（环境工程专业论文）sbr系统内短程硝化生物脱氮技术研究.pdf

i 一 t h es t u d yo fs h o r t c u t n i t r i f i c a t i o nu s i n g s e q u e n c i n gb a t c h i 之e a c t o r at h e s i ss u b m i t t e dt o s h a a n x iu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n tf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro f e n g i n e e r i n g t h e s i ss u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r ( w a n g j i a n - g e n 一) m a y ，2 0 1 0 s b r 系统内短程硝化生物脱氮技术研究 摘要 短程硝化生物脱氮技术具有低能耗、低成本、基建面积相对较小、脱氮 处理效率较高等优点，但硝化过程的条件较难控制。 本试验以s b r 作为反应器，研究高浓度n h 3 - n 废水的短程硝化生物脱 氮技术。试验过程中，依次考察进水n h 3 - n 浓度、c o d n 、d o 、温度、p h 值和f a 对亚硝酸型硝化的影响，以检测出水n h 3 - n 、c o d 、n 0 2 - n 、n 0 3 - n 浓度，以及d o 、p h 值等指标，来判断系统内短程硝化程度。试验内容、 研究方法及结果分析如下： ( 1 ) 在进水n h 3 - n 浓度为( 6 0 7 0 ) m g l ，c o d 浓度为2 0 0 m g l ，控制 温度( 3 0 a ：1 ) 。c ，p h 7 5 8 5 ，d o ( 0 6 1 8 ) m g l 时，s b r 反应器经3 3 d 的运行成 功启动并稳定运行i 9 d ，n 0 2 - n 累积率 9 9 8 ，n h 3 n 去除率达到9 9 4 ， 出水中n 0 3 - n 浓度为0 m g l 。 ( 2 ) 短时分别提高s b r 系统的进水n h 3 n 浓度为1 0 0 m g l 、1 5 0 m g l 、 2 0 0 m g l ，进行亚硝酸型硝化处理。结果显示：随进水n h 3 - n 的增加，n h 3 n 去除率和n 0 2 - n 累积率随之增加，进水n h 3 n 浓度为2 0 0 m g l 时，n 0 2 - n 的累积率可达9 9 8 。 ( 3 ) 控制s b r 系统内进水c o d n 分别为1 ：4 、l ：2 和1 ：1 ，分析系统内 亚硝酸型硝化指标，结果显示：c o d n = 1 ：4 时，n h 3 - n 去除率( 9 8 3 ) 和 n 0 2 - - n ( 9 9 9 5 ) 累积率均达到了最大值，且处理效果稳定，节省碳源。 ( 4 ) 控制s b r 系统内d o 为( 0 3 0 4 ) m g l 、( o 4 0 6 ) m g l 、( o 6 1 6 ) m g l 及( 1 6 2 0 ) m g l 时，检测出水的n 0 2 - n 浓度和n h 3 n 浓度，结果显示：d o 为0 6 1 6 m g l 时，n 0 2 - n 累积率达1 0 0 ，n h 3 n 去除率可达9 8 以上。 ( 5 ) 分别控制s b r 系统内温度为( 3 0 士1 ) 、( 2 6 + 1 ) c 及( 2 0 士1 ) ，进行 短程硝化完整曝气试验，通过不定时、定点测定出水n h ，- n 、c o d 、n 0 2 - n 、 n 0 3 - n 浓度指标，结果显示：在( 3 0 士1 ) 时，n 0 2 - n 累积率最高达1 0 0 。 将反应温度( 3 0 - x 1 ) c 与( 2 0 - x 1 ) o c 时相比，反应时间缩短1 4 2 h ，出水硝氮? 浓 度提高1 0 8 m g l 。 ( 6 ) 不定时的在系统内投加n a h c 0 3 改变其p h 值，p h 值高于7 5 ， 利于氨氮的降解和亚硝氮的生成；p h 值介于8 0 8 5 之间时，n 0 2 - n 累积率 可达1 0 0 。硝化反应结束时，p h 值和d o 曲线均出现一个突跃点，可根据 溶液中p h 值和d o 的变化来控制反应的进行。 按优化后的生物脱氮技术方案，对经网筛物理化学预处理的牛皮脱毛 废水进行脱氮处理。控制系统p h 8 0 8 5 、d 0 0 6 1 6 m g l 、温度( 2 3 士1 ) 、 水力停留时间2 3 。2 4 h ，结果表明：s b r 系统内短程硝化经1 1 d 的稳定运行， c o d 去除率达6 2 6 ，n 0 2 - n 累积率最高为8 8 1 ，出水n h a - n 不大于 2 2 8 m g l 。 本试验结果表明：控制c o d n = i ：4 、进水n h 3 - n 浓度为2 0 0 m g l 、温 度为( 3 0 a ：1 ) 。c 、d 0 0 6 1 6 m g l 、p h8 0 8 5 ，可以实现s b r 系统内的亚硝酸 型硝化，完全可以实现对制革废水处理二沉池出水的预期脱氮效果。 关键词：短程硝化，s b r ，生物脱氮 c o d n ，t h et e m p e r a t u r e ，t h ed i s s o l v e do x y g e n ，p ha n dt h ei m p a c to ff r e e a m m o n i ao nt h en i t r i f i c a t i o n t h em a i n l yi n d e x st h a tw e r ea m m o n i an i t r o g e n ， c a r b o ns u b s t a n c e ，n i t r a t e ，n i t r i t e ，p ha n df l e ea m m o n i aw e r ed e t e c t e di no r d e r t o d e t e r m i n et h ee x t e n to ft h es y s t e mn i t r i f i c a t i o n w i t hal o n gt e r ms t u d y , t e s t c o n t e n t r e s e a r c hm e t h o d sa n dr e s u l t sa r es u m m a r i e da sf o l l o w s ： ( 1 ) u n d e rt h ec o n d i t i o nt h a ti n f l u e n ta m m o n i an i t r o g e nw a s ( 6 0 - 7 0 ) m g l ， c a r b o ns u b s t a n c ew a s2 0 0 m g l ，t e m p e r a t u r ew a s ( 3 0 + 1 ) 。c ，p hw a s7 5 8 5 ， d i s s o l v e do x y g e nw a s0 6 1 8 m g l n i t r o s o f i c a t i o nc o u l db ea c h i e v e di ns b r b y5 2d a y s n i t r i t ea c c u m u l a t e r a t i o nr a t ew a sa b o v e9 9 8 t h en i t r a t ew a sa b o u t o m g l 、 ( 2 ) f r o m as h o r tt i m ei n f l u e n tc o n c e n t r a t i o nlo o m g lt o 15 0 m g l ， 2 0 0 m g l ，t h ee n t i r es y s t e mw a s i n c r e a s e do fa m m o n i an i t r o g e nr e m o v a lr a t ea n d n i t r i t ea c c u m u l a t i o nr a t ew i t hi n c r e a s i n ga b o u ti n f l u e n ta m m o n i u mc o n c e n t r a t i o n w h e ni n f l u e n ta m m o n i u mc o n c e n t r a t i o nw a s2 0 0 m g l ，a m m o n i an i t r o g e n r e m o v a lr a t ew a s9 9 8 ( 3 ) u n d e rt h ec o n d i t i o nt h a ti n f l u e n tc o d nw a sl ：4 ，1 ：2 ，1 ：1 ，a n d t h e i n d e x sa b o u te 用u e n tw a t e ri ns h o r t c u tn i t r i f i c a t i o nw e r ea n a l y z e d t h er e s u l t s s h o w e dt h a tw h e nc o d n _ 1 ：4 ，b e t w e e na m m o n i an i t r o g e nr e m o v a lr a t e ( 9 8 3 ) a n dn i t r i t ea c c u m u l a t i o nr a t e ( 9 9 9 5 ) w e r em a x i m u m t r e a t m e n tw a se f f e c ta n d m s t a b i l i t y , s a v i n gc a r b o n s ( 4 ) u n d e rt h ec o n d i t i o nt h a tw a s ( 0 3 - 0 4 ) m v l ，( o 4 0 6 ) m g l ， ( o 6 一1 6 ) m e c la n d ( 1 6 2 o ) m e d l i nt h ep r o c e s so fe x p e r i m e n ta p p l i c a t i o n ，t h e m a i n l yi n d e x st h a tw e r ee m u e n ta m m o n i aa n dn i t r i t ew e r ed e t e c t e d t h er e s u l t s s h o w e dt h a tw h e nd i s s o l v e do x y g e n w a s ( 0 6 1 6 ) m g l ，n i t r i t ea c c u m u l a t i o n r a t ew a s10 0 a n da m m o n i a n i t r o g e nr e m o v a lr a t ew a sa b o v e9 8 ( 5 ) u n d e rt h e c o n d i t i o nt h a t t e m p e r a t u r ew a s ( 3 0 士1 ) ，( 2 6 士1 ) a n d ( 2 0 士1 ) ac o m p l e t ea e r a t i o na b o u ts h o r t c u tn i t r i f i c a t i o nt h a th a db e e ns t a b i l y w a ss t u d i e di n s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r i n t h ep r o c e s so fe x p e r i m e n t a p p l i c a t i o n ，t h em a i n l yi n d e x st h a tw e r ee f j f l u e n ta m m o n i a ，n i t r i t e ，n i t r a t ea n d c a r b o ns u b s t a n c ew e r ed e t e c t e di na n yt i m e t h er e s u l t ss h o w e dt h a tn i t r i t e a c c u m u l a t i o nr a t ew a s n e a r l y o f10 0 ，w h e n t e m p e r a t u r ew a s ( 30 士1 ) * c c o m p a r e dw i t h ( 3 0 a ：1 ) 。c a n d ( 2 0 士1 ) ，1 4 2 hs h o r t e nr e a c t i o n t i m e ，e f f l u e n tw a t e r n i t r a t ew a s1 0 8 m g l ， ( 6 ) a d d i n gn a h c 0 3i no r d e rt oi m p r o v ep hi na n yt i m e p hh i g h e rt h a n 7 5 ，w h i c hw i l lh e l pi nt h ed e g r a d a t i o no fa m m o n i aa n dn i t r i t ef o r m a t i o n p hw a s 8 0 - 8 5 ，w h i c h n i t r i t ea c c u m u l a t i o nr a t ew a s1 0 0 m e n t h ee n do f n i t r i f i c a t i o n ，p ha n dd i s s o l v e do x y g e na p p e raj u m p ，s oc a na c c o r dt ot h e c h a n g e so fp ha n dd i s s o l v e do x y g e nt oc o n t r o lt h er e a c t i o n f u r t h e r m o r e ，i nt h ec a s eo fs t a b l eo p e r a t i o no fo p t i m a lf a c t o r s t h en i t r o g e n r e m o v a lt e c h n o l o g yo fh a i r - r e m o v a lw a s t e w a t e ra l s ow a si n v e s t i g a t e di nt h e e x p e r i m e n t u n d e rt h ec o n t r o ls y s t e m ，p hw a s8 0 8 5 ，d ow a s ( o 6 1 6 ) m g l ， t e m p e r a t u r ew a s ( 2 3 士1 ) a n dh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m eo f2 3 2 4 h ，n i t r i f i c a t i o n b i o l o g i c a ln i t r o g e n r e m o v a l t e c h n o l o g y a b o u th a i r - r e m o v a lw a s t e w a t e r p r e t r e a t e db ys i e v e p h y s i c a la n dc h e m i c a lw a ss t u d i e d 。刀碍r e s u l t sr e v e a l e d 坊a f w h e nn i t r o s o f i c a t i o nw a so p e r a t e ds t e a d i l yf o r1 ld a y si nt h es b & t h er e m o v a l r a t eo fc a r b o ns u b s t a n c ew a s6 2 6 ，a n dt h em a x i m u m ，n i t r i t ea c c u m u l a t i o nr a t e w a s8 8 1 ，a n dt h ee m u e n ta m m o n i a n i 仃o g e nw a sn om o r et h a n2 0 5 m g l i tc a nb ec o n c l u d e dt h a tt h a ti nt h ec o n d i t i o no fc o d nw a s1 ：4 i n f l u e n t a m m o n i a n i t r o g e nw a s2 0 0 m g l ，t e m p e r a t u r ew a s ( 3 0 1 ) ，d i s s o l v e do x y g e n w a s ( o 6 - 1 6 ) m g l ，p hw a s8 0 8 5 ，t h es y s t e mn i t r i f i c a t i o nn i t r i t ew a s m a x i m i z e da c h i e v e t h en i t r i f i c a t i o nc o u l db er e u s e di nt a n n i n ga f t e ra d j u s t i n g a n de f f e c to fd e g r a d a t i o no fa m m o n i a i v k e yw o r d s ：s h o r t c u tn i t r i f i c a t i o n ，s b r ，b i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a l v f a s b r d o c o d n h 3 - n n 0 2 - n n 0 3 。- n t n p h s v 3 0 m l s s s v i p a m 符号说明 游离氨( f r e ea m m o n i a ) 间歇式活性污泥法( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 溶解氧( d i s s o l v e do x y g e n ) 化学需氧量( c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ) 氨氮( a m m o n i an i t r o g e n ) 亚硝酸盐氮( n i t r i t en i t r o g e n ) 硝酸盐氮( t r a t en i t r o g e n ) 总氮( t o t a ln i t r o g e n ) 酸碱度( p o t e n t i a l o fh y d r o g e n ) 3 0 r a i n 污泥沉降比( s w i t c h v i r t u a l ) 混合液悬浮固体浓度( m i x e dl i q u o rs u s p e n d e ds o l i d s ) 污泥体积指数( s w i t c h v i r t u a li n t e r f a c e ) 聚丙烯酰胺 v i 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 符号说明 1 绪论。1 1 1 间歇式活性污泥法( s b r ) 1 1 1 1s b r 工艺原理1 1 1 2s b r 工艺的特点2 1 1 3s b r 的应用3 1 1 3 1 国内外应用情况3 1 1 3 2 应用范围3 1 2 我国的水环境现状3 1 3 水体中氨氮的来源及危害4 1 3 1 水体中氨氮的来源4 1 3 2 水体中氨氮的危害5 1 4 短程硝化生物脱氮技术研究进展6 1 4 1 生物脱氮新技术6 1 4 1 1 同时硝化反硝化技术7 1 4 1 2 厌氧氨氧化技术7 1 4 1 3 好氧反氨化脱氮技术8 1 4 1 4 短程硝化脱氮技术的发展8 1 4 2 短程硝化反硝化的典型处理工艺8 1 4 2 1s h a r o n 工艺8 1 4 2 2o l a n d 工艺：9 1 5 本课题的提出和研究意义1o 1 6 本论文研究内容11 2 试验部分1 3 2 1 主要试验设备仪器。1 3 2 1 1 反应器l3 2 1 2 主要试验设备仪器1 4 2 1 3 试验分析方法及材料1 4 2 2 生物硝化脱氮技术原理。15 2 3 试验运行条件及内容18 2 3 1 试验用水1 8 2 3 2s b r 中污泥的接种1 8 2 3 3 短程硝化试验方案18 2 4 短程硝化生物脱氮主要影响因子的确定1 8 2 4 1 溶解氧( d o ) 19 2 4 2 温度1 9 2 4 3p h 值和游离氨浓度( f a ) 2 0 2 4 4 其它2 l 2 5 短程硝化生物脱氮技术应用试验2 2 3s b r 系统内短程硝化的启动及影响因素分析2 3 3 1s b r 的启动与运行2 3 3 1 1s b r 反应器的启动及结果分析2 3 3 1 2 进水氨氮浓度的影响2 6 3 2s b r 系统运行的影响因素2 8 3 2 1c o d n 的影响2 8 3 2 2d o 的影响2 9 3 2 3 温度对短程硝化的影响3 2 3 2 4p h 值和f a 对短程硝化的影响3 7 3 3 本章小结4 2 4 短程硝化脱氮技术在制革废水处理中的应用4 3 4 1 制革废水的现状及氨氮来源4 3 4 1 1 制革废水的现状4 3 4 1 2 制革废水氨氮的来源4 3 4 2 脱毛废水生物脱氮技术。4 4 4 3 本章小结4 7 5 全文总结4 8 5 1 主要创新点4 8 5 2 结论。4 8 5 3 存在的问题及建议4 8 致谢5 0 参考文献5 1 攻读学位期间发表的学术论文目录5 6 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明5 7 i s b r 系统内短程硝化生物脱氮技术研究 1 绪论 1 1 间歇式活性污泥法( s b r ) 自七十年代初，美国r i r v i n e 教授开始研究间歇式活性污泥法( s e q u e n c i n gb a t c h r e a c t o r ，简称s b r ) 即序批式活性污泥法，操作模式由进水、反应、沉淀、出水和闲置等 5 个基本过程组成，一切过程都在1 个设有曝气或搅拌装置的反应池内进行，操作周而复 始反复进行，人工操作比较复杂，曝气设备容易被堵塞。因此，其独特的优越性没有被 发现，直到连续流脱氮工艺出现，s b r i 艺才开始被作为主要的脱氮工艺进行研究。 1 1 1s b r 工艺原理 s b r 法是在一个反应池的基础上完成所有的反应操作过程，池体少，为了达到不同 的废水处理指标要求，可以灵活调整其运行方式、操作简单、易于自动化控制，是时间 上理想的推流式污水生物处理工艺。所谓序列间歇式有下列含义：一是s b r 工艺由两个 或者更多个池子组成，在运行的过程中，空间上按顺序排列、不连续运行；在时间上的 操作也是不连续的。该法的操作模式由进水、反应、沉淀、出水和闲置等5 个基本过程 组成。从污水流入开始到闲置时间结束为一个周期。在一个周期内，一切过程都在1 个 设有曝气或搅拌装置的反应池内进行，这种操作周而复始地反复进行，以达到不断进行 污水处理目的。典型的s b r 工艺主要包括预处理池及s b r 池，除预处理外，所有的反 应均在s b r 反应池内完成，s b r 池兼具调节池、反应池、二沉池的作用。s b r 反应器 的进水方式包括限制性曝气、非限制性曝气和半限制性曝气。限制性曝气：在进水的过 程中不曝气，并且采用短时进水的方式，这样就可以使得在短时进水的情况下反应器内 的混合液浓度提高，反应过程中基质浓度梯度增加，有利于反应的进行。非限制性曝气： 进水、曝气同时进行，这样可以在进水的过程中由于硝化作用的进行降解一部分有机物， 降低混合液中有机物的浓度，避免了有机物在系统中的积累，抑制反应的进行。半限制 性曝气：在进水的后半时进水改为进行半曝气，是介于限制性曝气和非限制性曝气之间 的运行方式。大多采用s b r 反应器进行污水处理的技术中，进水采用限制性曝气的方式。 每个周期的运行情况：当反应池进水结束后，开始曝气进行微生物去除有机物的反应， 直到混合液中有机物浓度达到一定标准时，停止曝气，使反应器内混合液处于静止沉淀 阶段，此阶段主要是活性污泥絮凝体进行重力沉降和固液分离。经过一段时间的静止沉 降，反应器进入排水阶段，主要是排除污泥沉降后的上清液，恢复到处理周期开始时的 最低水位，之后反应器进入闲置阶段，便于运行。为达到脱氮除磷的要求，s b r 工艺可 以根据不同的水质要求，灵活采用不同的运行方式。 陕西科技大学硕士学位论文 1 1 2s b r 工艺的特点 1 - 4 1 目前，s b r 工艺广泛应用于中小型企业，具有许多连续流系统无法比拟的优点。 a 工艺简单，节省费用 s b r 工艺流程简单，运转灵活。一个池子可以作为调节池、好氧曝气池、厌氧或者 缺氧池，又可以作为沉淀池和部分作为污泥浓缩池。1 9 8 5 年a r o r a 等人对加拿大、美国 和澳大利亚等8 座采用s b r 工艺处理废水的工厂进行调查，其中只有一个处理厂设置了 调节池，另两个处理厂设置初沉池。 b 理想的推流式反应过程，反应推动力大、效率高 在s b r 反应器内，进水时间在处理周期中占得越短，越有利于形成理想的推流式反 应池，这样就可以使反应器内底物浓度梯度大，生化反应推动力大，因此可以增加全池 平均处理速度。弥补以连续进水方式为主的完全混合式曝气池中底物浓度小、反应推动 力不大、全池平均处理速度低和推流式曝气池中容易造成水流反向的不足。 c 运行方式灵活多变，脱氮除磷效果好 s b r 法可以根据水质、水量的变化，为不同的净化目的，通过不同的控制手段进行 灵活运行。由于时间上的灵活控制，为其实现脱氮除磷提供了极有利的条件。在s b r 反 应器内不仅很容易实现好氧、缺氧与厌氧状况交替的环境条件，而且很容易在好氧条件 下通过控制曝气量、反应时间与增加污泥龄，来强化硝化反应和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地投加原污水( 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工段反应更快地完成；还可以在进水阶段通过 搅拌维持厌氧状态，促进脱磷菌充分释放磷。 d 防止污泥膨胀 s b r 法中进水和反应期间，好氧和缺氧( 厌氧) 交替进行，能有效抑制专性好氧丝 菌过度繁殖，由于s b r 法在反应阶段是理想的推流式，特别是缩短s b r 的进水时间， 基质浓度梯度提高，s v i 值降低，使s b r 中污泥不易膨胀。 e 对水质变化的适应性好，耐冲击负荷 s b r 法在反应阶段是理想的推流式，并且s b r 反应器是兼调节池、反应池和终沉 池为一体的完全混合式处理池，可以适应水质水量变化大的特点，并且进水完全具有底 物基质浓度大、分布均匀的特点，在反应过程中，微生物的生长速率易于控制，在曝气 时还可以作为反应池进行硝化反应，反应结束也还可以作为厌氧池进行反硝化继而作为 二沉池沉淀出水。由于剩余污泥产量少的特点，在工艺中可以不考虑污泥回流设备，时 刻保持反应器内高的污泥浓度，提高污泥负荷。 2 s b r 系统内短程硝化生物脱氮技术研究 1 1 3s b r 的应用 1 1 3 1 国内外应用情况 s b r 简称序批式活性污泥法。早在1 9 1 4 年a r d e m 和l o c k c t t 发明了活性污泥法，采 用s b r 处理系统，但由于人工管理繁琐、检测手段落后等问题，难以推广应用。随着自 动化技术的发展，上述问题相继得到解决，而后由于s b r 工艺独特的优点引起了全社会 广泛关注，近年来迅速的推广，并不断进行改进、完善，成为目前世界上污水处理技术 中的热门工艺。 现在已有数百座s b r 工艺污水处理厂正在成功运行。众多学者、研究机关，甚至不 少的水处理设备厂家，都着眼于s b r 的研究和技术开发，使其应用范围也由以前的中小 规模的工业废水处理，扩大到以脱氮除磷为目的的中小规模的生活污水处理。澳大利亚 以研究开发利用s b r 工艺著称，1 0 多年中建成s b r 污水处理厂6 0 0 多座，其中中型及 大型的s b r 污水处理厂也日渐增多。 在中国，s b r 法才刚刚起步，目前只有很少的小型污水厂采用此种工艺，处理效果 很好。1 9 8 5 年，上海市政设计院为吴淞肉联厂设计了我国第一座s b r 污水处理站，设 计处理量为2 4 0 0 t d 。 目前s b r 工艺主要应用于城市污水的处理和石油炼厂催化裂化装置的废水、食品与 化工废水、制药废水、难降解有机废水等工业废水的处理。 1 1 3 2 应用范围 a 中小城镇的生活污水和厂矿企业的工业废水，尤其是废水间歇排放和流量变化较 大的地区。 b 需要较高出水水质的地方，不但要去除有机物，还要求对出水进行除磷脱氮，防 止河流湖泊的富营养化。 c 水资源紧缺的地方。s b r 系统可在生物处理后进行物化处理，不需要增加设施， 便于水的回收利用。 d 用地紧张的地方。 e 对已建连续流污水处理厂的改造等。 f 非常适合处理小水量、间歇排放的工业废水及分散点源污染的治理。 1 2 我国的水环境现状 我国是一个干旱缺水严重的国家。人均淡水资源仅为世界平均水平的1 4 ，在世界上 名列1 1 0 位，且水资源时空分布不均匀，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。排除难以 利用的洪水径流和散布在偏远地区的地下水资源后，我国现实可以利用的淡水资源量更 少，仅为11 0 0 0 亿m 3 左右，人均可利用水资源约为9 0 0m 3 ，并且分布极其不平衡，我国水 3 陕西科技大学硕士学位论文 资源总量的8 1 集中分布于长江及其以南地区，其中4 0 以上又集中于西部五省，就人 均占有淡水资源而言，南方最高地区和北方最低地区相差数十倍，东部比西部甚至高出 五、六倍，所以国家大力投资于南水北调工程。据统计，2 0 0 6 年我国6 9 9 座城市中有4 0 0 多个城市存在供水不足问题，其中比较严重的缺水城市达1 1 0 个，全国城市缺水总量是6 0 亿m 3 。水利部还预测，2 0 3 0 年中国人口将达到1 6 亿，届时人均水资源仅为1 7 5 0o 。在充 分考虑节水的情况下，预计用水总量为7 0 0 0 亿8 0 0 0 亿m 3 ，要求供应能力比现在增长1 3 0 0 亿2 3 0 0 亿m 3 ，全国实际可利用水资源接近合理利用水量上限，水资源开发难度大，已达 到世界公认的缺水警戒线。 据监测，目前全国多处水资源受到一定程度的点源和面源污染，且污染程度随着时 间的增加而增加。据2 0 0 2 年中国环境状况公报，我国七大水系7 4 1 个重点监测断面中， 2 9 1 的断面满足i i i i 类水质要求，3 0 的断面满足、v 类水质，4 0 9 的断面属劣v 类 水质。2 0 0 2 年全国工业和城市生活废水派发总量为4 3 9 5 亿m 3 ，比上年增长1 5 。其中工 业废水排放量为2 0 7 2 亿m 3 ，比上年增3 n 2 3 ；城镇生活污水排放总量) 白2 3 2 3 亿n 1 3 ，比 上年增3 n 0 9 。由于8 0 以上的污水未经过处理就直接排放，已造成9 0 以上的城市水 域严重污染，水体中有毒有害物质问题已经越来越突出。 近2 0 年来，虽然我国污水的处理效率不断提高，但污水的排放量仍在大幅度增加。 c o d 和氨氮的排放量也在逐年的增加。表1 是全国近年来废水及主要污染物排放量。 表1 1 是全国近年来废水及主要污染排放量 t a b 1 1n a t i o n a lw a s t e w a t e ra n dm a i np o l l u t i o nw i t h d r a w a li nr e c e n ty e a r s 1 3 水体中氨氮的来源及危害 1 3 1 水体中氨氮的来源 进入水体的氮污染源是多方面的，包括自然界的氮源和人类活动造成的氮源污染， 其中人类活动造成的氮的污染是最主要的因素，主要包括以下几个方面： a 未经任何处理的工业废水和城市污水直接排入水体 4 s b r 系统内短程硝化生物脱氮技术研究 这类污水的氮素含量高，如果进入河流、湖泊和海洋，会造成藻类植物过度生长， 危害极大。 b 污水厂出水 污水处理厂一般采用常规的二级污水处理工艺处理，包括来自生活废水和工业废水， 排放到水中都含有相当数量的氮、磷和硫。这也是造成河道污染的主要因素之一。 c 农业生产的污染 主要包括生产过程中的施肥( 动物粪便和人工合成肥料) 和喷洒农药等。大部分的 肥料和农药经过雨水冲淋、农业灌溉和地表径流进入河道和水体，成为藻类植物和微生 物直接的营养源。人工合成的肥料和农药含有大量的氮磷元素，是水体中氮磷营养元素 的主要来源。 d 城市来源 随着城镇化的发展，城市人口越来越集中，城市来源的富含大量营养物的排放量越 来越多，虽然现在已经提出尽快发展低磷或者无磷洗涤剂，目前城市生活废水中仍然含 有高磷洗涤剂，这些也构成了水体中氮磷污染的主要来源。在我国太湖地区，洗涤剂就 是磷污染的最主要污染源。 1 3 2 水体中氨氮的危害 地面水体和地下水中存在的氮污染物( 主要指n h a - n ) 的增加会引起生态及健康方 面的危害，主要有以下几个方面： a 游离氨对水中动物健康生长造成危害 水体中的游离氨和氨离子的化学平衡式如式( 1 1 ) ： n h 4 + + o h 一n h 3 + 日2 d ( 1 1 ) 当水体中游离氨的浓度达到l m g l 时，大部分鱼类便会窒息死亡。式( 1 1 ) 表示，在 o h 。离子的作用下n h 4 + 和n h 3 之间的相互转化，及p h 值和氨的大小决定废液中氨的存 在状态，无论当p h 值升高还是废液中氨根的浓度，反应向着正方向进行，即废液中的 n h 3 - n 浓度增加，即f a 浓度增加。在自然水体中，p h 值多在7 0 8 0 之间，碱性水体 的排入，会使得废液中的p h 值增加，继而f a 浓度升高，对鱼类的生长环境造成影响， 甚至造成鱼类死亡。因此，为了保护人类的水资源，保护鱼类的生活环境，应该控制含 氨废水和碱性废水的排放。 b 氨氮的硝化作用会降低水体中的溶解氧 在江河湖泊中，一方面藻类过度繁殖，死亡后被异氧微生物分解，消耗水中大量的 溶解氧，另一方面水面被藻类覆盖，阳光难以透射水体深层，并且阳光在透射过程中被 藻类植物吸收而衰减，深层水体的光合作用明显受到限制而减弱。此外，还原态氮排入 水体会因硝化作用消耗水中的溶解氧，氨氮消耗水中溶解氧的过程可由下式表示： 陕西科技大学硕士学位论文 2 n h 4 + + 3 d 2 2 n 0 3 一+ 2 乞d + 4 日+ 2 n 0 3 一+ q 一2 n 0 2 一 ( 1 2 ) ( 1 3 ) 总式子 n h 4 + + 2 q n 0 2 一+ 2 日+ + 凰d ( 1 _ 4 ) 从上式可以计算出，氧化1 m g l i j 4 j n h 3 - n 需4 6 m g l l 拘溶解氧，同时水体中的p h 值降 低，为使反应向正方向顺利进行，应该向水体中投加足够的碱度来中和反应中产生的旷， 否则会造成p h 值偏低，影响反应的进行。氧化l m g 氨氮约需碱7 4 m g ( 以c a c 0 3 计) 。 c 增加水处理的难度 被氨氮污染严重的水体，会给水的自净处理带来很多困难，进而严重影响饮用水质。 1 ) 由于水体的富营养化，导致大量藻类和水生微生物的过度孳生繁殖，从而堵塞滤 池，使得滤池不能正常运行。而且，微生物还会穿透滤池在配水系统中繁殖，造成配水 系统水流不畅或者堵塞。 2 ) 藻类分泌的有机物会妨碍絮凝作用，导致出水浑浊，并影响加氯消毒作用。 3 ) 藻类分泌的难降解的腐殖质，如用氯消毒即生成致癌、至畸和致突变作用，使水 体恶化。 4 ) 水体中的沉积物厌氧发酵，会使水q b f e 2 + 、m n 2 + 浓度因还原作用而加强，同时发 酵产生的甲烷等气体，也会干扰水的处理过程。 5 ) 在水厂加氯消毒时，水体中少量的氨会使加氯量成倍增加，并且会加大脱色、除 臭、除味等的化学药剂的投加量， d 硝酸盐的公共卫生问题 水体中含有大量的硝酸盐，当土壤接受二级处理出水的同时，土壤中的硝酸盐浓度 也会增加。 1 4 短程硝化生物脱氮技术研究进展 1 4 1 生物脱氮新技术 传统的生物脱氮技术已难以满足高氨氮废水的处理要求，且其具有处理具有成本比 较高、运行不稳定、基建面积大等缺点，迫切需要生物脱氮新工艺的研究。近年来，随 着生物脱氮新工艺的进一步试验及应用性研究，发现许多传统生物脱氮机理难以解释的 现象，如自养菌和异养菌均可以参加硝化作用，在好氧条件下，某些微生物同样可以进 行反硝化。专家和学者在研究的过程中还发现，n h 3 - n 、n