AAO氧化沟工艺深度脱氮协同生物除磷研究

1、AAO氧化沟工艺深度脱氮协同生物除磷研究 /氧化沟工艺深度脱氮协同生物除磷研究重庆大学硕士学位论文学术学位学生姓名:张驰指导教师:张智教授专 业:市政工程学科门类:工学重庆大学城市建设与环境工程学院二一二年四月 / :.: ,中文摘要摘 要针对我国三峡库区城镇污水有机污染物浓度偏低,氮含量相对较高,水质、水量随季节变化,出水不能稳定达到城镇污水处理厂污染物排放标准一级标准的特点,采用氧化沟工艺,分别在/规模的中试试验和/规模的生产性调控工程中,以实际城镇污水为处理对象进行研究。调控前污水处理厂出水水质不能稳定达到一级标主要体现在出水超标,主要的原因有碳源不足、曝气过度、调控技术单一、活性污泥性

2、状差。试验原污水平均、为/、./、./、./,/值禾/值为.幂.,脱氮除磷所需碳源不足。在不同的季节,原水水质有较大变化,雨季原水污染物浓度只有旱季浓度%左右。因此,生物反应器需要根据水温的变化、水质的波动、降雨的多寡采用不同的运行模式,才能在有限碳源条件下实现最大限度的脱氮除磷。系统的研究了内回流比、污泥回流比、污泥龄、好氧区平均浓度对中试氧化沟工艺脱氮除磷性能的影响。通过调节内循环回流比、污泥回流比、和好氧区平均浓度等一系列运行参数,研究了氧化沟工艺去除污染物性能的变化、各阶段承担的污染物去除性能的变化,优选出合理参数。通过维持好氧区平均浓度为.、.、.和./深入研究了对中试氧化沟工艺运行

3、的影响,结果发现的去除受浓度变化的影响很小,去除率随着浓度的降低逐渐提高,同时系统的率也会逐渐提高。若仅仅维持较高的脱氮效率,可使得氧化沟工艺在低条件下运行。浓度对生物除磷有着明显的影响,在浓度不低于./的时候,系统一直维持较高的生物除磷活性,而当浓度维持在./左右的时候,系统出水磷超标,须辅以化学除磷。综合来看,若维持氧化沟工艺有较高的脱氮除磷效率,好氧区的平均不能低于,建议在./左右。在单因素试验基础上,重点考察了污染物存在形态及去除规律、不同工艺条件下碳源分配情况和脱氮除磷效能,确定了生物反应器在不同季节时段的运行模式:春季时段采用氧化沟工艺,夏季晴天时段采用低氧/常氧氧化沟工艺,夏季连

4、续暴雨时段采用多点进水低氧/常氧氧化沟工艺,秋季时段采用氧化沟工艺,冬季时段采用分段进水分段回流氧化沟工艺,并给出运行参数。通过分析各种工艺中碳、氮、磷的去除规律,比较其碳源分配情况,说明碳源能否合理分配及充分利用是评价工艺优劣的重要标准。重庆大学硕士学位论文研究了好氧区强化脱氮的供氧方式,提出了曝气转盘问好氧缺氧自然分区的物料方程式,讨论了该方程的理论指导意义和应用价值。基于此,在污水处理厂中进行控制的调控试验,通过整体性分区和局部性分区相结合的方式可以获得较好硝化反应效果和反硝化反应效果,在局部产消硝酸盐平衡的基础上重点突出整体脱氮优势,明显提升了脱氮效果,好氧区出水溶解性由调控前的./下

5、降至./,实现了低碳源条件下的深度脱氮。调控后污水处理厂出水稳定性增强,出水指标全面达到一级标,对的去除效能明显提升,出水更加稳定,碳源利用更加合理,并实现节能。关键词:氧化沟,城镇污水,同时硝化反硝化,调控,碳源分配英文摘要, , 。 ? . / /., ,.,/、./、/ / . ./、./,./ / .% . ,., , ,.: , , .? .,.,.,.重庆大学硕士学位论文/. , . ., ./. ./, , ., . ./,. /. , .,:, / /, , , . . 、,. , , , 英文摘要 ././, , , , , ,.: , ,目 录目 录中文摘要.英文摘要绪论.

6、课题背景.课题来源?.研究目的和意义?.三峡库区污水处理厂深度脱氮除磷的必要性?.城市污水生物脱氮除磷技术概述?.污水生物脱氮技术概述?.污水生物除磷技术概述?.氧化沟工艺原理及应用现状.氧化沟工艺的基本原理?.工艺基本特点?.氧化沟工艺特点.主要研究内容 试验场地与方法.试验地点与进水水质?. .试验装置?.生产性调控工程.中试反应器.测试项目及方法?. .物理记录项目 .化学分析项目 .微生物检测项目调控前污水处理厂运行效能分析. .进水水质与控制参数?.调控前工艺运行效能分析.对去除效能分析?.对。.去除效能分析?.对去除效能分析.对去除效能分析.重庆大学硕士学位论文.能耗分析.本章小结

7、?.氧化沟工艺运行的影响因素及优化研究?.中试反应器的启动.单因素试验.内回流比对中试反应器性能的影响.污泥回流比对中试反应器性能的影响.污泥龄对中试反应器性能的影响?.对中试反应器性能的影响?.本章小结?.中试装置季节运行模式研究?“.不同季节运行模式时段划分?.运行时段划分依据.各时段水质特征及运行工艺要求?.冬季运行模式?.工艺流程.试验工况.结果分析.小结?.春季运行模式?.工艺流程?.试验工况.结果分析.小结?.夏季运行模式?.工艺流程.试验工况.结果分析.小结?.秋季运行模式?.工艺流程.试验工况.结果分析.小结?目 录.本章小结?.调控后污水厂脱氮除磷运行效果分析?.调控后污水处

8、理厂出水水质?.强化好氧区的实践应用.溶解氧优化供给理论.好氧区分段设计思想的应用.本章小结结论致 谢?一参考文献附 录 .作者在攻读学位期间发表的代表性论文目录?. .作者在攻读学位期间参与的科研与工程活动?.作者在攻读学位期间主要获奖情况?.重庆大学硕士学位论文绪 论绪论.课题背景.课题来源本课题来源于国家“十一五”课题“水体污染控制与治理”重大科技专项课题二:“三峡库区污水处理厂功能提升与污泥处理处置技术研究与综合示范”中的子课题?城市污水厂工艺功能提升调控技术研究与示范。同时得到重庆大学研究生科技创新基金项目 的资助。.研究目的和意义氮、磷的过量排放引起的富营养化已经成为当前全球政府机

9、构和公众共同最为关注的环境问题之一。控制水体富营养化、防止水体污染的根本途径在于对污染源进行治理,控制污染物的排放量,使污水处理厂出水中碳、氮、磷含量达到一定的排放标准。污水排放标准的不断严格是目前世界各国的普遍发展趋势,以控制水体富营养化为目的的氮、磷脱除技术开发已成为世界各国环境专业研究人员目前的主要奋斗目标。我国近年来新建了很多污水处理厂,城镇污水处理率大幅上升,但是我国对污水生物脱氮除磷技术的研究起步较晚,投入的资金有限,研究水平仍处于发展阶段,出水氮磷浓度较高仍较普遍。目前在生物脱氮除磷技术基础理论没有重大革新之前,充分利用现有的工艺组合,开发技术成熟、经济高效且符合国情的工艺应是今

10、后我国脱氮除磷工艺发展的主要方向,因此开展对生物脱氮除磷更深入的基础研究和应用开发,优化生物脱氮除磷组合工艺,开发适合现有污水处理厂改造的高效脱氮除磷技术有重要的现实意义。自从三峡工程开始施工后,库区水位提高,流速变慢,水环境自净能力降低,发生富营养化风险增大,为了保证库区水环境质量, “十五”期间在国家财政资金支持下一大批城市污水处理厂在三峡库区开工建设,其中多数采用了工艺和氧化沟工艺,污水处理厂建设起来后对改善库区水环境质量有重要贡献,但是,污水厂建设后由于水质水量进水波动大,厂内生产技术力量薄弱,污水处理厂调控技术单一,导致出水水质不稳定,出水较高,部分时段不能稳定达到一级排放标准,而且

11、运行能耗偏高,使得库区发生富营养化的风险增加,污水处理厂亟需进行功能提升。本文针对国家重点治理流域?三峡库区所普遍存在的城市污水厂进水碳源偏低、氮磷含量相对较高,水质、水量随季节变化的特点,结合“城市水污染控制与水环境综合整治技术研究与示范”主题,开展库区城市污水处理厂典型处理重庆大学硕士学位论文工艺氧化沟型的功能提升调控技术研究,重点研究氧化沟型工艺处理低碳氮比城镇污水深度脱氮协同生物除磷的调控技术,使出水水质在不新增处理构筑物单元和不碳源的前提下出水指标全部稳定优于一级标准,和氨氮等部分指标稳定达到一级排放标准,实现深度脱氮和除磷并降低运行能耗,为低成本提升库区城市污水处理厂强化生物脱氮除

12、磷运行技术方案提供重要支撑。.三峡库区污水处理厂深度脱氮除磷的必要性近年来三峡库区大规模兴建城镇污水处理厂,在工业废水基本达标排放的基础上,有机物和重金属污染已经得到遏制,然而氮磷污染依旧严重。大于./,大于./就认为湖泊已经处于富营养化水平,而我国排入湖库等水体所要求的一级标准规定限值为/,远远高于西方发达国家标准。欧盟污水排放标准【规定,对于人口在万万的城市限值为/,限值为/,人口大于万的城市限值为 /,限值为 /。澳大利亚一级排放标准是出水/的概率至少保证%,同时出水/的概率至少保证%。而我国城镇污水处理厂污染物排放标准?一级标准规定氨氮限值为/,限值为 /,一级标准限值竟高达/。与欧盟

13、和澳大利亚等国相比,我国的排放限值相对偏高,然而我国富营养化水平比欧盟和澳大利亚等国要严重。因此从控制水体富营养化角度看,我国尤其是三峡库区这样具有湖库型特征的敏感流域区域的污水总氮和总磷排放标准不仅不能放宽,反而应该更加严格。结合我国现阶段基本国情及已建污水处理厂设计标准和实际运行情况,在国际国内研究人员的研究基础上通过机理研究和工程性调控,使污水处理厂运行技术升级,实现污水处理厂的深度脱氮和除磷有重要现实意义。.城市污水生物脱氮除磷技术概述我国污水处理事业开始于世纪年代,起步较晚,在年以前,我国建设的污水处理厂所选工艺中多以普通曝气法为主,年后,随着对水环境要求的提高,尤其是近年来对污水处

14、理厂出水氮、磷限制力度的加强,我国先后引进了国外的许多新技术、新工艺和新设各,如法、氧化沟法、/工艺、/工艺和法等,并在全国范围内推广应用。目前,我国现有城市污水处理厂中%以上采用的是活性污泥法,其中,/和氧化沟及其变形工艺以其流程简单、运行管理方便、且能同时兼顾除磷脱氮要求等优点成为当前城市污水处理的主流工艺之一。绪论.污水生物脱氮技术概述传统生物脱氮原理污水生物处理过程中氮的转化主要包括氨化、同化、硝化和反硝化作用。传统理论认为,在自然生态系统中,从化合态氮到气态氮进而实现去除氮污染物质的目标主要是通过微生物的硝化和反硝化过程来实现的。目前普遍采用的生物脱氮技术,其理论基础亦是微生物的硝化

15、和反硝化作用【。氨化反应城市污水中氮的赋存形态以有机氮和氨氮为主,一般情况下硝态氮较低,仅/【】。有机氮化合物在氨化细菌的作用下分解产生氨氮,这一过程称为氨化反应,氨化反应在有氧或厌氧的条件下都能进行【,氨化反应是后续硝化反应发生的基础。硝化反应氨氮在好氧的情况下被微生物氧化成亚硝酸盐,进一步被氧化成硝酸盐,这一过程称为生物硝化过程。硝化反应将氨氮转化为硝态氮的过程包括两个基本反应步骤:一是由亚硝酸菌参与的将氨氮转化为亚硝酸盐氮的反应,一是由硝酸菌参与的将亚硝酸盐进一步氧化成硝酸盐的反应。反应方程式及酶促反应过程如.、.所示:一丛也型一型丛坐一型也专一型.慨幽马慨叫卫巡乌脚咝崛一堂马崛一.反硝

16、化反应反硝化反应指硝酸盐或亚硝酸盐在反硝化菌的作用下还原的过程。反硝化作用是一类化能异养兼性缺氧型微生物,其反应需要在缺氧且存在电子供体的条件下进行,反应过程中反硝化菌利用硝酸盐或亚硝酸盐中的高价态氮素作为电子受体,以有机碳源为电子供体进行氧化提供能量,因此反硝化脱氮过程受到碳源和硝态氮双底物的限制。反应方程式及酶促反应过程如.、.所示:.鬻卜寺筹卜.一燮乌一咝马们马,马氮的同化作用在生物处理过程中,污水中的一部分氮氨态氮或有机氮被同化成微生物细胞的组成成分。按照细胞干重的一般计量式,微生物细胞中氮的含量约占.%【】,尽管微生物的内源呼吸和溶菌作用会使部分细胞中的氮又以有机氮和氨重庆大学硕士学

17、位论文氮的形式回到污水中,但仍然存在于微生物细胞和内源呼吸残留物中的氮可以在二次沉淀池中以剩余污泥的形式得以从污水中去除。短程硝化反硝化在较长时期内,废水脱氮理论上还是工程实践中都一直认为要实现废水生物脱氮,就必须经历典型的完全硝化和反硝化过程。年,等进行了经亚硝酸盐反硝化途径处理高浓度氨氮废水的研究,发现了硝化过程中亚硝酸盐的累积现象,并且首次提出了短程硝化反硝化生物脱氮的概念。年等研究了经亚硝酸盐氮进行生物脱氮的可行性,同时,和对推流式前置反硝化的活性污泥脱氮系统也进行了经亚硝酸盐反硝化途径生物脱氮的研究并且取得成功。反硝化是由反硝化菌在厌氧或缺氧的条件下,以硝酸盐氮或亚硝酸盐氮为电子受体

18、、有机物为电子供体进行的生物脱氮过程。以硝酸盐氮作为电子受体的反硝化,氮素化合价经历了由.价价再到价的全过程,生物脱氮过程称为全价的过程,称为亚硝酸盐型硝化反硝化过程,即短程硝化反硝化过程。因此,亚硝酸盐型硝化反硝化的基本原理就是使硝化过程控制在亚硝酸盐阶段,随后直接进行反硝化。相对于全程硝化反硝化过程,短程硝化反硝化有效提高硝化反应速度,缩短硝化反应时间,减小硝化反应容积,节省基建投资、减少供氧量、节省能耗,减少剩余污泥产量。另外,短程硝化反硝化利于节省氢供体,这一特点对处理低/比污水非常重要。 亚硝化脱氮的典型工艺有工艺和工艺 ,氧限制自养硝化反硝化。工艺是荷兰技术大学开发的一种新型的生物

19、脱氮技术?叭,该工艺利用氨氧化菌和硝化菌的不同生长速率逐步淘汰硝化菌而保留亚硝化菌,即在高温下。,氨氧化菌的生长速率明显高于硝化菌的生长速率,控制氨氧化菌的最小停留时间介于氨氧化菌和硝化菌最小停留时间之间,从而使氨氧化菌具有较高的浓度而硝化菌被逐渐淘汰,从而维持稳定的亚硝酸盐积累。工艺是由比利时微生物生态实验室开发【】,该工艺包含两个过程:第一个过程是在限氧条件下将废水中的氨氮氧化成亚硝酸盐氮;第二个过程是在厌氧的条件下,上一过程中产生的亚硝酸盐氮和部分未发生亚硝化反应的氨氮发生反应,达到氮的去除。同时硝化反硝化传统脱氮理论认为硝化细菌和反硝化细菌对环境条件的要求不同,硝化反应绪论和反硝化反应

20、不能在同一反应器中同时发生,在这种理论的指导下,传统的生物脱氮工艺将缺氧区和好氧区分别归在不同的反应器中,形成了所谓的前置反硝化或后置反硝化等工艺或者采用间歇的好氧和厌氧条件来运行如工艺、工艺等。世纪年代以来,研究人员在一些没有明显缺氧和厌氧段的活性污泥法工艺中,多次观察到氮的非同化损失现象,在曝气系统中亦多次观察到氮的损失,因此存在有氧情况下的反硝化反应。在这些处理系统中,硝化和反硝化反应往往发生在同样的处理条件下的同一反应空间里,这种现象被称为同时硝化反硝化 ,亦有研究人员称这些现象中的反硝化过程称为好氧反硝化 。目前,国内外对生物脱氮技术的研究主要集中在氧化沟、及其变型工艺等反应器系统中

21、。到目前为止,人们对于同时硝化反硝化技术的反应机理存在不同的观点,对其机理的探讨还尚未成熟。综合分析近年来的一些研究成果和理论,其主要有宏观环境理论、缺氧微环境理论和微生物理论,现在被大多数学者认同的主要是从物理学、生物学以及生物化学角度对同时硝化反硝化现象进行解释的缺氧微环境理论和微生物理论。宏观环境理论认为生物反应器内的物质混合形态的不均导致生物反应器内溶解氧分布不均,局部形成好氧/缺氧/厌氧状态。事实上,在生产规模的生物反应器中,整个反应器处于完全均匀混合状态的理想情况并不存在,故同时硝化反硝化现象有发生的可能。缺氧微环境理论【】从物理学角度解释同时硝化反硝化现象,是目前己被普遍接受的一

22、种机理,被认为是同时硝化反硝化发生的主要原因之一。缺氧微环境理论从物理学角度研究了活性污泥絮体和生物膜微环境中各种物质如、有机物、或等的传质变化情况,由于空间上阻隔导致微环境中物理、化学和生物条件或状态的改变,微生物的代谢活动及其相互作用受到影响。该理论认为由于氧传递的限制使得宏观环境为好氧状态时产生活性污泥絮体由外向内的浓度梯度。微生物絮体外表面浓度较高,好氧硝化菌占优势,主要发生好氧硝化反应。微生物絮体内部,受氧传递阻力及外部大量消耗的影响,产生缺氧或厌氧区域,反硝化菌占优势,发生反硝化脱氮现象。由于微生物絮体内缺氧微环境的存在,导致了反硝化反应的发生。微生物理论:反硝化最初被认为是一个严

23、格的厌氧过程,因为反硝化菌作为兼性厌氧菌会优先使用进行呼吸,这一特点阻止了其使用硝酸盐和亚硝酸盐作为最终的电子受体。不过这种限制只是对于专性厌氧反硝化菌而言,世纪年代好氧反硝化菌的发现,使得好氧条件下反硝化脱氮的解释有了生物学上的可重庆大学硕士学位论文靠依据【 。好氧反硝化菌可利用硝酸盐/亚硝酸盐呼吸、氨氧化,以及在最后一步作为还原能量的累积过程形成。关于好氧反硝化和异养反硝化菌,其反应速率随着增加而减少的规律,也有类似的报道。与厌氧反硝化细菌相比,好氧反硝化茵的一般特征为反硝化速率较慢,但是对适应厌氧/缺氧/好氧周期变化环。境的能力强【从工艺运行的角度,是影响过程最显著的一个参数。首先系统中

24、的既要满足有机物氧化和硝化的需要,同时又使系统中有机底物不致于被过度消耗而影响反硝化对碳源的需求;其次浓度又不能太高,以便能在反应器内产生宏观或微观缺氧的环境。由于反硝化反应主要发生在生物絮体内部的缺氧区域,因而反应器中浓度的确定与絮体的大小及存在形式有关系。若在氧化沟工艺中强化好氧段的总氮损失,则:减少了随污泥回流至厌氧区的硝酸盐的量,更多的进水碳源可以被用于厌氧释磷,能提高好氧吸磷量,最终提高生物除磷效能:一定程度上降低缺氧区的反硝化负荷,扩大了反硝化脱氮区域,利于提高对总氮的去除率。.污水生物除磷技术概述磷是生物地球化学循环的重要物质,也是诱导水体发生富营养化的主要物质。在大多数污水处理

25、系统中,除磷的主要目的是为了控制进入水体中磷的浓度,防止水体富营养化的发生。根据污水处理厂所处地理位置及受纳水体性质的不同,污水处理厂出水中磷的排放标准根据排放对象的不同规定为./。磷的去除一般包含化学除磷和生物除磷两种。采用投加铝盐或铁盐进行化学处理是常用的化学除磷技术,但是自世纪年代除以来,工厂规模生物除磷装置的成功运行进一步促进了生物除磷技术的运用。与化学沉淀相比较,生物除磷的主要优点在于可以降低化学药品费用,减少污泥产量,并能避免化学药剂加入对活性污泥活性的不良影响【。污水生物除磷技术的发展起源于生物超量吸磷现象的发现。污水生物除磷就是利用活性污泥对磷的超量吸收,即微生物吸收的磷量远超

26、过微生物正常生长需要的磷量。通过对污水生物处理系统反应区设计的改进或运行方式的改变,使微生物细胞内磷含量较高的细菌群体能在处理系统的底物竞争中获得优势,使剩余污泥中磷含量达到%,由于进入剩余污泥的总磷量增大,则处理出水的总磷量明显降低【。生物除磷过程中除磷菌在好氧状态下吸收大量磷酸盐,将磷酸盐作为能源储备,在厌氧状态下释放磷酸盐用于吸收基质,在好氧及缺氧条件下重新形成磷酸盐贮存物。这是一个循环过程,细菌交替释放和吸收磷酸盐。许多细菌可以承担这一过程,有些聚磷菌也可以进行反硝化】。年荷兰大学的在绪论试验中观察到【,在厌氧、缺氧交替的运行条件下,易富集一类兼有反硝化作用和除磷作用的兼性厌氧微生物,

27、该微生物能利用氧或硝酸盐作为电子受体,且其基于胞内和糖原质的生物代谢作用与传统/法中的聚磷菌相似。通过创造厌氧、缺氧交替的环境可筛选出以作为电子受体的聚磷菌优势菌属即。类似的实验室和生产性规模的生物除磷脱氮研究也表明,当微生物依次经过厌氧、缺氧和好氧三个阶段后,约占%的聚磷菌既能利用又能利用作为电子受体来聚磷,即得出磷效果相当于总聚磷菌的%左右。由此而产生了反硝化除磷工艺。在生物处理系统中,磷的去除是基于以下的过程【】:多种细菌细胞内均可能以聚磷酸盐的形式储存过量的磷;在厌氧条件下,可以将发酵产物挥发性脂肪酸同化为细胞内产物,随后磷从被储存的聚磷酸盐中释放出来;在好氧条件下,通过储存产物的氧化

28、产生能量并增加细胞内磷的储存量。磷从被储存的聚磷酸盐中释放出来。.氧化沟工艺原理及应用现状.氧化沟工艺的基本原理氧化沟于世纪年代荷兰卫生工程研究所开发,第一座氧化沟是在年由帕斯维尔博士设计并投入运行的。氧化沟呈封闭的沟渠形,污水和活性污泥混合液在其中循环流动,因此被称为“氧化渠”,或称“环行曝气池”。从本质上看,氧化沟是传统活性污泥工艺的一种变形,属于延时曝气法范畴,其曝气时间长,污泥的泥龄长,污泥浓度高,污泥负荷低,剩余污泥的生成量少。氧化沟法的净化原理与通常的延时曝气法几乎可以通用,比增殖速度小的微生物生息成为可能,特别是有特征的硝化细菌占优势,使氧化沟中的硝化反应显著进行。另外,长的泥龄

29、使剩余污泥量少且已好氧稳定,可不需污泥的消化处理。氧化沟工艺的脱氮除磷主要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,从而达到脱氮除磷的目的。美国盐湖市设备公司开发的氧化沟型,采用内部前置反硝化,。回流至反硝化区的混合液可用阀门调节,可达到较好的脱氮效果氧化沟工艺形式为封闭的环状沟,污水和混合液在沟内进行连续循环,一般污水进入沟内后平均要循环几十圈才会流出沟外。这种沟形结构,具备了推流式和完全混合式的双重特点。首先,一般污水进入池中,流速很快,可达./,原废水能够立即与池内混合液完全混合,经几十圈的循环,各点的污染物浓度基本一样。当某股高浓度或有毒

30、工业废水进入沟后,其浓度会很快被稀释至最低,使其影响降至最小。这是氧化沟工艺抗冲击负荷能力强的主要原因。其次,从循重庆大学硕士学位论文环一圈来看,氧化沟又具有推流的特征,溶解氧分布具有不均匀性。因为氧化沟池体狭长,可达数十米,甚至达百米以上,池深度较浅,一般在左右。污水进入沟中至少必须循环一圈才能流出,不会像完全混合式曝气池那样,易发生短路【】氧化沟技术是完善发展并灵活运用硝化、反硝化技术的典型工艺之一。由于氧化沟在流程设计上独具匠心地采用了连续流反应器的原理,将碳源代谢、硝化、反硝化、厌氧释磷、好氧吸磷等一系列生物化学过程在一闭合环路中连续进行,因而产生了十分独特的工艺特性。这种连续循环完全

31、混合反应流程,既有完全混合曝气的优点,又有推流式反应的特点,这也是氧化沟技术的强势所在引。由于氧化沟内的循环流量高于进入流量数十倍,使其产生了巨大的稀释均化能力,这种能力使得氧化沟具有运行稳定、耐受冲击负荷,以及降低最终沉淀池进水中的硝酸盐含量,提高沉淀效果,改善出水水质等一系列优越工艺特性。氧化沟的推流特性,使得氧化沟的出水水质优于其他所有工艺。氧化沟由最原始的首尾相连的环形跑道似的沟形发展至今天的现代氧化沟,在沟形、水力学特性、曝气系统、脱氮除磷功能等方面都进行了革新。氧化沟主要有以下特点【:去除有机物效率高,具备较强的脱氮功能,但是传统除磷功能有限。氧化沟的延时曝气和不均匀的溶解氧分布环

32、境使其具有去除有机物和脱氮功能,但是不设厌氧段会限制工艺的除磷功能的进一步提高。处理设施十分简单,管理非常方便,是目前国际上公认的高效、简约的污水处理工艺,也是世界各国中小型城市污水处理厂的优选工艺。表.】氧化沟常用的技术参数.技术参数取值范围有机物容积负荷/.污泥负荷/“.水力停留时间/ 污泥龄/活性污泥浓度/出水水质/ 一 绪论基建投资省、运行费用低。在万/规模以下,氧化沟法的基建费用低于常规活性污泥法、/和/法;美国对不同的生物处理工艺的基建和运行费用的分析比较结果表明,当处理的规模分别为/和/时,氧化沟污水处理厂的基建投资分别为传统活性污泥法的%和%。当处理厂的规模较小时,其运行费用也

33、较省。如处理规模/时,其年运行费用为传统活性污泥法的%,为接触氧化法的%。对于规模× /的污水厂,氧化沟法的基建费用通常要低%。规模越小,两者差距越大,这对缺少资金建污水厂的中小城市很有吸引力。工艺流程简单,构筑物少,运行管理方便。氧化沟工艺通常都不设初沉池和污泥消化池,整个处理单元比常规活性污泥法少%以上,操作管理大大简化,这对于技术力量相对较弱、管理水平相对较低的中小型污水处理厂很合适。污泥量少、性质稳定,但是体积较大。由于氧化沟采用低污染物负荷,沟内污泥浓度较高,系统的泥龄很长,一般为,为传统活性污泥系统的倍。在这样的条件下,出水水质一般都很好,污泥在沟内得到了充分地氧稳定,不

34、需再进行厌氧消化处理,污泥产量少,运行费用低,同时较长的水力停留时间和较低的污泥负荷势必会增大氧化沟的池体容积。曝气设备和构造形式多样化,曝气强度具有可调节性,运行灵活。我国城市污水处理的现状仍较落后,同时我国现有城市污水处理厂中的技术人员缺乏,操作人员素质普遍较低,尤其是污水处理厂的建设资金严重缺乏。因而,在这样的条件下,因地制宜地推广应用氧化沟污水处理技术是十分适宜和必要的,常用的技术参数如表.。.工艺基本特点艺的基础上开发的,其宗旨是开发一项能够同步脱氮除磷的污水处理工艺。因此工艺是传统活性污泥工艺、生物硝化及反硝化工艺及生物除磷工艺的有机结。合,集成了生物脱氮工艺强化脱氮和生物除磷强化

35、除磷的双重特点混合液回流%、%水进水图. 工艺流程图 .重庆大学硕士学位论文在厌氧段,回流污泥中的聚磷菌释放磷并吸收等低分子有机物并以的形式贮存在细胞内,在缺氧段,反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐和厌氧区进入可生物降解有机物通过反硝化作用转为氮气逸出,从而达到脱氮和除的双重目的,接着废水进入好氧段,好氧段一方面继续降解有机物,另一方面将氨氮及由有机氨氮化成的氨氮通过生物硝化作用转为硝酸盐。此外,聚磷菌利用废水中剩余的可生物降解有机物的同时分解体内的,产生的能量供自身生长繁殖,此外还吸收周围环境中的溶解性磷酸盐,以聚合磷酸盐的形式在体内贮存,聚磷菌超量吸收磷后随剩余污泥排放而达到生物除磷的目的。进

36、水中的有机碳经厌氧区、缺氧区分别被聚磷菌和反硝化菌利用后,进入好氧区时浓度己经较低,这有利于自养硝化菌的生长,并将氨氮经硝化作用转化为硝酸盐。这部分有机碳经好氧异养菌降解,使出水有机物指标达到排放标准。剩余污泥因含有大量超量贮存聚合磷的聚磷菌,磷含量可达干重%,因此提高了对磷的去除效果【】。工艺呈厌氧、缺氧、好氧布置形式,各单元功能分区清晰,是比较简单的同步脱氮除磷工艺,总水力停留时间少于其它同类工艺,见图.所示。工艺相对其他脱氮除磷工艺的主要优点有【】:构造简单,运行费用低,总水力停留时间短,厌氧、缺氧及好氧交替运行,避免丝状菌大量繁殖,不易产生污泥膨胀;实现脱氮除磷的同时,可有效去除污水中

37、、及。在基建行费用与常规生物处理相当的条件下,不但对氮、磷有较好的去除效果,对有机物的去除效果也有所提高;系统产生的剩余污泥量较常规生物处理少,并且沉降性能好;运行管理方便,控制复杂性小,对水力负荷、有机负荷冲击的适应能力强,运行较为稳定;工艺成熟,技术风险性小,易通过常规活性污泥污水处理法改造而成,同时便于老厂升级改造,工艺运行方式可灵活调整。工艺在脱氮和除磷上存在固有的矛盾,主要体现在聚磷菌、硝化菌、反硝化菌对进水碳源、污泥龄、有机负荷上的固有竞争和矛盾,使得在同一系统中难以实现高效的脱氮除磷,因此挖掘工艺的脱氮除磷潜力,需要从优化碳源供给、利用内碳源,控制合适的污泥龄、依据原水水质调节内

38、外回流比、污泥负荷等参数上入手。.氧化沟工艺特点该工艺又可以称为氧化沟型工艺,即认为是传统工艺的改良。该主要特点是厌氧段是完全混合式,缺氧段和好氧段是循环推流式,进水被循环水论绪体迅速稀释,出水排至二沉池。氧化沟型工艺整合了传统工艺完全混合式和氧化沟工艺循环推流式的双重特点,优化了反应技术。主要特点:缺氧区和好氧区采用环形结构,利用低速大叶轮作为水下推进器作为推动装置,构成了循环推流条件,改善了水流流态,提高了生物反应速率,不易产生短流、返流及死区,有利于提高容积利用率。内回流方式灵活,操作性强。可以采用穿墙泵、气提等多种方式回流,也可以借助好氧池内水下推进器为推流设备,将混合液推至缺氧池,实

39、现无动力内回流,省去了提升装置。由于具备氧化沟的水力学特征,因此比传统工艺抗冲击负荷能力强。动力消耗少。低速液下推进器功率只有./,而传统工艺中水下搅拌器的功率需达到/。该改良工艺最大的特色在于既具备完整的厌氧、缺氧和好氧的功能分区,又存在功能的交叉重叠,即好氧段采用的环形跑道状氧化沟能有效抵御进水水质和水量波动,好氧段表面曝气氧化沟可在空间上形成多级的环境,利于实现好氧脱氮,缺氧区内回流硝酸盐在一定条件下可以实现反硝化除磷。因此该工艺在应对水质波动和深度脱氮除磷方面有明显的组合优势。工艺,是目前城市污水处理厂普遍采用的脱氮除磷工艺,具有较好的除和氮磷营养盐的效果。氧化沟工艺发展至今,已经成为

40、国内新建污水处理厂优先选择的工艺之一,从优化除磷脱氮角度开发的/氧化沟工艺厌氧一缺氧氧化沟工艺,将经典/工艺和氧化沟工艺有机结合,通过整合突出/工艺同步生物除磷脱氮的优点和氧化沟工艺抗冲击负荷能力强、剩余污泥稳定、出水水质较稳定的优势,以求达到优势互补,实现深度除磷脱氮。.主要研究内容针对我国三峡库区城镇污水普遍存在的有机污染物浓度偏低,氮含量相对较高,水质、水量随季节变化的特点,采用氧化沟工艺,以实际城市污水为处理对象进行中试装置/研究和生产性调控工程/研究,研究工艺在各种季节下的实现深度利用进水碳源进行脱氮除磷的控制策略、调控方式,分析工艺的脱氮除磷效能与运行控制参数的相关关系。研究内容:

41、生产性调控工程调控前运行中存在的问题分析研究内容:氧化沟工艺的运行参数优化控制策略。系统研究内回流比、污泥回流比和等因素对氧化沟工艺污染物整体和分区去除性能的影响。研究内容:好氧区不同范围对氧化沟工艺污染物去除性能、微生重庆大学硕士学位论文物活性、性能、氮的去除和形态转化及对生物除磷的影响。研究内容:基于出水水质达标排放和碳源分配评价的不同季节下系统运行模式的确定研究内容:好氧区强化脱氮的分区供氧方法与实践运用分析】试验场地与方法试验场地与方法.试验地点与进水水质根据课题要求,/规模氧化沟中试模型和/规模氧化沟生产性调控工程都建设在重庆市沙坪坝区某污水处理厂内,二者进水水质一致。毗嘉陵江南岸,

42、东经 ”,北纬”,属于北亚热带季风性湿润气候,年平均气温.,年平均降雨量。试验原水为该污水处理厂污水提升泵站后沉砂池出水该泵站属于合流制污水提升泵站,收集范围包括沙坪坝区部分生活污水和部分工业废水。原水从泵站集水井用泵提升经过粗、细隔网去除大颗粒悬浮物后进入沉砂池,沉砂池出水一部分进入中试反应器,其余进入生产性调控工程。原水水质分析采样点设在隔网后的集水箱中,采取瞬时采样分析。综合年月份至年月份污水处理厂的进水水质检测数据,原水月平均水质特征如表.所示。.水质特性分析:由表.可知,该污水处理厂进水呈现低碳、高氮、中磷的特点,且进水偏高,和西南地区山地地形管网不完善,有泥沙进入有关。重庆大学硕士

43、学位论文.试验装置本试验结合中试反应器和生产性调控工程,以实验室中试氧化沟反应器为主体进行,对强化氧化沟工艺脱氮除磷的运行优化及控制、处理低/比实际城镇污水运行性能、好氧区限氧曝气同时硝化反硝化运行特点、低温条件下的运行特征及对策等进行了研究。.生产性调控工程该生产性调控工程位于沙坪坝区某污水处理厂,是重庆市主城区排水工程建设项目之一,规划总服务面积.,服务人口万人,近期年工程设计规模万/,远期年工程设计规模万/。污水处理工艺采用氧化沟,共设两座,污泥采用机械浓缩脱水一体化工艺,处理后尾水排入嘉陵江,处理后污泥运往垃圾填埋场填埋处置。该工程于年建成投产,年月进行活性污泥驯化,月、月进行试运行,

44、月进入正式运行阶段。出水水质执行城镇污水处理厂污染物排放标准 一级标准。工艺流程图见图.。图.生产性调控工程工艺流程图. 出水至活图.氧化沟工艺平面图.试验场地与方法应器的尺寸大小。. 表. 生产性调控工程主要构筑物单元尺寸及有效容积.重庆大学硕士学位论文图. 生产性调控工程系统照片.中试反应器为了深入研究氧化沟工艺脱氮除磷的运行优化方式及控制参数、处理低/比实际城镇污水运行性能及变化,本课题建立了一座处理规模为/的氧化沟中试反应器,拟通过对中试反应器的研究,总结具有指导意义的运行控制参数,以支撑现场的生产性调控工程。中试反应器设计依据是中试反应器与生产性调控工程在流态上都是重力流,按弗劳德数

45、相似准则./,在确保水力停留时间基本不变的前提下选择比尺为的倍数进行尺寸缩小,在计算的基础上结合实际情况修正了水深,得出中试反应器的构筑物尺寸。中试反应器主反应区总水力停留时间是.,和生产性调控工程的污水在主反应区总水力停留时问.接近。本试验以实验室中试氧化沟反应器为主体进行。试验装置由中试氧化沟和二沉池组成,处理规模为旱季/,雨季/,原水经过沉砂池去除大颗粒悬浮物后二次提升至中试反应器进行生物处理,出水经竖流式沉淀池沉淀后进入污水处理厂区下水道。氧化沟工艺部分采用混凝土浇筑,二沉池采试验场地与方法们来水管搅拌机曝气转盘 曝气转盘水箱一进二沉池.一?键放空管缺氧区 好氧区甍墼推流器推流器曝气头

46、蒜掣鼓风太 内循环些鼓风机剩余污泥回流污泥?选择区水箱沉池几缺氧区图. 中试氧化沟工艺流程图. 鼹?一图.中试氧化沟系统照片 . ?重庆大学硕士学位论文用钢制。其中厌氧搅拌器配置个搅拌器,采用型三相异步电动机和减速机,缺氧区有个推流器,好氧区有个推流器,均采用蓝升潜水泵改装而成,外配鼓风机一台及?型气体流量计个,好氧区底部布置个曝气头,污泥回流泵采用?型螺杆泵,变频控制,好氧区个曝气转盘全部变频控制转速,内回流泵采用蓝升潜水泵,流量变频控制。进水和回流污泥采用一?.型电磁流量计控制流量,以上仪器仪表分别购买自重庆市利业电机、无锡恒信测控仪表厂、二海申冈泵业制造公司和常州市减速机机械厂。在线检测

47、仪表来自公司。中试系统工艺流程如图.所示。表. 中试氧化沟反应器各部分单亡设计尺寸及有效容积. ?停留时间单元名称 长宽 有效水深 有效容积 合计.测试项目及方法.物理记录项目、水温:德国公司生产的/型沏定仪,每日次;污水污泥流量:型电磁流量计,每日一次;、:德国公司生产的 型测定仪,每日两次;.化学分析项目主要检测指标及分析方法依据水和废水豁测分析方法第版,如表.所示。溶解。生、溶解性及溶解性和一的测试方法为:先用中速定性滤纸过滤,滤液再经.,型混合纤维素微孔滤膜抽滤后按表.的方法进行分析。生物反应器内沿程各取样点水样的预处理方法为:先用中速定性滤纸过滤,滤液经.¨型混合纤维素微孔

48、滤膜抽滤后按表.的方法进行分析。试验场地与方法.微生物检测项目运用普通光学显微镜不定期观察生化池内活性污泥的性状,原生动物、后生动物的种类与活性等。每天所取水样经预处理后置于冰箱内保存,待当天取样完成后统一进行测定。.一。眷调控前污水处理厂运行效能分析调控前污水处理厂运行效能分析分析污水处理厂调控前运行效能对于污水厂的优化调控具有重要的意义。首先通过对前期运行的效能分析可以及时发现工艺在运行中存在的问题,找出问题的成因,进而提出相应的对策。其次对工艺前期运行效能的研究也是对工艺进行客观评价和提出优化方案的基础,也是将来对优化方案实际效果进行评判的依据。本章主要分析该污水处理厂在生产性调控前的运

49、行效能,包含对主要污染物的去除效能和电耗情况。.进水水质与控制参数该污水处理厂于年开始施工,但是直到年月才开始进行活性污泥的培养,月进入正式运行。年开始进水量己逐步达到设计水量规模。从进水水质上看,污染物浓度随季节变化较大,夏季暴雨时候其大部分天数的进水浓度只有设计进水浓度的一半,冬季低温期部分指标却比较接近或者超过设计值。该污水处理厂进水水质见表.所示,总体呈现低碳、高氮、中磷且悬浮物偏高的特点。主要运行参数见表.所示。该污水处理厂在投入使用后并未根据实际的水质情况变化情况对工艺进行优化调整,全年运行模式单一。外回流比较高,内回流比也较高,活性污泥浓度很高,但是/值却低,多次检测的均值只有%

50、,污泥无机化严重,有效成分偏低,为了在较高的活性污泥浓度下不致于发生积泥,不得不增大转盘曝气量,推动氧化沟内泥水混合液,好氧区存在过量曝气的问题。在全年较高的内回流比下,缺氧区为一,与一般缺氧好氧工艺缺氧区正常状态的下的缺氧区一般低于一才有较好的还原环境相比,缺氧区的还原环境不佳,反硝化反应受阻。重庆大学硕士学位论文此外,好氧池污泥体积指数一直偏低,值在之间,均值,良好的活性污泥常在之间,值过低,出水悬浮物较多。分析原因,一方面与进水悬浮物较高有关,进水中含有较多的悬浮物质,会带来活性污泥浓度虚高增加现象,但是其中含有的较多惰性物质,其有效活性污泥部分不高,结果带来出水悬浮物颗粒多,处理效率降低,污泥中无机颗粒导致活性污泥沉降过程发生异常压缩,导致很低,故低,另一方面与运行方式中过量曝气有关。过低的值说明污泥活性不够,处理效率低。设计污泥负荷为./?,实际上不足./?,污泥负荷过低