（环境工程专业论文）城市污水处理厂水质提高与污泥堆肥技术研究.pdf

摘要 随着经济发展和城市化进程的加快，城市用水供需矛盾日益加大。进一步开 发城市污水，实现污水资源化和中水回用并妥善处置剩余污泥，对于保障城市安 全供水和环境资源的可持续利用具有重大的战略意义。近年来，a 2 o ( a n o x i c a n a e r o b i c o x i c 工艺在城市污水处理中已得到了广泛应用，但作为二 级单元处理城市污水，a 2 o 工艺仍然面临着氮磷去除性能不稳定、碳源不足和 剩余污泥处置难等问题。 本文针对我国城市污水处理厂进水水质特征，模拟并开展了a 2 o 工艺处理 城市污水的中试研究，重点考察了调整工艺运行参数、外加碳源以及化学药剂辅 助除磷等措施对工艺氮磷去除性能的影响并进行了优化，随后又在此基础上后置 高效纤维滤池和紫外消毒对a 2 o 工艺出水做进一步深度处理，探讨其工艺参数， 系统的提出了一套水质再提高技术集成优化方案并用于指导实际工艺调试运行。 此外，围绕城市污水处理厂剩余污泥的处置问题，本文还着重开展了利用污泥制 备生物菌肥的技术研究，综合考察了污泥特性、原料构成、生物菌种配比以及功 能菌的投加对污泥堆肥的影响，在注重工程实际应用的同时，从理论上阐明了采 用活性污泥制备生物菌肥的可行性。主要工作如下： ( 1 ) 对a 2 o 工艺运行参数进行优化调整并考察了外加碳源和化学辅助药剂 对工艺氮磷去除性能的强化作用效果。 水力停留时间和内回流比对工艺氮磷去除性能的影响大于对有机物的去 除。延长水力停留时间和增加回流比在一定程度上有助于提高工艺的硝化效率和 氮磷去除效果。综合考察，确定水力停留时间1 0 h 、内回流比2 0 0 为实现工艺 最佳污染物去除效果的参数条件。此外，工艺在较短的水力停留时间( 6 h ) 和较 小的内回流比( 1 0 0 ) 下能够实现较高的c o d 去除效率，体现出较强的耐有机 负荷能力。 投加碳源甲醇能够改善工艺对氮磷的去除效果，但对工艺的c o d 去除性 能影响较小。研究结果表明，当甲醇投加量超过4 0m g l ，工艺对氮磷的去除效 率提高不明显，基本趋于稳定，实验确定甲醇投加最佳量范围为2 0 - 4 0m g ，l 。关 于厌氧区硝酸盐氮对聚磷菌除磷效果的影响研究表明，当厌氧区硝酸盐氮浓度大 于2m j 扎时，厌氧区聚磷菌的释磷特性就会受到明显的抑制。甲醇的投加对聚 磷菌的释磷性能的影响不明显。 三种化学药剂聚合氯化铝、聚合氯化铝铁和聚合硫酸铝均能起到强化工艺 除磷性能的作用，但聚合硫酸铝的效果最好。实验确定实现工艺出水满足一级a 排放标准的最佳聚合硫酸铝投加量为4 0m g l ，最佳投加点为二沉池前端。 ( 2 ) 研究了后置纤维滤池对a 2 o 工艺出水水质再提高的强化效果并探讨了 工艺参数。 纤维滤池在初始滤速分别为1 0m h 、2 0m h 、3 0m h 、4 0m h 的条件下， 对于不同进水浊度和初始滤速，纤维滤池在有效过滤期内的滤出水浊度均能稳定 在ln t u 以下，运行周期长并体现出良好的反洗效果。 通过优化，最终确定滤速2 0m h ，有效过滤周期2 2h 为最佳运行参数条 件，此时，工艺周期产水量为4 4 0i n 3 m ? ( 滤料) ，反冲洗耗水率为3 左右。 纤维滤池在最佳操作条件下对进水悬浮物中所携带的c o d 的去除率在 5 6 以上，但对溶解性的c o d 基本没有去除。 ( 3 ) 现场实际工艺的调试运行 根据中试实验结果对光大水务济南有限公司二厂工艺运行参数进行调整， 确定最佳参数条件范围为：水力停留时间1 0 1 2h 、内回流比1 5 0 2 0 0 、外回流 l l1 0 0 、污泥龄2 0d 。 a 2 o 工艺出水在投加化学除磷药剂并经过高效纤维滤池和紫外消毒处理 后，最终出水能够稳定达到一级a 排放标准。 受济南市南水北调工程和城市管网建设的影响，光大水务济南有限公司二 厂进水水质较改造前有了明显变化，目前碳源基本满足工艺需要，不需要额外增 加。 ( 4 ) 污泥制备生物菌肥技术研究 通过对光大水务( 济南) 有限公司污泥性质的分析，发现污泥中含有丰富 的有机质和植物营养成分，同时重金属含量很低，能够满足污泥农用要求。 污泥、稻壳、蘑菇渣的肥料组成在发酵时间、发酵温度、腐熟效果上均明 显优于污泥、稻壳、草炭、粉煤灰的肥料组成，说明将脱水污泥、稻壳和蘑菇渣 以5 7 2 5 ：1 6 2 0 ：2 4 5 0 的比例混合有较好的发酵效果，适宜制备生物菌肥。 在堆肥过程中添加o 2 一0 3 的复合菌有利于物料的高效发酵，并且添加 的有益菌可以为作物提供良好的微生态环境。 物料发酵后添加功能菌种枯草芽孢杆菌能够提高菌肥的肥效，增加作物的 抗病能力，最终产品能够达到生物有机肥( n y 8 8 4 - 2 0 0 4 ) 国家标准。 关键词：a 2 o 工艺，参数优化，高效纤维滤池，紫外消毒，生物菌肥 i i a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n dt h ea c c e l e r a t i o no fu r b a n i z a t i o n , t h e c o n t r a d i c t i o nb e t w e e ns u p p l ya n dd e m a n do fu r b a nw a t e ri sr i s i n g t or e , a l j z et h e l e n s eo fw a s t e w a t e ra n dr e c l a i m e dw a t e r , i ti sv e r yn e c e s s a r yt of u r t h e rd e v e l o pt h e u r b a ns e w a g ea n dp r o p e r d i s p o s es u r p l u ss l u d g e a n d i ti so fg r e a ts t r a t e g i c s i g n i f i c a n c ef o re n s u r i n gs a f e t yo fc i t yw a t e ra n ds u s t a i n a b l eu s eo fe n v i r o n m e n t a l r e s o u r c e s i nr e c e n ty e a r s ，a o ( a n o x i c a n a c r o b i c o x i c ) t e c h n o l o g yh a sb e e nw i d e l y u s e di nt h eu r b a ns e w a g et r e a t m e n t h o w e v e r , a sas e c o n d a r yu n i to fu r b a ns e w a g e t r e a t m e n t , | qp r o c e s ss t i l lf a c e dw i t hs o m ep r o b l e m sl i k er e m o v a lp e r f o r m a n c e i n s t a b i l i t yo fn i t r o g e n 烈) a n dp h o s p h o r u s ) ，c a r b o ns o u r c ed e f i c i e n c ya n dd i s p o s a l d i f f i c u l t yo f e x c e s ss l u d g e t h i ss t u d ys i m u l a t e da n dd e v e l o p e dp i l o tt e s to fa 2 1 0p r o c e s st ot r e a t m e n tu r b a n w a s t e w a t e ra c c o r d i n gt oc h i n a su r b a ns e w a g et r e a t m e n tp l a n t sf e e dw a t e rq 诚i t y c h a r a c t e r i s t i c s t h ei n f l u e n c eo nt h ep e r f o r m a n c eo fna n dpr e m o v a lp r o c e s sa n d m e a s u r e sw e r es t u d i e da n do p t i m i z e d ，l i k e o p e r a t i o np a r a m e t e r so fa d j u s t m e n t p r o c e s s ，d o s i n gc a r b o ns o u r c e sa n da u x i l i a r yc h e m i c a l s ，e t c f o l l o w i n gt ot h e s e t r e a t m e n t s ，t h ee f f l u e n to fa 2 ow e r ep o s tf u r t h e rp r o c e s s e db yh i g he f f i c i e n c yf i b r o u s f i l t e rc h a m b e ra n du vd i s i n f e c t i o nm e a s u r e ，a n dt h ep r o c e s sp a r a m e t e r so ft h e s e t r e a t m e n t sw e r ed i s c u s s e d as c h e m eo fi n t e g r a t i o na n do p t i m i z a t i o no ff u r t h e r i m p r o v e m e n tt e c h n o l o g yo fm u n i c i p a ls e w a g et r e a t m e n tp l a n tw a t e rq u a l i t yw a s p r o p o s e da n da p p l i e dt og u i d ep r a c t i c a lt e s ta n do p e r a t i o np r o c e s s i na d d i t i o n , t h e u r b a ns e w a g et r e a t m e n tp l a n t ss u r p l u ss l u d g ew a su s e dt op r e p a r eb a c t e r i a lm a n u r e a n dt h ei n f l u e n c ef a c t o r so fs l u d g e c o m p o s t w e r e i n v e s t i g a t e d , l i k es l u d g e c h a r a c t e r i s t i c s ，r a wm a t e r i a lc o m p o s i t i o n , a n dr a t i oo fb i o l o g i c a ls t r a i n sa n dd o s i n go f f u n c t i o n a lb a c t e r i a w h i l et h ea p p l i c a t i o ne f f e c t sw e r ec o n s i d e r e d , t h ef e a s i b i l i t yt o p r e p a r eb a c t e r i a lm a n u r eb ya c t i v es l u d g ew a sd i s c u s s e dt h e o r e t i c a l l y t h em a i n w o r k sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) o p t i m i z a t i o no fp r o c e s sp a r a m e t e r s o fa 2 oa n d i n v e s t i g a t i o n t h e p e r f o r m a n c et on a n dpr e m o v a lo fa d d i n gc a r b o ns o u r c e sa n da u x i l i a r yc h e m i c a l s 1 1 1 eh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m eo m t ) a n di n n e rr e c y c l i n gr a t i oh a v eg r e a t e r i n f l u e n c et ona n dpr e m o v a lt h a no r g a n i c sr e m o v a lp r o c e s s p r o l o n g i n gh r ta n d i n c r e a s i n gr e f l u xr a t i oc o n t r i b u t et oi m p r o v en i t r i f i c a t i o ne f f i c i e n c ya n dn pr e m o v a l e f f e c tt os o m ee x t e n t i ti ss h o w nt h a tu n d e rt h eo p t i m u m p a r a m e t e rc o n d i t i o n s ：h r t l i s10h ，i n n e rr e c y c l i n gr a t i oi s2 0 0 ，t h ee f f e c to fp o l l u t a n t sr e m o v a li st h eb e s t i n a d d i t i o n ，t h ep r o c e s sc o u l da c h i e v eh i g hc o d r e m o v a le f f i c i e n c yi nar e l a t i v e l ys h o r t p e r i o do fh r t ( 6h ) a n ds m a l lr e f l u xr a t i o ( 10 0 ) ，w h i c hr e f l e c t st h es t r o n gr e s i s t a n c e t oo r g a n i cl o a dc a p a c i t y ( g ) d o s i n gm e t h a n o lc o u l di m p r o v er e m o v a le f f e c to fn a n dpw h i l ei th a sl i t t l e i n f l u e n c et ot h er e m o v a lp e r f o r m a n c eo fc o da n dn h 3 - n t h er e s u l t si n d i c a t et h a t , t h ee f f i c i e n c yo fna n dpr e m o v a lp r o c e s si sn o ta p p a r e n t , t e n d i n gt ob es t a b l ew h e n t h ed o s i n gq u a n t i t yo fm e t h a n o li sm o r et h a n4 0m g l a n dt h eo p t i m u md o s i n gr a n g e o fm e t h a n o li s2 0 4 0m g l s t u d yo nt h ei n f l u e n c eo fn i t r a t ent opr e m o v a le f f e c to f pe n r i c h m e n tb a c t e r i ai na n a e r o b i cz o n ei n d i c a t e st h a tt h er e l e a s epc h a r a c t e r i s t i cpo f e n r i c h m e n tb a c t e r i aw i l lb eo b v i o u s l yi n h i b i t e dw h e nn i t r a t enc o n c e n t r a t i o n si sm o r e t h a n2m g li na n a e r o b i cz o n e t h ei n f l u e n c eo nd o s i n gm e t h a n o lt ot h ep e r f o r m a n c e o fr e l e a s epo fpe n r i c h m e n tb a c t e r i ai sn o to b v i o u s t h r e e k i n d so fc h e m i c a l s ，p o l y a l u m i n i u mc h l o r i d e ( p a c ) ，p o l y m e r i c a l u m i n u mf e r r i cc h l o r i d e ( p a f c ) a n dp o l y a l u m i n i u ms u l f a t e ( p a s ) ，c o u l ds t r e n g t h e n pr e m o v a lf u n c t i o no ft r e a t m e n tp r o c e s s a n dt h ee f f l u e n tq u a l i t yc a nm e e tt h ef i r s t c l a s so fas t a n d a r dw h i l et h eo p t i m u md o s i n gq u a n t i t yo fc h e m i c a l si s4 0m g lp a c i nt h ef r o n to fs e c o n d a r ys e d i m e n t a t i o nt a n k ( 2 ) s t u d yo nt h et r e a t m e n te f f e c ta n dp r o c e s sp a r a m e t e r so fh i g he f f i c i e n c y f i b r o u sf i l t e rc h a m b e rt oe f f l u e n to f 醅| q t h ef i l t e rw a t e rt u r b i d i t yc o u l db er e d u c e dt o1n 1 u o rl e s si n4m i nw h e nt h e i n i t i a ls p e e do ff i b r o u sf i l t e rc h a m b e ra r el0 删，l l ，2 0 删i l l ，3 0m 他4 0m h i na d d i t i o n ， t h ee f f i u e n tt u r b i d i t i e sf r o mf i b r o u sf i i t e rc h a m b e ra r ea l lb e l o w1n t ui nd i f f e r e n t t u r b i d i t i e sa n di n i t i a lf i l t e rs p e e d s ，a n dt h e r ea r el o n gr u n n i n gp e r i o da n dg e tag o o d r e s u l ti nb a c k w a s h i n g n l eo p t i m u mo p e r a t i o np a r a m e t e r sw e r eo b t a i n e dw i t ht h ef i l t e rs p e e do f2 0 m ha n df i l t r a t i o nc y c l e2 2h n l ep e r i o d i cq u a n t i t yo fw a t e rp r o d u c ei s4 4 0m 3 i a n dw a t e rc o n s u m p t i o nr a t eo fb a c k w a s h i n gi sa b o u t3 t h ec o dr e m o v a lr a t eo fs u s p e n d e ds u b s t a n c e si sa b o v e5 6 b yf i b r o u s f i l t e rc h a m b e ri nt h eo p t i m u mo p e r a t i n gc o n d i t i o n s ，w h i l ei td o e sn o tw o r k 谢mt h e d i s s o l u t i o no fc o d ( 3 ) c o m m i s s i o n i n ga n do p e r a t i o no ff i e l dp r o c e s s m p i l o tp l a n tt e s tr e s u l t si n d i c a t et h a tt h eo p t i m u mo p e r a t i n gc o n d i t i o no f g u a n g c l aw a t e rr e s o u r c e sj i n a nc o ，l t dp l a n t2 i sh r t10 12h ，i n n e ra n de x t e r n a l r e c y c l i n gr a t i o15 0 - 2 0 0 a n d10 0 a n ds l u d g ea g e2 0 d n ee f f l u e n to fa 2 ow e r ea d d e dc h e m i c a l s ，p o s tf u r t h e rp r o c e s s e db yh i g h e f f i c i e n c yf i b r o u sf i l t e rc h a m b e ra n du v d i s i n f e c t i o nm e a s u r e a n dt h ef i n a le f f l u e n t w a t e rq u a l i t yc o u l dr e a c ht h ef i r s tc l a s so f as t a n d a r d ( 亘) c o m p a r e dw i t ht h ei n f l u e n tq u a l i t yb e f o r et r a n s f o r m a t i o n , as i g n i f i c a n tc h a n g e w a sd i s c o v e r e di ng u a n g d aw a t e rr e s o u r c e sj i n a nc o ，l t dp l a n t2 ，u n d e rt h e i n f l u e n c eo fs o u t h - t o - n o r t hw a t e rt r a n s f e rp r o j e c ta n dm u n i c i p a lw a t e rs u p p l y n e t w o r kc o n s t r u c t i o ni nj i n a nc i t y a tp r e s e n t , c a r b o ns o u r c ec o u l dm e e tt h en e e do f p r o c e s s ( 4 ) p r e p a r a t i o nt e c h n o l o g yo fb a c t e r i a lm a n u r eb ya c t i v es l u d g e ma n a l y s i so fs l u d g ep r o p e r t i e so fg u a n g d aw a t e rr e s o u r c e sj i n a nc o ，l t d i n d i c a t et h a tt h es l u d g ea r er i c hi no r g a n i cm a t t e ra n dp l a n tn u t r i t i o ni n g r e d i e n tw h i l e t h eh e a v ym e t a l sc o n c e n t r a t i o n sw a sl o w , w h i c hc a l lm e e tt h er e q u i r e m e n t so f f a r m l a n da p p l i c a t i o n n ec o m p o s t i n ge f f e c t , f e r m e n t a t i o nt i m ea n dt e m p e r a t u r eo ft h ef e r t i l i z e r c o m p o s i t i o no fs l u d g e ，r i c eh u s ka n dm u s h r o o mr e s i d u ea r em u c hb e t t e rt h a nt h e c o m p o s i t i o no fs l u d g e ，r i c eh u s k , p e a ta n df l ya s h a n dt h em o s tf e a s i b l ec o n d i t i o n st o p r e p a r eb a c t e r i a lm a n u r ea r et h er a t i oo fd e w a t e r e ds l u d g e ，r i c eh u s ka n dm u s h r o o m r e s i d u ei s5 7 2 5 ：1 6 2 0 ：2 4 5 0 i ti sb e n e f i c i a lt oh i g he f f i c i e n tf e r m e n t a t i v em a t e r i a lf o rd o s i n gc o m p o u n d b a c t e r i a 晰lo 2 一0 3 d u r i n gt h e c o m p o s t i n gp r o c e s s a n di t c o u l dp r o v i d ea s u i t a b l em i c r o e c o l o g i c a le n v i r o n m e n tf o rc r o p sa d d i n gb e n e f i c i a lb a c t e r i a i tc o u l di m p r o v ef e r t i l i z e re f f i c i e n c yo fb a c t e r i a lm a n u r e ，e n h a n c et h ec r o p s r e s i s t a n c et od i s e a s ea n dt h ef i n a lp r o d u c tc o u l dr e a c ht h en a t i o n a ls t a n d a r do f b i o l o g i c a lo r g a n i cf e r t i l i z e r ( n y 8 8 4 - 2 0 0 4 ) ，a d d i n gb a c i l l u ss u b t i l i sa f t e rt h em a t e r i a l f e r m e n t a t i o n ， k e y w o r d s ：心| qp r o c e s s 。h i g he f f i c i e n c yf i b r o u sf i l t e rc h a m b e r , u vd i s i n f e c t i o n , b a c t e r i a lm a n u r e v 武汉理工大学博士学位论文 1 1 水污染现状 第1 章绪论 我国属于缺水国之列，人均淡水资源仅为世界人均量的1 4 ，居世界第1 0 9 位，且分布不均，大量淡水资源集中在南方，北方只有南方水资源的1 4 t 。 当前，我国的江河湖库及近海海域普遍受到不同程度的污染，总体上呈加 重的趋势。全国7 大水系中，不宜作饮用水源的河段为4 0 左右，据统计，我 国有8 2 的江、河、湖泊受到污染，9 2 的城市面临水污染的威胁【2 】。七大水系 4 0 7 个重点监测断面中，3 8 1 的断面满足i 皿类水质要求，3 2 2 的断面属、 v 类水质，2 9 7 的断面属劣v 类水质。其中七大水系干流的1 1 8 个国控断面中， i 一类水质断面占5 3 4 ，、v 类水质断面占3 7 3 ，劣v 类水质断面占 9 3 p j 。尤其在人口密集、工业较发达的地区更加严重。 近年来，由于排入水体的氮、磷等营养物质不断增加，造成水体富营养化 进程加快，富营养化问题十分突出。根据调查资料和国内外评价湖泊富营养化 指标，我国3 7 个主要湖泊的富营养状况为：中营养型和中一富营养型的占5 5 8 ， 富营养型的占1 4 7 ，重富营养型的占8 8 。作为我国五大淡水湖泊的巢湖， 7 3 3 的水域处于富营养化状态，0 3 的水域处于极富营养化状态。太湖目前中 富营养化面积占7 5 左右，夏季富营养或重度富营养占全湖面积1 0 左右 4 1 。近 几年，湖泊水华、海湾赤潮事件频发，其面积、强度均大幅度增长，加剧水质 恶化，如太湖蓝藻暴发造成的无锡市供水危机，引黄水库水水体呈现富营养化 状态，并引起藻类繁殖等，严重影响了城市水质安全。水体富营养化是当今人 类面i 临的重大环境问题之一，已对人类的健康及生态环境造成了很大威胁，如 不及时治理，后果严重。污水中的氮和磷是导致受纳水体富营养化的主要原因 之一。防治水体富营养化的根本性措施是减少水体的氮磷含量。削减污染源， 控制氮磷等营养物质的入水是延缓水体富营养化进程的重要对策。 1 2 我国城市污水处理厂运行概况 长期以来，我国城市污水处理厂绝大多数以去除含碳有机物和悬浮物为主 要目标，出水c o d 、b o d 5 、s s 基本达标，而氮、磷难以达到现行排放标准。 武汉理工大学博士学位论文 为缓解城市污水排放与水体富营养化程度加重之间的矛盾，我们国家颁布了更 为严格的g b1 8 9 1 8 2 0 0 2 城镇污水处理厂污染物排放标准，即一级a 标准。 在这种形势下，选择能够稳定达到一级标准的生物脱氮除磷工艺是新建污水处 理厂和老污水处理厂升级改造所面临的关键问题。目前，国内已有数家能够达 到一级a 排放标准的水厂改造实例1 5 j ，如天津纪庄子污水处理厂( 规模5 4 万 m 3 d ) 、咸阳路污水处理厂( 规模4 5 万m 3 d ) 、东郊污水处理厂( 规模4 0 万m 3 d ) 和北辰污水处理厂( 规模1 0 万m 3 d ) ，无锡市城北污水处理厂( 规模1 5 万m 3 d ) ， 以及深圳市罗芳污水处理厂( 规模3 5 万m 3 d ) 等。以上污水处理厂的改造主要 是在原有a 2 o 工艺基础上完成的。 济南市2 0 0 9 年以前稳定运行的两座污水处理厂为光大水务( 济南) 有限公 司一厂、二厂。一厂原采用传统活性污泥法工艺( 不具有除磷脱氮功能) ；二厂 原采用d e 型双沟式氧化沟工艺，运行稳定、处理效果良好，具有一定的除磷脱 氮功能，两座污水厂出水均执行国家污水综合排放二级标准( g b 8 9 7 8 2 0 0 2 ) 。 由于两座污水厂缺乏较佳的脱氮除磷功能，大量含氮、磷的污水进入小清河， 造成水体富营养化，对水体环境和社会、经济产生一系列的危害。随着社会经 济的发展，人民生活水平不断提高，济南市污水量及污染物排放量还将不断增 加，若不提高污水处理率及污水处理程度，污水排放对城区河道及小清河的污 染还将日益加剧，整个济南市的生态环境将会遭到更为严重的破坏。 污水的处理程度是根据国家有关污水处理排放标准及最终受纳水体的作 用、功能和保护目标所决定的。小清河源于济南市，是济南市唯一的防洪除涝 和排污河道。2 0 0 6 年上半年，小清河流域2 0 个省控断面中，有1 7 个断面水质 劣于地表水v 类标准。根据城市总体规划及山东省小清河流域水污染综合排放 标准d b 3 7 6 5 6 2 0 0 6 的要求，济南污水处理厂出水水质必须达到城镇污水 处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 - - 2 0 0 2 ) 一级a 标准。因此必须对两个污水 处理厂进行水质再提高工程，削减排入小清河污染物的总量。这是保护小清河 水体环境、改善市容环境、提高人民生活质量的需要，是保证济南市实施经济 可持续发展战略的需要，也是济南市加强城市基础设施建设和环境保护工作， 促进经济发展、扩大招商引资的重要举措。随着南水北调东线工程的实施，对 改善沿线的水质，保证工程顺利实施具有重要的意义。 作为污水处理厂，随着污水处理量的增多，其污泥的产生量也迅速增加。 据资料显示，我国每年产生的污泥量高达1 亿吨以上。大量积累的污泥，不仅 占用珍贵的土地资源，而且其中包含有毒有害物质，如寄生虫卵、病原微生物、 2 武汉理工大学博士学位论文 细菌、合成有机物及重金属离子，由此产生的臭气和各种污染也已经成为城市 环境卫生的一大公害。同时，污泥中又含有大量有用的物质，如植物营养素、 有机物及腐殖质等，污泥中还含有植物生长所需的其它微量元素，如b ，m o ， z n ，f c ，m n 等，这些元素往往是土壤中所缺乏的。目前我国农田中有机质含量 普遍偏低，长期单独施用无机肥，使得土壤肥分比例失调，不利于作物生长和 利用，且连续施用，使土壤盐化板结，土壤质量日趋下降。 我国对污泥的处理和处置，设计中一般只提将脱水污泥外运和综合利用， 并未计算其投资和运营费用。因此，我国现有的污水处理设施中，有污泥稳定 处理设施的还不到5 0 ，处理工艺和配套设施完善的还不到1 0 。对污泥的处 理处置仍处于堆存或简易填埋阶段，有关研究处于严重滞后状态，相应的技术 和设备几乎全部需要引进。随着污水处理设施的普及、处理率的提高和处理程 度的深化，污水厂的污泥产生量必将有较大的增长，因此如何妥善处理和处置 污泥是一个亟待解决的问题。 1 3 研究综述 1 3 1a v 0 工艺 近3 0 年来，生物脱氮除磷技术一直是污水处理领域研究的热点。a 2 o 工艺 凭借构造简单、总水力停留时间短、运行费用低、操作简单等优点，已成为当前 我国城市污水厂中应用最广泛的同步脱氮除磷工艺之一1 6 j 。尽管如此，由于a 2 o 工艺在脱氮除磷过程中涉及到的硝化、反硝化、释磷和吸磷等多个生化反应过 程在同一污泥系统中实现，因而也存在着基质竞争( 脱氮和除磷过程对碳源的 竞争) 、泥龄矛盾( 脱氮和除磷要求的泥龄范围不同) 和总氮去除率难以提高等 弊端f 7 】o 在a 2 o 工艺中，碳源主要消耗于释磷、反硝化和异养菌正常代谢等方面。 c n 比是评价污水中碳源水平的一项重要指标，也是影响系统脱氮除磷效果的关 键因素。根据传统的生物脱氮理论，实现完全反硝化的理论c n 比为2 8 6 埏 c o d ( k g n ) 一。然而，受微生物生长以及生物除磷等因素的影响，实际所需值通 常为4 0k gc o d ( k g m d 以上。h e n z e 【8 j 等研究发现在实际污水中当c o d t n 5 时，脱氮除磷的效率通常不会太高。郭海娟1 9 等研究了c n 对a 2 o 工艺脱氮除 磷性能的影响，同样发现c n 过低会抑制a 2 o 工艺反硝化和释磷过程，但同时 提出c n 过高也会抑制耗氧段的硝化功能，实验确定系统中n 的负荷不允许超 武汉理工大学博士学位论文 过o 0 5n ( gm l s s d ) 。郝红元【1 0 】等在考察a 2 o 工艺影响因素的研究中发现， 当废水中c n 的值小于4 时，系统的脱氮除磷效果将恶化。为避免由于过量的 n 0 3 - n 存在使硝化细菌在厌氧池中与聚磷细菌争夺有限的碳源，c n 一般不宜 小于8 。 鉴于我国市政污水中易降解的有机碳源相对较低【1 1 1 ，且a 2 o t 艺特性决定 了聚磷菌将优先利用进水中的碳源进行厌氧释磷，这使得后续缺氧段反硝化脱 氮过程中往往会出现碳源不足、总氮去除受限的问题。针对a 2 1 0 m 艺中存在的 释磷和反硝化碳源竞争问题，国内外学者提出了多种应对措施，其中包括改变 进水方式和人i ； i j j h 碳源等。中国市政工程华北设计研究院开发了多点进水倒 置a 2 o t 艺，通过分点进水合理分配厌氧段和缺氧段的分段进水流量，达到同 时满足聚磷菌和反硝化菌对碳源需要的目标f 1 2 1 。王佳伟等1 1 3 】围绕现有a 2 o i 艺 难以稳定实现同步生物脱氮除磷的问题，建立了分段进水的分配模型，同时提 高 a 2 o i 艺的反硝化速率和释磷速率。此外，李燕峰【1 4 】等提出的分点进水厌 氧一多级缺氧好氧活性污泥工艺和c h a i l g 【1 5 】等提出的a o a o i 艺也均能发挥出 类似的功效。但多点进水也存在一定的弊端，那就是对控制要求比较高。为此， 部分研究人员考虑采用人工投加碳源的方式来解决反硝化细菌和聚磷菌之间的 基质竞争问题。关于碳源类型的选择目前已有较多报道。林桂炽等【16 】考察了不 同碳源对冷轧钢废水脱氮效果的影响，确定甲醇、乙醇和葡萄糖等均可作为良 好的脱氮碳源，相比之下，乙醇的脱氮速率最大，甲醇次之，葡萄糖最低。许 文峰等【1 7 1 在研究曝气生物滤池对校园生活污水的处理效果时，分别以甲醇、乙 酸钠和葡萄糖作为外加碳源，发现甲醇和乙酸钠作为碳源时出水水质能达到一 级排放标准，而葡萄糖作为碳源时只能达到二级排放标准。从理论上来说，碳 源分子量小有助于反硝化菌的利用，污水的脱氮效果好【l 引。甲醇、乙醇、乙酸等 低分子有机物被认为是理想的外加碳源。尽管如此，王佳伟等【1 3 】在基于碳源需 求的a 2 o i 艺分段进水研究中发现，在厌氧段投加碳源不能有效提高后续缺氧 段的反硝化效果。孙慧等【1 9 】在缺氧条件下向改良a 2 o 工艺活性污泥混合液中投 加乙酸钠，结果表明，投加碳源可提高反硝化脱氮效果，但如果过量会对反硝 化吸磷带来不利影响。可见，在a 2 o t 艺实际运行中，对碳源投加量和投加点 的选择有着较为严格的要求。 除碳源外，污泥混合液回流比的控制也是影响n 2 o m 艺脱氮除磷效果的重 要因素。传统理论认为，硝态氮回流进入厌氧区会激发反硝化细菌的活性，提 高其与聚磷菌对碳源的竞争力，进而抑制磷的释放。随着研究的不断深入，a 2 o 4 武汉理工大学博士学位论文 工艺中潜在的反硝化除磷特性逐渐被人们发现。王晓莲等【2 0 】证实当a 2 o - r 艺缺 氧区出水硝酸盐浓度控制在1 - 3m g l ，可发生明显的反硝化除磷现象。吴昌勇 等【2 l j 考察t a 2 o i 艺的反硝化除磷特性，发现缺氧区吸磷不仅可以节约好氧区 3 5 的曝气量，而且能够确保系统在较低的c n 下( 3 8 4 8 ) 仍能获得较好的脱 氮除磷效果。此外，相关学者 2 2 】报道了在没有硝酸盐和氧气的情况下，聚磷菌 可以利用亚硝酸盐作为电子受体进行生物除磷，实验确定最佳亚硝酸盐浓度范 围为4 - - 8m g l 。尽管反硝化除磷特性的存在在一定程度上能够弥补a 2 o 工艺对 磷去除的不足，污泥回流液中携带的硝态氮仍然会对聚磷菌的活性造成不利的 影响。v l e k k e 等 2 3 j 通过2 组序批反应器的对比试验发现，聚磷菌利用硝酸盐作为 电子受体时的吸磷速率比利用氧气作为电子受体时的低，同时利用硝酸盐作为 电子受体将消耗更多的碳源。k u b a 等1 2 4 1 研究发现以硝酸盐为电子受体时的反硝 化除磷效率仅为好氧除磷效率的8 0 。 针对如何缓解污泥内回流时硝态氮对总磷去除的抑制问题，国内外研究人 员提出了一些改进措施，包括优化回流比和改变污泥回流点等。吴昌勇等1 2 1 】在 缺氧区好氧区体积比不变的情况下调整硝化液回流比为2 0 0 、2 5