（环境工程专业论文）新型一体式ao反应器处理模拟农村生活污水运行特性研究.pdf

原创性声明 j i i i l l lluli iii j i ii il l l l 0 y 210 2 0 0 7 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，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，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者： 吼叫印影呵 学位论文使用授权声明 本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。 根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州 大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学 位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑 州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。 学位论文作者： 日期： 伊，卞岁渊 摘要 摘要 近年来，随着生活水平的提高，沙颍河流域内农村生活用水量日益增大， 造成该流域农村生活污水大量增加，在新农村、生态文明村建设过程中，出现 了对生活污水处理也重视不够和流域内农村存在着生活污水虽有输送却未处理 等问题。 针对沙颍河流域农村生活污水的规模小且分散、区域差异大、日变化系数 大、间歇排放和水质水量变化大等特点，本课题组研发了一种新型一体式a o 反应器即一体式污泥自回流曝气沉淀装置，该反应器曝气区底部和沉淀区底部 联通，通过曝气使好氧区内形成水循环使沉淀区污泥自行流入曝气区。 本文通过试验研究及理论分析，确定了一体式污泥自回流曝气沉淀装置在 常温( 2 0 - 2 5 ) 和低温( 1 0 一1 5 ) 两个工况下的最佳运行参数，包括水力停 留时间、容积负荷、溶解氧、污泥回流比等。得出的主要内容如下： ( 1 ) 运行工况一( 反应器内温度在2 0 2 5 ) 试验：反应器具有良好的c o d 、 氨氮、s s 去除效果，平均出水c o d 、氨氮及s s 都能满足城镇污水处理厂污 染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 一级b 标准；其最佳运行参数：水力停留时间 为1 3 3 h 、c o d 容积负荷为0 6 2 k g ( m 3 d ) 、氨氮容积负荷为0 2 2 3k g ( m 3 d ) 、 曝气区溶解氧为3 m g l 左右。同时通过对沉淀区底部污泥高度的观察发现，沉 淀区底部污泥高度和气水比及曝气区污泥浓度都呈正相关性。 ( 2 ) 运行工况二( 反应器内温度在1 0 1 5 ) 试验：反应器对c o d 、氨氮、 总氮具有较高的去除效果，平均去除率分别为8 2 6 2 、7 1 8 5 、6 5 0 7 ，平均 出水c o d 、氨氮、总氮分别为5 3 4 3 m g l 、1 0 7 0 m g l 、1 3 1 4 r a g l ；其最佳运行 参数：水力停留时间为1 0 h ，氨氮容积负荷为0 1 8 2 4k g ( m 3 d ) 、污泥回流比 为1 0 0 ；同时还发现c o d 容积负荷在0 4 2 0 k g , ( m 3 d ) 、总氮容积负荷在 0 0 6 - - 0 2 8k g ( m 3 d ) 中，容积负荷和c o d 、总氮去除率呈反比； 关键词：新型一体式a o 生物反应器水力停留时间容积负荷溶解氧 污泥回流比 a b s t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h ei m p r o v e m e n to fl i v i n gs t a n d a r d s ，t h es h a y i n gr i v e r b a s i nw a t e rc o n s u m p t i o ni nr u r a ll i f ei n c r e a s e sd a yb yd a y , t h a tc a u s e dt h eb a s i nr u r a l d o m e s t i cs e w a g ei n c r e a s e ，i nt h en e wr u r a l ，e c o l o g i c a lc i v i l i z a t i o nr u r a lc o n s t r u c t i o n p r o c e s s ，s o m ep r o b l e m sa r es t a r t i n gt oa p p e a r f o re x a m p l e ，n o te n o u g ha t t e n t i o nf o r s e w a g et r e a t m e n t ，i nt h er u r a la r e a ss e w a g eh a v ep i p e l i n et r a n s p o r tb u tn o tf o r p r o c e s s i n g r u r a ld o m e s t i cs e w a g ei ns h a y i n gr i v e rs h o w sm a n yc h a r a c t e r i s t i c s ，s u c ha s s m a l le m i s s i o n s ，s c a t t e r e dd i s t r i b u t i o n ，d i f f e r e n c ei ss i g n i f i c a n ta m o n gr e g i o n s ，d a i l y v a r yc o e f f i c i e n ti sb i g ，i n t e r m i t t e n td i s c h a r g e ，g r e a tv a r i a t i o ni so f t e no b s e r v e di n e i t h e rw a t e rq u a l i t yo rf l o wa n ds oo n an e wi n t e g r a t e da or e a c t o ri ss t u d i e da n d i n v e n t e d o x i d a t i o n z o n ea n ds e t t l i n gr e g i o na r el i n k e di n t h i sr e a c t o r ，w a t e rc y c l ei s f o r m e di nt h eo x i d a t i o n z o n eb ya e r a t i o n ，t h es l u d g eo fs e t t l i n gr e g i o ni n f l o wt h e o x i d a t i o n z o n ea u t o m a t i c t h eb e s to p e r a t i o np a r a m e t e r so fan e wi n t e g r a t e da or e a c t o ri nt w oc o n d i t i o n s o fr o o mt e m p e r a t u r e ( 2 0 2 5 。c ) a n dl o wt e m p e r a t u r e ( 10 - 15 。c ) a r ec o n f i r m e dt h r o u g h t h ee x p e r i m e n t a ls t u d ya n dt h e o r e t i c a la n a l y s i s s u c ha sh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ， v o l u m el o a d i n g ，d i s s o l v e do x y g e n ，r e t u ms l u d g er a t i oa n ds oo n i tm a i n l yc o n c l u d e s ： ( i ) o p e r a t i o nc o n d i t i o no n e ( t h et e m p e r a t u r ei nr e a c t o rw a ss e t t e di n2 0 2 5 。c ) ： c o d ，a m m o n i an i t r o g e n ，s si sr e m o v e de f f e c t i v e l yi nt h er e a c t o r t h ea v e r a g e e f f l u e n tq u a l i t yo fc o d ，a m m o n i a n i t r o g e n ，s sc a ns a t i s f yl e v e l1 bs t a n d a r do f d i s c h a r g es t a n d a r do fp o l l u t a n t s f o rm 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 ( g b18 918 - 2 0 0 2 ) ；t h eb e s to p e r a t i o np a r a m e t e r sf o rt h ef o l l o w i n gr e s p e c t s ： h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ei s13 3 h ，v o l u m el o a d i n go fc o d i s0 6 2 k g ( m d ) ，v o l u m e l o a d i n go fa m m o n i an i t r o g e ni s0 2 2 3k g ( m 3 d ) ，d i s s o l v e do x y g e ni nt h e o x i d a t i o n z o n ei s3 m g l s l u d g eb l a n k e th e i g h to fs e t t l i n gr e g i o nc o r r e l a t e dw i t hg a s w a t e r r a t i o ，s l u d g ec o n c e n t r a t i o ni nt h es e t t l i n gr e g i o np o s i t i v e l y ( i i ) o p e r a t i o nc o n d i t i o nt w o ( t h et e m p e r a t u r ei nr e a c t o rw a ss e t t e di n10 - 15 。c ) ： a b s t r a c t c o d ，a m m o n i an i t r o g e n ，t o t a ln i t r o g e ni sr e m o v e de f f e c t i v e l yi nt h er e a c t o r t h e r e m o v a le f f i c i e n c yr e a c h8 2 6 2 ，7 1 8 5 a n d6 5 0 7 r e s p e c t i v e l y t h ea v e r a g e e f f l u e n tw a t e rr e a c h5 3 4 3 m g l ，1 0 7 0 m e g la n d1 3 1 4 m g lr e s p e c t i v e l y t h eb e s t o p e r a t i o np a r a m e t e r sf o rt h ef o l l o w i n gr e s p e c t s ：h y d r a u l i cr e t e m i o nt i m ei s 10 h ， v o l u m el o a d i n go fa m m o n i an i t r o g e ni s0 18 2 4k ( m j d ) ，r e t u r ns l u d g er a t i oi s 10 0 v o l u m el o a d i n gc o r r e l a t e dw i t hc o d ，t o t a ln i t r o g e nr e m o v a le f f i c i e n c yn e g a t i v e l yf o r v o l u m el o a d i n go f c o di n0 4 - 2 0 叫( m j d ) a n dv o l u m el o a d i n go f t o t a ln i t r o g e ni n 0 0 5 0 2 9k g ( m ? d ) k e y w o r d s ：an e wi n t e g r a t e d a or e a c t o r h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e v o l u m e l o a d i n g d i s s o l v e do x y g e n r e t u r ns l u d g er a t i o m 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录 1 绪 仑1 1 1 研究背景1 1 1 1 沙颍河流域水污染现状分析1 1 1 2 课题的研究目的和意义2 1 2 农村生活污水处理技术在国内外的发展现状3 1 2 ! 农树生活污水污染现状3 1 2 2 国外农村生活污水处理技术发展现状3 1 2 3 国内农村生活污水处理技术发展现状5 1 3 生物脱氮技术6 1 3 1 生物脱氮的基本原理、影响因素6 1 3 2 生物脱氮的工艺概述9 1 4 新型一体式a o 工艺提出的思路1 1 2 研究内容、反应器及方法1 4 2 1 研究内容1 4 2 2 试验材料和方法1 4 2 2 1 试验用水1 4 2 2 2 接种污泥15 2 2 3 反应器15 2 2 4 试验设备17 2 2 5 监测项目及方法17 目录 3 新型一体式a o 反应器处理模拟农村生活污水运行研究18 3 1 运行工况一( 常温) 试验研究1 8 3 1 1 反应器对主要污染物的去除效果1 8 3 1 2 反应器处理性能的影响因素2 1 3 1 3 本章小节31 3 2 运行工况二( 低温) 试验研究3 2 3 2 1 反应器对主要污染物的去除效果3 2 3 2 2 反应器处理性能的影响因素。3 5 3 2 3 本章小节4 j 4 4 结论与建议4 6 4 1结论4 6 4 2 建议4 7 参考文献4 8 致谢5 2 个人简历硕士在读期间的学术研究成果5 3 v 绪论 1 绪论 1 1 研究背景 1 1 1 沙颍河流域水污染现状分析 沙颍河是淮河最大的一条支流，主线西起河南省伏牛山东麓，东至安徽省 正阳关入淮，全长6 2 4 k m ，流域面积3 9 8 8 0 k m 2 ，约为淮河流域总面积的1 7 ，流 域内有耕地3 1 8 0 万亩，2 4 0 0 万人，有丰富的煤炭资源，是我国重要的能源基地， 工农业生产发展前景广阔。沙颍河周口以上为上游，河长3 2 4 k m ，流域面积 2 5 8 0 0 k m 2 ；周1 2 1 至阜阳市为中游，河长1 7 4 k m ，其间主要支流有新蔡河、新运 河、黑茨河、汾泉河；阜阳市以下为下游，河长1 2 6 k m 。沙颍河流域包括郑州、 许昌、平项山、漯河、洛阳、开封、周口、阜阳等8 市，共计4 0 多个县( 市) ， 流域总人口达2 6 4 0 万。其流域内主要支流有沙河、颍河和贾鲁河。流域地处暖 温带向亚热带的过渡地带，属暖温带半湿润大陆性气候区。冬春干旱少雨，夏 秋闷热多雨，年平均气温1 4 。c 1 6 4 c ，多年平均降水7 6 9 5 m m ，多年平均径流深 1 4 5 4 m m 吐 近些年来，沙颍河流域水环境污染日益严重，对社会、经济的影响日益显 现。据1 9 9 8 年初实测【2 】，沙颍河流域污水年排放量为6 5 8 亿吨，占淮河干流的 4 2 5 ，c o d 年排放量为2 0 8 万吨，占淮河干流的4 3 ，而淮河中的氨氮主要 来源于沙颍河【3 】o2 0 0 2 年河南省段沙颍河共接纳废污水2 3 8 5 亿吨，污径比可达 1 ：1 6 ，主要污染项目为c o d 、氨氮和总磷等【4 】。多年来，淮河流域发生了多起较 大水污染事件如1 9 9 0 年2 月、1 9 9 4 年7 月、2 0 0 0 年6 月和2 0 0 4 年7 月，这些 大型污染事件都是由于春汛和夏汛期间沙颍河流域重污染水体随洪水集中下泻 导致的。 随着我国社会经济的稳步前进，农村生活环境逐渐改善，尤其是在进入二 十一世纪以来，党的十六届五中全会描绘了建设社会主义新农村的宏伟蓝图， 绪论 提出了要把“生产发展、生活宽裕、乡风文明、村容整洁、管理民主”二十字 方针作为中央对新农村建设的总体目标和任务要求，为做好当前和今后一个时 期的“三农 工作指明了方向。现如今，农村全面小康和现代化建设步伐正处 于加速阶段，农民生活水平大大提升。沙颖河流域农村地区，村民住户“四旁 绿化，林木覆盖率基本达到4 0 ，自来水使用率逐年上升，家庭卫浴、户用水 冲厕所也开始有所普及，这些都极大方便了农民的日常生活，也促进了村内环 境容貌的整洁，但随着生活水平的提高，生活用水量日益增大，造成该流域农 村生活污水大量增加，近年来新农村、生态文明村建设过程中，出现了对生活 污水处理也重视不够和流域内农村存在着生活污水虽有输送却未处理等问题。 如何有效控制乡村生活污水的污染，已经成为沙颖河流域面源污染控制的主要 内容之一。目前，国家对淮河流域的水污染问题十分重视，将淮河流域治理列 为“十一五”全国重大水专项中的一项。其中沙颍河流域面源污染控制是淮河 流域水污染治理的重要组成部分，这对沙颖河流域的水污染综合治理有着重要 的现实及长远意义。 1 1 2 课题的研究目的和意义 农村生活污水面广量大，是目前沙颍河流域水污染的主要来源之一。因此 从源头控制面源污染是沙颍河水质治理和面源污染控制的重点，是解决沙颍河 流域水污染问题的重要措施之一。 本文结合沙颍河流域农村生活污水的特点，即规模小且分散、区域差异大、 日变化系数大、间歇排放和水质水量变化大等特点，选择经济节约的一体式a o 新型反应器对流域内农村生活污水进行治理，较传统的集中处理方法更具有可 持续性和创新性，尤其适用于发展中国家。 本论文研究属于全国重大水专项“沙颍河流域面源污染控制关键技术研究 与示范课题”的子课题。研究主要内容是：在沙颖河流域内选取具有代表性的 村庄，因地制宜地开展其生活污水的有效治理技术，并建立一套适用的管理办 法，为整个沙颖河流域农村污染控制的推广奠定技术基础。具体的技术考核指 2 绪论 标为：污水经处理后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 ) 一级b 标准。 1 2 农村生活污水处理技术在国内外的发展现状 1 2 1 农村生活污水污染现状 ： 农村生活污水主要包括厕所冲洗水、厨房洗涤水、洗衣机排水、洗漱排水 及其他排水等。目前全国农村每年产生活污水约9 0 亿吨，全国1 6 7 1 1 个建制镇 和1 4 1 6 8 个乡对生活污水进行处理的占全部的8 左右，5 7 1 6 1 1 个行政村对生活 污水进行处理的不到3 t 5 1 。我国大部分农村尚无完善的排水系统，污水常常通 过边沟或路面直接深入地下。雨天，渗入地下的污水通过地表径流或地下径流 排入河流，污染河流水质，对河流的自净能力造成了破坏，破坏了农村现有的 生活环境，并且对村民的身体健康造成极人的伤害。随着农1 4 - 4 - 口 v - - , 快速发展和生 活水平的逐步提高以及生活条件的明显改善，我国农村生活污水排放量日益增 加。 1 2 2 国外农村生活污水处理技术发展现状 国外在农村生活污水处理技术方面研究较早，目前已有较完善的农村生活 污水处理技术和工艺。 澳大利亚科学和工业研究组织( c s m o ) 研究出一种土地处理、过滤与暗管 排水相结合的污水再利用系统即“f i l t e r ”污水处理新技术 6 1 。其原理是用污 水进行灌溉，污水通过土地处理降低氮、磷等元素的含量，再用地下暗管将其 汇集排出。该技术对农村生活污水的处理效果好且运行费用低，也实现了污水 再利用，特别适用于土地资源丰富、可以轮作休耕的地区或以种植牧草为主的 地区1 7 j 。 日本嘲 9 1 在1 9 7 7 年实行了农村生活污水处理计划，成立了农村生活污水处 理协会，负责研究适用于农村生活污水处理的设备。该协会研制的j a r u s 模式 3 绪论 共有1 5 种不同型号，其可分为两大类。一类是使用生物膜技术，利用微生物氧 化分解有机物使其转化为无机物，农村生活污水通过生物膜的降解作用可使出 水b o d 弋2 0 m g l ，s s 一5 0 m g l ，t n 3 5 时，即可认为碳源充足，勿需外加碳 源； 、p h 值：反硝化反应p h 值控制在6 5 7 5 ，在这个p h 条件下，反硝化速率最 高；当p h 值 8 或者 一d o = 0 4 8 m g l d o = 3 2 9 m g ld o = 4 0 7 m * g ， l ： 一、- 一一- - 一 o 12 3 4567891 01 11 21 31 41 51 6 时间( d ) 1 0 0 9 0 8 7 0 0 童 6 0 替 5 0 筐 4 0 粕 3 0 聪 2 0 膝 1 0 o 图3 9 曝气量对氨氮去除率的影响 硝化速率随着d o 浓度的增加而增) ) 1 1 1 6 1 ，d o 浓度的高低直接影响到氨氧化 的过程。从图3 9 实验结果中可知：在曝气区d o 浓度1 4 6 m g l 时，反应器氨 氮去除效果随着曝气区d o 浓度的升高而升高。在曝气区d o 浓度为0 4 8 m g l 时，反应器氨氮去除效果为4 5 左右，d o 浓度过低，硝化反应受到抑制，从而 导致氨氮的去除效果不好；当曝气区d o 浓度为1 4 6 m g l 时，反应器氨氮去除 2 7 新型一体式m o 反应器处理模拟农村生活污水运行研究 效果逐渐变好，平均去除率可达8 0 左右。在曝气区d o 浓度为3 2 9 m l 和 4 0 7 m l 时，反应器出水氨氮浓度都小于5 m g l ，氨氮平均去除率达8 7 。实 验结果表明只要保持曝气区溶解氧浓度不低于1 4 6 m j l ，则该反应器就具有较 好的氨氮去除效果，同殷旭东等【4 5 】关于溶解氧对一体化膜泥法o c o 工艺脱氮削 碳的影响结果相类似。 由以上分析可知：、在试验i i 的参数控制下，反应器在曝气区d o 浓度为 3 m g ，l 左右时，c o d 去除效果最佳；曝气区d o 浓度不小于1 4 6 m g f l ，反应器就 具有较好的氨氮去除效果。、曝气区d o 浓度过高，c o d 和氨氮的去除效果 变化不大。、曝气区d o 浓度变化对氨氮的去除效果影响大于对c o d 去除效 果的影响，当溶解氧浓度过低时，硝化菌受到抑制，异养菌受抑制较小，所以 c o d 的去除效果变化不大，而氨氮的去除效果差异很大。 3 。1 2 4 沉淀池污泥高度的影响因素研究 本反应器是一种新型的a d o 工艺，己申请了国家发明专利，其原理是曝气 区和沉淀区中间的挡板底部留有5 c m 的空隙，反应器运行时曝气池的喷射式曝 气带动曝气区内的水循环，从而使沉淀区底部的污泥自回流进曝气区。所以曝 气区的污泥浓度及气水比对沉淀区污泥高度的影响极大，为了了解沉淀池污泥 高度的影响因素及变化规律，本次试验在进水p h 为6 5 7 5 ，温度为常温( 2 0 2 5 ) ，污泥回流比为1 0 0 ，进水流量为1 0 l h 条件下研究了有曝气区的污泥浓度 及气水比对沉淀区污泥高度的影响。试验期间进水c o d 浓度为1 5 0 3 5 0 m l ， 氨氮浓度为1 5 - 4 0 m l 。 ( 1 ) 不同气水比对沉淀区污泥高度的影响研究 新型一体式a j o 反应器处理模拟农村生活污水运行研究 2 5 0 2 0 0 星1 5 0 藿瑚 5 0 o 十气水1 ：1 ：6 0 ：l + 气水比4 5 ：1 ol234567891 0l l1 2 图3 1 0 气水比和沉淀区污泥高度关系 该实验是在曝气区污泥浓度为2 5 9 l 时，每隔2 分钟观察到的沉淀区污泥 高度示意图。从图3 1 0 可知，当气水比为2 0 ：1 时，沉淀区污泥平均高度为9 0 r a m ， 波动范围在8 5 l o o m m 之间，最高时占沉淀区总容积的2 0 ；当气水比为3 3 ：1 时，沉淀区污泥平均高度为1 2 7 r a m ，波动范围为9 1 1 6 6 r a m ，最高时占沉淀区 总容积的3 3 ；当气水比为4 5 ：1 时，沉淀区污泥平均高度为1 3 0 r a m ，波动范围 为6 8 1 7 2 m m ，最高时占总容积的3 4 ；当气水比为6 0 ：1 时，沉淀区污泥平均 高度为1 7 2 m m ，波动范围了1 1 9 2 1 9 m m ，最高时占总容积的4 4 。由以上可知， 随着气水比的增加，沉淀区污泥高度也随之增加，污泥自回流效果不明显，污 泥沉淀效果也不明显，从而导致出水s s 偏高，影响出水水质。所以最佳气水比 应是在满足当前曝气区溶解氧浓度的前提下，选择最低的气水比。 ( 2 )曝气区污泥浓度对沉淀区污泥高度的影响研究 新型一体式a o 反应器处理模拟农村生活污水运行研究 星 、- 一 巡 遮 熙 蛉 3 5 0 3 0 0 5 0 o o 5 0 0 0 5 0 o 图3 1 1 曝气区污泥浓度和沉淀区污泥高度关系 该实验是在曝气区气水比为4 5 ：1 时，每隔2 分钟观察到的沉淀区污泥高 度示意图。从图3 1 1 可知，随着曝气区污泥浓度的提高，沉淀区的污泥高度也 随之变高。由于该反应器是一种新型a o 工艺装置，其原理在1 5 中进行阐述， 由于沉淀区和曝气区底部联通，虽然由于喷射式曝气头的原因在曝气区内形成 顺时针的水循环，使沉淀区底部沉降下来的污泥自行流入曝气区，但是随着曝 气区污泥浓度的增加会使少部分污泥进入沉淀区，维持曝气区和沉淀区密度的 平衡关系，从而导致随着曝气区污泥浓度的增加，沉淀区底部的污泥高度也会 有所增加。 新型一体式a o 反应器处理模拟农村生活污水运行研究 3 1 3 本章小节 本章采用一体式污泥自回流曝气沉淀装置处理模拟农村生活污水，为考察 反应器在常温下( 2 0 2 5 ) 的启动运行以及对农村生活污水的处理效果，进行 为期5 0 d 的试验，考察了水力停留时间、容积负荷、溶解氧对出水水质的影响， 同时还研究了沉淀区污泥高度的影响因素。主要结论如下： 1 )在常温下( 2 0 - 2 5 。c ) 反应器具有很高的抗有机负荷和水力冲击负荷能力， 反应器稳定运行后其出水c o d 、氨氮及s s 都能满足城镇污水处理厂污 染物排放标准( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 一级b 标准； 2 、在常温下( 2 0 - 2 5 ) 水力停留时间对反应器的c o d 及氨氮的去除效果有 很大的影响，太长的水力停留时间会增加反应器的体积、工程投资及运行 费用；太短的水力停留时间会使出水c o d 及氨氮不能满足排放要求，综合 以上两点，在常温下( 2 0 2 5 ) 选用水力停留时间为1 3 3 h 最佳； 3 1容积负荷对反应器的c o d 及氨氮的去除效果也有一定的影响，c o d 容积 负荷在o 1 4 1 4 6k g ( m 3 d ) 中，c o d 容积负荷为0 6 2 k g ( m 3 d ) 时其 c o d 去除效果最佳，平均c o d 去除率可达9 0 左右；氨氮容积负荷在 o 0 6 、0 3 2k g ( m 3 d ) 中，氨氮容积负荷为0 2 2 3k g ( m 3 d ) 时，反应 器的氨氮去除效果达到最佳，稳定运行后平均去除率可达8 5 以上，出水 氨氮基本维持在1 0 m g l 以下； 4 )反应器在曝气区d o 浓度为3 m g l 左右时，c o d 去除效果最佳，曝气区 d o 浓度不小于1 4 6 m g l ，反应器就具有较好的氨氮去除效果：曝气区d o 浓度过高，c o d 和氨氮的去除效果变化不大；曝气区d o 浓度变化对氨氮 的去除效果影响大于对c o d 去除效果的影响，当溶解氧浓度过低时，硝化 茵受到抑制，异养菌受抑制较小，所以c o d 的去除效果变化不大，而氨氮 的去除效果差异很大； 5 )气水比及曝气区污泥浓度对沉淀区底部污泥高度有很大的影响。系统最佳 气水比应是在满足当前曝气区溶解氧浓度的前提下，选择最低的气水比， 气水比越高，沉淀区底部污泥高度就越高。曝气区污泥浓度和沉淀区底部 污泥高度呈正相关性。 新型一体式a o 反应器处理模拟农村生活污水运行研究 3 2 运行工况二( 低温) 试验研究 此运行工况下污泥特性【3 5 】【3 6 】【3 7 1 ：活性污泥在低温时的生物相与在常温时有 一定的差异。在低温时细菌种类分散且多样，优势菌是假单胞杆菌属、产碱杆 菌属、黄杆菌属和芽胞杆菌属等，不易形成菌胶团，而且在低温时形成的菌胶 团也比较松散破碎；低温时污泥的s v i 值为2 5 0m l g 左右，比常温时大得多， 同时低温时活性污泥相对粘度比常温时高很多，而且低温条件下丝状菌的大量 出现还会导致活性污泥的絮体比较疏松；低温条件下的活性污泥所携带的负电 荷少而比高温污泥具有更好的亲水性；此外在低温下反应器内的反硝化除磷污 泥数量及活性较常温下低，好氧及缺氧吸磷速率较常温下低，低温下反硝化除 磷污泥中存在钟虫和少量轮虫等原生动物【3 8 】。 3 2 1 反应器对主要污染物的去除效果 3 2 1 1 反应器对g o d 的去除效果 + 进7 k c o d + 出7 k c o d + c o d 去除率 o 1 2 3 456 7891 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 时间( d ) _ 、 葶 、一 铸 姊 稍 凸 o o 图3 1 2 低温下反应器对c o d 的去除效果 一体式污泥自回流曝气沉淀装置在低温下整个运行试验根据不同的水力停 留时间、污染物的容积负荷及污泥回流比分为几个不同阶段。由图3 1 2 可见， 试验期间进水c o d 浓度变化范围为2 0 0 - 4 3 0 m g l ，平均进水c o d 为 3 2 踮伯即如加o o o o o o o o 加 rl暑v口oo 新型一体式a o 反应器处理模拟农村生活污水运行研究 3 0 3 9 0 m g l ，出水c o d 浓度变化范围为1 2 l l l m g l ，平均出水c o d 浓度为 5 3 4 3 m g l ，平均去除率可达8 2 6 2 ，最高可达9 4 ，最低为6 6 6 7 ，出水c o d 及c o d 去除率较常温下偏低，说明温度对反应器的去除效果有一定的影响，但 影响不大，主要原因是随着温度的降低活性污泥系统对水中的c o d 去除率也随 之下降f 4 6 l 。本研究认为中温菌是活性污泥中的优势种群，对水中有机物的降解 起到主要作用【4 7 1 ，在1 0 1 5 c 时，中温菌的优势种属数目相对与2 0 - 2 5 。c 下减少， 菌体的增值速度与生理活性也降低。另外，温度下降污水粘度变大、使有机物 在反应器内扩散及颗粒沉降性能下降，降低了污泥的沉降性能，致使出水中含 有末沉降的污泥颗粒，影响反应器的出水水质。但总体上看虽然低温( 1 0 1 5 。c ) c o d 去除效果较常温( 2 0 2 5 。c ) 有所下降，但下降幅度不大，系统还保持有较 高的c o d 去除率，说明该反应器在低温下对污水中的有机物也有较高的去除能 力。试验后半殷为了试验污泥回流比对反应器的影响，从图中可以看出改变污 泥回流比c o d 去除率波动变大。从整体上看大部分出水均保持在5 0 m g l 以下， 可满足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 ) 一级b 标准中 的c o d 指标。 3 2 1 2 反应器对氨氮的去除效果 一进水氨氮一出水氨氮一 氮去除率 o12 34567 8 91 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 时间( d ) 图3 1 3 低温下反应器对氨氮的去除效果 ，、 术 、 瓣 篮 稍 腻 撅 加舳阳的如加o 加加o 1昱v腻聪 新型一体式a o 反应器处理模拟农村生活污水运行研究 由图3 1 3 可知，试验期间进水氨氮浓度变化范围为2 4 5 1 5 m g l ，平均进水 氨氮浓度为3 6 8 2 m g l ，出水氨氮浓度范围为3 3 - 3 0 4 m g l ，平均出水氨氮浓度 为1 0 7 0 m g l ，平均去除率为7 1 8 5 ，最高可达9 2 6 ，最低为2 4 3 8 。生物 硝化反应可在4 4 5 范围内进行，亚硝化菌最佳的生长温度为3 5 。c ，硝化菌最 佳的生长温度为3 5 - 4 2 。c ，温度的降低会导致硝化菌的净比增殖速度和活性下 降，底物的扩散速度及微生物对基质的亲和性下降阱】，所以和常温( 2 0 - 2 5 。c ) 下氨氮去除效果相比，低温( 1 0 1 5 。c ) 下氨氮去除率偏低。但总的来说，该反 应器在低温下稳定运行时对氨氮有较高的去除效果。在试验的后半段做了关于 污泥回流比对反应器的影响研究，从图中可知改变污泥回流比氨氮的去除效果 波动很大，说明污泥回流比对氨氮的去除效果有一定的影响。 3 2 1 3 反应器对总氮的去除效果 一进水总氮一出水总氮十总氮去除率 o 12 3 4 567891 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 时间( d ) 、 冰 簿 篷 求 漶 固 图3 1 4 低温下反应器对总氮的去除效果 由图3 1 4 可知，试验期间进水总氮浓度变化范围为2 5 - 5 5 m g l ，平均进水 总氮浓度为3 9 8 3 m g l ，出水氨氮浓度范围为5 8 - 3 3 m g l ，平均出水氨氮浓度为 1 3 1 4 m g l ，平均去除率为6 5 0 7 ，最高可达8 3 4 ，最低为3 1 1 。由以上分 析可知，在低温( 1 0 1 5 ) 下反应器表现出良好的脱氮效果，但总氮去除率变 化幅度过大。分析原因如下、在l 1 8 d 时，总氮去除率变化幅度大主要是由 于在此阶段通过缩短h r t 来提高反应器的处理负荷，每次提升反应器的处理效 3 4 踟阳加m o 的 加 加 o 一凹暑v碌翻 新型一体式a o 反应器处理模拟农村生活污水运行研究 果就会发生变化，尤其是在第5 天时，反应器处理效果达到最低，说明了h r t 对总氮的去除效果有很大的影响；、在1 9 2 9 d 时，反应器总氮去除率变化幅 度大的主要原因是在此阶段观察了污泥回流比对反应器的影响，结果说明污泥 回流比对总氮的去除效果也有所影响；、在此试验阶段，进水总氮变化幅度 大，这也是导致总氮去除效果变化幅度大的原因之一。 3 2 2 反应器处理性能的影响因素 3 2 2 1 水力停留时间对污染物去除效果的影响 本次试验在温度为低温( 1 0 1 5 。c ) ，进水p h 为6 5 7 5 ，曝气区d o 为 2 - 4 m g l ，污泥回流比为1 0 0 条件下研究了水力停留时间分别为2 0 h 、1 0 h 、6 7 h 和5 h 情况下的c o d 、氨氮、总氮的去除效果，并同常温下进行对比。试验期间 进水c o d 浓度为1 5 0 3 5 0 m g l ，进水氨氮浓度为1 5 - 4 0 m g l ，进水总氮浓度为 2 5 - 5 5 m g l 。 1 ) 水力停留时间对c o d 去除效果影响 c o d 去除率出水平均c o d 1 0 0 弓8 0 篓6 0 稍 鲁4 0 o 2 0 456 7 8 9 1 0l l 1 21 31 4 1 5 1 6 1 71 8 1 92 0 2 1 水力停留时间( h ) 图3 1 6 水力停留时间对c o d 去除率的影响 由图3 1 6 可知，水力停留时间为2