（环境工程专业论文）双泥折流板反应器短程反硝化除磷的试验研究.pdf

m a s t e rd i s s e r t a t i o no fu n i v e r s i t vo f s c i e n c ea n dt e c h n o l o g yo fs u z h o u s h o r t c u td 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 l i nt w o s l u d g eb a m e dr e a c t o r m a s t e rc a n d i d a t e ：w uj ib i n s u p e r v i s o r ：s h e ny a ol i a n g ( p r o f e s s o r ) m a j o r ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g s u z h o uu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n 0 1 0 9 y s c h o o lo fe n v i r o n m e n t a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n g j u n e ，2 0 1 l 独创性声明 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 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 学位论文使用授权书 日期俎年月日 苏州科技学院、国家图书馆等国家有关部门或机构有权保留本人所送交论文 的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人完全了解苏州科技学院关于 收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照学校要求提交学位论文的印刷本和 电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服 务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存汇编学位论文；同意 学校在不以赢利为目的的前提下，用不同方式在不同媒体上公布论文的部分或全 部内容。 ( 保密论文在解密后遵守此规定) 论文作者签名： 眺盟年月卫日 指导教师签名：l 幺数日期：址年垃一月 苏州科技学院硕+ 学何论文摘要 摘要 针对传统生物脱氮除磷工艺存在的弊端，本文对亚硝化技术和短程反硝 化除磷技术分别进行了研究，并以折流板反应器为载体，将亚硝化与短程反 硝化除磷相结合实现对生活污水高效、低耗的处理。 试验结果表明： 在s b r 反应器中，先使反硝化除磷菌成为系统中优势菌种，再逐步增加 电子受体中亚硝酸盐含量可以有效驯化反硝化除磷菌利用较高浓度亚硝酸盐 作为电子受体的能力；以亚硝酸盐作电子受体时的反硝化除磷速率高于硝酸 盐。 在连续流生物膜反应器中，反应器内溶解氧浓度、p h 值，水力停留时间 等因素对亚硝化生物膜的形成有重要影响。当反应器中温度为3 3 ，溶解氧 为1 4 1 6 m g l ，p h 值为8 3 的条件下，h r t 为6 h 时，可实现较高的氨氮 去除及亚硝酸盐氮积累率。 以水力停留时间为2 2 15 h ，超越污泥和污泥回流比为o 3 0 3 3 ；反应器 内温度控制在3 3 ( 士o 5 ) ，污泥龄为1 8 d ；平均进水氨氮浓度为3 8 m g l ，c o d c r 浓度为2 2 0 m g l ，磷酸盐浓度为5 6 m g l 为条件完成折流板反应器的启动， 系统c o d q r 、总氮、正磷、氨氮去除率可达7 0 、6 8 、5 6 、9 2 。生物膜区 亚硝酸盐积累率达7 0 。 折流板反应器中厌氧区短程反硝化除磷菌对c o d c r 的有效利用影响着系 统脱氮除磷效能；而短暂的后曝气系统对出水c o d c r 、氨氮、正磷均有进一 步的去除作用，且有改善污泥沉降性能的作用，因此短时的后置曝气区对系 统的短程反硝化除磷效能有着重要影响。 在水力停留时间为1 8 8 5 h ，回流比为o 2 8 o 3 3 ，c n 在4 6 6 7 ，温度控 制在3 3 ( 士0 5 ) ，污泥龄为1 8 d 时系统对c o d c r 、总氮、正磷的去除率可达 7 8 6 5 、7 9 5 l 、7 8 7 3 ：出水总氮浓度在1 0 m g l 以下，正磷浓度在1 3 m g l 以下。 关键词：短程反硝化除磷；亚硝化；折流板反应器：亚硝酸盐 a b s t r a c t t br e s o l v et h ep r o b l e m se n c o u n t e r e di nc o n v e n t i o n a lb i o l o g i c a l n u t r i e n t r e m o v a lp r o c e s s e s ，t w on o v e lt e c h n 0 1 0 9 i e so fs h o n c u tn i t r i n c a t i o na n ds h o r t 。c u t d e n i t r i f y i n gd e p h o s p h a t a t i o nw e r ei n v e s t i g a t e d w i t hb a f 玎e dr e a c t o rf 0 rc a r r i e r ，a n e wt e c h n o l o g yc o m b i n i n gt h ea b o v et e c h n o l o g i e sw a sp r o p o s e da n ds e tu pf 0 r t h eh i g he m c i e n c ya n dl o we n e r g yc o n s u m p t i o no fd o m e s t i cw a s t e w a t e r t h em a i nr e s u l t so ft h i st h e s i sw e r ea sf o l l o w i n g ： c u l t i v a t i n gd e n i t r i f y i n gd e p h o s p h a t a t i o nb a c t e r i ab e c o m es y s t e ma d v a n t a g e s t r a i n si ns b r6 r s t l y ，a n dt h e na d d i n gas t e p w i s ee l e v a t i o no fn i t r i t ei ni n f l u e n t m a k ed e n i t r i f y i n gd e p h o s p h a t a t i o nb a c t e r i au t i l i z e n i t r i t ea se l e c t r o na c c e p t o r g r a d u a l l y t h er a t eo f d e n i t r i n c a t i o na n dp h o s p h o r u su p t a k ew i t hn i t r i t e a s e l e c t r o na c c e p t o r sw a sh i g h e rt h a nt h en i t r a t e i nt h ec o n t i n u o u sn o wo fb i o f i l mr e a c t o r ，d i s s o l v e do x y g e nc o n c e n t r a t i o n ， p hv a l u e 。h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ea n do t h e rf a c t o r sh a v ei n l p o n a n ti n f l u e n c eo n n i t r o s a t i o nb i o n l m u n d e rt h ec o n d i t i o n so ft e m p e r a t u r eo f3 4 ，t h ei n f l u e n t a m m o n i ac o n c e n t r a t i o no f3 5 4 5 m g l ，d i s s o i v e do x y g e no f1 4 1 6 m g l ， p h o f8 3a n dh y d r a u l i cr e t e n t i o 蚶i m eo f6 h ，t h eb e t t e re m c i e n c yr e m o v a lo fn h 4 十n a n ds t a b l ea c c u m u l a t i o no fn i t r i t ec a nb ea c h i e v e d u n d e rt h ec o n d i t i o no fh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i l n ef b r2 2 15 h ，r e n u xr a t i of o r o 3 o 3 3 ；t e m p e r a t u r ec o n t r o l i n3 3 ( 士o 5 ) ，s r ti s a b o u t18 d ；a v e r a g ee m u e n t c o n c e n t r a t i o no fn h 4 + nf o r3 8 m g l ，c o d c rf o r2 2 0 m g l ，p 0 4 弘- pf o r5 6 m g l ， n n i s hb a f f l e dr e a c t o rs t a r t u p ，t h er e m o v a le m c i e n c yo fc o d c r ，t n ，p 0 4 。pa n d n h 4 + nc a nr e a c h7 0 、6 8 、5 6 、9 2 a c c u m u l a t i o no fn i t r i t ei nb i 0 6 l mc a n r e a c h7 0 d e n i t r i n c a t i o na n dp h o s p h o r u sr e m o v a lm a i n l yd e p e n d so ne f f 色c t i v eu s eo f c o d c ro fs h o r t c u td e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v i n gb a c t e r i ai na n a e r o b i cz o n e t h es h o r ta e r a t i o ns v s t e mi nl a t t e rf u n c t i o ni st h ef u r t h e rr e m o v i n gr o l eo fc o d c r ， n h 4 + na n dp h o s p h o r u sa n di m p r o v e ss l u d g es e d i m e n t a t i o n s ot h es y s t e m h a sa n i m p o r t a n ti n f l u e n c eo fd 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 u n d e rt h ec o n d i t i o no fh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ef b r18 8 5 h ，r e f l u xr a t i of b r 0 2 8 0 3 3 ，c ni n4 6 6 7 ，t e m p e r a t u r ec o n t r o li n3 3 ( 士0 5 ) ，s r - ti s a b o u tl8 d ， t h er e m o v a le f n c i e n c yo fc o d cr ，t n ，p 0 4 弘一pc a nr e a c h7 8 6 5 ，7 9 5l ， 苏州科技学院硕+ 学何论文a b s t r a c t 7 8 7 3 ， t h ee f n u e n tc o n c e n t r a t i o no ft na n dp 0 4 3 - pb e l o wl0 m g la n d 1 3 m g l t h e s e r e s u l t sa l s os h o ws h o n c u td e n i t r i 6 c a t i o na n dp h o s p h o r u s r e m o v a lt e c h n o l o g yi nt h eb a f n e dr e a c t o ri sf e a s i b l e 1 ( e yw o r d ：s h o i r t - c u td e n i t r i f i y i n ga n dd e p h o s p h a t a t i o n ；n i t r o s a t i o n ；b a f n e dr e a c t o r ； n i t r i t e 苏州科技学院硕十学付论文口录 目录 摘要i a b s t r a c t i 第一章绪论1 1 1 课题背景1 1 2 反硝化除磷技术2 1 2 1 反硝化除磷理论一2 1 2 2 反硝化除磷典型工艺3 1 3 短程反硝化除磷工艺6 1 4 课题研究的目的意义和主要内容一7 1 4 1 课题研究的目的和意义7 1 4 2 课题研究的内容8 第二章s b r 中短程反硝化除磷菌的培养驯化9 2 1 试验材料与试验方法9 2 1 1 试验装置9 2 1 2 试验用水9 2 1 3 试验运行方式1 0 2 1 4 检测项目及分析方法1 0 2 2 试验结果与分析1 1 2 2 1 反硝化除磷菌的培养驯化1 1 2 2 2 短程反硝化除磷菌的培养驯化1 2 2 2 3 不同电子受体反硝化除磷效果比较1 3 2 3 小结l5 第三章生物膜反应器中短程硝化的试验研究1 6 3 1 试验材料与试验方法1 6 3 1 1 试验装置1 6 3 1 2 试验水质1 6 3 1 3 检测项目及分析方法1 7 3 2 试验结果与分析1 7 3 2 1 系统的启动17 3 2 2 溶解氧浓度对生物膜亚硝化的影响1 9 3 2 3 p h 值对生物膜亚硝化的影响2 0 苏州科技学院硕十学何论文目录 3 3 第四章 4 1 4 2 4 3 3 2 4h i h 对生物膜亚硝化的影响2 3 3 2 5低d o 下亚硝化反应中氮亏损2 4 小结2 5 折流板反应器短程反硝化除磷启动运行试验研究2 6 试验材料与方法2 6 4 1 1试验装置2 6 4 1 2试验水质2 8 4 1 3检测项目及分析方法2 8 试验过程2 8 试验结果与分析2 9 4 3 1 c o d c r 的去除2 9 4 3 2 氨氮的去除3 0 4 3 3亚硝酸盐的变化3 0 4 3 4 磷及总氮的去除3 2 4 4 小结3 3 第五章折流板反应器短程反硝化除磷影响因素分析3 5 5 1 水力停留时间对折流板反应器的影响3 5 5 1 1水力停留时间对系统有机物去除的影响3 5 5 1 2 水力停留时间对系统脱氮效果的影响3 6 5 1 3 水力停留时间对系统除磷效果的影响3 7 5 2 回流比对折流板反应器的影响一3 8 5 2 1回流比对系统有机物去除效果的影响3 8 5 2 2回流比对系统脱氮效果的影响3 9 5 2 3 回流比对系统除磷效果的影响4 0 5 3c n 对折流板反应器的影响4 1 5 4 小结4 3 第六章结论与建议- 4 4 6 1 结论4 4 6 2 建议4 5 参考文献4 6 致 射4 9 作者简介5 0 苏州科技学院硕十学付论文第一章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 氮和磷是生物重要营养源。随着化肥、洗涤剂等普遍使用，天然水体中 氮、磷含量急剧增加，水体缺氧并产生毒素，水体中蓝藻、绿藻大量繁殖， 使水质恶化，对水生生物和人体健康产生很大的危害。我国的天然水体受氮、 磷污染严重，特别是淮河流域、太湖、巢湖、滇池等水体的富营养化严重， 我国近海岸每年都要发生十多起大面积的赤潮。 富营养化造成的危害是严重的，特别是湖泊、水库、内海、河口等水体， 水流缓慢，停留时间长，既适合于植物营养素的积聚，又适合于水生植物的 繁殖。水体中由于藻类和异样细菌的代谢活动，耗尽水中溶解氧，大量藻类 覆盖在水面上，使得大气中氧不易溶于水，造成水体缺氧，使水中浮游动物、 鱼类无法生存。富营养化水体地步沉积的丰富的有机物在水体缺氧情况下， 这些有机物加剧水体底泥厌氧发酵，相应引起微生物种群、群落的演变。 控制水体富营养化，防止水体污染的根本途径就是控制污染物的排放量 对污染源进行治理，控制污染物的排放量，使污水处理厂出水中的氮、磷含 量必须达到一定标准并对污染源进行治理，控制污染物的排放量。我国新颁 布的污水排放标准( g b l8 9 18 2 0 0 2 ) 要求所有排污单位最后出水氮磷的含量 据接纳水体的等级分别为t p 小于1 m g l ，氨氮小于5 m g l ，总氮小于1 5 m g l ( 一级标准) 。由此可见，深度脱氮除磷将成为今后污水处理的发展趋势。 生物脱氮除磷比较复杂，需要涉及硝化、反硝化及释磷和吸磷等多个生 化过程。上述每一个过程的目的不同。对微生物组成、基质类型及环境条件 的要求也各不相同。因此要在一个系统中同步完成脱氮和除磷过程，不可避 免地产生了各个过程间的矛盾关系卜。以传统生物脱氮除磷理论为基础的污 水处理工艺存在以下弊端卜。：( 1 ) c o d 氧化和硝化耗能巨大，而且储存在 c o d 内的大量化学能( 1 4 1 0 4 k j 代谢热k g c o d ) 在其氧化中无形流失了； ( 2 ) 反硝化和生物除磷对c o d 需求较大；( 3 ) 污泥龄不同的矛盾降低了处 理效果；( 4 ) 剩余污泥量大。因此，如何更好地解决和处理传统脱氮除磷工 艺中存在的矛盾关系和弊端，提高传统工艺脱氮除磷的效果，开创高效节能、 清洁、符合我国国情的可持续污水处理新工艺变得势在必行。发展新型的污 水处理工艺依赖于微生物学和生物化学的新发现。短程硝化和反硝化除磷等 新型生物脱氮除磷理论的提出对促进我国水环境污染和我国水环境的可持续 苏州科技学院硕十学仲论文第一章绪论 发展有重大的推动意义。 1 2 反硝化除磷技术 1 2 1 反硝化除磷理论 早在上世纪8 0 年代，研究者发现了p a o 能够在缺氧条件下以n 0 3 作为 电子受体进行吸磷。1 9 9 3 年荷兰d e l r 科技大学的k u b a 等观察到厌氧缺氧 交替运行可强化这种现象，在系统中富集一类兼有反硝化脱氮和除磷作用的 微生物。由于此类特性，人们将这种p a o 称为d p bh “。 目前，有两种观点来解释这种现象：( 1 ) 分类p a o 观点。g e r b e r 等、v l e k k e 等认为p a o 实际上可以分为两大类，一类是仅能利用0 2 作为电子受体，另 一类则可同时利用0 2 和n 0 3 。最近，又有学者提出了三类p a o 理论，即除 以上两类外还存在一类p a o ，它们能同时利用n 0 3 、n 0 2 和0 2 作为电子受 体进行吸磷；( 2 ) 一类p a o 观点。这些学者认为生物除磷系统中只存在一类 p a o ，而p a o 能否具有反硝化功能取决于反硝化酶系的驯化和诱导。当前， 大多数学者偏向采纳前一种观点h 。 阳： 图卜1 聚磷微生物放磷、吸磷机理图 f i g u r e1 - 1 t h es 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 反硝化除磷机理和传统a o 法除磷机理类似见图1 1 。厌氧段，反硝化 除磷菌释磷过程与传统工艺中p a o 一致：吸收醋酸盐，转化为p h b 形式储 存于体内。由于p h b 相对于醋酸盐具有更低的还原态物，所以在此转化过程 中必须有以n a d h 2 形式存在的还原能力。n a d h 2 是在聚磷菌体内通过转换 贮存的糖原质为p h b 时形成。能量来源于聚磷酸盐的水解。在缺氧段，反硝 化除磷菌以硝酸盐为电子受体，利用降解厌氧段储存于体内的p h b 产生的能 2 苏州科技学院硕十学位论文 第一章绪论 量a t p ，大部分供给自身细胞合成和维持生命活动，一部分则用于过量摄取 水中无机磷酸盐，并以p o l y p 的形式储存在细胞体内；同时硝酸盐被还原为 氮气“。如此在厌氧缺氧交替运行下，通过d p b 的新陈代谢作用同时实 现反硝化和除磷过程。 1 2 2 反硝化除磷典型工艺 反硝化除磷工艺主要有单级和双级两种。在单污泥系统中，反硝化除磷 菌与硝化菌及非聚磷异样菌同存于同一活性污泥系统中，顺序经历厌氧、缺 氧和好氧三种环境，以b c f s 工艺为代表；在双污泥系统中，硝化菌独立于 反硝化除磷菌单独存在于普通活性污泥或固定生物膜硝化反应器中，以 d e p h a n o x 工艺和a 2 n s b r 工艺为代表。 ( 1 ) u c t 工艺 针对避免硝酸盐回流入厌氧而破坏除磷环境，南非开普敦大学开发了此 工艺，在a 2 o 基础上增加一个缺氧混合液回流系统，使回流污泥中的硝酸盐 经缺氧反硝化后再回流入厌氧。0 t g a a r d 等在对实际污水厂u c t 工艺运行状 况的研究中发现，有6 0 左右的c o d 在厌氧池中以p h a 的形式被吸收；在 后续缺氧池中，l 3 的c o d 以p h a 形式被消耗，同时伴随有吸磷现象的发生。 由此作者得出，在u c t 工艺中缺氧段池对强化生物吸磷具有重要贡献作用， 即约3 0 左右的磷酸盐是在缺氧池中被去除的一。在该系统中，由于二沉池 的污泥回流至前一缺氧池，前置缺氧池的混合液又回流至厌氧池，强化了厌 氧缺氧环境的交替变化，淘汰了其他菌种，较利于d p b 细菌的生长v 。 进 缺氧回流i 垴 污泥回流i 乘嶝； 图卜2u c t 工艺流程图 f i g u r e l 一2s c h e m a t i cd i a g r a mo fu c t p r o c e s s ( 2 ) b c f s 工艺 b c f s 实际上是u c t 工艺的一种变形，该工艺较u c t 工艺增加了两个反 应池，第一个介于厌氧和缺氧池之间( 即接触池) ，回流污泥和来自厌氧池的混 合液在池中充分混合以吸附剩余c o d ；而来自回流污泥中的硝酸盐能被迅速 苏州科技学院硕十学仲论文第一章绪论 反硝化脱除。增加的第二个反应池是混合池，介于缺氧池和好氧池之间，目 的是形成低氧环境以获得同时硝化一反硝化，保证出水中t n 的排放达标； 此外还能保证污泥充分再生( 好氧池) 时不影响硝酸盐的有效去除( 混合池) 。因 为污泥的再生程度能通过调节好氧池的曝气强度控制，保证低负荷时p a o 中 的p h b 和糖原的最低含量，从而保证较好的磷的去除率。叫但该工艺也存 在缺点，b c f s 中的污泥停留时间主要是用来满足硝化菌的生长，为满足硝化 而使污泥龄过长，因此生物量会较低， 一般讲厌氧池末端的富磷上清液抽出， 这对于除磷是不适合的。实际工程上 通过化学沉淀的方法除磷1 1 。 循环a循环c 图卜3b c f s 工艺流程图 f i g u r el - 3s c h e m a t i cd i a g r a m0 fb c f sp r o c e s s ( 3 ) 生物膜反硝化除磷工艺 现代生物除磷工艺大多用到的是活性污泥法，对生物膜法除磷探讨尚少。 1 9 9 4 年，k e r r n j e s p e r s e n 等考察了固定生物膜反应器除磷效果时首次得到： 通过厌氧缺氧交替环境可以培养出富集d p b 的反硝化生物膜一。在厌氧段， 平均每消耗1 m g h a c 可释放0 5 2 m g p 0 4 弘；在缺氧段，平均每还原l m g n 0 3 。 可吸磷2 m g ，而剩余污泥中磷含量已达到8 一1 0 。随后，f a l k e n t o r 等进 行了生物滤池反硝化除磷的小试试验研究一。在生物膜系统中由于液相中 的有机物是通过扩散作用进入生物膜内部的，扩散程度的不同将导致生物膜 纵向生长微生物的种类不同，因此研究生物膜的除磷机理需考察底物扩散作 用和生物膜层状分布，这两方面的作用直接关系到厌氧段释磷和缺氧段吸磷 率，并将最终影响除磷脱氮效果“。 ( 4 ) d e p h a n o x 工艺 w a n n e r 首次提出d e p h a n o x 双污泥反硝化脱氮除磷工艺雏形，其工作原 理如图1 4 所示一，随后d e l f t 科技大学的k u b a 等学者对此系统进行了更 深入的研究。 4 苏州科技学院硕十学何论文 第一章绪论 进 泥 图卜4d e p h a n o x 工艺流程图 f i g u r e 1 4s c h e m a t i cd i a g r a mo fd e p h a n o xp r o c e s s d e p h a n o x 工艺通过设置双污泥回流，创造了适合各菌种最佳的生长环 境。通过设置超越回流，避免了反硝化除磷菌经过好氧曝气而直接进入缺氧 池，厌氧一缺氧的环境交替特别适宜反硝化除磷菌的生长富集。该工艺对有 机物的利用是非常有效地，d p b 在厌氧区吸收c o d 而形成的p h a 全部被用 于硝酸盐的反硝化和缺氧吸磷，保证了反硝化所需的碳源。它解决了p a o 和 反硝化菌对c o d 的竞争问题，也缓解了异养菌和硝化菌在泥龄上的冲突。 当然，工艺在实际应用中也存在一些问题。首先，缺氧下磷的去除率低 于好氧，且磷去除效果很大程度取决于缺氧段硝酸盐的浓度。当缺氧段硝酸 盐不充足时，磷的过量摄取收到限制，而硝酸盐富余时它又会随回流污泥进 入厌氧段，干扰磷的释放。且实际进水中氮磷比例很难恰好满足缺氧吸磷的 要求，给系统运行带来困难。 ( 5 ) a 羽一s b r 工艺 继w a n n e r 提出厌氧缺氧交替运行条件下联合生物膜反应器好氧硝化来 进行生物除磷的新概念后，k u b a 等相继对a 2 n s b r 双污泥系统机型了实验 室小试研究。“。a 2 n s b r 系统具有两个独立的s b r ：一个s b r 一次经 历厌氧一缺氧，主要是用来强化适合d p b 生长的厌氧缺氧环境，筛选优势菌 种；另一个为好氧s b r ，此反应器主要作用是培养硝化菌，以提供厌氧一缺 氧s b r 足量的硝化液。如图所示，厌氧一缺氧s b r 经厌氧反应后，将含氨 氮的上清液留至好氧硝化s b r ，在此经好氧硝化后，将硝化液又回流至厌氧 一缺氧s b r ，完成反硝化和除磷作用。经化学计量表明，在n p 比最优的情 况下( 约为7 ) ，它比传统除磷工艺节省约5 0 的c o d ，且除磷和脱氮效率接 近1 0 0 和9 0 ；耗氧量和污泥产量可分别减少约3 0 和5 0 。另外，该工 艺与d e p h a n o x 一样，可分别控制d p b 和硝化菌泥龄，使各自效能最佳；同 时系统污泥沉降性能良好，不易膨胀。与单污泥工艺系统相比，双污泥的后 置反硝化的运行方式还避免从好氧池向缺氧池大量回流污泥。 5 苏州科技学院硕+ 学何论文第一章绪论 好氧阶段沉淀好氧阶段 水 图1 - 5a 2 n s b r 工艺流程图 f i g u r e l - 5s c h e m a t i cd i a g r a mo f a 2 n - s b rp r o c e s s 1 3 短程反硝化除磷工艺 虽然反硝化除磷技术是一种新型的生物除磷技术，创造性的使用硝酸盐 作为电子受体，工艺理论和操作上和传统的生物除磷工艺类似，进水中v f a 和金属离子含量、温度、污渥沉降性能、厌氧区d o 浓度、进水负荷和p h 值 等影响着该工艺的效能。由于反硝化除磷具有自己的特点，特别是d p b 利用 硝酸盐作为电子受体进行缺氧吸磷的理论和实践都处于起步阶段，所以仍有 一些问题有待深入探讨。 当前，国内外对以n 0 3 作为电子受体的反硝化除磷技术已有大量研究， 且都取得了理想的效果j q 3 1 8 2 u 1 ；也有学者对以n 0 2 作为电子受体的反 硝化除磷进行试验研究。c o m a u 等报道认为亚硝氮的加入不能观察到吸磷现 象卜“；1 9 9 6 年k u b a 也发现当亚硝酸盐浓度在5 1 0 m g l 时不能作为反硝化 除磷的电子受体，并导致吸磷量降低卜一。1 9 9 3 年k e r r e n 等在研究固定生物 膜反应器厌氧缺氧交替运行下释、吸磷时发现，当缺氧段n 0 3 。负荷增加时， 能观察到n 0 2 的积累；随着n 0 3 。的减少，吸磷量也相应减少；一旦系统中的 n 0 3 消耗殆尽，即使存在大量的n 0 2 ，吸磷也不再进行。由此作者认为，只 有n 0 3 。转化成n 0 2 。的那部分能量才能被d p b 所利用一。1 9 9 9 年m e i n h o l d 等通过静态实验结果说明，低浓度n 0 2 。可以作为电子受体达到吸磷目的，但 当n 0 2 浓度超过8 m g l 时吸磷完全被抑制，因此认为较高浓度的亚硝酸盐不 能作为反硝化除磷的电子受体卜一。2 0 0 1 年，d a es u n gl e e 的实验结果表明 6 苏州科技学院硕十学何论文第一辛绪论 卜“，亚硝酸盐对于缺氧磷的吸收不会产生毒害作用，而且可以像硝酸盐一 样作为电子受体进行反硝化除磷，且亚硝酸盐作为电子受体的吸磷速度甚至 比硝酸盐快，亚硝酸盐的利用及出磷效果取决于污泥的驯化程度。s u n g 和 j i a n g 等在2 0 0 6 年对( a o ) 2 s b r 系统中的反硝化除磷现象进行了考察卜一，区 别在于前者把硝化控制在n 0 3 阶段而后者控制在n 0 2 。阶段，两种污泥对n 0 2 。 的耐受浓度分别达1 0 m g l 和3 0 m g l ，由此j i a n g 等进一步推断，d p b 对n 0 2 的耐受能力和利用其作为电子受体进行反硝化吸磷的能力均可以通过运行驯 化加以提高。 由此可见，若实现n 0 2 。作为电子受体进行反硝化除磷，再联合亚硝酸盐 型硝化技术，将硝化控制在亚硝酸盐阶段，就可以实现两段活性污泥系统一 短程反硝化除磷工艺，这对于一般的反硝化除磷工艺而言，必将进一步降低 系统的能耗、减少c o d 消耗以及剩余污泥的排放。工艺流程如图1 6 所示。 进 图1 6 短程反硝化除磷工艺流程图 f i g u r e 1 6s c h e m a t i cd i a g r a mo f s h o r t - c u td e n i t r 钔r y i n gd e p h o s p h a t a t i o np r o c e s s 由于该工艺以亚硝酸盐代替氧气作为d p b 氧化过程中的电子受体，且亚 硝酸型硝化对氧气需求量比硝化反应到硝态氮更节省，故而可降低能耗；节 省碳源是因为d p b 使反硝化和除磷在缺氧区相结合，省去了反硝化过程对电 子受体的需求；脱氮除磷相结合的系统所需c o d 量减少，及亚硝酸型硝化过 程采用生物膜法，最终减少了剩余污泥产量同时也减少污泥处理费用。理论 研究表明，可持续性短程生物脱氮除磷技术相比传统工艺可减少5 0 的c o d 需求量、氧气消耗量和剩余污泥产量。因此，本工艺对于现今具有脱氮除磷 功能的污水处理厂普遍存在的碳源不足，硝化耗能巨大等问题，具有较高的 实际应用价值。 1 4 课题研究的目的意义和主要内容 1 4 1 课题研究的目的和意义 基于短程反硝化除磷的诸多优点，其工艺的开发和研究同渐受到国内外 7 苏州科技学院硕十学何论文第一章绪论 污水处理专家的重视，并已成为污水生物脱氮除磷领域研究的重点和热点课 题。折流板反应器具有水力流态上单个隔室接近完全混合，整体水力特性接 近推流；此外还具有结构简单、投资少、运行稳定、抗冲击负荷能力强、处 理效率高等优点卜v 。因此，在世界倡导可持续性污水处理发展模式的今天， 采用折流板反应器研究短程反硝化除磷工艺的脱氮除磷运行效果以及过程的 优化控制，对未来城市污水脱氮除磷具有重要的指导意义和现实应用价值。 现今污水处理技术正朝着高效低能耗以及可资源回收的方向在不断努 力，实现最少污泥产量，最少c 0 2 量的排放以及最少c o d 化学能的损失时污 水处理技术不断追求的目标。短程反硝化除磷在实现脱氮与除磷统一的同时， 在碳源、能源、污泥产量方面相对于传统技术均有很大节省空间。因此深入 系统研究该理论及工艺，并将其推广到实际工程中，对于降低污水氮磷排放 总量，减少污水处理的投资费用，促进我国水环境污染和水资源短缺的根本 好转及我国水环境可持续发展有重要现实意义。 1 4 2 课题研究的内容 1 s b r 中短程反硝化除磷菌的培养驯化研究 在s b r 反应器中驯化以亚硝酸盐作为电子受体的反硝化除磷菌，并比较 了硝酸盐和亚硝酸盐作为电子受体时反硝化除磷的效果。 一 2 生物膜反应器中短程硝化的试验研究 采用球形填料，通过控制溶解氧、温度、p h 完成亚硝化生物膜的挂膜培 养，并探讨出实现亚硝酸盐稳定积累的最佳因素。 3 双泥折流板反应器短程反硝化除磷工艺对生活污水处理效能研究 以生活污水为研究对象，分析该系统对生活污水的处理效能，并从h i 玎、 污泥回流比、c 腻几个方面对折流板反应器短程反硝化除磷工艺的影响因素 进行分析。 苏州科技学院硕十学位论文 第_ 章s b r 中短稃反硝化除磷荫的培养驯化 第二章s b r 中短程反硝化除磷菌的培养驯化 2 1 试验材料与试验方法 2 1 1 试验装置 试验采用圆柱型有机玻璃s b r 反应器，直径2 0 c m ，高5 0 c m ，有效容积 1 4 l 。由微电脑定时时间控制器实现进水、搅拌、曝气、沉淀、排水过程的自 动切换。厌氧和缺氧过程均由搅拌机进行搅拌，反应周期为8 h 。试验装置如 图2 1 所示。 2 1 2 试验用水 l 、进水箱2 、增氧泵3 、搅拌机 4 、s b r 反应器5 、蠕动泵 6 、电子受体水箱7 、排水管 图2 1s b r 实验装置示意图 f i g u r e2 - 1s c h e m a t i cd i a g r a m0 fs b rs y s t e m 试验用水来自某学校教工家属区生活污水，水质指标见表2 1 。投加少量 乙酸钠补充碳源，磷酸二氢钾补充磷源。 9 苏州科技学院硕+ 学付论文第二章s b r 中短秤反硝化除磷蔺的培养驯化 表2 1 原水水质参数 t a b l e2 - 1r a ww a t e rq u a l i t yi n d e x 水质参数数值范围 c o d c r ( m g l ) n h 4 。n ( m g l ) p 0 4 3 - p ( m g l ) n 0 3 一n ( m g l ) n 0 2 - n ( m g l ) p h 2 1 3 试验运行方式 根据聚磷菌可以分为3 类的理论m “，将整个培养驯化分为三个阶段。 第一阶段在厌氧好氧条件下运行，目的是使聚磷菌成为系统中的优势菌种。 第二阶段为厌氧缺氧运行，通过在厌氧段结束后外加k n 0 3 溶液，使能以硝 酸盐为电子受体的反硝化除磷菌成为优势菌种。在第2 阶段结束后，同时投 加k n 0 3 和n a n 0 2 溶液，并通过逐步减少k n 0 3 投加量而增加n a n 0 2 投加量 对以亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷菌进行选择和富集。各阶段运行模式 如表2 2 所示。 表2 2s b r 运行模式 t a b l e2 2s b ro p e r a t i o nm o d e i s 2 1 4 检测项目及分析方法 水质分析方法参考国家环保局水与废水检测分析方法3 1 1 ，具体见表2 3 。 1 0 8 8 川 删 斛 鼬 胚 2 卜 弘 卜 卜 卜 弘 9 3 5 4 o l 踟 那 ” 帅 丘 苏州科技学院硕十学何论文第章s b r 巾短干早反硝化除磷茼的培养驯化 表2 3 水质分析项目及方法 t a b l e 2 3l t e m sa n da n a l y t i c a lm e t h o d su s e d 检测项目分析方法 c o d c r 氨氮( n h 4 + n ) 磷酸盐( p 0 4 弘p ) 硝酸盐氮( n 0 3 n ) 亚硝酸盐氮( n 0 2 。n ) p h m t s s 快速密闭催化消解法 纳氏试剂光度法 钼锑抗分光光度法 紫外分光光度法 n ( 1 一萘基) 乙二胺分光光度法 p h s 3 t c 测定仪 滤纸重量法 2 2 试验结果与分析 2 2 1 反硝化除磷菌的培养驯化 在s b r 反应器中，维持污泥浓度为3 2 0 0 m l 。每周期进水量为6 l ，c o d c r 浓度2 0 0 2 5 0 m l ，磷酸盐浓度为5 2 6 5 m g l 之间。经第一阶段厌氧好氧交替 运行后，以氧为电子受体的聚磷菌得以富集。当系统具备高效的好氧吸磷性能之 后进入第二阶段厌氧缺氧驯化阶段，即在厌氧释磷结束后，通过恒流泵在半小时 内向系统连续投加l l k n 0 3 溶液( 其初始浓度为2 5 m l ) ，使能以硝酸盐为电子受 体的反硝化除磷菌成为系统中的优势菌种。运行情况如图2 2 所示。 ： 。、 厌氧好氧 ： 0 f i g 2 2 1 0 0 8 0 摹 6 0 再 篮 4 0 稍 2 0 0 481 21 62 02 42 83 23 64 04 4 t d 圈2 - 2 反硝化除磷西培乔阶段p 0 4 ”- p 的变化曲线 p r o f i l eo fp 0 4 3 。pf o rc u i t i v a t i o no fd e n i t r i f y i n gp h o s p h o m sr e m o v i n gb a c t e r i a 7 6 5 4 3