（市政工程专业论文）长江上游三峡库区低温、低CN城市污水TN去除研究.pdf

摘要 生物脱氮技术一直是国内外污水处理领域研究开发与应用热点，各种新型的 工艺也层出不穷。但是，目前的各种研究主要集中在外加碳源和高效脱氮技术上。 外加碳源使运行成本大大增加，硝化与反硝化单元都需要各自的沉淀池；高效脱 氮技术由于对微生物特性还没有全面了解，对反应机理还缺乏深入认识，给实际 应用带来了一定的阻力。因此，如何解决低温、低c n 城市污水生物脱氮的问题 是本课题研究的重点。 长江上游三峡库区城市污水出水水质总体情况良好，出水t n 偶尔超标，这 主要与水源水质恶化，未健全的排水体制，超标的工业废水排放，罕见的低温天 气以及c n 有时偏低有关。针对这一特点，本课题提出了投加原污水，增强低温 下活性污泥性能的改进对策，既克服了投加甲醇运行成本高，毒性大的缺点，也 较投加豆腐废水及固态碳源具有实践性。 该地区某污水处理系统是长江上游三峡库区各因素较全面先进的污水处理系 统之一，且为所在地区排水工程的核心内容。研究如何完善其生物脱氮系统对于 保护长江上游三峡库区水环境，保持该地区经济的可持续发展具有重大意义。 当进水c n 过低时，反硝化反应会因碳源不足而受到抑制，影响整个系统脱 氮除磷的效果。为此，采取投加原污水，利用废水中可生物降解的有机物作为反 硝化碳源进行反硝化作用的改进措施；温度的下降对活性污泥的吸附性能、沉降 性能、微生物生长发育、种群组成及曝气池中氧总转移效率等有显著的影响。低 温( 1 0 ) 下硝化反应基本停止。为此，采取了增设水下搅拌装置、增大反硝 化所在缺氧区的容积的措施及延长缺氧段水力停留时间的改进措施。 该污水处理厂经过上述改进措施之后，预期出水水质中t n 浓度大幅降低， 污水处理厂主要出水指标均达到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 ) 一级a 类标准。对c o d 、b o d 5 、s s 、t p 的去除率都在9 0 以上。长江上游三峡库区城市污水t n 去除改进措施达到了预期的目标，有效提 高了污水出水水质。对长江上游三峡库区水环境的改善起到了重要作用。 关键词：长江上游；三峡库区；城市污水；低温；低c n ；t n 去除 a b s t r a c t b i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a l ( b n r ) t e c h n o l o g yw a sa l w a y sb e i n gr e g a r d e da st h e r e s e a r c hd e v e l o p m e n ta n d a p p l i c a t i o nf o c u si nt h ed o m e s t i ca n df o r e i g nw a s t e w a t e r t r e a t m e n td o m a i n ，a n dm o r ea n dm o r en e wt e c h n i c sw e r ed e v i s e di nt h e s ey e a r s t h e c u r r e n tr e s e a r c hi sf o c u s e do ne x t r ac a r b o ns o u r c e sa n dh i g h p e r f o r m a n c en i t r o g e n r e m o v a lt e c h n i c a ld u et ot h ee x t r ac a r b o ns o u r c e ss i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e do p e r a t i n g c o s t s ，a n dn 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 nu n i tr e q u i r e ds e d i m e n t a t i o nt a n kr e s p e c t i v e l v h o w e v e r , l a c ku n d e r s t a n d i n g so ft h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h em i c r o o r g a n i s m sa n dt h e r e a c t i o nm e c h a n i s mo ft h ee f f i c i e n tn i t r o g e nr e m o v a lt e c h n o l o g y , b r o u g h tac e r t a i n a m o u n to fr e s i s t a n c et oi t sp r a c t i c a la p p l i c a t i o n s t h e r e f o r e ，h o wt os o l v et h eb n r p r o b l e m so fm u n i c i p a ls e w a g ew i t ht h el o wt e m p e r a t u r ea n dl o wc nw a st h ek e v p o i n t so ft h i sr e s e a r c h t h eo v e r a l lw a t e rq u a l i t yo fu r b a ns e w a g eo fu p p e rw a t e r so ft h ey a n g t z ez h e e g o r g e sr e s e r v o i rr e g i o n ( t g r r ) w e r ei ng o o dc o n d i t i o n ，t h ee f f l u e n tt nw a so u to f s t a n d a r do c c a s i o n a l l y , t h a tw a si n v o l v e dw i t h d e t e r i o r a t i o no fw a t e r q u a l i t y , n o n 。p e r f e c td r a i n a g es y s t e m ，e x c e s s i v ed i s c h a r g eo fi n d u s t r i a lw a s t e w a t e r , r a r el o w t e m p e r a t u r ew e a t h e ra n dl o wc nm a i n l y i nv i e wo ft h i s ，t h ei m p r o v e m e n tm e a s u r e s o fa d d i n gr a ws e w a g e ，e n h a n c i n ga c t i v a t e ds l u d g ep e r f o r m a n c ei nl o wt e m p e r a t u r e w e r ep r o p o s e d ，b o t ht oo v e r c o m e s h o r t c o m i n g so ft h eh i g hc o s to fa d d i n gm e t h a n o lt o r a i l ，l a r g et o x i c i t ya n dt oo v e r c o m ep r a c t i c a lo fa d d i n gt o f uw a s t e w a t e ra n ds o l i d c a r b o ns o u r c e a s e w a g et r e a t m e n ts y s t e mo ft h er e g i o nw a so n eo fs y s t e m st h a tv a r i o u sf a c t o r s w e r em o r ec o m p r e h e n s i v ea n da d v a n c e di nt h eu p p e rw a t e r so ft h e y a n g t z et g r i la n d w a sc o r ec o n t e n to f d r a i n a g ew o r k so ft h ez o n e r e s e a r c ho i lt h a th o wt oi m p r o v et h e i r b i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a ls y s t e mf o rt h ep r o t e c t i o no ft h eu p p e rw a t e r so ft h e y a n g t z er i v e rt g r rw a t e re n v i r o n m e n ta n dm a i n t a i ns u s t a i n a b l ee c o n o m i c d e v e l o p m e n to fc h o n g q i n gh a dg r e a ts i g n i f i c a n c e w h e nt h ei n f l u e n tc nw a st o ol o w , t h ed e n i t r i f i c a t i o nr e a c t i o n w o u l db e i n h i b i t e db e c a u s eo f l a c k i n go fc a r b o ns o u r c e s ，a n ds y s t e m w i d en i t r o g e l la n d p h o s p h o r u s r e m o v a lw o u l db ea f f e c t e d f o rt h i s r e a s o n , t h ep a p e rt o o kt h e i m p r o v e m e n tm e a s u r eo fg i v i n go r i g i n a ls e w a g et h a tu s eb i o d e g r a d a b l eo r g a n i cm a t t e r a sc a r b o ns o u r c e sf o rd e n i t r i f i c a t i o n t e m p e r a t u r ed e c r e a s eh a ds i g n i f i c a n ti m p a c t s o n 舭a d s 唧t i o np r o p e n i e s o fa c t i v a t e ds l u d g e ，s e d i m e n t a t i o np m p e r t i e s ，m i 础i a l g r o w ma i l dd e v e l o p m e n t ，p o p u l a t i o nc o m p o s i t i o na n dt o t a l a e r a t i o nt 诎o f0 x y g e n t r a n s 断e 伍c i e n c y t h en i t r i f i c a t i o nb a s i c a l l ys t o p p e d u n d e rl o wt e m p e r a t u r e ( 弋 1 2 c 时的控制指标，括号内的数值为水温1 2 ( 2 时的控制指标。 3 5 1投加甲醇 以甲醇为碳源活性污泥反硝化脱氮工艺的优点3 0 1 是： 反硝化速率高，因此反应器容积较小； 过量投加的甲醇很容易在曝气稳定池中被氧化； 第三章低温、低c n 城市污水t n 去除机理及其对策分析 4 l 由于硝化和反硝化是在多级活性污泥系统各自完成的，硝化和反硝化可以 各自实现工艺条件优化； 脱氮率高。 但其弊端是： 投加甲醇增加运行费用； 硝化和反硝化单元都需要各自的沉淀池； 与单污泥脱氮系统相比，增加了构筑物的数目。 同时，甲醇有毒性，给大量运输和投加带来一定的困难【3 4 1 。 甲醇有较强的毒性，对人体的神经系统和血液系统影响最大，它经消化道、 呼吸道或皮肤摄入都会产生毒性反应，甲醇蒸气能损害人的呼吸道粘膜和视力。 急性中毒症状有：头疼、恶心、胃痛、疲倦、视力模糊以至失明，继而呼吸困难， 最终导致呼吸中枢麻痹而死亡。慢性中毒反应为：眩晕、昏睡、头痛、耳鸣、视 力减退、消化障碍。甲醇摄入量超过4 9 就会出现中毒反应，误服一小杯超过1 0 9 就能造成双目失明，饮入量大造成死亡。致死量为3 0 m l 以上，甲醇在体内不易 排出，会发生蓄积，在体内氧化生成甲醛和甲酸也都有毒性。 因此，投加甲醇不适合污水处理的升级改造。 3 5 2投加豆腐废水 投加豆腐废水的优点是不但可以解决了豆腐厂废水的出路问题，变废为宝， 保护环境，而且还能改善污水处理厂的出水水质。 但其弊端是豆腐废水除了含有碳水化合物、还原糖等含碳物质外，其还富含 粗蛋白、游离氨基酸、游离氨基氮、总氨基酸等含氮物质，在增加碳含量的同时 也造成了氮含量的上升。 粗蛋白是一个粗略的感念，由于一般蛋白质中含氮量约为1 6 ，故在概略分 析中，常用凯氏法( k j e l d a h l ) 钡0 出总氮量，再乘以系数6 2 5 来求得。实际上，它是 食品、饲料中含氮化合物的总称，既包括真蛋白又包括非蛋白含氮化合物，后者 又可能包括游离氨基酸、嘌呤、吡啶、尿素、硝酸盐和氨等。此外，不同蛋白质 的氨基酸组成不同，其氮含量不同，总氮量换算成蛋白质的系数也不同，如小麦 和多数谷物的换算系数为5 8 0 ，水稻5 9 5 ，大豆5 7 ，多数食用豆和坚果5 3 ，牛 奶6 3 8 等。 第j 章低温、低c n 城l h 污水t n 古除机理及其对策分析 图3 1 0 租蛋白 f i 9 31 0 c r u d ep r o t e i n 游离氨攀教是既含氨基(n h 2 ) 又含羧基( - - c o o h ) 的有机化合物。氨 基酸巾还岔有氨基的氢与分子中的其他部分发! k 取代而形成亚胺的耶状化台物 ( 旺氨摹酸) 。氨基与羧基结合矗同一碳原子l 的称为n 一氨基酸。天然得到的氨 基酸大部分足n氨基酸( rc h n h 2c o o h ) ，n 一氩基酸相互问失水形成肚 键连接( 见图) 的化台物为蛋白质或肚。山于氨基从n 顺次向相邻的碳原子移动， 冈此被称之为b 一，y，6氨基酸等，f h 并4 ：存在于蛋白质中。在生物体内 这些氪基酸仅以游离状态存在着( 例如：b 一两氩酸，v 一氨基丁酸) 。氧基酸是 本世纪初由费歇尔等( ef i s h e r e t a l ) 阐明的。构成一般蛋白质的肯2 3 种( 半 胱氨酸和胱氨酸另汁) ，立体构型均属l 一型。这些氨基酸的简称详见“鲺基酸合 成”词目中。氨基酸根据氨基与羧基数分类为巾性即一氨基一籁酸( 如丙氧酸、 亮氨酸等) ，酸性即一氨基一羧酸( 如天冬氩酸、谷氨酸) 碱性的即一氩基羧 酸( 如赖氧酸) 等。此外还把含有芳香环、轻基、巯基的氨基酸分别分类为芳香 族氨基酸( 如酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸) 、含羟基氨基酸( 如丝氯酸、苏氨酸) 、 含硫氨基酸( 半胱氨酸、胱氨酸、甲硫氪酸) 。在自然界l j 还发现许多非蛋白质组 成成分的氧基酸存植物中主要是以游离的或y谷氨酰衍，圭物的形志存在。 天然产的氮基酸的结构上部具有共同特点：即在羧基邻位a 一碳原了上有 个氧基，因此称a 一鲺基酸。兀然蛋白质是由不同的。一氨基酸，通过肽键结合 而成的复杂高分子化合物，结构和纽成十分复杂。 这些物质作为多分子化合物，也容易引起细茼的人量繁碴，导致污泥膨胀， 而且柏l 能使水中c o d 信量增加，影响出承水质。不能确就达到降低c n 的 预期目的。 第三章低温、低c l q 城市污水t n 去除机理及其对策分析 圈3 1 2 纤维素分子 f i 9 31 2 c e l l u l o s e m o l 既u l e s 3 54 投加原污水 采用投加原污水的措旖既不会增加运行成本，在实际应用上相比投加豆腐废 第三章低温、低c n 城市污水t n 去除机理及其对策分析 水也便于改造。 但其弊端是增加了反应池的容积。 综上所述，投加原污水既可提高反硝化速率，又能规避了投加甲醇以及豆腐 废水的弊端。最终采取“投加原污水+ 增设搅拌器 的改进措施作为作为长江上 游三峡库区低温、低c n 城市污水中t n 去除措施。 3 6 本章小结 本章针对长江上游三峡库区存在的问题，分别从温度以及碳源、c n 两个方 面对t n 去除的影响进行了研究和分析： 温度t n 去除的影响 温度对于系统的稳定性以及对硝化反硝化作用和脱氮均有重要的影响。硝化 反应适宜温度为2 0 3 0 。反硝化反应适宜温度为5 q 0 。 碳源、c n 对t n 去除的影响 当污水中c n 3 时，其可生化程度降低。需要补充外加碳源或者利用原水 中含有的有机碳作为反硝化作用的电子供体。 并对反硝化反应过程中碳源需求量关系式进行了探讨，提出了相应的改进措 施。 本课题的难点在于不增加运行成本的条件下既能让硝化反硝化过程有足够 的时间充分进行，反应速率又不至降低。 阐述了长江上游三峡库区城市污水t n 去除的特点： 三峡库区罕见的低温天气对污水生物净化极为不利，降低了n 、p 去除率； 进水浓度波动幅度较大，很不稳定。最高值与最低值之间、最高值与平均 值之间相差较大，特别是c o d 、s s 两项指标，由此引起的冲击负荷较大； b o d 5 、t n 同步关系有时不强，造成部分时段c n 偏低。 并进行了t n 去除的对策分析。 甲醇作为外加碳源时，在一定程度上抑制细菌自身的生长，而促进反硝化 作用的进行，其除氮处理效果较好。但同时，甲醇有毒性，给大量运输和投加带 来一定的困难，而且价格也相对高，容易造成运行成本的提高。 豆腐废水虽富含有碳水化合物、还原糖等含碳物质，但其也含有粗蛋白、 游离氨基酸、游离氨基氮、总氨基酸等含氮物质，在增加碳含量的同时也造成了 氮含量的上升。同时还可能引发污泥膨胀的运行问题。不能有效达到降低c n 的 预期目的。豆腐厂和污水处理厂之间的空间距离，在技术方面给运输，投加造成 了一定得困难。 纤维素等固体碳源虽然在自然界大量存在，成本低廉，但是由于其结构形 第三章低温、低c n 城市污水t n 去除机理及其对策分析 4 5 态、分子构成等原因，目前还不适宜大规模实际应用。 投加原污水的措施既不会增加运行成本，在实际应用上相比投加豆腐废水 也便于改造。 投加原污水克服了前面三种常用t n 去除措施的缺点，具有较好的可操作性， 是污水处理厂t n 去除改进措施的最佳选择。 4 6 第四章长江上游三峡库区低温、低c n 城市污水t n 去除改进措施及其预期效果分析 第四章长江上游三峡库区低温、低c n 城市污水t n 去除改 进措施及其预期效果分析 2 0 0 1 年长江上游三峡库区某市开始启动城区排水工程，总投资3 7 亿元，范 围涉及城区的2 1 个排水区域，服务人口3 3 0 万，设计日处理能力为1 2 0 万吨。于 2 0 0 6 年建成投运，开始对城区生活污水进行处理。之前，城区生活污水都是直排 长江及其支流。城区排水工程建成投运后，污水处理量迅速提高，由2 0 0 5 年的日 处理量7 万吨，增加到今年的8 5 8 万吨，增幅达1 1 2 6 。不仅如此，目前城区排 水工程污水处理量已经占到全市污水处理量的一半。值得一提的是，城区排水工 程投产后，确保了该市城区污水的达标排放、污染物有效消减，长江及其支流水 质得到明显改善。 该市城区排水工程是将城区2 1 个排水区域中的1 6 个区域划入某两个污水处 理系统集中处理。其中一个污水处理系统的服务范围为长江及其支流北岸的四个 排水区域，污水集中处理率达9 0 以上。 其次，在该服务范围内人口较多，用水标准较高，污水量多。多数镇的污水 排放量在2 0 0 0 m 3 d 以上： 再次，污水收集管网建设领先，雨污、生活工业污水分流，因此进水水质、 水量波动较小； 四是发展变数较小，城镇化规模基本形成，污水处理规模存在一定程度的稳 定性； 五是基础设施完善，政府财力充足，技术力量雄厚。 由此可见，该污水处理系统是长江上游三峡库区各因素较全面先进的污水处 理系统之一，其污水中t n 去除的研究对于该市城区乃至整个长江上游三峡库区 的水环境安全具有重要的指导意义。 4 1 污水处理工艺现状 目前，该污水处理厂二期工程运行已达近两年时间。旱季进水量约2 0 - - 2 3 万 m 3 d ，出水水质达到设计出水水质要求。但是，受拆迁、出户管道改造等因素影 响，该污水处理厂收集系统内一直没有条件实施三级管网的分流制改造，这样新 建二级管网只能直接从现状合流制的合流管涵中截流合流污水。受二级管网来水 量的影响，该污水处理厂雨季经常出现负荷变化幅度较大的情况。同时2 0 0 0 年 1 2 月该市在其北部地区设立经济开发区，开发区位于该污水处理系统汇水区域的 上游。为此，原拟于2 0 2 0 年实施的该污水处理厂三期工程，提前至2 0 0 7 年启动 第四章长江上游三峡库区低温、低c n 城市污水t n 去除改进措施及其预期效果分析4 7 实施。出水水质达到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 ) 一级 a 类标准。 该污水处理厂二期工程为3 0 万m 】d 二缴生物处理，远期增加i 0 万一d 污 水处理规模。因此辅助构、建筑物均是按4 0 万m 3 d 总规模设计。 二期工程污水处理采用具有生物脱氯除磷功能的a - a 2 ，o 生物处理工艺，并 辅以化学除磷，保证出水磷酸盐小于05 m g l 。采用鼓风曝气供氧，处理厂出水 采用液氯消毒后排入长江。 诵 图4 1 鼓风曝气 h 9 4 1d i f f i a s e da e r a t i o n 图42 液氯消毒 f 9 4 2 c h l o r i n ed i s i n f e c t i o n 篮 4 8 第四章长江上游三峡库区低温、低c n 城市污水t n 去除改进措施及其预期效果分析 污泥处理为采用污泥浓缩+ 中温厌氧二级消化+ 机械脱水工艺。 脱水后污泥的最终处置方法主要为农田利用，辅以卫生填埋，将脱水泥饼运 送至黑石子垃圾场，与城市垃圾一并混合填埋。 其工艺流程见图4 3 。 a 管 线 图4 3 污水处理厂二期工程工艺流程 f i 9 4 3 w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tp h a s ei ip l a n tp r o c e s s 长 江 4 2 改进措施 该污水处理厂二级生物处理为a a 2 o 生物脱氮工艺，是在传统a 2 o 法的厌 氧池之前设置回流污泥反硝化池( 生物选择区) 。共有2 座，单座规模为1 5 万 m 3 d 。每座生物处理池分为选择区、厌氧区、缺氧区和好氧区等四个功能区。 设计流量：3 0 万m 3 d ，分为两座，每座规模1 5 万m 3 d 。设计水温2 0 c 。污 泥负荷：0 1 2 k g b o d 5 k g m l s s d 。 第四章长江上游三峡库区低温、低洲城市污水t n 去除改进措施及其预期效果分析4 9 图44 - 2 0 生物池 f i 9 4 4a - a z o b i o * p o n d 三期工程改进措施的基本思路是提高反硝化反应速率和延长反硝化过程的时 间。 针对低温天气造成微生物活性降低，活性污泥吸附性能下降，生化反应速率 降低，影响了生物池内硝化反硝化反应的进行的特点。采取了以下的改进措施： 增设1 2 台水下搅拌器，使反硝化菌和碳源物质有效接触，充分混合。提 高反硝化速率。 关闭1 3 曝气装置，延长反硝化反应的时间。 针对进水中b o d s 、t n 同步关系有时不强，造成部分时段碳氮比偏低的特点。 采取了以下的改进措旃： 投加1 0 0 旷2 0 原污水，利用原污水所含碳源作为反硝化反应所需的电子供 体。提高反硝化速率。 4 21 改善吸附性能 针对低温天气造成微生物活性降低，活性污泥吸附性能下降，生化反应速率 降低，影响了生物池内硝化反硝化反应的进行的特点。在缺氧区内增设搅拌装置， 使反硝化苗和碳源物质有效接触，充分混台，加快生化反应速度，提高活性污泥 的吸附性能。反硝化速率| 三i 及系统的脱氮率也能够相应得到提高。 此外在生物选择区、厌氧区和缺氧区还装有水下推进嚣，保证活性污泥处 于悬浮状卷。提高了反硝化速率。如图45 中a 框所示。 a a 2 0 生物处理池2 座，每座平面尺寸1 1 6 2 x 8 72 m ，总高度72 m 。每座 生物处理池可以分为两组单独运行。 生物选择区内设4 台水下推进器，每台功率22 k w ，直径中3 2 5 转速4 7 5 r p m 。 每座生物处理池的厌氧区内设1 6 台水下推进器，每台功率2 2 k w ，叶轮赢径 巾3 2 5 ，转速4 7 5 r p n l 。 ：5 0第四章长江上游三峡库区低温、低c n 城市污水t n 去除改进措施及其预期效果分析 每座生物处理池的缺氧区内设1 0 台水下推进器，每台功率5 5 k w ，叶轮直径 由1 8 0 0 ，转速3 5 r p m 。 生物池主要设备有水下推进器6 0 台( 两座) ，生物选择区、厌氧池和缺氧池 水下推进器连续运转，使污泥处于悬浮状态。 选择区及厌氧区水下推进器大样图安装见图4 6 ，缺氧区水下推进器大样安装 见图4 7 。 802厶言星g量lu rbo侵o【olq o。v-善2q量 n寸嚣i 舳h臌鉴霉州ozv-v蛊恒攫餐9寸匝 盯 挂 l j i 一 j型广一一 兰 嫩 f i 骛 盘i 。r “ 繇l 0 工 一 蝈 i 、。 il 。7 k i 弓藩 i i l型 j ： ，ii i l 。0 = ( - j li iiii iil i 了0 工工 凶 l 到 粤 p f i 詈 粤 1 圈 墅 最 蚩 f l 粤l 凼 葵 型凶 ：j： 要l 球 盍 廨蒜 隧醚瘩 i i：妊 n t o旨2 ilo锄暑iu一81暑。一oiq)。它竽2口昌l-口oz 甍芘 树h朦墨霉州o-v窨柱翅怂寸匦 1 弋 f l 到 厂 蜓 着 ：il l ii 工 幢 f ii l 五 = l ；i i ii0 i i t il tt ： 工工 ii i f f 凼 凶 ii 嫠 吲 凶 些 l 圈粤 = = l 差l 1 困 凼 盏 廨 苍 譬 磊品 期 群 虫袋 廨磷 i 毒i 瘩 醚基 耆套 i i l 了t _ lfb i f_ 工工 fifl ：ii ， 十一+ v il ii ； il tt il工工 li ii il 4 _ 4鍪粤 li i 面最 噻 】 f iit 立 il 工工 。 订 ；4j _ l 出以丑 ll|9 。 。 e - 二 ：i 坠事i i ”。 ll 口 拳 * ! 船 i 盏磊 l p 墼轮 甲 粤 冀 ；= ： 辖求联较蚕器球隧耀颦斓螯篮粕n工簧蜉仨鬈nu单，赠警区避鉴装叫埘毕褂圜躲 5 4 第四章长江上游三峡库区低温、低c n 城市污水t n 去除改进措施及其预期效果分析 好氧区曝气器采用盘式橡胶膜微孔曝气器，每个直径为1 2 5 m m ，曝气量为 2 5 m 3 个h 。每座生物处理池的好氧区共需曝气器1 3 2 4 0 个。k k l 2 1 5 盘式橡胶膜 微孔曝气器2 6 4 8 0 个( 两座) 。 盘式橡胶膜微孔曝气器安装大样见图4 9 图4 9 盘式橡胶膜微孑l 曝气器安装大样图 f i 9 4 9 l a r g es a m p l ei n s t a l l a t i o ni m a g eo fd i s cr u b b e rm e m b r a n em i c r o p o r ea e r a t o r 曝气器按渐减方式布置，沿水流方向分成二段，分别为6 0 、4 0 。 4 2 3投加原污水 针对进水中b o d 5 、t n 同步关系有时不强，造成部分时段碳氮比偏低的特点。 采取投加原污水的改进措施，提高系统内的c n 。由初沉池的来水部分( 1 0 0 旷2 0 ) 进入生物选择区，其余的水量直接进入厌氧区，两个区的进水比例可以通过闸门 调节。停留时间为2 0 3 0 分钟，微生物利用1 0 2 0 进水中的有机物作碳源进 行反硝化，去除回流污泥带入的硝酸盐，消除硝态氮对厌氧池放磷的不利影响， 保证了除磷效果。如图4 5 中c 框所示。 除此以外，好氧池至缺氧池的混合液回流比取1 0 0 3 0 0 ，在每座好氧池 与缺氧池之间安装6 台潜水轴流泵( 内回流泵) ，单台泵的回流比为1 0 0 ，流量 3 2 0 0 m 3 h ，扬程h = 0 8 m ，配电功率n = 15 k w 。 该工艺简易运行，在厌氧池中分出一格作回流污泥反硝化池即可。工艺流程 见图4 1 0 。 第四章长江上游三峡库区低温、低c n 城市污水t n 去除改进措施及其预期效果分析 5 5 进水 污泥回流 图4 1 0a a 2 0 工艺流程 f i 9 4 10 a a 2 op l a n tp r o c e s s 4 3 城市污水t n 去除改进措施预期效果分析 出水 污水处理厂生物处理工艺经过上述措施的改进后，出水水质中t n 以及 n h 3 - n 浓度的预期月平均值变化，分别见图4 1 1 和图4 1 2 。 1 8 1 7 3 1 6 b 0 s1 5 越 蛏1 4 1 3 1 2 1234567891 0 月份 图4 1 1t n 浓度的月平均值变化 f i 9 4 11 t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o nc h a n g e so fe a e hm o n t hf o rt n 5 6 第四章长江上游三峡库区低温、低c n 城市污水t n 去除改进措施及其预期效果分析 1234567891 01 l1 2 月份 图4 1 2n i l s - n 浓度的月平均值变化 f i 9 4 1 2 t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o nc h a n g e so f e a c hm o n t hf o r n h r n 从图4 1 1 中可知，t n 浓度在上半年呈现持续走低的态势，并低于1 5 m g l 。 从图4 1 2 中可知n h 3 - n 浓度持续下降，并一直保持在5 ( 8 ) m g l 的标准以下，十 分理想。两者表明该污水处理厂所采取的改进措施效果明显。进入1 0 月之后，随 着气温的下降，t n 浓度又有所回升，但升幅很小。可见，低温对系统的全局脱 氮仍存在一定的影响，但影响程度控制在了很小的范围内。 该污水处理厂其他出水水质如下： p h 6 - - 9 c o d 一 5 0 m g l b o d 51 0 m g l s s 1 0 m g l t p ( 以p 计)o 5 m g l 大肠茵群数1 0 0 0 个l 污水处理厂进、出水水质汇总及处理程度见表4 1 。 7 6 5 4 3 2 l o ri音v埘日坛怫 第四章长江上游三峡库区低温、低c n 城市污水t n 去除改进措施及其预期效果分析 5 7 表4 1 污水处理厂进出水水质汇总 t a b l e 4 1w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n ti n f l u e n ta n de f f l u e n tq u a l i t ys u m m a r y 注：括号内为水温低于1 2 时控制指标。 由上表可知该污水处理厂经过改造后的出水水质总体达到了预期目标，工艺 流程和各项设计参数较合理，处理效果好。其二级处理工艺出水t n 偶然超标主 要与进水水质波动较大，c n 有时偏低以及低温天气有关。 水质分析数据同时显示：随着时间的推移，管理人员的调度管理水平不断提 高，出水水质达标情况越来越好，并逐渐趋于稳定，表明其二期工程采用的污水 处理工艺是合理、有效的。 三期工艺流程图见图4 1 3 。 a 管 线 外 填 图4 1 3 污水处理厂三期工艺流程 f i 9 4 13 w a s t c w a t e rt r e a t m e n tp l a n tp h a s e1 i ip l a n tp r o c e s s 5 8 第四章长江上游三峡库区低温、低c n 城市污水t n 去除改进措施及其预期效果分析 该污水处理厂三期工程的改进措施能够取得显著的处理效果，但在低温情况 下，仍然存在一些欠理想的水质指标的情况。故该污水处理厂下一阶段的工作应 围绕低温天气情况下如何进一步提高系统t n 去除率：对于活性污泥法处理高含 氮量城市污水时可以通过驯化培养筛选出具有良好硝酸盐、亚硝酸盐降解性能的 耐低温微生物。 4 4 本章小结 该污水处理系统是长江上游三峡库区各因素较全面先进的污水处理系统之 一，其污水中t n 去除的研究对于该市主城区乃至整个长江上游三峡库区的水环 境安全具有重要的指导意义。 结合低温低c n 城市污水常用的改进措施，三期工程进行了一定的改造：使 部分好氧区停止曝气，增加厌氧区的容积来延长缺氧时间、在厌氧区增设搅拌器 改善吸附性能、在厌氧区投加原污水等一系列措施。 并对该污水处理厂的水质检测结果进行了分析，表明该工艺效果良好。系统 总体出水水质满足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 ) 一级a 标准。n h 3 n 全年基本保持在5 ( 8 ) m g l 的标准以下，表明在低温、低c n 情况 下，部分好氧区停止曝气，增加厌氧区的容积、在厌氧区增设搅拌器等改造措施 是有效的，切实可行的。但在部分时间段里仍存在t n 去除效果欠理想的情况， 这是由于局部的低温天气对全局的系统脱氮效率产生了较大的影响，但影响程度 控制在了很小范围内。该污水处理厂下一阶段工作可针对低温天气下，进一步提 高污水t n 去除率进行分析和研究，使整个系统脱氮率上升到一个新的高度。 第五章结论与建议 5 9 第五章结论与建议 5 1结论 传统的生物脱氮遇到了很大的困难。高效脱氮技术虽有节约投加碳源的费用， 简化工艺流程、减少曝气量、减少占地面积，基建投资少等优势，但还存在很多 问题亟待解决，工程应用的意义不大。如何既能克服传统生物脱氮工艺的缺点和 困难，又能规避新的生物脱氮技术的不成熟性，具有重要的现实意义。 目前，国内针对污水厂低碳高氮，t n 去除率不高的问题，主要有两种改进措 施：第一，投加甲醇等反硝化速率高的外加碳源；第二，提出多种适合低碳高浓 度含氮废水的生物脱氮新工艺：短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、好氧氨化、同步 硝化反硝化等。 本课题针对我国南方城市污水普遍存在的低c n 的现状，试图通过增设水下搅 拌器和投加原污水同时解决低温以及碳源不足的问题。 本课题的创新点是在无需外加碳源的情况下解决了污水厂低碳高氮的问题， 既节省运行成本，又规避了使用新工艺所带来的缺陷。难点在于不增加运行成本 的条件下既能让硝化反硝化过程有足够的时间充分进行，反应速率又不至降低。 长江上游三峡库区水源水质及污水处理特点 1 ) 面源污染是库区的主要污染源。流动污染源加剧了水源水质的下降。 2 ) 目前库区的污水处理厂实际运行率低，存在“有厂无水、厂大水小”的现 象，除了运行经费不足等原因外，配套的污水处理收集管网系统滞后是一个重要 因素。 3 ) 现有管网多为合流制，病害较多。新的管网建设正在有条不紊地进行，以 雨污分流制为主。 4 ) 长江上游三峡库区城镇污水处理厂现有工艺以改良氧化沟为主，少部分污 水处理厂采用传统的活性污泥法工艺。还有污水处理厂采用污水收集率低的s b r 生物处理工艺。处理效果较好的是a a 2 o 生物处理工艺。 5 ) 重庆主城排水工程实施后，长江、嘉陵江水质有所好转，但仍存在多项指 标超标。 结合实际污水处理厂的运行状况，长江上游三峡库区城市污水处理普遍存 在以下几方面的特点： 1 ) 排水体制不完善，存在较大的缺陷。污水管网没有跟上城市建设的步伐， 难以有效提高污水的收集率。同时，地表径流也带来了大量的污染物，污水处理 第五章结论与建议 厂进水水质冲击负荷大。 2 ) 工业企业违法排污现象较多，造成污水处理厂进水水质浓度严重偏高。对 污水处理厂的运行，以及污染指标的去除造成了一定的障碍，如t n 、t p 等。 长江上游三峡库区t n 去除研究，对于保护三峡库区水环境，保持重庆市 经济的可持续发展、库区工农业、库区生态环境重建和修复都是十分必要的。 改进对策 1 ) 甲醇作为外加碳源时，在一定程度上抑制细菌自身的生长，而促进反硝化 作用的进行，其除氮处理效果较好。但同时，甲醇有毒性，给大量运输和投加带 来一定的困难，而且价格也相对高，容易造成运行成本的提高。 2 ) 豆腐废水虽富含有碳水化合物、还原糖等含碳物质，但其也含有粗蛋白、 游离氨基酸、游离氨基氮、总氨基酸等含氮物质，在增加碳含量的同时也造成了 氮含量的上升。同时还可能引发污泥膨胀的运行问题。不能有效达到降低c n 的 预期目的。豆腐厂和污水处理厂之间的空间距离，在技术方面给运输，投加造成 了一定得困难。 3 ) 纤维素等固体碳源虽然在自然界大量存在，成本低廉，但是由于其结构形 态、分子构成等原因，目前还不适宜大规模实际应用。 4 ) 投加原污水的措施既不会增加运行成本，在实际应用上相比投加豆腐废水 也便于改造。 长江上游三峡库区污水t n 去除整体情况良好。由于部分处理工艺选择不当、 进水水量水质难于达到设计要求，个别处理厂运行效果不佳、污水收集管网建设 滞后以及一些地方存在政企不分的现象等，使得在低温、低c n 的情况下，出水 水质存在t n 偶尔超标的现象。 投加原污水克服了常用三种t n 去除措施的缺点，具有较好的可操作性，是 污水处理厂t n 去除改进措施的最佳选择。 根据改进对策提出了相应有效的改进措施 1 ) 针对三峡库区低温天气的特点，增加缺氧区的容积、增设搅拌器的改进 措施，创造了良好的反硝化条件。同时，在a a 2 o 生物池选择区、厌氧区和缺 氧区增设的水下推进器的连续运转，使污泥处于悬浮状态，促进了反硝化作用。 提高了系统脱氮率，此种改进措施是切实可行的。 2 ) 针对三峡库区城市污水有时低c n 的特点，投加原污水利用废水中的可 生物降解的有机物作为反硝化碳源进行反硝化作用，此种改进措施既可提高反硝 化速率，又能规避投加甲醇以及豆腐废水的弊端，适合低温、低c n 污水处理的 升级改造，提高了系统脱氮率。 长江上游三峡库区城市污水t n 去除改进措施达到了预期的目标。出水水 第五章结论与建议 6 l 质中t n 浓度大幅降低，达到了g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 一级a 标准，有效提高了污水出 水水质。对长江上游三峡库区水环境的改善起到了重要的作用。 5 2 建议 为保证污水处理厂建成后能够正常运转，达到预期的处理效果，建议有关 部门对工业废水的排放加强监控，严格执行国家颁布的污水综合排放标准 ( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 和污水排放城市下水道水质标准( c j l 8 8 6 ) ，凡含有毒有害 物质的工业废水必须在厂内进行必要的预处理，达标后方可排放。长江上游三峡 库区应建立较完善的污水收集、截污、输送管渠系统，管渠系统的建设率及建设 进程应组织相应部门来监督。 长江上游三峡库区城市污水t n 去除改进措施是有效的，给解决低温、低 c n 城市污水问题积累了宝贵的经验，值得在三峡库区其它城镇探讨研究。 对于活性污泥法处理高含氮量城市污水时可以通过驯化培养筛选出具有 良好硝酸盐、亚硝酸盐降解性能的耐低温微生物。 未来工程实施后可进行数据实测，以检验理论研究结论。 6 2 致谢 致谢 时光荏苒，岁月如梭，三年研究生生活即将过去。在此，首先向我的导师雷 晓玲副教授及高级工程师表示衷心的感谢，三年来，导师不仅在学业上给于精心 指导，而且在生活上给予我无微不至的关怀、帮助。这使我不仅学到了宽广、扎 实的专业知识，而且学到了作为科研人员应具有的素质，为今后的学习和工作打 下了坚实的基础。导师以其严谨求实的科研治学态度，激发我在研究中所遇到的 问题；以其广博的学术知识，指导我学习的方向、解答我在研究中所遇到的问题； 以其无私奉献的精神、豁达的人生观给予我深刻的启迪和奋进的动力。在论文的 写作过程中，导师与我进行了多次交流与讨论，无论是论文的选题还是其中的论 据提取以及论证阐述方法上，她都倾注了大量心血。论文得以顺利完成，与雷老 师的悉心教导密不可分。值此论文完成之际，首先向雷老师表示真诚的谢意和崇 高的敬意! 同时感谢中南市政设计院的陈文华高级工程师、刘贤斌高级工程师等，他们 在我研究生学习中给予了我精心的指导和帮助、关心和鼓励，在此一并表示感谢。 另外，在研究生日常生活和论文写作过程中得到同门朱宏、方小桃、程巍等 同学的关心和帮助，在此一并