（环境工程专业论文）安丘市污水处理厂现状问题解析与升级改造技术优化研究.pdf

c i a s s i f _ e dl n d e ： u d c ： x 7 0 3 1 d i s s e r l a t i o nf o rt h em a s l e rd e g r e ei ne n g i n e e r i n g a n a l y s i so fp r e s e n t s i t u a t i o na n d e x i s t i n g p r o b l e m sa n ds t u d yo no p t i m i z i n g a n d u p g r a d i ng f o ra n q i uw a s t e w a t e rt r e a t m e n t p l a n t c a n d i d a t e ： s u p e r v i s o r ： y u ef e n g b ix u e j u n a c a d e m i cd e g r e ea p p l i e df o r ： m a s t e ro f e n g i n e e r i n g s p e c i a l 锣： e n v i r o m e n t a le n g i n e e r i n g d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ：j u n e ，2 01o u n i v e r s i 锣：q i n g d a ot e c h n 0 1 0 9 i c a lu n i v e r s 时 青岛理工大学工学硕士学位论文 硕士学位论文 安丘市污水处理厂现状问题解析与升级改造技 术优化研究 学位论文答辩日期：p p 衫俨 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 1 青岛理工大学工学硕士学位论文 目录 摘 要i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 水环境污染问题与面临的挑战。l 1 2 城市污水脱氮除磷技术发展现状3 1 2 1 污水生物脱氮除磷原理3 1 2 2 污水生物脱氮除磷工艺7 1 3 国内外污水处理厂改造研究综述1 2 1 4 课题来源及研究思路1 3 1 4 1 课题来源1 3 1 4 2 研究目的、意义1 4 1 4 3 研究内容1 4 1 4 4 主要分析测试指标与分析方法1 6 第2 章污水厂现状问题解析与升级改造技术选择18 2 1 安丘市污水处理厂百乐克工艺概况1 8 2 2 现状进出水水质分析2 0 2 2 1 重点企业排污情况调查分析2 1 2 2 2 污水处理厂进出水水质分析2 3 2 3 安丘污水处理厂曝气系统问题诊断2 8 2 3 1 表观观察结果及分析2 9 2 - 3 2 曝气系统充氧能力测试结果与分析3 0 2 4 升级改造技术选择4 2 2 4 1 升级改造所选工艺需满足的条件4 2 2 4 2 升级改造备选工艺4 2 第3 章升级改造一级强化处理技术优化研究4 7 3 1 试验方法与装置4 7 3 2 试验结果与讨论4 8 青岛理工大学工学硕士学位论文 3 2 1 一级( 强化) 处理静态试验4 8 3 2 2 一级( 强化) 处理动念试验5 l 3 3 本章小结5 4 第4 章二级生化处理技术优化研究5 5 4 1 二级生化系统工艺改造5 5 4 1 1 试验方法与装置5 5 4 1 2 试验结果与讨论5 7 4 2 复合铁酶促活性污泥法强化二级生化处理能力试验7 0 4 2 1 试验装置7 0 4 2 2 试验方法7 0 4 2 3 试验结果与讨论7 l 4 3 本章小结7 9 第5 章三级深度处理技术选择与优化研究8 l 5 1 试验方法与装置8 1 5 2 试验结果与讨论8 5 5 2 1 斜板沉淀池深度处理试验8 5 5 2 2 滤布滤池直接过滤深度处理试验8 7 5 2 3 滤布滤池混凝过滤试验8 8 5 3 本章小结9 0 第6 章结论及建议9 1 6 1 主要结论9 1 6 2 建议9 2 参考文献9 3 青岛理工大学工学硕士学位论文 摘要 为解决日益严重的水环境污染问题，国家与地方制订出台了越来越严格的环境标 准，大量城镇污水处理厂面临着升级改造的任务。安丘市污水处理厂2 0 0 3 年建成投产， 设计日处理能力6 万吨，污水处理主体工艺采用百乐克悬链曝气处理工艺，设计出水水 质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 ) 中二级排放标准，目前实 际处理出水c o d c ，、s s 、氨氮、总磷分别为1 1 5 8 m g l 、7 1 2 m l 、2 2 m g l 、2 6 2 m g l 。 根据山东省半岛流域水污染物综合排放标准( d b 3 7 6 7 6 2 0 0 7 ) 的要求，安丘市污水 处理厂必须执行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 ) 一级标准的b 标 准。因此，安丘市污水处理厂面临着升级改造的严峻要求。 本课题结合安丘市污水处理厂实际条件，通过对现有污水处理设施与处理能力的评 估，以及对升级改造工程拟采用的污水处理工艺的优化研究，解决存在的技术难题，提 出可行性技术方案，为安丘市污水处理厂的升级改造提供技术支撑，同时类似污水处理 厂升级改造提供参考。 本研究主要研究内容包括安丘污水处理厂现状问题解析与升级改造技术优化研究。 1 、安丘市污水处理厂汇水区域水质调查分析及厂区现状现场调研结果表明： ( 1 ) 污水厂进水c o d c ，、s s 浓度高，远高于原设计进水水质( 年均进水c o d c ，、 s s 分别达到5 7 7 4 m g l 、5 1 6 1 m g l ，设计进水c o d c ，、s s 分别为5 0 0m g l 、3 1 0m g l ) ； ( 2 ) 曝气池污泥浓度过高、污泥活性差( 曝气池无机性悬浮浓度高达4 0 0 0 m g 1 ) ； ( 3 ) 曝气系统老化、堵塞、曝气不均； ( 4 ) 百乐克工艺本身难以克服的缺陷( 没有严格的厌氧缺氧好氧分区) 是造成该 厂出水水质不能达标的主要原因。 2 、升级改造技术中试优化试验研究结果表明： ( 1 ) 初沉池水力负荷可以控制在2 0 m 3 “m 2 h ) 小时左右，在此条件下，初沉池s s 去 除率可达到5 0 以上，c o d c ，去除率可达到4 0 以上，总磷去除率可达到3 0 左右，同 时经初沉处理系统出水可生化性得到一定的提高，由2 8 提高到3 0 左右。 ( 2 ) 在目前安丘市污水处理厂进水水质条件下，经过初沉池一级处理后，倒置a 2 o 中试系统处理出水c o d c ，、s s 、氨氮、总氮、总磷平均值分别为3 5 m g l 、2 0 m g l 、1 9 m g l 、 1 5 4 m g l 、1 3 m g l 。其中c o d 、s s 、氨氮、总氮可以达到既定城镇污水处理厂污染 青岛理工大学工学硕士学位论文 物排放标准一级标准b 标准要求，而总磷去除无法满足上述标准要求。通过分点进水 可以实现对总磷的去除( 出水总磷平均值为o ，7 8 m l ) ，该指标也达到既定城镇污水 处理厂污染物排放标准一级标准b 标准要求。 ( 3 ) 冬季，安丘市污水处理厂生化反应池水温在1 5 以上，该温度下，复合铁酶促 活性污泥中试系统出水c o d c ，、氨氮、总磷平均值分别为3 4 0 m 叽、2 1 m 啦、o 8 5 m 班， 可以达到g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 一级标准b 标准要求，复合铁酶促活性污泥法适用于强化安丘 市污水处理厂二级生化处理能力。 ( 4 ) 斜板斜管沉淀池可以作为深度处理的组成单元，其混凝剂适宜投加量为1 2 m 班 ( 以a 1 2 0 3 计) ，在目前进出水水质条件下，斜板终沉池出水c o d c ，、s s 、t p 分别为 3 0 4 0 m g l 、1 0 1 6 m l 、1 o 1 2 m g l ，基本可以达到深度处理排放要求，并作为先期 技术在本次改造工程中组织实施。 关键词升级改造；倒置a 2 o 工艺；脱氮除磷；复合铁酶促活性污泥；百乐克工艺 青岛理工大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t a n q i uw a s t e w a t e r 仃e a t m e n tp l a m ( w w t p ) h a st h ep r o p o s e dd a i l yt r e a n n e mc a p a c i 够o f 6 0 0 0 0t o n s ，u s i n gb i o l a kt e c h n o l o g y ，a 1 1 dt h ef i n a le 鲴u e n tc o d c r s s ，n h 3 - n ，t pr e a c h e d l15 8 m 叽，71 2 m g l ，2 2 m g l ，2 6 2 m g lr e s p e c t i v e l y c 岍e n t l ya n q i uw w t pc 硎e so u t e m i s s i o ns 锄d a r di io f “d i s c h a r g es t a n d a r do fp o l l u t a n t sf o rm u n i c i p a lw a s t e w a t e r 仃e a t m e n t p l a n t ”( g bl8 918 2 0 0 2 ) ，a n dt h ee 御u e n ti sd i s c h a r g e di n t ow e n 鼬v e r ，、地i c hi sc l a s s e d 嬲v t y p e w a t e r a c c o r d i n g t o “d i s c h a r g es t a n d a r d o fp o l l u t a n t sf o r s h a n d o r 培 p e n i n s u l a w a t e r s h e d ”( d b 3 7 6 7 6 2 0 0 7 ) ，a n q i uw w t pn e e d st 0c a n yo u te m i s s i o ns t a n d a r dbo f s 切n d a r dio f ( g b18 9l8 2 0 0 2 ) i nt 1 1 ef h t u r e c o n s e q u e n t l y ，a n q i uw w t p i sc o 曲o n t e d 诵廿l t h er e q u e s to fu p g r a d i n gc o n s t m “o n t h i s 咖d yi s p r o p o s e do nm eb a c k g r o u n do fa b o v e p r o b l e m s t h r o u g ht h ea n a l y s i so nt h en m n i n gd a t ao ft h ea n q i uw a s t e w a t e r 仃e a t m e n tp l a n ta n d 龇 i n v e s t i g a t i o no ns i t e ，m ec o n c l u s i o n sc a nb ei n d u c e d ： ( 1 ) h i g hc o n c e n t r a t i o no fc o d c ra n ds so fi n f l o w ( 2 ) c o n c e n t r a t i o no fs l u d g ei sh i 曲 a n ds i u d g ei si ni o wr e a c t i v i t y ( 3 ) a e r a t i o ns y s t e mi sa g e i n ga n db l o c k i n g ，w h i c hl o a dt o a s y m m e t r i ca i rd i s m b u t i o n ( 4 ) b 1 0 l a kh a sad e f e c tt h a tn o th a v i n gs t r i c ta 1 1 a e r o b i c a i l o x i c a e r o b i cm o d e ，w h i c hi sh a r d l yr e s o l v e da n db e c o m et 1 1 em 撕nr e a s o no ft h a tw m e rq u a l i 够o f e a l u e n tc o u l dn o tr e a c hr e i e v a n tn a t i o n a ls t a i l d a r d t h er e s u l t ss h o w e dt 1 1 a t ： ( 1 ) h r to fp r i m a 巧s e t t l i n gt a n kc o u l db ec h o s e nt ot o1 5 h o nt h i sc o n d i t i o n ，r 锄o v 酊 r a t eo fs s ，c o d c ra 1 1 dt pc o u l d 撒i n5 0 ，4 0 觚d3 0 r e s p e c t i v e i y i na d d i t i o n ，e m u e m o fp r i m a r ) ，s e t t l i n gt a i 墩c a nb ei m p r o v e df r o m2 8 t o3 0 ( 2 ) w h e nw a s t e w a t e rw a st r e a t m e n ti nt h em o d eo fp r i m a 巧s e t t l i n gt 砌( r e v e r s e da 2 o p r o c e s s ，t h ee 铘u e n tc o d c ls s ，n h 3 - n ，丁na j l dt pc o u i d 抛i n35 m g l ，2 0 m 酣，1 9 m g l ， 15 4 m la j l d1 3 m g lr e s p e c t i v e l y t h ee 铘u e n tc o d c ls s ，n h 3 na i l dt nc o u l da c h i e v e e m i s s i o ns 切n d a r dbo fs t a u 1 d a r dio f “g b18 918 2 0 0 2 ”w h i l et h ee 用u e n tt pc o u l da c l l i e v e e m i s s i o ns t a n d a r dt l l r o u g hr e v e r s e da 2 0p r o c e s s 、加t l ls t e pf e e d ( 3 ) t h ew a t e rt e m p e r a n l r eo f b i o c h e m i c a lr e a c t i o nb 2 u s i ni na n q i uw w t p i sa b o v el5 - i i i i n 岍n t e r i nt 1 1 ec o n d i t i o n ，e m u e n to ft h e p i l o t - s c a l et e s ts y s t e mo ff e r r i ce n z y m a t i ca c t i v i 够 s l u d g e ( f e a s ) c o u l da c h i e v ee m i s s i o ns t a n d a r dbo fs t a n d a r dio f g b18 9l8 2 0 0 2 ”，o f 、v h i c hc o d c ln h 3 na n dt pc o n c e n t r a t i o nc o u l da t t a i n3 4 0 m g l ，2 1 m g l 锄do 8 5 m g l r e s p e c t i v e l y f e a si s 印p r o p r i a t ef o rs t r e n g t h e n i n gb i o c h e m i c a lt r e a t m e n tp r o c e s si na n q i u w w t p ( 4 ) p l a t e 仲b e ) s e d i m e n 协t i o nt a | ：1 l ( c a l lb eu s e da sa d v a j l c e d 仃e a t m e n tu i l i t w h e nm e d o s a g eo fc o a g u l a m ( a 1 2 0 3 ) i sl2 m g l ，t h ee m u e n tc o d c r n h 3 na n dt pc o u l da n a i n 3 0 4 0 m g l ，10 16 m g la n d1 0 1 2 m g lr e s p e c t i v e l y ，w h i c hc a ns a t i s 匆t l l e r e q u e s t0 f e m i s s i o ns t a j l d a r d s op l a t e ( t u b e ) s e d i m e n t a t i o nt a r 墩c a i lb ec o n s t m c t e di i l a d v a n c ei n u p 铲a m n gp r o j e c t k e y w o r d s ：u p g r a d ec o n s t r u c t i o n ；r e v e r s e da 2 op r o c e s s ；n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a l ； e n z y m a t i ca c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ；b i o l a k i v 青岛理工大学工学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 水环境污染问题与面临的挑战 新中国成立6 0 年来，我国污水处理从无到有，特别是改革开放以来，我国 城市污水处理行业取得了蓬勃的发展，污水处理厂数量由1 9 7 8 年的3 7 座( 日处 理能力6 4 万立方米) 逐渐发展到2 0 0 8 年的1 5 2 9 座( 日处理能力8 8 3 6 万立方米) 。 尽管我国在水污染防治方面做了很多工作，但水污染的发展趋势仍未得到有效控 制，许多江河、湖泊、水库的水质仍在下降。 2 0 0 8 年中国环境状况公报【1 】显示，全国地表水污染依然严重。七大水系水质 总体为中度污染，浙闽区河流水质为轻度污染，西北诸河水质为优，西南诸河水 质良好，湖泊( 水库) 富营养化问题突出。七大水系的2 0 0 条河流4 0 9 个断面中， i 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为5 5 0 、2 4 2 和2 0 8 。其 中，珠江、长江水质总体良好，松花江为轻度污染，黄河、淮河、辽河为中度污 染，海河为重度污染。2 8 个国控重点湖( 库) 中，满足i i 类水质的4 个，占1 4 3 ； 类的2 个，占7 1 ；类的6 个，占2 1 4 ；v 类的5 个，占1 7 9 ；劣v 类的1 1 个，占3 9 3 。主要污染指标为总氮和总磷。在监测营养状态的2 6 个湖( 库) 中， 重度富营养的1 个，占3 8 ；中度富营养的5 个，占1 9 2 ；轻度富营养的6 个， 占2 3 0 。2 0 0 8 年，全海域共发生赤潮6 8 次，累计面积1 3 7 3 8 平方千米，与上年相 比，赤潮发生次数减少1 4 次，赤潮累计面积增加2 1 2 8 平方千米。其中，渤海1 次， 面积3 0 平方千米；黄海1 2 次，累计面积1 5 7 8 平方千米；东海4 7 次，累计面积1 2 0 7 0 平方千米；南海8 次，累计面积6 0 平方千米。其中有毒、有害赤潮生物引发的赤 潮1 1 次，累计面积约6 1 0 平方千米，分别占赤潮发生次数和累计面积的1 6 2 和 4 4 ，比上年度分别减少1 5 0 和1 2 0 。 目前我国污水处理行业仍处于发展的初级阶段，2 0 0 8 年末我国城市污水处 理厂日处理能力达8 8 3 6 万立方米，污水处理厂的建设极大地提高了城市污水的 处理水平。但是随着中小城市的快速发展，城镇人口将从2 0 0 6 年的2 7 亿人增 加至2 0 1 0 年的5 6 亿人，城镇排污量也将成倍增长，2 0 1 0 年可能要增长3 0 0 亿 吨，从而污水排放总量达1 0 5 0 亿吨。污水处理量的增加仍远远滞后于污水排放 青岛理工大学工学硕士学位论文 量的增长。 面对全球范围的水体富营养化问题以及严峻的水环境恶化局面，世界各国纷 纷采取措施并制定出台了越来越严格的污水排放标准，我国城市污水的排放标准 也经历了室外排水规范( c b 儿4 7 3 ) 【2 1 、污水综合排放标准( c b 8 9 7 8 1 9 8 8 ) 【3 】、 污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 【4 】和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 ) 5 】四个阶段。表1 1 是2 0 世纪8 0 年代后三个排放标准中主要污染 指标的变化情况，从中可以看出现行的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 ) 首次提出总氮和大肠菌群指标的控制标准，明显提高了对出水 氨氮、总氮以及总磷的控制要求，同时对动植物油、石油类、阴离子表面活性剂 ( l a s ) 等难降解物质的去除也提出了很高要求。 虽然目前已建和在建污水处理厂具有脱氮除磷功能，但由于受现有工艺技术 水平、设备条件以及管理水平等限制，其普遍存在脱氮除磷效率较低，污水处理 运行稳定性较差等技术难题，因此，目前大部分已建成运行的污水处理厂难以达 到新的环境标准所规定的排放要求，几乎所有污水处理厂均面临升级改造任务。 表1 1 我国国家标准中对城镇污水处理厂出水主要污染物控制指标变化情况 c b 8 9 7 8 1 9 8 8g b 8 9 7 8 一1 9 9 6g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 污染物指标一级 二级 三级一级二级三级 一级标准二级三级 标准标准标准标准标准标准 ab 标准标准 c o dl o o1 5 05 0 06 01 2 05 06 01 0 01 2 0 b o d 53 06 03 0 02 03 01 0 2 0 3 06 0 s s7 02 0 04 0 02 03 01 02 03 05 0 总氮 1 52 0 氨氮 1 52 51 52 5 5 ( 8 )8 ( 1 5 )2 5 ( 3 0 ) 磷酸盐总磷 o 51o 51 l 0 5 1 5 1 35 动植物油2 02 0 1 0 0 2 0 2 0 1 0 0l 3 52 0 石油类 1 01 03 01 01 03 01351 5 l a s 5 1 02 051 0 2 00 5 1 25 粪大肠菌群数 1 0 3 1 0 4 1 0 4 ( 个l ) 注：下列情况下按去除率指标执行：当进水c o d 大于3 5 0 m g 几时，去除率应大于6 0 ； b o d 大于1 6 0 m g l 时，去除率应大于5 0 。 ( ) 外数值为水温 1 2 时的控制指标，( ) 内数值为水温1 2 时的控制指标。 【】外数值为2 0 0 5 年1 2 月3 1 日前建厂控制指标，【】内数值为2 0 0 6 年1 月1 日起建 厂控制指标。 青岛理工大学工学硕士学位论文 1 2 城市污水脱氮除磷技术发展现状 1 2 1 污水生物脱氮除磷原理 1 2 1 1 生物脱氮原理 自然界中，氮元素的蕴藏量非常丰富，其主要以气态的氮与氮氧化物、有机 氮、无机氮( 氨氮和硝态氮) 三种形式存在。污水中的含氮化合物主要以氨氮 ( n 地+ n ) 、硝态氮( n 0 3 。n ) 、亚硝态氮( n 0 2 n ) 以及有机氮( 如氨基酸、 蛋白质) 等形式存在。在污水生物脱氮处理过程中，氮的转化过程如图1 1 所示： 有机氮! ! ! l h 3 - n 竺兰! 与n 0 2 - 一nj 登! n o 丁一n ! ! ! 鼍n 2n x o ， 图1 1 氮的生物脱除途径图1 2 磷的生物脱除途径 除 f i 9 1 1b i o i o g i c a i 北m o v a ia p p m a c ho f i t r o g e nf i 9 1 - 2b i o l o g i c a ir e m o v a la p p m a c ho fp h o r p h o m s 从图1 1 中可以看出，污水中的总氮有三种出路：一部分转化为n 2 、n x o v 等氮的气体形态逸出；另一部分被微生物吸附或吸收转化为细胞组成部分，随剩 余污泥排除；其余部分随出水排出。生物脱氮的目的在于尽可能降低出水中总氮， 而努力增加另外两种途径的除氮量。目前，生物脱氮的主要途径是以气态氮的形 式逸出，通常这需要涉及以下过程： ( 1 ) 氨化作用 氨化作用是指将有机氮化合物转化为n h 3 n 的过程，也称为氨化反应。参 与氨化作用的细菌统称为氨化细菌，在自然界中，几乎所有的异养型细菌都具有 氨化功能，因此，在生物脱氮工艺中，氨化阶段的生化效率很高，通常不作为生 化反应的控制阶段考虑，影响污水生物脱氮效率的高低主要在于硝化和反硝化过 程。 青岛理工大学工学硕士学位论文 ( 2 ) 硝化作用 硝化作用是指在有氧存在的条件下，n h 4 + 被微生物氧化成n 0 2 ，然后再进 一步氧化成n 0 3 。的过程。生物硝化过程是通过自养型的亚硝酸细菌和硝酸细菌 共同完成的【6 - 引，第一步由亚硝酸菌( n i t r o s o m o n a s ) 将氨氮( n h 4 + 和n h 3 ) 转 化为亚硝酸盐( n 0 2 。) 。第二步硝酸菌( n i 仃o b a c t e r ) 将亚硝酸盐转化为硝酸盐 ( n 0 3 ) ，可由下式简单表示： 2 n h 3 + 3 0 2 + 2 h n 0 2 + 2 h 2 0 + 6 1 0 l j ( 1 - 1 ) 2 h n 0 2 + 0 2 2 h n 0 3 + 2 0 1 l ( j ( 1 2 ) 如果采用c 5 h 7 0 2 n 作为硝化菌的细胞组成，则硝化过程的化学计量方程可 用下式表示【9 】： 5 5 n h 4 + + 7 6 0 2 + 1 0 9 h c 0 3 c 5 h 7 0 2 n + 5 4 n 0 2 - + 5 7 h 2 0 + 1 0 4 h 2 c 0 3 ( 1 3 ) 4 0 0 n 0 2 。+ n h 4 + + 4 h 2 c 0 3 + h c 0 3 + 19 5 0 2 c 5 h 7 0 2 n “0 0 n 0 3 。+ 3 h 2 0( 1 - 4 ) 式( 1 - 3 ) ，( 1 - 4 ) 合并得： n h 4 + + 1 8 6 0 2 + 1 9 8 h c 0 3 。- 啼 ( o 0 1 8 1 + o 0 0 2 5 ) c 5 h 7 0 2 n + 0 9 8 n 0 3 + 1 0 4 h 2 0 + 1 8 8 h 2 c 0 3 ( 1 - 5 ) 上述方程式表明，( 1 ) 转化1 9 氨氮可产生0 1 4 6 9 亚硝酸菌和o 0 2 9 克硝酸 菌，硝酸菌的产率仅为亚硝酸菌的1 7 ；( 2 ) 氧化1 9 氨氮为硝酸盐氮将消耗7 1 4 9 碱度( 以c a c 0 3 计) 。如污水中碱度不足，硝化反应将导致p h 值下降，进而影响 硝化反应的进行；( 3 ) 转化l g 氨氮将消耗4 5 7 9 氧，故硝化过程的需氧量较大。 需要指出的是，上面公式中所采用的细胞组成表达式并不是唯一的。实际上， 细胞的组成是随进水水质和工艺条件的改变而改变的。 ( 3 ) 反硝化作用 反硝化作用将硝酸盐( n 0 3 ) 和亚硝酸盐( n 0 2 。) 还原为气态氮的n x o y 和 n 2 的过程，反硝化主要是由兼性异养型细菌完成的。这类细菌种类繁多，世代 时间通常较短，广泛存在于水体、土壤以及污水生物处理系统中。当污水中存在 游离氧时，它们利用分子氧进行呼吸，氧化分解有机物。当污水中缺乏游离氧时， 它们利用硝酸盐或亚硝酸盐离子中的氧进行呼吸，氧化分解有机物，而使硝态氮 还原为n 2 或n x o v 。少量硝态氮可通过同化作用被还原成氨氮，用以微生物的合 成。假定硝态氮可以被彻底还原为n 2 ，则反硝化过程可用下式描述： 青岛理工大学工学硕士学位论文 n 0 2 - + 3 【h 】0 5 n 2 + h 2 0 + o h ( 1 6 ) n 0 3 - + 5 【h 】，o 5 n 2 + 2 h 2 0 + o h 。 ( 1 - 7 ) 上述公式表明：( 1 ) 由于2 h 】+ 【o 】+ h 2 0 ，故还原l g n 0 2 。- n 或n 0 3 。n 分别需要1 7 1 9 或2 8 6 9 可生物降解c o d 作为氢供体。换句话说，在这一反应 过程中分别提供了1 7 1 9 和2 8 6 9 的氧。( 2 ) 还原1 9 n 0 2 。- n 或n 0 3 - n 可得到3 5 7 9 碱度，硝化过程消耗的碱度可以在这里得到部分补偿。 1 2 1 2 生物除磷原理 磷是微生物生长繁殖所必需的营养物质。污水中的磷主要以无机态磷酸盐 ( p 0 4 3 。p ) 和有机磷( 聚磷酸脂、核酸、胞壁酸等) 的形式存在。和生物脱氮不 同，由于磷及其化合物在常温常压下不存在稳定的气体形态，因此随污水进入生 化反应系统的总磷只有两条出路：或者被微生物吸附结合入细胞随剩余污泥排 除，或者随出水排出( 见图1 2 ) 。生物除磷的目的在于提高剩余污泥的含磷量， 而努力减少出流中1 1 p 的浓度。 在传统的活性污泥工艺中，污泥中磷的含量一般占污泥干重的1 5 乏0 。 生物除磷作用由活性污泥中统称为聚磷菌的微生物在好氧、厌氧交替条件下运 行，特别利用其在好氧条件下超量摄磷作用并将其转化为多聚磷酸盐在细胞内贮 藏，通过富磷剩余污泥排放实现处理目的【1 0 】。聚磷菌的这种过量摄磷能力不仅 与在厌氧条件下磷的释放有关，而且与被处理废水中有机基质的类型和数量有 关，其处理系统中所排放的剩余污泥中的含磷量一般为污泥干重的6 1 0 。 生物除磷机理如图1 3 所示【1 1 1 ： 青岛理工大学工学硕士学位论文 厌氧生境 ) p 竺 一 7 、 图1 - 3 生物除磷机理图解 f i g 1 - 3s c h e m eo fb i o - d e p h o s p h o r i z a t i o np r i n c i p l e 青岛理工大学工学硕士学位论文 应该指出，迄今为止人们对于生物除磷机理的许多重要问题的认识并不如生 物脱氮机理认识得深入。生物除磷的机理有待于进一步研究，挖掘开发生物除磷 的潜力。 1 2 2 污水生物脱氮除磷工艺 基于生物法脱氮除磷原理，创造适于脱氮、除磷微生物生长增殖的环境条件， 即厌氧、缺氧、好氧状态，通过上述3 种状态不同时空分布的组合以及与之相适 应的污泥与混合液回流的设置，形成不同的脱氮除磷处理工艺，达到高效去除氮、 磷的目的。 ( 1 ) 序批式活性污泥工艺法工艺 序批式活性污泥法的主要构筑物为序批反应池( s e q u e n c i n gb a t c hi 沁a c t e r ) ， 简称s b r 工艺【1 2 - 14 1 。其特点在于污水处理生化反应涉及的厌氧、缺氧、好氧过 程以及工艺所必需的沉淀与污泥回流功能均在同一反应器中实现。一般来说，污 水处理序批式反应过程可分为5 个阶段：进水期、反应期、沉降期、排水期和闲 置期。其典型运行方式如图1 - 4 所示。 进水期 反应期 沉淀期排水期闲置期 图l - 4s b r 典型运行模式 f i 9 1 - 4s c h e m a t i cd i a g 豫mo ft h es b ro p e 强t i o n s b r 系统采用限制曝气或半限制曝气运行方式可以在时间序列上实现厌氧 缺氧好氧或缺氧好氧的组合并控制每一部分合适的时间比例，可以得到较好的 脱氮除磷或脱氮效果。 ( 2 ) o 生物脱氮工艺 缺氧一好氧( a n o x i “o x i c ) 生物脱氮处理工艺( 简称o 工艺) 【15 1 ，其主 要由硝化和反硝化两个生化反应单元构成，污水在好氧反应器中进行硝化反应， 由有机氮转化而来的氨氮与原污水中的氨氮在亚硝化菌的作用下转化为亚硝酸 盐氮，进一步在硝化菌作用转化为硝酸盐氮。硝酸盐氮由回流污泥携带到缺氧反 青岛理工大学工学硕士学位论文 应器后，在反硝化菌的反硝化作用还原成气态氮。o 工艺在生物脱氮效同时， 通过生物降解高效去除污水中的有机物( c o d ) 。o 工艺通常具有一定的除磷 能力。但受回流污泥携带硝态氮对厌氧释磷的不利影响与为保证脱氮效果长泥龄 的控制条件，导致加生物脱氮工艺系统内很难取得较高的除磷效果。 进水 回流混合液 回流污泥 剩余污泥 图l - 5 灿o 生物脱氮工艺流程 f i 9 1 - 5t h eo p e 他t i o no f 刖ob i o l o g i c a ln i t m g e nr e m o v a ip r o c 鹤s ( 3 ) a 2 o 生物脱氮除磷工艺 厌氧缺氧一好氧( 加嫩- r o b i c ，a n o x i c o x i c ) 生物脱氮除磷处理工艺( 简称 a 2 o 工艺) 【1 每1 8 1 ，是目前应用最为广泛，工艺流程最为简洁的脱氮除磷工艺之 一，其工艺流程如图1 6 所示。污水首先进入厌氧池，回流污泥与进水混合过程 中，聚磷菌分解体内贮存的聚磷颗粒并将分解产物以正磷酸盐型式释放到微生物 细胞外，在此过程中聚磷分解产生的能量供聚磷菌主动吸收体外的可快速降解有 机物( v f a s ) ，将其转化为胞内储能性物质( p h b 或p h a ) ；在缺氧区内反硝化 菌就利用混合液回流带入的硝酸盐以及进水中的有机物进行反硝化，实现生物脱 氮；进入好氧区，聚磷菌除了吸收利用污水中残留的易降解b o d 外主要分解体 内贮存的p h b 产生能量供自身生长繁殖，并主动过量吸收环境中的正磷酸盐， 以聚磷的形式在体内贮积，同时硝化细菌将进水中的氨氮氧化为硝酸盐氮，该系 统通过排出富含磷的剩余污泥实现生物除磷。由于聚磷菌的泥龄短限制了系统的 内循环，加上回流污泥中含有大量的硝态氮对厌氧释磷产生竞争性作用，所以系 统脱氮和除磷效率都不易提高。 青岛理工大学工学硕士学位论文 进水 混合液回流 泥 图1 6a 2 ，o 生物脱氮除磷工艺流程 f i g l 一6s c h e m a t i cd i a g r a mo ft h ea ，oo p e r a t i o n ( 4 ) 改良a 2 o 工艺 改良a 2 o 工艺是在传统a 2 o 工艺基础上【1 9 2 4 1 ，为了避免回流污泥携带的 硝酸盐对厌氧释磷的影响，在厌氧池之前设置回流污泥预反硝化缺氧段，回流污 泥与部分进水( 1 0 左右) 在此混合，利用反硝化作用去除回流污泥中携带的硝 酸盐，从而保证厌氧池的充分释磷，其工艺流程图如图1 7 所示。 进水 图1 7 改良a 2 o 工艺流程 f i 9 1 7s c h e m a t i cd i a g r a m o ft h em o d i n e da 2 ，oo p e r a t i o n ( 5 ) u c t 工艺 u c t 工艺是由南非开普敦大学开发的一种污水生物脱氮除磷工艺【2 5 之6 】，该 工艺与a 2 o 工艺一样也是由厌氧缺氧好氧反应单元构成，不同之处在于二沉 池的污泥回流至缺氧池而非厌氧池，并且在缺氧池和厌氧池之间增加了缺氧混合 液回流系统。由于缺氧池的反硝化作用使得缺氧混合液回流带入厌氧池的硝酸盐 浓度很低，避免回流污泥中携带大量硝酸盐对厌氧段的冲击，改善聚磷菌的释磷 环境，使厌氧池的功能得到充分发挥，其工艺流程图如图1 8 所示。 青岛理工大学工学硕士学位论文 进 混合液回流 图1 - 8u c t 工艺流程 f i g l - 8s c h e m a t i cd i a g r a mo ft h eu c to p e r a t i o n ( 6 ) 改良的u c t 工艺 改良的u c t 工艺是在u c t 工艺基础上【1 9 1 ，将缺氧池分为两段，其中第一缺 氧池利用污水中有机物为碳源通过反硝化作用脱除污泥回流携带的硝酸盐，消除 回流污泥中携带大量硝酸盐对厌氧段的冲击，进一步改善聚磷菌的释磷环境：第 二缺氧池接受来自好氧池的混合液回流，同时进行反硝化实现生物脱氮，其工艺 流程图如图卜9 所示。 进水缺氧混合液回流硝化混合液回流 图l - 9 改艮u c t 工艺流程 f i 9 1 9s c h e m a t i cd i a g m m o f t h em o d i n e du c t o p e n t i o n ( 7 ) v i p 工艺 v i p ( r g i i l i a1 1 1 i t i a t i v ep l 枷) 工艺与u c t 工艺类似【1 9 1 ，不同之处在于池型 构造和运行参数方面，v i p 工艺采用反应池分格方式，将一系列体积较小的完全 混合反应单元串联在一起构成一个反应池形成有机物的梯度分布，充分发挥除磷 菌的作用，提高厌氧池磷的释放和好氧池磷的吸收速率，因而比单个大体积的完 全混合反应池具有更高的除磷效率。缺氧池分格使大部分反硝化反应发生在前几 格，有助于缺氧池的完全反硝化，这样缺氧池最后一格硝酸盐量极少甚至没有硝 酸盐回流人厌氧池，保证厌氧池严格厌氧环境。v i p 采用高负荷运行，混合液中 活性微生物比例高，泥龄短，所以除磷效果好，反应池容积也较小。 青岛理工大学工学硕士学位论文 ( 8 ) 倒置a z o 工艺 现在国内外流行的脱氮除磷工艺的实际应用结果表明，上述工艺普遍存在各 种问题，这些问题主要归结为以下几点【2 7 】： ( 1 ) 由于存在内循环，系统所排放的剩余污泥中，只有少部分经历了完整的 释磷、吸磷过程，其余则基本