（环境科学专业论文）海水冲厕地区污水脱氮研究.pdf

青岛大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , t h en i t r i f i c a t i o no fw a s t e w a t e rf r o mf l u s h i n gt o i l e tw i t hs e a w a t e rb ys b ri nb e n c h - s c 日j eh a sb e e n s t u d i e d t h ee f f e c t so fi t ss a l i n i t yo nt h en i t r o g e nr e m o v a le f f i c i e n c ya n ds h o r t - c i r c u i tn i t r i f i c a t i o nh a v eb e e nf o c u s e d i n a d d i t i o n ，t h ee x p e r i m e n th a sb e e nc a r r i e dt od e t e c th o wi m p a c to fs o m ef a c t o r ss u c ha st e m p e r a t u r e , f a , p ho nt h e t r e a t m e n t p e r f o r m a n c e t h ee f f e c t so f s a l i n i t yo nt h en i t r o g e nr e m o v a le f f i c i e n c yi n d i c a t e ： t h ee f f e c t so fs a l i n i t yo nt h en i t r o g e nr e m o v a le f f i c i e n c ya nn e g l i g i b l ew h e nd o m e s t i cs e w a g ec o n t a i n ss e a w a t e r l o w e rt h a n3 5 a n dt h es y s t e mc a ns u s t a i nh j g in i t m g a nr e m o v a le f f i c i e n c y ( 8 0 ) w h e nt h ep r o p o r t i o no fs e a w a t e r l o w e rt h a n6 0 t h ec o n c e n t r a t i o no fn h 3 - na f i c rt r e a t e dc a rf u l f i lt h ef i r s tl e v e lo fi n t e g m t e dw a s t e w a t e rd i s c h a r g e s t a n d a r d ，b u tw b e nt h ed o m e s t i cs e w a g ec o n t a i n ss e a w a t e rh i g h e rt h a n6 0 t h en i t r o g e nr e m o v a le f f i c i e n c yb e g i o st o t h ee f f e c t so f s a l i n i t yo nt h es h o r t - c i r c u i tn i t r i f i c a t i o ni n d i c a t e t h es h o r t - c i r c u l tn i t r i f i c a t i o ni sa c h i e v e dw h e nt h ed o m e s t i c s e w a g ec o n t a i n ss e a w a t e rh i g h e r t h a n3 0 i tm e a n st h a t o v e r1 0 5 9 ls a l i n i t yc a r li n h i b i tt h eg r o w t ho fn i t r o b a c t e r i a a n dt h en i t r o g e nr e m o v a le f f i c i e n c yb e g i n st od e c r e a s ew h e n t h e p r o p o r t i o no f s e a w a t e r e x c e e d6 0 ，t h a t m e a n s 2 1 9 l s a l i n i t yc a na l s o i n h i b i t t h e g r o w t ho f n i t r o s o m o n a s t h ee f f e c t so f s o m ef a c t o r ss u c ha st e m p e r a t u r e f a ，p ho nt h et r e a t m e n tp e r f o r m a n c ei n d i c a t e ： t h es h o r t - c i r c u i tn i t r i f i c a t i o no ft h ed o m e s t i cs e w a g ei sa c h i e v e dw h e nt h et e m p e r a t u r ei s o v e r3 0 c t h er e s u l t s r e v e a lt h a th i g ht e m p e r a t u r ec a ni n c r e a s en i t r o g e nr e m o v a lc f f i c i e n c yb yd e n i t r i f i c a t i o nv i an i t r i t e t h es h o r t - c i r c u i tn i t r i f i c a t i o no f t b ed o m e s t i cs e w a g ei s n ta c h i e v e dw h e nt h ep hi sh i g h e rt h a n8 0 ，f ai sh i g h e rt h a n 5 m g 1 s oi ti su n c e r t a i no n l yl i s at h eh i g hp ha n df at oa c h i e v et h es h o r t - c i r c u i tn i t r i f i c a t i o n k e y w o r d s ：s e a w a t e rs e li n i t y ：t h es h o r t c ir c u i tn t r i f i c a t ；o n ：n i t r o g e nr e m o v a ie f f i c i e n o y bio - t r e a t m e n t 2 引言 引言 一、我国沿海地区淡水资源现状 我国年均水资源总量为2 8 1 2 4 亿立方米，居世界第四位。但人均只有2 3 0 0 立方米， 仅为世界平均水平的1 4 、美国的1 5 ，在世界上名列1 2 1 位，是全球1 3 个人均水资 源最贫乏的国家之一。 我国沿海地区经济发达，人口密集，以全国1 3 的土地，养活了全国4 0 的人口， 创造了约6 0 的国民生产总值，在我国的国民经济中占有举足轻重的地位。但是这些地 区的缺水形势非常严峻。 沿海工业城市中入均水资源萤大部分低于5 0 0 立方米( 大连、天津、连云港、上海 的人均水资源量甚至低于2 0 0 立方米) ，属于严重缺水的城市。从大连、天津、青岛、 上海、深圳，一直到北海，缺水的范围、程度大同小异。沿海1 4 个开放城市日缺水量 约为4 0 0 x 1 0 4 立方米天。以青岛市为例，青岛市属中国北方严重缺水地区之一，人均 水资源占有量仅3 4 2 立方米，曾多次出现城市供水严重不足的局面，一度在全市实行 居民限时限量供水，部分企业函供水不足而停产或限产。近几年，在城市建设高速发 展的同时，严重缺乏的淡水资源已成为制约青岛国民经济发展的重要因素。 总之，长期以来，淡水资源危机问题，已成为制约我国沿海地区经济和社会发展 的“瓶颈”“1 。解决沿海地区淡水资源危机，已迫在眉睫。 二、解决沿海城市淡水姿源短缺的途径 据水利部预测：到2 0 3 0 年，我国用水总量将达7 0 0 0 亿立方米8 0 0 0 亿立方米， 已接近可用水量的极限“1 。我国政府在大力提倡节约用水的基础上，采取了如兴建蓄水 工程、跨流域调水、废水回用、雨水利用等系列有效措施。但上述传统措施只能实 现水资源的时空位移，两不能增加淡水资源总量。不可能解决我国2 0 3 0 年以后的淡水 短缺问题。 我国是一个海洋大国，拥有渤海、黄海、东海、南海四大内海，有1 8 万多千米 的海岸线，海水资源丰富。因此，开源节流，向大海要水，将成为解决我国2 1 世纪淡 水资源危机问题特别是沿海城市淡水资源危机的必然选择。 向大海要水，可分如下两种途径：海水( 苦成水) 淡化和直接利用。这两种途径 近期可作为沿海城市用水的第二水源，岛屿用水的第一水源；中长期可缓解甚至最终 解决我国北方淡水资源短缺问题。 青岛大学硕士学位论文 ( 一) 海水淡化，是开发新水源、解决沿海地区淡水资源紧缺的重要途径。 海水淡化，是指从海水中获取淡水的技术和过程。据国际脱盐协会统计，到2 0 0 4 年止，全世界海水淡化水日产量已达3 2 5 0 万立方米，解决了1 亿多人口的供水问题。 这些海水淡化水还可用作优质锅炉补水或优质生产工艺用水，可为沿海地区提供稳定 可靠的淡水资源。 国际海水淡化的售水价格已从2 0 世纪6 0 年代、7 0 年代的2 美元以上降到目前不 足0 7 美元的水平，接近或低于国际上一些城市的自来水价格。随着技术进步其成本 进一步降低，海水淡化的经济合理性将更加明显，并作为可持续开发淡水资源的手段 将引起国际社会越来越多的关注。 我国反渗透海水淡化技术研究历经“七五”“八五九五”攻关，在海水淡化与 反渗透膜研制方面取得了很大进展。现已建成反渗透海水淡化项目1 3 个，总产水能力 达到1 万立方米天。目前，我国正在实施万吨级反渗透海水淡化示范工程和海水膜组 器产业化项目。 总体而言，我国的“海水淡化”技术，更多的应用在船上或岛屿上。多年来，“海 水淡化”成本始终在每吨6 元至每吨8 元之间。虽然一些沿海城市早就锁定了“海水 淡化”，但终因“淡化”水成本问题而迟迟没有动作。目前，自来水价格确有上扬的 趋势，但要与“淡化”水价格一致，还需要时间，有些地区需要的时间可能会更长。 目前“海水淡化”也只是列入了国家鼓励发展的技术和产业指南，并未列入我国 的水资源规划。如果国家不出台扶植政策，“海水淡化”进入市场就还需要“磨合”。 因此，在这种情况下，海水的直接利用显得更具有现实意义。 ( 二) 海水直接利用，是直接替代淡水、解决沿海地区淡水资源紧缺的重要措施。 世界上许多国家和地区都在加快对海水的直接利用以缓解所面临的缺水问题。如 1 9 9 5 年日本直接利用海水就已超过1 2 1 0 “m 3 ，2 0 0 0 年美国1 3 工业用水取白海水， 西欧六国为每年2 5 1 0 “m s 。我国直接利用海水已有6 0 余年的历史，目前年取用量为 7 0 多亿m 3 ，主要用作火电、核电、化工、石化等工业的冷却用水。例如，青岛电厂1 9 3 5 年建厂时就用海水作冷凝器冷却降温和冲灰用，日用海水量达7 0 0 0 0 m 3 。目前山东省已 有电力、化工、橡胶、纺织、机械、塑料、食品等行业使用海水，年利用量从8 0 年代 的3 5 x1 0 b m 3 增；b u n1 2 1 0 ”m ，其中青岛市年利用量就达7 7 1 0 m 。大连市用海水 用作工业冷却水，年用量也在5 x1 0 8 m 3 以上，截止到2 0 0 1 年9 月，该市已建成海水泵 站5 0 座，共有2 3 家单位利用海水。上海石化总厂和天津大港电厂年海水用量均在几 亿立方米以上。 沿海城市在工业上利用海水已有较长的历史和相当的规模，相关的主要技术和配 套设施也较为成熟，并不断取得改进和创新，但主要是作为各种工业冷却水，约占海 2 引言 水利用总量的9 5 ，而海水作为生活用水的数量很少。随着城市的发展，人民生活水 平的提高，城市生活用水量在用水总量中的比重越来越大，据不完全统计，城市生活 用水占城市供水的3 0 左右，而冲厕用水占城市生活用水的3 0 左右0 1 ，仅青岛市每 天冲洗厕所用水量就在7 0 0 0 0 t 左右；在发达国家，如美国，冲厕水占生活用水量的4 0 以上，随着城市的发展，这个比例还在增大。所以，在淡水资源日益紧缺的情况下， 耗用大量的饮用水用于冲厕无疑是一种淡水资源的浪费。而沿海城市有取之不尽的海 水资源。并且海水经定处理后完全可以满足冲厕用水要求，因此如果考虑利用海水 作为冲厕用水，将是一项很有前景的节约淡水资源的途径“3 。 三、海水冲厕现状研究 目前，世界上唯一以海水作为主要冲厕用水大规模利用的城市是我国的香港。香 港在2 0 世纪5 0 年代末已开始大规模应用海水冲厕，发展到今天，香港平均每天淡水 用量2 5 0 9 x1 0 4 i n 3 ，海水用量为5 4 6 x1 0 4 m 3 ，海水占污水总量的1 7 9 。 中国大陆第一个海水冲厕示范区一青岛南姜小区的技术可行性研究报告，已于2 0 0 4 年2 月份获得了青岛市计委的批准。这将是我国大陆地区首次利用海水替代淡水冲厕 大规模地进入居民小区。 ( 一) 香港地区利用海水冲厕情况介绍 香港是国际上重要的工业、金融和贸易中心，现有人口约5 7 0 万。每日平均需要 供应2 5 0 9 x1 0 4 m 3 淡水才能保证其蓬勃发展的工业及世界知名的饮食、酒店等服务行 业和香港市民的生活用水。但是香港的淡水资源十分短缺。虽然香港地区雨量较丰、 引水道和贮水库系统发展良好，但从各集水区所得的淡水仍不能满足香港现时1 3 的 用水需求。因此，超过2 3 的淡水要由临近的广东省输入。 为节约宝贵的淡水资源，香港于5 0 年代末开始采用海水冲厕。发展到今天，冲厕 用水的7 0 已经利用海水。估计到2 0 1 0 年，广东东江水系统向香港供水量将达到饱和， 新淡水资源难以寻求。因此，在进一步推广节水措施及制订有关节水政策的情况下， 香港当局的最终目标是将冲厕用水全部用海水代替。 为了发展利用海水冲厕，香港以法规的形式做了一些规定。在香港凡未经批准而 使用淡水冲厕的，均视为非法。凡有海水供应的地区，不准使用淡水冲厕，必须接受 海水冲厕的安排。冲厕用海水不作计量，免费供应。所有建筑物在建造时必须建有地 下海水贮槽以及将海水供至建筑物顶部贮槽的供水系统。建筑物内设有独立的耐海水 腐蚀的冲厕管道系统【5 】。 ( 二) 青岛南姜小区海水冲厕示范区 青岛南姜小区建筑面积在4 0 万平方米，距海距离近。为节约淡水资源，青岛市在 该小区实施海水冲厕试点工程。海水冲厕试点每天的海水使用量将达到1 0 0 0 吨。试点 青岛大学硕士学位论文 取得成功后，将分别在东部麦岛、团岛等地再建3 处海水冲厕系统，之后在青岛市全 市推广。预计到2 0 1 5 年，全市冲厕海水用量达到每天4 万吨。 南姜小区海水冲厕示范工程使用的工艺：简单地说，就是在海边挖一个取水井，通 过水泵的加压和一些必要的消毒处理，直接送到居民家中。 取水：取水井+ 水泵，取水时先在海岸边设置取水井，在海中固定吸水管，海岸 线上部分的管路埋地敷设至取水井，利用虹吸作用将海水引入取水井，再由泵站将水 送出。 送水：用耐压水管送入，从取水点直接用水泵将海水送入小区的居民家庭中，形 成恒压供水系统。 排水：深海排放+ 进污水厂。近期，利用青岛市原有的污水排海管路系统，将冲 厕后的海水通过长管道深海排放。远期，冲厕后的海水将进入规划中的沙子口污水处 理厂。 技术处理：入户海水要先消毒杀菌。青岛市的海水水质较好，用于冲厕前只须除 掉藻类、微生物，减少海水对管道的腐蚀后，就能接入用户家中。因此，流入居民家 中的海水是清洁的，既无异味也无杂质，同自来水一样使用。 由于海水具有一定的腐蚀性，输送和排放海水的管线将选用耐高压、耐腐蚀的特 质管材。居民不用担心管道被海水腐蚀后发出异味和产生异色。 冲厕后的海水所产生的污水将进入城市污水处理厂或进入排海管道进行离岸排放， 不会对环境造成污染。 由于海水的特质跟自来水不一样，因此使用的卫生沽具也有特殊要求。试点之初， 青岛市将选用一种名为“无阀虹吸式冲厕水箱”，使冲水更迅速、更省水、更静音，还 可大大减少一般马桶易被较大物体堵塞的困扰。 冲厕后的海水除了深海排放和进入污水处理厂，一小部分还可经膜生物反应器处 理后重新使用。 四、海水冲厕工程可行性分析 ( 一) 经济可行性分析 在实施海水冲厕工程时面临的最大问题是初始基础建设投资大，这主要是因为海 水利用需要设置单独的供排系统，管网和设备都要使用防腐材料。但是冲厕水的费用 应该由初始投资和运行费用两者共同决定。根据香港经验以及一些沿海城市做的不同 水源冲厕的经济分析，冲厕海水达到一定数量时，利用海水冲厕，不仅可以缓解淡水 资源短缺现状，而且经济效益也是很明显的，特别是在陆水紧缺，远距离引水成本很 高的情况下，能大量直接利用海水冲厕是最经济的。 香港在进一步扩大海水冲厕系统前，对用淡水冲厕、海水冲厕和处理后的污水回 4 引言 用水冲厕进行的经济分析。分析结果表明，使用海水冲厕的总费用比使用淡水和处理 后的污水回用水进行冲厕的总费用低的多。 香港水务署根据1 9 8 3 年沙田新城镇的发展规划，按该镇人口为7 9 4 万人、工业占 地5 6 9 0 英亩( 1 英亩= 4 0 4 6 8 6 m 2 ) 并考虑了扩建，确定沙田镇冲厕海水的用量为 7 2 0 0 0 m 3 d 。利用三种水源( 即经三级处理后的污水、淡水、海水) 建立三个冲厕水供应 系统，进行了较为全面地经济分析。在经济分析时未考虑土地占用费，年折旧率以4 计算。相对经济分析的结果如表l 所示。 表1 香港沙田镇冲厕系统经济分析“1 t a b l e lt h ee c o n o m i c a n a l y s i so f t o i l e tf l u s h i n gs y s t e mi ns h a t i a nt o w no f h o n g k o n g i 经处理后的污水冲劂系统淡水冲厕系统海水冲厕系统 i 建设费( 百万港币年) 5 0 07 4 82 1 0 l 运转费( 百万港币年)6 0 9 2 3 6 51 0 6 l 总费用( 百万港币年) 1 1 0 93 1 1 33 1 6 由相对比较结果看出，海水冲厕系统的经济性最好。 青岛市节约用水办公室对解决青岛市水资源短缺的几种方案进行经济效益比较 其结果见表2 ，表3 。 表2 青岛市不同水源冲厕方案运行成本经济分析”1 ( 日供水l o o m 3 ) t a b l e 2t h ee c o n o m i ca n a l y s i so ft o i l e tf l u s h i n gf r o md i f f e r e n ts o u r c e si nq i n g d a o 黄河水海水中水 原水成本o 9 l0 0 00 0 0 运行成本 1 1 81 8 02 0 9 污水处理0 3 00 3 0o 3 0 质量监控0 0 00 o oo 0 0 运行成本合计2 3 92 1 0 2 3 9 2 7 4 建设总投资 3 3 0 01 7 7 0 05 5 0 0 1 5 0 0 0 表3 青岛市不同水源冲厕方案运行成本经济分析( 日供水1 0 0 0 0 m 3 ) t a b l e 3t h ee c o n o m i ca n a l y s i so ft o i l e tf l u s h i n gf r o md i f f e r e n ts o u r c e si nq i n g d a o 黄河水海水中水 原水成本 o 9 l0 0 00 o o 运行成本1 1 80 52 0 9 污水处理 0 3 00 3 0o 3 0 质量监控0 0 00 0 00 0 0 运行成本合计 2 3 90 82 3 9 2 7 4 建设总投资 3 3 0 02 0 0 05 5 0 0 1 5 0 0 0 资料来源；青岛市节约用水办公室。单能：元立方米 通过青岛市对三种不同种类水源用作冲厕水的比较看，当供水量较小，日供水 1 0 0 m 3 时( 见表2 ) ，黄河水总建设费用约为3 3 万元，中水为5 5 1 5 0 万元，而海水试 点工程为17 7 万元，海水利用的相对建设成本高于其他两种水源，其运行成本相差不 青岛大学硕+ 学位论文 大。但是当供水量较大时，如果海水日供水量上升到1 0 0 0 0 m 3 ( 见表3 ) ，则可以大幅 度减低单位海水运行成本，单位海水运行成本只有0 5 元，m 3 左右，同时很大程度的减 少了单位海水供应能力的基础设施建设投入。根据香港经验，单位海水基础建设投资 可实现2 0 0 0 元m 3 。 假定青岛市实现规模化海水冲厕，按照生活用水量的2 0 来计算冲厕用水量，冲厕 年度总用水量为7 5 1 6 万立方米，即日冲厕用水总量2 0 6 万立方米。假定5 0 地区采 用海水冲厕，每日用于冲厕的海水量约1 0 0 0 0 立方米。根据香港经验，在此规模上， 单位海水基础建设投资可实现2 0 0 0 元m 3 。按照引黄济青工程淡水供应能力吨水3 3 0 0 元基础投资计算，海水总投资建设成本预计比淡水减少1 3 0 0 万元左右。再加上海水运 行成本的减低，完全可以满足海水冲厕基础设计及运行成本需要。 从以上的比较可以看出，在沿海地区实现规模化的海水冲厕具有明显的经济效益， 海水冲厕是一种经济可行的方案。 ( 二) 技术可行性分析 利用海水冲厕所涉及的关键技术问题，主要是海水的预处理、防海水腐蚀和冲厕 后海水的后处理等。 ( 1 ) 海水预处理技术 海水必须经过一定处理达到特定的水质标准才能够用做冲厕用途。目前用作冲厕 海水的水质还没有国际标准，香港水务署为海水供应系统拟定的水质标准见表4 。 表4 冲厕用水的海水水质标准 t a b l e 4 t h eq u a l i t ys t a n d a r do fs w a w a t e rf o rf l u s h i n gt o i l e t 项目取水点海水标准冲厕供水系统海水标准 色度( 倍) 2 0 2 0 浊度( n t u ) 1 0 l o 嗅阙值 1 0 0 i 0 0 氨氮( m g 1 ) 1 1 s s ( m g 1 ) 2 b o d 5 ( m g 1 ) 1 0 1 0 合成洗涤剂( m g 1 ) 5 5 大肠杆菌( 个m 1 ) 2 0 0 0 0 i 0 0 0 准 根据香港利用海水冲厕的经验，海水可以通过以下处理流程达到冲厕用水水质标 进水筛分离曝气 加氯处理 通过筛分离去除大颗粒杂质，然后曝气增大海水中的溶解氧，防止产生异臭怪味 ( 只有在取水点水质不达标的情况下才采取曝气措施) 。最后在供水站根据水质状况加 6 引言 氯3 6 m g l ，以保证管网末梢能有l m g l 的余氯，这样可以避免供水系统因细菌和生 物繁殖对水质造成的不良影响，并可防止因生物繁衍沉积使供水能力降低。 ( 2 ) 防腐技术 因为海水中氯化物和硫酸盐含量甚高，特别是氯对金属的腐蚀性很强，所以采用 海水冲厕一个重要的问题是防止腐蚀问题。海水冲厕系统的每个部分( 包括调蓄水池) 均需要用防腐材料制造。我国( 含香港) 防腐技术已经基本成熟。主要方法有三个： 选用耐海水腐蚀的材料； 采用涂层防腐； 阴极保护。 以香港解决防腐问题为例，香港的方法是对直接与海水接触的一些泵部件都采用 不锈钢材料。至于输送海水的管材，直径6 0 0 m m 以上的用钢管，内衬里为抗硫酸盐混 凝土，小于6 0 0 m m 直径的管子用抗硫酸盐混凝土衬里的球墨铸铁或p v c u 管，家用 的管子为p v c u 管：凡是冲厕水箱和关联的配件和接管等，均要用获得水务监督批准 的抗海水材料制造，如：p v c u ，玻璃陶、铸铁、炮铜等【8 l 。 ( 3 ) 海水冲厕后污水处理技术 目前已经实现海水冲厕的一些地区，除了我国香港和开曼群岛冲厕废水排入污水 管道经二级处理后排入海水中外，其他的地方基本采用海水直接排放的方法。考虑环 境因素的影响，这种方法只适用于偏远岛屿和小规模的海水冲厕地区，而对于有大量 海水冲厕污水的地区及旅游观光地区则不适用。所以，本着对环境有益的原则，冲厕 后海水应必须进行处理。 香港平均每天淡水用量2 5 0 9 x1 0 4 m 3 ，海水用量为5 4 6 x1 0 4 m 3 , 海水占污水总量的 1 7 9 ，海水盐分得到较大稀释。香港的污水处理一般采用传统的活性污泥法，进行二 级处理后深海排放。香港的实践说明冲厕后一定比例的海水基本不影响污水厂的处理 效果。城市污水中海水成分的存在对生物处理系统无特殊影响，但要根据实际污水水 质进行设计，确定停留时间、曝气量、培养生物种群等。 但是，海水引入城市污水处理系统后由于海水的含盐量很高势必对生物处理造成 一定影响。当前，含盐废水处理的研究主要集中在对有机物的去除方面，研究废水脱 氮的很少。在盐度对污水处理系统( 脱氮系统) 影响方面的研究存在分歧，主要表现 在以下两个方面：盐度对处理效果的影响利弊结论、影响处理效果的极限盐度值。并 且实验大多停留在配水阶段，研究以某种工业废水为主，大生活用水( 冲厕用水) 的 很少。因此，随着海水冲厕工程提上日程，急需准确可靠的数据为海水冲厕工程的实 施提供数据支持。 总之：利用海水冲厕所涉及的关键技术问题，主要是防海水腐蚀、海水的预处理 青岛大学硕士学位论文 和冲厕海水的后处理等。目前，海水防腐、预处理等技术已经得以解决，研究的热点 集中在海水冲厕后污水的处理上。 五、本课题研究的内容和意义 ( 一) 研究内容：研究海水冲厕后污水处理中海水盐度对脱氮系统的影响。 ( 1 ) 海水盐度对氨氮去除率的影响。 冲厕海水进入城市污水处理厂后，海水盐度势必会对污水脱氮效果产生一定的影 响。一些学者前期的研究多停留在配水阶段，并且得出的海水盐度对处理效果的利弊 结论不同，同时对影响污水脱氮效果的海水极限盐度( 海水比例) 也存在分歧。 本实验用水采用青岛市麦岛污水处理厂的污水和污水处理厂濒临的黄海中的海水 不同比例混合，使实验水质与海水冲厕工程的水质具有真正的可比性。通过逐步改变 海水和污水比例的实验，确定海水盐度对氨氮去除效果的影响，以及影响废水脱氦的 极限海水盐度值( 比例) ，为给海水冲厕工程的实施提供准确可靠的数据支持。 ( 2 ) 含海水污水实现短程硝化反硝化的研究。 本实验主要研究城市污水中海水盐度的引入对硝化过程中亚硝酸盐积累的影响， 同时讨论了温度、f a 、p h 等因素对含海水污水实现短程硝化的影响。 通过实验研究，获得海水盐度影响系统硝化过程脱氮方式的基础研究资料。特别 是在含海水城市污水的短程硝化机理研究方面取得进展，为污水处理厂提高脱氮效率、 降低运行费用提供可靠的理论与技术支持。 ( 二) 研究意义 ( 1 ) 研究盐度对脱氮系统的影响意义重大。 随着工农业的发展和人们生活水平的提高，水体污染越来越严熏。其中氮污染已 非常突出，水体含有大量的氮素，会带来一系列的危害： 消耗溶解氧，导致水体缺氧： 影响鱼鳃的氧传递使鱼类致死； 与氯气作用生成氯胺，妨碍氯化消毒； 诱发“富营养化”，导致水体生态紊乱： 硝酸盐能诱发婴儿的高铁血红蛋白症，亚硝胺则具有严重的“三致作用”。 其中，富营养化是氮污染最严重的危害，富营养化最终的后果是导致湖泊发生水 华或沿海发生赤潮，世界各国都对废水脱氮提出了严格的要求，并对氨氮的排放标准 作出了严格的规定。 目前应用最广的生物脱氮技术主要是传统的全程硝化反硝化和新兴的短程硝化反 硝化脱氮。跟传统方法相比，短程硝化反硝化因具有以下优点而越来越受到重视： 硝化阶段可减少2 5 左右的需氧量，降低了能耗； 引言 反硝化阶段可减少4 0 左右的有机碳源，降低了运行费用； 反应时间缩短，反应器容积可减小3 0 4 0 左右； 具有较高的反硝化速率( n o ：一的反硝化速率通常比n 0 3 一的高6 3 左右) ： 污泥产量降低( 硝化过程可少产污泥3 3 3 5 左右，反硝化过程中可少产污泥 5 5 左右) ： 减少了投碱量等。 以上可以看出，短程硝化反硝化比全程硝化反硝化有着不可比拟的优点。因此， 研究盐度对脱氮系统的影响，尤其是研究盐度对短程硝化反硝化的影响意义重大。 ( 2 ) 课题实验用水为生活污水和海水的不同比例配合，避免了特种工业废水、生 活污水配水不能真正代表冲厕污水的弊端，使实验结论更具有可信性。 目前，国内外学者采用不同的工艺对石化废水、联氨化工厂废水、含盐化工废水、 含酚废水、有机颜料废水、鱼品加工厂生产废水、有机磷农药废水、氯丁橡胶废水、 肠衣废水等特种工业废水展开了较详细的研究，但上述研究一般都是在高盐环境( 盐 度大于3 5 的海水盐度) 、高有机物浓度中得出的。而含海水城市污水的盐度不会超 过海水盐度( 3 5 ) ，有机物浓度也比较低( c o d 在3 0 0 5 0 0 m g l ) ，因此含海水城市 污水的生物处理应不同于高盐、高有机物浓度的工业废水，而是具有自身的一些特点。 对海水作为冲厕用水研究的较少，仅有王静、张雨山、崔有为等人。他们对海水 作为冲厕用水后废水的处理研究多停留在配水阶段，如：用n a c i 模拟海水的盐度、添 加营养物质和微量元素模拟污水成分等。由于配水并不能真正代表冲厕海水引入城市 污水后的成分，从而使得研究结果具有一定的局限性。 本实验用水为青岛市麦岛污水处理厂的进水污水和直接取自麦岛污水处理厂附近 黄海海边的海水，采用不同比例混合能充分代表了海水冲厕污水性质，从而使得实验 结论更具有可信性。 ( 3 ) 本课题采用序批式活性污泥法( s b r 法) ，具有工艺简单、操作灵活，耐冲击 负荷等优点。 与其他工艺比较s b r 具有五大优点“”1 ： 工艺简单，节省费用 原则上s b r 法的主体工艺设备，只有一个间歇反应器( s b r ) 。它与普通活性污泥 法工艺流程相比，不需要二沉池、回流污泥及其设备，一般情况下不必设调节池，多 数情况下可省去初次沉淀池。此外，采用如此工艺的污水处理系统还有布置紧凑、节 省占地面积的优点。 理想的推流过程使生化反应推力大、效率高 虽然s b r 反应器内的混合液呈完全混合状态，但其底物与微生物浓度的变化在时 9 青岛大学硕士学位论文 问上是一个推流过程，并且呈现出理想的推流状态。要达到相同的去除率，推流式反 应器要比完全混合式反应器所需的反应器体积小，推流状态的处理效果要比完全混合 式好。 脱氮除磷效果好，不需要新增反应器 s b r 法针对不同的净化目的，可以通过采用不同的控制手段灵活运行。由于具有 时序性的操作过程，其可操作性强。不仅很容易实现好氧、缺氧与厌氧状态交替的环 境条件，而且很容易在好氧条件下增大曝气量、反应时间与污泥龄，来强化硝化反应 与脱磷菌过量摄取磷过程的顺利完成；也可以在缺氧条件下方便的投加原物水( 或甲 醇等) 或提高污泥浓度等方式，提供有机碳源作为电子供体使反硝化过程更快的完成； 还可以在进水阶段通过搅拌维持厌氧状态，促进脱磷菌充分的释放磷。为其实现脱氮 除磷提供了极有利的条件。 运行稳定 就反应器本身的混合状态而言，是典型的完全混合式，同时由于其较高的微生物 浓度，所以s b r 耐冲击负荷能力强，并能承受较高的有机物浓度，甚至是有毒有机物。 好氧、缺氧的交替运行和较大的浓度梯度有效地防止了污泥丝状膨胀，从而使整个系 统稳定地运行。 运行灵活 运行周期，运行方式可以根据需要调整是s b r 法的一个显著特点。 在一个运行周期中，各阶段的运行时间、反应器内的混合体积可以灵活地加以调 整。在反应阶段，如先曝气、后搅拌或搅拌曝气交替进行，可以进行生物脱氮。还可 利用活性污泥对磷的过量吸收，然后排放剩余污泥来达到脱磷的目的。如此灵活的运 行，在传统的活性污泥法中是难以在一个反应器中实现的。 1 0 第一章实验设计及研究方法 1 1 实验用水 第一章实验设计及研究方法 本课题实验用水取自青岛市麦岛污水处理厂的进水。该污水厂处理能力为8 0 0 0 0 m ，d ，一期工程采用一级处理，工艺流程如图1 1 所示。 进水一粗格栅一细格栅一沉淀一山水排海 图1 1 污水处理厂工艺流程 f i 9 1 1c r a f tp r o c e s so fs e w a g ed i s p o s a lp l a n t 该污水处理厂主要负责处理青岛市市南区和高科园的生活污水。水质特点是进水 c o d 。浓度、总氮及氨氮浓度较高。原水水质见表i 1 。 表1 i 原水水质一览表 t a b l e l 1t h eq u a l i t yo fr a ww a s t e w a t e r c o d e ，( m g l ) 2 5 0 4 3 0 平均c o d c ，( m g l )3 4 0 s s ( m g l )1 0 5 1 3 5平均s s ( m g l ) 1 2 0 b o d s ( m g l )9 5 1 5 5平均b o d s ( m g l )1 2 5 t n ( m g l ) 5 0 1 1 0 平均t n ( m g l ) 8 0 n h 4 - n ( m g l )3 5 8 5平均n h c n ( m g l )6 0 洲 7 3 8 5 t p ( m g l )5 7 5 青岛市麦岛污水处理厂与海边只有几十米距离，因此实验所用海水直接取自麦岛 污水处理厂附近的海边，实验时根据要求，按比例向原污水中投加海水。海水是一个 含有多种无机物和有机物的复杂体系，其中以含n a c i 的含量最高，氯离子的含量约为 1 9 0 0 0 m g l ，钠离子的含量约为i 0 0 0 0 m g l ，其次还有大量的钾离子、钙离子、镁离子、 硫酸根离子等。 表l 。2 海水与淡水化学成分比较 t a b l e l 2c o m p o s i t i o n so ff r e s h w a t e ra n ds e a w a t e r ( m g l ) l项目n a + k +c a ” m g * + s o , -c 1 一盐度i l 海水1 0 7 7 03 9 9 4 1 21 2 9 02 7 1 21 9 3 5 43 5 1 8 6 l 淡水6 32 31 54 11 1 27 81 2 0 1 青岛大学硕士学位论文 1 2 实验方法 1 2 1 实验工艺 本课题实验采用序批式活性污泥法( s b r 法) ，s b r 法的运行是以间歇操作为重要 特征的。一般可按运行次序分为五个工序，即进水、反应、沉淀、排水和闲置工序， 从某个进水期开始到下一个进水期开始之前的一段时间称为一个运行周期。 本实验采用一次性注水方式。每次从麦岛污水处理厂取水的时间尽量保持一致， 这样可使每次实验的初始有机物浓度、氨氮浓度等水质指标具有可比性。为了保证不 同周期的实验结果之间具有可比性，实验中每次反应结束后从底部撼泥口排放出一定 量的污泥，来调节和保持反应器的污泥浓度，使每个反应器周期的初始污泥浓度基本 保持一致。 实验过程中反应时间的长短因不同的实验条件和研究对象而不同。本实验主要在 研究海水盐度对生物处理硝化脱氮过程的实验阶段，反应时间控制在7 小时左右。 沉淀时间视污泥的状态而定。当污泥沉降性能良好时经3 0 分钟静沉后即可排水。 而当污泥沉降性能恶化时。则需较长的静沉时间才能排放上清夜。但静沉时间不能过 长，过长容易引起污泥上浮。 曝气量的大小根据各个实验阶段对溶解氧的不同要求而定。本实验在研究生物脱 氮规律时，硝化阶段的溶解氧保持在2 3 m g l 。 1 2 2 分析项目及测定方法 本实验主要分析项目及其标准测定方法见表1 3 。 1 2 2 1 污泥沉降性能的评价 ( 1 ) 污泥沉降比( s v ) ：污泥沉降比又称3 0 分钟沉淀率。混合液在量筒内静置3 0 m i n 后所形成沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分率，以表示。 ( 2 ) 污泥体积指数( 污泥指数) ( s v i ) ：本项指标的物理意义是曝气池出口处混合液 1 2 第一章实验设计及研究方法 经3 0 分钟静沉后，每克干污泥形成的沉淀污泥所占的容积，以m l 计。 1 2 2 2 污泥浓度的测定 采用滤纸重量法，取l o o m l 混合液，用已经烘干过并称重的滤纸过滤后，在恒温 干燥箱1 2 0 1 2 5 温度下烘干2 h ，称得重量与滤纸重量之差为混合液污泥浓度。为了防 止商浓度的氯化钠在滤纸上结晶影响m l s s 的测定结果，在污泥过滤后用l o o m l 的蒸馏 水冲洗滤纸，然后烘干至恒重。 1 2 。2 3 溶解氧的测定 采用y s i 公司的溶解氧仪和溶解氧传感器在线检测反应器内的d o 浓度。 1 2 2 4 氨氦、硝态氮、亚硝态氮的测定 氨氮采用钠氏试剂分光光度法；硝态氮采用麝香草酚分光光度法；亚硝态氮采用 n - ( 卜萘基) 一乙二胺光度法。 1 2 2 5 有机物的测定 有机物浓度以化学需氧量( c o d e , ) 表示，用重铬酸钾氧化法测定。出于高浓度的 c l 对c 0 d c ，的检测有很大影响，所以c o d 。，的检测采用硝酸银掩蔽的方法。标准方法中 为了消除c 1 一对c o d 测定的影响，采用加入h g s 0 4 使之与c l 一反应生成可溶性难离解络合 物的方法。但一般海水中c i 一浓度为1 9 0 0 0 m g l ，h g s o 。也不能有效的消除c f x j c o d 测 定的影响，说明用标准方法测定含高浓度c 1 一废水的c o d 值是不适用的。本实验中用 a g n o ，代替h g s o 。将c 1 + 转化为a g c l 沉淀物后，再用标准方法测定。 表1 3 主要分析项目及测定方法“。 t a b l e l 3 ) l a i ni t e m sa n ds t a n d a r da b o u te x p e r i n t a la n a l y s i s 分析项目标准分析方法分析项目标准分析方法 氨氮钠氏试剂分光光度法 b o d 5稀释接种法 硝态氮麝香草酚分光光度法c o d c 重铬酸钾法 弧硝态氮n - ( 卜萘基) 一乙二胺光度法 t n 紫外分光光度法 p hp h 2 1 1 型台式酸度离子计 s v l o o m l 量筒 d o 、温度 y s im o d e l5 0 b 溶解氧测定仪h l s s滤纸重量法 1 3 实验设备 本实验采用序批式间歇活性污泥法s b r 反应器，实验装黄示意图如图1 2 所示。 青岛大学硕十学位论文 io r p 检测仪2 温度控制仪3 温度传感器4o r p 传感器5 电动搅拌器6p h 传感器7p h 检测仪8 取样口9 转子流量计1 0 微孔曝气器1 1 排泥口1 2 压缩空气 图1 2s b r 实验装置图 f i 9 1 2e x p e r i m e n t a ls e t u po fs b rp r o c e s s s b r 反应器直径3 0 c m ，高7 0 c m ，总有效容积4 2 l 。反应器底部装有微孔曝气器， 采用鼓风曝气，经空压机压缩的空气通过砂心石蕊曝气头向反应器内供气，用转子流 量计调节曝气量，控制溶解氧浓度。在反应器壁上设置一排间距相等的取样阀门，用 以取样和排水。底部设有排泥阀，根据实验要求定期排泥。反应器外缠有电阻丝，由 温控仪及温度传感器控制温度。反应器内设有搅拌器，在缺氧反应时进行搅拌以便反 应器内活性污泥充分混合。 主要实验设备及仪器见表1 4 。 表1 4 主要实验设备及仪器 t a b l e l 4m a i ne q u i p m e n ta n da p p a r a t u su s e di nt h ee x p e r i m e n t s 序号设备及仪器名称型号数量 ls b r 反应器0 3 0 7 03 2空气压缩机 2 v - o 3 1 0 - c 3 3温度控制仪州z k - o l3 4 气体流量计l z b3 5 d o 传感器 y s t 5 0 b3 6 精密酸度计 h a n n al 7 分光光度计7 2 2 紫外光栅 l 8 电热恒温干燥箱 唧一s 1 1 6 0 0l 9精密电子天平d t 1 0 0l 1 0显微成像仪o l y m p u s - 2i 一，ul悸莨，一 6 ， 置filj丰】工一衍雌沁函 。 ，古白 第二章海水盐度对脱氮效果的影响 2 1 引言 第二章海水盐度对脱氮效果的影响 目前，国内外学者研究盐度对废水生化处理系统的影响时主要集中在对有机物降 解规律和去除率方面，研究对氨氮去除率以及降解规律的较少。而随着水体遭受氮污 染问题的日益严重，世界各国都对废水脱氮提出了严格的要求，并对氨氮的排放标准 作出了严格的规定。因此，研究海水冲厕后海水带来的盐度对脱氮系统的影响具有重 大意义。 当前，国内外学者在