立式活塞流厌氧好氧污水处理系统工艺与装置研究.doc

重庆市科技计划项目 立 项 申 请 书专项名称：环境污染治理关键技术及设备研究开及工程示范专项项目名称： 立式活塞流厌氧好氧污水处理系统工艺与装置研究 计划类别： 攻 关 课 题 申请单位： 重庆大学城市建设与环境工程学院 项目负责人： 罗 固 源 联系电话： 65121243 组织部门： 重 庆 大 学 起止年限： 2002 年 07 月 2005 年 06 月 填报时间： 2002 年 03 月 05 日重庆市科委编制二00二年一月填写说明1、凡申报重庆市科委科技攻关、成果推广、火炬、星火、产业化、科技合作、院士专项和科研院所转制计划的项目，都须填写此立项申请书。2、立项申请书由项目的主承担单位填写，经项目组织部门或区、县（自治县、市）科委审查同意后一式三份报送重庆市科委。3、立项申请书所列内容都要据实填写，表达应明确、完整、严谨、扼要（外文名词要同时用中文表达）。4、立项申请书一律要求用A4纸张打印，否则不予受理。重庆市科技计划项目基本信息简表专项名称环境污染治理关键技术及设备研究开及工程示范专项项目名称立式活塞流厌氧好氧污水处理系统工艺与装置研究承担单位重庆大学城市建设与环境工程学院组织部门 重庆大学单位地址 重庆市沙坪坝区（县、市）邮编400045单位性质11.高等院校 2.科研院所 3.企业 4.其它工商注册登记类型11.国有 2.集体 3.股份合作 4.联营企业 5.有限责任公司 6.股份有限公司7.私营企业 8.港澳台商投资企业 9.外资企业 10.其它企业单位法定代表姓名吴中福联系电话65102349手机单位传真65106993项目负责人姓名罗固源联系电话65121243手-项目主要协作单位计划类别21.应用基础 2.攻关 3.火炬 4.推广 5.星火 6.产业化 7.科技合作8.软科学 9.院士专项 10.创新能力建设 11.科研院所转制项目主要服务行业81.农、林、牧、渔业 2.制造业 3.交通运输、仓储及邮电通信业 4.金融、保险业 5.社会服务业 6.卫生、体育和社会福利业 7.教育、文化艺术及广电业 8.科学研究和综合技术服务业 9.国家机关、政党机关和社会团体 10.其它行业项目所属技术领域41.电子信息 2.生物医药 3.农业 4.环境保护 5.新材料 6.光机电 7.交通、能源 8.社会事业 9.其它起止时间2002.072005.06总投资 35 万元申请资助 25 万元主要研究内容(限100字)研究立式活塞流厌氧缺氧好氧污水处理系统使污水处理工艺向空间发展，利用推流式特征提高反应速率和反应器的效率，实现连续流进出水一体化生物系统较好的除磷脱氮效果。主要研究内容包括：立式活塞流反应器及曝气系统的最佳配置；具有良好除磷脱氮功能的最佳运行参数以及成套设备和装置研发。预期成果形式或达到的目标(限100字)开发立式活塞流厌氧好氧污水处理技术及其成套设备，并就此关键技术申请专利；提供该系统处理城市污水的工艺技术软盘和优化设计参数；处理出水水质达到污水综合排放标准（1996）中一级排放标准的要求；与常规活性污泥法相比节省基建投资2030%，节省能耗3040%，减少占地3040%。注：此简表的选择项均为单选项。一、目的意义、国内外水平、发展趋势和市场需求：1、目的意义长期以来，我国污水处理沿袭了欧美国家近百年来的污水处理路线和处理技术。据统计1989至1997年期间开工建设的城市污水处理厂，约90%使用了国外政府或国际金融组织的贷款，绝大部分采用了进口成套设备，这与我国现阶段的经济水平和实力不相称，建成投产后的维护管理也较困难。因此，针对我国的具体情况研究开发运行稳定、流程简单、占地省、管理方便、综合处理效率高、运行费用省、具有自主知识产权的污水处理技术不但可以提高环境效益而且可以促进我国环保产业的发展，对我国社会经济的可持续发展具有重要的现实意义。随着我市社会经济的发展、城市化水平的提高、三峡水库的使用，包括小城镇、小村镇在内的城市污水治理尤其是对富营养化污染的防治已显得越来越重要、越来越紧迫。目前，在三峡库区周围拟建的城市污水处理厂以及已经运营的污水处理厂在除磷能力上仍是一个亟待解决的难题，开发简易高效运行费用低且具有除磷脱氮功能的污水处理技术和成套设备符合三峡库区流域社会经济现状，也是城市污水近几十年里主要研究的课题。2、国内外水平和发展趋势欧洲国家从五十年代起就已开始考虑水环境的控磷问题，70年代开始研究生物除磷技术，80年代对污水生物除磷技术的研究取得了重大发展，并开发了多种商业性工艺流程，如Phostrip工艺、Badenpho工艺、A/O工艺、A/A/O工艺、UCT工艺、改良的UCT工艺、VIP工艺、SBR工艺及其改良的活性污泥工艺。近年来，在传统工艺的基础上简化工艺流程、提高处理效率、改善充氧条件，为生物生存创造较良好的环境做了大量的研究工作，形成了一系列具有除磷脱氮功能的新工艺、新技术，其中A/A/O工艺设计较合理，除磷效果较好，但流程复杂；氧化沟技术、SBR技术及其改良技术由于流程简单、管理方便，在实际污水处理工程得到了比较广泛的应用。氧化沟技术是目前国内外广泛推广运用的简易高效污水处理新技术之一，该技术由于管理方便、运行稳定而被广泛推广。但该系统有机负荷低、水力停留时间长、污泥龄长不利于聚磷菌的积累，往复循环的混合液不利于厌氧环境的形成，致使该系统除磷效果不理想。目前为了提高氧化沟的除磷能力或在双沟式氧化沟前增加厌氧池或采用三沟式氧化沟，虽对除磷效果有一定提高，但相应地对运转设备也提出了更高的要求，比如双沟式氧化沟必须采用双向式曝气转刷以改变沟渠中的水流方向，三沟式氧化沟则必须采用双速电机实现曝气转刷的曝气和混合功能，而且这些设备总是和污水处理工艺捆绑推出，并形成该公司具有自主知识产权垄断技术。比如，Kruger公司开发的三沟式氧化沟工艺捆绑的双速转刷设备、DHV公司开发的Carrousel氧化沟工艺捆绑的立式低速表曝机、U.S.Felter公司开发的Qrbal氧化沟专用曝气转碟等。由于曝气装置在氧化沟系统中具有独特的作用，对曝气转刷的技术含量以及机械性能都提出了极高的要求，这也是当前氧化沟技术引进和开发中的一个关键问题。SBR技术是目前国内外主要研究的简易高效污水处理新技术，由于其运行方式灵活，很容易实现时间序列的厌氧-好氧-缺氧环境，为生物除磷脱氮创造极有利的条件，但该技术间歇进水间歇出水的方式极大程度地限制了它的工程应用。为此，根据污水性质以及对处理出水的特殊要求SBR系统有了许多变化和发展，如ICEAS、CASS、DAT-IAT、IDEA、NBIAS等均实现了连续进水，但其间歇出水方式对运行和出水控制产生一些当前难于克服的困难。UNITANK工艺结合了SBR和三沟式氧化沟的特点，省去了污泥回流、并实现了连续进水和连续排水，但该技术过分依赖仪器仪表，一旦控制系统故障，整个系统将无法工作。事实上，SBR技术的处理效果不但与运行方式、运行工况有关，而且还和该技术的控制系统、滗水器系统紧密相联。当前国内外污水处理工艺技术的研究均与设备的开发密切结合，因此在对污水处理工艺技术进行研究的同时开发具有自主知识产权的污水处理成套技术和设备将具有广阔的市场应用前景，是推动我国环保产业持续发展的关键。3、课题的提出本研究拟订采用立式活塞流厌氧好氧污水处理技术并捆绑开发立式活塞流污水处理系统的处理工艺和设备。通过对本工艺技术和设备的研究使污水处理系统向空间发展，减少占地，并利用空间形成具有空间推流式特征的污水处理系统。该系统可以减少或消除氧化沟空间序列推流式中存在的反混现象，提高反应速率；同时开发适宜于立式活塞流污水处理系统的处理设备并在立式活塞流反应器中形成特有的厌氧、缺氧和好氧区，为污水生物除磷脱氮创造条件，消除连续进出水间歇曝气系统厌氧期磷释放而引起的出水磷浓度增加的问题。立式活塞流厌氧好氧污水处理技术研究的理论依据是：在连续流污水处理系统中有两种极端的水流形态即完全混合式（CSTR）和推流式（PFR），相对来说，在推流式系统中由于底物的浓度没有被稀释而保持了最大的生化反应推动力，因此反应速度快，处理效率高。例如常规的厌氧反应器和UASB反应器，后者可以使厌氧反应时间从几天到几十天缩短到几小时到几天，其关键原因是UASB技术一方面提高了系统污泥停留时间同时该系统采用了理想的推流式反应过程，从而大大提高了生化反应效率。同样地，氧化沟和SBR技术之所以具有较传统活性污泥系统更经济有效的处理能力和该系统独特的水流特性有关。因为，氧化沟循环的水流方式形成了一种空间序列推流式反应系统，而SBR的序批式反应方式则形成了一种理想的时间序列反应系统，这些特性保证了氧化沟或SBR系统具有较高浓度效应的空间或时段，可以获得比连续流完全混合曝气池高得多的生化反应推动力。但由于SBR变水位出水和氧化沟系统的返混现象，存在一些运行控制问题以及尚不能获得比较理想的反应速率等问题。本研究提出的立式活塞流厌氧好氧污水处理技术可以较好克服氧化沟系统中的返混现象，并在立式反应器的不同部位分别形成厌氧、缺氧、好氧状态，使之具有SBR系统好的除磷脱氮功能和氧化沟系统操作方便运行稳定的特性，而且可具有A/A/O系列高负荷、低SRT和HRT的优点。4、市场需求最近国家颁布的城市污水处理及污染防治技术政策中要求到2010年全国设市城市和建制镇的污水平均处理率不低于50%、设市城市的污水处理率不低于60%、重点城市的污水处理率不低于70%，而目前我国的城市污水处理率还不到15，因此我国的环保产业将成为我国国民经济的一个新的增长点，成为国家重点投资领域，寻求具有自主知识产权的污水处理工艺技术是环保企业持续发展的技术关键。本研究拟开发的具有自主知识产权的立式活塞流厌氧好氧污水处理技术将污水处理工艺和设备开发捆绑于一体，有利于成果的产业化开发。该污水处理系统向空间发展、可大大减少占地面积，同时在反应器中创造良好的推流式条件，通过提高的反应推动力获得快的生化反应速率，从而保证污水处理系统高的生化处理效率；该技术采用特殊的曝气系统在立式活塞流反应器中可以方便形成厌氧缺氧好氧环境，为污水处理生物除磷脱氮创造有利条件。该系统可以避免SBR因变水位出水引起的运行控制与出水控制难于协同掌握从而导致污泥的严重流失，也可省去SBR工程中多个反应池交替运行的烦琐控制，还可以实现氧化沟因为“返混”而难于较好实现的空间序列推流式反应特征和厌氧环境。可以预期该占地省、反应速率快、效率高的污水处理成套新技术将具有强的市场竞争优势和广阔的市场前景。二、研究目标、主要研究内容和技术关键、特色：1、研究目标本研究采用立式活塞流厌氧好氧污水处理技术对城市污水进行处理，将污水处理系统向空间发展，减少污水处理的占地规模；捆绑开发的处理设备可以在立式反应系统中形成理想的AAA或AAO空间顺序，为污水处理生物除磷脱氮创造良好的环境条件；利用立式反应器实现比氧化沟系统更为理想的空间序列推流式活塞流反应系统，从而通过提高反应过程推动力来提高污水处理系统处理的能力。通过本课题的研究，最终形成占地省、反应速率快、流程简单、效率高的污水处理新技术，该技术不但具有好的COD去除能力，而且还具有良好的除磷脱氮效果。2、主要研究内容本研究采用立式活塞式连续流反应器，在反应器的底部污水和回流污泥充分混合并进入立式反应器底部厌氧区，然后按空间推流式方式运行，在该区间发生厌氧释磷，在厌氧区之后设缺氧区，可以实现不需外加碳源的反硝化脱氮过程；在立式反应器的上部为好氧曝气区，主要发生好氧硝化和好氧吸磷过程。由于该系统在中上部曝气，可以实现连续流进出水一体化生物系统除磷脱氮。本研究主要研究内容：（1） 立式活塞流反应器厌氧、好氧、缺氧环境与曝气系统的关系；（2） 立式活塞流反应器长径比、污泥浓度、污泥负荷与固体停留时间、水力停留时间的关系及对系统运行效果的影响；（3） 立式活塞流反应系统除磷脱氮试验研究；（4） 立式反应器空间序列推流式活塞流系统处理城市污水最佳运行参数试验；（5） 立式活塞流反应器曝气设备和成套装置研究。3、技术关键（1） 构建一体化生物系统上向推流式厌氧、缺氧、好氧环境；（2） 延长反应器内固体停留时间的措施；（3） 泥水分离系统4、研究的特色（1） 创新性地提出利用立式空间开发具有除磷脱氮功能的活塞流反应系统，进一步提高反应效率，使污水处理向空间发展，减少占地；（2） 可以实现污水处理中较为理想的活塞流反应过程，避免了氧化沟因为“返混”而难于形成的卧式空间推流问题，从而获得更快的生化反应速率和更高的反应器效率；（3） 一体化生物上向流系统上部好氧出水可以保证良好的除磷脱氮效果，避免SBR连续进出水间歇曝气系统除磷脱氮功能随运行工况变化而存在的出水水质的不稳定问题。（4） 可避免SBR系列变水位出水导致的运行控制与出水控制难于协同掌握的矛盾。三、拟采取的研究方法、技术路线和工艺流程（含可行性分析）：管径比、升流速度对厌氧好氧缺氧环境的影响；污泥、混合液回流系统对除磷脱氮的影响最佳运行参数研究能使污水和回流污泥充分混合的配水系统延长固体停留时间的阻力构件泥水分离器曝气系统研究经济有效的污水、污泥回流系统成套设备组合中上部曝气设备的开发曝气设备导气装置立式反应器污泥悬浮的措施成套设备开发发除磷脱氮试验研究立式活塞流反应器研究1、 研究方法本研究+拟订采用实验室模型和规模试验研究相结合的方法来探索立式活塞流反应系统对城市污水除磷脱氮效果的影响。2、技术路线2、 工艺流程及装置 出水 好氧区 沉淀池 曝气系统 剩余污泥排放 混合液回流 缺氧区 厌氧区 污泥回流 混合器 进水 立式活塞流反应系统4、可行性分析立式活塞流厌氧缺氧好氧污水处理系统利用污水、污泥的上流式移动扩散方式形成一种较为理想的推流式反应过程；利用中上部的曝气系统在立式反应器中创造厌氧、缺氧、好氧区域，从而为生物除磷脱氮创造极为有利的条件。该推流式反应器充分利用推流式系统显著的生化反应推动力来提高系统反应速度、提高污水处理效率，因此，可以预期立式活塞流厌氧缺氧好氧污水处理系统是一种理论上可行、实际工程中具有广泛推广应用价值的高效低耗、流程简单、占地省、运行管理方便的实用污水处理技术。四、进度安排及达到的技术和经济指标：1、进度安排本研究时间2002.072005.06（共三年）分为四个阶段：第一阶段：2002.072002.12：调研、资料和文献收集分析、试验方案设计和实验装置的制作； 第二阶段：2003.012003.12：立式活塞流反应器曝气设备研究、除磷脱氮试验研究。第三阶段：2004.012004.12：立式活塞流反应系统最佳运行参数研究。本阶段试验包括实验室研究、规模验证试验和稳定运行试验等。 第四阶段：2005.012005.06：资料及试验数据整理、撰写科研报告并进行科研技术鉴定。2、技术经济指标开发新型的立式活塞流反应系统及其成套设备；提供该工艺技术处理城市污水的优化设计参数处理出水水质达到污水综合排放标准（1996）中一级排放标准的要求。即： CODcr60mg/l； BOD520mg/l； SS20mg/l； NH3-N 15mg/l； TP0.5mg/l。 与现行的生物处理活性污泥法相比较，节省基建投资不低于2030%，节省能耗不低于3040%，减少占地不低于3040%。五、前期研究基础（可附相关证明或说明）及现有条件（含设备手段等）和优势：1、 前期研究基础（1）、本课题组已较好地完成了多项与本研究项目有关的前期工作，如“连续进出水间歇曝气生物脱氮工艺研究”、“连续进水变水位出水间歇曝气生物除磷脱氮试验研究”以及“简易高效活性污泥复合系统除磷脱氮技术研究与示范”等，发表了大量科研论文，并多次在国际性学术会议上进行过前沿交流。（2）、收集了与本课题研究相关的国内外最新资料及专项系统资料。（3）、本课题组和远达环保公司有较广泛的技术合作，可为本研究提供场地。2、现有条件和优势课题组所在单位具有环境工程实验室、给水排水实验室以及世界银行贷款资助的测试中心，具有紫外、红外、原子吸收光谱、质谱、色质联机等先进仪器设备。同时还是国内给水排水工程技术设计研究中心的第六分部、国家环保局水污染控制设备质量监督检验中心和建设部水处理设备质量监督检验中心、重庆市三峡库区人类聚居区水环境保护与水资源综合利用重点实验室、重庆市三峡库区废物资源化与无害化重点实验室，具有充足的设备和检验手段满足本课题的需求。同时，本课题组与有关大中型污水处理厂和环保公司建立了广泛的联系和合作关系，也为本课题的研究奠定了良好的基础。 六、主要研究人员情况姓 名部门及职 务技术职称年龄近年所取得的主要科技成果情况（包括学术论文）联系电话罗固源重庆大学副校长教授57主持完成国家自然科学基金、国家攻关以及省(市)部级科研课题8项，发表学术论文50余篇。023-6510699313908344249吉芳英城环学院副系主任副教授38参加或主持完成国家自然科学基金、国家攻关以及省(市)部级科研课题8项，发表学术论文20余篇。023-6512076913883105423许哓毅讲师29参加国家攻关以及省(市)部级科研课题3项，发表学术论文5余篇 宁博士28参加国家攻关以及省(市)部级科研课题2项，发表学术论文5余篇。魏 琛博士26支银芳硕士23七、准备工作情况和拟采取的主要措施：1、准备工作本课题组十多年来经过对“连续进出水间歇曝气生物脱氮工艺、“连续进水变水位出水间歇曝气生物除磷脱氮系统”以及“简易高效活性污泥复合系统除磷脱氮技术研究与示范”等课题的实验室研究和工程应用积累了大量城市污水处理除磷脱氮经验，同时也和环保公司建立了良好的合作关系，为成果的推广奠定了基础。另外课题组对立式活塞流厌氧好氧污水处理系统进行了初步探索，并从理论上进行了分析，认为该研究具有较强的理论基础，可以充分发挥污水处理系统浓度差效应提高反应效率；同时也对目前污水处理技术市场进行了调查，认为在土地资源日益紧张的情况下该系统将具有广阔的应用前景。2、拟采取的主要措施本研究主要采取实验室研究的方式进行，在技术成熟后和环保厂家联合开发具有自主知识产权的污水处理成套新工艺。八、项目实现后的经济（社会）效益： （单位：万元） 预期经济效益新增产值新增税金新增利润节约价值创 汇（万美元）完成并形成能力后直接效益/年00000完成后间接效益/年00000文字说明：（含社会效益）在土地资源日益紧张的情况下，本研究创新性地提出利用立式空间开发具有除磷脱氮功能的活塞流反应系统，使污水处理向空间发展，和常规活性污泥系统相比可以减少占地3040%。由于本技术融合了SBR系统良好的除磷脱氮功能和氧化沟操作简单的优势，实现了一池生物系统的除磷脱氮，从而使污水处理系统操作简单，运行管理方便。本系统的研究沿用国际污水处理技术和设备开发的模式实施捆绑研究，有利于