o d 的发酵产酸作用；二者反硝化菌会与p o a s 竞争污水中有限的溶解性 b o d ( 特别是v f a s ) 并优先于p o a s 以这些有机物为电子供体进行反硝化。结 果使p o a s 无法得到足够v f a s ，从而抑制其释磷及对厌氧产物p h b 的合成能力， 使系统除磷效果下降，甚至遭到破坏【2 9 3 1 1 。为保证厌氧区的高效释磷，一般应将 n 0 3 - n 浓度控制在0 2 m g l 以下【2 9 】。s a i t o 等人的研究表明，n 0 2 - n 的积累会严 重影响p a o s 的呼吸速率和吸磷效率，浓度超过0 4 m g n g v s s 即完全抑制好氧 吸磷【3 2 1 。 ( 4 ) 污泥龄 生物除磷系统的本质是排除富磷剩余污泥，因此剩余污泥量的多少直接决定 系统的除磷效果。通常认为污泥龄越长，污泥的活性就越低，污泥的产率也越低， 相应的污泥中的含磷量就越少，而去除单位重量磷所需要的b o d 就会越多。所 以，仅以除磷为目的的生物污水处里系统宜采用较短的污泥龄，一般为3 5 7 d 2 9 。 ( 5 ) 出水悬浮固体浓度( s s ) 生物除磷系统活性污泥中磷的含量可达干重的5 7 ，甚至高达1 0 以上， 因此系统处理出水的s s 浓度对其运行效果的影响很大【6 ，3 3 1 。假如生物除磷系统 富磷污泥中磷的含量为6 ，出水溶解磷的含量为0 2 m g l ，要达到国家城镇 污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 中的中的一级a 标准( 回用水标 准，t p 郢5 m g l ) ，则必须控制沉淀出水的s s 5 m g l ，这在采用沉淀分离方式 的系统中是很难达到的。 ( 6 ) 温度 6 双泥s b r b a f 复合工艺的特性和处理效能研究 p o a s 的除磷能力受温度影响不大，生物除磷工艺在高低温条件下( 5 3 0 ) 都能成功的运行，但p o a s 在厌氧条件下的比释磷率随着温度的升高而提高，所 以低温运行时厌氧区的停留时间要更长一些【6 1 。 ( 7 ) p h 值 试验表明，生物除磷的适宜p h 值大致范围是6 5 8 0 ，当p h 值低于6 5 时 生物除磷的效果会大大降低f 6 】。 1 2 2 生物脱氮理论 1 2 2 1 硝化过程 硝化过程( n i t r i f i c a t i o n ) 是将氨氮转化为硝酸盐氮的生物反应过程。硝化 过程是由一群化能自养型好氧微生物在好氧条件下完成的，它包括两个基本反应 阶段：第一阶段是由亚硝酸菌( n i t r o s m o n a s ) 将氨氮氧化为亚硝酸盐( n 0 2 ) ， 称为亚硝化反应；第二阶段则由硝酸菌( n i t r o b a c t e r ) 将亚硝酸盐进一步氧化为 硝酸盐( n 0 3 ) ，称为硝化反应【6 ，2 5 捌。亚硝化和硝化反应的反应式如下【6 】： 5 5 n h ：+ 7 6 0 2 + 1 0 9 h c o ；坞 5 4 n o ；+ 5 7 h 2 0 + 1 0 4 h 2 c 0 3 + c 5 h 7 0 2 n ( 1 3 ) f 生物细胞) 4 0 0 n o ；+ n h ：+ 4 h 2 c 0 3 + h c o + 1 9 5 0 2 吗 4 0 0 n o ；+ 3 h 2 0 + c 5 h 7 02 n( 1 - 4 ) ( 生物细胞) 将上两式合并得到硝化的总反应式为： n h ：+ i 8 6 0 2 + 1 9 8 2 h c o ；鸟 0 9 8 2 n o ；+ 1 0 4 4 h 2 0 + 1 8 8 1 h 2 c 0 3 + o 0 2 1 c 5 h 7 0 2 n( 1 - 5 ) ( 生物细胞) 硝化过程要消耗碱度，由式( 1 5 ) 可得，其数值为7 1 4 9 c a c 0 3 g n h 4 + - n 。 1 2 2 2 反硝化过程 反硝化过程( d e n i t r i f i c a t i o n ) 是由一群异养型兼性微生物对硝酸盐进行还原 的生物反应过程。该过程分为同化还原( 合成代谢) 和异化还原( 分解代谢) 两 种形式。同化还原是将n 0 2 - 和n 0 3 - 还原成n h 3 - 1 4 ，供新细胞合成之用，氮成为 细胞质的成分；异化还原是在缺氧( 无分子氧存在) 的条件下，n 0 2 和n 0 3 被 还原成n o 、n 2 0 和n 2 等气态物，主要是n 2 的反应过程。异化还原去除的氮约 7 双泥s b r b a f 复合工艺的特性和处理效能研究 占氮总去除量的7 0 7 5 ，是反硝化的主要过程t 6 , 2 5 ，2 9 】。当反硝化菌以甲醇为反 硝化碳源时的反应式如下【6 】： n o ；- 1 - 1 0 8 c h 3 0 h4 - 0 2 4 h2 c o3 骂 0 4 7 n 2 个+ 1 6 8 h 2 0 + h c o ；+ 0 0 4 c 5 h 7 0 2 n( 1 - 6 ) ( 生物