（环境工程专业论文）厌氧好氧活性污泥法处理高比例工业废水技术改进研究.pdf

摘要 污水处理的本质是采用各种技术手段将污水中的污染物质分离出来，或将其 转化为无害的物质，使之得到净化。在污水中，存在着各种有机物和无机物，难 降解有机物是指在一般生化处理过程中不能分解且对生化反应有抑制或毒害作 用的有机物，它将极大地影响后续处理单元的处理效果。因此对于进水水质比较 复杂的污水处理厂，寻求一种能够适应污废水的处理工艺或者对现有工艺进行改 造迫在眉睫。 本文通过对水解酸化机理的研究，以及对两种厌氧生物膜反应器处理效果的 试验分析，并以含高比例工业废水的大型污水处理厂作为生产性研究基地，进行 了厌氧生物膜水解酸化a a o 生物膜组合工艺的出水水质分析、影响因素分析 及技术经济分析。 研究结果表明：水解酸化工艺作为难降解有机物的预处理工艺，它对提高后 续生化处理的能力有显著效果。采用水解酸化- a a o 生物膜组合工艺，极大地 提高了进水的可生化性，强化了脱氮效果，具有较强的耐冲击负荷能力，适用于 含高比例工业废水的污水处理。 关键词： 城市污水难降解有机物水解酸化生物膜 a b s t r a c t t h ee s s e n c eo f w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s si ss e p a r a t ep o l l u t a n t sf b ms e w a g e t h r o u 曲d i 矗e r e n tt e c h n i c a lm e t h o d s ，o rp u r i f yt h ep o i l u t a n t st oh a r m l e s ss u b s t a n c e s t h e r ea r ed i f r e r e n td i f 诧r e n tk i n d so fo r g a n i c 硼di n o r g a n i cs u b s t a n c e se x i s ti n w a s t e w a t e r r e 触c t o r yo r g a n i cm a t t e ri sak i n d0 fo r g a n i cm a t t e rw h i c hh a s i n h i b i t i n 2 0 ne f f e c to rt o x i ce 矗 e c tt ob i o c h e m i c a lr e a c t i o n sa n dc a nn o t c a n n o tb e d e c o m p o s e di nb i o l o g i c a l 仃e a t m e n tp r o c e s s m e a n w h i i er e f h c t o 叮。唱a n i cm a n e r l t c a ng r e a t l ya f j f e c t st h eo p e r a t i o no fp o s t t r e a t m e n tu n i t sg r e a t l y t h e r e f o r e ，i ti s e s s e n t i a l t oa l t e rt h ee x i s t i n gp r o c e s so rc h o o s e 锄o t h e re 衔c i e n t 、v a s t e w a t e rt r e a t m e n t p r o c e s st of o rt h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t sw i t hc o m p l e xi n m u e n tw a t e rq u a li t y t - h er e s e a r c ho fe 用u e n tw a t e r q u a l i t y 锄di t s i m p a c t f - a c t o r sa n d t e c h n o l e c o n o m i ca n a l y s i st oac o m b i n e dp r o c e s so f 锄a e r o b i cb i o f i l mh y d r o l y s i s a c i d i f i c a t i o na n da a ob i o f i l mw a ss e l e c t e di nar e s e a r c hb a s eo fl a r g es e w a g e t r e a t m e n tp l a n t sw i t h h i g h c o n c e n t r a t i o ni n d u s 仃i a l w a s t e w a t e r t h r o u g h t h e i n v e s t i g a t i o no fm e c h a n i s m so fh v d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o na n dt h et r e a t m e n te 衔c i e n c y o ft h ep r o c e s s ，r e s e a r c ho fe f n u e n tw a t e rq u a l i t y ，i m p a c tf a c t o r s ，t e c h n i c a la n d e c o n o m i ca n a l y s i sw e r ec o n d u c t e dt oa n a l y z et h ee 能c t so fm ok i n do fa n a e r o b i c b i o f i l mt r e 锄e n tr e a c t o r so nt h eb a s eo fi a r g es e w a g et r e a 饷e n tp i a n t sw i t hh i g h c o n c e n t r a t i o ni n d u s t r i a lw a s t e w a t e r b y 鲫u d y i n gt h e m e c h a n i s mo f h y d r o l y s i s a c i d i f i c a t i o n t h er e s u l t ss h o wt h a th y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o ni sa9 0 0 dp r e t r e a t n l e n tp r o c e s st o t r e a tr e f - r a c t o r yo 略a n i cm a t t e ra n dc 锄i m p r o v et h ea b i l i t yo fp o s t - t i e a t m e n tb i o l o g i c a l t r e a t m e n t t h ec o m b i n e dp r o c e s so fh y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o n 卸d ob i o f i l mc 锄 n o to n l yi m p r o v et h eb i o d e g r a d a b il i t yo fi n f f l u e n tw a t e rg r e a t l yb u ta l s oe n h a n c et h e e 仃e c to fn i t r o g e nr e m o v a l m e 卸w h i l et h i sp r o c e s s i th a ss t r o n gr e s i s 伽1 c et os h o c k l o a d i n gc 印a c i t ya n di ss u j 谢) l et o 仃e a tt h e 、v a s t e w a t e rc o n t a i n i n gh i 曲c o n c e n t 阳t i o n i n d u s t r i a lw a s t e w a t e r k e yw o r d s ： m u n i c i p a lw a s t e w a t e r ，r e f r a c t o 叫i n o 略a n i co 略a n i cs u b s t a n c e s ， h y d r o l y s i sa c i d i 行c a t i o n ，b i o f i l m 第一章前言 第一章前言 水解酸化处理方法是一种介于好氧和厌氧方法之间的方法，和其他工艺组合 可以降低处理成本提高处理效率。水解酸化工艺根据产甲烷菌与水解产酸菌生长 速度不同，将厌氧处理控制在反应时间较短的厌氧处理第一和第二阶段，即在大 量水解细菌、酸化菌作用下将不溶性有机物水解为溶解性有机物，将难生物降解 的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质的过程，从而改善污水的可生化 性，为后续处理奠定良好基础。目前该工艺已在某污水处理厂得到成功应用，并 取得良好的效果。 目前，厌氧处理工艺已发展到可处理中、低浓度的污水。但当仅采用厌氧生 物处理工艺处理中低浓度污水时，具有很多缺点，即：投资大，操作复杂、水力 停留时间长，占地面积大，运行费用高，尽管能够获得甲烷，但回收效果和效益 仍不佳l l 。】。因此，人们提出利用厌氧阶段的前段水解酸化过程，开发出水 解酸化好氧生物处理技术1 4 】。该工艺足在传统工艺的基础上，以水解酸化池 代替初沉池。因为水解池能够将污水中的难降解的大分子有机物转化为小分子有 机物，提i 亩了污水的可生物降解性，使得后续好氧处理所需要的停留时间缩短， 能耗降低，并且集生物降解、物理沉降和吸附为一体，在与初沉池停留时间相近 的情况下，有机物去除效率显著高于初沉池1 5 】，目前该工艺已成功地用于中等 污染浓度的有机废水的处理中，也成功地用于城市污水等低浓度有机污水的处理 中【6 1 。 1 1 水解酸化的国内外研究现状与机理 1 1 1 水解酸化的机理 水的厌氧处理过程中，e c k e n f e l d e r 把厌氧发酵过程分成四个阶段i7 j ( 1 ) 水解阶段：复杂大分子有机物通过产酸菌胞外酶的作用转化为简单的可 溶性小分子物质。如多糖( 淀粉) 水解为单糖，蛋白质分解为肤和氨基酸，脂肪油 脂转化为链脂肪酸和丙三醇等。 ( 2 ) 酸化阶段：兼性或专性的产酸菌将水解产物转化为短链有机酸( 五碳以 下) 、醇、醛等中性化合物，并有h 2 、c 0 2 、h 2 s 、n h 3 产生，本阶段有机酸的大 量产生，使p h 有下降趋势。 ( 3 ) 产氢产乙酸阶段：酸化阶段虽然也有能成为甲烷蔺直接利用的醋酸盐、 第一章前言 h 2 、c 0 2 等，但主要还是丙酸盐、丁酸盐、戊酸盐和乙醇等不能为甲烷菌直接降 解的物质。因而，必定存在一种独立的菌群，即产氢产乙酸菌将上述物质转化， 从而起到中间桥梁的过渡作用。在产氢产乙酸菌的作用下，酸化阶段产生的2 个 碳链以上的短链脂肪酸( 盐) 、醇、醛等物质转化为乙酸盐，同时产生h 2 。本阶 段中，由于产氢细菌的活动使氨态氮浓度增加。氧化还原热降低，p h 值有所上 升，从而为后续的甲烷菌创造了条件，另外还有h 2 s 、吲哚、硫醇等带有不良气 味的副产物产生。 ( 4 ) 甲烷化阶段：专性厌氧的产甲烷菌将前几阶段产生的乙酸( 盐) 、h 2 、c 0 2 及少量的甲酸、甲醇等物质转化为c h 4 和c 0 2 ，这一过程有两组生理上不同的产 甲烷菌起作用：一组是氢还原c 0 2 生成甲烷，另一组是乙酸盐脱羧产生甲烷， 其中前者约占厌氧发酵甲烷产量的l 3 ，后者占2 3 。 水解酸化处理技术是在厌氧处理技术的基础上派生出来的一种工艺。它是基 于产甲烷菌与水解产酸菌生长速度不同，将厌氧处理控制在反应时间较短的水解 酸化阶段，即在大量水解细菌、产酸菌作用下将不溶性有机物水解为溶解性有机 物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质过程。在水解反 应器中，起主要作用的是兼性微生物，它们在自然界中数量较多，繁殖速度较快， 因此水解池可在较短的停留时间( h r t = 2 5 h ) 的条件下，获得较高的悬浮物去除 率。 水解酸化反应器属于升流式厌氧污泥床反应器的技术范畴，污水由反应器底 部进入反应器，通过污泥床，大量微生物将进水中的有机物颗粒物质和胶体物质 迅速截留和吸附，这足一个物理过程的快速反应，一般只需要几秒到几十秒的时 间即可完成。截留下来的物质吸附在水解污泥的表而，慢慢的被分解代谢，其在 系统内的污泥停留时间要大于水力停留时间。在大量水解细菌的作用下，不溶性 有机物被分解为溶解性物质，同时在产酸菌的协同作用下将大分子物质、难于生 物降解的物质转化为易于生物降解的小分子物质，重新释放到废水中，在较高的 水力负荷下随水流出系统。由于水解和产酸细菌的世代时间较短，往往以分钟和 小时计，因此，这一降解过程是迅速的。在此过程中，溶解性c o d 、b o d 5 的去 除率虽然从表面上讲很低，但是由于颗粒有机物发生水解增加了系统中溶解性有 机物的浓度，因此，溶解性c o d 、b o d 5 的去除率实际上是很高的，去除的部分 以c h 4 、c 0 2 和菌体增长量这三种形式存在于废水和污泥中，特别足在低浓度废 水中c h 4 和c 0 2 的溶解度也是相当可观的。由上可以看出，水解反应器集沉淀、 吸附、生物絮凝和生物降解功能于一体。有机物在水解反应池中的去除包括了物 理、化学和生物化学的综合反应过程。这与只有物理沉淀功能的初沉池有本质的 区别。因此，水解反应是一种新型的污水处理工艺。废水的水解酸化处理t 艺作 为生物预处理技术在同内外已多有研究和应用。它可提高污水生化性能，降低后 2 第一章前言 续生物处理负荷，因而被广泛运用在难生物降解的化工、造纸及有机物浓度高的 食品废水处理中1 8 】。水解酸化工艺与单独厌氧工艺相比，具有以下的优点【9 j ： ( 1 ) 水解过程能较好地适应悬浮颗粒的存在，同时能较好地降解这部分物质， 从而减少了污泥量，降低了污泥的v s s 。水解酸化池般不需要加热，产生剩余 污泥量少，可在常温下使固体颗粒迅速水解，实现污水、污泥一次处理。 ( 2 ) 水解酸化不需要密闭反应器，不需要搅拌器和水、气、固三相分离器， 降低了造价，便于维护，可以设计出适合大、中、小型污水厂所需要的构筑物。 ( 3 ) 水解酸化反应器进水并不需要严格厌氧条件，包括具有氧化作用的化合 物，如硝态氮、亚硝态氮等。反应控制在水解酸化阶段时，在许多情况下，酸化 过程也不完全。故出水无厌氧发酵所具有的不良气味，改善了污水处理厂的环境。 ( 4 ) 水解酸化反应迅速，水力停留时间短，故水解酸化池的体积小，可节省基 建投资。 1 1 2 水解酸化技术发展现状 水解酸化一活性污泥污水处理工艺在国内外已多有研究和应用，并被广泛用 于城市生活污水与工业废水的混合污水处理。国外7 0 年代就有大量研究【l0 1 ，国 内8 0 年代后期开展此项研究工作1 1 ，主要集中在( 1 ) 影响因素的研究： ( 2 ) 对难降解或有毒有机废水的研究：( 3 ) 水解酸化池结构类型的研究。 水解酸化的影响因素主要包括温度、p h 值、h r t 、有机物组成及颗粒大小、 水解产物浓度等。霍明听通过酸化序批式活性污泥法在不i 司温度和碱度条件下 处理高浓度啤酒废糟液试验结果分析，表明酸化效果受进水碱度和反应温度的影 响，最佳温度是2 4 ，最佳碱度范围是5 0 0 7 5 0 m l i l 2 】。y i l m a z e r g u i u m t 等人 对干酪废水进行了不同h r t 下水解酸化效果的研究，在0 5 2 0 9 c o d m l s s d 的有机负荷率下，最适宜的h r t 为2 4 小时，酸化率可达到5 0 【1 3 】。 工业废水成分复杂，许多属于难降解有机废水或有毒废水。n g w j 等人对含 有硝基苯、联苯和多环芳烃等有毒物质的废水用水解酸化好氧工艺进行研究， 水力停留时间为8 小时，水解酸化段对硝基苯、联苯和多环芳烃的去除率分别为 9 8 、9 7 、9 6 ，认为此工艺可作为有毒有机废水预处理的有效方法f j 4 】。马文 林等对土霉素结晶母液进行了酸化水解研究，结果表明，虽然废水中含有多种牛 物抑制性物质，但利用水解酸化菌的开环作用，废水的可生物降解性和有机物降 解速率都有明显提剖1 5 j 。 水解酸化池的构造彳i 同其处理效果也不同。沈耀良等人采用厌氧折流板反应 器( a b r ) 处理城市污水与垃圾填埋场渗滤液混合废水，结果表明，a b r 可有效地 改善混合废水的可生化性，进水b o d 5 c o d 。，为0 2 0 3 时，出水可提高到 0 4 0 6 1 1 6 】。贾洪斌等人用挡板式水解酸化池处理印染废水，废水经酸化池后c o d 第一章前言 去除率平均为3 8 6 ，b o d 5 c o d 。，值由0 2 8 5 提高到0 4 4 7 ，废水可生化性得到 明显改善1 1 7 j 。 水解酸化一活性污泥工艺处理工业废水在我国有很多已处于应用阶段。比 如，山东省轻工业设计院对山东寿光卢堡啤酒有限公司的啤酒废水处理中同样采 用了水解酸化接触氧化法，取得了非常好的效果，并认为采用此工艺可节省2 5 以上的能耗f 1 8 】。广州某肉联厂采用水解酸化序批式活性污泥法处理肉类加工废 水【1 9 】。在此工程中，水解酸化池同时起着水质水量调节、水解酸化和污泥处理三 种作用。浙江某织造有限公司采用水解酸化一好氧一混凝工艺处理大型针织印染 废水，出水达到国家一级标准。实际应用表明，水解酸化工艺不仪可将废水巾的 一些复杂高分子有机物变成简单的低分子物质，改善后续生化处理条件；同时， 对废水p h 值有较大的调节作用【2 0 1 。相会强等对哈尔滨制药四厂废水用水解酸化 生物接触氧化工艺处理，效粜较好，在冬天气温l o 以上就可以较稳定运行， 出水可以达标【2 。 1 2 生物除磷脱氮原理工艺 1 2 1 原理 1 生物脱氮 传统的活性污泥法去除率仅为2 0 一4 0 ，只能去除细菌细胞由于生理需要而 摄取的磷的数量。改进的活性污泥法脱氮除磷是运用适当的运行条件，把氮循环 的自然现象用于传统的活性污泥系统。 未经处理的新鲜污水，其含氮化合物存在的主要形式为一般以有机氮为主， 如蛋白质、氨基酸、尿素、氨类化合物、硝基化合物等：此外，还有氨态氮 ( m + ，n h 。) 。进水中的氮可有三种出路：一部分在反应过程中被结合入细胞或 被微生物吸附，随剩余污泥排除；另一部分转化为氮的气体形态从反应器的上方 逸出；余者随出水排出。尽可能降低出水总氮是生物脱氮的目的。含氮化合物在 微生物的作用下，相继发生下列各项反应以达到除氮的目的心卿6 | 。 ( 1 ) 氨化反应原理 有机氮化合物，在氨化菌的作用下，分解、转化为氨态氮，以氨基酸为例， 其反应式为：氨化菌 氨化菌 i r c h n h 2 c 0 0 h + 0 2 j l r c o o h + c 0 2 + n h 3 ( 1 1 ) 氮化反应在好氧或厌氧条件下均能进行。一般的异养微生物都能进行高效的 第一章前言 氨化作用，在传统活性污泥工艺中，伴随b o d 。的去除。污水中以蛋白质和氨基酸 形式存在的有机氮9 5 以上会被氨化成氨氮。所以在生物脱氮工艺中，氨化阶 段的生化效率很高，通常不作为生化反应的控制阶段考虑。 ( 2 ) 硝化反应原理 氨态氮在石肖化茼的作用下进一步氧化分解，首先在亚硝化荫的作用下使氨 ( n h 4 + ) 转化为亚硝酸盐氮( n o ? 一) ，n 0 f 在硝酸菌的作用下进一步转化为硝酸盐氮 ( n 0 3 一) 。其反应式为： 亚硝化茼 i n h 。+ 1 5 0 。! ! ：_ ，n o ：+ h ：o + 2 h + ( 卜2 ) 硝化菌 n 0 2 - + 0 5 0 2 l + n 0 3 ( 1 - 3 ) 总反应式为：n 凡+ + 1 5 0 2 n 0 3 - + h 2 0 + 2 h + ( 卜4 ) 生物脱氮的关键是硝化作用的程度。亚硝化菌和硝酸菌统称为硝化菌，硝化 菌是化能自养菌，广泛存活在土壤| j ，在自然界的氮循环中起着重要的作用，其 生理活动不需要有机性营养物质，从c 0 ：获取碳源，从无机物的氧化中获取能量。 从硝化反应方程式可以看出：硝化反庇使得混合液p h 值下降，而硝化菌对p h 值 的变化十分敏感，因此应向污水中投加一定的碱度。一般来说，1 9 氨态氮( 以n 计) 完全硝化，需碱度( 以c a c 0 计) 7 1 4 9 。 ( 3 ) 反硝化反应原理 硝酸盐氮( n o 。一一n ) 和亚硝酸盐氮( n 0 ：一n ) 在反硝化菌的作用下，被还原为气态 氮( n ) 的过程即反硝化反应。反硝化菌属于异氧型兼性厌氧菌，当污水中存在游 离氧时，它们利用分子氧进行呼吸，氧化分解有机物。当污水中没有游离氧时， 这些细菌可利用硝酸或咂硝酸根离子中的氮作电子受体，有机物作为碳源及电子 供体，使得约9 6 的硝态氮被还原为n ：，4 的硝态氮可被同化结合为细胞物质。 反硝化过程町用以下的方程式表示： n 0 3 + 5 h 0 5 n 2 + 2 h 2 0 + o h 。( 1 5 ) n 0 2 + 3 h o 5 n 2 + h 2 0 + o h 。 ( 1 6 ) 2 生物除磷 污水中的磷主要以两种形式存在：有机磷( 聚磷酸脂、核酸、胞壁酸等) 和 无机态磷酸盐( p 0 。3 ) 。在常温常压下，磷及磷化合物不存在稳定的气体形态，向 大气放逐，但具有以固体形态和溶解形态互相循环转化的性能。磷的这种性能是 除磷技术开发的基础。所谓生物除磷就是利用聚磷菌类微生物，过量地从污水中 摄取溶解态的磷，并将磷以聚合的形态储藏在菌体内，与微生物成为一体，形成 第一章前言 高磷污泥，排出系统，达到除磷效果。其余部分随出水排出。提高剩余污泥的含 磷量，努力减少出水中t p 的浓度是生物除磷的目。在常规二级生物处理系统中， 磷作为活性污泥微生物正常生长所需元素成为生物污泥的组分，从而达到除磷的 目的，剩余污泥的排放仅能获得1 0 一3 0 的除磷效果，而活性污泥含磷量一般为 干重的1 5 一2 3 。 我们可以简述生物除磷机理为： 厌氧释磷：聚磷菌吸收厌氧区产生的或来自原污水的v f a ，并将其运送到细 胞内，同化成胞内碳源存贮物( p h b p h v ) ，所需的能量来源于聚磷的水解以及细 胞内糖的酵解，并导致磷酸盐的释放。 好氧吸磷：聚磷菌利用p h b p h 、，氧化代谢产生的能量来摄取污水中的磷。并 把所摄取的磷合成聚磷酸盐贮存于细胞内，并且在好氧环境下所摄取的磷远远大 于在厌氧环境下所释放的磷。 剩余污泥排放：通过排放剩余污泥，将磷从系统中除去。1 2 引 1 2 2 影响因素 1 生物硝化主要影响因素 ( 1 ) 溶解氧的影响 硝化反应必须存好养条件下进行，溶解氧是影响硝化反应的重要因素。对于 活性污泥系统，溶解氧只要控制在1 2 m g l 一2 m g 之问就能满足硝化反应的要求。 ( 2 ) 温度的影响 硝化反应受温度的影响很大，生物硝化反应可以在4 一4 5 的温度范围内 进行。硝酸菌的最佳生长温度为3 5 一4 2 。硝化菌对温度的变化非常敏感，不 但影响硝化菌的比增长速率，而且影响硝化菌的活性。在5 一3 0 范围内，随 着温度升高，硝化反应速率也增加。温度超过3 0 时，蛋白质的变性降低了硝 化菌的活性，从而降低了硝化反应速率。温度低于4 时，硝化菌生命活动几乎 停止。 ( 3 ) c n 的影响 与异养型好养菌相比，自养型好养硝化菌的产率低，比增长速率小，因此在 活性污泥系统中，硝化菌占活性污泥微生物的比例很小，约5 左右。可降解有 机物与总氮之比越高，异养菌越容易和硝化细菌争夺d o ，结果是硝化反应受抑 制。一般认为，活性污泥处理系统的b o d 负荷小于o 1 5 9 8 0 d j ( g m l s s d ) 时， 硝化反应才能正常进行。 ( 4 ) p h 值的影响 硝化菌对p h 值变化很敏感，当p h 值在7 0 8 o 时，p h 值变化对硝化反应 第一章前言 速率影响很小；当p h 值在5 0 5 5 时，硝化反应几乎停止曙引。 ( 5 ) 抑制物质他o 3 1 m 1 的影响 某些有机物对硝化反应有抑制作用；凡是与酶中蛋白质竞争c u 或直接潜入 酶结构的有机物都会对硝化菌产生抑制作用，因为催化硝化反应的酶内含有c u i c ui i 电子对。一些重金属对硝化反应也有抑制作用；其中包括：z n 、c u 、h g 、 c r 、n i 、a g 、c o 、c d 、p b 等。需要注意的是，纯培养和活性污泥培养之间重金 属对硝化菌的抑制作用差别很大，活性污泥中的细菌更能耐受高浓度的重金属离 子。 一些无机物对硝化反应也有抑制作用；其l f l 包括：c n _ 、c 1 0 ，、h c n 、k c r o 和 氟化物等。1 0 0 m g l 的氟化物可使硝化速率降低8 0 。游离氨也会对硝化菌产生 抑制作用，与p h 值有关，p h 值越高，抑制作用越明显。 2 生物反硝化主要影响因素 ( 1 ) p h 值的影响 反硝化过程最适合p h 值为7 0 7 5 ，当p h 值低于6 和高于8 时，反硝化反 应会受到强烈的抑制作用3 4 j 。同时，反硝化过程还产生碱度，这将窖易把p h 值 控制在所需范围内，另外还可以补充硝化反应过程中所消耗的一部分碱度。 ( 2 ) 溶解氧的影响 反硝化菌是异氧型微生物，当污水中存在游离氧时，它们利用分子氧进行呼 吸，氧化分解有机物。当污水中没有游离氧时，这些细菌可利用硝酸或亚硝酸根 离子中的氮作电子受体，有机物作为碳源及电子供体，进行反硝化反应。有数据 表明：含碳有机物好氧生物氧化时产生的能量高于厌氧反硝化时产生的能量，所 以在有氧的状态下，将优先进行有氧呼吸，抑制了反硝化反应，同时，分子态氧 也会抑制硝酸盐还原酶的合成及活性。所以，为了使硝化反应能够顺利进行，必 须保持严格的缺氧状态。一般认为，活性污泥系统中，溶解氧保持在0 5 m g l 以 下，硝化反应就能够顺利进行汹1 。 ( 3 ) c n 的影响 理论上将1 9 n 0 。一n 还原为n 2 需要有机物( 以b o d 。计) 2 8 6 9 。一般认为，当 b o d 5 t i ( n 值大于4 6 时，即认为碳源充足睇5 1 。若以甲醇作为碳源，甲醇n 0 。一n = 3 时，即可达到充分反硝化。 ( 4 ) 有毒物质的影响 反硝化菌对有毒物质的敏感性要比硝化菌低得多，与一般好氧异养菌相同 【：7 】 0 其它影响因素还有微量元素、碳源有机物、温度等。 3 牛物除磷丰要影响因素 ( 1 ) 出水s s 浓度的影响 第。章前言 除磷工艺的m l s s 含磷量为2 3 - 7 o ，平均为6 左右，在有些情况可以达 到8 一1 2 。所以出水m l s s 浓度升高会增加出水颗粒态磷含量。当出水b o d 、s s 和氮磷的排放要求很严格时，大部分污水脱氮除磷处理j 一的出水都需要进行过滤 处理。 ( 2 ) v f a 浓度的影响 生物除磷过程中，在厌氧区，聚磷菌利用挥发性脂肪酸( v f a ) 合成储能物 质。 v f a 有两个来源：废水本身含有的和由兼性异氧微生物对易生物降解底物进 行发酵产生的。所以，废水中易生物降解底物浓度，尤其是v f a 浓度，会显著影 响生物除磷系统的性能。 研究表明：温度的变化有时会促进生物除磷过程和提高生物处理效率，有时 则相反。 在正常的水温条件下，生物除磷工艺都能成功运行1 3 驯。 ( 3 ) p h 的影响 适宜的p h 值范围为7 5 8 0 。当p h 值突然降低，无论在好氧区还是厌氧区， 混合液的液相磷浓度急剧上升，p h 降低的幅度越大释放量越大，这说明p h 降低 引起的磷释放不是聚磷菌本身对p h 变化的生理生化反应，而是一种纯化学的“酸 溶”效应哺1 ；而且p h 下降引起的厌氧释放量越大，则好氧吸磷能力越低，这说 明p h 下降引起的释放是破坏性的，无效的。p h 升高时则出现磷的轻微吸收阳。 当p h 值在6 5 7 o 时，微生物的含磷量保持恒定，吸磷牢无差别。p h 值低于6 5 时，聚磷菌的活性显著降低。当p h 值为5 2 时，聚磷菌失去活性。 ( 4 ) d 0 的影响 溶解氧对生物除磷的影响包括正反两方面：一方面厌氧区必须严格保证厌氧 环境，既没有分子态溶解氧，也没有n 0 x - 等化合态氧，因为氧和n o x - 会消耗有机 物，导致易生物降解的c o d 量不足于厌氧释磷：另一方面好氧区要有充足的溶解 氧，聚磷菌通过分解氧化储存的或外源的含碳物质产生能量，用于吸收溶解磷并 在细胞内合成聚磷啪3 。 ( 5 ) s r t 的影响 聚磷菌属于短世代微生物，因此所需要的泥龄很短，泥龄在3 天左右时，系 统仍能维持较好的除磷效率，所以，适当降低泥龄将会提高系统的除磷效率。但 是，在有脱氮要求的处理系统中，泥龄的确定要受到硝化的控制。硝化菌繁殖速 度慢，世代时间较长，在泥龄小于5 天的活性污泥法中硝化作用也十分微弱。生 物除磷的唯一途径是剩余污泥的排放，为了保证系统的除磷效果需要维持较高的 污泥排放量，从而就不得不降低系统的泥龄。显然硝化菌和聚磷菌在泥龄上存在 着矛盾。泥龄太高，不利于磷的去除；泥龄太低，硝化菌无法存活。在污水处理 第一幸前言 工艺系统及运行中，一般把系统的泥龄控制在一个较窄的范围内，兼顾脱氮和除 磷的需要。 其它影响因素还有硝态氮、温度、b o d j t p 等。 9 第二章污水处理厂进水水质水岢的调查分析 第二章污水处理厂进水水质水量的调查分析 某污水处理厂设计日污水处理能力为l o 万吨，所用工艺为厌氧好氧( a o ) 活性污泥法。污水处理厂运行近半年以来，发现进水水质巾c o d 、n 、p 浓度较 高，而现行的厌氧好氧( a o ) 活性污泥法对这种进水处理效果不理想，如进水 中化学需氧量( c o d ) 、生化需氧量( b o d ) 虽得到一定去除，但是仍高于城 镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 18 2 0 0 2 ) 的二级标准值；由于采用的工 艺是厌氧好氧( a o ) 活性污泥法，所以对磷有一定的去除；进水中的总氮和氨 氮数值比较高，几乎没有得到有效的去除。寻求一种能够适应这种污废水的处理 工艺或者对现有工艺进行改造迫在眉睫。 2 1 水质水量分析 2 1 1 水量情况 根据调查，目前该污水处理厂排水系统的市政设施正在加紧建设中，有些地 区污水管道不健全，有些地区采用雨污合流制，有些地区管径较小，不能排除 日益增大的污水量，有些地区还没有污水管网，污水沿明沟等排入附近的水体。 据统计，污水处理厂服务范罔内污水量为( 8 o 1 0 0 ) 1 0 4 m 3 d ，其中，生活污水量 约为( 2 o 3 0 ) 1 0 4 m 3 d ，其余均为工业废水。 2 1 2 水质分析 污水处理厂进水水质见表2 1 。 1 0 第_ 章污水处理厂进水水质水骨的调仓分析 表2 i 污水处理厂进水水质 第_ 章污水处理厂进水水质水景的调仓分析 续表2 i 污水处理厂进水水质 1 2 第_ 章污水处理厂进水水质水量的调奁分析 2 0 0 7 年，污水处理厂日处理水量为( 2 3 4 1 ) 1 0 4 m 3 d ，进水c o d 。平均 值为8 6 1 m l ，最高值为2 1 5 2 m l ，最低值为4 6 5 m l ：b o d 5 平均值为3 8 8m l ， 最高值为7 0 2m l ，最低值为6 6 0 2m l ； s s 平均值为2 6 4m g l ，最高值为 1 7 lm l ，最低值5 5m l ；t p 平均值为4 7 2m l ，最高值为2 1 3 2m l ，最 低值2 8 l ；水温为1 5 2 8 9 9 ；具有明显的工业废水特点。某泵站运行后，污 水量明显增加，c o d 。，、b o d 5 、n h 4 + 。n 、t p 、t n 等污染物浓度有所下降，但 s s 指标与2 0 0 7 年同期指标明显增大，主要原因是：7 、8 月是天津的雨季，部分 地区存在雨污合流制，进厂污水中存在部分雨水，导致上述水质监测结果。 2 1 3 工业污染源调查 污水处理厂服务范围内有市属、区属工业企q k6 0 多家，分属化工、机械、 冶金、建材、汽车、医药、食品、纺织、机电、电子等行业。从中筛选出1 5 家 重点污染源，分析可知，这1 5 家企业废水排放总量为5 5 8 3 9 1 0 4 m 3 a ，其中经 过处理的水量为2 3 2 6 9 1 0 4 m 3 a ，未经处理直接排放的废水量为3 2 5 7 1 0 4 m 3 a ， 处理率为4 1 6 7 ；排水大户共有六家企业，排水总量占1 5 家企业总排水量的 8 7 5 ，处理率为3 9 5 。 2 2 进水水质分析 2 2 1 可生化性分析 据水量调查，污水厂水量组成比例为：生活污水占2 0 3 0 ，工业废水占 7 0 8 0 。工业废水以涂料、油漆、农药、化纤、制药、有机化工等废水为主。 ( 1 ) 生活污水 水质相对单一和稳定，主要有机物成分为b o d 、c o d 、氨氮、总磷。可生 化性比较好，一般b c 在o 4 o 5 之间。 ( 2 ) 涂料、油漆、化纤工业废水 根据生产品种的变化，水质也变化，主要有机物成分为b o d 、c o d 、色度、 s s 、p h 。该废水可生化性较差。一般b c 在0 卜o 2 之间。 ( 3 ) 化工、制药、有机化工等工业废水 品种众多，范围较广。主要包括了农药、制药、香料和日用户化工等4 0 多 个子行业。污染物大多属于化学结构复杂、有毒和难生物降解的有机物质，其处 理难度大并且成本高。 1 3 第二章污水处理厂进水水质水岢的调杏分析 表2 2 污水厂进水水质分析表 r 期 b c c 小b 悄b p c p 2 0 0 6 6o 4 4 8 7 93 8 7 6 5 61 4 9 2 0 2 0 0 6 7 2 0 0 6 8 2 0 0 6 9 2 0 0 6 1 0 2 0 0 6 1 1 2 0 0 6 1 2 2 0 0 7 1 2 0 0 7 2 2 0 0 7 3 2 0 0 7 4 2 0 0 7 。5 2 0 0 7 6 2 0 0 7 7 2 0 0 7 8 2 0 0 7 9 2 0 0 7 1 0 2 0 0 7 1 l 2 0 0 7 1 2 2 0 0 8 1 2 0 0 8 2 2 0 0 8 3 2 0 0 8 4 2 0 0 8 5 2 0 0 8 6 2 0 0 8 7 2 0 0 8 8 2 0 0 8 9 2 0 0 8 1 0 0 5 0 0 4 5 0 5 2 o 4 9 0 5 l 0 5 3 o 4 9 0 5 4 0 4 4 o 4 4 0 4 3 o 5 5 o 3 7 o 4 7 0 5 6 0 4 2 0 4 2 0 4 0 0 3 7 0 4 3 o 4 1 0 3 6 o 3 3 o 4 6 0 4 5 0 5 4 o 5 0 o 4 6 7 3 2 7 8 6 7 0 4 6 8 4 6 0 8 6 4 3 8 2 8 7 1 2 8 2 4 8 0 5 7 8 9 7 2 4 8 4 3 7 8 0 6 3 2 7 1 9 6 2 6 8 4 3 9 9 4 6 7 8 6 6 7 7 4 5 8 0 1 6 0 8 6 6 5 5 3 9 5 9 2 4 9 9 3 6 8 3 5 5 3 6 4 3 3 4 3 1 1 3 4 4 0 8 3 8 7 3 6 1 3 5 6 3 4 3 9 7 3 1 6 3 6 8 3 5 2 3 0 3 2 6 3 3 4 2 3 7 1 2 9 2 7 2 7 2 6 6 2 7 9 j 2 9 4 2 9 5 2 3 5 3 3 3 4 7 6 3 6 4 2 6 1 0 4 2 2 9 1 4 2 1 3 4 9 7 1 5 4 8 9 1 8 1 1 3 1 0 5 1 2 8 9 0 1 7 4 2 9 6 8 0 9 5 3 2 4 6 0 1 1 7 1 8 5 6 3 2 2 5 2 1 5 6 0 4 5 6 3 7 7 7 1 6 6 5 9 1 6 4 5 6 9 3 2 8 9 4 2 9 3 6 0 1 5 6 2 9 6 4 7 1 4 5 0 1 0 6 0 7 1 0 5 6 6 1 2 4 1 4 2 1 3 2 5 1 7 8 5 5 2 5 5 5 2 3 1 4 2 0 3 3 3 7 7 2 3 9 9 0 2 0 1 4 4 1 7 2 1 9 1 2 4 3 2 1 4 2 1 8 1 2 7 4 8 1 2 8 7 4 1 5 0 2 1 1 2 4 3 4 1 4 9 2 7 1 7 0 7 8 1 6 7 5 2 1 4 6 0 1 1 2 5 8 8 9 8 9 2 9 3 6 1 1 3 3 4 2 1 1 5 6 1 9 4 8 2 1 0 8 3 8 2 0 0 8 1 l0 4 38 0 73 4 3 5 5 2 31 2 9 8 4 1 4 第二章污水处理厂进水水质水景的调查分析 续表2 2 污水厂进水水质分析表 根据表2 2 ，分析2 0 0 6 2 0 0 9 年污水厂进水水质。从b c 数值来看，具有一 定的可生化性；从c ，n 数值来看，可以满足生物处理需要，但b 小并不高，说 明可利用的易降解碳源并不高，t n 出水是否能达到标准，取决于c o d 是否能 提供充足的易降解碳源；从b p 、c p 数值看可以满足牛物处理需要，但生物处 理除磷达标有困难，必要时可以增加化学除磷。 2 2 2 有机物成分分析 根据调查结果得知，进水中大部分为工业废水，且成分复杂，难降解物质多。 色谱仪能有效地分离污水中有机混合物，而质谱仪又能对单一组分进行定性鉴 定，所以利用色谱质谱联机( g c m s ) 对污水处理过程中污水含有的各种有机 污染物进行鉴定。通过色质联用分析迸水，迸水中含有的有机物结果如下表： 表2 - 3 进水中有机物分类 第二章污水处理厂进水水质水薏的调查分析 结果显示污水中含有大量难降解的苯系、萘系、卤代烃等有机物质。 2 2 3 可生物降解物质分析 s s + x s 可以认为是可生物降解物质的总和，其中，s s 为快速可生物降解有机 物，一般认为，快速可生物降解有机物是由简单的低分子可溶性有机物组成，如 脂肪酸等。这些低分子有机物能够被快速降解，耗氧速率的变化很明显。将一定 量的污水与污泥以一定的比例混合，并监测耗氧速率的变化，从而间接反映污中 快速可生物降解有机物的含量。测定s s 的生化方法主要有方波实验法、呼吸计 法等。x s 为慢速可生物降解有机物，慢速可生物降解有机物是由可溶性、胶体 态及颗粒态大分子有机物组成的。这些物质不能透过细胞膜，必须水解为小分子 有机物才能够被微生物利用。因此慢速可生物降解有机物降解所产生的耗氧速率 响应就比较慢。可以采用s s 的测定方法进行测定，并在选取f m 比时进行调整。 s o l l 仔a l l k 等使用批量反应器，用溶氧仪测定耗氧速率的变化即o u r 法来测 定s s 和x s 。间歇反应器的o u r 测定比连续流简便易行。其方法为在一个密封 的间歇反应器内，抑制自养菌的活动，连续监测反应内o u r 变化情况，得到图 2 1 所示曲线。 5 0 4 0 毫3 0 c e2 0 o l o o 03 06 09 01 2 0l 矗01 8 02 l o2 4 0 时间( i l l i n ) 图2 1 间歇o u r 呼吸计量法所测o u r 曲线 图中的曲线分为三个阶段。t t 2 时，o u r 几乎不变，维持在一 个较低的水平，这是因为废水中的x s 耗尽，反应器内微生物进入内源呼吸阶段。 于是曲线上依次出现两个拐点，三个o u r 平台，这样就很容易区分s s 和x s 所 引起的o u r 积分面积，从而用简化的模型公式方便地计算各组分的浓度： 而用简化的模型公式方便地计算各组分的浓度： s = 半南m 喝 亿。， 鼍2 警击胁 出 ， 式中： v w 污水体积，l ； v 污泥体积，l ； y h 污泥产率数，o 6 7 ： r l ，r 2 ，r 3 曲线中相应o u r ( m g l 1 h 以) 。 间歇o u r 法测定是一种简便易行的废水特性鉴定方法，只要控制初始负荷， 产生适宜的o u r 动态响应，避免在连续反应器中因水力变化引起的干扰，就可 得到较准确的测定结果。 本研究采用间歇式o u r 计量法对污水厂进水进行了测定。 ( 1 ) 实验装置 试验装置如图2 2 所示。搅拌方式为磁力搅拌。实验过程中保持恒温。 i 磁力搅拌器；2 曝气机；3 曝气头； 4 撩气管；5 溶氧探头：6 变送器 图2 - 2 序批