（环境工程专业论文）五箱一体化活性污泥工艺强化除磷脱氮研究.pdf

摘费 五箱一体化活性污泥工艺强化除磷脱氮研究 荆肇乾指导教师：吕锡武 东南大学能源与环境学院环境科学与工程系 摘要 石箱一体化活性污泥1 二艺是在u n i t a n k 、三沟式氧化沟等工艺基础上研制开发的具有除磷脱 氮功能的新璎污水处理1 艺，该工艺由五个矩形反府池组成，五池间水力连通，通过五个池子随时 问和空间控制状态变化，实现厌氧、缺氧、好氧和沉淀过程交替，通过进出水位置转换实现污泥和 混合液的循环流动和自动回流，不需要外加污泥和混合液同流措施，恒水位运行，达到高效除磷脱 氮。 该工艺中每个池子为一个完全混合反应器，五个池子共同构成一组阶式反应器，因而整体具有 推流反应器的特征，反应效率高能适应一定的冲击负荷。与u n i t a n k 等一 艺相比，该1 艺在时 间和空间转换中更容易实现理想的厌氧、缺氧和女，氧交替，创造了更适宜于聚磷曲的生长环境，从 而显茹提高除磷脱氮效率。 池体方形，五个池子间共用池罐和底板，布置紧凑，结构稳定性好，士建投资省，占地面积小。 其中有两个边池交替出水，不需要单独设置沉淀池，省却了污泥和混合液同流设备，恒水位运行， 水头损失小，装机负荷低，可以大大节省动力消耗。系统通过p l c 可编程序控制器控制自动运转， 运行方式和控制状态可以灵活调整，维护管理方便。 通过该一【艺小试试验装置在南京江宁开发区污水处理厂应用，研究工艺运行的适宜参数及对不 同水质的适应性，通过跟踪试验对工艺除磷脱氮的过程和机理进行探讨，并在连续流运转状态下对 o r p i i p h 变化的特征点与反硝化、释磷平硝化过程的关系及反馈控制除磷脱氮过手牮的可行性进行了 分析。研究了该j = 艺中的反硝化除磷现象，对反应器污泥的反硝化除磷能力及聚磷曲组成进行了细 致研究，f 对反戍器污泥的微生物相羽i 除磷脱氮的相关性进行了分析。建立了交替运行工艺的污泥 分布推流模型，对该工艺中污泥分布规律进行理论化推导，并与三池交替活性污泥工艺( u n i t a n k 等工艺) 进行对比。 一 在五箱一体化活性污泥i 。艺中，厌氧、缺氧和好氧状态在同一池子的不同阶段以及同一阶段不 同池子之间交替出现，厌氧秆磷、吸磷、硝化、反硝化随之发生，利j 【f j 多种微生物和电子受体完成 除磷脱氮过程，罄体除磷脱氮效率高。 在水力停留时间为1 3 h ，周期设置按主体段、过渡段和沉淀段分别为9 0 m i n 、1 2 0 m i n 和3 0 m i n ， 泥龄为1 2 d 1 5 d ，边池污泥浓度为4 0 0 0 m g l 6 5 0 0 m g l 的j = 艺条件下，进水c o d 浓度在4 2 1 m g l 、 t p 浓度在4 8 2 m g l 、t n 浓度在4 9 6 m e , l 、n h 4 + n 浓度在4 5 2 m g l 以下时出水能满足城镇污水 处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 一级a 标准要求。 对该j 艺运行中o r p 、p h 、d o 变化进行研究表明：边池在进水搅拌过稃中o r p ，p h 出现特 征点，与反硝化结束和厌氧磷释放具有同步性，在曝气过榉中o r p 、p h 、d o 同时山现特征点，与 硝化结束时间对应。o r p 和p h 监测信号可以用丁- 控制脱氮和除磷过稃。 该r 艺在运行过稃中出现一定的反硝化除磷现象，利用有机物在脱氮的同时完成除磷过程。反 应器中污泥能利心硝酸盐氮和哑硝酸盐氮作为电子受体反硝化除磷，具有较高的反硝化除磷能力。 以往的研究一般根据厌氧释磷后在开始阶段缺氧吸磷速度和好氧吸磷速度的比值确定反硝化聚磷菌 的比例，本研究发现在开始阶段缺氧吸磷速度大于好氧吸磷速度，提出根据厌氧释磷后缺氧吸磷量 和好氧吸磷晕的比值确定反硝化聚磷卤比例的新方法。该反应器污泥中反硝化聚磷凶比例为9 9 2 5 ，能以氧气、硝酸盐氮和弧硝酸盐氮三种物质作为电子受体的聚磷菌占全部聚磷曲的9 7 7 5 东南人学博i 学位论文 对反应器污泥混合液进行微生物相分析表明，指示活性污泥良性运转的微耻动物为1 8 1 0 个m l ， 不动杆曲( 指示聚磷曲) 和反硝化卤分别为7 2 1 x 1 0 5c e l l m l 、3 7 5 1 0 c f u m l ，指示微生物的丰度高 于试验所在的城市污水厂污泥混合液，与除磷脱氮效果具有较盯的相关性。 根据推流反府器原理建立了交替运行工艺的污泥分布推流模氆，结果表明该工艺理论污泥分布 能准确的反映实际污泥分布。在污泥总量稳定的情况下，延长土体段、缩短过渡段的时间会有效提 高污泥分布的均匀性。与u n i t a n k 等工艺相比，五箱一体化活性污泥l 艺污泥分布的均匀性以及 反应器的利用率人人提高，在同样的污泥负荷下反应器容积可望节省1 4 8 。污泥推流模型可埘于 指导实际j 二程设计和运行。 关键词：五箱一体化；除磷脱氮；氧化还原电位( o r p ) ；反硝化除磷；污泥分布推流模型 江嚣省科技攻关晕点项甘“智能化中小型生活污水除磷脱氮技术及装备”资助( 项目编号：b e 2 0 0 1 0 3 5 ) a b s t r a c t e n h a n c e db i o l o g i c a lp h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nr e m o v a l w i t hf i v e - t a n ki n t e g r a t e da c t i v a t e ds l u d g es y s t e m j i n gz h a o - q i a ns u p e r v i s o r ：l ux i - w u d e p a r t m e n to f e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e e n g i n e t t i n g , c o l l e g eo f e n e r g y e n v i r o n m e n t , s o u t l l e a s tu n i v e r s i t y a b s t r a c t f i v e - t a n ki n g r a t e da c t i v a t e ds l u d g es y s t e m ，an e ww a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s sw i t ht h ef u n c t i o no f p h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nr e m o v a lw a sd e v e l o p e do nt h eb a s i so fs u c hp r o c e s sa su n i t a n ka n dt r i p l e o x i d a t i o nd i t c h t h i sp r o c e s si sc o m p o s e do ff i v eh y d r a u l i c l yc o n n e c t e dr e c t a n g l et a n k s t h ea l t e r n a t i o no f a n a e r o b i c ，a n o x i c ，a e r o b i ca n ds e t t l i n gs t a t ew a sr e a l i z e db yt i m e l ya n ds p a t i a lc o n t r o lc h a n g et ot h e s ef i v e t a n k s m i x e dl i q u i da n ds l u d g ea r er e c i r c u l a t e da u t o m a t i c a l l yb yl o c a t i o nt r a n s i t i o no fi n l e ta n do u t l e t w i t h o u ta d d i t i o n a ls l u d g eo rm i x e dl i q u i dr e c i r e u l a t i o n t h i sp r o c e s sr u n sw i t hc o n s t a n tw a t e rl e v e la n d h i g l lp h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nr e m o v a lr a t e e v e r yt a n kj nt h i sp r o c e s si sac s t r ( c o m p l e t e l ys t i r r e dt a n kr e a c t o r ) a nt h ef i v et a n k sc o n s t i t u t ea g r o u po fc s t rc a s c a d e o nt h ew h o l e ，t h i sp r o c e s sh a st h ec h a r a c t e r i s t i co fp u f ff l o wr e a e t e r s ot h i s p r o c e s sh a sh i g hr e m o v a le f f i c i e n c ya n dc a ne n d u r es o m es h o c kl o a d c o m p a r e dw i t hu n i t a n kt h e a l t e r n a t i o no fa n a e r o b i c ，a n o x i ca n da e r o b i cs t a t ei sm o r ei n c i d e n tw i t ht i m e l ya n ds p a t i a lc h a n g e t h e r e b y , t h i sp r o c e s sc r e a t e sm o r es u i t a b l eg r o w t he n v i r o n m e n tf o rp o l y 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 ( p a o s ) a n de n h a n c e sp h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nr e m o v a l t h e s ef i v er e c t a n g u l a rt a n k sh a v ew a l la n dm o t h e r b o a r di nc o m m o nw i t hc l o s ec o l l o c a t i o na n ds t a b l e s t r u c t u r e t h ec o n s t r u c t i o ni n v e s t m e n ta n dl o c a t i o ns p a c ea r es p a r e d t h e r ea r et w os i d et a n k sf o r a l t e r n a t i n go u t l e t a d d i t i o n a ls e t t l i n gt a n k , s l u d g ea n dm i x e dl i q u o rr e c i r c u l a t i o ne q u i p m e n ta r eo m i t t e d t h i sp r o c e s sr u n sa tc o n s t a n tw a t e rl e v e lw i t hs m a l lw a t e rh e a dl o s s p o w e rc o n s u m p t i o ni sg r e a t l ys a v e d b e c a u s e o f l o w p o w e r l o a d t h i ss y s t e m i s a u t o m a t i c a l l yo p e r a t e du n d e r t h ec o n t r o lo f p l c ( p r o g r a m m a b l e l o g i cc o n t r o l l e r ) r u n n i n gm o d ea n dc o n t r o l l i n gs t a t ec a nb ea d j u s t e dc o n v e n i e n t l y a p i l o ts c a l et e s tw a sa p p l i e di nn a n j i n gj i a n g n i n gd e v e l o p m e n tz o n ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t t h e p r e 传r a b l ep a r a m e t e r s o f t h i s - s y s t e m a n d i t s a d a p t a b i l i t y t od i f i r e r e n t w a s t e w a t e r - q u a i l t y w e r es t u d i e d t h ep r o c e s sa n dm e c h a n i s mo fp h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nr e m o v a lw e r ee x p l o r e db yt r a c k i n gt e s t t h e r e l a t i o no f t h ec h a r a c t e r i s t i cp o i n t so f 0 r pa n dp hw i t hd e n i t r i f i c a t i o n ，p h o s p h o r u sr e l e a s ea n dn i t r i f i c a t i o n u n d e rc o n t i n u o u sf l o wo p e r a t i o nw a sa n a l y z e d t h ef e a s i l i l i t yt ou s et h e s ec h a r a c t e r i s t i cp o i n t sa sf e e d b a e k f o rp h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nr e m o v a lw a sa l s od b c u s s e d t h ep h e n o m e n o no fd e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u s r e m o v a li nt h i ss y s t e mw a ss t u d i e d t h ed e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a la b i l i t ya n dp o l y p h o s p h a t e a c c u m u l a t i n go r g a n i s m se o m p o s t i o no f t h es l u d g ei nt h i sr e a c t o rw a sd e t a i l e d l yi n v e s t i g a t e d t h er e l a t i v i t y o f t h eb i o f a e i e st op h o s p h o m sa n dn i t r o g e nr e m o v a li nt h i sr e a c t o rw a sa l s oa n a l y z e d t h ep l u gf l o wm o d e l o fs l u d g ei nt h i ss y s t e mw a sf o u n d e dt ot h e o r e t i c a l l yp r e d i c ts l u d g ed i s t r i b u t i o nd u r i n go p e r a t i o n , w h i c h w a sa l s oc o n t r a s t e dt ot h a ti nt h t e e - t a n ka l t e r n a t i n ga c t i v a t e ds l u d g es y s t e ms u c h u n i t a n k a n a c r o b i c ，a n o x i ca n da e r o b i cs l a t ea p p e a r e da l t e m a t e l yi no n et a n ko nd i f f e r e n tp h a s e sa n do no n e p h a s ei nd i f f e r e n tt a n k s a c c o r d i n g l y , p h o s p h o r u su p t a k e ，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 na r o s e d i v e r s e m i c r o o r g a n i s ma n de l e c t r o na c c e p t o r $ w e r eu t i l i z e df o rp h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nr e m o v a lr e s u l t i n gw i t h i l l 东南人学博i 学位论文 h i g hr e m o v a lr a t e t h et e s ti n d i c a t e dt h eo p t i m a lo p e r a t i o np a r a m e t e r so f t h i ss y s t e m t h eh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ( h r t ) w a s1 3h o u r s t h ec y c l i n gp e r i o d sw e r e9 0 m i n ，1 2 0 m i na n d3 0 m i nf o rt h em a i n p h a s e ，t r a n s i t i o np h a s ea n d s e t t l i n gp h a s er e s p e c t i v e l y s r t ( s l u d g er e t e n t i o nt i m e ) s h o u l db ec o n t r o l l e db e t w e e n1 2 d a y sa n d1 5 d a y s m l s si nt h es i d et a n k sw a sm a i n t a i n e db e t w e e n4 0 0 0 m g la n d6 5 0 0 m g l t h ee f f l u e n tm e t a ”l e v e lo f d i s c h a r g es t a n d a r do fp o l h r t a n t s f 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 t ow a s t e w a t e rw i t h c o n c e n t r a t i o no fc o du n d e r4 2 1 m g l , t pu n d e r4 8 2 m g l t nu n d e r4 9 6 n i g la n dn h 4 + - nu n d e r 4 5 2 m g l t h es t u d yo fo r p , d oa n dp hi nt h i sp r o c e s si n d i c a t e dt h a tt h ec h a r a c t e r i s t i cp o i n t so fo r pa n dp h d u r i n gi n l e ta g i t a t i o na c c o r d e d w i t ht h ee n d i n go fd e n i t r i f i c a t i o na n dt h eb e g i n n i n go fa n a e r o b i c p h o s p h o r u sr e l e a s e t h ec h a r a c t e r i s t i cp o i n t so fo r p , d oa n dp ho c c u r r e da tt h e s a m et i m ea n d c o r r e s p o n d e dt ot h ef i n i s h i n gt i m eo fn i t r i f i c a t i o n t h em o n i t o r i n gs i g n a lo fo r pe n dp hc a nb eu s e dt o c o n t r o lp h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nr e m o v a l d e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a lw a ss e e ni nt h i sp r o c e s s d e n i t r i f i c a t i o na n dp h o s p h o r u sr e m o v a l w e r ed o n es i m u l t a n e o u s l yw i t hs a m eo r g a n i cs u b s t a n c e t h es l u d g ei nt h i sr e a c t o rc o u l du s en i t r a t ea n d n i t r i t ea se l e c t r o na c c e p t o r sf o rd e n i t r i f y i n gp h o p h o r u sr e m o v a lw i t hh i g hr a t e i nt h ep a s ts t u d y , t h e p r o p o r t i o no fd e n i t r i l y i n gp o l y 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 ( d p a o s ) w a sd e c i d e db yt h er a t i oo f a n o x i cp h o s p h o r u su p t a k er a t et 0a e r o b i cp h o s p h o r u su p t a k er a t ea f t e ra n a e r o b i cp h o s p h o r u sr e l e a s e i nt h i s s t u d ya n o x i cu p t a k ew a sm u c hq u i c k e rt h a na e r o b i cu p t a k ea tt h eb e g i n i n g t h ep r o p o r t i o no fd p a o sw a s s u g g e s t e dt ob ec a l c u l a t e db yt h er a t i oo fp h o s p h o r u sr e m o v a ld u r i n ga n o x i ca n da e r o b i cp r o c e s sa f t e r a n a e r o b i cp h o s p h o r u sr e l e a s e t h ep e r c e n t o f d p a o s w a s9 9 2 5 i n t h i sr e a c t o r t h ep r o p o r t i o n o f d p a o s u s i n go x y g e n n i t r a t ea n dn i t r i t e e l e c t r o na c c e p t o ri nt o t a lp a o sw a s9 7 7 5 t h ea n a l y s i so f b i o f a c i e so f m l s si nt h er e a c t o rr e v e a l e dt h a tm i c r o o r g a n i s mi m p l y i n gg o o da c t i v a t e d s l u d g es t a t ea m o u n t e dt o1 8 1 0u n i t s m l t h ea m o u n to fa c i n e t o b a c t e r ( i n d i e a t o ro fp a o s ) a n dd e n i t r i f i e r s w a s7 2 1 1 0 5 c e l l m l a n d3 7 5 x 1 0 5 c f u m lr e s p e c t i v e l y t h ea b u n d a n c eo f i n d i c a t i n g m i c r o o r g a n i s m i n t h e r e a c t o rw a sh i g h e rt h a nt h a ti nt h em 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 ta n dh a dg o o dr e l a t i v i t yt o p h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nr e m o v a l t h ep l u gf l o wm o d e lo f s l u d g ed i s t r i b u t i o ni na l t e r n a t i n gs l u d g es y s t e mw a sf o t m d e do nt h ep r i n c i p l e o fp l u gf l o wr e a c t o r t h e o r e t i c a ls l u d g ed i s t r i b u t i o ni nt h i sp r o c e s sc o u l da c c u r a t e l yr e f l e c ta c t u a ls l u d g e d i s t r i b u t i o n t h ea s y m m e t r yo f s l u d g ew a so b v i o u s l yi m p r o v e db ye x t e n s i o no f t h em a i np h a s eo rr e d u c t i o n o ft h et r a n s i t i o np h a s ew h e nt o t a l s l u d g ea m o u n tw a ss t a b i l i z e d c o m p a r e dw i t ht h r e e t a n ka l t e r n a t i n g s y s t e ms u c ha su n i t a n k ，t h eb a l a n c eo fs l u d g ed i s t r i b u t i o na n du t i l i z i n gr a t eo f t h i sr e a c t o rw e r eg r e a t l y i m p r o v e d a n dt h er e a c t o rv o l u m ec o u l ds a v e1 4 8 a tt h es a m es l u d g el o a d t h i sm o d e lc a nb eu s e da s g u i d a n c ef o rd e s i g na n do p e r a t i o n k e y w o r d s ：f i v e - t a n ki n t e g r a t e ds y s t e m ；p h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nr e m o v a l ；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 ( o r p ) ；d e n i t r i l y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a l ；p l u gf l o wm o d e lo f s l u d g ed i s t r i b u t i o n 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，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，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 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 表示了谢意。 研究生签名：婢日 期：塑：墨笪 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生张瓣燧名显避期：则矿 1 绪论 1 1 研究背景 1 1 1 我国的水环境和水污染现状 1 绪论 我国水资源短缺，人均水资源f 有量仅为t 日= 界平均水平的1 4 ，而水污染日趋严重的局面更加重 了水资源的危机。2 0 0 4 年我国主要水系、湖泊和海域污染严重，七人水系v 类年劣v 类水质的 断面比例分别为3 0 3 和2 7 ，9 ，即类以上的水质达到5 8 2 ，氨氮、五日生化需氧晕、高锰酸盐 指数和石油类超标严重；主要湖泊总氮，总磷严重超标，富营养化问题依然突出，“三湖”( 太湖、 巢湖、滇池) 水质均为劣v 类，滇池草海处于重度富营养化状态，太湖、巢湖和滇池外海处于中度 富营养化状态；近岸海域局部地i 叉污染加重，污染物主要为磷酸盐、无机氮希l , f i 油类，东海和渤海 污染有加重趋势，四类和劣四类海水比上年分别增加6 9 和1 2 ，整体比例分别达u 6 1 3 1 1 4 5 3 。赤潮现象频繁发生，赤潮发生面积比2 0 0 3 年增$ 【1 8 3 。 表1 1 近五年城镇废水及主要污染物排放统计f 项目废水排放麓( 亿吨)c o d 排放量( 万吨)氨氮排放草( 万吨) 年八合计 = r ：业 生活合计 t 业 生活合计 工业 生活 2 0 0 04 1 5 21 9 4 22 2 0 91 4 4 5 07 0 4 57 4 0 5 2 0 0 l4 3 2 92 0 2 62 3 0 31 4 0 4 86 0 7 57 9 7 31 2 5 24 1 3 8 3 9 2 0 0 24 3 9 52 0 7 22 3 2 31 3 6 6 95 8 4 07 8 2 91 2 8 84 2 1 8 6 7 2 0 0 34 6 0 02 1 2 42 4 7 61 3 3 3 65 1 1 98 2 1 7 】2 9 7 。一4 0 4 8 9 3 2 0 0 44 8 2 42 2 i 12 6 1 31 3 3 9 25 0 9 78 2 9 51 3 3 04 2 2 9 0 8 年度增减 4 8 4 05 5o 4- 0 40 92 54 51 7 率( ) 根据表l l 近五年城镇废水及主要污染物排放统计表显示，城镇上业废水和生活污水排放量一直 在增加，尽管工业废水排放的c o d 晕逐年降低，但由于生活污水牮的增加，c o d 排放鼍并没有从根 本上降低，氨氮排放晕也在逐年增加。建设部建城 2 0 0 5 1 1 4 9 号文建设部关于全国城市污水处理情 况的通报显示，n 2 0 0 4 年底，我国城市污水处理率仅为4 5 7 ，按城市污水厂的实际处理鼙来计 算处理率会更低，这就造成大部分污水直接排放，加剧了目前水体污染严重的局面。而我国近8 亿人 口住农村，农村点源污染和面源污染日趋严重，农村及小集镇的污水大多直接排放，水体污染从城 市剑农村都处丁恶化状态。 水体富营养化的根本原冈是营养物质的增加，其中氮和磷是水体中藻类繁殖的主要限制因子口j ， 因此水体富营养化控制首先应该从控制排放剑水体的氮磷污染源着手p j 。水体中氮磷主要来源于生 活污水和农业面源污染。其中生活污水是订多水体的主要污染物来源，滇池由生活污水排入的氮磷 负荷占水体总氮磷负荷的5 5 1 利6 8 6 1 4 1 ，太湖由生活污水带来的氮磷负荷比重分别为3 5 3 5 和 5 9 6 5 p j 。过去我们只重视城市污水的集中处理，却忽视了分散污水特别是分散生活污水的处理， 没有从根本上扭转水污染严峻的局势。 1 1 2 污水中氮磷来源与组成 城市污水中氮的一个重要来源是工业废水排放，特别是化肥、焦化、洗毛、制革、印染、食品、 东南人学博 学位论文 肉类加t 、石油精炼及煤加1 = 工业废水等，含氮苗较高；另一个米源是生活污水，生活污水中氮含 草中有6 0 有机氮、4 0 无机氮，一般情况下，生活污水中弧硝酸盐氮干硝酸盐氮的含憧很低，不 超过含氮总母的i 。美国统计资料显示，每人每日排入污水中的氮颦约1 6 9 ，生活污水中氮晕在 2 1 4 2 m g l ，美国一些城市污水实际含氮鼍在2 0 8 5 m g l 。由于生活方式和_ l 业结构不同，我国城 市污水中含氮晕平均值低丁美国统计资料，但不同的地区著异较大州。 磷主要通过人体排泄物、食物残渣、洗涤荆中增强剂缩合无机磷酸盐化合物、农药和化肥等途 径进入城市污水中。污水中磷的存在形态取决于污水的类型，最常见的有磷酸盐( h 2 p 0 4 、h p 0 4 2 、 p 0 4 3 。) 、聚磷酸盐( p o l y - p ) 和有机磷。聚磷酸盐或有机磷在水溶液中经过水解或生物降解，最后都 会转化为止磷酸盐。止磷酸盐在污水中早溶解状态，在接近中性的p h 值条件下，主要以h p 0 4 的 形式存在。生活污水中含磷量在0 2 0 m g l 左右，其中约7 0 是可溶性的r 7 1 。 1 1 3 研究的目的意义 我国自2 0 0 3 年7 月开始实施的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 ) 对城市二 级污水处理厂出水中n ，p 含督做了严格限定，在污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 - - 1 9 9 6 ) 基础上首 次提出了t n 控制要求，一级标准中a 、b 两级标准要求山水t n 分别低于1 5 m g l 、2 0 m g l 。按照标准 要求对我国新建的城市污水处理厂都需要采取除磷脱氮措施，出于保护水源的需要，一些崖的城市 污水处理厂也要部分的改造采取除磷脱氮j 艺，常用工艺有a 2 o 、u c t 、s b r ，氧化沟等多种形式。 应该说人刑城市污水处理厂已经形成较为成熟的除磷脱氮工艺，但实际应用中除磷脱氮效果不理想， 特别是t n 难以稳定在2 0 m g l 以下。而对于中小型分散污水大多没有进行处理，已有的处理人都停留 在一级处理水平上，极少采取除磷脱氮措施。我国城市污水处理及污染防治技术政策规定，我 国污水处理应坚持集中与分散结合，在加强城市污水集中处理的同时，麻重视分散污水的处理，为 防治富营养化，对于排入封闭或半封闭水体的污水进行除磷脱氮处理。如何借鉴大型污水处理除磷 脱氮工艺，研究开发适合我国国情的经济、智能化的中小型生活污水除磷脱氮工艺及装置已经迫在 眉睫。 随着国民经济的发展，在众多城市边缘地区和旅游风景区山现了新建小区和公_ h j 设施，在农村 币i 城镇地区也山现了许多聚集地，由丁这些地区远离市政管网或根本就没有市政管网，污水随意就 近排放污染了地面水体和周罔环境，给人们居住环境带来不良影响，迫切需要对这些分散污水处理 后达标排放。 改革开放以来，我国城镇化进程加快，1 9 7 8 2 0 0 0 年建制镇由2 1 7 8 个增至2 0 3 1 2 个，目前全国各 种规模和性质的小城镇已近4 8 0 0 0 个，城镇污水排放带也不断增加，小城镇污水排放在城镇污水中比 重加大，且早分散型，是继大中城市污水治理后的一个新的战略目标。如太湖流域建有不同规模的7 座污水处理厂，而该流域内的小城镇就达9 7 8 个，并且分布范嗣很广州。如果只注重人、中城市污水 处理r 群的建设，而忽视数链多、分布广的小城镇的污水治理，水体污染防= ；f 就不可能达到预期目 标。随着城镇化的发展，今后我国人部分生活污水将来自小城镇及其周边地区，因此迫切需要对这 些小城镇污水处理后达标排放。 中小型污水除磷脱氮处理应开发简易高效的污水处理成套技术，实现污水处理装置成套化和控 制技术的自动化，减少人力消耗和维护费川，解决目前城市污水处理厂存在的三高问题( 1 i l j 投资高， 电耗高和运行费用高) p 1 。 常规的生物除磷脱氮工艺特别是a 2 - o t 艺及其改良形式，都需要大母污泥同流和混和液回流， 这两部分能耗较人，一般r l l 污水处理部分总能耗的2 7 一3 9 ，其中污泥回流部分为1 4 左右i lu j ： 而且增加了设备投资和日常的维护管理费心。对于中小犁污水除磷脱氮j = 艺，采取人管的污泥和混 合液亓i 流就会造成污水处理设备增加、初期投资提高和维护管理的复杂化。而且中小删生活污水水 质水牮变化大，处理设施往往要求布局紧凑、自动化_ i 垒转等特点，在利用传统的除磷脱氮l ：艺方面 2 i 绪论 还有一个稳定性和适应性问题，冈此需要开发适合中小犁生活污水除磷脱氮处理的新型工艺。 根据当前污水生物除磷脱氮工艺应用现状，中小型生活污水除磷脱氮研究虑着重加强以下几方 面的工作： ( 1 ) 生物除磷脱氮机理及优势微生物控制研究； ( 2 ) 生物除磷脱氮工艺参数和运行控制的研究； ( 3 ) 优化生物除磷脱氮组合：艺研究； ( 4 ) 除磷与脱氮矛盾控制和协调研究； ( 5 ) 运行过稃中信号反馈控制研究。 本研究开发的一体化污水除磷脱氮工艺及设备，顺应了污水处理设备国产化的趋势，适应了中 小氆污水处理的需要，在满足水源保护区和重要水体水污染防治和富营养化控制的同时，也为城镇 小区生态化、公刚建筑污水处理回用等提供了发展空间。 1 2 生物除磷脱氮理论与工艺发展 1 2 1 传统的生物除磷脱氮理论 ( 1 ) 传统的生物除磷理论 污水除磷方式有化学除磷和生物除磷，化学除磷方法有化学沉淀、离子交换、反渗透、电渗析 等方法，其中以化学沉淀法用得晟多。化学沉淀法使用药晕较大，处理费用较高，且产生大鼙雄以 处置得化学污泥，实际戍朋中多作为生物除磷的辅助方法，如p h o s t r i p 侧流除磷工艺。自2 0 世纪5 0 年代，研究者发现活性污泥具有超常摄磷能力后，各种生物除磷上艺层出不穷，生物除磷方法已经 成为城市污水处理的主导：艺。 活性污泥中的聚磷卤在厌氧状态下将菌体内的聚磷酸盐分解，磷酸盐释放到溶液中，聚磷酸盐 分解过程中莘l ；放能苗供聚磷曲吸收乙酸、丙酸等低分子有机物以p h b ( 聚8 释基- j 酸盐) 形式贮存 在曲体内。在好氧条件f ，聚磷i 抽消耗体内贮存的p h b ，样放能量，吸收体外的磷酸盐合成聚磷酸 盐，通过剩余活性污泥排山将磷从处理系统去除。 ( 2 ) 传统的生物脱氮理论 污水脱氮方式有物化脱氮和生物脱氮方法，物化脱氮有吹脱、离子交换、折点加氯、电渗析、 反渗透等方法，上艺复杂，成本较高，一般适川于舍氮餐比较高的工业废水、垃圾渗滤液等，城市 污水含氮鼍一般在几十毫克每升，多采用生物脱氮方法。 生物脱氮是污水中的含氮有机物在生物处理过程中被异养型微生物氧化分解，转化为氨氮；然 后由白养艰硝化细曲将其转化为n 0 3 ；再由反硝化细菌将n 0 3 还原转化为n 2 ，从而达到脱氮的目 的。生物脱氮过秤如i 璺l1 1 所示。 一有机氮羔舞扣氨氮薯譬警；堕一 ，q 一鼍；争n