（环境工程专业论文）城市污水化学—生物絮凝悬浮填料床组合处理技术研究.pdf

同济大学博士后研究工作报告摘要 摘要 为了适应城市污水排放量越来越大且水质日益复杂的情况，在结合现有处理工艺的基 础上，本课题对污水处理的新工艺：化学一生物絮凝一悬浮填料床组合工艺进行了工况条 件方面的研究。 通过烧杯试验进行混凝剂和助凝剂的选择。试验结果表明，使用硫酸铝( a 1 2 ( s 0 4 ) 3 ) 、 硫酸铁( f e 2 ( s 0 4 ) 3 ) 、聚合氯化铝( p a c ) 和聚合氯化铝铁( p a f c ) 四种混凝剂对上海合 流污水进行混凝处理均可以有效去除污水中的t p 、p 0 4 3 p 、s s 和c o d c ，。聚合的金属盐 混凝剂( p a c 和p a f c ) 比非聚合的金属盐混凝剂( a 1 2 ( s 0 4 ) 3 和f e 2 ( s 0 4 ) 3 ) 效果要好，达 到相同的处理效率其投加量要低得多。助凝剂为聚丙烯酰胺( p a m ) 、聚乙烯醇( p v a ) 、 自制的高分子聚合物( a n ) 和活化硅胶( a s ) ，在混凝剂投加量相对较低的情况下可以提 高对合流污水的混凝效果。助凝剂的加入对p 0 4 ， p 的去除没有什么帮助，p 0 2 - p 的去除 依赖于加入的混凝剂量。即使有助凝剂的帮助，用混凝剂去除原水中的n h 3 - n 能起到的作 用是有限的，波动也比较大。各种混凝剂s s 去除率变化曲线也说明混凝的机理非常复杂， 不能只用卷扫絮凝或电中和来解释。根据烧杯试验的结果，决定采用p a c 和p ：a f c 作为中 试使用的混凝剂，p a m 为助凝剂。 在中试过程中，进行了化学一生物絮凝和悬浮填料床组合工艺运行参数的优化研究。 混凝剂p a c 和p a f c 均适用于化学一生物絮凝工艺，就混凝剂的效率来看，p a f c 要优于 p a c 。t p 的去除率受p a f c 投加量的影响最大，它们之间存在着直接的化学计量关系。化 学一生物絮凝工艺还在化学混凝之外强化了生物的作用，原生动物镜检和p c r - - d g g e 检 测证明了生物作用的存在。投加量p a f c 提高能提高对s s 与c o d c r 去除率但较t p 去除率 的提高幅度要小，适宜的投加量为1 06m gk 1 2 0 3 l 。化学一生物絮凝工艺的各个工况对 n h 3 一n 的去除率均非常有限，采用后续的深度处理是必要的。污泥回流比在本工艺中起了 较大的作用，随着系统长时间的连续运行，化学生物絮凝工艺的絮凝反应池的生化性能渐 趋完善，其对主要污染物的去除效率要比化学混凝法高。在p a f c 投加量比较大的时候， p a m 的助凝作用就很有限。正是生物的作用，使得化学一生物絮凝工艺污泥产量比化学混 同济大学博士后研究工作报告 摘要 凝工艺降低了1 6 9 污泥中的重金属除z n 、c d 和c u 略有超标外，其余均符合农用的土 壤控制标准值。化学一生物絮凝工艺是一种很有效的强化一级处理工艺，用以处理合流污 水是可行的。悬浮填料床同时硝化反硝化生物脱氮试验结果表明当d o 为2 m g l 时，同时 硝化反硝化可实现9 3 4 脱氮效率。 研究表明化学生物絮凝与悬浮填料床组合工艺的流程简单，处理效果稳定可靠，节省 占地面积，基建投资省，运行费用低，是解决发展中国家城市污水处理问题可行的新工艺。 关键词：化学生物絮凝；悬浮填料床；污水；同时硝化反硝化 同济大学博士后研究工作报告摘要 a b s t r a c t n o w a d a y s ，t h e r ea r cm o r ea n dm o r em u n i c i p a lw a s t e w a t e rd i s c h a r g e d ，a n dt h ew a t e rq u a l i t yi s m o r ec o m p l e x t of i tt h e s ec o n d i t i o n s ，t h es t u d yf o c u s e do nt h ec h e m i c a la n db i o l o g i c a l f l o e c u l a t l o n - s u s p e n d e dp a c k e db e dp r o c e s su n d e rt h eb a s eo f e x i s t i n gp r o c e s s e si nt h i st h e s i s ，a l l i n t e g r a t e dw a s t e w a t e rt r e a t m e n tb a s e do nc h e m i c a l - b i o l o g i c a lf l o c c u l a t m n a n ds u s p e n d e d m e d i u mb i o r e a c t u r , w h i c hi sa ne d v a n c e dt e c h n o l o g y , h a sb e e ns t u d i e d ap i l o te x p e r i m e n tt o t r e a tc o m b i n e dw a s t e w m e rf r o mam u n i c i p a lw a t e rt r e a t m e n tp l a n ti ns h a n g h a iw a sc o n d u c t e d b yu s i n gt h i st e c h n i q u e t h es c r e e n i n gt e s t so ff l o c c u l a n t sa n di t sa i d sw e r ep e r f o r m e di nas e r i e so fj a rt e s t s t h e r e s u l t ss h o w e dt h a ta l lf l o c c u l a n t su s e ds u c ha sa l u m i n u ms u l f a t e ( a 1 2 ( s 0 4 ) 3 ) ，f e r r i cs u l f a t e ( f e 2 ( s 0 4 ) 3 ) ，p o l y a l u m i n i u mc h l o r i d e ( p a c ) a n dp o l y a h i m i n i u m - f e r r i cc h l o r i d e ( p a f c ) a r e h i g h i ye f f i c i e n ti nr e m o v a lo fs n s p e n d c ds o l i d ( s s ) 、c h e m i c a lo x y g 姐d e m a n d ( c o d c r ) ，t o t a l p h o s p h o r u sf f p ) a n do 曲o p h o s p h a c e ( p 0 4 j p ) i n t h ec o m b i n e dw a s t e w a t e r p r e h y d r o l y s e dm e t a l f l o e e u l a n t s ( p a ca n dp a f c ) a r em o r ee f f e c t i v et h a nh y d r o l y s i n go n e s ( a 1 2 ( s 0 4 ) 3a n df e 2 ( s 0 4 ) 3 ) ， w h i c hm e a n st h a tl e s sd o s a g ei sn e e d e dw h e nt h ep r e h y d r o l y s e dm e t a lf l o c c a l a n t sa r eu s e d f l o e e u l a n ta i d ss u c ha sc a t i o n i cp o l y a c r y l a m i d e ( p a m ) ，p o l y v i n y la l c o h o l c ( p v a ) ，an e wk i n do f p o l y e l e c t r o l y t em a d eb yo u r s e l f a n da c t i v a t e ds i l i c a ( a s ) c o u l db eh e l p f u lw h e nt h e f l o e e a l a n td o s a g ew a sr e l a t i v e l yl o w r e m o v a lo fp 0 4 3 - pd e p e n d so nt h ed o s a g eo ff l o e e u l a n t , a n dt h ea d d i t i o no ff l o e e u l a n ta i d sh a sn oe f f e c t t h er e m o v a lo fn h 3 - ni sw o r s eb yu s i n g f l o c c u l a t i o n , a n dt h er e m o v a le f f i c i e n c i e sf l u c t u a t eg r e a t l y n l ec n r v e so fs sr e m o v a l e f f i c i e n c i e si n d i c a t et h a tt h ef l o e e u l a t i o nm e c h a n i s mi sv e r yc o m p l e x ，a n dc a n n o tb ee x p l m n e d s i m p l ye i t h e rb ys w e e pf l o c c u l a t i o no rc h a r g e dn e u t r a l i z e dt h e o r y b a s e do nt h ej a rt e s tr e s u l t s ， p a ca n dp a f cw e r ec h o s e na sf l o c c u l a n t si nt h ep i l o te x p e r i m e n ta n dp a ma sf l o c c u l a n ta i d s 。 i nt h e p i l o te x p e r i m e n t , r e s e a r c h o fc h e m i c a l - b i o l o g i c a lf l o c e u l a t i o nw a so p t i m i z e d f l o e e u l a n t so fp a ca n dp a f cw e r ef i tf o rt h ec h e m i c a l b i o l o g i c a lf l o c c u l a t i o np r o c e s s i tw a s f o u n dt h a tp a f cw a sm o r ee f f e c t i v e t h er e m o v a lo ft pw a sd e t e r m i n e db yt h ed o s a g eo fp a c b e c a u s et h e r ei sas t o i c l l i o m e t r i cr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e m t h eb i o l o g j l c a lf u n c t i o nw a s e n f o r c e di nt h i sp r o c e s s a n di t sf u n c t i o nw a sp m v e db ym i c r o s c o p ya n dp c r - - d g g e h l c r e a s e o ft h ed o s a g eo fp a f cc o u l di m p r o v et h er e m o v a le f f i c i e n c yo fs sa n dc o d e r , b u tt h e i r i 同济大学博士后研究工作报告摘要 i m p r o v e de f f e c t s w e r e l e s s t h a n t h a t o f t p t h es t a t a b l ed o s a g eo f p a f c i s1 06 m g a i z 0 3 l a l l o p e r a t i n gm o d eo fc h e m i c a l b i o l o g i c a lf l o c c u l a t i o nc o u l dn o tr e m o v en h 3 - ne f f e c t i v e l y i n o r d e rt om e e tt h ee f f l u e n ts t a n d a r d sad e e pt r e a t m e n ti sn e e d e d s l u d g er e e y c l ep l a y sa l l i m p o r t a n tr o l ei nt h i sp r o c e s s t h eb i o l o g i c a lf u n c t i o nw a sg e t t i n gb e t t e ra st h et r e a t m e n ts y s t e m c o n t i n u o u s l yr t m 1 1 l cm a i nc o n t a m i n a n t sr e m o v a le f f i c i e n c i e sd m i n gc h e m i c a l b i o l o g i c a l f l o c e a l a t i o nw e r el l i g l l 盯t h a nt h a to fc h e m i c a lf l o c e u l a t i o n w h e np a f cd o s a g ew a sr e l a t i v e l y h i g h , p a mh a dn oe f f e c to nt h ef l o c c u l a t i o n d u et ot h eb i o l o g i c a lf u n c t i o n , t h eq u a n t i t yo f s l u d g ep r o d u c e db yc h e m i c a l - b i o l o g i c a lf l o c e u l a t i o ni s1 6 9 l e s st h a nt h a tp r o d u c e db y c h e m i c a lf l o c e u l a t i o n 1 1 圮m e t a lc o n t e n t so f s l u d g em e tt h es t a n d a r d so f a g r i c u l t u r es o i le x c e p t z n , c da n dc u c h e m i c a l b i o l o g i c a lf l o c e u l a t i o ni so n ek i n do fe n h a n c e dp r i m a r yw a s t e w a t e r t r e a t m e n t , a n ds u i t a b l ef o rt h ec o m b i n e dw a s t e w a t e rt r e a t m e n t 1 1 1 e m o v i n gb e db i o f i l m r e a c t o rh a sb e e nt e s t e df o rs i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n d d e n i t r i f i c a t i o n ( s n d ) f o rs y n t h e t i cs e w a g e n es n d c o u l db es u c c e s s f u l l ye s t a b l i s h e da td oo f a b o u t2 m 朗，a n da b o u t9 3 4 o ft o t a ln i t r o g e nr e m o v a le f f i c i e n c yt h r o u g hs n dh a sb e e nf o u n d i nt h es y s t e m i ts e e m e dt h a tap h y s i c a lp h e n o m e n o nw a sr e s p o n s i b l ef o rs n di nt h em b b r , i n p a r t i c u l a rt h eo x y g e nd i f f u s i o nl i m i t a t i o n 1 1 l es y s t e m sp e r f o r m a n c ei n d i c a t e dt h a tas i n g l es t a g e a e r o b i cb i o f i l mc o u l db ed e v e l o p e dt om e e tt h ei n c r e a s i n g l ys t r i n g e n tr e g u l a t i o n so ne f f l u e n t n i t r o g e nd i s c h a r g e sa f f o r d i n gs e v e r a la d v a n t a g e so v e rt h ec o n v e n t i o n a ls y s t e m s i nc o n c l u s i o n s ，b yt h i sr e s e a r c hf o c u s i n go nt e c h n o l o g i c a la n de c o n o m i c a la n a l y z i n g ，t h e c o m b i n e dp r o c e s so ft h ec h e m i c a l b m l o g i c a lf l o c c u l a t l o na n ds u s p e n d e dm e d i u mb i o r e a c t o ri s a no r i g i n a l l yi n n o v a t i v ep r o c e s sf o rt h es o l u t i o no fc o n t r o l l i n gw a a t e w a t e rp o l l u t i o ni nc h i n a n 坞b e n e f i t so f t h i si n n o v a t i v ep r o c e s sa r es u m m a r i z e d 勰f o l l o w s ：s i m p l ef l o ws c h e m e , r e h a b l e a n ds t e a d yt r e a t m e n lm i n i m a ll a n du s a g e ，e c o n o m i c a lc o n s t r u c t i o ni n v e s t m e n ta n dl o w o p e r a t i n gc o s t m l er e s u l t ss h o wt h a tt h ec h e m i c a la n db i o l o g i c a lf l o c c u l a t i o n - s u s p e n d e dp a c k e db e dp r o c e s s i 8ag o o dm e t h o dt ot r e a tm u n i c i p a lw a s t e w a t e ri nl o wc o n c e n t r a t i o n k e y w o r d 叠c h e n d e a la n db i o l o g i c a lf l o c c u l a t i o n ；s u s p e n d e dm e d i u mb i o r e a e t o r tw a s t e w a t e r ；s i m u l t a n e o u s n i t r i f i c a t i o na n dd m i t r i n e a t i o n ( s u o ) i v 同济大学博士后研究工作报告第一章概述 第一章概述 1 1 中国城市污水现状 水是人类生活与生产活动不可缺少同时又是不可替代的自然资源。中国年平均水资源 总量为2 8 1 2 4 亿立方，居世界第六位但人均水资源占有量仅为2 4 0 0 立方从年，约为世 界人均水资源量的l 4 【“2 1 。更为严重的是由于水质较差，中国单位体积水的使用价值含量 不仅会远远低于水资源总量排名前面的一些国家，还会低于排名后面的一些国家。被污染 的水资源，由于水质不良往往会对生态系统产生不同程度的危害，严重时就会出现水质灾 害f 3 1 。 随着我国经济的高速发展，城市化进程的不断加快，污水排放量持续增加，1 9 9 9 年中 国环境状况公报指出，生活污水排放量2 0 3 7 6 8 1 万吨首次超过了工业废水排放量的1 9 7 3 0 3 6 万吨 4 1 。目前，我国城市污水的处理率约为3 5 左右，己建成和拟建设的污水处理厂中绝 大部分为二级处理厂，特别是近年来建成的城市污水处理厂基本都是二级生物处理厂。据 统计，我国一级污水处理厂，约占总数的2 0 5 、总处理能力的1 7 ；二级处理厂约占总 数的7 9 5 0 、总处理能力的8 3 5 - 7 1 。由于能耗大，运行费用商，相当数量的污水处理厂 没有正常运行，实际处理能力远低于设计能力。因资金缺乏而无法建设处理厂以及己建处 理厂缺乏运行费来源而无法正常运转的情况为数不少。而另一方面，我国地面水环境质量 正在持续恶化，污染物的排放量在总体上未得到有效控制。从直观上看，花费大量的资金 建设二级处理厂，将少部分污水处理得很清洁，而大部分污水却不经处理直接排入水体中， 这在经济效益和环境效益两方面都不合算。对全国1 3 1 条流经城市河流的水质按“地面水 环境质量标准”进行水质评价的统计结果表明，严重污染的有2 6 条，重污染的有1 1 条， 中度污染的2 8 条。其中符合i 类水体标准的9 条，符合i i 类水体标准的4 条，符合类 水体标准的4 6 条，属、v 类水体标准的7 2 条占5 49 6 ，部分河段所受的污染尤为严 重舢1 0 1 。现阶段比较合理的途径是，在水体污染严重和资金相对缺乏的情况下，利用有限 的经费先建设强化一级处理厂，以较低费用最大限度削减污染物总量，在相对短的时间内 使水体污染状况得到有效控制，待条件允许时再续建二级处理设施。此外，在己建有或拟 建设城市污水处理厂的地区，对一些排污量大、废水浓度高的重点排污单位，限其在工厂 1 同济大学博士后研究工作报告第一章概述 排放前进行前期治理，有利于减轻城市污水处理厂的负担，减少冲击负荷，从而降低处理 费用，保证处理效果。 目前，由于能耗大，运行费用高，相当数量的污水处理厂没有正常运行，实际处理能 力远低于设计能力。因资金缺乏而无法建设处理厂以及己建处理厂缺乏运行费来源而无法 正常运转的情况比比皆是。而另一方面，我国地面水环境质量正在持续恶化，污染物的排 放量在总体上未得到有效控制。建设大批的城市污水处理厂需要大量的投资和高额运行 费，导致不少经济欠发达地区规划中的污水处理厂迟迟不能上马，已经建成的也不能正常 运行。因此，开发流程简单，运行费用低，脱氮除磷效果稳定并且占地少的紧凑型城市污 水处理工艺非常必要，这也成为水处理研究的一个热点。同时，我国中小城镇数量多，分 布面广，污水排放量大( 约占城市污水总量的7 0 ) 。资金缺乏，污水处理任务十分艰巨。 因而，这些城市的污水处理厂在近期内可先大力发展并逐步普及强化一级处理，以较少的 投资消减较大量的污染负荷，到条件成熟后再建设二级处理工艺；这对我国这样经济尚不 发达而环境污染又较严重的国家，具有十分重要的意义。发达国家的历史经验已证明了这 一点，其它发展中国家也采取了类似的分期建设方案。 1 2 城市污水处理技术 在全球范围内水体的富营养化日益严重，随着氮、磷污染问题的尖锐化以及公众环境 意识的加强，越来越多的国家和地区制定了相当严格的污水氮磷排放标准。法规的压力和 市场的需求加速了城市污水脱氮除磷技术的发展，各种各样的高效低耗污水脱氮除磷技术 和工艺不断涌现，相关城市污水处理技术进展如下所述。 1 2 1 活性污泥法处理工艺进展1 0 。2 4 1 活性污泥法( a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ) 是当前污水治理最基础的方法，应用相当广泛， 自1 9 1 4 年a r d e n 和l a c k e t t 提出活性污泥的概念已有9 0 年的历史，在理论研究不断深入 的同时，它在技术上得到了不断的改进和完善，使得其工程设计更加合理，活性污泥法基 本流程见图1 一1 目前，经过改毫的活性污泥法包括a 0 法、a a 0 法、a b 法、s b r 法、氧化沟等。 同济大学博士后研究工作报告第一章概述 图1 1 活性污泥处理工艺基本流程图 1 2 1 1 序批式活性污泥法( s b r ) 序批式活性污泥法( s e q u e n c i n g b a t c h r e a c t o r ，s b r ) i 艺以其独特的优点，在世界各地 得到广泛的应用。通过时间上的循环控制，实现均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一 体，其工艺布置紧凑、节省占地且运行稳定。s b r 独特的理想推流沉淀可抑制丝状茵的生 长，污泥指数( s v d 较低，剩余污泥性质稳定，在好氧厌氧交替运行过程中实现脱氮除磷。 在工程中，s b r 常与其它方法联合使用，如张翔凌应用一级强化( c e p t ) 一s b r 处理旅游 类生活污水，处理后出水可达g b8 9 7 9 _ 呻6 一级排放标准；于林堂等人采用s b e - 气浮工 艺处理食品生产废水；张振家等人采用u a s b s b r 工艺对广西桂林海泉啤酒有限公司 进行废水处理均取得较好效果近来有人将s b r 工艺与接触氧化法相结合，在普通s b r 池中装填填料可以组成新的膜法s b r 工艺，由于填料的剪切作用，提高了氧的溶解传递效 率，同时由于膜的吸附和固定作用，缩短了s b r 各个工序的运行时间，节省了能耗。经典 的s b r 优点显著，但也存在设备闲置率高，操作复杂，对自动化要求较高等缺陷。随着技 术的发展，s b r 经过不断改进，出现了连续进水的i c e a s 、c a s s 和c a s t 等改良s b r 工艺。 近来己研制出各种型号的s b r7 - 艺自动监测系统，操作时可按水质情况调整各时段时 间，已有许多报道指出s b r 工艺具有良好的脱氮除磷效果。一般b o d 5 去除率9 0 以上， 总氮去除率7 0 以上，总磷去除率9 8 以上。 1 2 1 2a b 法工艺 a b 法类似于两段活性污泥法，也是应用较广的水处理方法，但二者微生物特性、降 解机理不同。a 段处理负荷高( 通常污泥负荷 2 k g b o d s k g m l s s d ) ，充分利用了污泥的 吸附、絮疑、分解和沉淀作用，去除大约5 0 6 0 的有机物，由低负荷( 污泥负荷为o 1 5 - - - 0 3 k g b o d s k g m l s s d ) 的b 段进行后处理，b o d 去除率可达9 0 - 9 8 。a b 法最大的 缺点是污泥产量大，且由于a 段停留时间较短，稳定性差，常采用厌氧消化或好氧消化来 3 一 同济大学博十后研究工作报告第一章概述 处理，增加了投资，与水解一好氧等新工艺相比，其可生化性降解程度、综合技术、经济 性等方面都不具有明显优势。 1 2 1 ，3 l u d z a c k - e t t m g e t 工艺 该工艺首次提出利用污水中可生物降解的有机物作为反硝化的碳源，由两个串连的反 应器组成，工艺流程见图1 2 ： 图1 - 2l u d z a c k - e t t i n g 日脱氮工艺 污水在第一个反应器中只搅拌不充氧，维持缺氧状态；第二个反应器进行曝气使含碳 有机物氧化并产生硝化作用。两个反应器只是部分分离，其池体保持相连。由于两个反应 器间的混舍作用，使第二个反应器含有硝酸盐的混合液与第一个反应器的缺氧混合液之间 可以进行液体交换，进入第一个反应器的硝态氮被还原成氮气。由于两个反应器间的液体 交换缺乏控制，因此影响脱氮效果。 1 2 1 4a 2 o 工艺 该工艺由厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池组成，工艺流程见图1 - 3 ： 混合液回流( 1 0 0 3 0 0 ) 回流污泥( 3 0 札5 0 ) i 剩余污泥 图1 - 3a 2 o 工艺 污水首先进入厌氧池，兼性厌氧的发酵细菌将污水中大分子有机物转化为小分子发酵 产物，聚磷细菌将菌体内积聚的聚磷酸盐分解。随后污水进入缺氧池，停留时间可为0 5 1 0 小时，反硝化菌就进行反硝化以去除碳和氮。在厌氧池和缺氧池中均设有搅拌混合器。以 防止污泥的沉淀。接着污水进入曝气的好氧池，以去除可降解的有机物，这时的聚磷细菌 同济大学博士后研究工作报告 第一章概述 吸收周围环境中的溶解性磷，以聚磷酸盐的形式在体内储存起来，最后进入沉淀池使泥水 分离，排放出的剩余污泥的含磷量可达到6 以上泥龄以5 1 0 天为佳，整个系统b o d 5 去除率9 8 以上，总氮去除率8 0 以上，总磷去除率9 5 以上。 1 2 1 5 u c t ( u n i v e r s i t y o f c a p e t o w n ) 1 艺 从脱氮功能来讲，并不需要在缺氧池前设置厌氧池，但作为厌氧选择器可以促进菌胶 团的细菌繁殖并抑制丝状菌在缺氧池和好氧池中的繁殖。u c t 工艺与l u d z a c k - e t t m g e r 工 艺及a 2 o - i - 艺不同之处在于最终沉淀池回流污泥不是回流到厌氧池而是到缺氧池，这样 可以防止由于硝酸盐进入厌氧池，破坏厌氧池的厌氧状态而影响系统的除磷效果。工艺流 程见图1 4 ： 混合液回流( 1 0 0 3 0 0 ) 缺氧回流( 1 0) 七0 0 ) l 一厌氧池l 叫竺竺h 竺竺卜 竺兰卜 ll 赢污藏面荔o 丁剩余污泥 图1 _ 4u c t 工艺 而改良型u c t 工艺在厌氧池和好氧池中间再增加一个缺氧池。系统中包括两个内回 流，缺氧池1 只接受二沉池的回流污泥，同时缺氧池l 有混合液回流至厌氧池，以补充厌 氧池中污泥的流失。因此，只要通过操作很容易的减少经回流污泥携带来的硝酸盐数量， 硝酸盐氮在缺氧池中经反硝化而完全去除。缺氧池2 接受来自好氧池的混合液回流，同时 进行反硝化作用，可以使缺氧池出水中的硝态氮浓度保持接近于零。这种将缺氧池l 和缺 氧池2 完全分开的改良型u c t 工艺，可以避免将过剩的硝态氮带进厌氧池，从而使之保 持较为严格的厌氧环境，提高了厌氧放磷和整个系统的除磷效率。改良型u c tt 艺流程 见图1 5 ： 同济大学博士后研究工作报告第一章概述 缺氧混合液回流( 1 0 0 0 鼽2 0 0 )硝化混合液回流( 1 0 0 札2 0 0 9 6 ) 图1 5 改良型u c t - i - 艺 1 2 1 6 v m o r r g i n i a i n i t i a t i v e p l a n t ) m 艺 v i p 工艺流程和u c t 工艺相同，和u c t 工艺不同的是，其在厌氧区、缺氧区、好氧 区三个部分中每一个部分由两个以上的反应池所构成，所以可以增加吸磷和放磷等过程的 速率。同时，v 1 p 工艺有机负荷比u c t 工艺高，故可以采用比u c t 工艺短的泥龄，v i p 工艺的泥龄为5 1 0 d ，而u c t 工艺的泥龄通常为1 3 2 5 d 。v i p 工艺负荷高，运行速率也较 高，污泥中活性生物的比例也就增加，因此，脱氮除磷速率高，同时反应池的体积小，投 资省。 1 2 1 7 二池间歇曝气工艺 二池间歇曝气工艺由两个反应池直接相连，最后由一个沉淀池所构成，二池容积相等。 各池内设搅拌器，二池周期性地反复进行间歇曝气和搅拌，形成厌氧、缺氧和好氧区。每 次循环周期1 2 0 分钟，第一反应池曝气3 5 m i n ，为硝化过程；搅拌8 5 m i n ，主要是放磷过 程，其次是反硝化脱氮。在第二反应池曝气8 0 m i n ，搅拌4 0 m i n ，进行低浓度的硝化、脱 氮和磷的吸收过程。污水经过曝气、搅拌以及污泥的吸收后，溶解性磷的含量几乎可以达 到0 m g l ，总氮去除率达9 0 ，b o d 5 去除率达9 5 ，总磷去除率9 0 以上。 1 2 1 8b a r d e n p h o 工艺 b a r d e n p h o 工艺是以高效率同步脱氮除磷为目的一项技术。该工艺反硝化过程中所利 用的碳源来源于原污水中的含碳有机物和细菌的内源代谢产物。其工艺流程见图1 - 6 ： 同济大学博十后研究工作报告 第一章概述 缺氛混合液回流( 4 0 0 ) 图1 4b 鲫1 e 印h o 工艺 原污水进入第一缺氧池，与来自第一好氧池含硝态氮的污水进行反硝化反应；从二沉 池回流进入的含磷污泥则在其中释放磷。第一好氧池的首要功能是去除原污水带入的有机 物，同时进行硝化和磷的好氧吸收。混合液进入第二缺氧池后，进行内源反硝化和磷的释 放。第二好氧池的主要功能是过量吸收溶解性磷，同时进行硝化。各池都有其首要功能， 并兼行其它功能。因此本工艺脱氮除磷效果好，总氮去除率在9 0 以上，总磷去除率达9 7 。 1 2 1 9c a s t ( c y e f i ea e f i v a ：t e ds l u d g et e e h n o l o g y ) t 艺 c a s t 工艺是一种循环式活性污泥法，整个工艺为一间歇式反应器，在此反应器中活 性污泥法过程按曝气和非曝气阶段不断重复，将生物反应过程和泥水分离过程结合在一个 池子中进行。由于该工艺是一种“充水和排水”活性污泥系统，污水按一定的周期和阶段 得到处理，故可以看成是s b r 工艺的一种变体。c a s t 工艺每一操作循环由进水曝气、 进水沉淀、撇水、闲置( 视具体情况而定) 四个阶段组成。循环开始时，由于充水，池 子中的水位由某一最低水位开始上升，经过一定时间的曝气和混合后，停止曝气，以使活 性污泥絮凝能在一个静止的环境中沉淀。在完成沉淀阶段后，由一个移动式撇水堰排出已 处理的上清液，使水位下降至池子所设定的最低水位，然后再重复上述过程。c a s t 工艺 的一个重要特点是具有卓越的硝化与反硝化能力，并且不像前置反硝化系统那样需要将硝 酸盐氮从硝化区回流至反硝化区。硝化和反硝化在曝气阶段同时进行，运行时控制供氧强 度并不断加以调节，使活性污泥絮体周围保证有一个好氧环境进行硝化：而絮体内部则因 氧的渗透作用受到限制导致氧浓度很低，同时较高的硝酸盐氮浓度则使其能较好的渗透到 絮体内部，有效地进行反硝化。另外，非曝气阶段也存在一定的反硝化作用。根据目前投 入运行的c a s t 工艺运行结果，其2 4 小时混合出水氨氮浓度低于0 2 m l ，硝态氮低于 1 s m g ，l 。c a s t 工艺使微生物不断的循环通过好氧和厌氧运行可以使微生物细胞内吸收过 量的磷，在4 小时循环周期的c a s t 系统中，其生物除磷的效果在8 0 0 - 9 0 左右。如需 7 同济大学博十后研究工作报告第一章概述 再进一步提高除磷的效果，可采用6 小时或更长的循环周期，此时非曝气时间占整个循环 时间的5 0 左右，池子容积和撇水堰渠均需适当增大 1 2 1 1 0 好氧与厌氧交替活性污泥( a a a ) - r 艺 a a a ( a l t e m a t i n ga e r o b i c a n o x i e ) i 艺是一种新的污水处理方法，曝气机反复开停，使 系统交替处于好氧缺氧状态，进行硝化和反硝化该工艺由于在厌氧期可有效地从硝酸盐 中获得氧，并且由缺氧向好氧工况改变期间存在高的氧转移速率，故具有能耗低的优点。 据报道，对于服务人口为2 0 0 - - 5 0 0 人的小型污水厂，a a a 工艺较之于接触氧化法可以减少 约4 0 的能耗。由于曝气装置反复开停，当停止曝气时，污水和活性污泥充分接触，能充 分发挥其处理能力，在脱氮的同时能避免p h 值降低。以服务人口3 0 0 人为例，用接触氧 化法占地8 9 3 i n 2 ，而用a a a 工艺占地7 9 6m 2 ，省地1 1 。在有氧条件下，微生物细胞内 有一定数量的氢核和电子载体参与有机碳的氧化，这些反应所释放的能量一部分以热量散 发，另一部分则被氧化磷酰基为三磷酸腺酐( a t p ) 的反应吸收，故污泥产率比常规工艺 低。 1 2 1 1 1 氧化沟工艺 氧化沟的脱氮除磷，主要是利用沟内溶解氧分布的不均匀性，通过合理的设计，使沟 内产生交替循环的好氧区、缺氧区和厌氧区，从而达到脱氮和除磷的目的。p i ( p h a s ei s o l a t i o n ) 型氧化沟，即分阶段作用的氧化沟，其中包括d e 型、t 型和v r 型氧化沟都是根据a o 和a 2 ，o 生物脱氮除磷的原理，创造缺氧好氧或厌氧，缺氧好氧的环境，来达到生物脱氮除 磷的目的。为利用d e 型氧化沟进行生物除磷，必须在d e 型氧化沟前设置一厌氧池，从而 和缺氧好氧段联合达到脱氮除磷的目的。缺氧区与好氧区合建式氧化沟是美国e i m c o 公 司专为c a r r o u s e l 系统设计的一种先进的生物脱氮除磷工艺，它在构造上的主要改进是在氧 化沟内设置了一段缺氧区，根据进水含氮量的要求，缺氧区回流渠的端口处可调节活门张 开程度不同以控制进入缺氧区的流量。曝气设备控制充氧量，以保证回流渠处的混合液处 于缺氧状态，为反硝化创造良好的条件。o r b a l 氧化沟的曝气是通过曝气转碟来完成，其 在每个轴承上的安装片数和转动方向可灵活变化，因而允许每个沟道的供氧量呈变化状 态。曝气转碟的转速和浸没深度也可根据充氧要求调整。根据美国四个采用o r b a l 氧化沟 的污水厂运行数据，出水氨氮通常小于i m p , l ，尽管硝化程度很高，但出水硝酸盐氮也均 8 同济大学博士后研究工作报告第一章概述 小于5m e , l ，除磷效果也很显著，出水总磷含量在lm g l 以下。侧沟式一体化氧化沟采 用间歇曝气工艺( 无混合推流设备) 采用2 小时曝气2 小时停止曝气的运行方式也取得了 良好的硝化和反硝化效果。 1 2 2 生物膜法处理技术研究进展2 5 删 生物膜法出现于2 0 世纪5 0 6 0 年代，是目前水处理领域较为活跃的研究课题，在实际 工程中应用较广，主要包括生物滤池、曝气生物滤池、生物转盘、接触氧化法及流化床等。 生物膜具有较大的表面积，能够大量吸附废水中的有机物，而且具有很强的氧化能力。生 物膜利用有机物作为营养物质，在自身生长、繁殖的同时降解了有机物。根据生物膜理论， 膜表面常附着很薄的水层，由于有机物被生物膜氧化，其浓度要比滤池进水中的有机物浓 度低。因此，当废水从膜表面流过时，有机物就会转移到膜表面的水层中，进一步被生物 吸附降解，同时空气中的氧从废水进入生物膜，促进微生物的新陈代谢和有机物的分解， 达到污水净化的目的。一般流程见图l 一7 。 图l - 7 生物膜处理工艺基本流程图 生物接触氧化法是通过在池中设置填料，使填料上长满生物膜，当废水通过境料时， 与生物膜接触，在生物膜的作用下，分解有机物，达到废水的净化。该工艺可在较高的有 机负荷下有效运行，由于生物量大，污泥负荷较低，从而控制了剩余污泥的产量。生物滤 池是在接触氧化工艺基础上发展起来的处理方法，溏池中装满填料并形成生物膜，废水经 布水器均匀地分布于池面，并向下渗透，在此过程中有机物、悬浮物、重金属等污染物被 截留并去除。 生物膜法为高负荷工艺，与传统活性污泥法相比，工程造价低、占地面积省，运行费 用相对较低，但较先进的曝气生物滤池工艺在国内技术尚不成熟，如大连马栏河等工程均 为国外引进技术。 9 同济大学博士后研究工作报告第一章概述 1 2 3 城市污水强化一级处理工艺研究进展1 3 1 _ 5 0 】 强化一级处理就是利用一定的物理、化学或生物的方法使污水中的呈悬浮或胶体状态 的污染物质颗粒发生凝聚和絮凝，改善污染物质的可沉降性能，提高沉淀分离效果和去除 能力，从而改善出水水质的一种处理工艺。