（环境工程专业论文）五箱一体化工艺除磷脱氮特性及其机理研究.pdf

东南大学硕士学位论文 摘要 本文研究了五箱一体化活性污泥工艺除磷脱氮性能，通过水力停留时间、循环周期、泥 龄等参数的优化设置，找出了工艺运行的最佳参数。同时对该工艺泥龄计算与控制、排泥位 置、水温因素等多方面进行了探讨。 试验研究的主要结论： 1 、通过增加分格和控制状态转换的五箱一体化活性污泥工艺用以除磷脱氮是可行的， 在合适的工艺参数下，t p 和t n 去除率分别达到8 5 和7 0 以上。 2 、一体化工艺的水力停留时问在概念上不同于实际停留时间。水力停留时间延长有利 于c o d 和n h 。+ - n 的去除，但对于t p 和t n 的去除有一定的时间限制。在1 3 h 的水力停留 时间下，主要污染物都能取得良好的处理效果。 3 、主体阶段是实现a 2 0 运行的关键阶段，过渡段和沉淀段是为实现两个主体段的转 换服务的。试验研究发现在主体段1 2 0 1 1 1 i n 、过渡段6 0 m i l l 、沉淀段6 0 i i l i n 时各污染物能取 得高的去除率。 4 、o i 冲受进水水质影响，在不同的周期，同一池子的o r p 会有很大的区别。o r p 可 以作为指示信号来表明池子厌氧程度和出水池状态。 5 、试验中发现短泥龄对除磷脱氮不利，最佳泥龄应为1 2 d 左右。 6 、通过排泥浓度和含磷率的比较，发现在出水池末期排泥有利于除磷和减少污泥量。 关键词：五箱一体化活性污泥工艺，除磷脱氮，h r t ，s i 玎，循环周期 i v 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t s t h i sp 印e rm a i n l yd e a l sw i t ht h ef i v et a m ( ss y s t e m b yp i l o ts c a l ee x p e r i m e n t s ， t h ec h a r a c t e r i s t i c s ，m e c h a i l i c sa n d p a r a m e t e r so fd e n i t r i f i c a t i o na n dd 印h o s p h a t i o na r e d i s c u s s e d t h er e s e a r c hr e s u l t sp r o v et h eu p s t a n d i n gd e n i t r i f i c a t i o na n dd e p h o s p h a t i o n 如n c t i o no ft h i ss y s t e m u n d e rp r o p e rc o n d i t i o n st h er e m o v a lr a t e so ft pa n dt nc a n r e a c h8 5 a 1 1 d7 0 r e s p e c t i v e l y ，a n dt pi nt h ee m u e n ti ss t a b i l i z e du n d e r l m g l t h et r a d i t i o n a lc a l c u l a t i o nm e t h o d so fh r ta 1 1 ds r ts h o u l db em o d i f i e di nt 1 1 i s s y s t e m ，a n dt h eo p t i m a lv a l u e so f e a c ha r e13 ha n d12 d 7 i h ec y c l i n gp e r i o d ss h o u l db ec a r e 向l l yc o n t r o l l e d t h es y s t e mc a no p e r a t ew e l l a t8 hp e r i o d sw i t ht h em a i np h a s e2 h ，t h et r a n s i t i o np h a s elha i l dt h ep r e c i p i t a t i n g p h a s e1 h 0 r pi sa f f e c t e db yt h ec o n s t i t u e n t si nt h ei n n u e n t i t sd i m c u l tt ou s et h eb e n d i n g p o i n to fo i o f o rr e a lc o n t r 0 1 m e n t b u to r pc a l lb eo fas i g n a lo ft h eo p e r a t i o ns t a t e t h es l u d g ep fm o d e li n d i c a t e st h ea s y m m e t r yo fm l s si n r e a c t o r e x c l u d i n g r e s i d u a ls l u d g e 仔o mt h ee 御u e n tt a n ki sh e l p 血lf o rd e p h o s p h a t i o na n dr e d u c i n gt h e v 0 1 u m eo fw a s t es l u d g e k e yw o rd s ：i n t e g r a t e ds y s t e mw i t hf i v et a n k s ，d e n i t r i f i c a t i o na n dd 印h o s p h a t i o n ， h r t ，s r - t ，c y c l i n gp e r i o d s v - ， ，i 东南大学硕士学位论文 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己经发表或撰写过 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 惋，日期：2 “p f ，彦 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。 研究生签名：七税互 导师签名 1 1 1 鼻以 日期：埘f 孑 五箱一体化工艺除磷脱氮特性及其机理研究 1 1 研究背景 第一章绪论 我国水资源短缺，虽然总量为2 8 1 0 1 2 m 3 ，但人均水资源量为2 3 4 0 m 3 ，人均占有量仅 有世界平均水平的l 4 ，降雨时空分布严重不均，地区分布差异性极大，这是我国水资源 短缺的基本特点。另一方面水污染日趋严重更加重了水资源的危机。2 0 0 2 1 我国水环境中， 七大水系4 0 9 的断面属劣v 类水质。其中，辽河、海河水系污染严重，劣v 类水体占6 0 以上。石油类、生化需氧量、氨氮、高锰酸盐指数、挥发酚和汞等指数超标。南水北调工 程( 东线) 沿线水质v 类水质断面占3 8 4 ；劣v 类水质断面占2 3 1 ，生化需氧量、氨 氮和高锰酸盐指数超标。主要湖泊氮、磷污染较重，导致富营养化问题突出。滇池草海为重 度富营养状态，太湖和巢湖为轻度富营养状态。氮磷在自然环境和水环境中的迁移转化是一 个复杂的循环过程，当湖泊、水库、河口、海湾等缓流水体中的氮和磷达到一定的浓度时， 就会引起藻类及其他浮游生物的过度繁殖，发生水华和赤潮，造成水质恶化。一般认为，水 体中的氮超过0 2m g l ，磷超过0 o lm g l 即可发生富营养化邸1 。在造成水体富营养化的 诸多元素中，氮、碳和微量元素很多是来自于自然界的生物化学过程，而且可以通过自然过 程得以调节。而磷主要来自人类活动，普遍认为磷是大多数淡水水体富营养化的长期作用的 关键限制因素。水体中的氮由于受自然过程的影响不易受到控制，而磷却可以通过控制人类 的生产和生活活动减少其排放量。城镇污水的排放是水环境中氮磷的主要来源之一，因此减 少和控制氮磷，尤其是磷的排放量，是防止水体富营养化的重要途径之一。 1 2 研究的目的和意义 我国2 0 0 2 年7 月颁布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 ) 规定 城市二级污水处理厂一级标准a 标准n 1 4 + 一n 5 m g l ，b 标准n h 4 + 一n 8 m g l ，一级a 标 准t p 0 5m g l ，b 标准t p l m g l 【4 】。 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，应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。 另外，随着小城城镇化进程的加快，城镇污水排放量也不断增加小城镇在城镇总数中 所占比例大，且呈分散型，是继大中城市污水治理后的一个新的战略目标。例如苏南某县级 城市的污水规划中，将在1 2 0 0 k m 2 的区域范围为内按1 1 个乡镇的行政划分建设1 5 个0 5 5 万m 3 d 的污水处理厂【5 】。这些污水厂规模不大但分布范围很广。根据有关报导，预计今 后我国7 0 以上的生活污水将来自城镇及小区。因此迫切需要对这些小城镇污水处理后达 标排放。 东南大学工程硕士学位论文 1 3 五箱一体化活性污泥工艺简介及技术特点 1 3 1 五箱一体化系统简介 五箱一体化活性污泥工艺是东南大学正在研究开发的智能化中小型污水处理工艺，其 主体是一个被分隔成五个单元的矩形反应池。为了实现良好的除磷脱氮效果，可以通过运行 方式的控制，使各个池子交替进出水，而且在不同的时间和空间上经历厌氧缺氧、好氧和 沉淀过程，从而实现a 2 o 工艺的各段功能，而无需污泥和混合液回流。系统的运行采用可 调节方式，通过p l c 可编程序控制器信号控制，使系统完全自动运转；通过触摸显示屏可改 变各阶段的运行时间，随时了解各个池子运行状态；通过控制柜的按钮指示灯可以了解设备 的运转情况；通过新的程序信号的输入还可以改变运行方式，操作简单直观，运转灵活。 1 3 2 技术特点 五箱一体化活性污泥工艺首先是一种活性污泥工艺，其对有机物、氮和磷的去除仍然 应用了生物处理的机理。该工艺又完全不同于传统活性污泥工艺，各个池子运行状态随时问 和空间交替，没有一个池子一成不变的处于单一状态。比常规的生物除磷脱氮工艺运转更加 灵活，充分利用了传统的生物除磷脱氮机理，可以通过多个池子状态控制和转换使工艺在时 间和空间上实现a 2 0 状态。它集合了传统活性污泥法、s b r 、u n i t a n k 等诸多优点【7 】： ( 1 ) 池形为方形，相邻池间共用池壁，结构简单紧凑，占地面积小，土建造价低。从 结构安全性上来说，各个池子共用底板可以提高结构的稳定性。 ( 2 ) 各个池子间水力连通，实际运行过程中通过进出水位置的切换，反应区体积、基 质和微生物浓度随时问变化，具有推流特征，保持反应基质的推动力。 ( 3 ) 不专门设置二沉池及污泥回流和混合液回流装置，通过进出水位置切换使水流变 向自动完成污泥回流和混合液回流，并使其中两个反应池交替处于沉淀出水状态。 ( 4 ) 运转方式灵活，可以在一个反应池的不同时间和同一时刻不同反应池问形成厌氧 缺氧、好氧以及沉淀状态，通过上下对称的两半周期使经历不同处理过程的水返混，在状 态转换中利用不同状态的氧作为电子受体，通过多种途径代谢，从而使除磷脱氮处理效果更 好，有机物降解更完善。 ( 5 ) 不设置初沉池。取消初沉池，能利用有限的碳源，提高出水水质，简化工艺流程， 节省基建投资和运行费用【8 】。 ( 6 ) 可以根据在线d 0 和0 r p 检测信号反馈调节曝气量，根据信号显示和处理效果分 析可以调整阶段时问和控制过程，优化最佳的运行方式以除磷脱氮。 ( 7 ) 出水池交替作为厌氧缺氧、好氧以及沉淀池，池体内不存在死角，不易产生污 泥腐化现象，同时省却了刮泥设备和污泥回流系统。采用固定堰出水，避免了撇水器造成的 水位损失。 ( 8 ) 污泥沉淀性能良好。五箱一体化设置使污水处于推流状态，可以有效的防止污泥 膨胀。沉淀池中污泥一部分是前一阶段作曝气池时留下的，一部分是由相邻的曝气池推流进 来的，在沉淀过程中没有经过任何管道，可以防止絮凝污泥破碎。污泥沉降是在相对静止的 状态下进行的，受外界干扰较小，沉淀效率高。 ( 9 ) 抗缓冲能力强。由于反应器具有推流和混和流的双重特点，污水进入某个池子时， 由于搅拌或曝气混和作用，使污染物在进水池中分布均匀，同时利用池中活性污泥絮体将污 染物吸附后慢慢降解。 2 ： ； !l lrih lrrlr 五箱一体化工艺除磷脱氮特性及其机理研究 五箱一体化系统存在的不足： ( 1 ) 从机理上该工艺实际是一个无污泥回流的连续流活性污泥法。污水交替进出及变 向流动会造成各个池子问活性污泥浓度差异，混合液不断向出水池推移，往往使得污泥泥面 上升，有可能使出水水质变差。当池子作沉淀池使用时，由于池子构造并非为专门的沉淀功 能所设计，故难以在一个较佳的水力条件下进行泥水分离。另外污泥泥面在池子底部分布不 均匀，靠水力连通孔处污泥泥面将提高，并可能影响出水指标。 ( 2 ) 在设备方面，该工艺是通过固定堰槽出水，但在曝气阶段槽内积聚混合液，必须 在出水前进行冲洗，增加了相应设备。另外该工艺管道系统布置较为复杂，且需要大量的电 动进出水阀门、电动空气阀门以及剩余污泥排放阀。系统运转完全依赖于自动控制系统，对 设备可靠性要求高。交替运行使得系统存在设备闲置问题j 一次性投资高。 总体来说，多箱一体化活性污泥工艺由于布局紧凑，运转灵活，自动化程度高具有很 大的应用空间。特别是对于城镇或农村地区中小型污水处理，该工艺日常维护工作量小，运 行费用低，可交与专业化公司维护管理。系统完全自动化运转即减少了人力消耗，又缓解了 城镇和农村地区污水处理专业技术人员短缺的矛盾。 1 3 3 技术经济指标 国内目前建设二级污水处理厂投资1 2 0 0 1 6 0 0 元m 3 ，相应的配套管网投资4 0 0 7 0 0 元m 3 ，污水厂单位处理成本0 5 5 、o 8 8 元m 3 ，单位水量运营费0 3 5 0 5 5 元m 3 【1 3 】。对 于中小型污水处理，应选用高效低耗的适用技术和工艺，应严格控制吨水投资，电耗和运行 费用，尽量减少管理操作人员的数量。 五箱一体化系统由于一体化设置，恒水位运行，在技术经济方面与常规工艺有很大的 优越性【9 】。 电耗：一般在0 2 5 0 3 0 k w h m 3 ； 工程投资：1 0 0 0 1 5 0 0 元m 3 ： 占地面积：0 3 0 0 6 0 m 2 m 3 ，这与氧化沟工艺的0 7 0 1 0m 2 m 3 相比节省土地是非常 明显的，应用此工艺可使单位面积设计污水处理能力至少提高2 5 ； 人员需求：由于采用智慧型的电脑专家控制系统，管理操作人员只有同样规模常规污 水处理厂的1 2 1 8 。 1 3 4 多箱一体化活性污泥系统应用前景 该系统主体是活性污泥工艺，多箱设置使其具有推流反应器和阶式反应器的特点，混 合搅拌措施和一体化组合又使其具有完全混合反应器的特点，通过控制方式和状态的转换可 以实现良好的除磷脱氮效果，而在池体中增加填料又可将活性污泥和生物膜工艺组合起来， 因此具有广阔的应用前景。 该系统用于城市污水处理，可以大大减少污水处理厂的占地面积和土建投资。( 池体方 形，共用池壁，便于布置紧凑；一体化设置便于维护管理；完全自动化控制又可大大降低人 力。) 该工艺用于中小型污水处理，可实现成套化生产，减少资源浪费。一体化设置便于现 场安装调试，对于有特殊要求的场所可整体封闭于地下。 结合我国目前污水处理发展的现状，笔者以为该工艺应优先在以下范围推广应用： 城市新建小区： 随着城市的发展和城市化进程的加快，许多新建小区向市郊区推移，这些地区往往存 在市政管网不完善的问题。节水和人们对居住环境要求的提高也迫切需要对小区污水处理后 东南大学工程硕士学位论文 回用，甚至许多小区要有水景设施。将污水处理回用的生态小区建设是当前房地产开发商的 热点之一，高质量的小区也需要智能化和集成化的污水处理技术和工艺。 城市公共设施和单位： 学校、企事业单位和宾馆等用水量比较大，具有1 定的规律性。在市政管网不配套和 有中水回用要求的地区往往需要对这些污水进行单独处理。 疗养院、度假村、别墅区等： 这些地方往往远离城市市中心，濒临风景区和水资源保护区，也需要对污水进行收集 处理后排放。 小城镇和农村聚住区： 小城镇和农村聚住区比较分散，很难将污水集中后处理，在一些经济较发达地区往往 需要对这部分污水进行单独处理。 参考文献 【l 】李军，杨秀山，彭永臻微生物与水处理工程化学工业出版社，2 0 0 2 9 【2 】金相灿等中国湖泊环境海洋出版社1 9 9 5 年5 月 【3 】杨祯奎胡保林译水域的富营养化及其防治对策中国环境科学出版社，1 9 8 7 年7 月 【4 】国家环保局，国家技术监督局中华人民共和国国家标准一一污水综合排放标准 ( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 【5 】南京市市政设计研究院，常熟市污水规划，2 0 0 5 4 【6 】向仁军，张在峰，李和平一体化生物除磷脱氮工艺装置中国给水排水，2 0 0 0 4 【7 】徐亚同废水中氮磷的处理华东师范大学出版社，1 9 9 6 3 【8 】王琳，杨鲁豫，王宝贞我国城市污水处理的有效措施城市环境与城市生态，2 0 0 1 2 ： 5 0 一5 2 【9 】张建文，张海燕城市污水处理厂运行管理优化方案城市环境与城市生态，2 0 0 1 8 ： 1 8 1 9 4 五箱一体化工艺除磷脱氮特性及其机理研究 2 1 生物脱氮 第二章课题的理论基础 污水中氮主要以氨氮和有机氮形式存在，污水生物处理过程中氮的转化包括氨化、同 化、硝化和反硝化作用。 氨化作用：污水中的有机氮主要以蛋白质和氨基酸形式存在。蛋白质可以作为微生物 的基质，在蛋白质水解酶的催化作用下，蛋白质水解为氨基酸。蛋白质水解可以在细胞内进 行，也可以在细胞外进行。氨基酸在脱氨基酶作用下产生脱氨基作用，印从氨基酸分子上去 除一n h 2 原子团。脱氨基后的氨基酸可以进入三羧酸循环。由此可以说明污水中的蛋白质和 氨基酸在生物稳定化处理过程中通过氨化作用转化为n h 4 + 一n 。 硝化作用：n 1 4 + 一n 可以在有氧存在的情况下被自养型亚硝酸菌氧化为n 0 2 一一n 并进 一步被硝酸菌氧化为n 0 3 一一n ，这一过程称为生物硝化过程【l 】。其反应式如式2 1 、式 2 2 ： 2 朋。+ + 3 q 墅吗2 q 一十2 且d + 4 日+( 2 1 ) 2 加2 一+ d 2 马2 加3 ( 2 2 ) 反硝化作用：n 0 3 一一n 可以被异养型微生物作为最终电子受体，在缺氧条件下，通过 生物异化还原转化成气态氮( n 2 ) ，从水中逸出。n 0 3 一一n 的这种还原称为反硝化作用。生 物反硝化过程可以用式2 3 、式2 4 表示： 1 加，一十3 日( 电子供体有机物) j ，+ h ，o + 鲫一 。 2 。 一 ( 2 3 ) 心一+ 5 h ( 电子供体有机物) 专圭2 + 2 h z 9 + 凹一 ( 2 4 ) 同化作用：在生物处理过程中，污水中的一部分氮( n 1 4 卜n 或有机氮) 被同化成微 生物细胞的组成成分。按细胞干重计算，微生物细胞中氮的含量约为1 2 5 。虽然微生物 的内源呼吸和溶菌作用会使一部分细胞中的氮又以有机氮和n h 4 卜n 的形式返回到污水中， 但仍存在于微生物细胞及内源呼吸残留物中的氮可以在二次沉淀池中以剩余污泥的形式得 以从污水中去除。 目前许多研究者又提出亚硝酸硝化反硝化工艺【2 】、好氧反硝化【3 】、同步硝化反硝 化【4 】、厌氧氨氧化等工艺，通过环境条件控制和优势菌种的培养缩短生物脱氮的途径或工 艺流程，以节省能量损耗和建设投资。 5 东南大学工程硕士学位论文 2 2 生物除磷 除磷工艺是依靠聚磷菌的作用来实现的，这类细菌是指那些既能贮存聚磷( p o l y p ) 又 能以聚b 一羟基丁酸( p h b ) 形式贮存碳源的细菌。在厌氧、好氧交替条件下运行时，通过p hb 与p o l y p 的转化，使其成为系统中的优势菌，并可以过量去除系统中的磷。其中聚磷是若 干个基团彼此以氧桥联结起来的五价磷化合物，亦被称为聚磷酸盐，其特点是：水解后生成 溶解性正磷酸盐，可提供微生物生长繁殖所需的磷源；当积累大量聚磷酸盐的细菌处于不利 环境时，聚磷酸盐可分解释放能量供细菌维持生命。聚b 一羟基丁酸是由多个b 一羟基丁酸 聚合而成的大分子聚合物，当环境中碳源物质缺乏时，它重新被微生物分解，产生能量和机 体生长所需要的物质。这一作用可分为两个过程：厌氧条件下的磷释放过程和好氧条件下的 磷吸收过程。生物除磷源于活性污泥超量吸收磷现象的发现。早先对生物除磷的机理的解释 为：厌氧区提供“压抑”状态引起磷的释放，随后在好氧区实现磷的吸收。随着实验观测资 料的积累，已从基础生物化学基础上解释了生物除磷的现象。 未经处理的污水中磷的存在形式主要有三种：正磷酸盐，聚合磷酸盐和有机磷，后两 种成分约占进水总磷量的7 0 。在二级处理中约有1 0 3 0 的磷可以通过同化作用去除 掉。出水中的磷如果要达到很低的水平，所需去除的磷一般要超过微生物细胞合成和维持的 需求量。研究者发现，在某些好氧条件下微生物吸收磷会超过其正常的需求量，而在缺氧条 件下微生物会把吸收的磷释放掉。在反应器中按顺序创造适宜的环境条件，利用这些微生物 超量吸收磷的特性，可以有效去除污水中的磷。 目前的生物脱氮除磷技术主要是使废水通过污水处理系统的非曝气区形成缺氧和厌氧 环境，或单独设立缺氧和厌氧环境，或通过控制充氧量与运行条件形成硝化反硝化的除磷 的环境，从而达脱氮除磷的目的。其基本过程是： 厌氧条件下，通过产酸菌的作用，污水中有机物质转化为低分子发酵产物( v f a ) ( 如醋 酸等) ，聚磷菌则分解体内的聚磷酸盐释放出磷酸盐及能量，同时利用水中的低分子有机物 在体内合成p h b ，以维持其生长繁殖的需要，同时释放磷酸盐。研究发现，厌氧状态时间越 长，对磷的释放越彻底。 好氧条件下，聚磷菌利用体内的p h b 及快速降解c o d 产生的能量，将污水中的磷酸盐吸 收到细胞内并转变成聚磷贮存能量。好氧状态时问越长，对磷的吸收越充分。由于好氧状态 下微生物吸收的磷远大于厌氧状态下微生物释放出的磷，随着厌氧一好氧过程的交替进行， 微生物可以在污泥中形成稳定的种类并占据一定的优势，磷就可以通过系统中剩余污泥的排 放而去除。此外，针对释磷与聚磷的关系，研究表明 5 磷的厌氧释放是磷好氧吸收和除磷 的前提条件。 2 3 提高污水除磷脱氮率的途径 污水处理的指标包括碳、氮和磷多种，但是除磷和脱氮却是矛盾的过程。现代污水处理 技术往往要求同步除磷脱氮，以减少投资，降低工艺的复杂性。如何兼顾二者的要求或者是 在特定的条件下侧重一方面的处理，取得良好的处理效果是许多研究者一直在探讨的问题。 在工程实际中，提高污水除磷脱氮效率的主要措施如下： 6 五箱一体化工艺除磷脱氮特性及其机理研究 2 3 1 提高进水中c n 、c p 生物反硝化和磷释放都需要消耗低分子有机物，一般来说进水中b o d 。t k n 值大于4 6 ，b o d 。t p 值大于2 0 时5 1 才能取得良好的除磷脱氮效果。认为进水中c o d t p 的比率超过 5 0 1 才能取得好的除磷效果，但考虑到不同的水质可生化性有很大的不同，在除磷脱氮工 艺中应尽量提高进水中v f a 的含量。提高进水中v f a 的含量可以减少反硝化和厌氧释磷对基 质的竞争。有研究表明进水中如果存在足够的v f a ，即使厌氧区存在一定的硝态氮，仍然能 取得好的厌氧释磷效果。影响生物除磷的最基本因素是生物处理厌氧段进水中v f a s ( 包括厌 氧段中其他可快速降解基质的发酵产物) 与总磷的比值，最好采用v f a t p 值来判断污水除磷 的可能性，但由于工艺反应过程的复杂性而无法测定厌氧区发酵产物的产生速率，因而一般 采用进水的b o d s t p 值作为近似比值。 试验研究表明，进水b o d 。t p 值 7 5 北京市高碑水力停留时间： 占地面积： l 性污泥 店污水厂一 4 1 2 h ： 0 6 1 嘶( m 3 是对城市污水及 法 b 0 脘 8 5 、期工程污泥龄：5 、1 5 d ； 水d ) ； 有机工业废水最 s s 8 5 5 0 1 0 4 t d系统污泥产率： 电耗： 有效的生物处理 d 6 0 8 k g s s k 邸0 陕 o 1 5 0 3 ( k w h ) m 3 撇一。 水； 。 运行费： 0 2 5 o 5 i 孙仍i n 3 水。 1 2 1lr-l-ri_i_ 五箱一体化工艺除磷脱氮特性及其机理研究 单方造价： c o d _ 8 0 1 2 0 0 1 8 0 0 舳( m 3适用于对氨氮和 前置反 水力停留时间： 水) ； 总氮有严格排放 删兑 b 0 残 8 5 、 天津东郊污 7 1 2 h ：占地面积： 要求，但对p 无具 s s 8 5 、 水处理厂 污泥龄：1 5 4 0 d ； 0 6 1 酯( m 3 体要求的城市污 2 氮 氨氮 4 0 1 t d 系统污泥产率：水d ) ；水处理，以及为适 ( a o ) 8 5 、总0 2 0 4 l ( g s s k g b 0电耗：应排放要求的含 工艺 奎6 0 、 d 5 。 0 1 5 ( k w h ) m 3 水；氨工业废水的处 总磷 4 0 9 6运行费：理。 0 3 0 6 l 猢b ，m 3 水。 厌氧水力停留时间： 好 c 0 m 8 5 6 8 h ： 适用于对磷有严 氧 大连开发区污 污泥龄：5 8 d ； 电耗： 3b o d 9 a 、 水厂o 2 2 ( k w h ) m 3 水； 格排放要求，但对 ( a o ) s s 9 0 、1 5 1 0 4 t d 污泥负荷：氮无具体要求的 生物除 总磷 8 5 0 2 0 5 k 删k 酬城市污水处理。 磷工艺 l s s d 。 厌氧c 0 腿 8 5 缺水力停留时间： 氧好 b o d 5 9 0 、 太原市北郊 8 、1 l h ： 军l s s 9 0 、 污泥龄：5 8 d ( 除 电耗：适用于对氮、磷指 4 污水厂o 5 2 5 咖h ) m 3 水； 标都有一定要求 i 、f 氨氮 6 1 t d 磷为主) ， 3 0 d ( 脱 生物脱 9 5 、总氮为主) ； 的城市污水处理。 氮除磷参7 0 9 6 、 工艺总磷 5 0 9 6 电耗 ： 有利于难降解有 水力停留时间： 0 2 2 o 2 5 ( k w h ) m 机物的去除，且抗 奥贝尔 山东邯郸市 4 2 4 h ： 3 水； 冲击负荷能力较 5 型氧化 东郊污水处污泥龄：5 3 0 d ； 单方造价：9 9 2 8 i 猢b 强，适用于 理厂 污泥负荷： ( m 3 水) ； 2 0 x 1 0 w 勺以下 沟工艺占地面积：0 嘶( m 3 规模的城市污水 4 1 0 4 t d0 0 7 0 4 l ( 删k g 水d ) ； 处理厂，尤其推荐 5 s d 。 应用于中小规模 运 行费 ： 0 3 0 6 i 孙毋种水。 的城市污水处理 r ， 污泥不经消化直 接脱水，工艺流程 电耗： 简单，运行管理方 水力停留时间： 0 2 8 ( k w h ) 拧水； 便，出水水质好， 双沟d e 西安市北石 4 7 h ：单方造价：1 4 0 0 刚b 处理过程稳定可 6型氧化 桥污水处理污泥龄：4 2 0 d ；( m 3 水) ： 靠，不仅能去除污 厂 污泥负荷：占地面积：1 2 7 矗( m 3 水中的有机物，而 沟工艺 且兼有生物脱氮 1 5 1 0 4 t d0 0 9 k 删k 目皿s s水d ) ； d 。 运行费：0 3 2 雕b m 3 除磷功能，不仅能 适用于大型污水 水。 处理厂，也可用于 中小城镇或居民 区污水处理厂。 鼓风曝南方某城市水力停留时间：9 h ：电耗：与其它氧化沟相 7 气型氧污水处理厂污泥龄：8 9 d ；0 2 3 ( k w h ) m 3 水；比：灵活i 生高，适 化沟工1 5 1 0 4 t d污泥负荷：单方造价：1 0 0 0 i 猢b 应的污水水质、水 东南大学工程硕士学位论文 艺0 1 k 删k 酬l s s( m 3 水) ；量负荷变化范围 d 。 占地面积：0 6 m 2 ( m 3宽。另外提高了空 水d ) ； 气中氧的利用率 运行费：0 3 2 刚b m 3及充氧动力效率， 水。 可采用较大水深， 节省处理厂占地， 同时由于使用微 孔曝气，有利于氧 的转移和电能节 省。 优点：构筑物少目 简单，设备少，可 靠l 生高，占地省， 基建及运行费低， a 、镇江新区污水处理厂水力停留时间： 有机物去除效率 序批式采用c a s t 工艺 3 ： 高，自动化运行， 活i 生污 2 1 0 4 t d 。 污泥龄：3 0 d ； 工作人员少，对水 8 质、水量冲击负荷 泥法b 、天津经济技术开发区污泥负荷： ( s b r ) 污水处理厂采用d a t i a t0 0 5 0 1 k g b 0 脘k g 适应| 生强。般采 用低负荷运行，产 工艺1 0 1 0 4 t d 。峪d 。 泥少，污泥好氧稳 定，不需消化直接 脱水。 缺点：设备装置利 用率低 属国内自主开发 的工艺，是在传统 水解酸 电耗：0 2 舳m 3 污活性污泥法基础 化- 一 北京密云污水；上用水解池取代 9 好氧活 水处理厂单方造价：8 3 3 剐b 传统自匀= 初沉池。采 性污泥 1 5 1 0 4 t ( m 3 水) ；用较短的水力停 d 运行费：0 2 0 3 i 猢b m 3留时间，提高了污 法 水。水的可生物降解 性，能耗低，降低 了污泥产量。 对处理水质复杂 和变化较大的污 水水质具有较大 水力停留时间：电耗：0 2 ( k w h ) m 3的适应能力，与一 a b 两段山东省淄博 6 8 5 h ： 水；级活性污泥法相 1 0 活i 生污 f 污水处理厂 污泥龄：2 1 d ；单力造价：1 2 2 8 r 船比具有更高处理 污泥负荷：( m 3 水) ；效率和更好的稳 泥法1 4 1 0 4 t d 4 5 1 k 删k 龇s s运行费：0 5 舳m 3定| 生，研蝴亍中温 d 。 水。消化，回收能量节 约能源，可先建a 段、后建b 段，便 于分期建设。 生物接 电耗：1 ( k w h ) m 3该法与活性污泥 l l 触氧化 水；单方造价：相比造价基本相 法 2 0 9 7 i 猢b ( m 3 水) ；同，可处理种各种 1 4 五箱一体化工艺除磷脱氮特性及其机理研究 占地面积：o 5 1 m 2 ( m 3不同特性的有机 水d ) ；工业废水，而活i 生 运行费：0 8 6 l 姗| m 3污泥法只适宜处 水。 理可生物降解性 较好的污水。不需 要污泥回流，不瞑 怕污泥膨胀，受环 境影响小，对氧的 利用率比活性污 泥法高3 、8 倍，动 力消耗则少 2 0 、3 0 9 6 ，还可间断 运行。填料的使用 寿命小于5 年，更 换填料工作量大， 操作环境差。 占地较小，碱 大连马栏河到常规处理工艺 曝气生 城市污水处的l 5 1 l o ，处 1 2 物滤池 ( b a f ) 理厂理效果好，可用于 1 2 1 t d 三级处理，处理效 果稳定。 参考文献 【1 】马文漪，杨柳燕环境微生物工程南京大学出版社，1 9 9 8 ，3 【2 】y a n gl ，a 1 1 e m a nj e i n v e s t i g a t i o no fb a t c h w i s en i t r i t eb u i l d u pb ya ne n r i c h e d n i t r i f i c a t i o nc u l t u r e w a t s c i t e c h ，1 9 9 2 ，2 6 ：9 9 7 1 0 0 5 【3 】d p a t u r e a u ， e h e l l o i ne ta 1 c o m b i n e dp h o s p h a t ea n dn i t r o g e nr e m o v a l i nas e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o ru s i n gt h ea e r o b i cd e n i t r i f i e r ， m i c r o v i r g u l aa e r o d e n i t r i f i c a n s w a t r q 墨! y q ! 3 5 n o 1 ，p p 1 8 9 1 9 7 ，2 0 0 1 【4 】李丛娜序批式反应器同步硝化反硝化处理生活污水东南大学硕士学位论文，1 9 9 9 ， 【5 】郑兴灿，李亚新污水除磷脱氮技术中国建筑工业出版社，1 9 9 8 【6 】b 啪d a 踊a r dea n dp 酣e r s e nj ( 1 f u us c a l ee x p e r i n 踟t sw i t hb i 0 1 0 9 i c a la n d e m i c a l p h o s p h o l l j sr 即d v a l c h e r l i c a lw a t e ra n dw a s t e i 1 7 a t e rt r e a 切1 e n t ，p p 4 4 3 _ 4 5 9 s p r i n g e r - v e r l a 吕 b e r l i r l 【7 】王琳、杨鲁豫、王宝贞我国城市污水处理的有效措施城市环境与城市生态，2 0 0 1 ，2 ： 【8 】华光辉、张波城市污水生物除磷脱氮工艺中的矛盾关系与对策给水排水，2 0 0 1 ，1 ： 【9 】黄晟，吴慧英等城市污水除磷中的有关问题重庆环境科学，2 0 0 1 ，1 0 ：3 9 4 2 【1 0 】d w i1 da n dh s i e g r is t t h es i m u l a t i o no fn u t r i e n tf l u x e si nw a s t e w a t e r t r e a t m e n t p l a n t sw i t he b p r w a t r e s v 0 1 3 3 ， n o 7 ，p p 1 6 5 2 1 6 6 2 ，1 9 9 9 【1 1 】娄金生等水污染治理新工艺与设计北京：海洋出版社，1 9 9 9 ，1 1 5 东南大学工程硕士学位论文 3 1 试验设计 3 1 1 试验装置设计 第三章试验设计与研究内容 本试验装置是间隔成五个单元的矩形反应池，平面布置如图3 1 所示。从水流方向来 说，l4 、5 4 池为边池，2 ”、3 ”、4 。三池为中间池。五池之间水力连通，每池都设曝气和搅 拌系统，前面14 、5 。两池设有出水口和污泥排放口，交替作为曝气搅拌和沉淀池。污水可 进入除3 。池中的任一个( 理论上3 4 池也可以，但为保持池子较高的使用率，污水不进3 4 池) ，采用连续进水，周期交替运行。通过调整系统运行方式，创造良好的厌氧、好氧条件 以除磷脱氮。 反应器的主要组成部分有：矩形箱体、鼓风机、水泵、搅拌机、p l c 可编程序控制器、 液晶显示屏、进水电磁阀、出水电磁阀、曝气电磁阀、排泥电磁阀、溶解氧控制仪、氧化还 原电势控制仪等。 图32 为试验装置的现场安装图，图3 3 为控制柜幽，反应器箱体由8 r n m 厚钢板焊接 而成，箱体高3 7 5 0 r m ，池内设计水深3 5 0 0 n u n 。1 。、5 4 池平面尺寸为1 0 5 0 m m 8 0 0 n 1 1 1 1 ，2 。、3 4 、4 4 池为7 0 0 m m 7 0 0 m m 。反应器组成部分及规格型号见表3 1 。 图31 试验装置平面布置图 3 2 试验装置现场安装图图3 3 控制柜图 1 9己0己1己己2 3 6 口 五箱一体化工艺除磷脱氮特性及其机理研究 1 、2 、3 、4 、5 一反应器的五格，6 一进水槽，7 一出水槽，8 、9 、1 0 、1 1 一进水电磁阀，1 2 一p l c 可编程序 控制器，1 3 一进水管，1 4 、1 5 、1 6 、1 7 、1 8 一曝气电磁阀，1 9 、2 0 、2 l 、2 2 、2 3 一搅拌器，2 4 、2 5 一出水 电磁阀，2 6 、2 7 一排泥电磁阀，2 8 一排泥槽，2 9 一鼓风机，3 0 一水泵 图3 4 试验装置示意图 表3 1 1 反应器组成部分规格型号 序号名称规格型号数量生产厂家备注 1 鼓风机 n p v 一2 0 a，1 山东章晃机 q = 0 2 2 m 3 m i n械工业公司 2 水泵g p 1 2 5 ，q = 3 3 l m i n 1 3 进水电磁阀 c e l s d n 2 04 浙江永久 4 出水电磁阀c e l s d n 2 0 2 浙江永久 5 排泥电磁阀 c e l s d n 4 02 浙江永久 6 曝气电磁阀 z b s f y 一2 05 浙江永久 7 d 0 控制仪 d o g g l o13 南京自动化 设备总厂 8 o r p 控制仪 + g f + s i g n e t3 9 搅拌机 5 1 0 液晶显示屏 v 1 1 一1 5 1 11h i t e c h 1 lp l cf x i n 一6 4 m r1m i t s u b i s h i 3 1 2 反应器运行过程及原理分析 反应器运行过程： 一体化活性污泥的运行周期包括前半周期和后半周期，八个阶段，以阶段一、五为主体 段，二、六和三、七为过渡段，四、八为沉淀段，控制状态见图运行过程。各阶段控制状 态见表3 1 2 ，反应器各部件导通状况见表3 1 3 工艺原理分析： 按五池设计不仅使每个池子在不同时间阶段经历厌氧缺氧和好氧过程交替，而且不同 池子在同一阶段都可厌氧缺氧和好氧过程交替，阶段一、五可以出现厌氧缺氧和两级好氧， 其它每一阶段都经过两级好氧后出水，避免了三池设置时中间池进水曝气出水的单级处理过 程，使反应更加完善。 从反应器理论来说，增加反应器的级数会使反应更加迅速和完善。般来说反应器的级 数越多，出水水质越好。但从满足国家污水排放标准来说，池子按三级或四级设置即可，再 增加反应器的级数对污染物去除率提高不大。考虑本工艺系统一个池子要沉淀出水，交替出 水又使一个池子提前进入静止沉淀状态，而要满足除磷脱氮要求又要创造良好的厌氧缺氧 和好氧条件，所以该系统按五池设置各个阶段工艺分析如下： 1 7 东南大学工程硕士学位论文 缺氧好氧好氧 厌氧沉淀 阶段一阶段二阶段三阶段四 好氧 好氧 缺氧 沉淀 厌氧 阶段八 阶段七阶段六 阶段五 图3 5 五箱一体化活性污泥工艺运行过程 阶段一：污水首先进入池l ，该池在上半周期作为沉淀出水池运行时积累了大量经过再 生、具有较高吸附活性的污泥。污水进入使污染物浓度不断提高，活性污泥的吸附和降解作 用随之加快。缺氧搅拌可利用原水中的有机物为电子供体反硝化上周期作为沉淀池时残存 n 0 厂n ，并水解酸化进水中高分子有机物质，为反硝化结束后厌氧释磷提供低分子有机物； 随后污水进入池2 ，污泥也随之从左向右推进，该池在上半周期作为好氧池，有n 0 。1 和0 。， 由池1 推进来大量低分子有机物，反硝化迅速结束而转入厌氧释磷状态。两级缺氧厌氧设 置除可以满足反硝化和释磷要求外，还可以降解部分大分子有机物为v f a 。然后经池3 和池 4 两级好氧，充分完成有机物降解、聚磷菌吸磷和残存n h 。+ - n 硝化过程。池5 作为沉淀出水 池，上清夜排出。该阶段出水实际是上周期经过a + 0 2 + 静止沉淀过程与该阶段进水经过a 2 + 0 2 过程混合出水。 阶段二：从池2 进水，池1 控制好氧状态，可使阶段一处于饥饿状态的聚磷菌吸磷并降 解有机物。池2 在阶段一已经处于厌氧状态，继续保持厌氧状态，水解进水中有机物为v f a 并使磷释放充分，然后经池3 和池4 两级好氧完成磷吸收、有机物降解和硝化过程，然后经 池5 沉淀出水。该阶段出水实际是经过阶段一a 2 + 0 2 过程与该阶段经过a + 0 2 过程混合出水。 阶段三：从池2 进水，池1 好氧进一步降解有机物并吸磷，为下一步沉淀出水作准备。 经过前面两级缺氧厌氧的池2 转