（环境工程专业论文）生物转盘对a2o工艺及污泥产率影响研究.pdf

摘要 摘要 随着我国对水环境事业的日益重视，国内的污水处理技术在不断进行提高 中，全国范围内建立了更多的污水处理厂，以满足国民生活污水和工业废水的 处理需要。针对目前的污水处理效果和污泥产量的问题，我们研究生物转盘对 a 2 o 工艺及污泥产率的影响，其研究内容可以分为三个部分：( 1 ) 生物转盘预 处理对a 2 o 工艺处理效果的影响研究；( 2 ) 生物转盘预处理对a 2 o 工艺污泥 产率的影响研究；( 3 ) 生物转盘预处理对a 2 o 工艺停留时间的影响研究。 本研究主要结论如下： ( 1 ) a 2 o 工艺运行：以葡萄糖和蛋白胨为基质的出水c o d 为1 9 2 m g l 和 3 2 8 m g l ，总去除率分别是9 5 0 和9 2 0 。出水t n 浓度分别为1 9 8 m l 和 2 0 3 m g l ，t n 的去除率分别为5 9 7 和6 6 8 。出水t p 的浓度o 5 m g l 和 0 4 m g l ，t p 的去除率分别为8 5 2 和8 9 7 。出水c o d 、t n 、t p 均达到 g b 8 9 7 8 2 0 0 2 一级a 排放指标。 ( 2 ) 生物转盘预处理的处理效果和污泥量：原污水( 分别以葡萄糖和蛋白 胨为基质) 在经过生物转盘之后，水中的主要污染物如c o d 、t n 、t p 均有一 定程度的下降，生物转盘对c o d 的处理效率较高，分别达到8 7 9 和6 9 4 。 此外，还具有一定的脱氮除磷能力，t n 去除率分别为3 2 1 和1 4 6 ，t p 去除 率分别为5 0 和3 0 6 。此外，生物转盘稳定的干污泥量达到了3 1 6 9 9 ，其污泥 量超过厌氧、缺氧、好氧三个池中的污泥量之和。 ( 3 ) 生物转盘对a 2 o 工艺处理效果的影响：分别以葡萄糖为基质和以蛋 白胨为基质时，a 2 o 工艺运行的出水c o d 、t n 、t p 均达到g b 8 9 7 8 2 0 0 2 一级 a 排放指标。生物转盘_ a 2 o 工艺c o d 的总去除率基本和未加生物转盘的总去 除率相差甚少，在8 9 o 9 6 8 之间，但是t n 的去除率均有所下降，分别从 5 9 7 降至4 1 7 ，以及6 6 8 降至4 9 7 ，出水达到g b 8 9 7 8 2 0 0 2 一级b 。其 中受影响最大的是t p 的去除，总去除率由原来的8 5 3 8 9 7 下降至 2 2 6 1 ，几乎没有去除。 ( 4 ) 生物转盘对a 2 o 工艺污泥产率的影响：葡萄糖为基质时：a 2 o 工艺： y o b s = 0 3 4 9 m l s s g c o d ：生物转盘a 2 o 工艺：y o b s = 0 1 2 9 m l s s g c o d 。蛋白 t 摘要 胨为基质时：a 2 o 工艺：y o b s = o 2 2 9 m l s s g c o d ；生物转盘一a 2 o 工艺： y o b s = o 0 8 9 m l s s g c o d 。这些数据说明，生物转盘对a 2 o 工艺的污泥产率影响 显著，使污泥表观产率明显降低了6 3 6 6 4 7 。 ( 5 ) 生物转盘对a 2 o 工艺水力停留时间的影响：进水流量为5 l h 与7 i d h 时，c o d 总去除率为9 6 8 和9 5 2 ；t n 的总去除率也从原来的4 1 7 下降为 2 9 6 ；t p 总去除率由原来的2 2 提高至9 0 2 。这说明以生物转盘作预处理 可以缩短a 2 o 工艺整体的水力停留时间，但是对t n 的去除有一定的影响。 关键词：生物转盘；a 2 o 工艺；脱氮除磷；活性污泥；污泥产率 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t hm o r ea n dm o r ea t t e n t i o np a i db yo u rc o u n t r yt ow a t e re n v i r o n m e n t ，t h e w a s t ew a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g yi s c o n t i n u a l l yb e i n gi m p r o v e da th o m e ，m o r e s e w a g ep l a n t sa r eb u i l tn a t i o n w i d ef o rd o m e s t i cs e w a g ea n di n d u s t r yw a s t e w a t e r t r e a t m e n t a i m i n ga tt h ep r o b l e m si ns e w a g ew a t e rt r e a t m e n ta n ds l u d g eo u t p u t ，w e a r em a k i n gat h o r o u g hi n q u i r yt oan e wc o m b i n e dp r o c e s s ，n a m e l yt h ei n f l u e n c eo f r o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o rt oa 2 op r o c e s si no u t l e tw a t e rq u a l i t ya n ds l u d g ey i e l d t h er e s e a r c hc a nb ed i v i d e di n t ot h r e es e c t i o n s ：( 1 ) s t u d yo fi n f l u e n c ef r o mr o t a t i n g b i o l o g i c a lc o n t a c t o rt oa z op r o c e s so nt r e a t m e n te f f i c i e n c y ；( 2 ) s t u d yo fi n f l u e n c e f r o mr o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o rt oa 2 op r o c e s so ns l u d g ep r o d u c t i o nr a t e ；( 3 ) s t u d yo fi n f l u e n c ef r o mr o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o rt oa 2 op r o c e s so nr e s i d e n c e t i m e t h ec o n t e n tc a nb ed i v i d e di n t ot w os e c t i o n s ：( 1 ) s t u d yo fs l u d g ep r o d u c t i o nr a t e o fr o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o r - a 2 op r o c e s si nd i f f e r e n ts u b s t r a t e ；( 2 ) s t u d yo f r o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o r si n f l u e n c et o a 2 op r o c e s s t h em a i nc o n c l u s i o n so ft h es t u d ya r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h eo p e r a t i o no fa 2 op r o c e s s ：w h e nu s i n ga m y l a c e u ma n dp r o t e i na s s u b s t r a t e ，t h ec o do fe f f l u e n ti s19 2 m g la n d3 2 8 m g ls e p a r a t e l y , t h et o t a lc o d r e m o v a lr a t ei s9 5 0 a n d9 2 0 s e p a r a t e l y , t h et nc o n c e n t r a t i o no fe f f l u e n ti s 19 8 m g la n d2 0 3 m g ls e p a r a t e l y , t h et o t a lt nr e m o v a lr a t ei s8 5 2 a n d8 9 7 s e p a r a t e l y t h et pc o n c e n t r a t i o no fe f f l u e n ti s0 4 m g la n do 5 m g ls e p a r a t e l y , t h e t o t a lt nr e m o v a lr a t ei s5 9 7 a n d6 6 8 s e p a r a t e l y c o d ，t n ，t pi ne f f l u e n to f a 2 o p r o c e s s a l lp a s sg b 8 9 7 8 - 2 0 0 2c l a s s1ae f f l u e n ts t a n d a r d ( 2 ) t h et r e a t m e n te f f i c i e n c ya n ds l u d g eo u t p u to fr o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o r ： t h em a i np o l l u t i o n s ：c o d ，t n ，t pi ns e w a g e ( t a k ea m y l a c e u ma n dp r o t e i ns e p a r a t e l y a ss u b s t r a t e ) d e c r e a s ea f t e r g o i n g t h r o u g ht h er o t a t i n gb i o l o g i c a l c o n t a c t o n t r e a t m e n te f f i c i e n c yo fc o di sb e t t e r ：8 7 9 a n d6 9 4 s e p a r a t e l y , b e s i d e si th a st h e a b i l i t 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 l t r e a t m e n te f f i c i e n c yo f t ni s3 2 1 a n d i i i a b s t r a c t 14 6 ，a n df o rt pi s0 a n d3 0 6 b e s i d e s ，t h ed r ys l u d g eo fb i o - t u r n t a b l er e a c h e s 316 9 9 ，m o r et h a nt h es l u d g eo u t p u ts u mu po fa n a e r o b i cp o o l ，h y p o x i ap o o l ，a e r o b i c p 0 0 1 ( 3 ) t h ei n f l u e n c eo fr o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o rt oa 2 op r o c e s si n t r e a t m e n te f f i c i e n c y ：t a k ea m y l a c e u ma n dp r o t e i ns e p a r a t e l ya ss u b s t r a t e ，c o d ，t n ， t pi ne f f l u e n to fa 2 0p r o c e s sa l lp a s sg b 8 9 7 8 2 0 0 2c l a s s1ae f f l u e n ts t a n d a r d t h et o t a lc o dr e m o v a lr a t eo fr o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o rt oa 2 o p r o c e s sd i f f e r s s l i g h t l yf r o ma 2 op r o c e s s r a n g i n gf r o m8 9 o t o9 6 8 b u tt h et nr e m o v a lr a t e d e c r e a s e s ，s e p a r a t e l yf r o m5 9 7 t o4 1 7 ，a n d6 6 8 t o4 9 7 ，t h ee f f l u e n tp a s s e s g b 8 9 7 8 - 2 0 0 2c l a s s1be f f l u e n ts t a n d a r d a n dt h eb i g g e s ti n f l u e n c ei si nt pr e m o v a l ： t h et o t a lr e m o v a lr a t ed e c r e a s e sf r o m8 5 3 - 8 9 7 t o2 2 一6 1 ，b a r e l yr e m o v e d ( 4 ) t h ei n f l u e n c eo fr o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o rt oa 。op r o c e s si ns l u d g e p r o d u c t i o nr a t e ：w h e ns u b s t r a t ei sa m y l a c e u m ：a 2 0p r o c e s s ：y o b s = 0 3 4 9 m l s s g c o d ；r o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o r - - a 2 op r o c e s s ：y o b s = 0 12 9 m l s s gc o d w h e n s u b s t r a t ei sp r o t e i n ：a 2 op r o c e s s ：y o b s = o 2 2 9 m l s s gc o d ；r o t a t i n gb i o l o g i c a l c o n t a c t o r - - a 2 op r o c e s s ：y o b s = o 0 8 9 m l s s gc o d t h ed a t as u g g e s t st h a tt h e i n f l u e n c eo fr o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o rt oa z 0p r o c e s si ns l u d g ep r o d u c t i o nr a t e i sv e r yb i g ，t h ea p p a r e n ty i e l do fs l u d g ed e c r e a s e db y 6 3 6 6 4 7 ( 5 ) t h ei n f l u e n c eo f r o t a t i n gb i o l o g i c a l c o n t a c t o rt oa 2 0p r o c e s si n h y d r a u l i cd e t e n t i o nt i m e ：w h e ni n l e tf l o wi s5 l ha n d7 l h ，t o t a lc o dr e m o v a li s 9 6 8 a n d9 5 2 ：t nr e m o v a ld e c r e a s ef r o m4 1 7 t o2 9 6 ；t pr e m o v a li n c r e a s e f r o m2 2 t o9 0 2 t h i ss u g g e s t st h a tt a k er o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o ra s p r e t r e a t m e n tc a ns h o r t e nt h eh y d r a u l i cd e t e n t i o nt i m eo fa 2 op r o c e s s ，b u ti sb a dt o t nr e m o v a l k e y w o r d s ：r o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o r ；a 2 op r o c e s s ；n i t r o g e na n dp h o s p h o r u s r e m o v a l ；a c t i v a t e ds l u d g e ；s l u d g ey i e l d i v 第一章绪论 第一章绪论 第一节污泥产生及处置现状 1 1 1 我国污泥产生及处置现状 随着我国对水环境事业的日益重视，国内的污水处理技术在不断进行提高 中，全国范围内建立了更多的污水处理厂，以满足国民生活污水和工业废水的 处理需要。目前，我国城市污水处理厂基本采用活性污泥法。据统计，用该工 艺的城市污水处理厂日处理1 万吨城市污水，约产生4 5 吨湿污泥，含水率约为 8 0 。据2 0 1 0 年发布的第一次全国污染源普查公报，我国污水处理厂实际处 理量2 1 0 3 1 亿吨。其中城镇污水处理厂处理1 9 4 4 1 亿吨。“十一五”期间，我国 新增污水处理能力超过5 0 0 0 万吨日，全国城市污水处理率由2 0 0 5 年的5 2 提高 到7 5 以上。目前我国每年产干污泥约为9 0 0 万吨，每年以1 0 的速度递增。污 泥中除了含有大量的粗纤维等有机物外，还含有大量的病原菌、寄生虫，盐类 以及多氯联苯等一些难降解的有机物，主要毒物有重金属离子( 如锌，铜， 镍，铅，铬等) 和一些非金属化合物( 如酚，醛，氰化物，硫化物等) 。如 果不对其进行妥善的处理与处置，将会对环境产生严重的影响与危害。因此， 如何将产量巨大、成分复杂的污泥进行妥善安全地处置，使其无害化、资源化， 具有深远的意义。 我国传统的污泥处理方澍l 】包括：污泥农用、卫生填埋、海洋倾倒等；而适 合我国污泥无害化处理的先进技术包括：污泥高温好氧堆肥、污泥晾晒、污泥 用于建筑材料、污泥焚烧、污泥水解热干化等。 我国目前主要的污泥处理处置方法，堆肥农用约占2 0 ，填埋约占1 0 ， 干化焚烧占比例较少，而达到稳定处理的比例更岁引。 1 1 2 国外污泥处理与处置现状 1 1 2 1 欧洲国家的污泥产生与处理处置 第一章绪论 在近2 0 年间，城镇污水处理指令9 1 2 7 1 e c 强制e u 1 5 国改进污水收集和处 理系统。这导致了污泥量每年5 0 的增长，由1 9 9 2 年的6 5 0 万吨干污泥增长至2 0 0 5 年的9 8 0 万吨【3 1 。另一方面，e u 1 2 国2 0 0 5 年的干污泥量为1 1 0 万吨 4 1 。而城镇污 水处理指令9 1 2 7 1 e c 的实施，又使e u 1 2 国在日后的每年干污泥产量迅速增长， 并将于2 0 2 0 年超过1 3 0 0 万吨。 欧盟国家应用不同的污泥处理技术，而在不同成员国之间存在不同。好氧 消化与厌氧消化处理是最常用的污泥稳定方法，分别应用于2 4 , h 2 0 个国家。机 械脱水污泥比干燥床更常用，而热干燥机主要适用于e u 1 5 国家( 老成员1 5 1 ) ，尤 其是在德国、意大利、法国和英国。而污泥最终处置、污泥再利用( 包括直接农 业应用和堆肥) 是e u 1 5 国污泥管理( 5 3 的污泥) 的主要选择，其次是焚烧( 2 1 的 污泥) 。另一方面，e u 1 2 国加入欧盟新成员国使用的最常见的处理方法( 2 0 0 4 年之后) 仍然是填埋。根据9 1 2 7 1 e c 指令的实施，e u 1 2 国家临时的污泥处理垃 圾掩埋场的数量预计在接下来的几年内会大量增加。总的来说，至u 2 0 2 0 年，污 泥土地再利用和污泥焚烧将会成为e u 2 7 ( 所有成员国) 采取的主要措蒯5 1 。 1 1 2 2 日本污泥处理与处置 日本在污泥处理技术上非常先进，对污泥处理方法的要求是既节省能源， 又维护管理简单易行，同时考虑污泥的最终出路等问题。日本很多污水处理厂 应用的是厌氧消化法。污泥厌氧消化具有的优点是：污泥量和其中的有机物能 够明显减少，并且有效利用沼气进行发电等，日本的污泥消化技术还在追求进 步改善。同时污泥焚烧工艺近几年来也迅速发展，并且成为主导工艺：采用 的大部分是多段焚烧炉【6 ，其中有流动床焚烧炉和回转窑焚烧炉等。而重油和污 泥消化产生的沼气可以作为焚烧炉使用的燃料，由此可见，焚烧工艺在技术和 污泥减量上，都是非常好的污泥最终处置的途径。 以东京为例，其污泥最终处置场所不足。在这种情况下，使用的污泥处理 处置工艺是污泥再利用和焚烧。污泥再利用有不同的回收方式，砖、骨料、垃 圾衍生燃料、渣等【7 j 。 1 1 3 我国污泥处理及处置未来的发展 1 1 3 1 从源头上削减污泥量，研究污泥减量化技术 2 第一章绪论 通过微生物的代谢解偶联、隐性生长、微型动物捕食以及其他污泥减量化工 艺都可以实现对污泥的减量【8 ，但从经济与环境效益考虑，由生物作用引起的污 泥减量化是今后污泥减量发展的重要方向之一，于此同时，需要重视解决生物 污泥减量化工艺中出水氮、磷超标等问题。同时污泥减量化工艺应向多种手段 联合的方向发展，从而实现经济和环境效益的。 1 1 3 2 逐步减少卫生填埋的比例，使土地得到充分利用 鉴于卫生填埋具备以下优势：操作简单、处理成本低，因此目前我国污泥 处置中有较大的比例是卫生填埋【9 】。不过卫生填埋处理污泥消耗的时间较长，容 易影响环境，正因如此，有必要逐渐地取缔这种方式。污泥在的土地利用方面 主要在于农业的利用、土地的改良以及园林绿化等。污泥在高温条件下好氧发 酵处理这一过程俗称堆肥，即在好氧的环境下通过微生物对其进行发酵的过程， 在这一进程中有机物被转化成类腐殖剧1 0 】，并且杀灭致病菌，从而得到稳定堆 肥产物。除此以外，污泥厌氧消化不但可使污泥减量、稳定，还能产生沼气， 而且还能提供电能。 1 1 3 3 对污泥焚烧工艺进行利用和优化 污泥焚烧能碳化污泥中的全部有机物，去除致病菌，污泥的体积变小，期 间还能提供热量。然而污泥焚烧技术也存在着诸多的问题，其中最主要的问题 就是投资巨大、处理费用昂贵、有机物燃烧过程中会产生剧毒物质【l l 】( 二嗯英 等) 。另一方面，需要有先进的技术和专业的设备来进行污泥焚烧，也正因如此 我国必须加强与发达国家在技术方面的交流合作，使现有焚烧工艺获得改善， 提高污泥焚烧的经济性。 1 1 3 4 未来污泥最终处置的发展方向污泥的资源化利用 污泥可以用于水泥、砖、油等【1 2 】的制造，可是由于这些再利用技术对设备 和工业有着很高的要求，并且重金属等有毒物质很容易带来二次污染，因此必 须进行更深层次的研究。可以确信的是，在污泥技术的不断发展的过程中，污 泥的资源化利用必然是未来污泥最终处置的发展方向。 污泥处理是我国实现可持续发展大环境下不可或缺的一个重要环节，也是 保护生态环境的必然趋势，因此围绕其进行的研究工作具有重要而深远的意义。 由于我国污泥处理起步晚，技术不成熟，因此在选择污泥处理处置方式的时候， 第一章绪论 必须因地制宜，要结合环境、资源、经济等诸多因素来最终确定适合方案，同 时也要积极向发达国家学习，少走弯路，获得更加快速和稳定发展。 第二节污泥产量的计算及污泥产率的研究 1 2 1 污泥产量的传统计算方法 传统计算法的公式为1 3 】： a x = y ( s a - s e ) q - k d v x ， ( 1 1 ) 其中： x - 一每天排放的污泥量，k g d ： ( s a - s e ) q 一每天的有机污染物降解量，k g d ： v x v 一曝气池内挥发性悬浮固体总量k g ，x v = m l v s s ，v ：曝气池容积， m 3 ； y 一产率系数，即微生物每代谢l k g b o d 所合成的m l s s k g 数： k d _ 活性污泥微生物的自身氧化率，d 一。 上述的计算方法存在很大的缺陷，它没有考虑进水悬浮固体浓度、污泥龄、 污水水质及生物处理系统的特性等因素，对污泥组成及污泥量的影响。 1 2 2 德国a t v l 3 1 规范及标准 德国a t v l 3 1 模型适用于单段活性污泥处理厂的设计 1 4 】。其计算方法如下： 活性污泥法产生的污泥由降解产生的有机物和储存的固体物及除磷产生的 污泥组成： 踞= s p c + s p , p 【k g d ( 1 2 ) 污泥产量和泥龄的关系式如下： m s s ，a t t s s2 酋2 v a t s s a 7 一 s v o 坛t s s a r c h , s ，d s s w s + q d x s s ，e s t t s s 一与v a t 有关的污泥泥龄 q d x s s - e s 广二沉池出水可过滤物质负荷，一般可略去不计 4 第一章绪论 s p 广污泥产量 q w s d s s w s 一剩余污泥量 s s a t _ 一生物池的m l s s ( k g m 3 ) 可用下列经验公式和h a r t w i g 系数来计算污泥产量： s p d ，c = o d ( o _ 7 5 + o 6 面x s s , i a t 一业箬罴t s 警sr - t ) u b o d 伪7 _ i 十u i ， k g d ( 1 4 ) s p d c 一除碳的污泥产量 b d b o d 一日b o d 负荷 x s s t a t 一进水s s 浓度 c b o d i a t 一进水b o d 浓度 内源消化的温度系数( f t ) ： f t = 1 0 7 2 ( t 一1 5 ) ( 1 5 ) 如为改进反硝化经常投加外来碳源，当s c o d e x 。( 外来碳源的溶解性c o d ) 1 0m g l ，( s n 0 3 ，d ，e x t ( 用外来碳源反硝化的n 0 3 ) 2m g 1 ) 使用式1 4 ( 简化) ， b d ，b o d 要增加q d 0 5s c o d ，e x t 10 0 0 表1 1 中的c b o d ，t a t 也增加0 5 s c o d e ) 【t 。当 s c o d e x t 1 0m g l 增加的污泥产量可略去不计。 表1 1 中的数值为使用公式化1 4 按温度t = 1 0 。c 和1 2 。c 计算的平均值。 表1 1 温度1 0 。- 1 2 。c 时的比污泥产量s p c ，b o d k gs s k gb o d 5 】 除磷时的污泥产量由二部分组成，生物脱磷产生的和同时沉淀产生的。 生物脱磷产生的污泥可定为3 9s s g 生物脱磷。同时沉淀产生的污泥取决于 药剂的类型和剂量，可定为：2 5 埏s s k g 铁盐和4k gs s 蛞铝盐。除磷产 第一章绪论 生的污泥( s p a ，p ) 可用下式表示： s p d ，p = q d p 3x e 胁p + 6 8 x e 陬? f e 七5 3 x p ，a 【) 1 0 0 0 如使用石灰脱磷则为1 3 5k gs s k g ( c a ( o h ) 2 ) 。 1 2 3 数学模型法a s m k g d ( 1 6 ) 1 9 8 6 年国际水协会推出活性污泥1 号模型( a s m l ) 包括去除污水中有 机碳以及硝化和反硝化等过程。后来推出活性污泥2 号模型( a s m 2 ) 包含 了脱氮和生物除磷处理过程。后a s m 2 被拓展为a s m 2 d ，将反硝化聚磷菌包含 在内。相继推出了活性污泥3 号模型( a s m 3 ) 所包含的主要反应过程和 a s m l 相同，是对a s m l 的改进，更适合于实际应用。 目前a s m 发展比较完善，它是结合了碳氧化、硝化和反硝化等现象的活性 污泥系统反应的模型，必须解释众多组分之间的大量反应，使其在数学上易操 作、模拟准确，能代表系统内的基本过程。“过程 被用作形容发生在一个或多 个系统中的组分的活动，而且，模型应该量化每个过程的动力学( 速率对浓度 的依赖) 和化学计量学参数( 反应中一个组分与另一个组分的关系) 参数。在 开发模型的过程中，首要的任务是定义其主要过程和为每个过程选择合适的动 力学和计量学表达式。数学模型法的主要问题是模型中有很多系数和常数， a s m l 中有1 3 个，a s m 2 中有1 9 个，而这些参数的确定需要根据实际污水水 质和处理工艺的要求确定具体数值，应用起来非常复杂，即使在发达国家应用 少，但是对a s m 模型的研究已经基本完善。 a s m 在我国的实际应用非常少，只是停留在研究阶段【l5 1 ，这是因为要根 据具体的实际水质等确定模型的参数，而不能盲目地套用a s m 中假定的参数。 另外，国外还对a s m 模型进行了更深入的研究。b i n g j i en i 【l6 j 等提出了a s m 模型的扩展，氧化亚氮州2 0 ) ，可以在形成生物氮( n ) 的过程中去除。这个数学模 型描述了关于n 2 0 生产和消费两个部分在活性污泥硝化和反硝化作用。这使 a s m 模型扩展到捕获过程中n 2 0 动力学在硝化反硝化生物氮去除。总之，我们 提供了一个模型结构，动态捕捉n 2 0 自养硝化作用，结果表明：异养反硝化生 物氮去除过程和驱动形式可以持续改进装置。m s p 6 r a n d i o 1 7 j 等将a s m 应用于 s m b r 中，采用a s m l 和a s m 3 模型进行模拟，动态数据的收集是在高s r t 条 6 第一章绪论 件下完成的，该工作重点放在悬浮固体、剩余污泥产生和硝化动力学。 1 2 4 污泥产率的研究 污泥产率分为表观产率和真实产率。表观产率y o b 。是指考虑活性污泥维持 自身生存所需能量后，消耗每克c o d c r 所产生的污泥量。计算时用污泥产量除 以消耗的c o d c r 量。真实产率y h 是指异养微生物的生长速率与底物的降解速 率之间的比例系数，定义为每氧化污水中1 9 c o d 形成的细胞c o d 量。y h 不仅 影响到污泥产率和需氧量的计算，而且对某些污水组分和动力学参数的计算也 影响显著。 1 2 4 i 活性污泥的表观产率 研究结果表明，降解碳水化合物的好氧异养微生物的活性污泥产率y 。b 。介于 0 3 4 0 5 1 m g m l s s m g c o d c r 2 _ _ f 司 1 8 】，而在相似的条件下，利用一些化合物如替 代酚、苯等生长的活性污泥的y 。b s 介于o 1 4 0 4 2 m g m l s s m g c o d c r 1 9 1 。t i a n 2 0 在2 0 时，好氧条件下也对表观产率进行了研究，其实验结果是 0 3 4 4 m g m l s s m g c o d c r 。 1 2 4 2 活性污泥的真实产率 德国的a t v l 3 1 标准和a s m l 相似模型中，好氧产率为y = 0 6 7 m g c o d m g c o d ，缺氧产率为0 5 3 m g c o d m g c o d 。在a s m l 以及相似的模型中，较低的缺 氧污泥产率，会提高脱氮作用的潜能，因为易生物降解c o d 作为底物能提高脱 氮作用 2 1 】。按照a s m 3 ，推荐的基质好氧贮存产率为0 6 3 m gc o d m gc o d ，实 验数据显示，相应的缺氧产率大约为o 4 2 m g c o d m g c o d 。这明显低于推荐值 0 5 4 m g c o d m gc o d 2 2 1 。 1 3 1a 2 o 工艺 第三节a 2 o 工艺及其组合工艺研究 a 2 o 工艺又称a a o 工艺，是英文a n a e r o b i c a n o x i c o x i c 第一个字母的简称 ( 厌氧缺氧好氧法) ，是一种常用的污水处理工艺，可用于二级污水处理或三 第一章绪论 级污水处理，以及中水回用，具有良好的脱氮除磷效果。 在a 2 o 生物同步脱氮除磷系统的活性污泥中【2 3 】，菌群主要由硝化菌和反硝 化菌、聚磷菌组成。在厌氧池，聚磷菌在厌氧条件下利用有机物合成自身物质， 并释放磷；在缺氧池，反硝化菌将内回流液带入池中的硝态氮，进行反硝化作 用，转化成n 2 释放到大气中；在好氧池，硝化细菌将水中的氨氮硝化成亚硝态 氮、硝态氮，而聚磷菌在溶解氧充足条件下过量吸收磷，将水相中的磷吸收到 污泥中，通过剩余污泥的排放除磷 2 4 】。 该工艺有如下特点 2 5 1 为： 1 ) 该工艺在能够最简单地实现同步脱氮除磷，总h r t 少于其他相似工艺； 2 ) 在厌氧、缺氧、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，不容易发 生污泥膨胀； 3 ) 剩余污泥含磷量高，具有较高肥效； 4 ) 运行中勿需投药，两个a 段只用轻轻搅拌，以不增加溶解氧为度，运行 费用低。 1 3 2 生物转盘预处理装置 1 3 2 1 传统生物转盘 生物转盘源于德国，由于生物转盘具有净化效果好和能源消耗低等优点 2 6 1 ， 因而在世界范围内都得到广泛的研究与应用，并在相应的方面取得很大的进展。 缓慢转动的盘片与接触反应槽内缓缓流动的污水接触，污水中的有机物被 滋生在盘片上的生物膜吸附 2 7 1 ：盘片离开污水时，盘片表面形成的薄薄水膜与 空气中的氧气接触并将其吸收，与此同时，被吸附的有机物在微生物酶的作用 下被氧化分解。随着圆盘转动，污水中有机物不断地被分解。生物膜增加到一 定厚度以后【2 8 1 ，其内部会逐步形成厌氧层，开始从老化到剥落再到脱落的过程， 脱落的生物膜会在二次沉淀池中沉降除去。在气动生物转盘中，微生物代谢所 需的溶解氧通过设在生物转盘下侧的曝气管供给。 a a k h b a r i 等【2 9 】利用响应面的方法比较了生物转盘和活性污泥法的脱氮效 果，共选用了四个独立变量，h r t 、c o d n ，内循环比和转速，探究生物转盘 脱氮的最适运行参数。 1 3 2 2 生物转盘变形工艺 第一章绪论 陈志耐3 0 j 等实验使用的网状生物转盘，是从盘片材料的改进出发，采用新 型网状生物转盘处理污水，其特点是在盘片上黏贴具有较大比表面积的特殊网 状材料；试验中转盘的c o d 负荷从1 0 4 1 2g ( 1 t 1 2 d ) 增加到1 8 2 2 0g ( m 2 d ) 时，对有机物的处理效果仍可达到8 0 以上。李芳 3 1 】等网状生物转盘具有较好 的同步去除c 和n 效果；水力停留时间为8 、1 2h ，脱氮率分别为5 2 2 5 、 5 5 1 9 ，c o d 的去除率分别为7 9 7 2 、9 0 1 9 ，达到了同步去除c 和n 的效 果。冯迪【3 2 】等，首次采用新型网状生物转盘辅以生物接触氧化技术联合处理城 市生活污水，并分别考察了水力停留时间、转盘转速、气水比、有机负荷的研 究对c o d 去除效果的影响。c g u i m a r g e s 3 3 等研究了在生物转盘上固定聚氨酯 泡沫，在接种黄包平革菌的条件下，对制糖废水具有连续脱色效果。在运行过 程中色度、总酚类化合物含量和c o d 分别减少了5 5 ，6 3 和4 8 。 生物转盘的另一个变形工艺是多孔生物转盘。多孔生物转盘每个反应器包 含一个旋转片层被垂直安装到轴上。该片层为固定生物量提供支撑。如传统的 生物转盘工艺，生物量的每个部分交替淹没然后暴露于空气中。然而在传统的 生物转盘的接触片层是由一般的固体板块构成，而在多孔生物转盘中所用的是 一个三维网状结构形式，使支撑的生物量有高的空隙率。 随着生物量表面深度不同基质、营养物质和溶解的氧在生物量中的浓度发 生变化。在表面发生的是好氧的生化反应而在深层发生的是厌氧反应。随着这 样的生物化学差异，多孔生物转盘去除了污水中大量的氮和含碳物质。此外， 由于三维的片状结构使生化产率大大高于传统的生物转盘。多孔生物转盘对于 进水的水质水量变化的适应性很高，且保证高质量的出水水质和低能量消耗。 1 3 3a 2 o 组合工艺 王建宁【3 4 等研究的a 2 o b a f 工艺能够处理低c n 比的生活污水，处理效 果较理想，除磷率接近1 0 0 。朱宁伟【3 5 】等研究的a 2 o m b r 组合工艺处理城市 污水，发现m b r 相对于二沉池强化了对n h 3 n 、t n 、t p 的去除效果。 李伟民【3 6 】等研究了a 2 o 工艺的旁路化学除磷工艺，污泥产率为 0 2 7 8 9 m l s s s g c o d ，对总氮的去除率略有提高，对总磷的去除略有下降。许晓 毅【3 7 】等在a o 系统中加入了导流板厌氧限氧循环反应器，污泥产率为 0 2 9 5 9 m l s s g c o d ，而除磷效果略有下降。丁永伟 38 】等对复合式a 2 o 工艺进行 9 第一章绪论 研究，得到污泥产率在o 1 4 0 0 4 1 3 9 m l s s g c o d 之前，是对照组的5 0 8 0 ， 并且不会对除磷效果造成影响。王建龙 3 9 【4 0 1 等研究了水解酸化a 2 o 工艺，污泥 产率为0 1 0 一- 0 1 8 9 m l s s g c o d ，并且水解酸化产生的v f a 促进系统的脱氮除磷。 y o n g q i n gg a o 4 1 1 等提出2 步碱性发酵+ a 2 o 工艺能够提高脱氮效率至8 0 1 ，并 且污泥量减少了4 2 1 。 第四节本课题的研究目的、内容及意义 1 4 i 研究目的及意义 随着我国污水处理的发展，活性污泥产量愈发庞大，污泥的处理与处置问 题日益得到关注。污泥的产量以及污泥处理处置的成本数字非常可观。为了使 污泥问题得到很好的解决，一是从源头出发，在污水处理的过程中尽量避免产 生大量的剩余污泥，探求生物法处理工艺的污泥减量化；二是妥善处理与处置 剩余污泥，使污泥减量化、稳定化、无害化，最终弃置于环境中或再利用。 a 2 o 工艺是国内传统的污水处理工艺，是污水处理厂经常使用的工艺。a 2 0 工艺能够同步脱氮除磷，厌氧和缺氧段只需搅拌，运行费用低，但是存在脱氮 和除磷效果难再提高等缺点。生物转盘作为预处理装置处理废水，工艺成熟， 在南非和韩国已经具有成熟的运行经验，但是在国内还没有应用。该工艺具有 对b o d 去除效果好，停留时间短，减少电力消耗达5 0 等优势。 本实验通过研究生物转盘对a 2 o 工艺处理效果的影响、停留时间的影响、 污泥产率的影响，研究新的组合工艺生物转盘- a 2 o 工艺用于污水处理， 同时研究该工艺是否能够使污泥减量化。 1 4 2 研究内容 根据文献综述分析及研究目的，主要研究内容为生物转盘对a 2 o 工艺及污 泥产率的研究，选取的不同基质为葡萄糖、蛋白胨，主要的研究内容包括以下3 个部分： ( 1 ) 生物转盘预处理对a 2 o 工艺处理效果的影响研究； 1 0 第一章绪论 ( 2 ) 生物转盘预处理对a 2 o 工艺污泥产率的影响研究； ( 3 ) 生物转盘预处理对a 2 o 工艺停留时间的影响研究。 1 4 3 论文结构安排 根据研究内容，论文结构安排如下： ( 1 ) 实验的研究背景、目的以及意义； ( 2 ) a 2 0 工艺：不同基质的处理效果及表观产率的测定； ( 3 ) 生物转盘预处理对a 2 o 工艺及污泥产率的影响：生物转盘对a 2 o 工 艺处理效果的影响、生物转盘对a 2 o 工艺污泥产率的影响、生物转盘对a 2 o 工艺停留时间的影响。 ( 4 ) 实验结论与展望。 第二章a 2 o 工艺的污泥产率 第二章a 2 o 工艺的处理效果及污泥产率 2 1 1 实验药品 第一节实验药品与仪器 实验所用主要试剂为模拟废水组分以及国标法测c o d 、t n 、t p 主要试剂。 2 1 1 1 实验所用模拟废水组成成分 实验用水为人工