（环境工程专业论文）螺旋升流式反应器脱氮除磷效果及污泥特性的试验研究.pdf

中文摘要 摘要 随着水体富营养化问题的严重，城市污水处理厂的工艺设计必须考虑同时脱 氮除磷。藏霹前我国瑷有的技术水平、经济本乎、管理水平秽有限匏土遮使瘸嚣 积等现实穗况看，追甥需要开发一种“高效低耗”的瓣氮除磷豹污承楚理工艺。螺旋 升流式反应器( s p i r a lu p f l o wr e a c t o r ，s u f r ) 系统是本课题组开发的一种新的 简易、高效、经济的污水脱氮除磷技术。本论文主臻是对s u f r 脱氮除磷系统工 艺熬运行王猿及参数避孬磅究戆基磁上，我出侠纯戆运孬工嚣露参数，著瀵点对 脱氮除磷的效果和活性污泥的特性遴行观察和研究，从而迸一步了解系统运行的 情况。 在一年多的试验研究过程中，进行了以下方藤内容的试验研究工作： 1 ) 骜先在设定好豹污泥羚、污淀受蔫条彳譬下稳定运行试验装置，搜箕熬蠢现 脱氮除磷的较好效果； 2 ) 通过改变污泥龄s r t 、进水流量、曝气比、混合液回流比和污泥负荷等运 行参数采考套系统脱氮除磷的效暴始坏，放露寻撬最饶的运行二嚣和试验参数： 3 ) 对s u f r 髓氮除游系统工艺中麴活性污混特性进行了蕊察和研究； 4 ) 对s u f r 脱氮除磷系统工艺的颗粒污泥进行了观察和研究； 5 ) 对s u f r 脱氮除磷系统工艺中的微型动物杰垡彳亍了观察和研究，了解搬示性 徽型囊甥在系绞运行中豹俸溪； 6 ) 对s u f r 脱氮除磷系统工艺的试验结果进行了数学模型化。 通过以上的试验内容研究发现，在运行工况参数组合较好的情况下，稳定运行 王艺就g 获得缀好的圊时脱氮除磷效果，出水平均膜量浓度c o d 小于3 0 m 娥，t n ，j 、予1 0 m g l ，t p ，j 、予0 。5 m 醮，予稳去除搴分涮达9 4 、8 6 _ 帮9 6 以上。并豆 由于s u f r 脱氮除磷累统工艺的特殊结构和水流流态，污泥容易颗粒化从丽获得 很好的沉降效果，s v i 在2 5 4 5 之间，低于一般城市生活污水的s v i 值。由于活 性污泥鲍鬏粒捷穰好，爨理了嗣时硝偬反凑诧帮反硝伲豫磷躲联象，系统中徽生镌 种类丰富，形成了稳定的生态群落，不但提高了系统的抗负荷冲击的能力，丽且 更重要的是保证了同时脱氮除磷效果，使处理出水指标达到污水综合排放标准 f g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 的一级标准。 本砭究楚霆家“十五”辩技攻关矮秘2 0 0 1 b a 6 0 4 a 0 1 子专嚣“麓荔毫效活性污混 复合系统除磷脱氨技术研究与示范”的部分内容。本论文的研究内容可以作为迸一 步丌展污水生物除磷脱氮的机理和工艺，提高二级污水处理厂的出水水质，减轻 承环境污染提供一条掰的途径。因此，本论文研究具有较好的使用推广价毽。 关键词：螺旋升流式反应器，脱氮除磷，污泥特性，颗粒污泥，微型动物 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h ea g g r a v a t i n go fw a t e re n t r o p h i c a t i o np o l l u t i o n ，t h ed e s i g no fm u n i c i p a l w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s sm u s tc o n s i d e rn o to n l yp h o s p h o r u sr e m o v a l ，b u ta l s o n i t r o g e nr e m o v a l b u ta sf a ra st h el e v e lo ft h et e c h n o l o g y , e c o n o m y , m a n a g e m e n t a n d l i m i t e dg r o u n di nc h i n ai sc o n c e r n e d ，ae n e r g ys a v i n ga n dh i g he f f i c i e n c yo fb i o l o g i c a l n i t r o g e n a n db i o l o g i c a l p h o s p h o r u sr e m o v a ls y s t e m i s e a g e r e dt od e v e l o p e d s p i r a l u p f l o wr e a c t o r ( s u f r ) i sd e v e l o p e dw h i c hi s an e wf a c i l i t y , e n e r g ys a v i n g ，h i g h e f f i c i e n c yo fb i o l o g i c a ln i t r o g e n a n db i o l o g i c a lp h o s p h o r u sr e m o v a ls y s t e m s ot h e s u f r b i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a l a n d b i o l o g i c a lp h o s p h o r u sr e m o v a ls y s t e mi ss t u d i e d i nt h i sd i s s e r t a t i o n i t sa i mi st oa t t a i nab e t t e rr e s u l t w h a t sm o r e ，t h ee f f e c to ft h e c h a r a c t e ro fa c t i v es l u d g ei ss t u d i e dt ok n o wo fs u f r s y s t e m t h ef o l l o w i n g sw e r es t u d i e do v e ro n ey e a r ：1 ) o nt h ec o n d i t i o no ft h ea s s u m e d s r ta n df m ，m a k i n gs u f rs y s t e mr e m a i ni na s t e a d y s t a t et oa t t a i na g o o d e f f e c t ；2 ) c h a n g i n gs r t , r a t i oo fi n f l u e a l ，a e r o b i ct i m e ，r a t i oo fr e f u r n e ds l u d g ea n d s l u d g el o a d s t ok n o wo fe f f e c to ft h eb i o l o g i c a l n i t r o g e nr e m o v a la n db i o l o g i c a l p h o s p h o r u sr e m o v a l ，i nt h er e s u l t ，f o u n d i n gab e s tr e s u l t ；3 ) s t u d y i n gt h ec h a r a c t e ro f a c t i v es l u d g ei nt h es u f r s y s t e m ；4 ) s t u d y i n gt h ec h a r a c t e ro fg r a i ns l u d g ei nt h es u f r s y s t e m ；5 ) s t u d y j n gs u b m i n i a t u r ec r e a t u r ea n di t s e f f e c ti nt h es u f r s y s t e m ；6 ) k i n e t i c m o d e lo ft h eb i o l o g i c a l n i t r o g e nr e m o v a la n db i o l o g i c a lp h o s p h o r u sr e m o v a lp r o c e s s a c c o r d i n gt o t h ea b o v es t u d yr e s u l t ，i tc a nb ep r o v e dt h a to nt h ec o n d i t i o no f c o n t i n u o u ss t a b l eo p e r a t i o no ft h es y s t e mp r o c e s s ，r e s u l t so f t h et e s t 8o nt h er e m o v a l o f c o d ，n i t r o g e na n dp h o s p h o r u su s i n gs p i r a lu p f l o wr e a c t o r ( s u f r ) s y s t e mo v e ro n e y e a rs h o w e dt h a tt h ee f f l u e n t c o n c e n t r a t i o no fc o d ，t o t a l n i t r o g e n ( 1 n ) a n dt o t a l p h o s p h o m sf r e ) w a sb e l o w3 1 m 叽l o m g la n do 5 m g lr e s p e c t i v e l y , a n dt h e r e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d ，t na n dt pw a s k e p t o v e r9 4 ，8 6 a n d9 6 r e s p e c t i v e l y o w i n g t o s p e c i a l s t r u c t u r eo fs u f rb i o l o g i c a l n i t r o g e n r e m o v a la n d b i o l o g i c a l p h o s p h o r u sr e m o v a ls y s t e ma n dc u r r e n tc h a r a c t e r , a c t i v es l u d g ee a s i l yg r o w e dg r a i n s l u d g e ，a sar e s u l t ，a t t a i n i n gag o o d e f f e c to f s e d i m e n t a t i o n ，s v ii sf r o m2 5t o4 5 ，u n d e r t h es v io ft h e m u n i c i p a lw a s t e w a t e r d u et o a g o o de f f e c t o fg r a i ns l u d g e ，s u f r s y s t e mh a saf u n c t i o no fn i t r a t i o n ，d e n i t r i f y i n ga n dd e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u s a l lk i n d so f c r e a t u r ei nt h i ss u f rs y s t e m s h a p es t e a d ya n i m a l c u l ec o m m u n i t i e s ，i t sn o t o n l y i m p r o v e ds y s t e m i cc a p a c i t y o fr e s i s t i n g s l u d g eb u r t h e n ，b u t a l s oe n s u r e de f f e c to f i i i 鬟庆大学硕士学位论文 b i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a la n db i o l o g i c a lp h o s p h o r u sr e m o v a l ，m a k i n gt h ee f f l u e n t q u a l i t yo f s u f r s y s t e mi su pt ow i t ht h ef i r s tc l a s so fd i s c h a r g es t a n d a r do fp o l l u t a n t s f o r m u n i c i p a lw a s t e w a t e r t r e a t m e n t p l a n t ( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) t h e s t u d yo f t h i sd i s s e r t a t i o nb e l o n g st ot h es c i e n t i f i cr e s e a r c h ( 2 0 0 1 b a 6 0 4 a 0 1 ) o f t e n t hf i v e y e a rp l a ni nc h i n a + t h er e s u l t so fr e s e a r c hh a v es h o w e dg r e a tp r o s p e c ti n t r e a t e dw a t e rq u a l i t yi m p r o v e m e n t ，h a v el a i dt h ef o u n d a t i o nf o ra d v a n c e d s t u d yo f m e t a b o l i s mo ft h eb i o l o g i c a l d e n i t r i f y i n gd e p h o s p h a t a t i o ni n c h i n a t h er e s e a r c hi s i m p o r t a n t b o t hi na p p l i c a t i o na n dt h e o r y , k e y w o r d s ：s p i r a l 却一f l o wr e a c t o r , b i o l o g i c a ln i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a l ， s l u d g ec h a r a c t e r i s t i c ，g r a i ns l u d g e ，s u b m i n i a t u r e c r e a t u r e 1日u舌 1 前言 1 1 我国水环境面临的主要问题【1 1 2 】【3 1 4 1 5 【6 我国水环境当前存在的主要问题有三个：一是水资源短缺；二是水污染现象 严重；三是用水的极大浪费。 1 1 1 水资源短缺 中国多年平均降水总量为6 2 万亿立方米，可通过水循环更新的地表水和地下 水的多年平均水资源总量为2 8 万亿立方米，居世界第6 位。我国人均占有水资源 量，按1 9 9 7 年的人口计算为2 2 2 2 0 立方米，相当于世界人均数的1 4 ，为世界第 1 0 9 位，预计到2 0 3 0 年中国人口增至1 6 亿时，人均水资源量将降至1 7 6 0 立方米 己接近国际公认的水资源紧张标准；全国实际可能合理利用的水资源约为( 8 0 0 0 9 5 0 0 ) 1 0 8 m 3 ，而到2 0 5 0 年，全国总需水量将达到( 7 0 0 0 8 0 0 0 ) x 1 0 8 m 3 ，已接 近可合理利用水量的极限。中国是世界人均水资源极少的1 3 个贫水国之一，按国 际上的通行标准，人均拥有水资源2 0 0 0 立方米为严重缺水边缘，人均有水1 0 0 0 立方米为起码的要求来计算，中国有9 个省( 市、区) 的人均占有水量为5 0 0 立 方米，在全国6 0 0 多座建制市中，有近4 0 0 座城市缺水，其中缺水严重的城市1 3 0 多个。全国城市每年缺水6 0 亿立方米，日缺水量已超过1 6 0 0 万立方米。缺水给 城市工业产值造成的损失在1 2 0 0 亿元以上，且呈增长之势。 1 1 2 水污染 水污染是指排入水体的污染物在数量上超过该物质在水体中的本底含量和水 体的环境容量，从而导致水体水的物理性质、化学性质和生物学性质发生变化， 使水体固有的生态系统和水体功能受到破坏。我国本来就是一个缺水国家，而水 污染使缺水形势显得更为严峻。七十年代以来，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 1 年度七大水系监测的7 5 2 个重点断面中，i i i i 类水质占 2 9 5 ，l v 类水质占1 7 7 ，v 类和劣v 类水质占5 2 _ 8 。其中，七大水系干流1 5 4 个国控断面中，i 类水质断面占5 0 6 ，i v 类占2 6 o ，v 类和劣v 类占 2 34 ，各水系干流水质好于支流。七大水系污染由重到轻的顺序依次是：海河、 辽河、淮河、黄河、松花江、长江和珠江。与上年相比，污染轻重顺序未变，污 染程度相近。各大流域片的主要污染河段均集中在城市河段。地表水污染普遍， 特别是流经城市的河段有机污染较重；主要湖泊富营养化问题依然突出，2 0 0 1 年 太湖和滇池外海均属中度富营养状态，巢湖属轻度富营养状态；地下水受到点状 或面状污染，水位下降，加剧了水资源的供需矛盾：生态破坏加剧的趋势尚未得 重庆大学硕士学位论文 戮有效控裁。毽趋严霆豹东污染不仅降低了永体懿镄羯功憝，送一步鸯嚣瑙了承资 灏短缺的矛盾，对我国正在实施的可持续发展战略带来了严重的负面影响，而且 还严重缝威胁到城乡糟民的饮东安全和人民群众的健廉。 1 1 3 嬲水的极大浪费 我国的水资源紧缺和用水效率不高并存。尽管许多地区由于缺水，造成工农 渡争隶、城乡争承、遗区阕争瘩、超采螯魏f 承理蒙频繁发生，毽幽予各方嚣技术 的限制，全国农业灌溉水利用系数平均仅约为o 4 5 ，而先进国家为o 7 o 8 。工业 麓承薛蕊复利鞠率为3 0 4 0 ，丽发达嚣家为7 5 懿8 5 。全闺多数城市箱永 器具和自来水管网的浪费损失率估计在2 0 以上。 l 。2 水体中氮磷的来源及分类特性【4 】 7 】 8 f 9 】1 1 0 氮以有机氮和无机氮两种形态存在于水体中。有机氮有鬣白质、多肽、氨基酸 l 尿素簿，它饲来源予生溪污瘩、农韭菠弃物( 檀秘禧舞、牲畜粪便等) 巍慕魏 工艺废水( 如羊毛加工、制革、e p 染、食品加工) 。水中的无机氮指氨氮、e 硝酸 箍氮、硝酸盐氮( 这三稚无税氮统称为氮化合铭 。育税氮和氨氮怒永体串氮的主 要存在形式，般情况下硝态氮仅l 5 m g l 。 城市污水中所存在的含磷物质基本上都是不问形式的磷酸盐( 简称磷戏总磷， 髑p 或杼表示) ，根基戆瑷特性，污水中熬磷羧盐可分成溶簸蛙秘颞粒瞧嚣类。 按化学特性则可分成正磷酸盐、聚合磷酸盐和有机磷酸盐，分别简称为正磷、聚 磷裙杏梳磷。 含氮磷物质进入水体环境的来源和途径分两类：自然过稷和人类活动。虽然自 然过程，尤其建东体内部自身底混等沉积物释放底氮磷对水体的二次污染作用隧 大，但粪正引起水体中氮磷含量过多的原因是人类活动，人类活动是水体中氮磷 的主要外来源。外源氮磷主要通_ i 尊面污染和点污染进入水体。大多数情况下，氮 主要是遇过露源遘入瘩钵，磷主要是逶过点源避入拳髂。豢冤熬瑟污染灏有：农 北面污染、城市污水面污染、气载污染物污染、水土流失、水产养殖等。常见的 点污染澈有：城市污拳与工渣废东静壹接舞藏、污承楚瑾厂静尾水释放、生活垃 圾和工业废料场。对各主要污染源的分析如下： 农、监丽源污染 农业面源污染主要是农业麓腮经流失造成嬲，大量来被农 乍物利用的s 墨斟绝 大多数被农业排水和地表径流等途径带入地下水和地滚水中，其中主要题化学肥 料，我灏是一个农受大国，纯l 基藏翅量已达1 亿睫，麓雳讫基求乎浇藿赛讫基薅 用水平离出2 6 倍，而施肥利用率仅有3 0 5 0 的水平，大量氮磷成分通过各种途 径进入承俸e 久工合藏静纯基帮农药是求俸中氮、磷元素的h _ 要来源。 城市褥东径流污染 城枣霆承经滚污染包摆会渡制撼水系统中联暴薅期趣污水滋瀵造成的污染， 以及分淡划摊承系统中掳期焉水径流冲剧墟表污物造成的。聪水径流中污染物含 量、形态与大气环境状态、当地人妇密度、地联社会活动等闲素有关。 气载污染物污染 气载污染物主要来源予工业废气、烟尘以及丰几动车辆尾气等排放后通过降雨 或洚尘途径进入永体。农盟系统中圆施琶造成褐氮氮溢出瞧筵气载污染秘的一个 重要来源。武汉东潮簿年遭过降雨逡入潮中的氮占灞泊总氮鼙的6 o 。气载污染 戆已是彼人髓营速重褫熬一个錾垂擘末体污染源。 东土漉失 水土流失搜大量的氮、磷等营棼物菠进入水体。在污染承髂的厕时璁会造成 水体淤积，加快水体恶化。我国水土流失严重，仅黄土高原每年因水土流失的氮 磷等养分达3 8 0 0 万喃。水土流失不可避兔地迫使农业加大腮料用量，从而加大了 农、监面污染。 水产养殖 浅海秘潮漓拳疼游爨过程中袋键、童装、鱼类撵潋物积化愁是隶体中氮。磷 污染鲍另一主要来源。水产莠殪、韭的氮磷污染主要受莽殖方法、姜薅鱼秽、葵殖 密凄、饵料秘类及投量不同藤有蹶送别。籁兹对水钵熊害最_ 艇熏的楚网箱棼惫。 点源污染 各种污水的未缀处理宜接排放或污水处理长的尾水排放是主要的氮、磷点污 染源。常藏的污水二缀处理对氮、磷簿溶解佳魏的去除率仅分别为2 0 5 0 。据 报道，有的水体由于污水扫 入水体形戚的氮磷浓度眈氮磷造成水体窝营养化的临 界浓度一般菇密一个数豢缀叛上。 嚣体疲黪壤积场 睫黄城枣豹发展潮人疑囊活承平熟提鸯，产生了大赞的生活蛙圾秘工业褒料。 目前我阑的城市垃圾仅基本做到潢运出城市进行简易处理，其中少攫的垃圾被填 埋藏焚烧，其余大量垃圾长期直接裸薅堆放于城郊藏水体附近，随蔫她袭经流和 雨水冲利丽污染水体或蛾下求，严萋危及垃圾场蠲蹋人民群众的身体健康。 1 3 氮磷污染与承体富营养纯5 1 0 1 1 1 1 】f 1 2 1 3 1 大蒸黪氮倪合秘避入承体静惑钝承髂蒺萋，影跨浚监发髓和危枣久体健痰， 其主要惫害为： 氯氮要消耗水体的溶解氧 氨氮随污水排入水体后，可在硝化细菌作用f 被氯彳七为硝蠛赫，氧化每壤完 蓬庆大学硕士学位论文 款n 氇* - n 为n 0 3 , 要瀵凝承髂葶孛懿溶解氧4 。6 m g 。这对东钵鼹爨熬改藩寒缣涯， 以及鱼类的生存鼹十分不利的。 氨氮会与氯作用生成氯胺，并被氧纯为氮 氨氮会与氯作用生成氯胺，而氯胺的消毒作用比自出氯小，这样就影响了氯 的消毒效果。氯胺不仅气味难闻，而且是致瘸物成。同时氯胺还会继续被氧化生 成氮气，降低游毒效果。 氮化合物对人和生物有毒害作用 鱼类对游离氮氮菲嚣敏感，帮镄零中游离氨氮豹浓度缀低，氇会影响鱼勰中 氧的传递，对大部分鱼类而言，水体中游离氨氮的致死浓度为1 m l 。 硝酸盐和亚硝酸盐在人体中会转化为亚稽胺，这是一种致瘸、致交、和致畸 物质，严重威胁人体健康。在正常的健康人体中硝酸盐秘亚硝酸盐能锻恢地被肠 胃吸收，被吸收的亚硝酸盐能与人体中的血红蛋白起反应形成商铁变性血红擞白。 对予成年入，霹滋透过逐骧系绞( 妇辕酶l ( n a d 辍) 一变牲蠹红蛋自薅) 麓俸用 消除毒害作用。但不满三个月的婴儿以及年幼动物的这种酶系统发育尚不完全。 在这耪 主凝下交瞧盔红餐鑫缮鸯霸可导致一静特殊静隔床纛狭一变往盎红蛋叁瘫。 食物和婴儿肠胃中的微生物可使硝化枯转化为亚磷化盐，从而导致这个年龄组的 问题更为突出。 加速水体的“富营养化过程 “富营养化“本是湖泊分类与演化方面的概念，在自然情况下，这一过程极为缓 蠖。漤泊学家试毙天然蜜营养化是求体衰老翡耱表褒，箕过獠极为缓浸，鬻颤 地质年代计算。当过量的植物性营养元素氮、磷排入水体会加速水体的富营养化 过程。富营养纯骥象是指过量豹植糨性营养元素氮、磷送入东体后，在光照羊叠其 它环境条件适宜的条件下，水中的营养物质造成藻类的异常增皴，在随后的藻类 死亡和随之而来的异养微生物代谢活动中，水体中的溶解氧很可能被耗尽，造成 东体质量恶位积承生生态环境缝梅的破坏。 大多数水质富营养化实质上是水体生态系统受污染造成的。藻类所需的无机 营券每建麓禳溺，霈求量大戆露素龟掇瑗、氯、氧、磷、氮。c 0 2 是最主要静瑗源， 氢和氧由水提供，氮源怒氨氮和硝酸盐氮，磷源是溶解性磷酸盐类。藻类需要的 镦量元素有锰、硫、氯、铁、铺和其它金属元素，这类元索一般在永中大量存在。 以藻类分子n 、p 结构分析，一般为c l o o h 2 0 0 l l o n l 4 p ，其中n ：p = 1 4 ：i ，飘此藻类生 长的限制因素是氮和磷，尤其怒磷，其含量通常决定着藻类的生长量。由于水中 氮黪缺乏，露以由许多黢围羲瓣微生物来李 充，厥以藻类黠羹、磷数懿求关系亲 看，磷的需求往往更为堂要，藻类生产力受磷的限制更为明显。研究袭面。每向 东中撵放 g 磷会母致9 5 0 9 藻类( 于羹) 豁生长。 醋前国际上公认的水体发生富营养化的限翻浓度跫：t n 0 2 m g l ，t p o ，0 2 m g l 。根揍1 9 8 6 年至1 9 8 9 年，中国第一次开展大舰摸湖泊富蘩养化澜查结聚， 全国2 6 个主要湖泊、水库中t n 全部高于o 2 m g l ，9 2 的水体t p 超过0 0 2 m g l 。 嚣蘸谗多城泰积市郊懿小勰已发展到蜜藿葬化及超豢营莠纯状态。塞营棼化瑷象 不仅出现在湖泊这样水流缓慢的水体中，甚至在某些水浅的急流河段，河床砾石 上遣大量生长着藻类，出现了十分明显的富营养纯磷象。 窗营养化的危寮极大，不仅在经济上造成损失，而且危害人类健康。富营养 他的水体在很多用途方面都被认为是劣质水体。从以下几个方面简述富营养化对 水体功& 和水质的影响鄞恁害： 使水体衰老，严重的使湖泊变成沼泽地甚至湿地。 霞承噱变季葶疆臭赡阉 处于富营养化状态的水体会出现许多藻类的过度繁殖，导致水产生霉味和奥 辣。在春末帮夏季、欷天滋度较高的辩弼，水藻大鬟增值，成团的藻类死亡分解 腐烂，经过放线菌等微生物的分解作用，散发出更加浓烈的使人恶心的腮臭。 降低水体的透明度，蚊虫大量滋生 程塞营葵化水体孛，生长整以蓝藻、绿藻必优势秘类蛉大量东藻。这些求藻 浮在水面，形成一层“绿色浮渣”，使水质变得浑浊、商毒，透明度降低。在春末和 夏季、秋天滋度较麓兹霹期，求中藻类为蚊虫豹太鬟滋生爨供了充足静养辩。 消耗水体的溶解氧 富营养化潮泊的表层，藻类可获襻充足的阳光，并从空气中获得足够的二：氧 化碳进行光合作用丽放出氧气，因此表层水体有充足的溶鳃氧。但深层水傣溶解 氧情况就不同。首先，由于表层藻类的阻挡和穿射过程中的衰减，使得阳光难以 透射遴入潮滚滚层，效澡鼷东体熬竞舍髂鼹羁鼹棱搀露l ，溶麟氧夔寐源减少。其次， 藻类死亡后不断地向湖底沉积，不断地腐烂分解，消耗深层水体中大量的溶解氧， 严重瀚可麓将涤凄承体的溶解氧耗尽稀星厌氧狭态，使褥嚣氧生物难以生存。这 种厌氧状态可以发出或加速底泥积累的营养物质的释放，造成水体营养物质的商 受荷，形成窗营养化水体的恶性循环。 向东体释放有毒物质 富营养化水体中的许移藻类能够分泌、释放有毒有害物质，不仅危害动物， 两且对久类键康产生严重影璃。翔蓝藻孛懿丝状藻类过疫繁殖蜃，产生内毒素避 入饮用水中，会使人体出现肠胃炎和严黛的变态反应。产生海水“赤潮”的海生腰鞭 毛番生物的遭度繁戆，能便鱼类鞫其它生物死亡；而且，它们坡蹶壳类动物食掰 后，常无明显影响，但当人们食用这种贝壳类动物后，会引起严羹的胃病，甚至 死亡。 重庆大学颈士学德论文 影响供水水质并增加制水成本 溯演和求露豹占我国城市供隶东源鹣l 4 ，富营莽纯豹东会绘净承厂謦来一系 列问题。在商温季节，过量繁殖的藻类经常堵塞滤池。其次，富营养化的水在 定条件下由于厌氧作用而产嫩硫化氢、甲烷和氨气等肖毒有害气体，而且在制水 过疆中东藻零努及萁产生黪蒺些畜毒甥缓增热了东鲶壤骢菝术难度。夔影瞧了影冬 水水质和产水率，又加大了制水成本，严麓的导致水厂关闭。 在正常情况下，湖泊水体中各种嫩物都处于相对平衡的状态。一旦水体受 到污染两呈现鬻营养化状态对，水体的邀种正常的生悫平餐就会被扰乱，生物种 瓣囊就会窭魏簇燕建波动；禁些生物耱癸瞬显减少，蕊勇外一些生物秘类剿显蔫 增加。这种生物种类的演替就会导致水生生物的稳定性和多样性降低，破坏了湖 泊生态平衡。 对瀵数蕊影嚷 在富营养化水体中，水质较肥，浮游生物丰富，以浮游生物和碎屑为主食的 革鱼、鲢鱼、鳃鱼等肥水鱼可以获得充足的食料，有助于提高产鱼缀。因此一定 程度的富营养化对肥承鱼的游殖并不意嚷精弊端。但藻类浆大量过发繁殖使水体 溶解氧急裁减少，茏萁在瑟牵赢温薅期，掰大量藻类瓤亡，沉入水底被异养徽生 物分解，消耗溶解氧，产生恶臭、毒素。轻者影响鱼的质量，导致钡肉腥臭，口 感不佳，严重时鱼类大量死亡，从而严重影响渔业产生。 1 4 我国水体富营养化现状 农田中大擞化学肥料的使用，迅速发展的水产养殖业及工业和嫩活污水的_ ：甑 接谗教使江溺湖泊及近海水域遭受污染。水体富营莽能是发生藻类污染戆直接廉 溺。近年来由予污染造成瀚环境恶纯逐步翔重，水俸藻黉污染的稷爱瞧逐年鸯疆深。 赤潮或水华( r e d t i d eo rb l o o m ) 在全球撒围内频繁出现是藻类污染程度加深的盥 接反映【l j 【6 l 。我图在1 9 3 3 年划1 9 7 9 年的4 6 年中仅发生过1 2 次赤潮，而1 9 9 0 年 裂t 9 9 4 年弱5 年中羲发生了1 3 9 次蠢瀵，藻类污粢灾密基趋严重。麓逢承钵孛工 般品类污染同样严重恶化了水体环境。滇池是著名的黼原淡水湖泊，面积3 0 0 平 方公里，平均水深4 4 m ，湖容量1 2 9 亿m 3 。它是全嗣第六大淡水湖，同时滇池 水系是全国1 3 个重点傈护本系之一。近些年来，滇浊潮嚣积大幅度滚小，漆盆捻 篱，调蓄承量减少。1 9 9 5 年撩入滇渔的工业废求和城市生活污永达l8 5 亿m 3 ，年 入湖污染物t p l 0 2 i t ，t n 8 9 8 1 t ，c o d c r 4 1 6 7 4 t ，致使滇池水体严重污染和并达重富 营养化程度。目前已经发生严重的蓝藻污染，草海透明度只有2 5 - - 3 0 ，外湖只 有3 5 4 0 溪洼龟被匡家烈蠹“丸五”黧瀛“三露、三濑”羹点治瑾王委鞭。主要湖泊 富营养化问题突出。 6 1 前言 1 5 解决水资源危机的对策 当今世界，水资源危机已成为各豳在政策、经济和技术上所面临的复杂问题。 麟决隶资源建缀已经遣在避睫。 1 5 】废水资源仡1 1 4 】f 1 6 1 从可持续的观点出发，废水经适当处理后不仅可作为资源加以利用，而且还 可以节约赣群水源，减少污永撑放量，从而实现水资源豹良性循环。实现水蜜源 豹良性疆环与循环经济懿疆念是一襻瓣。循丽羟谤黔赣念是实蕊可持续发矮漪一 个新概念，所谓循环经济是对应于过去的传统的线性经济而言。线性经济是从自 然界不断采取资源，经过加工生产后搬供消费，然厝将废料和废品排放，这样的 缕暴是资源不叛蓑竭，污染不獗增热。2 1 整纪嚣璃瓣疆丽经济就是在生产翁过程 中不断循环，在消费的系统中不断循环，目的是尽麓减少资源消耗，废物的排放 量也将越来越少，这才怒可持续发展的模式。自然界的水本来就在良性循环之中， 出于人为滔动的干扰，才使褥承量耪竭阻断，水威繇化破坏，严重影响了水资源 酌可持续聪蠲，因藏一定溪努力实瑗永筋良往循环，城市废承资源亿是实现承资 源可持续利用的重要战略措施，而水资源的可持续利用是实现我们国家经济可持 续发展的薰鼷保障。由中华人民共和圈建设部、世界银行和联合国工业发展组织 主办、予2 0 0 1 霉1 1 男2 7 疆| l 胃2 9 程在j l 京露开静 2 1 毽纪黧舔城嘉污东处理 及资源化发展战略研讨会与展览会”将我国在水处瑗专业领域进行“废水资源化”提 上了议事日程。 废水资源优的方向主黉有以下几转：工业上回爝灼冷却承、锅炉供求、生产 工艺用东等；农灌露东翻水产养殖；城市生活中焱臻羯求、风袋区罔水或城市公 共设施用水和回灌地下水等。我国2 0 世纪5 0 年代就开始用污水灌溉，到2 0 潋纪 8 0 年代，废水资源化迅速发展。为缓解所面临的淡水危机，青岛市1 9 8 2 年就将中 承錾爱作为蠢芎致及其它杂鲻求。l 京枣1 9 8 4 年开始逡行中承霹麓王程示范。i 9 9 5 年北京市已脊中水设施1 1 5 个，回用废水量达1 2 万m 3 佑，中水建设已初具规模； 此外，天津、深圳、上海和大连等缺水城市的中水建设也初见成效。但废水资源 纯是一项复杂的系统工礁，在我国由予多方蟊的瑷瓣尚未得至l 蒋遍的应用。应该 扶技术、法涮、政策鞠塞传等方霞寻找出路，健傻废承资源亿笈挥其应有的经济 效益、环境效益和社会效葫，为我国的可持续发展提供充足的淡水资源。 l 。5 2 大力发展并推广废水生物处理颏技术 全蘧嬖妻承污染阉邃己对人类生存鞠享会经济发矮稳成蘧寒熬严蕈的葳赫，防 治水体的恶化、保护水搽源、走可持续发展的道路已成为人类共j 司追求的同标。 由于人口的快速增加、社会经济的不断发展，不仅对用水的需求鳖大大增加，而 且污承的转敬量办与h 缨增，从面使人类嚣强着更：鑫弱紧遥的永爨型翮墩质型承资 藿庆大学硕士学位论文 源不足霹憨。废东生穆处理作为承污染珑治鞠走东资源哥持续剃焉逡路中黪熏要 工程技术手段之一，对保护水环境和缓解水质型水资源短缺问题具有重要的作用。 活性污泥法邈整赛各国普遗采焉的传统滚永生物处瑷工艺，其在防涪永体污 染中已经并正在继续发挥其良好的作用。但由于废水排放量的急剧增加以及对废 水处理要求的曰赫严格，传统工艺在处理的多功熊性、商效稳定性和经济合理性 方蘑已难以满足不龋提麓救要求。开发、磺突和瘦月薪受废水生物处遐工艺鞍技 术，已成为世界各国水污染控制工程领域研究的重要课题。 8 0 年代浚来，废隶整穆处毽瑟工艺赣技术懿搿究、开发秘寝蔫，醋在全澄赛 范围内得到了长足的进展，并出现了许多新型的废水生物处理技术。它们的共同 特点楚高效、稳定、节髓，并其有对污染物去除的多功蘸性，大多具有脱氮除磷 等深度处理的良好效能，并正朝自动化控制的方向发展【“。 污水处理不仪是城市建设的基础性工作，而且是水资源综合利用和节水的重 要搓施。遗年来，在各级政密蠢力摆动下，我国城市污东处理厂豹建设正以嚣赝 未有的速度发展。据统计，到2 0 0 0 年底，我国已建成城市污水处理厂4 2 7 座，其 中二缀生纯污末鲶理厂2 8 2 痊，污承黛纯处纛总藏模己这翔1 4 7 5 万立方米基；目 前在建的污水处理厂还有3 0 0 余座。根据国民经济和社会发展第十个五年计划 纲要要求，”十五”期间，所有设市城市都必须建设污水处理设施，到2 0 0 5 年， 城市污水集中处理率要达到4 5 。今舞数年内，污水处理厂建设垮递入高峰嫂。 预计到2 0 0 5 年，全国污水处理规模将超过3 0 0 0 万立方米日。 l 。5 ，3 提高公众瓣环壤意识，蔫约用永 很多人认为水是最廉价的资源，取之不尽，用之不竭，还没有认识到水资源 已短簸餮魏戴严重静程魔，节约意识淡薄。溺澈应加强舆论宣传力度，转变公众 的思想观念，强化公众的资源、环境和生态崽识，让公众意识到水危机的严耄性， 增强节水意识。同时改革水价政策也十分重舞，对水资源，自来水，污水排放和 再生水都要定价。人们长麓姨爨建观念上认必便宣鞭方便的是来东是秘社会摇 利，未能树立“喝水需付赞，排水也需付费”的观念。应改革现行的给水及排水收费 致策，实行“污染者纣费”豹骂凌黢蓑，耀经漭手段缳护隶瓷源，瓤焉达戮节约i j 承 的目的。 2 当代废水生物脱氯除磷技术原艘及其新发展 2当代废水生物脱氮除磷技术原理及其新发展 废水生貔处瑾作为承污染防溶帮蠢水资源可持续利孀道路中豹重要工稷技术 手段之一，对保护水环境和缓解水质溅水资源短缺问题具有重要的作用。8 0 年代 阻来，在全世界范围内出现了许多新烈的废水生物她理技术。它们的共同特点是 篱羧、稳建、节能，著蒸鸯鼹污染匏去稼嚣多功憝浚，大多其鸯薹荛氮簇磷等深度 处理的良好效能，并正朝自动化控制的方向发展。 2 。i 生物脱氮原理 2 1 1 传统生物脱氮舔遴 2 1 1 1 基本原理【1 】【2 】【4 3 】 废水中的氮一般以有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮积硝酸盐氮等四种形态存在。 生活污拳孛缀戆主要存在澎态是有捉缀霜氨氮。葵中有疆爨占室涟污承含氦菠懿 4 0 6 0 ，氨氮占5 0 6 0 。污水生物处理过程中氮的转化包括同化、氮化、 硝化和反硝化作用。 融化佟爝：在生物处理过程中，污水中兹一部分氮( 氨爨戏蠢梗氮) 被瓣纯 成微生物缨胞的组成成分。虽然微生街的内源呼吸和溶菌作用会使一部分细臌中 的氮又以有机氮和氨氮的形式回到污水中，但仍存在于微生物细胞及内源呼吸残 留物中的氮可以在二次沉淀池中以剩余污泥的形式锝以从污水中去除。同化作用 黪氨氮去狳攀一般为8 2 0 。 氨化作用：污水中的有机氮主要以蛋白质、氯旗酸和尿素的形式存在，这些 有机氮化合物在氮化菌的作用下，分解、转化为氨氮的过程称为氯化反应。 磷能传瘸：氪氮在蠢氧存在戆 毒凝下被激生耪裁纯为翌磷酸簸并遂一步被载 纯为硝酸盐的过程称为生物硝化过程。 反硝化作用：硝酸热作为微生物的最终电子受体，通过生物异化还原转化成 气态氨从水中逸出，或邋过生物同化还原转化为氮氮进入生物合戏过程。硝酸挫 躲这静还蘸逡程称为爱硝纯过程。 废水生物脱氮的基本原理就是在传统二级生物处理中，将有机氮转化为氮氮 的基础上，通过硝化和反硝化菌的作用，将氨氮通过硝化和反硝化作用，将氨氮 转纯为翌磷悫氮、磺态氮，再遂造反磷仡锋爱褥磷惑氮转毒艺为氮气，达到双泼东 中脱氮的目的。因而废水的生物脱氮通常包括氨氮的硝化和亚硝酸盐氮和硝酸盐 氮的反硝化两个阶段。 2j 1 2 硝化僚用 9 重庆大学硕士学位论文 硝纯过程国一类舀养蘩磐氧微生秘完成，它包括掰个步骤。第一步凌亚硝麓 麓将氨氮转化为亚硝酸盐氮( n 0 2 一) ，第二步则幽硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为 硝酸盐m 0 3 - ) 。这两类菌统称为硝化菌，它们幂0 用无帆碳他物如c 0 3 、h c 0 3 一 秘e o ，作为碳源，从n h 3 、n h 4 + 竣n 0 2 的氧化反应中获取能量。硝化过程可用式 ( 2 1 ) ( 2 2 ) ( 2 3 ) 袋示如下： 菠稿讫爱盛：n h 4 + 十q h c 0 3 一_ 搦岛一码0 ；4 2 c 0 3 十堑磷酸莲 ( 2 。1 ) 硝化反应：n 0 2 一+ 阿4 + + h 2 c o ，+ h c 0 3 一 n 0 3 + h 2 0 + 硝酸菌 ( 2 2 ) 总反应：n h 4 + + 0 2 + h c 0 3 “_ 筒岛一十甄0 十玛c 0 3 + 微生物细稳 ( 2 。3 ) 通道对式( 2 。1 ) ( 2 2 ) ( 2 。3 ) 反应过程的物料衡算可知，在硝化反应过程中， 将l g 氮氮氧化为硝酸盐氮需耗氧4 5 7 9 ，同时约需耗7 0 7 9 重碳酸盐( 以c a c 0 3 诗) 碱菠。 在硝化反应过程中，氮元素的转化过程及其价态盼变化如式( 2 4 ) 所示： q + t 一1+ l柚+ 5 n h 4 羁盆譬瓣 岛一岛一 ( 2 ，4 ) 从式( 2 4 ) 可以看出：n t - h + n 向n 0 2 - 的转化过程经历了3 步反应及6 个电 予价态的转交，而由n 。2 一向n 0 3 的转纯过程涮经历了l 步反应及2 个电子价态 的变化。 亚硝酸菌和硝酸菌的特性大致相似例，但前者的世代期辍短，生长率较快，因 戴较能逶痤净蠢受蘩秘不剩黥巧撬条 孛；毽承蔟东量麴变像或出瑷不裂臻境条馋 时较易影响硝酸菌的生长，因而当硝酸菌受到抑制时，有可能出现n 0 2 - 积累的情 况。 2 1 1 3 反硝化作用 反硝化主舞由一祥异养型反粥化细菌完成，其中有些是专性好氧细菌，有些 楚羡性茨氧细菌。夜鹰氧情况下专性好畿细菌剩用分子氧遴萼亍呼吸，氧化分鳃有 机物；在无氧而有硝酸盐存在的条件下，它们利用硝酸盐中的氧谶行呼i 致，氧化 分簿套穰物，将磺态氮还裰为蝇蠛强0 。青少数专毽鞠兼搜蠡莠绥蓥遴麓还嚣i 硝 酸盐，它们在反硝化条件下，能利用无机基质作为氢供体，利用硝酸盐作为氢受 俸，逶行氧化还原反应，将硝态氮还原为n 2 ，少量硝态氮可被同他结合为缩胞秘 质。反硝化过程可用式( 2 5 ) ( 2 6 ) 表示如下( 以甲醇作为电子供体为例) ： n 0 3 一+ c h 3 0 h + 且c g 叫2 卞十呸o + 点r c o , + 微生物细胞 ( 2 5 ) n 0 2 一+ c h = ；o h + h 2 c 谚一奶事+ 易0 + h c 0 3 一微生秘细慰 ( 2 6 ) 通过对式( 2 5 ) ( 2 6 ) 反应过穰的物料衡算可知，反硝化过程中每还原1 9 n o ， 可提供2 6 9 静氧，游籍2 。4 7 9 甲醪( 爨为3 7 9 c o d ) ，弱时产生约3 5 7 9 左右的蕊 碳酸盐( 以c a c 0 3 计) 碱度。 扶n 0 3 一还原为n 2 的过程经历了如式( 2 7 ) 所示的一系列连续的4 步反应过 2当代废水生物脱氮除磷技术原理及其新发展 程： 茹o ，一塑墅盟遵! ! 争茹q 一型塑墼塾攫堕塑l 菇o 咝堡巫! ! 。赫2o 童些垩煎垫堕! ! 争茹2 ( 2 7 ) 对予反硝讫菌雨