（环境工程专业论文）改良型a2o工艺应用与脱氮除磷效果研究.pdf

a b s t r a c t 摘要 面对水资源的严重污染，世界各国都加强了水处理方面的投资力度。我国各级 政府高度重视水污染问题，积极建设城市污水处理厂。城市污水经过传统二级处理 去除了绝大部分悬浮固体和有机物，但还残留了如氮、磷等微量的溶解性有害物质。 氮、磷是引起水体富营养化和环境污染的重要污染物质。其来源多，排放量大，除 生活污水和动物排泄物外，工业污水以及垃圾填埋渗漏水等都含有大量的氮磷。因 此，研究污水脱氮除磷技术，保护水体不受富营养化的影响，已成为一个亟待解决 的问题。 进入2 0 世纪七、八十年代以来，随着研究工作的进行，对脱氮除磷的生物学原 理的认识不断深入，诞生了多种生物脱氮除磷工艺，推动了污水生物脱氮除磷技术 的发展，促进了污水生物处理技术的进步。其中比较新的热点工艺有：倒置a 2 o i 艺、改良型a 2 o 工艺、c a s t 工艺、m s b r 工艺、u n i t a n k 工艺等。 常州市江边污水处理厂工程总服务面积约为5 0 0k m 2 ，现状服务人口约为1 1 0 万，处理总规模8 0 万m 3 d ，是常州市最大的污水处理厂，一期实施规模1 0 万m 3 d 。 一期污水处理工艺采用改良型a 2 o 工艺，污泥处理工艺采用浓缩脱水带式一体机， 部分尾水经过净化处理后回用，其余由排江泵房提升喷排入长江，栅渣、泥渣等则 外运干化焚烧。具体工艺流程见图l 和图2 。 秉i 望竺竺苎h 兰兰至皇h 竺竺竺苎h 竺鎏兰竺兰 ：71i：i一ij 1 - j i一 釜_ f 丽i 磊荔_ - 1 _ 1 二沉池h 改良型a 2 o 反应池 i i 囱l 一匹囹| ： 泥饼夕p 运一- 一圈 图1 污水厂工艺流程图 a b s t r a c t 进水 混合液2 0 0 回流污泥7 5 回流污泥1 0 0 图2改良型a 2 o 反应池工艺 出水 剩余污泥 常州市江边污水处理厂于2 0 0 4 年2 月开始施工，2 0 0 5 年8 月土建及设备安装 完毕，9 月份开始试运行，进水调试。从总体的处理效果来看，出水水质比较稳定， 出水指标优于国家一级排放b 标准。 改良型a 2 0 生物脱氮除磷理论与技术工艺是污水处理领域的重要创新技术。 实践证明，改良型a 2 0 生物脱氮除磷技术生化效率高、流程简捷、管理方便、运 行稳定、经济节能，具有很高的实用价值，其不仅可用于城市污水及具有相似水质 条件的工业废水污水厂的建设，而且适用于传统活性污泥法污水厂的改造。改良型 a 2 o 工艺是一种符合我国国情的、具有简捷、高效特点的污水生物脱氮除磷新技 术，在污水处理厂使用效果很好，值得推广使用。 关键词：城市污水脱氮除磷改良型a 2 0 工艺 i i a b s t r a c t a b s t r a c t i nt h ef a c eo fs e r i o u sw a t e rp o l l u t i o n ，a l ll e v e l s g o v e r n m e n ta t t a c h e dg r e a t e i m p o r t a n c et o t h ep r o b l e mo fw a t e rp o l l u t i o na n da r eb u i l d i n gm u n i c i p a lw a s t e w a t e r t r e a t m e n tp l a n t t h em a j o rs u s p e n d e ds o l i da n do r g a n i s mc a nb ew i p e do f fa f t e rt h e t r a d i t i o n a lt w o g r a d ep r o c e s s b u tt h er e s o l v a b l eh a r m f u ls u b s t a n c es u c ha sn i t r o g e na n d p h o s p h o rr e m a i n e d na n dpa r et h em a j o r i t yp o l l u t i o ns o u r c eo fw a t e re u t r o p h i c a t i o n a n de n v i r o n m e n tp o l l u t i o n ，w h i c he x i s tn o to n l yi ns e w a g ea n da n i m a le x c r e m e n tb u ti n i n d u s t r yw a s t e w a t e ri nw i d ea r e aw i t hl a r g eq u a n t i t y s o ，i ti sa ni m p o r t a n tp r o b l e mt o s t u d yt h et e c h n o l o g yo fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a lt oa v o i de u t r o p h i c a t i o n s i n c e19 7 0 sa n d19 8 0 s ，m a n yk i n d so fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a lt e c h n i c s h a v eb e e nr a i s e dw i t ht h ed e v e l o p m e n to fr e s e a r c ho nb i o l o g yt h e o r e t i c so fn i t r o g e na n d p h o s p h o r u sr e m o v a lt e c h n o l o g y , w h i c hp u s ht h ed e v e l o p m e n to fn i t r o g e na n dp h o s p h o r r e m o v a lt e c h n o l o g y , a c c e l e r a t et h ea d v a n c e m e n to f s e w a g eb i o l o g yt r e a t m e n tt e c h n o l o g y a sw e l l s o m en e wa n dp o p u l a rp r o c e s sa r e i n v e r t e da o ，m o d i f i e da 2 o ，c a s t , m s b r ，u n i t a n k t h et o t a ls e r v i n ga r e ao fj i a n g b i a nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n ti nc h a n g z h o uc i t yi s 5 0 0 k m 。，w i t ha c t u a lp o p u l a t i o no f1 ，10 0 ，0 0 0a n dt h ec a p a c i t yo f8 0 0 ，0 0 0m 3 d i ti st h e b i g g e s tt r e a t m e n tp l a n ti nc h a n g z h o u ，w h o s ed e s i g nc a p a c i t yi s10 0 ，0 0 0m 3 d m o d i f i e d k oi sa d o p t e df o ra c t i v a t e dw a s t e w a t e rp r o c e s s i n t e g r a lb e l ts l u d g et h i c k e n i n ga n d d e w a t e r i n gm a c h i n ei su s e df o rs l u d g et r e a t m e n tp r o c e s s p a r t so fd i s p o s a ls e w a g ei s r e u s e da f t e rd e p u r a t i o n ，t h eo t h e ri sp u m p e dt oc h a n g j i a n gr i v e rf r o mp u m p i n gs t a t i o n s o l i dw a s t ei st r a n s p o r t e do u t s i d ea n ds e tt of i r e t h ep r o c e s sf l o wi sp r e s e n t e di nf i g 1 a n df i g 2 s e w a g e t or i v e r s 0 1 i do u t s i d e i d e w a t e 酊h 眦b 叫 广 l - - j f i g 1f l o wc h a r to f w a s t e r w a t e r t r e a t m e n tp l a n t s e w a g e m i x e dw a t e r 2 0 0 ，a t e r s l u d g e f i g 2f 1 0 w c h a r to fm o d i f i e da 2 o t 1 舱协组t m e mp l a i l th a sb e e nc 。n s t r u c t e df r o mf e b ，2 0 0 4 ，w h i c hw a s f i n i s h e di n a g u ，2 0 0 5a n d o nd e b u gs i n c es e p ，2 0 0 5 a c c o r d i n gt 0t h e 仃e a t m e n te f f e c ta sa w h o l e ，d i s p o s e dw a t e rq u a l i t y i ss t a b l e 1 1 1 d e x o fw a t e rq u a l i t yp r e c e d et h eb c r i t e r i o no fc o u 螂 ， 1 1 1 e o r y 锄dt e c h n i q u e0 fn i t r o g e n a n dp h o s p h o r u sr e m o v a lo fm o d i f i 甜簟幻 t e c h n i c sa r ev c r yi m p o n a n ti nw a s t e w a t e r t r e a t m e n ta r e a i t sp r o v e dt h a tm o l d i f i e d o i so fg r e a t 印p h c a t i o nv a l u eb e c a u s eo fh i g hb i o - c h e m i c a le f f i c i e n c y s l m p i e p r o c e s s ， e a s ym a n a 靴e n t ，s t a b l eo p e r a t i o n ，a n dl o w e c o n o m i c a la n de n e r g yc s u m p t l o n l tc 觚 b ea p p l i e dn o t0 n l yi ns e w a g ep l a n ta n d s i m i l a rw a t e rt r e a t m e n t ，b u ta l s oa l t e m a t l o no t i v a b s t r a c t t r a d i t i o n a la c t i v a t e ds l u d g es e w a g ep l a n t m o d i f i e da 2 0t e c h n i c si sr e c o m m e n d e dt op u t i n t ou s ei nc h i n aw i t hs om a n ya d v a n t a g e sa n dg o o de f f e c t k e yw o r d s ：m u n i c i p a ls e w a g e ，n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a l ，m o d i f i e da 2 0 p r o c e s s v 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：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e p 届j 本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：孟觊桫 渺b 年弓月1 日 本授权书。 指导教师签名：p 尊乏骈中学位论文作者签名：孺撕锄 l i 占乙一厶年多月e 1 ) 加6 年月 1 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，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，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：韶矧勃 炒易年弓月1 日 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 我国水资源、水污染、水处理概况 1 1 1 水资源概况 水是地球上分布最广的物质，是人类最宝贵的自然资源，是地球上一切生命赖 以生存不可缺少的基本物质，也是人类生产和生活以及社会可持续发展的物质基 础。 我国地域辽阔，水资源丰富。目前，我国年均水资源总量为2 8 1 2 4 亿m 3 ，居世 界第六位。但由于人口众多，我国人均水资源量仅为2 4 0 0 m 3 ，相当于世界人均占有 量的1 4 ，排名世界第8 8 位，是世界上1 3 个主要贫水国之一。同时由于水土流失、围 湖造田等自然及人为因素的破坏，一些池塘、水库、江河湖泊出现了泥砂淤积，蓄 水能力减弱，以至于我国每年许多地区时常发生水涝和干旱，给我国经济和人民生 活带来巨大的损失。 我国水资源在时间、空间分布上也极不均衡。受季风气候影响，各地降水主要 发生在夏季，出现降雨季节过分集中，大部分地区汛期连续4 个月的降水量就占全 年的6 0 - - 8 0 ，容易形成春旱夏涝，使大约2 3 左右的水资源量为洪水径流量，形 成江河的汛期洪水和非汛期枯水。而降水量的年际剧烈变化，更造成江河的特大洪 水和严重枯水，甚至发生连续大水年和连续枯水年。从地域上来看，我国8 3 的水 资源集中在占全国耕地面积3 8 的长江流域及其以南地区，而黄、淮、海、辽河等 流域耕地占4 2 ，水资源量却只占9 。 另外，我国水资源的浪费很严重。农业用水利用率仅4 0 - - 5 0 ，工业用水重 复利用率为2 0 - - - 4 0 ，单位产品用水定额往往比发达国家高1 0 倍以上。 1 1 2 水污染状况概况 中国水环境污染现状相当严重。七大水系中，长江水质情况较好，干流有6 6 7 的河段为i i i 类和优于i i i 类水质，而黄河干流6 6 7 的河段为类水质，珠江干流 第l 章绪论 2 9 2 的河段为类水质，8 3 为v 类和超v 类水质河段，淮河一级支流5 2 为超 v 类水质，二、三级支流7 l 为超v 类水质，松花江7 0 6 的河段为类水质，海 滦河5 0 的河段为v 类和超v 类水质，辽河5 0 的河段为超v 类水质。而十大淡水 湖也受到严重的有机污染和氨、磷污染，富营养化问题突出。 2 0 0 2 年，全国工业和城镇生活废水排放总量为4 3 9 5 亿m 3 ，其中工业废水排放量 2 0 7 2 亿m 3 ，城镇生活污水排放量2 3 2 3 亿m 3 。由于8 0 以上的污水未经处理就直接 排入水域，已造成9 0 以上的城市水域严重污染，近5 0 的重点城镇水源不符合饮 用水标准，就连城市地下水都有5 0 受到严重污染。水中有毒有害的有机物问题已 经越来越突出，如致癌物的水污染问题，一些城市饮用水中已有2 0 多种致癌物。 水域的污染和水资源的缺乏已成为我国经济与社会发展的制约因素，日趋严重 的水污染不仅降低了水体的使用功能，而且还会进一步加剧水资源短缺的矛盾，并 对我国所实施的可持续发展战略也会带来严重负面影响。 1 1 3 污水处理现状概况 面对水资源的严重污染，世界各国都加强了水处理方面的投资力度。美国污水 处理可以追溯到2 0 世纪2 0 年代，2 0 世纪6 0 年代末、7 0 年代初则开始大规模建设和普 及。目前，美国的城镇污水处理率1 0 0 ，处理程度都达到了二级处理以上的标准。 近年来，我国水污染的严重危害问题已引起各级政府的高度重视，不仅加大了 环保的宣传力度，对污染严重的企业进行限期治理，关、停、并、转了一些污染严 重的中小企业，而且还投入大量资金，在有条件的城市建立污水处理厂，目前几乎 所有中等以上城市污水均进行了处理，较好的实现了城市生活污水的达标排放。 随着改革开放的步伐加大，工农业迅速发展，人口也不断增长，城镇建设的发 展以及人们生活水平的提高，用水量和排水量将大幅增长，人们对水质的要求也越 来越高。目前水资源缺乏和水污染成为我国经济和社会发展的制约因素，如果不采 取坚决有效的措施，必将阻碍我国经济和社会的发展。我国一方面要在节约水资源 方面下工夫，另一方面要大力发展城镇污水处理，实现污水资源化，以满足国民经 济发展需要。 1 2 城市污水的来源和特性 2 第1 章绪论 城市污水来源于城市居民生活中产生的污水、各工业企业在生产过程中产生的 生产废水以及城市降水和部分未污染的地表水这三方面。 城市居民日常生活中产生的污水包括居民家庭、宾馆饭店、机关单位、学校、 商店等设施由于居民日常活动排放的污水，如洗菜、做饭、淋浴、冲厕等。这类污 水的水质特点是往往含有较高的有机物，如淀粉、蛋白质、油脂等以及氮、磷等无 机物。此外，还含有病原微生物和较多的悬浮物。 各工业企业在生产制造过程中产生的废水包括生产工艺废水、循环冷却水、冲 洗废水以及综合废水。由于生产行业不同，其产生的废水水质也不相同。这类废水 总的来说废水排放量较大、污染物含量高、较难进行处理、对环境危害大，有的废 水水质指标距离国家规定的排放标准相差很远。由于生产的周期性，一天之中排放 的废水水量变化很大。我国工业废水处理率逐年增加，但即使经过处理的工业废水， 其中还有很多有机物及n 、p 等营养物质，排入城市下水道后就成为城市污水的一个 重要组成部分。 城市降水和未污染的地表水在城市污水中还没有占到很大的比例。这类污水水 量水质差别较大，常受气候、时间、地理位置及周边环境的影响。在对这类污水进 行处理时，应针对具体污水水质选择是否需要与其他污水混合稀释后处理。 城市污水的性质特征主要与下列一些因素有关：人们的生活习惯、气候环境条 件、生活污水与生产废水所占的比例、所采用的排水体制以及国家、地方部门对水 质的要求等。为了经济有效地解决水污染问题，必须深入了解城市污水的各项特性。 1 3 生物脱氮除磷技术的研究发展 1 3 1 概述 氮、磷是引起水体富营养化和环境污染的重要污染物质，其来源较多，排放量 较大，除生活污水和动物排泄物外，大量的工业污水，如石化、制药、食品等工业 污水以及垃圾填埋渗漏水等，都含有大量的氮磷，因此，研究污水脱氮除磷技术， 保护水体不受富营养化的影响，已成为一个亟待解决的问题。 富营养化的主要危害是：引起水体含氧量急剧下降，导致鱼类、贝类等水生生 第1 章绪论 物因缺氧死亡；恶化水源水质，增加水处理的难度和成本；降低水体的美学价值。 过量的磷会严重危害海洋环境，能够引起赤潮。2 0 0 1 年我国因赤潮带来的经济损失 超过1 0 0 亿元。 水体富营养化后，藻类异常繁茂，水体变得腥臭难闻。一些藻类能分泌和释 放毒性物质，例如蓝藻门的不定腔球藻，铜锈微囊藻等能分泌脘这样的带有毒性的 物质。这类物质被人畜饮用后会引发消化道炎症。藻类残废后腐烂分解，大量消耗 溶解氧，严重时可使水体呈厌氧状态，致使鱼类等需氧水生生物难以生存，藻类的 异常繁殖还给城市水厂的正常运行带来困难，制水成本上升，自来水带来异味。 二次大战以来，全世界因水体富营养化引发的重大污染事件层出不穷，近年来 更有加剧趋势。据报道，澳大利亚新南威士州达令河系，毒性和非毒性水华频繁发 生。1 9 9 1 1 9 9 3 年间共发生1 6 2 次水华，其中8 4 次造成不良影响。1 9 9 1 年底，该河系 发生世界上有记录以来最大规模的蓝绿藻水华，绵延1 0 0 0 多公里。在日本，1 9 5 6 年 因水体污染，渔民抗议4 7 6 起，受害者达七万。1 9 7 0 年，广岛县沿岸发生大规模赤 潮，1 9 7 2 年播磨滩发生同样赤潮，造成1 4 0 0 万条鱼死亡。 在我国，随着经济建设的高速发展，水体富营养化问题已经到了十分严重的地 步。而且由于控制不力，该状况仍在进一步恶化。以太湖为例，其湖面面积近4 0 年 来减少了4 8 0 多平方公里，约占现水域的2 3 ，而围湖造田，建厂行为却仍在继续。 太湖的藻类比十年前增加了5 倍。1 9 9 2 与1 9 8 1 年比较，其总氮增加了4 1 倍，绿叶素 增j j h 3 1 倍。 日本学者关于某水体藻类生产能力( a g p ) 的实验表明：当水中氮、磷分别增 ；0 l i e u l 0 m g 1 和0 1 m g 1 时，a g p 可从原来的2 5 m g 1 增至7 0 m g 1 。另据关于某城市污水 厂出水a g p 的实验结果，二级处理后出水的a g p 为1 2 5 m g l ，脱氮后出水的a g p 为 4 5 m g 1 ，而经脱氮除磷后的出水a g p 仅为3 m g 1 。由上面的数据可以看出，加强污水 处理，控制氮磷排放，对于解决富营养化问题是很关键的。 从全世界范围看，进入2 0 世纪7 0 年代和8 0 年代以来，随着水体富营养化问题的 日益实现，水质不断恶化的趋势使城市污水脱氮除磷成为控制水污染的主要问题。 随着研究工作的进行，对脱氮除磷的生物学原理的认识不断深入，诞生了多种生物 脱氮除磷工艺，推动了污水生物脱氮除磷技术的发展，促进了污水生物处理技术的 4 第1 章绪论 进步。 城镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 对所有排放污水中的氮、 磷量都做出了明确的规定，2 0 0 6 年1 月1 日起建设的污水处理厂，其中磷( 以p 计) 的排放要严格控制在0 5 m 1 ( 一级标准，a 标准) 以下，其中氨氮的排放要求严格 控制在5 m g 1 ( 一级标准，a ) 标准以下。因此，今后大多数城市污水处理厂都要考 虑采用除磷脱氮的技术措施。 根据国民经济和社会发展“九五”计划和2 0 1 0 年远景目标纲要的要求，到 2 0 1 0 年城市污水处理率要达至w j 4 0 5 0 ，用于城市污水处理产业的投资需求约为1 8 0 0 亿元，建成后每年的运行费在7 0 亿以上。为了满足出水排放标准，绝大多数城镇污 水处理厂都必须采用二级生化处理和深度脱氮除磷处理工艺技术。 1 3 2 生物脱氮除磷工艺概述 在一个处理系统中能同时实现对氮、磷进行去除，近年来各种脱氮除磷工艺由 此产生。其中比较新的热点工艺有：倒置a 2 o i 艺、改良型a 2 l o t _ 艺、c a s t i 艺、 m s b r 工艺、u n q t a n k 工艺等1 。 1 3 2 1 倒置a 2 o i 艺1 5 3 倒置a 2 o m 艺流程如图1 1 所示。 进水9 0 图1 - 1 倒置a 2 o i 艺流程图 常规的a 2 o z ：艺采用厌氧、缺氧及好氧的布置顺序，利用几套回流系统来完成 第1 章绪论 污泥接种、反硝化以及厌氧吸磷的反应，整个工艺比较复杂，而且在吸磷动力利用 方面存在明显不足。倒置a 2 o 工艺采用缺氧、厌氧及好氧的布置顺序，取消了内循 环，工艺流程更为简捷，脱氮除磷效果明显优于常规a 2 o i 艺。缺氧区位于厌氧区 之前，硝酸盐在这里消耗殆尽，厌氧区o r p 较低，有利于微生物形成更强的吸磷动 力；微生物厌氧释磷后直接进入生化效率较高的好氧环境，其在厌氧条件下形成吸 磷动力可以得到更充分利用；缺氧段位于工艺的首端，允许反硝化优先获得碳源， 进一步加强了系统的脱氮能力。 1 3 2 2 改良型a 2 o i 艺 改良型a 2 o ( 且 j m u c t ，m o d i f i e du n i v e r s i t yo f c a p et o w n ) 工艺流程如图1 2 所示。 进水 9 0 混合液回流 图1 。2 改良型a 2 o _ e 艺流程图 该工艺综合了a 2 o 工艺和u c t i 艺的优点，即在厌氧池之前增设厌氧缺氧池。 回流污泥和一部分污水进入该池进行反硝化以去除回流污泥中的硝酸盐，消除( 或 大大降低) 了回流污泥中硝态氮对后续厌氧池的不利影响，有利于厌氧池的聚磷菌 释磷，同时抑制了丝状菌的繁殖，改善了泥水分离性能，从而使运行稳定、处理效 果更好。 1 3 2 3c a s t 工艺 c a s t ( c y c l i c a c t i v a t e ds l u d g et e c h n o l o g y ，循环活性污泥系统) 工艺的生物反 应池构造如图1 3 所示。 6 第1 章绪论 进i i 姒r a s1 日i 水 i 力4 - - 邯4 卜 1 - - i l 目i 盯 i i 水 池1 图1 3 典型c a s t 池平面示意图 i 为生物选择器；i i 为预反应区；i 为主反应区；r a s 为同流活性污泥 c a s t i 艺是s b r ( 序批式活性污泥法) 和i c e a s - i - 艺的更新变型，它在主反应区 ( s b r 池) 的前面设置了生物选择器并将污泥回流到这里。生物选择器是容积较小的 泥水接触区，它可在厌氧或缺氧条件下运行，在接触区形成了明显的基质浓度梯度， 活性污泥能快速吸附和水解水中的有机物，污泥中的硝酸盐氮经反硝化去除，而磷 得到释放。生物选择器能有效地抑制丝状菌的繁殖。预反应区为水力反冲区，大小 与高峰流量有关，若在非曝气阶段，不进水可将其省去。主反应区在可变容积完 全混合反应条件下运行，完成含碳有机物和包括氮、磷的污染物的去除。运行时通 过控制溶解氧的浓度来保证硝化、反硝化以及磷吸收的同步进行。 1 3 2 4m s b r 工艺 m s b r ( m o d i f i e ds e g u e n c i n gb a t c hr e a c t o r , 改良型序批式活性污泥法) 工艺的 生物反应池构造如图1 4 所示。 7 第1 章绪论 出 进 水 一 s b r l 一 - 水 厌氧区 jl 缺氧区中间反应区 好氧区 s b r 2 一 图1 4m s b r 池平面示意图 m s b r i 艺实质上是s b r 和a 2 o i 艺的组合。污水首先到厌氧池，优先保证聚 磷菌对有机物的需求，厌氧区有机物充足、硝酸盐含量低，这为聚磷菌的释磷提供了 良好的环境；然后混合液进入曝气池，保证聚磷菌最大的吸磷动力，在曝气池里有 机物得到降解，发生硝化反应；s b r 2 是反应延伸阶段，根据需要继续曝气或者开 始反硝化，缺氧池是系统脱氮的主要场合，混合液脱氮后在中间反应池进行泥水分 离，上清液进入曝气池，高浓度污泥回流到厌氧池。中间反应区的设置既保障了厌 氧区的泥量，又减少了混合液回流量和硝酸盐进入厌氧区的机会。在s b r 2 进行反应 的同时，s b r l 作为澄请池将曝气池的混合液澄清后排出系统。 第1 章绪论 1 3 2 5u n i t a n k 工艺 进水 图1 5u n i t a n k 工艺示意图 u n i t a n k ( 组合交替式活性污泥法) 工艺集中了传统活性污泥法和s b r 的优 点，处理单元一体化，经济、运转灵活。其基本单元由三个区( 或格) 组成，相互之 间通过公共墙开洞或池底渠连通。两个边区设有固定出水堰及污泥排出设施，可交 替进行缺氧、厌氧、好氧和沉淀工况；中区进行好氧或缺氧、好氧交替工况。污水 可分时序进入三区中的任一区，区中“三氧”工况的历时长短则根据水质等因素确 定，根据监测指标( o r p 或d o ) 值调整曝气设备供氧情况及搅拌器的开闭，动态地( 空 间和时间) 实现厌氧、缺氧和好氧条件而达到除磷脱氮的目的。系统中省去传统工艺 中的初沉池和污泥回流设施。 1 4 生物脱氮除磷技术原理 1 4 1 生物除磷技术原理 生物除磷23 是利用一种特殊的微生物种群聚磷菌( p a o ，p l o y - p h o s p h a t e a c c u m u l a t i n go r g a n i s m s ) 来完成污水除磷目的的。现已报道的聚磷菌包括：不动杆 9 第1 章绪论 菌属、气单胞菌属、假单胞菌属等。聚磷菌分为两类：一类只利用氧气作氧化剂； 另一类既可消耗氧又可消耗硝酸盐作为氧化剂，它被称为反硝化聚磷菌( d p b ， d e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sb a c t e r i a ) 。 1 4 1 1p a 0 机理 通常在厌氧好氧交替变化的活性污泥系统中产生聚磷菌。在厌氧缺氧条件下 聚磷菌的生长会受到抑制，为了生存它释放出其细胞中的聚磷酸盐( 以溶解性的磷 酸盐形式释放到溶液中) ，并利用此过程中产生的能量( 以a t p 形式) 摄取污水中的 挥发性脂肪酸( v 】1 a ) 以合成聚1 3 羟基丁酸盐( p h b ) 颗粒贮存在其体内。此阶 段水中溶解性磷酸盐的浓度有所增加。 当聚磷菌进入好氧环境后，它们的活力将得到充分的恢复。而此时水中有机物 由于经过了厌氧环境下的降解其浓度非常低，为了生存它们将氧化分解p h b 获得能 量( 以a t p 形式) 。它们从污水中大量摄取溶解态正磷酸盐用于合成a t p ，并在其细 胞内以多聚磷酸盐的形式贮存能量。这种对磷的积累作用大大超过微生物正常生产 所需的磷量。在此阶段水中溶解性磷酸盐的浓度大大减少。 z 酸 ( a ) 厌氧 图l 石生物除磷过程中的生物代谢图 l o ( b ) 好氧 第1 章绪论 i 图1 7p h b 结构分子图 最后将富含磷的污泥以剩余污泥的方式排除处理系统以外，从而降低处理出水 中磷的含量。一般的生物处理活性污泥中，磷占污泥干重的1 5 - - 2 o ，而活性污 泥系统所排放剩余污泥中含磷量一般为6 - - 1 0 ，因此具有很高的肥效。 1 4 1 2d p b 原理 大量的研究表明，部分聚磷菌能以硝酸盐为电子受体对磷进行去除，这类聚磷 菌被称为反硝化聚磷菌。这样在生物营养盐去除系统中，如果反硝化聚磷菌和硝酸 盐同时存在，反而对系统有利。反硝化聚磷菌利用硝酸盐作为电子受体吸收和贮存 磷，水中的有机物的去除可同时进行并消耗有机底物，大幅度地降低后续好氧处理 的能耗和污泥产量。 1 4 2 生物脱氮技术原理 污水中的氮一般以有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮等四种形式存在。生 活污水中的氮的主要形态是有机氮和氨氮。其中有机氮占生活污水含氮量的4 0 - - 6 0 ，氨氮占5 0 - - - 6 0 ，亚硝酸盐氮和硝酸盐氮仅占0 - 5 。污水脱氮主要采用生物 法。其基本机理是在传统二级生物处理中，在将有机氮转化为氨氮的基础上，通过 硝化菌和反硝化菌的作用，将氨氮通过硝化转化为亚硝酸氮、硝酸氮，再通过反硝 化作用将亚硝酸盐氮、硝酸盐氮转化为氮气，而达到从污水中脱氮的目的。通常生 物脱氮包括氨氮硝化和亚硝酸盐氮及硝酸盐氮的反硝化两个阶段。只有当污水中的 第1 章绪论 氮以亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的形式存在时，仅需反硝化一个阶段。 1 4 2 1 排泥除氮 氮含量为9 - 1 2 ，平均1 0 左右。常规污水处理工艺每日的除氮量，为排出 的剩余污泥量的1 0 。这部分被去除的氮，只是污染物的转移，并未达到无害化处 理，对剩余污泥还应进行妥善的处理。 1 4 2 2 硝化反硝化除氮 1 1 硝化反应过程 硝化反应是将污水中的氨氮氧化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程。它包括两个 基本反应步骤：由亚硝酸菌参与的将氨氮转化亚硝酸盐的反应；硝酸菌参与的将亚 硝酸盐转化为硝酸盐的反应。亚硝酸菌和硝酸菌都是化能自氧菌，它们利用c 0 2 、 c 0 2 、h c 0 3 等作为碳源，通过与n i l 3 、n h 4 + 或n 0 2 - 的氧化还原反应获得能量。硝 化反应过程需在好氧条件下进行，并以氧作为电子受体，氮元素作为电子供体。其 相应的反应式为： 亚硝化反应方程式为： 5 5 n h 4 + + 7 6 0 2 + l0 9 h c 0 3 。- - c 5 h 7 0 2 n + 5 4 n 0 2 。+ 5 7 h 2 0 + 10 4 h 2 c 0 3 硝化反应方程式为： 4 0 0 n 0 2 1 + 19 5 0 2 + n h 4 + + 4 h 2 c 0 3 + h c 0 3 。c s h 7 0 2 n + 4 0 0 n 0 2 + + 5 7 h 2 0 硝化过程总方程式： n h 4 十+ 1 8 6 0 2 + 1 9 8h c 0 3 。叫卜0 0 2 0 6c 5 h 7 0 2 n + 0 9 8 n 0 3 4 + 1 0 4 h 2 0 + 1 8 8 h 2 c 0 3 通过对上述反应的物料衡算可知，在硝化反应过程中，将1 9 氨氮氧化为硝酸盐 氮需好氧4 2 5 9 ，同时约需耗7 0 7 9 碱度( 以c a c 0 3 计) 。 在硝化反应过程中氮元素的转化经历了以下过程： n h 4 十卜n h 2 0 h n o h _ 卜n 0 2 叫卜n 0 3 2 ) 反硝化反应过程 反硝化反应是将硝化反应过程中产生的硝酸盐和亚硝酸盐还原成氮气的过程。 反硝化菌是一种异养兼性缺氧型微生物。当有分子态氮存在时，反硝化菌氧化分解 有机物，利用分子氧作为最终电子受体。当无分子态氧存在时，反硝化菌利用亚硝 酸盐和硝酸盐中的n 3 + 、n 5 + 作为电子受体，0 2 一作为受氢体生成h 2 0 和o h 。，有机物 1 2 第1 章绪论 则作为碳源及电子供体提供能量并得到氧化稳定。由此可知反硝化反应需在缺氧的 条件下进行。从n 0 3 - 还原为n 2 的过程同样经历了一系列反应过程： n o ，- 趟堕垫堑堕鼍n o ：- 垩趟堕盐垄堕醵 n 2 反硝化过程中，反硝化菌需要有机碳源( 如碳水化合物、醇类、有机酸类等) 作为电子供体，利用n 0 3 。中的氧进行缺氧呼吸。其反应过程可以简化用下式表示： n 0 3 - + 3 h ( 电子供体有机物) 呻 1 2 n 2 + h 2 0 + o h n 0 2 - + 5 h ( 电子供体有机物)1 2 n 2 + 2 h 2 0 + o h 。 污水中的含碳有机物作为反硝化过程的电子供体。由上式可知，每转化 l g n o r - n 为n 2 时，需有机物( 以b o d 表示) 1 7 1 9 ，每转化l g n 0 3 - n 为n 2 时，需 有机物( 以b o d 表示) 2 8 6 9 。还原n 0 2 _ n 与n 0 3 n 时均产生3 5 7 9 碱度( 以c a c 0 3 计) 。 1 4 2 3 脱氮新机理 近年来，生物脱氮技术的新发展突破传统机理的认识。许多研究表明硝化反应 不仅由自氧菌完成，某些异氧菌也可以进行硝化作用，而且，许多好氧反硝化菌同 时也是异氧菌，并能把氨氮氧化成亚硝酸盐氮后直接反硝化。生物脱氮技术在概念 和工艺上的新发展主要有短程硝化反硝化( s h o r t c u tn i t r i f i c a t i o n d e n i t r i f i c a t i o n ) 、同 时硝化反硝化( s i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o n d e n i t r i f i c a t i o n ，s n d ) 和厌氧氨氧化 ( a n a e r o b i ca m m o n i u mo x i d a t i o n a n a m m o x ) 。 第2 章常州市江边污水处理厂工程设计 2 1 前言 第2 章常州市江边污水处理厂工程设计 2 1 1 研究由来 常州市位于江苏省南部、沪宁铁路中段，东临无锡、南接宜兴、北枕长江、西 毗茅山山脉，京杭大运河贯穿全境。全市交通便利，水陆空运输齐全。市中心东距 上海1 6 7 公里，西距南京1 3 8 公里。全市土地总面积4 3 7 5 平方公里，人口3 4 2 万，其 中市区面积1 8 6 4 平方公里，人口2 0 1 万。 常州是一座有着2 5 0 0 多年历史的文化古城，同时又是一座充满现代气息、经济 发达的新兴工业城市，处于我国沿江开发与沿海“t ”型发展战略的结合部附近。随 着区域调整的实现，常州正在向建设特大城市的目标迈进。常州作为长江三角洲的 重要城市之一，在上海经济区中具有重要的地位。近年来，常州市被列为全国第二 轮综合体制改革试点城市、社会发展综合实验区，高新技术产业开发区被国务院、 国家科委批准为国家级开发区。常州市区被中国经济社会发展水平评价中一t 二, y o 为全 国城市综合实力5 0 强和投资环境4 0 优城市之一。 截止2 0 0 2 年底，常州市区已经建成的污水处理厂4 座，污水日处理能力2 4 万m 3 ， 污水中途提升泵站2 2 座，污水干管6 0 公里。工程建成后有效地改善了常州市内的水 环境。 随着常州市经济的迅速发展，对基础设施的建设也提出了更高的要求，为了对 城市污水进行有效的截流、处理，进一步有效地改善常州市区水体的环境，进而改 善整个城市的环境，提高人们的健康水平和生活质量，常州市人民政府决定增加常 州市污水处理能力，新建江边污水处理厂工程。 2 1 2 研究内容 常州市江边污水处理厂一期工程的研究内容包括污水处理深度，污泥的处置利 1 4 第2 章常州市江边污水处理厂工程设计 用，排江扩散系统等。 2 1 3 主要编制依据、规范与标准 2 1 3 1 主要编制依据 ( 1 ) 常州城市总体规划纲要( 送审稿2 0 0 2 2 0 2 0 ) 常州市规划局2 0 0 3 年3 月 ( 2 ) 关于常州市城市污水处理厂尾水排放口设置的批复 江苏省水利厅 2 0 0 0 1 4 6 号 ( 3 ) 关于常州江边污水处理厂一期及排江工程可行性研究报告的批复江苏省发展 计划委员会苏计投资发 2 0 0 3 11 0 8 3 号2 0 0 3 年9 月 ( 4 ) 常州市江边污水处理厂期及排江工程可行性研究报告常州市市政工程设计 研究院2 0 0 3 年8 月 ( 5 ) 中华人民共和国水法( 2 0 0 2 8 2 9 ) ( 6 ) 中华人民共和国水污染防治法( 1 9 8 4 年5 月，9 6 年5 月修订) ( 7 )中华人民共和国水污染防治实施细则( 2 0 0 0 年3 月) ( 8 )城市排水许可管理办法( 1 9 9 4 年5 月) ( 9 ) 中华人民共和国环境保护法( 1 9 8 9 年1 2 月) ( 1 0 ) 中华人民共和国环境污染防治法( 2 0 0 0 年3 月) ( 1 1 ) 国家环境保护“十五”计划( 2 0 0 1 年) 2 1 3 2 规范和标准 ( 1 ) 地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) ( 2 ) 城镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) ( 3 ) 污水排入城市下水道水质标准( c j 3 0 8 2 1 9 9 9 ) ( 4 ) 农田灌溉水质标准( g b 5 0 8 4 1 9 9 2 ) ( 5 ) 城镇污水处理厂污染物排放标准( g b l8 9 18 - 2 0 0 2 ) ( 6 ) 城市生活垃圾卫生填埋技术规范( c j j l 7 2 0 0 1j 1 2 2 2 0 0 1 ) ( 7 ) 室外排水设计规范( g b j l 4 8 7 ) ( 1 9 9 7 年版) ( 8 ) 泵站设计规范( g b t 5 0 2 6 5 。9 7 ) ( 9 ) 建筑抗震设计规范( g b 5 0 0 11 - 2 0 0 1 ) ( 1 0 )建筑设计防火规范( g b j l 6 8