（环境工程专业论文）改进a2o脱氮除磷性能研究.pdf

苏州科技学院硕 。学位论文中文摘耍 中文摘要 传统a 2 o 生物脱氮除磷工艺存诸多问题，如由于聚磷菌与硝化细菌在泥龄上存 在的矛盾，以及反硝化菌和聚磷菌在碳源上存在竞争，导致其在脱氮与除磷之间难 以兼顾。针对这些问题，提出了改进a 2 o 工艺，它采用微生物异养菌与自养菌分 相培养，缩短活性污泥段好氧段曝气时间等技术，以提高系统的脱氮除磷效果。本 工艺水力停留时间与传统a 2 o 工艺相当，适合于现有城镇污水处理厂的改造升级。 本课题研究了改进a 2 o 工艺启动、运行的影响因素、出水口的选择、去污机理 分析、微生物分相培养分析。研究结果主要包括： 改进a 2 o 工艺在室温1 8 2 5 可被正常启动，且具有较强的抗有机负荷和氨 氮负荷能力；在内回流比2 0 0 、活性污泥段泥龄为5 d ，进水c o d 浓度为4 5 0 m g l ( c o d 负荷为o 9 8k ( m 3 d ) ) ，系统脱氮除磷能力最佳，且运行较为经济，此时 系统c o d 去除率为8 9 ，n h 4 - n 去除率为9 7 ，t n 去除率为7 3 8 ，t p 去除率 为6 4 8 ，t p 的去除率不是很高，建议今后采用更短的泥龄进行实验。反应器的 边壁效应较为明显，时而造成活性污泥段污泥分布不均，对系统去污能力存在较大 影响。 通过两个沉淀池出水水质的比较可知，终沉池出水水质略优于中沉池出水水 质，但从n h 4 - n 达标排放的角度来看，应选择从终沉池出水。 通过对改进a 2 o 反应器内污染物沿程浓度变化进行机理分析，有机负荷经过 活性污泥段后大大降低，生物接触氧化池在低负荷条件下运行。系统脱氮主要通过 生物接触氧化池硝化和缺氧池反硝化；除磷主要通过厌氧释磷和好氧条件下的过度 吸磷。 通过对系统内生物相进行分析，可知改进a 2 o 工艺实现了微生物异养菌与自 养菌的分相培养：活性污泥段污泥絮粒大，絮粒胶体厚实，结构紧密，形成以异养 菌为主的菌胶团，原生动物和微型后生动物较少；生物膜段以硝化细菌和亚硝化细 菌等自养菌为主，且含有大量的原生动物和微型后生动物。 从中沉池出水硝态氮影响因素分析可知，选用较高的有机负荷有利于实现系统 内的分相培养。泥龄对实现系统内微生物异养菌和自养菌的分相培养具有关键影 响。当泥龄小于1 0 d ，可实现系统内异养菌与自养菌的分相培养。 关键词：改进a 2 o 工艺，脱氮除磷，分相培养，生活污水 苏州科技学院硕i 学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t m 踮yp r o b l e m se x i s ti nt h et r a d i t i o n a la 2 op r o c e s st h a tc a i lr e m o v ep h o s p h o m s a j l d1 1 i t r o g e ns i m u l t a i l e o u s l yb yb i o l o g i c a lm e t h o d ，f o ri n s t a i l c e ：t h ec o n n i c to fs r t b e t v v e e np a oa n d 砷b a c t e l 氓a n dt h ec o m p e t i t i o nf o rl i m i t e dc a r b o ns o u r c eb e t 、e e n p a 0 觚dd 喇t r i 黟i n gb a c t 甜a ，w 1 1 i c hr e s u l t si nt h a th i 曲r e m o v a lf o rp h o s p h o r u sa 1 1 d i l i t r o g e ns i m u l t a i l e o u s l y 如帕l yi sr e a l i z e di nt h ep r o c e s s a sf o rt h ea b o v em e n t i o n e d p r o b l e m s ，、v eb r i n gf o 朋a r dt oi m p r o v e d op r o c e s s ，w i l i c hu s e st h et e c l u l o l o g yo f c u l t i v a t i n gt h em i c r o b eh e t e r o 仃0 p h i cb a c t e r i aa j l da u t o t r o p hb a c t e r i as 印a r a t e l ya n d s h o n e n i n gt h ea e r a t i o nt i m ei nt 1 1 ea c t i v a t e ds l u d g es y s t e mt oe n h a u l c et h en 嘶m e n t r e n l o v a l t 1 1 eh r to f t i l i sp r o c e s si se q 砌t ot h et r a d i t i o n a la z op r o c e s ss ot h a ti ts u i t t ot h er e c o n s t m c t i o na n du p g r a d eo fe x i s t i n gc i 母w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a m 1 l l i sr e s e a r c hs t u d i e dt h es 仞n l l po ft h ei m p r o v e da 2 op r o c e s s ，m ei n n u e n c i n g i n 酽e d i e n t si nt h eo p e r a t i o no fi m p r 0 v e da z op r o c e s s ，t h ec h o i c eo fe 用u e n t ，a n a l y s i s o ft h en m r i m e n tr e m o v a lm e c h a l l i s m ，a n a l y s i so ft h ec i r c so fm i c r o b ec u l t i v a t e d s e p a r a t e l y i td e m o n s 仃a t e st h a t ： t h ei m p r o v e da _ or e a c t o rc a nb es t a r t e du pn o m a l l yi nt l l er o o mt e m p e r a t u r eo f 1 8 2 5 ，锄di th o l d sa1 a 唱ec 印a b i l i t ) rf o r t h eo r g ；狐cl o a da n dn h 4 - nl o a d w h e n 吐l ei m l e rc i r c u m n u e n c er a t ei s2 0 0 ，s r ti s5 d ，锄dt h ei i m u e n tc o dc o n c e n t r a t i o ni s 4 5 0m g l ，t h ec a p a c i 够o fd e n i 仃i f i c a t i o na n dp h o s p h o m sr e m o v a li i lt l l es y s t e mi st h e b e s t ，a n dt h eo p e r a t i o ne x p e n s ei se c o n o m i c a t l i st i m e ，c o dr e m o v a lr a t ei s8 9 ， n h 4 - nr e 】1 1 1 0 v mr a t ei s9 7 ，t nr e m o v a lr a t ei s7 3 8 ，t pr e m o v 硝r a t ei s6 4 8 n l e t pr e m o v a lr a t ei sn o ts oh i 曲，s o 、ea d v i s eu s i n gm u c hs h o n e rs r ti nt h ee x p e r i m e n t i nt h e 内t u r e n ed i s t r i b u t i n go fs l u d g ei ss o m e t i m e sb a d l yi i l f l u e n c e db y 让l eb o r d e r e 丑e c ti nt h er c ：a c t o rw t l i c hr e d u c e st h er e m o v a lr a t eo fn u c r i m e n t t l h d u g hc o m p a r i n gn l eq u a l i 够o f t h ee m u e n tf 如mt h et w os e d i m e n t a t i o np o n d s ， m eq 训时o fe m u e n t 舶m 位l a s ts e d i m e n 伽o np o n di ss l i 出l yb e 骶rt i l a i lt h e q u a l 时o fe m u e n tf j mm em i d d l es e d i m e n t a t i o np o n d i no r d e rt 0 a c l l i e v e 恤 d i s c h a r g e ds 协n d 莉o fn h 4 - n ，e 衙u e n t 舶mt h el a s ts e d i m e n t a t i o np o n ds h o u l db e c h o s 锄i nt h es y s t e m f r o mm e c h a j l i s ma 1 1 a l y s i st h i o u 曲m ec h 觚g eo fc o 北吼i n a t i o nc o n c e n t i a t i o n a j o i 冯t h et 1 1 ei m p r o v e da 2 or e a c t o r ，t l l eo 略a l l i cl o a di sl a 玛e l yr e d u c e d 蚯e rt h e a c t i v a t e ds l u d g ep h a s e ，b i 0 1 0 9 yc o n t a c tp o n di sr 唧血n gi nt ：h es t a t eo fm el o wo 略a 1 1 i c i i 苏州科技学院硕 j 学f ：论文 l o a d t h er e m o v a lo f1 1 i 切o g e ni st h r o u g ht h en i t r a t i o n 锄dd e n i t r i f i c a t i o n t h er e m o v a j o ft pi s 们u 曲a l l a e r o b i cp h o s p h a t er e l e a l s ea i l da e r o b i cp h o s p h a t ee x c e s sa b s o r b i n g t h r o u 曲m ea 芏1 a l y z i n gt h eb i o l o g yo f 恤s y s t e m ，m ea 2 op r o c e s sh a sc u l t i v a t e d t l l em i c r o b eh e t e r o t r o p h i cb a c t e r i aa i l da u t o 仃o p hb a c t e r i as e p a r a t e l ys u c c e s s m l l y ：t h e s l u d g eg r a i ni nt h ea c t i v a t e ds l u d g ep h a s eh a u sb i gs i z e ，t h i c kc o l l o i d ， a 1 1 dc o m p a c t 蚰n l c t u r e ，a n di tf o 珊st h ez o o g l o e aw h i c hi sm a i l l l yd o m i n a t e db yh e t e r o t r o p l l i c b a c t e r i a t h ep r o t o z o aa n dm e t a z o a na r ef e wi nt h ea c t i v a t e ds l u d g ep h 嬲e 7 1 1 1 e r ea r e m o s t l yh e t e r o 们p 1 1 i cb a c t e r i ai i l t h eb i o f i l ms y s t e m ，s u c ha sl l i t i o b a c t e r i a 趾d s u b l l i t i o b a c t e r i a t h e r ea r ea l s op l e n t yo fp r o t o z o aa n dm e t a z o 锄i n l eb i o f i l m s y s t e m s e l e c t i n gh i g ho 唱a i l i cl o a di sb e t t e rf o rt l l ec u l t i v a t i n gt h em i c r o b eh e t e r o 臼o p h i c b a c t e r i aa n da u t o t r o p hb a c t e r i as e p a r a t e l yf r o mt h ea 1 1 a l y z i n gm en 0 x i nn l en o w 丘o m t h em i d d l es e d i m e r l 协t i o np o n d ，s i 玎i sak e yf i a c t o rf o rt 1 1 ec u l t i v a t i n gt h em i c r o b e h e t e r o 们p 1 1 i cb a c t e r i aa n da u t o t r o p hb a c t e r i as 印a r a t e l y - ，l l e ns r ti ss h o r t e rt i l a i l10 d ， w ec a i lc u h i v a t et l l em i c r o b eh e t e r o 仃o p k cb a c t e r i aa i l da u t o t r o p hb a c t e r i ai i lt h e s y s t e ms 印踟t e l ys u c c e s s 如l l y k 舒唧o r d s ：i m p r o v e da 2 0p r o c e s s ，d e n i t r i f i c a t i o na 1 1 dp 1 1 0 s p h o m sr e m o v a l ，c u l t i v a t e d s e p 踟t e l y ，s e w a g ew a s t e w a t e r i h 苏州科技学院学位论文独创性声明和使用授权书 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名：鱼扛址r 期：鱼翠年乏月f _ 日 学位论文使用授权书 苏州科技学院、国家图书馆等国家有关部门或机构有权保留本人所送交论文 的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人完全了解苏州科技学院关于 收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照学校要求提交学位论文的印刷本和 电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服 务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存汇编学位论文；同意 学校在不以赢利为目的的前提下，用不同方式在不同媒体上公布论文的部分或全 部内容。 ( 保密论文在解密后遵守此规定) 论文作者签名：堕杰鲺日期：2 4 年鱼月上日 指导教师签名：j 缝日期：埋互年一一l 月。l 日 苏州科技学院硕f 学f 矗论文 第一幸绪论 1 1 课题背景 第一章绪论弟一早珀y 匕 水是生命活动中最重要的物质之一，是人和其他动植物生存的前提条件，丰 富洁净的水资源和健康的水循环是社会可持续发展的基础。我国是一个干旱缺水 严重的国家。淡水资源总量为2 8 0 0 0 亿立方米，占全球水资源的6 ，仅次于巴西、 俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2 3 0 0 立方米，仅为世界平均水平的 1 4 、美国的1 5 ，在世界上名列1 2 1 位，是全球1 3 个人均水资源最贫乏的国家之一【l j 。 随着经济的飞速发展，城市范围不断扩大，城镇人口急剧增加，而城市配套 设施不完善和相对滞后，导致污染不断加剧。目前我国有9 0 以上的城市水域污染 严重，近5 0 的重点城镇水源水质不符合标准，城市地下水5 0 以上受到严重污染。 水污染正从东部向西部发展，从支流向干流延伸，从城市向农村蔓延，从地表向 地下渗透，从区域向流域扩散。据报道【2 1 ，2 0 0 4 年七大水系的4 1 2 个水质监测断面 中，i i i i 类、v 类和劣v 类水质断面比例分别为4 1 8 、3 0 3 和2 7 9 。海 河水系污染严重，辽河、黄河水系总体水质较差，黄河支流污染普遍严重，淮河 干流和松花江水系以v 类水体为主，支流及省界河段水质仍然较差：只有珠江水 系、长江干流及主要一级支流水质相对较好。湖泊污染也很严重，多数湖泊的水 体富营养化。滇池、太湖中度富营养化，潘阳湖、洪泽湖和南四湖轻度富营养化。 2 7 个重点湖库中，满足i i 类水质的湖库仅有2 个，v 类及劣v 类水质湖库则共有1 6 个，占5 9 2 。 氮、磷等植物营养型污染物的排放会导致水体的富营养化。城镇污水处理 厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 1 0 0 2 ) 对所有排放污水中的氮、磷含量都做出了明 确的规定，其中总磷( 以p 计) 的排放要严格控制在o 5 m g l ( 一级a 标准) 和l m g l ( 一级 b 标准) 以下，因此今后新建的城市污水处理厂都要考虑采用脱氮除磷技术措施。 出于保护水源的需要，一些老的城市污水处理厂也要部分改造采取脱氮除磷工艺。 生物脱氮除磷技术由于具有同时脱除c 、n 、p 且处理成本低等优点而得到广泛应 用。各国学者根据厌氧、缺氧、好氧等池子的大小、排列、数量增减以及混合液 循环和回流方式的变化，开发出了一系列生物脱氮除磷工艺和技术，其中有很多 工艺是由a 2 o 工艺改进而来，如v 口工艺、u c t 工艺等。另外，还有通过对曝气供 氧的控制在空间和时间上形成厌氧与缺氧环境的氧化沟工艺和s b r 工艺。在这些生 物脱氮除磷工艺中，目前发展并应用于工程实践有： 苏州科技学院硕 ：学位论文第一章绪论 b a r d e n p h o 工艺、m u c t 工艺、s b r 工艺、p h o r e d o x 工艺和氧化沟工艺等，各种工 艺都是尽可能将脱氮和除磷过程分开以排除相互干扰。目前，一些老污水厂脱氮 除磷效果不显著，如何在不改变其原有水力停留时间( h r t ) 的前提下将其改造为具 有高效脱氮除磷性能的新工艺是当前城市污水厂升级改造的又一难题。 2 苏州科技学院硕 学f 移论文第：章生物睨氮除磷技术 2 1 生物脱氮机理 第二章生物脱氮除磷技术 城市污水中的氮主要以有机氮和氨氮的形式存在，含氮化合物存在的主要形 式有：有机氮，如蛋白质、氨基酸、尿素、胺类化合物、硝基化合物等；氨 态氮( 慨，m 苟) ，一般以前者为主。 尺c 删2 c d 伽+ d 2 骂r 伽+ 吗+ 岫 生物脱氮主要靠氨化、同化、硝化和反硝化作用，污水进入生化处理系统后，含 氮化合物在微生物作用下，相继发生如下各项反应： ( 1 ) 氨化过程 有机氮化合物，在氨化菌的作用下，分解、转化成氨态氮，这一过程称之为 “氨化反应”，以氨基酸为例，其反应式为：在有氧条件下，有机氮化合物的氨 化过程一般生成如式2 1 所示的产物，在无氧或缺氧条件下，氨基酸的分解结果也 都会产生一种不含氮的有机化合物 ( 2 ) 硝化过程 硝化是氨氮在有氧条件下经硝化菌作用转化为硝酸盐氮的过程。硝化分两步 进行，并由微生物来实现。首先，亚硝酸单胞菌属烈i 们s o r n o n a s ) 将氨氮氧化为亚 硝酸盐氮；然后硝酸杆菌属心i 们b a c t e r ) 将亚硝酸盐氮氧化为硝酸盐氮【3 】。亚硝酸 菌和硝酸菌统称为硝化菌，均属好氧的化能自养菌。在此氧化过程中，硝化菌获 得了生长所需的能量。亚硝化菌和硝化菌的生物特性见表2 1 硝化过程可以用式2 2 和2 3 表示， 脚：+ 三d 骘帔+ 皿d + 2 日+ 一廿 2 ( 2 - 2 ) 崛+ 圭d 2 骘婀一心 ( 2 3 ) 苏州科技学院硕f 学位论文第：章乍物蜕氮除磷技术 表2 1 亚硝酸菌与硝酸菌的生物特性 需氧性严格好氧严格好氧 ( 3 ) 反硝化反应 反硝化反应是指硝酸盐氮洲0 3 却和亚硝酸盐氮( n 0 2 - n ) 在反硝化菌的作用 下，被还原为气态氮俏2 ) 的过程【4 】。反硝化过程中，硝态氮通过反硝化菌的代谢活 动，可能有两种转化途径，即：同化反硝化( 合成) ，最终形成有机氮化合物，成 为菌体的组成部分；另一为异化反硝化( 分解) ，最终产物是气态氮。反硝化的生 物化学过程如图2 6 所示，生物反硝化过程可由式2 4 和式2 5 表示。 1 o ；+ 3 日( 电子供体有机物) j 2 + 日2 0 + 4 d 日一 二 ( 2 - 4 ) l d f + 3 日( 电子供体有机物) j 2 + 日2 d + 4 d 日一 + 4 ( 旷+ e ) 2 蛐n 0 3 - 2 h 2 0 2 2 生物除磷机理 【o h o 制o “( h + + e ) n h 2 0 h - - n h 3 2 h 2 0 + 2 ( 一+ e ) h 2 0 _ 卜n h 3 - 2 h 2 0 图2 6 反硝化反应过程 聚磷是由聚磷激酶( p 0 1 y pl ( i n a s e ，p p k ) 合成的由3 至数百个正磷酸根残基通过 4 苏州科技学院硕f 学位论史第：章牛物脱氮除磷技术 高能磷酸酐键连成的线性聚合体【( 只q 川) 1 2 】5 1 ，在聚磷水解酶的作用下可释放出 无机磷酸盐。聚磷激酶和水解酶的活性受细胞生长的磷酸盐水平变化调节：当有 过量磷酸盐时聚磷激酶的活性提高，磷缺乏时聚磷水解酶的活性迅速增加。朴芬 书【6 】认为，微生物细胞内的磷含量除聚磷外基本是恒定的，污泥含磷量不同是细胞 内聚磷含量不同引起的。 污水生物除磷的机理，是通过交替厌氧与好氧过程来实现的，具体可阐述 为如下几个部分【7 】： 厌氧区 在厌氧状态下，兼性细菌将溶解性b o d 转化成v f a s 等低分子发酵产物； 聚磷菌( p a 0 s ) 将v f a s 等运送至体内，同化成胞内碳能源贮存物( p h b p h v ) ， 所需能源来自于聚磷的水解及胞内糖的酵解，并导致磷酸盐的释放。 好氧区 细菌以聚磷的形式贮存超出生长需求的磷量，通过p h b p h v 的氧化代谢产 生能量，用于磷的吸收和聚磷合成，并合成新的贮磷细胞，产生富磷污泥。 除磷系统 通过剩余污泥的排放，将富磷污泥从系统中排出，从而达到除磷目的。 生物除磷机理可由图2 7 表示【8 】 厌氧 好氧 图2 7 生物除磷机理 苏州科技学院硕f 学位论丈 第：章生物脱氮除磷技术 2 3 生物脱氮的影响因素 2 3 1 硝化反应的影响因素 ( 1 ) 有机碳源 硝化菌是自养型细菌，有机物浓度不是它的生长限制因素，故在混合液中的 有机碳浓度不应过高，一般b o d 值应在2 0 m g l 以下。如果b o d 浓度过高，就会使 增殖速度较高的异养型细菌迅速繁殖，从而使自养型的硝化菌得不到优势而不能 成为占优种属，严重影响硝化反应的进行1 9 】。 ( 2 ) 污泥龄( s r t ) 为保证连续流反应器中存活并维持一定数量、性能稳定的硝化菌。微生物在 反应器中的停留时间，即污泥龄应大于硝化菌的最小世代时间，硝化菌的最小世 代时间是其最大比增长速率的倒数。脱氮工艺的污泥龄主要由亚硝酸菌的世代时 间控制，因此污泥龄应根据亚硝酸菌的世代时间来确定。实际运行中，一般应取 系统的污泥龄为硝化菌最小世代时间的三倍以上，并不得小于3 5 d ，为保证硝化 反应的充分进行，污泥龄应大于l0 d 。 ( 3 ) 溶解氧( d o ) 氧是硝化反应过程中的电子受体，所以，反应器内溶解氧的高低必将影响硝 化的进程，一般应维持混合液的溶解氧浓度为2 3 m g l ，溶解氧浓度为0 5 0 7 m l 是硝化菌可以承受的极限。有关研究表明，当d o 2 m g l 。 对于同时去除有机物和进行硝化反硝化的工艺，硝化菌约占活性污泥5 左 右，大部分硝化菌将处于生物絮体的内部。在这种情况下，d o 浓度的增加将会提 高溶解氧对生物絮体的穿透力，从而提高硝化反应速率。因此，在污泥龄短时， 由于含碳有机物氧化速率的增加，致使耗氧速率增加，减少了溶解氧对生物絮体 的穿透力，进而降低了硝化反应速率：相反，在污泥龄长的情况下，耗氧速率较 低，即使溶解氧浓度不高，也可以保证溶解氧对生物絮体的穿透作用，从而维持 较高的硝化反应速率。所以，当污泥龄降低时，为维持较高的硝化速率，则相应 的提高溶解氧的浓度。 ( 4 ) 温度 温度不但影响硝化菌的比增长速率，而且影响硝化菌的活性。硝化反应的适 宜温度范围是2 0 3 0 。表2 2 列出了不同温度下亚硝酸菌的最大比增长速率u 、 值，从表中可以看出，u n ，值与温度的关系服从触e i l i u s 方程，即温度每升高1 0 ， u n 值增加一倍。在5 3 5 的范围内，硝化过程反应速率随温度的升高而加快，但 6 苏州科技学院硕f j 学化论文 第：章牛物h 兑氮除磷技术 达到3 0 时，随温度的升高，反应速率增加幅度减少。这是因为当温度超过3 0 时，蛋白质的变性降低了硝化菌的活性。当温度低于5 时，硝化细菌的生命活性 几乎停止。对同时去除有机物和进行硝化反应的系统，温度低于1 5 时发现硝化 速度急剧降低。低温对硝酸菌的抑制作用更为强烈，因此在低温条件下( 1 2 1 4 ) 常常会出现亚硝酸盐的积累。 表2 2 不同温度下亚硝化细菌的最大比增长速率 温度，u n d 。1 1 0o 3 2 00 6 5 3 0 ( 5 ) p h 值 硝化菌对p h 值的变化非常敏感，最佳p h 值范围为7 5 8 5 。当p h 值低于7 时， 硝化速率明显降低，当p h 值低于6 或者高于9 5 时，硝化反应将停止进行。由于硝 化反应中每消耗1 9 氨氮要消耗碱度7 1 4 9 ，如果污水氨氮浓度为2 0 m l ，则需消耗 碱度1 4 3 m g l 。一般的，污水对于硝化反应来说，碱度往往是不够的，因此应投加 必要的碱量，以维持适宜的p h 值，保证硝化反应的正常进行。 ( 6 ) c n 比 在活性污泥系统中，硝化菌只占活性污泥微生物的5 左右，这是因为与异养 型细菌相比，硝化菌的产率低，比增长速率小。而b o d 5 t k n 值的不同，将会影响 到活性污泥系统中异养菌与硝化菌对底物和溶解氧的竞争，从而影响脱氮效果。 一般认为处理系统的b o d 5 负荷低于0 1 5 9 b o d 5 ( g m l s s d ) ，处理系统的硝化反应 才能正常进行。 ( 7 ) 有害物质 对硝化反应产生抑制作用的有害物质主要有重金属，高浓度的n h 4 n 、n 0 3 n 络合阳离子和某些有机物。有害物质对硝化反应的抑制作用主要有两个方面：一 是干扰细胞的新陈代谢，这种影响需长时间才能显示出来；二是破坏细菌最初的 氧化能力，这种影响在短时间里即会显示出来。一般来说，同样的毒物对亚硝酸 茵的影响比对硝酸菌的影响强烈。对硝化菌有抑制作用的重金属有a g 、h g 、n i 、 c r 、z n 等，毒性作用由强到弱，当p h 值由较高到低时，毒性由弱到强。而一些含 n 、s 元素的物质也具有毒性，如：硫、氰化物、苯胺等，其他物质如酚、氟化物、 k 2 c 幻4 、三价砷等也具有毒性，一般情况下，有毒物质主要抑制亚硝酸菌的生长， 7 苏州科技学院硕l j 学f 节论文第_ 审生物h 兑氮除磷技术 个别物质主要抑制硝酸菌的生长。 2 3 2 反硝化反应的影响因素 ( 1 ) 有机碳源 反硝化菌为异养型兼性厌氧菌，所以反硝化过程需要提供充足的有机碳源，通 常以污水中的有机物或外加碳源( 如甲醇、乙醇) 作为反硝化菌的有机碳源。碳源物 质不同，反硝化速率也将不同。表2 2 列出了一些碳源物质的反硝化速率1 0 1 。 表2 3 不同碳源物质的反硝化速率 目前，通常是利用污水中的有机碳源，因为它具有经济、方便的优点。一般认 为，当污水中的b o d 5 t n 值 3 5 时，即可认为碳源是充足的，不需外加碳源，否 则应投加甲醇、乙醇作为有机碳源，它的反硝化速率高，被分解后的产物为c 0 2 和h 2 0 ，不留任何难以降解的中间产物，其缺点是处理费用高。在单级活性污泥系 统单一缺氧池前置反硝化( a ，o ) 工艺中，c n 比需求可高达8 。这是因为城市污水中 成分复杂，常常只有一部分快速生物降解的b o d 可以利用作为反硝化的碳源物， 附着生长系统比悬浮生长系统所需的碳源投加量要低些，这是因为在附着生长系 统污泥龄较长使内源代谢作用高于悬浮生长系统。 ( 2 ) p h 值 p h 值是反硝化反应的重要影响因素，反硝化过程最适宜的p h 值范围为6 5 7 5 ，不适宜的p h 值会影响反硝化菌的生长速率和反硝化酶的活性。当p h 值低于6 o 或高于8 0 时，反硝化反应将受到强烈抑制。由于反硝化反应会产生碱度，这有助 于将p h 值保持在所需范围内，并可补充在硝化过程中消耗的一部分碱度。 ( 3 ) 温度 反硝化反应的适宜温度为2 0 4 0 。低于1 5 时，反硝化菌的增殖速率降低， 代谢速率也降低，从而降低了反硝化速率。温度对反硝化速率的影响可用阿累尼 乌斯方程表示： g d ( ，) = g d ( 2 0 ) 口卜川 ( 2 8 ) 8 苏州科技学院硕f 。学1 意论文第二章乍物脱氮除磷技术 式中：g d f r l 温度为t 时的反应速率，g n 0 3 _ n g v s s d g d f 2 0 1 一温度为2 0 时的反应速率，o 2 9 n 0 3 - n 儋v s s d 秒温度系数一般口= 1 0 3 1 0 5 ，设计时可取口= 1 0 9 研究结果表明：温度对反硝化反应的影响与反硝化设备的类型有关。当温度 从2 0 降到5 时，为达到相同的反硝化效果，生物流化床的水力停留时间提高到 原来的2 1 倍，而采用生物转盘和普通活性污泥法，水力停留时间则分别为原来的 4 6 倍和4 3 倍。研究结果表明：硝酸盐负荷率高，温度对反硝化速率的影响也高； 反之，则温度的影响也低。 ( 4 ) 溶解氧( d o ) 反硝化菌是兼性菌，即能进行有氧呼吸，也能进行无氧呼吸。含碳有机物好 氧生物氧化时所产生的能量高于厌氧反硝化时产生的能量，这表明，当同时存在 分子态氧和硝酸盐时，优先进行有氧呼吸，反硝化菌降解含碳有机物而抑制了硝 酸盐的还原。所以，为了保证反硝化过程的顺利进行，必须保持严格的缺氧状态。 微生物从有氧呼吸转变为无氧呼吸的关键是合成无氧呼吸的酶，而分子态氧的存 在会抑制这类酶的合成及其活性。由于这两方面的原因，溶解氧对反硝化过程有 很大的抑制作用。一般认为，系统中溶解氧保持在0 5 m g l 以下时，反硝化反应才 能正常进行。但在附着生长系统中，由于生物膜对氧传递的阻力大，可以容许较 高的溶解氧浓度。 2 4 生物除磷的影响因素 2 4 1p h 的影响 在一定p h 值范围内，随着p h 升高厌氧释磷量升高。但是，p h 值达到8 以 上时由于磷酸盐沉淀，释磷量下降；而当p h 值低于6 5 时，聚磷微生物活性 亦受到影响。 2 4 2 溶解氧的影响 聚磷微生物要求在有氧区有丰富的溶解氧，而在缺氧区或无氧区没有溶解氧。 一般认为厌氧区溶解氧保持在0 2 m g l 以下【1 2 1 。但回流混合液和回流污泥携带溶 解氧，因而有氧区溶解氧也不宜过高，通常维持在2 m g l 左右。 9 苏州科技学院硕f 。学伊论丈 第一：市牛物h 兑氮除磷技术 2 4 3 温度的影响 温度对厌氧释磷有重要的影响。在厌氧状态下放磷越多，合成的p h b 愈多， 则在好氧状态下合成的聚磷量愈多，除磷效果也就愈好。适合p a o 生长的温度范 围比较窄，大概在2 0 3 0 之间因此控制系统运行的温度是十分必要的。温 度太低或太高都不利于微生物除磷，当温度达到5 5 时就没有除磷效果了【1 3 】。当 温度从1 0 上升到3 0 时，放磷速率可提高5 倍。 2 4 4 污泥龄的影响 生物除磷是通过排出剩余污泥来实现的，所以污泥龄对生物除磷效果具有重 要影响。泥龄越长，污泥含磷量越低，则去除单位重量的磷需消耗较多的b o d ， 此外，还会由于有机底物的不足而使污泥发生“自溶”现象，导致磷的溶解及排 泥量的减少，降低除磷效果；泥龄越短，污泥含磷量越高，污泥的产率也越高， 从而导致通过剩余污泥的排放而去除的磷量也就越多。短的泥龄还有利于好氧段 控制硝化作用的发生而利于厌氧段的充分释磷。因此，在仅以除磷为目的处理系 统中，一般宜采用较短的泥龄。但泥龄的具体确定还应考虑整个处理系统出水中 的b o d 和c o d 要求，若泥龄过短，将影响污泥中p a 0 的含量，而同样影响处 理效果。对仅以除磷为目的的生物处理工艺，其污泥龄一般控制在3 5 7 d ，对同 时具有脱氮除磷功能的工艺，其污泥龄则结合脱氮要求综合考虑。 2 4 5 硝酸盐的影响 若在厌氧池中存在硝酸盐，它将有主助于反硝化菌的增长，从而和聚磷菌争 夺碳源，抑制其生长放磷。在有机碳源充足的条件下，若体系内存在反硝化聚磷 作用，则会导致系统释磷表观速率下降。 2 5 传统生物脱氮除磷工艺及问题 传统生物脱氮除磷工艺主要包括能实现同步脱氮除磷的连续流工艺，如a 2 o 工艺，u c t 工艺，m u c t 工艺，v 口工艺【1 4 1 5 j 等，还有就是通过对曝气方式的控 制实现厌氧与好氧环境在时间上交替出现的间歇曝气工艺，如氧化沟工艺与s b r 工艺及它们改良工艺。对于连续流工艺中的a 2 o 工艺，很难避免污泥回流所携 带的硝酸盐对厌氧释磷的不利影响，以及混合液回流过程中所携带的溶解氧对反 硝化作用的不利影响，还有聚磷菌与反硝化菌在碳源上的竞争和异养菌与自养菌 l o 苏州科技学院硕f 学f 声论文 第二r ：审生物脱氮除磷技术 在泥龄上的矛盾。u c t 工艺，m u c t 工艺，v i p 工艺都是a 2 o 工艺的改良形式， 通过改变污泥及混合液回流方式在一定程度上减轻上述提到的不利影响，而间歇 曝气工艺中，由于各种不同营养类型的微生物共存于同一个反应器中，所以也存 在同样的问题。 由于传统工艺没有突破不同营养类型微生物混合生长的局限性且都是基于传 统的脱氮除磷理论，所以在污水处理应用中很难达到高效、经济、低耗的要求。 2 6 生物脱氮除磷新工艺 2 6 1b i c t 工艺 双循环两相生物处理工艺( b i c t ) 由黄勇掣1 6 】于2 0 0 3 年提出的基于将自养 硝化菌和亚硝化茵与异养茵群分相培养新工艺，工艺流程如图2 8 。在不影响脱 氮效率的前提下通过缩短主反应器的泥龄来提高生物除磷效率，并增强了脱氮除 磷的稳定性，使得运行控制更为简便可靠【l 7 1 。b i c t 工艺有3 个主要的操作过程： ( 1 ) 进水+ 曝气搅拌一污泥回流。原水与回流污泥一起进入生物选择器，经厌氧搅 拌混合后进入主反应器( s b r ) 进行曝气处理。( 2 ) 缺氧搅拌一硝化液回流。主反应 器停止曝气而采用缺氧搅拌，开启沉淀池出水槽中的回流泵，将沉淀分离后的上 清液提升到硝化反应器，同时推动硝化液返回主反应器中。硝化反应器始终曝气 以保持好氧条件。( 3 ) 静置沉淀、滗水。该工艺在适宜的负荷和运行条件下，对t p 的去除率可达9 0 ，出水t n 和t p 的质量浓度可分别控制在1 5 m g l 和1 0 m g l 以下【1 引。 搜捧视 图2 9b i c t 工艺流程图 苏州科技学院硕f j 学化论文 第j 帝生物脱氮除磷技术 李勇等【1 9 2 0 】考察了在b i c t 工艺中泥龄、充水比、上清液回流对除磷效率的 影响以及b i c t 工艺在工程上的应用，试验结果表明：除磷效率与泥龄成负相关， 而与充水比、上清夜回流比没有必然联系，并在工艺流程、运行方式、技术经济 效益出发对b i c t 工艺进行全面分析，指出b i c t 工艺在工程应用上具有较大的 潜力。番杨等【2 l 】考察了在b i c t 工艺中不同容积负荷下系统对c o d ，总n ，总p 的去除。试验结果表明不同容积负荷下系统对c o d 的平均去除率 8 0 ，当容积 负荷 1 0 k g c o d “m 3 d ) 时出水c o d 8 0 ，当t p 负荷 1 0 9 t p ( m 3 d ) 时出水 尸四一一尸 1 om g l 。 2 6 2 改进d e p h a n o x 工艺 d e p h a n o x 工艺由w a n n e r 与j e l l i c e k 首次提出，工艺流程如图2 9 。该工 艺中，污泥在厌氧池吸收有机物合成储能物质p h b 后泥水分离，不经过好氧阶段 直接进入缺氧池，聚磷菌体内的p h b 未被消耗，全部用于反硝化摄磷，保证了反 硝化所需的碳源，同时将硝化菌和异养菌( 聚磷菌和反硝化菌) 两种不同的微生物 菌群有效分离，解决了不同泥龄之争。 进 水 出 水 泥 图2 1 0 眭p h a n 0 x 工艺流程图 改进d e p h a n o x 工艺1 2 引，在理论上进一步强化了氮磷矛盾的解决。工艺流 程如图4 。废水进入系统后，首先与回流污泥混合实现快速吸附，在快沉池中将 吸附有大量有机质的污泥和上清液分离，含有大量有机质的污泥进入厌氧段实现 厌氧释磷，上清液进入副流程独立硝化段实现快速硝化，经硝化后的上清液与 厌氧释磷后的污泥在缺氧段再次发生混合，此时反硝化聚磷菌利用硝酸盐实现反 1 2 苏州科技学院硕 学位论文 第一：带生物脱镀除磷技术 硝化聚磷和反硝化脱氮，再经吹脱池将释放的氮气吹脱出，以防影响二沉池的沉 淀效果，进而影响出水效果，最后进入二沉池，沉淀后的上清液排出，为了增强 吸附效果将沉淀的活性污泥作为回流污泥全部回流至系统首端，吸附分离后再排 放剩余污泥。张洁等通过低碳源进水试验表明该工艺c o d 去除率为8 4 0 ，氨 氮去除率为7 9 6 ，总氮去除率为6 4 8 ，总磷去除率为7 6 4 ，基本达到了预 期的效果。 2 6 3 短程硝化反硝化 图2 11 改进d e p h a n o x 工艺流程图 出水 其基本原理是将氨氮氧化控制在亚硝化阶段，然后进行反硝化。影响短程硝 化反硝化的因素有温度、p h 值、氨浓度、d o 等y 0 0 等【2 3 j 对间歇曝气循环单污 泥系统中的同时短程硝化与反硝化进行了研究，指出d o 、p h 、f a 、f h 、温度、 曝气时间长短等因素都影响同时短程硝化与反硝化，体系的最低d o 浓度为 0 4 m g l 左右，最高d o 为2 0 2 5 m g l ，低于1 0 m g l 时主要发生反硝化作用， 高于1 0 m l 时主要发生硝化作用。s h a r o n 工艺由荷兰d e l r 技术大学开发的 脱氮新工艺，是短程反硝化原理的具体应用。该工艺的核心是应用硝化菌和亚硝 化菌的不同生长速率，即在高温( 3 0 3 5 ) 下亚硝化菌的生长速率明显高于硝酸 菌这一固有特性，控制系统的水力停留时间和反应温度，从而使硝酸菌被自然淘 汰，反应器中亚硝酸菌占优势，使氨氮控制在亚硝化阶段。 2 6 4 厌氧氨氧化 其原理即在厌氧条件下，以峨、g 作为电子受体将氨氮转化为氮气。厌 氧氨氧化正在开发的工艺有a n a m m o x 和o l a n d 工艺2 种。a n a m m o x 工 苏州科技学院硕 j 学化论文第二章生物脱氮哚磷技术 艺是由荷兰d e l r 技术大学u y v e r 生物技术实验室开发的新工艺。该工艺的原理 是厌氧条件下，以研和饼作为电子受体，将氨转化为氮气【2 4 】。现在国际上已 利用a n m m o x 细菌可自然形成颗粒污泥这一特点研制颗粒污泥反应器。颗粒污 泥具有较大的比表面积，能够形成结构