（环境工程专业论文）多级内循环生物脱氮工艺试验研究.pdf

摘要 含有高浓度氨氮和高浓度c o d 的废水来源很多，比如高速公路服务区的公共厕所 排水、垃圾填埋场渗滤液、城镇污水厂或类似的工业废水站的污泥浓缩池上清液，等等。 生物脱氮工艺是处理高浓度氨氮废水的有效途径。为充分利用原水中有机碳作为反硝化 反应的电子供体，产生了不少先进的生物脱氮工艺，其中包括被广泛应用的a o ( 前置 反硝化) 工艺。不断探索新型高效且低能耗的生物脱氮工艺一直是废水生物脱氮的研究 热点，且具有重要意义。 本试验研究了多级内循环生物脱氮工艺。将外层包裹有土工布的塑料盲管放置于反 应池中，盲管内曝气并用作好氧区，盲管外不曝气并用作缺氧区，如此构成多级内循环 生物脱氮反应器。该工艺使得反应器中除具有处于悬浮态的污泥外，土工布内外两侧还 附着有生物膜( 内侧为好氧生物膜，外侧为缺氧生物膜) ，因此，它兼具了活性污泥和 生物膜的特点。通过盲管内外污水的浓度差、气提作用及泵的回流作用达到了盲管内外 ( 即好氧区和缺氧区) 污水的流通交换，实现了通过构成多级内循环工艺获得较高的总 氮去除率的目的。 本次试验根据进水氨氮容积负荷不同共分为四个阶段，以探讨工艺适宜的设计负 荷。第一阶段为：h r t = 4 8 h ，c ：n ：p = 1 0 0 0 ：2 0 0 ：1 0 第二阶段为：h i h q 8 h ，c ：n ：p = 1 0 0 0 ： 1 0 0 ：1 0 ；第三阶段为：h r t = 2 4 h ，c ：n ：p = 1 0 0 0 ：1 0 0 ：1 0 ；第四阶段为：h r t = 3 6 h ， c ：n ：p = 1 0 0 0 ：1 0 0 ：l o 。试验结果表明：第一、三阶段负荷偏高，处理效果不好；第二阶段 处理效果好，但负荷偏低；第四阶段负荷适中，处理效果较好，为推荐设计负荷。 在第二阶段，进水c o d 浓度范围为8 9 0 1 , - - - 1 0 9 4 7 m g l ，氨氮的变化范围为9 7 o 1 1 0 3 m g l ，试验结果显示c o d 和氨氮的平均去除率分别高于9 7 0 和9 9 5 ，t n 最高 去除率达9 2 1 ，平均去除率在8 8 4 。 在第三阶段，进水c o d 浓度范围为7 4 7 6 - - 9 8 8 0 m g l ，氨氮的变化范围为8 3 2 11 4 7 m g l ，试验结果显示c o d 的平均去除率为9 2 4 ；氨氮的去除率除个别点外均在 7 0 o 以上；t n 的去除率除个别点外均在7 0 0 以上。 在第四阶段，进水c o d 浓度范围为9 3 8 7 , - - - , 9 7 4 4 m g l ，氨氮的变化范围为9 2 4 1 0 3 9 m g l ，试验结果显示c o d 和氨氮的平均去除率分别为9 5 3 和9 7 4 ，t n 平均去 除率为8 4 8 。 本文针对容积负荷、h r t 和回流比对处理效果的影响做了初步探讨，研究得出试验 水质条件下最佳h r t 为3 6 h ，最佳回流比为o 7 5 。 此外，通过对试验工艺的氨氮、c o d 和硝态氮的物料衡算，得出了t n 去除率的理 论计算式趟赇板龊黔告吼”( 卜南j 1 0 拍赇糯龊 等等帅2 ( 卜嵩+ 南 1 0 0 并从理论上证咻工艺 比传统的a o 工艺具有较高的总氮去除率。 关键词：多级内循环，脱氮，硝化反硝化，缺氧好氧生物膜 a b s t r a c t w a s t e w a t e r 而t l ll l i 曲l e v e l so fc o da n da m m o n i ac o u l db ep r o d u c e db ym a n yw a y s ， s u c ha st h ed r a i n a g ef r o mp u b l i ct o i l e t so fe x p r e s s w a ys e r v i c ea r e a ，l a n d f i l ll e a c h a t ea n dt h e r e j e c tw a t e rf r o mt h es l u d g ec o n c e n t r a t i o nt a n ko fu r b a nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n to r i n d u s t r i a lw a s t e w a t e rs t a t i o n ，e t e i th a sb e e na ne f f e c t i v ew a yt ou s eb i o l o g i c a ln i t r o g e n r e m o v a lp r o c e s st ot r e a t ew a s t e w a t e r 、i t hl l i g hc o n c e n t r a t i o no fa m m o n i a i no r d e rt om a k e f u l lu s eo fo r g a n i cc a r b o ni nr a ww a t e ra st h ee l e c t r o nd o n o rf o rd e n i t r i f i c a t i o n ，an u m b e ro f a d v a n c e db i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a lp r o c e s s e sh a v eb e e nd e v e l o p e d ，i n c l u d i n gt h ew i d e l y u s e da o ( p r e - d e n i t r i f i c a t i o n ) p r o c e s s i ti sar e s e a r c hf o c u so nb i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a l a n dh a sg r e a ts i g n i f i c a n c et oc o n t i n u et oe x p l o r en e wb i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a lp r o c e s s 诵t h1 1 i g he f f i c i e n c ya n d l o we n e r g yw a s t e t h em u l t i s t a g ei n n e r - l o o pb i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a lp r o c e s sw a si n v e s t i g a t e d t h e o u t e rl a y e ro fp l a s t i cc a e c u m 、i mg e o t e x t i l ew a sp l a c e di nt h er e a c t i o np 0 0 1 t h ei n n e ro f p l a s t i cc a e c u mw i t ha e r a t i o nw a su s e da sa e r o b i cz o n e ，a n dt h eo u t e rw i t h o u ta e r a t i o nw a s u s e da sa n o x i cz o n e ，c o n s i s t i n gt h em u l t i - s t a g ei n n e r - l o o pb i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a lr e a c t o r b e s i d e ss u s p e n d e ds l u d g ei nt h ep r o c e s s ，t h e r ew e r eb i o f i l ma d h e r i n gt ot h ei n n e ra n do u t s i d e o fg e o t e x t i l e ( t h ei n n e rb i o f i l mw a sa e r o b i c ，t h eo u t s i d ew a sa n o x i c ) t h e r e f o r e ，i th a db o t h a c t i v es l u d g ea n db i o f i l mf e a t u r e s f o rt h ec o n c e n t r a t i o nd i f f e r e n c e ，t h ea c t i o no fa i rl i f ta n d t h er e f l u xo f p u m p ，w a s t e w a t e rc o u l de x c h a n g eb e t w e e ni n n e ra n do u t s i d e ( i e a e r o b i ca r e a a n da n o x i ca r e a ) o fc a e c u m ，a n dh i g ht nr e m o v a le f f i c i e n c yc o u l dr e a l i z ei nt h em u l t i s t a g e i n n e r - l o o pp r o c e s s a c c o r d i n gt ot h ev o l u m e t r i ca m m o n i al o a d i n gr a t eo fi n f l u e n t , t h ee x p e r i m e n tw a s d i v i d e di n t of o u rp h a s e s ，u s e df o re x p l o r i n ga a p p r o p r i a t ed e s i g nl o a d p h a s el ：h r t = 4 8 h ， c ：n ：p = 10 0 0 ：2 0 0 ：10 ；p h a s e2 ：h r t = 4 8 h ，c ：n ：p = 10 0 0 ：10 0 ：10 ；p h a s e3 ：h r t - - 2 4 h ，c ：n ：p = 1 0 0 0 ：1 0 0 ：1 0 ；p h a s e4 ：h r t = 3 6 h ，c ：n ：p = 1 0 0 0 ：1 0 0 ：1 0 t h er e s u l ti n d i c a t e d ：t h ev o l u m e t r i c l o a d i n go fp h a s e1a n dp h a s e3w a st oh i 曲a n dt h ee f f e c tw a sb a d ；t r e a t m e n te f f e c to fp h a s e2 w a se x c e l l e n t , b u tt h ev o l u m e t r i cl o a d i n gw a st o ol o w ；p h a s e4w i t hm e d i u mv o l u m e t r i c l o a d i n ga n dg o o dt r e a t m e n tw a sr e c o m m e n d e d i np h a s e2 ，t h ec o n c e n t r a t i o no fc o da n da m m o n i ai ni n f l u e n tw e r e8 9 0 1 - - 10 9 4 7 m g l a n d9 7 0 1 10 3 m g lr e s p e c t i v e l y t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea v e r a g er e m o v a l e f f i c i e n c yo fc o da n da m m o n i an i t r o g e nw e r eh i g h e rt h a n9 7 o a n d9 9 5 r e s p e c t i v e l y w h i l et h em a ) ( i m u mr e m o v a lr a t eo ft nw a s9 2 1 a n dt h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yo ft n w a s8 8 4 i np h a s e3 ，t h ec o n c e n t r a t i o no fc o da n da m m o n i ai ni n f l u e n tw e r e7 4 7 6 - - 9 8 8 0 m e g l a n d8 3 2 , - 一11 4 7 m g lr e s p e c t i v e l y t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea v e r a g er e m o v a l e f f i c i e n c yo fc o dw a s9 2 4 w h i l et h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yo fa m m o n i aa n dt nw e r e h i g h e rt h a n7 0 e x c e p tf o raf e wd a t a i np h a s e4 ，t h ec o n c e n t r a t i o no fc o da n da m m o n i ai ni n f l u e n tw e r e9 3 8 7 , - 一9 7 4 4 m g l a n d9 2 4 - - - 10 3 9 m g lr e s p e c t i v e l y t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea v e r a g er e m o v a l e f f i c i e n c yo fc o da n da m m o n i an i t r o g e nw e r e9 5 3 a n d9 7 4 r e s p e c t i v e l yw h i l et h e a v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yo ft nw a s8 4 8 t h o s ei m p a c t so fv o l u m e t r i cl o a d i n gr a t e 、h r ta n dr e f l u xr a t i oo nt h et r e a t m e n te f f e c t w e r ed i s c u s s e dt e n t a t i v e l y t h es t u d ys h o w e dt h a t ，u n d e re x p e r i m e n t a lw a t e r q u a l i t y c o n d i t i o n s ，t h eo p t i m a lh r tw a s3 6 ha n dt h eo p t i m a lr e f l u xr a t i ow a so 7 5 i na d d i t i o n ，b a s e do nt h em a s sb a l a n c eo fa m m o n i a 、c o da n dn i t r a t e - n i t r o g e n ，t h e t h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o nf o r m u l ao ft nr e m o v a lr a t ew a so b t a i n e d ：i ft h er a ww a t e rq u a l i t yt o m e e t m 等“= ( 一 ”= il 一 1 + 尺 ” i ( 1 + 尺) 4 等1r 聊等1r 川= 【t 一 + ” i - 1 0 0 ；i f t 1 1 cm ww a t e r q 砌i 够t 0 m e e t 4 r + 1 ，打 0 + 尺) 4) 1 0 。鼬；a e s 趣一m e a m a t t h et nr e m o v a lr a t ei nt h i sp r o c e s sw a sh i g h e rt h a nt h ec o n v e n t i o n a la 0p r o c e s si nt h e o r y k e y w o r d ：m u l t i - s t a g ei n n e r - l o o p ，n i t r o g e nr e m o v a l ，n i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n ， a n o x i c o x i cb i o f i l mp r o c e s s 长安大学硕士学位论文 1 1 水资源现状 第一章绪论 1 1 1 世界水资源现状 水是构成生命体的基本单位，是生命发生、发育和繁衍的基本条件【l 】。但是，全球 水资源严重匮乏。地球上的水资源总量约为1 3 8 亿立方公里，其中海水为1 3 4 5 亿立方 公里，占9 7 5 ；淡水只占2 5 ，且淡水中绝大部分为极地冰雪冰川和地下水，仅0 0 1 适宜人类享用1 2 1 。此外，全世界人口的增加也将加剧水资源短缺。联合国世界水资源 综合评估报告预测，全世界人口将在2 0 2 5 年增加到8 3 亿，生活在水源紧张和经常缺 水国家的人1 2 1 将增加到3 0 亿【3 】。联合国报告指出，到本世纪中叶，全球6 0 多个国家的 7 0 亿人口将陷入水资源供应严重匮乏的困境。其中4 8 个国家的2 0 亿人口还面临人口持 续增长 4 1 。 水污染现象严重。全世界每天约有2 0 0 吨垃圾倒进河流、湖泊和小溪，每升废水会 污染8 升淡水；美国4 0 的水资源流域被加工食品废料、金属、肥料和杀虫剂污染；欧 洲5 5 条河流中仅有5 条水质差强人意【2 1 。亚洲境内的河流受到污染的程度在全球最严重， 其中对人体有害的细菌含量超过全球平均标准的3 倍。由于受到工业废水的污染，其水 源中铅含量超出正常标准2 0 倍【4 】。 1 1 2 我国水资源现状 目前，我国的水资源现状面临人均水资源匮乏、需水量逐年递增、水资源开发与利 用不合理、时空分布不均匀、污染严重等问题。我国的淡水资源总量为2 8 0 0 0 亿m 3 ， 占全球水资源的6 ，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位。我国多年的年降 水总量约6 1 9 亿m 3 ，平均年降水水量为6 4 8 m m ，低于全球的年降水水量，居世界第六 位，但我国人均水资源占有量约为2 2 0 0 m 3 ，是世界水平的1 4 ，居世界第1 1 9 位。被列 为世界上最缺水的1 3 个国家之一。此外，中国水资源南北分配的差异非常明显。长江 流域及其以南地区人口占了中国的5 4 ，但是水资源却占了8 1 ；其以北地区，人口占 4 6 ，水资源却占全国的1 9 。从而更加剧了我国水资源短缺的形势5 ，6 。 随着经济的不断发展，水污染的状况不容乐观，根据2 0 0 9 年中国环境状况公告 【引，全国地表水污染依然较重。长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河七大水 系总体为轻度污染。2 0 3 条河流4 0 8 个地表水国控监测断面中，i 类、v 类和 第一章绪论 劣v 类水质的断面比例分别为5 7 3 、2 4 3 和1 8 4 。主要污染指标为高锰酸盐指数、 b o d 5 和氨氮。2 6 个国家重点湖泊( 水库) 中，满足i i 类水质的1 个，占3 9 ；h i 类的 5 个，占1 9 2 ；i v 类的6 个，占2 3 1 ；v 类的5 个，占1 9 2 ；劣v 类的9 个，占 3 4 6 。主要污染指标为总氮和总磷。由次可见，我国水资源面临严重的短缺和污染问 题，其中氮素是重要的污染指标之一。 1 2 氮素的危害 水中氮素的来源是多方面的，主要为城市生活污水、工业废水( 如制革废水、炼焦 废水、食品加工废水、合成氨废水等) 和农业污水( 不包含农药) 三个方面。此外还包 含天然固氮( 雷电固定大气中的氮占天然固氮的1 5 ，通过降雨降解到水体) 、水体中 含有的固氮微生物( 固氮菌、蓝绿藻等) 及土壤中的固氮菌和豆科植物根瘤菌的生物固 氮。氮在水体中主要以有机氮和无机氮两种形态存在，如图1 1 所示。无论好氧或厌氧 环境下，有机氮均可矿化为氨氮；其中可溶性有机氮主要以尿素和蛋白质形式存在，可 通过氨化等作用转化为氨氮【9 1 。 氮源 有机氮一尿素、氨基酸、蛋白质、核酸、尿酸、脂肪胺等含氮有机物 无机氮 叫纂芸翟篡 i 硝酸盐态氮( n o ；一) 硝摅1 亚硝酸盐态氮cn o ；- n ) 一 主纛 图1 1 氮的形态 过多的氮及其化合物进入天然水体会给环境造成严重危害，导致水体恶化，因此， 水体氮素污染问题日益受到人们的关注【l o l 。氮污染的危害主要表现在以下方面： ( 1 ) 导致水体的富营养化现象 当水体中氮大于0 2 m g l 、磷大于0 0 2 m g l ，就会引起水体营养化，从而造成水生 植物和藻类过度生长，衍生出一系列不良后果。水生植物和藻类过度繁殖，覆盖水面， 影响景观。如“赤潮”。藻类密度太高，会阻塞贝类水孔和鱼鳃，使呼吸作用受阻。 藻类产生毒素( 如c y a u l a xc a t e n e l l a 产生石房蛤毒素一种剧烈的神经毒素) 使贝及 鱼类中毒。藻类产生气味物质，导致水体散发土腥味、鱼腥味、霉腐味等异常气味。 如果以富营养化水体为水源，水厂生产将因藻类堵塞滤池而受到影响；饮用水水质也 2 长安大学硕士学位论文 将因毒素和气味物质遭到破坏。水体中大量藻类死亡的同时会耗去水中所含的氧气， 从而引起水体中鱼虾等水产物的大量死亡，导致湖泊退化、淤泥化，甚至变浅、变成沼 泽地甚至消亡【9 ，1 1 1 。 ( 2 ) 通过硝化作用引起水体缺氧，降低观赏价值 氨氮的理论需氧量为4 6 m g m g ( 0 2 n h 4 + ) 。水体中氨态氮越多，通过硝化作用，消 耗的溶解氧也将越多，从而水体的黑臭现象也将越发严重。水质又黑又臭，且透明度差， 仅有0 2 m ，从而影响江河湖泊的旅游和观赏价值。 在2 0 ( 2 时，水中的饱和溶解氧浓度约为9 m g l ，许多鱼类生活所需的溶解氧浓度都 在5 m g l 以上，可见，水中溶解氧的饱和度应大于5 6 。氨氮消耗溶解氧，对水生生态 系统造成严重影响【9 1 1 1 。 ( 3 ) 增加污水的处理困难及处理成本 氮素严重污染的水体，水的净化处理将会困难重重，进而严重影响饮用水水质。 由于水体的富营养化，大量藻类和水生微生物的滋生繁殖使滤池堵塞，破坏其正常运行， 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阻塞。藻类分 泌出的有机物会妨碍絮凝作用，导致出水浑浊，并影响加氯消毒过程。藻类分泌出的l j 有机物经分解生成难以降解的腐殖质，即为“三卤甲烷前驱物”，如用氯消毒即生成具有 致癌、致畸和致突变作用的总三卤甲烷，使水质更加恶化，不宜饮用。水体底部沉积 物的厌氧发酵，会使水中f e 2 + 、m n 2 + 浓度因还原作用而增加，同时发酵产生的甲烷等气 体，也会干扰水的处理过程。以氯气处理法处理，每增加l g n h 4 + - n 则需8 - 1 0 9 氯 气量；以化学中和法或者沉淀法处理，同样会增加化学沉淀剂的投加量。此外，氨还会 与一些含铜及铜合金设备中的铜组分发生反应引起相关设备的腐蚀1 9 , 1 2 】。 ( 4 ) 氨对水生生物产生毒性 氨是水生植物和藻类的营养物质，同时也是鱼类和其他水生动物的毒性物质。在水 中，引起毒性作用的主要是分子态的n h 3 - n 。p h 和温度影响n h 3 的分配 n h 3 ( n h 3 + n h 4 + ) ，p h 或者温度升高，均能明显增强氨氮的毒性。当水体中n h 3 一n 含量 大于1m g l 时，将导致生物血液结合氧的能力降低；当n h 3 - n 含量超过3m g l 时，在 2 4 - - 9 6 h 内金鱼及鳊鱼等大部分鱼类及水生物就会死亡【9 川1 2 1 。 ( 5 ) 硝酸盐危害人类的健康 世界组织规定，饮用水中n 0 3 - - n 的含量不能超过1 0 m g l 。当人体，尤其是出生4 6 个月的婴儿饮用了n 0 3 - n 大于5 0 m g l 的水，会在胃和唾液中还原成亚硝酸盐，并与 3 第一章绪论 体内正常的血红蛋白( 具有输氧能力) 发生氧化反应，生成高铁血红蛋白( 没有输氧能 力) ，从而出现缺氧的症状。当人体血液中的高铁血红蛋白含量超过7 0 时则会发生窒 息现象。 硝酸盐还原产生亚硝酸盐，亚硝酸盐如果长期作用于人体，将与胺或酰胺发生反应 生成亚硝胺或亚硝酰胺，产生致癌作用。此外，亚硝酸盐煮沸后危害更大。自来水中含 亚硝酸盐0 0 6m g l ，煮沸5 分钟后增加到0 1 2m g l 9 m1 2 1 。 1 3 氮素污染的控制 氮素给环境造成的种种危害日益突出，因此，氮素污染的控制也日益得到社会各界 的重视。当前国内外对氮素的处理方法主要分为两类物化法( 见表1 1 ) 和生物法。 但物化法一般只能去除废水中特定形态的氮，且普遍存在运行成本偏高、易对环境造成 二次污染等问题，因此，其推广应用受到一定的限制。对比之下，生物脱氮方法具有工 艺简单、成本低、无二次污染且较易推广等优点，越来越受到人们的青睐。 4 长安大学硕士学位论文 表1 1 废水物化脱氮技术对 七1 9 , 1 1 , 1 2 1 序名 基本原理影响条件工艺流程示意图 备注 号称 利用废水中所含氨氮该法的主要问题是：水温降低时， 水中氨的溶解度会增加，从而减少氨 吹脱的推动力。当环境温度低于0 时，氨吹脱塔无法运行；如果以石 灰调节p h ，则易在吹脱塔内形成水垢： 的实际浓度和平衡浓n h 3 + h 2 0 铮n h ：+ o h 一 甲 _ 不能处理硝态氮；容易产生p h 值 空 度之间存在的差异，在 这一平衡受p h 值的影响，当p h 气 碱性条件下用空气吹 值升高，平衡向左移动，游离氨 1 吹 脱，使废水中的氨氮不 所占的比例增大，当p h 值升高 脱 断地由液相转移到气 到1 l 左右时，水中的氨氮9 0 法际 相中，从而达到从废水 以n i l 3 的形式存在。 哔竺唑一二溯 二次污染及增加排水中的溶解性固体 中去除氨氮的目的。 含量。 n h ：+ 1 5 h o c l 专0 5 n 2 c l n 5 0 7 ，主要生成n h 2 c l ，水中化 折 + 1 5 h 2 0 + 2 5 h + 合余氯浓度增强； 将氯气或次氯酸钠投 点 + 1 5 c l 5 0 7 6 n o + 6 c 0 2 + 4 h 2 0 ( 1 4 ) 6 n o ；+ 3 c h 3 0 h j 型骂3 n 2 + 3 c 0 2 + 3 h 2 0 + 6 0 h 一 ( 1 5 ) 总反应式为： 6 n o ；+ 5 c 3 0 h 屿5 c 0 2 + 3 n 2 + 7 h 2 0 + 6 0 1 t 一( 1 6 ) 反硝化反应的影响因素： 溶解氧：在有氧存在时，反硝化菌以氧气为电子受体进行好氧呼吸；在无氧而有 硝态氮和亚硝态氮存在时，则以硝态氮和亚硝态氮作为电子受体，以有机碳为电子供体 和营养源进行反硝化反应。考虑到d o 对反硝化的抑制作用，悬浮污泥法脱氮反应器内 d o 应控制在0 5 m g l 以下【1 6 1 。 碳源：当需处理的污水中b o d 5 t k n 3 - - - 5 时，则可认为碳源充足。能为反硝化 菌所利用的碳源是多种多样的，但从废水生物脱氮的角度来看可分成三类：a 、外加碳 源；b 、废水本身的含碳有机物：c 、内碳源【1 7 1 。 p h ：适宜的p h 值为6 5 7 5 。当p h 8 或p h 1 0 时才会明显；故以上几种脱氮 技术难以应用于工程实践【1 9 2 0 。因此，同步硝化反硝化、短程硝化反硝化和厌氧氨氧 化成为目前研究的重点。 1 0 长安人学硕上学位论文 1 5 1 同步硝化反硝化( s n d ) 近些年来，国内外的大量试验研究表明：硝化反应和反硝化反应可在同一反应池中 同时发生，尤其是好氧条件下反硝化，从而证明了存在同步硝化反硝化现象，且同步硝 化反硝化现象确实存在于各种不同的生物处理系统2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 1 。 同步硝化反硝化( s i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n ，s n d ) 是指缺氧和好氧 反应在空间上没有明显的分区，时间上没有明显的交替，而且在空间和时间上硝化和反 硝化反应同步进行的生物脱氮过程口5 1 。 1 5 1 1 同步硝化反硝化( s n d ) 现象的研究 近些年来研究证明，同步硝化反硝化现象存在于大量不同的生物处理系统中，并得 到了广泛的应用。详细情况见表1 3 。 表1 3s n d 的应用现状 方向作者时间研究内容研究成果 吴念鹏1 2 6 j 2 0 0 8 a 2 o m b r i 艺 刘军1 2 7 i 2 0 0 3s b r 工艺 司琼磊【2 8 1 2 0 0 9复合式s b i 江艺 陈滨【2 9 】 2 0 1 0 c a s t 工艺 研究表明：a 2 d m b r 、s b r 、复合式s b r 、 张楠【3 0 】2 0 0 7m b i 江艺 c a s t 、m b r 工艺、b e r 、曝气生物滤池、 s n d 的 刘晓【3 1 l 2 0 0 9b e r 工艺 生物流化床、氧化沟、生物转盘、间歇式曝 研究 刘硕1 3 2 】 2 0 1 0 曝气生物滤池 气反应器等工艺均存在同步硝化反硝化 鲍利【3 3 1 2 0 0 8 生物流化床 ( s n d ) ，且均具有良好的脱氮效果。 赵素君【3 5 12 0 0 8 氧化沟 g u p t a 【3 5 】 1 9 9 4 生物转盘 间歇式曝气反应 y 0 0 1 3 6 11 9 9 9 器 1 5 1 2 同步硝化反硝化( s n d ) 的影响因素 只有掌握了s n d 的影响因素，才能更好的运用s n d 现象，从而得到高的氨氮和总氮 去除率。一般情况影响s n d 的因素有：溶解氧( d o ) 、碳源、絮体结构等。详细情况见 表1 4 。 第一章绪论 表1 4s n i 的影响因素 方向 作者时间研究内容研究成果 研究结果表明：在溶解氧( d o ) 浓度为1 0 3 0 m g l d o 对同步硝化反 范围内，随着反应器内d o 的降低，好氧反硝化现 徐伟掣3 7 】 2 0 0 3 硝化影响及动力 象就越明显，t n 去除率也随之提高。保持较好脱 学 氮率的最佳d o 为2 m g l 左右。 d o 浓度对o g o研究结果表明：在o g o 系统中，当好氧区溶解氧 范寅【2 5 j2 0 1 0 系统同步硝化反 ( d o ) 浓度为2 0 m g l 左右时，系统对t n 的去除 硝化脱氮的影响效果达到最好，且平均去除率达至s 1 7 4 8 。 研究结果表明：在c o d ：2 0 0m g l 左右、水温：1 5 - - d o 和h r t 对连续2 7 c 、职t - 1 4h s 壬l l p h ：6 2 4 - - - 6 9 8 的相对稳定条件 张永祥【3 8 】2 0 1 0流m b b r 亚硝酸 下，控制d o ：2 9 5 0 m g l 范围内，m b b r 反应器 型s n d 影响 内均能实现亚硝酸型s n d 。当d o 为( 4 5 ：t - 0 3 ) m g l 时，t n 去除率最好，达至1 6 2 8 9 。 s n d 的 多孔生物粒子流 研究结果表明：在d o 浓度为1 0 - 3 0 m g l 范围内， 影响因化床中d o 和c o d 随着反应器内d o 浓度的降低，t n 去除率提高。当 陈雷【3 9 】2 0 0 7 素d o 对同步硝化反硝 进水c o d 浓度为8 0 0 m g l 左右时，得到最好的脱氮 化的影响效率时d o 浓度为2 0m g l 左右。 研究结果表明：当d o - - 4 2 9 6m g l 时，硝化反应中 溶解氧和污泥粒减少的氨氮量与生成的硝态氮量相等，即基本不发 王川【4 0 1 2 0 1 0 径分布对城市污 生s n d 现象；当d o = 0 5m g l 时，硝态氮生成量 水s n d 影响与减少的氨氮量之比为0 4 5 4 ，可见硝化速率与反 硝化速率基本相当，即发生了s n d 现象。 研究结果表明：针对不同的处理构筑物，发生s n d 复合s b r 系统中 所需d o 的范围也存在差异，需要在实践中确定。 同步硝化反硝化在复合s b r 系统中，由于生物膜的传质阻力较大， 赵玲h 1 】 2 0 0 2 现象及其脱氮效 故当d o 控制在3 - s m g l 时，脱氮效果最佳，其 果 s n d 现象也最明显；而当d o 5 m g l 或d o 8 或p h 6 时，反硝化速率将迅速下 降【1 3 】。 此阶段未对p h 值进行调节，进水的p h 值为7 1 0 7 6 5 之间，平均值为7 4 7 。以 测量日四个好氧池的p h 值取平均值作为当日好氧池的p h 值；以测量日测量的3 处缺 氧池的p h 值取平均值作为当日缺氧池的p h 值，作图3 3 。由图可见，好氧池中p h 为 6 3 3 7 7 5 ，平均值为6 7 ；缺氧池中p h 值为6 5 1 7 6 2 ，平均值为6 。7 5 。对比硝化反 应和反硝化反应的最适p h 值范围，可见，好氧池p h 值偏低，硝化反应受到影响。 图3 3 中标五角星处( 即3 月1 1 日) ，好氧池和缺氧池中p h 值均突然上升，分析 其原因如下：( 1 ) 好氧池p h 值上升原因：首先，好氧状态下尿素、碳酸氢氨会迅速分 长安大学硕+ 学位论文 解，p h 值迅速上升( 见第四章分析) ；此外，由于3 月1 0 日晚系统出水口处堵住，导 致整个系统水位上升，盲管中部分硝化污泥溢出于缺氧池，导致硝化效果下降，又由于 硝化反应过程产生旷，所以，硝化效果下降，p h 值上升；综合上述两点原因，导致此 点处好氧池p h 值较前两天上升；( 2 ) 缺氧池p h 值上升原因：缺氧池本身发生反硝化 产生碱度，此外，溢入缺氧池的好氧池水中p h 值较高，两者共同作用，导致此点处缺 氧池的p h 值较前两天略有升高。 8 7 i 磐 z a 6 5 3 6 运行时间( 月日) 图3 3p l t 值随运行时间的变化 图3 3 中标太阳形图标处( 即3 月2 0 日) ，好氧池p h 值突然上升，分析原因如下： 由于3 月1 8 日下午给反应器加了气提虹吸装置，促进了交换速率，硝化细菌对环境的 变化特别敏感，需要一个过程来适应，故硝化效果降低，硝化反应过程产生的矿变少， 所以p h 值上升。 3 1 3 溶解氧( d o ) 溶解氧是影响废水生物处理效果的重要因素之一。在废水好氧生物处理中，溶解氧 不足，将会导致好氧微生物活性受到抑制，其新陈代谢能力降低，故处理系统中好氧段 的溶解氧量最好应保持在2 m g l 以上【1 3 】。在废水的厌氧、缺氧生物处理中，溶解氧过 高也会影响缺氧和厌氧微生物的正常活动。若缺氧池d o 较高，将使反硝化菌利用氧进 行呼吸，抑制反硝化菌体内硝酸盐