（环境工程专业论文）分段进水ao工艺中试研究.pdf

西安建筑科技大学硕士论文 分段进水a o 工艺中试研究 专业：环境工程 硕士生：单巧利 指导教师：彭党聪教授 摘要 分段进水a o 工艺由于其独特的特点受到了国内、外水处理界的广泛关注。本课 题通过中试试验，探讨了分段进水a o 工艺在不同条件下的运行状况及其对处理西安 市城市污水的适用性。 试验系统的运行条件如下：进水总流量q 为1 6 0l h ，各段流量分配比例为4 ：3 ：2 ：1 ， 各段缺氧区好氧区容积比均为1 ：3 ，污泥回流比为5 0 ，总水力停留时间为7 5 小时， 泥龄为1 5 天。当进水t c o d 、s c o d 的平均浓度分别为5 8 2 7 0 、1 8 4 0 3 m g l 时，经处 理后出水t c o d 、s c o d 平均浓度分别为3 5 0 4 、2 2 9 5 m g l ，对应的去除率分别为 9 3 2 3 、8 5 6 9 ；进、出水t n 平均浓度分别为4 0 3 1 、1 6 6 8 m g l ，脱氮率在4 2 5 0 7 8 3 6 之间，平均为5 8 5 4 ；进、出水t p 平均浓度分别为5 2 9 、1 3 7 m g l ，平均去 除率为7 3 1 9 。试验结果表明，分段进水a o 工艺对有机物、氮、磷等均具有良好的 去除效果。 系统运行期间，通过间歇试验测得水温为2 4 时反应器内活性污泥的最大比硝化 速率为4 0 3 m g n h 3 - n g m l v s s h ，最大比反硝化速率为1 8 0 3 m g n 0 3 - n g m l v s s h 。 试验期间s v i 平均值为1 2 9 m l g ，表明污泥沉降性能一般。试验后期s v i 逐渐升 高，最高时达2 6 0 m l g ，平均达2 1 0 m l g ，镜检发现有大量丝状菌存在，表明分段进 水a o 工艺存在丝状菌污泥膨胀的可能。 关键词：分段进水a o 工艺；脱氮；中试；城市污水 论文类型：应用基础 西安建筑科技大学硕士论文 p i l o ts t u d ya n d a n a l y s i so ns t e l 卜f e e da op r o c e s s s p e c i a l t y ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g n a m e ：s h a hq i a o l i i n s t r u c t o r ：p r o f p e n gd a n g c o n g i nr e c e n ty e a r s ，t h es t e p f e e da op r o c e s sh a sr e c e i v e dg r e a ta t t e n t i o nf o ri t su n i q u e c h a r a c t e r i s t i c si nt h ef i e l do fw a t e rp o l l u t i o nc o n t r 0 1 t h es t u d yi ss t r e s s i n go nt h ep o i n tt h a t t h ei m p a c to ft h ed e s i g no p e r a t i n gp a r a m e t e r ss u c ha s - i n f l u e n td i s t r i b u t i o n ，a ov o l u m e r a t i oa n dr e t u r na c t i v a t e ds l u d g e ( g a s ) r a t i ot ot h en i t r o g e nr e m o v a le f f i c i e n c yd u r i n gt h e p r o c e s so fm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，a n dt r yt od e v e l o pt h ec r i t e r i af o rt h eo p t i m u m d e s i g na n do p e r a t i o np a r a m e t e r ss e l e c t i o n t h ep i l o t - s c a l ep l a n ti sl o c a t e di nx i a nb e i s h i q i a os e w a g ec l a r i f i c a t i o nc e n t e ra n dt h e r a ww a t e ri su s e di nt h es t u d y t h ed e s i g ni n f l u e n tf l o wi s16 0 l ha n ds p l i t t i n gt of o u rp o i n t s i nt h er a t i oo f 4 ：3 ：2 ：1 ，t h ea ov o l u m er a t i oi ss e to n1 ：3f o re a c hp a s s t h ea v e r a g et c o d a n ds c o dr e m o v a le f f i c i e n c yc a nr e a c h9 3 2 3 ，8 5 6 9 ，r e s p e c f i v e l y ，w h i c hs u g g e s tt h a t t h ep r o c e s si se f f i c i e n ti no r g a n i cr e m o v a l h o w e v e r , t h et nr e m o v a le f f i c i e n c yi sb e t w e e n 4 2 5 0 a n d7 8 3 6 w h i c ht h ea v e r a g ee f f i c i e n c yo n l yr e a c h e s5 8 5 4 f o rt h ed e t e r i o r a t i o n o f t h e s l u d g es e t t l e a b i l i t yi nt h el a t e rp e r i o do f t h ee x p e r i m e n t w h i l et h er a ww a t e rq u a l i t yi s f l u c t u a t i n gg r e a t l y t h ep h e n o m e n o ns h o w st h a tt h ed e n i t r i f i c a t i o nr a t ei sl i m i t e db e c a u s eo f o r g a n i cd e f i c i e n c yi nl a t e rp a s s e s w h i l e ，f r o mt h ee x p e r i m e n tr e s u l t so fo t h e rp a p e r sb e t t e r t r e a t m e n tc a p a c i t yw a ss h o w e ds ot h ef e a s i b i l i t ya n dt h eo p t i m u mo p e r a t i n gp a r a m e t e r so f t h es t e p f e e da op r o c e s ss t i l ln e e dm o r es t u d y k e y w o r d s ：s t e p f e e d i n g ，n i t r o g e nr e m o v a l ，p i l o t s c a l e ，m t m i c i p a lw a s t e w a t e r p a p e rt y p e ：f u n d a m e n t a ls t u d yf o re n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n i i i 声磷 本人郑重声明我所黧交的论文是我个人在导师指导下进行的研究】 律爱疑褥的磺究盛巢。尽我灏懿，豫了文孛褥剐趣鼓蠢注寨歉激瀚缝方羚： 论文中不能含其德入己缀靛淡或撰写过的硬淡成果，也不毪禽零入或萁 蠢 夫在其它肇经已率请学袋懿炎其它焉途使黑避鹣残暴。与我麟工乍的霉 恚瓣本磷巍瑟擞聱瑟舂美敲均避在论文孛孬了甥确熬巍臻并袭示了致落。 申清学佼论文与资料嚣肖不实之韪，本人承担诱福关费经。 论文作者签名：单舀面目期：一j r 土占 荚予论文使蘑授权瓣说暌 本人党全了解酉安建筑科技大学有关保潜、使箱学位论文的瓣定，霹 学控煮载缣馨送交论文翡复露嚣，竞谬论文被蠢瀵饔蔷蓬；学蔽瑟菇公： 论文戆金潞藏部分内容，可以熙影印、缩翱谶者其它复制手段慷存论支 ( 保然的论文在论文解密后应遵守此规愁) 论文终者签舞：葺遗瞄导爨簦塞：鼍嘱鸯露震f 甬麓：鼬，f j l 注：诿蒋裁簧辫鼗论文善菱。 西安建筑科技大学硕士论文 1 绪论 1 1 水体中氮的主要来源及危害 1 1 1 氮的主要来源 水体中的氮主要以无机氮和有机氮两种形式存在。无机氮包括氨、硝酸盐和亚硝 酸盐，有机氮包括尿素、氨基酸、蛋白质、核酸等含氮有机物，其中有机氮可通过氨 化等作用转化为氨氮。进入水体中的氮主要来自于内部源和外部源，其中内部源包括 水体沉积物中氮的释放及水生生物的死亡分解等，外部源是指在人类活动过程引起的 氮排放，主要包括以下几个方面： 1 未经处理的城市生活污水和工业废水。生活污水中的氮，主要来自人体食物中 蛋白质代谢的废弃产物。新鲜生活污水中的有机氮约占6 0 ，氨态氮约占4 0 ，硝酸 态氮仅微量。工业废水也是水体中氮的重要来源，一些工厂如：焦化厂、化肥厂、屠 宰厂、食品加工厂等排放的废水都含有大量的氮。 2 二级污水处理厂出水。采用常规水处理工艺的二级污水处理厂，出水中含有相 当数量的氮和磷。 3 雨水径流。农田施用化学肥料和农家肥料，也是引起水环境氮污染的主要人为因 素之一。农田中施用的化学肥料和农家肥料，除一部分真正被农作物吸收利用外，其 余的被土壤吸附、残留或溶于水中，有相当一部分通过雨水径流进入江河湖泊。近年 来，由于化肥的大量使用，以及可耕地土壤质量的降低，肥料成分容易流失，导致大 量的氮流入水体。 1 1 2 氮污染的危害 我国经济发展迅速，城市化率不断提高，污水排放量持续增加，并且随着现代工 业的迅猛发展和化肥及农药的普遍应用，废水中氮的含量也不断增加，水环境受到严 重污染。当水体中氮含量超标，不仅使水环境质量恶化，还对人类以及动、植物有严重的 危害作用： 1 造成水体富营养化。水体富营养化是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、 磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速 繁殖的现象。据资料显示，当水体中氮含量超过0 2 0 3 p p m ，生化需氧量大于1 0 p p m ， 磷含量大于0 0 1 o 0 2 p p m ，p h 值为7 9 的淡水中细菌总数每毫升超过1 0 万个，表征藻 类数量的叶绿素一哈量大t l o m g l 时，即可认为水体已经成为富营养化。目前水环境 的富营养型污染相当普遍，已成为当今世界普遍关注的环境问题之一【”。 水体富营养化所造成的危害表现在以下几个方面： 西安建筑科技大学硕士论文 ( 1 ) 使水源水质恶化，水体透明度降低，大量藻类的恶性繁殖使水体发黑、腥臭难 闻，严重影响其使用价值、旅游及观赏价值。 ( 2 ) 恶性繁殖的水藻在水体表面形成一层浮渣，使得阳光难以穿透水层，植物的光 合作用因受到限制使水中溶解氧大大降低，水体中藻类死亡的同时也会消耗水中溶解 氧，从而引起水体中鱼类等水生生物的大量死亡。 ( 3 ) 富营养化水体底层堆积的有机物质在厌氧条件下分解产生的有害气体及一些 浮游生物产生的生物毒素都会对人体及水生生物产生毒害。某些藻类所含的蛋白质毒 素会富集在水产物体内，并通过食物链影响人体的健康，甚至使人中毒。 2 对人类及水生生物产生毒害作用。当水体中p h 较高时，氨态氮往往呈游离氨的 形式存在，游离氨对水体中的鱼类等水生生物皆会造成毒害作用，影响渔业的发展， 大大降低水体的经济价值。水体中由于硝化作用，氨氮会继续氧化成亚硝酸盐氮和硝酸 盐氮，而亚硝酸盐与铵类作用会转化生成亚硝酸铵，亚硝酸铵是一种强致癌、致变和 致畸物质，严重威胁人体的健康。 3 消耗水体中的溶解氧，破坏水环境生态平衡。良好的水体内，各类水生生物之 间及水生生物与其生存环境之间保持着既相互依存又相互制约的密切关系，处于良好 的生态平衡状态。氨氮随污水排入水体后，会在硝化菌的作用下，消耗水中的溶解氧， 转化为硝酸盐。水体中氨氮愈多，消耗的溶解氧也愈多，严重时会使鱼类等水生动物 窒息死亡，导致水环境条件发生改变，破坏水环境的生态平衡。 4 影响水源水质，增加水处理成本。当含有较高浓度氨氮的水体作为水源，或对 含氨氮较高的污水处理厂出水采用氯进行消毒时，氯的消耗量较大，成本高，因此污 水处理厂仅处理到氨化程度是不够的。由于氮的存在，水体发生富营养化时，光合微生 物( 大多数为藻类) 数量增加，因此增大了水处理设备被堵塞的可能，运转周期缩短，从而 增加了水处理的费用i “。 1 2 污水脱氮处理的意义 水资源是人类赖以生存的基本物质，而水资源短缺是目前人类社会可持续发展的 一大限制因素。我国水资源总量虽然不少，但人均占有水量仅有2 3 5 0 m 3 a ，是世界人 均占有水量的四分之一。而且我国水资源时空分布不均匀，洪涝干旱灾害频繁，可利 用水资源量占天然水资源量的比重小，而同时水污染、水浪费现象都十分严重。这些 因素的综合结果是我国目前所面临的水资源短缺问题非常严峻，已被联合国列为1 3 个 水资源贫乏的国家之一。 资料显示1 2 】，我国目前水体污染中以氮、磷为主要污染物，而且由于氮、磷污染造 成的水体富营养化现象己十分严重，这不仅给我国造成了相当大的直接与间接的经济 西安建筑科技大学硕士论文 损失，严重制约了我国国民经济的可持续发展，而且危害了环境的生态平衡，对人民 的生活健康构成了威胁，甚至对人民基本的生活环境形成了破坏。由此可见，提高水 处理工艺的脱氮除磷效果、开创节能高效型的可持续发展污水处理工艺在水处理技术 开发方面是大势所趋，对于解决目前的水资源短缺问题及保证水资源的高效利用有着 重大的现实意义。 1 3 国内外脱氮处理发展状况 近三十年多年以来，对废水中氮、磷的去除研究已成为废水处理界的一大热点。 国际水质协会( 1 w a ) 已将氮、磷营养物的去除列为主要的议题之一，并设立专门的 氮磷营养物去除委员会，组织各国专家学者探讨和交流在该领域内的最新研究成果。 美国、德国、南非等西方国家对氮磷去除的研究和生产性应用已有三十多年的历史， 其发展趋势有以下几个方面： 1 日趋严格的排放标准。氮、磷污染已成为造成环境危害的主要污染物，因此许 多国家和地区制定的污水排放标准越来越严格。如在美国，对氮的排放标准由考核氨 氮转为考核总氮，对磷的排放标准，从l o w e rs u s q u e h a n n a 河流域的0 2 m g l ，五大湖域 的l m g l 直至l o w e r p o t o m a c 河流域的0 2 m g l 。 ， 2 高效低廉的处理工艺。由于日处理量几十万吨甚至上百万吨的城市污水处理厂 采用的多为脱氮除磷工艺，污水排放标准的日益严格迫使业内专家学者在处理方法上 不断创新，寻找高效而又成本低廉的处理手段与工艺。 3 废水回用技术。在全球淡水资源紧缺的情况下，世界各国，尤其是一些发达国 家纷纷投入大量的人力和财力，在原有污水处理厂的基础上增加三级处理或高级处理 装置，使废水能更好的回用，同时更加紧了对废水回用技术的研究。 我国解决城市污水的净化问题始于二十世纪七十年代。8 0 年代初期，随着城市化 进程的不断加快及人们生活水平的提高，人们对生活环境的要求也越来越高，因此日 益严重的城市水污染问题逐渐受到重视。在我国资金短缺的情况下，国家适时调整政 策，利用国外的优惠贷款，推动了一大批城市污水处理设施的兴建。据统计，到2 0 0 0 年底，全国己建设城市污水处理厂4 2 7 座，其中二级处理厂2 8 2 座。我国现有的城市 污水处理厂中8 0 以上采用的都是活性污泥法，此类工艺虽能有效地去除污水中的 b o d 5 和s s ，但脱氮除磷的效率一般都较低，并且普遍需要大量的初期投资和高额的 运行费用【2 】。 为了防治日益严重的氮、磷污染和水体富营养化，我国自2 0 0 3 年7 月1 日实施的排 放标准对城市二级污水处理厂出水的氮、磷标准提出了更加严格的要求，对各流域的 保护措施也写入了国家环境保护“十五”规划和2 0 1 5 年目标纲要。在城镇污水处理 西安建筑科技大学硕士论文 厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 中规定，城镇二级污水处理厂出水n h 3 - n 5 0 0m g n l ) 氨氮污水口】。 2 a n a m m o x 工艺a n a m m o x ( a n a e r o b i ca m m o n i u mo x i d a t i o n ) 工艺是由 荷兰d e l f t 技术大学k l u y v e r 生物技术实验室开发的新工艺。该工艺的原理是在厌氧条 件下，以n 0 2 、n 0 3 作为电子受体，将氨转化为氮气。厌氧氨氧化是自养的微生物过程， 不需投加有机物以维持反硝化，且污泥产率低，而且改善了硝化反应产酸、反硝化反应 产碱均需中和的情况。该工艺适用于高氨废水和低c o d t k n 废水的处理口】。 3 c a n o n i 艺c a n o n 工艺( 生物膜内自养脱氮工艺) 实质上是通过控制生物 膜内溶解氧的浓度实现短程硝化反硝化，使生物膜内聚集的亚硝化菌和a n a m m o x 微 生物能同时生长，满足生物膜内一体化完全自养脱氮工艺实现的条件。环境中的氨氮与 溶解氧是决定c a n o n 工艺的两个关键因素。c a n o n 工艺目前在世界上还处于研究 阶段，没有真正应用到工程实践中。 1 6 本课题研究目的与内容 1 6 1 课题来源 本课题是西安建筑科技大学与西安市市政设计研究院横向合作的研究课题。课题 以西安市城市污水为研究对象，选用分段进水a o 脱氮工艺进行中试研究。 1 6 2 研究目的与内容 本课题通过中试试验研究，加深了解分段进水a o 工艺在不同运行条件下的工艺 特点及其处理西安市城市污水的适用性，进而达到优化分段进水a o 工艺设计参数的 目的。 西安建筑科技大学硕士论文 本课题研究内容有以下几个方面： 北石桥污水净化中心入流水质测定； 探讨分段进水a o 工艺的脱氮效果； 分析分段进水a o 工艺运行参数( 体积比、流量比、回流率、污泥龄、反应器 级数等) 对运行状况的影响； 探讨a o 工艺对污泥膨胀的控制效果； 对分段进水a o 工艺的实际应用提出可行性建议。 西安建筑科技大学硕士论文 2 分段进水a o 工艺 鉴于氮、磷排放要求的日益严格，众多二级污水处理厂的水处理工艺面l 临改造已 经成为不可避免的现实。国外早在1 9 9 1 年起就对分段进水工艺进行了示范研究，试验 结果表明这种工艺无论对旧厂改造还是新建项目都有其特有的优势。近几年来，分段 进水工艺在国内也受到了广泛的关注。 2 1 工艺简介 本试验采用四段进水a o 脱氮工艺，流程如图2 1 所示。由图可以看出，废水按 一定分配比例沿反应池分段投配，首先进入缺氧池进行反硝化脱氮除碳，再进入后续 好氧池使进水中氨氮在好氧条件下转化为硝态氮，然后硝化混合液直接流入下一段缺 氧池进行反硝化，如此反复进行，最终达到脱氮的目的。系统回流污泥从反应器首端 进入，由于进水逐级稀释的作用，反应器内污泥浓度由前至后自然形成一个浓度梯度。 在保证终沉池水力负荷和固体负荷不增加的情况下，分段进水系统内的平均m l s s 浓 度较高，泥龄较相同池容的推流系统长，处理能力也相应较大。因此对于采用分段进 水工艺的新建处理厂，可以节约占地面积，减少基建投资。 进水o 2 2 工艺特点 图2 1 四段进水a o 工艺流程图 1 脱氮效率高 在分段进水a o 工艺分为n 段时，假设反应器各段都能达到完全硝化和反硝化， 则根据硝酸盐氮物料平衡关系，可以推导出理论脱氮率表达公式如下： n - 1 ，+ 吒 刁2 寺。1 0 0 ( 2 - 1 ) 西安建筑科技大学硕士论文 其中，t 1 一理论脱氮效率： 口第i 段进水分配比例； r - - 一污泥回流比； n 一段数。 由上式可以看出，工艺的理论脱氮率与最后一段的进水分配量呈负相关，与工艺 段数和污泥回流量呈正相关，即段数越多，最后一段的进水量越少，污泥回流量越大， 理论上脱氮率就越高。由上式可以计算出，当污泥回流率为5 0 时，四段进水工艺理 论脱氮率可达到8 3 3 ，而要达到相同的脱氮率，单级a o 工艺则除了5 0 的污泥回 流率外，至少还需要4 0 0 的混合液内回流。由此可见，分段进水a o 工艺在脱氮率方 面具有明显的优势。 2 无需设置混合液内回流，简化工艺流程，降低运行费用。 由工艺流程图可以看出，各段的缺氧池与好氧池组成一个单元，各池均呈完全混 合状态。前一级好氧池的硝化混合液直接流入下一级的缺氧区，利用进水中的有机碳 源进行反硝化脱氮，完全不需要另外设置内回流。而且，由于反硝化消耗了进水中大 部分有机物，既降低了好氧段的曝气量，又减少了进入后续好氧区的有机物量，防止 有机物浓度过高对硝化反应产生影响。因此在简化工艺流程的同时，也大大降低了大 量内回流及曝气设备所引起的动力消耗，从而节省了基建投资与运行费用。 3 池容较小而处理能力提高，降低投资成本。 对于分段进水工艺，假设回流污泥浓度为x 。，回流率为r ，则由系统内m l s s 物 料平衡关系，x 。可表示如下： 1 上， x r 二x 。 ( 2 2 ) r 其中：x r 一回流污泥浓度，m g l ； j 。一最后一级污泥浓度，m g l ； 卜一污泥回流率，。 根据上式即可求得分段进水a o 系统中各段的m l s s 浓度。以四段进水a o 工艺 为例，污泥回流率取5 0 ，为便于与传统的单级a o 工艺进行比较，设进水分配比例 为4 ：3 ：2 ：1 ( 为本中试试验的设计分配流量) ，且最后一段m l s s 浓度与传统单级a o 工艺的m l s s 浓度同为3 0 0 0 m g l 的情况下，两者所需池容比较如表2 1 。 由表中数据可以看出，在最后一段进入终沉池时m l s s 浓度保持与传统单级工艺 相同的情况下，四段进水系统前三段的m l s s 浓度较最后一级高，使得反应器内m l s s 平均浓度增加，即反应器容积不变而泥龄得以延长，这样更有利于硝化菌的生长，使 硝化反应进行得更为完全，为后续的反硝化脱氮创造了良好条件。从上表中还可以看 西安建筑科技大学硕士论文 出，在进入二沉池的固体负荷和水力负荷都不增加，又保持两者泥龄相同的情况下， 进水分配比例为4 ：3 ：2 ：1 时分段进水工艺所需池容与传统单级工艺相比可以减少1 6 7 ， 而采用同样方法可以计算出当进水比例平均分配时池容可节省1 4 。目前我国土地资源 紧张且利用率低，传统工艺一般占地面积较大，投资成本较高，所以对于新建项目采 用分段进水工艺可以降低基建投资，对于可持续发展具有一定的可行性。 表2 1 单级a o 工艺与四段进水a o 工艺所需池容的比较 然而，由于此工艺出现时间短，国内尚无应用，在工艺设计和运行参数的控制方 面仍存在以下问题亟待解决： 1 进水流量分配 分段进水a o 工艺理论上可以无限分级，但从技术及经济等方面综合考虑，一般 分为三段或四段。由于进水流量分配比例的变化直接影响到系统的污泥性能、脱氮效 果与处理能力，各国专家学者对于进水流量分配比例的优化问题做了很多研究工作， 但至今尚无比较完整成熟的理论依据与实际经验，仍待探讨。 2 d o 的携带 反硝化菌是异养兼性厌氧菌，只有在无分子氧而同时存在硝酸和亚硝酸离子的条 件下，它们才能利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原成n 2 。若缺氧区内带入 溶解氧，则区内的异养菌优先利用氧进行呼吸，氧化分解易降解有机物，大大减少了 反硝化菌进行反硝化所能利用的碳源，这必将抑制反硝化反应的进行，降低脱氮效率。 因此，最大程度地减少各段好氧区末端携带到下一段缺氧区的d o 含量，能够优化缺 氧区的工作状况，减少易生物降解碳源的消耗量。 3 污泥回流比 由上述理论脱氮率分析知道，对于活性污泥处理系统，回流污泥量越大，其理论 脱氮率越高，则回流污泥量的大小是影响运行状况的重要因素之一。在回流污泥量相 同而水温、水质等要素不同时其对处理效果的贡献也是不同的。因此，污泥回流量应 西安建筑科技大学硕士论文 根据水温、水质等具体条件和出水要求加以调整。本试验由于试验时间及试验内容的 安排暂没有考虑回流污泥量的影响，而是选用一个固定的污泥回流率值对其它运行参 数进行分析研究。 4 可能存在污泥膨胀现象 按照分段进水理论脱氮率公式我们知道，忽略其它影响因素而仅考虑进水分配比 例时，工艺的理论脱氮率与最后一段的进水分配量成负相关，即最后一段进水量越小 脱氮率越高。但是在实际运行中，进水量过小即负荷过低会使丝状菌在和菌胶团的竞 争过程中逐渐占据优势，从而导致污泥膨胀。在以往分段进水研究资料中，关于系统 内污泥性能方面叙述很少，资料显示在四段进水a o5 1 2 艺中发现系统内污泥沉降性能 一般，s v i 值平均为1 4 0 m g l 左右【9 】。因此，分段进水系统对污泥沉降性能的影响，仍 需进一步的试验研究。 由上述资料可知，尽管分段进水a o 工艺在运行过程中仍存在一些问题亟待解决， 但就我国当前的国情来说，此工艺所具有的脱氮效率高、占地面积小、运行费用低等 特点是值得我们关注的。因此，对分段进水a o 工艺在我国的适用性进行中试试验研 究是有必要的，也具有一定可行性的。 2 3 国内外研究现状与实例分析 由上述介绍可知，分段进水a o 脱氮工艺的理论研究是在传统a o 工艺的不断变 型发展中建立起来的，经过多年的理论研究与模拟分析发现此工艺所具有的特点不论 对污水处理厂的扩建改造和新建都甚为适用。近年来国内外加速开发这种新型的除磷 脱氮工艺，并在试验研究基础上开始将此项技术应用于生产实践。l e s o u e f e l a l 利用数 学模型模拟了三段进水m o 脱氮工艺，指出与前置反硝化系统相比，可以减少近2 0 的水力停留时间。s f u j i i 采用化学计量法对两段进水a o 工艺达到最佳脱氮效率时应 采用的进水分配比及缺氧区与好氧区的容积比进行了理论计算1 1 6 。g o r g u ne l a l 通过模 型模拟伊斯坦布尔r i v a 水处理厂的水质情况，指出分段进水a o 工艺为三段时有可能 在反应器容积最小的条件下实现最优的处理效果，并对影响该工艺设计的两个重要参 数容积比和流量比作了详细的论述，指出原水水质和c n 比对工艺设计有显著的 影响l 】。l a r r e ae la l 采用计算机模拟找出分段进水a o 工艺的最佳设计参数，并对其 有效的运行方案进行了理论研究【1 9 1 。c h r i s t i n ed e b a r b a d i l l oe ta l 通过进行示范性实验研 究，对影响脱氮处理效果的几大因素：进水分配比例、污泥回流率、d o 的携带、硝酸 盐回流及化学药剂投加等分别进行了阐述【1 7 1 。邱慎初和丁堂堂系统阐述了分段进水的 生物除磷脱氮新工艺的发展情况、工艺特性和应用前景，结合工程实例介绍了该工艺 的处理效果并针对影响工艺运行的若干问题进行了探讨口】。彭永臻、祝贵兵等人结合实 西安建筑科技大学硕士论文 际处理工艺，采用模型探讨了分段进水生物脱氮工艺设计中需考虑的运行参数对脱氮 效果的影响1 7 l ，并对优化四段进水a o 工艺的运行参数进行了试验研究，探讨了c n 比、进水流量分配比与脱氮效率之间的关系【2 1 1 。于莉芳、韩光辉通过对分段进水a o 工艺的中试试验，比较了两种不同运行工况下的处理效果及工艺特性，试验结果表明 此工艺对城市污水的处理有较好的适用性【9 l 【lo 】。 1 9 9 1 年，纽约市的t a l l m a n 岛水污染控制厂将原有传统阶段曝气系统中的每一段 都设置了缺氧区和好氧区，进行了四段进水的硝化反硝化可行性示范研究，并于2 0 0 0 年开始，历时9 个月对其处理能力和性能进行连续检测和评估。检测工作历经冬、夏 两季，从检测结果来看，硝化程度随水温的增加而提高，夏季接近完全硝化，终沉池 出水氨氮浓度 _ 2 2 时，活性污泥微生物处于对数增长期，有机物能 以最大的速率被去除，但污泥呈分散状而不易凝聚沉降。通常希望曝气池活性污泥处 于减速增长期，以营养控制污泥增长，这时，细菌会因活力小而结合成絮状物。当曝 气池中营养物质几乎耗尽，f m 值很小，并维持一常数值时，即进入内源呼吸期。此 时微生物明显代谢自身细胞物质，会在维持生命过程中逐渐死亡；同样由于活力甚低， 形成絮凝体的速率剧增，加之溶解氧水平高，原生动物大量吞食细菌，故可得到澄清 的处理水。在一定反应容积内，其污泥负荷可表示为式( 4 2 ) 。 n a f m ：兰堕( 4 2 ) 其中，s o - - - 曝气池入流废水的c o d 浓度( k g m 3 ) ； v - 一反应区容积( m 3 ) ； x 反应区m l s s 浓度( k g m 3 ) ： q 废水流量( m 3 d ) 。 由于本试验基本是在夏秋两季进行，以往试验结果表明硝化反应基本进行完全， 而反硝化往往受到限制，因此由上述各段m l s s 浓度及试验选取的进水流量值可计算 各级缺氧区的污泥负荷，计算结果见表4 3 ： 西安建筑科技大学硕士论文 表4 3 分段进水a o 工艺各段缺氧区污泥负荷理论值 据文献资料显示，分段进水a o 脱氮工艺当各段在相同的污泥负荷下运行时能更 有效地利用反应器的容积，并达到良好的处理效果【l i 】。由上表可以看出，第一、二段 负荷量均为0 1 k g c o d k g m l s s h ，有机碳源充足；而后两段负荷较前两段低，可能会 因有机碳源的不足而使反硝化受到限制，影响脱氮效果。 4 脱氮效率 根据前述理论脱氮效率公式( 2 一1 ) ： n - 1 ，+ 刁2 音。1 0 0 ( 2 1 ) 将进水流量分配比4 ：3 ：2 ：1 及污泥回流率5 0 带入上式，可计算出在这种运行工况 下工艺的理论脱氮率为9 3 3 ，但根据有关资料中的试验结果分析翻【1 0 1 ，实际脱氮效率 与理论脱氮效率存在很大差距。影响实际脱氮效率的因素如各段进水分配比例、各段 总容积比、各段缺氧区与好氧区容积比、泥龄等均需进一步的研究与论证。 4 3中试试验处理效果 本期试验自试验启动达到稳定运行始，历时1 3 0 天，期间除个别时间由于污水厂 施工检修停电停水导致工艺暂停运转外，其余时间均处于连续进水正常运行状态。试 验结果表明在上述设计运行条件下，分段进水a o 脱氮工艺具有良好的稳定性，但并 未达到预期的脱氮效果。下面就试验结果对所监测的指标：c o d 、n h 3 - n 、n 0 3 - n 、 t n 、t p 、s s 等分述如下。 4 3 1c o d 1 c o d 处理效果 中试试验过程中，系统进出水t c o d 、s c o d 值的历时变化见图4 _ 2 。由图可见， 进水t c o d 浓度在2 8 3 1 2 5 2 m g l 之间，平均值为5 8 3 m g l ；进水s c o d 在7 8 4 1 9 m g l 之间，平均值为1 8 4 m g l ；出水t c o d 平均值为3 5m g l ，s c o d 为2 3 m g l ： t c o d 的去除率平均达9 3 2 3 ，s c o d 去除率平均达8 5 6 9 。 2 2 西安建筑科技大学硕士论文 o2 04 06 08 01 0 01 2 01 4 0 时间( 天) + t c o d i n + s c o d i n 十t c o d e f f 一s c o d e f f 图4 2 进、出水c o d 的历时变化 试验结果表明，尽管进水t c o d 值波动较大，最大值达1 2 5 2 m g l ( 由于污水处理 厂附近工厂发生生产事故，工业废水未经处理或处理不达标即排入污水处理厂入口前 的明渠，并且未能及时与城市生活污水相混合即进入污水处理厂，因此使进水t c o d 值出现大的波动) ，但出水t c o d 值，尤其是s c o d 值始终稳定在较小的范围内，由 此认为，分段进水a o 工艺对去除有机物具有较好的去除效果及稳定性。 2 原水c o d 值日变化监测结果 9 0 0 8 0 0 鼍7 0 0 趟6 0 0 避 85 0 0 4 0 0 3 0 0 1 2 ：0 00 0 ：0 01 2 ：0 00 0 ：0 01 2 ：0 00 0 ：0 0 时刻 图4 3 进水c o d 值4 8 小时历时变化 图4 3 是本期试验过程中2 0 0 5 年1 0 月1 2 日1 4 ：0 0 至1 4 日1 4 ：0 0 进水c o d 值历 时4 8 小时的监测结果。由监测结果曲线图发现，日进水c o d 值变化较大，最低值为 4 1 4 m g l ，而最高值达8 2 9 m g l ，平均值为5 5 6 m g l ，即工艺的污泥负荷在4 8 小时内 变化较大。以a l 区为例，其污泥负荷变化范围为0 0 4 0 1 4 k g c o d k g m l s s h ，日小 蝴姗咖啪蚴栅瑚o (183毯避。ou 西安建筑科技大学硕士论文 时污泥负荷波动较大，而a 1 区的水力停留时间为3 1 2 5 m i n ，则污泥负荷较大的波动势 必对系统产生冲击，对脱氮处理产生影响，这也是脱氮效果不稳定的一个影响因素。 不仅如此，若系统在一定时间内处于低负荷运行，在低负荷下竞争力较强的丝状菌会 逐渐呈优势繁殖，导致污泥沉降性能变差，引起污泥膨胀，这对于保证良好的污泥沉 降性能是不利的。 3 c o d 沿程变化 3 5 趟 蠖 凸 o u 进水a 10 1 a 2 0 2a 30 3 a 40 4 出水 图4 4 反应器内s c o d 值沿程变化 图4 4 是本期试验过程中7 月2 0 日s c o d 在反应器内沿程变化情况( 以下各项监 测指标的沿程变化曲线均取自同一天数据) ，由图中可以看出，废水分点投配进入各缺 氧区，因此反硝化菌优先利用原水中的有机碳源进行反硝化，消耗掉大部分的s c o d ， 剩余的s c o d 进入后续的好氧池进一步被氧化分解。由前述资料可知，硝化段内有机 质浓度不宜过高，否则会使生长速率较高的异养菌迅速繁衍，争夺溶解氧，从而使自 养型生长