（环境工程专业论文）mbbr及组合工艺氮磷的去除规律和污泥性能研究.pdf

搐要 擒要 为给组会工艺投入生产住应堵鼹供参数依据，本论文在翁期中离温下( 2 霹 3 0 c ) 6 e 试研究的基础上，继续研究了冬春季等低温条件下( 7 2 2 ) c e p t m b b r 组合王艺的腮氮除磷娩律跌殷污泥产率和往能。为涤一步降低成本，对 工艺进行了改造，并对改造届的一体化m b b r 反应器的除污染规律进行了初探。 磷究维莱表臻，在中低溢下移2 2 ) ，将c e p t - - m b b r 组合工艺曝气溜 中的d o 控制在2 3 m g l ，系统中活性污泥的浓度为2 0 0 0 3 0 0 0 m g l ，填料上 辩着生长静生穆膜量秀6 0 0 1 2 0 0 m g 愆，系统静磷亿速率霹傺持在 o 0 2 5 k g n h 3 - n ( k g t s d ) ，比传统活性污泥法好；当水温低于i o c 时，生物硝化 蟊反硝往敷泶霭夔显降诋，皱氧段的窳力箨簿辩淹( h r t ) 誉足；不潮豹湿发条 件下，化学缴物除磷的贡献率也有所差异；温度对污泥的脱水性能影响不犬， 缝含互艺熬秘滚污嚣靛c s t 为1 2 5 s ，剩余浮淀熬c s t 藿尧3 8 s ，霉考虑将秘淀 污泥和剩余污泥混合并进行脱水；剩余活性污泥的s v i 值始终低予1 5 0 m l g ， 沉酶瞧戆嶷黟。一体缘勰b 袋反应器工艺在承温力2 5 2 3 l 。5 、掇嚣隽毒6 7 6 9 5 h 、填料投配比为5 0 、m b b r i 和m b b r 2 的d o 分别为l 3 m g l 和2 5 6 , 6 m g l 等馕凝下，麓枣霉土豹生魏骥璧低手1 0 0 0 m g l ，出本懿n h 3 - n 浓度为3 1 7 m g l ，并有出水豫硝酸盐浓度升高的现象。 对c 班肾m b b r 工艺，低涅运舒辩可邋当延长缺氧段豹h r t 焱2 2 5 h ， 对一体化m b b r 工慧，应深入研究硝化效果改善的方法；两系统中都存在懋浮 填辩，应提褰填料豹魄表瑟积和流化程度从嚣提裹黔羞生长的生物黢量。 关键词：脱氮除磷，生物膜鬣，硝化，反硝化，投配比 a b s t r a c t a b s t r a c t as e r i e so fr e s e a r c ho nc h e m i c a le n h a n c e dc o a g u l a t i o na n dm o v i n g - b e d b i o f i l mo x i d a t i o n ( c e p t - m b b 鼢p r o c e s sa tt e m p e r a t u r eo f2 4 3 0 h a sb e e n f i n i s h e dw i t hc o n c e r no fa p p l i c a t i o n t op r o c e e d , as t u d yo fd e n i t r i f i c a t i o na n d p h o s p h o r o u sr e m o v a lm e c h a n i s ma s w e l la ss l u d g ey i e l da n dp e r f o r m a n c ea t t e m p e r a t u r eo f 7 2 2 w a sc a r r i e do u t t oc u tt h ec o s t ac h a n g eo f t h ep r o c e s sa n d t h et r e a t m e n tm e c h a n i s mo f t h en e wp r o c e s sw a s 征c d 。 i ts h o w st h a t , i nt h ec e p t - m b b rs y s t e m , u n d e rt e m p e r a t u r eo f 7 2 2 。w h e n t h ed oo ft h ea e r a t i o nt a n ki sc o n t r o u e da t2 3 m g kt h em l s sa n da t t a c h e d b i o m a s sa r e2 0 0 0 3 0 0 0 m g la n d6 0 0 1 2 0 0 m g lr e s p e c t i v e l y d u et ot h ea t t a c h e d i n c r e a s e db i o m a s s , t h en i t r i f i c a t i o nc a nb ek e p ta ta b o v e0 0 2 5 k g n h 3 - n ( k g t s d ) ， w h i c hi sb e t t e rt h a nt h a to f c o n v e n t i o n a la c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s e 嫩c i e n c i e so f n i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o nd e c r e a s ea p p a r e n t l yw i 壤t e m p e r a t u r eb e l o wi o 。c 1 1 地h r to f t h ea n o x i ct a n ki sn o tl o n ge n o u g ha n dt h ec o n t r i b u t i o no f c o a g u l a t i o nt o p h o s p h o r u sr e m o v a lc h a n g e sw i t ht e m p e r a t u r e 蕾l cc s to fc h e m i c a ls l u d g ea n d r e s i d u a ls l u d g ea r eb o t hb e y o n d2 0 sa n dc o u l db em i x e dt od e w a t e r 伯ee f f e c to f t e m p e r a t u r eo ns l u d g ed e w a t e r a b i l i 锣i sm o d e r a t e 韵es v io f r e s i d u a ls l u d g er e m a i n s b e l o w1 5 0 m l ga sa ni n d e xo f g o o ds e t t l e a b i l i t y t ot h ei n t e g r a t i v em b b r p r o c e s s , 敷t e m p e r a t u r eo f 2 5 ，2 3 1 ，5 c 。w i t hh r t o f 5 6 h , d o s a g eo fp a c3 0m e d l ，a d d i n gr a t i oo fc a r r i e r5 0 ，d oa tm b b r la n d m b b r 2o f1 3 m g la n d2 。5 6 钿g 瑰r e s p e c t i v e l y , t h ea t t a c h e db i o m a s sa c h i e v e s b e l o w1 0 0 0 m g la n dt h ee f f l u e n tc o n c e n t r a t i o no fn h 3 - nf l u c t u a t e sf r o m3 m e c lt o 1 7 m g l 。i n c r e a s eo f n i t r i t ea n dp h o s p h o r o u sr e l e a s ec a nb eo b s e r v e da sw e l l w h e nt h ec e p t _ m b b r p r o c e s si so p e r a t e da tl o wt e m p e r a t u r e a ne x t e n t i o no f t h eh r to f a n o x i ct a n kt o2 2 + 5 hi ss u g g e s t e d a sf o rt h ei n t e g r a t i v em b b r p r o c e s s ， af u r t h e rr e s e a r c ho nt h ei m p r o v e m e n to fn i t r i f i c a t i o ns h o u l db ec a r r i e do u t a n e n h a n c eo f t h ea t t a c h e db i o m a s ss h o u l db ea c h i e v e dt ob o t ho f t h et w o s y s t e m s k e y w o r d s ：d e n i t r i f i e a t i o na n dp h o s p h o r u sr e m o v a l ，a t t a c h e db i o m a s s , n i t r i f i c a t i o n , d e n i t r i f i c a f i o n , a d d i n gr a t i o 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下 各项内容：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，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存 论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务； 学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在 不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术 活动。 学位论文作者签名：f 司小b - 加厂年弓, 9 j 2 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在 年解密后适用本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日 年月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，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，本学位论文的研究成果不包含 任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉 及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本学 位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 签名：阁小红， 加，7 年旁月1 2 日 第1 章前言 1 1 脱氮除磷机理 1 1 1 生物脱氮机理 第1 章前言 随着工农业生产的迅速发展，以及城市人口的大量增加，水体遭受氮污染 的问题日益严重。氮污染对水体的危害主要有以下几方面：( 1 ) 出现水体富营养 化；( 2 ) 影响给水水源，增加给水处理的成本；( 3 ) 化合态氮对人和生物有毒害作 用。 在自然界中存在着氮循环的自然现象，氮循环如图1 1 所裂1 1 ： 尹i 镰 n o - n o ；一n - 一n h 3 & 日m l f 月目a * 月 火。睡 图1 1 氮素循环 从该循环中可以看出，氮的转化包括有机氮氨化、生物同化、硝化和反硝 化作用【2 3 1 。氮在微生物体内仅占很小比例，因此依靠生物合成除氮是达不到脱 氮要求的，主要还是依靠硝化，反硝化将氮转化成氮气，逸出系统。 城市污水中氮的存在形式主要有：有机氮( 蛋白质、氨基酸、尿素以及含 氮杂环化合物等) 、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。当城市污水中不含有工业废 水时，硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的含量几乎可忽略。经过生物脱氮处理后，污水 中氮元素的最终出路共有三条，如图1 2 所示； 第1 章翦言 避承 + f l 气杏氮邀出 l 箍滋流季霏出 - - l 照剩余污滋捺出 毒 图i 2 氮的生物去除途径 。 ， 。 赛撬寨豹豢稼侮弱 氨化魑较为容易发嫩的反应，绝太多数的异养菌都具有氨化功能。污水中 有机氮化合物脱氨的方式主要有水解脱氨、氧化脱氨、还原脱氨和减饱和脱氨【2 l ， 其纯学诗蠹方程式霓1 1 1 4 。 永解脱氮基r c h n h ，c o o h 与r c h o h c o o h + n h a( 1 1 ) 氧化脱氨基 r c h n h 2 c o o h 2 坦一只c = o c o o h + n h 3 ( 1 2 ) 还原脱氮基r c h n h 2 嬲乌r 嬲2 c o o h + 埘3 ( 1 3 ) 藏撬帮麓氨基r c h 2 c ( c o o h ) 2n h 2 一艘c = c ( c o o h ) 2 十腰， ( 1 4 ) 1 。1 1 2 嫩物硝化作用 生物磷识包括亚硝化俸薅帮硝纯佟照两部分，氮氮蓄先在窍氧条传下被微 生物氧纯贼藏硝酸盐氮( n 0 2 - n ) ，然后再迸一步筑纯成硝酸黧缀( n 0 3 - - n ) 。 生物硝化过程可用下面掰个方程式来淡示【3 】： 州躺+ 1 9 鬈g t ( x 炳) r 蜘- - - - - 荔0l 删+ 0 。9 8 掣1 0 1 + l 。融p + l 艘辩热 ( 圭。s ) 辩暇+ + 1 3 采一1 。m c 瓣群+ 。l 。融p + 1 斡l 辩脚 k 土o ， 辩细b 噬咩 l l o i + o 3 黼h + + o o j h 茹0 ，+ o ，0 0 3 1 - , + 0 4 8 8 0 l o 羽船拜+ 0 0 0 嘲毋+ 黼l ( 1 8 ) 硝化细菌包括两个细菌亚群，一类是亚硝酸细菌( 氨氧化菌) ，将氨氧化成 亚硝酸，另一类是磷酸缨蕊，将亚硝酸氧化成硝酸。磷纯蓥主要骞以下特征1 4 l ： ( i ) 囱养性 硝化荫以无机碳化合物为碳源，以氨氮或亚硝酸盐氮为电子供体，以游离 氧为电子受体，通过对氨氮或亚硝酸盐氮的氧化获得能量，其产物是亚硝酸熊 2 第1 章前言 氮或硝酸盐氮。除维氏硝化杆菌倒n 曲t 盯w i 伊a d s k y i ) 的一些品裂5 】也能在某 些有机培养基上兼性生长外，绝大多数硝化菌的生长不仅不需要有机底物，而 且当有机物浓度过高时，对硝化菌的生长不利。 ( 2 ) 生长速率低 这两类细菌能分别从各自的氧化过程中获得生长所需的能量，但其能量利 用率不高，故生长较缓慢，其平均世代时间在1 0 小时以上。亚硝酸菌世代时问 是8 3 6 小时，硝酸菌为1 2 5 9 小时，两者的世代时间都很长，其生长速率远 远低于异养细菌的生长速率。因此，在生物反应器内要维持一定的硝化菌数量， 必须保证足够长的泥龄或生物量。 ( 3 ) 好氧性 硝化细菌在氧化氨氮时会消耗大量的氧，因此，要保证硝化反应正常进行， 反应器内必须维持较高的溶解氧浓度。 ( 4 ) 依附性 硝化细菌和悬浮固体有强烈的亲和作用，易依附在悬浮固体、填料等固体 介质上，具有附着生长的特点。 若用c 5 h 7 n 0 2 表示硝化细菌的化学组成，则氨氮氧化和新细胞合成的反应 方程式可描述为1 5 、1 - 6 ，总方程式可合并为式1 - 7 6 1 。 5 5 n h ；+ 7 6 0 2 + 1 0 9 h c q g 马n 0 2 + 5 4 n q + 5 7 h 2 0 + 1 0 4 h 2 c 0 3 ( 1 7 ) 4 0 0 n o e l + 删+ 4 h 2 c 0 3 + h c o f 3 + 1 9 5 0 2 专c 5 马n 0 2 + 4 0 0 n o ；+ 3 h 2 0 ( 1 8 ) 朋田+ 1 9 8 h c q + 1 8 6 d 2 _ o 0 2 c ；马 鸭+ 0 9 8 n q - + 1 0 4 - 2 0 + 1 8 8 c q ( 1 9 ) 通过式1 7 可计算出，每氧化l g 氨氮为硝酸盐氮约生成o 1 4 6 9 新细胞物质， 消耗碱度为7 0 7 9 ( 以c a c 0 3 计) ，消耗4 2 5 9 氧。故在硝化过程中，p h 值和供 氧量要保证满足要求。 影响硝化反应的主要因素有以下几个方面： ( 1 ) 温度 生物硝化反应可在4 4 5 c 范围内进行。亚硝酸菌的最佳生长温度为3 5 c ， 硝酸菌的最佳生长温度为3 5 4 2 c 。温度不仅影响系统中硝化菌的数量和存在 的种类，还影响硝化菌的活性。 温度对硝化过程速率的影响遵从a r r h e i t m 方程，可用式1 1 0 p 壤示。 q d r = g d 口7 一柳 ( 1 1 0 ) 其中，g d r 温度t 时反硝化速率，g n o ；- n g v s s d ； 第1 章前言 g d - 2 0 时硝化速率，g 凹- n g v s s d 一； 口温度系数。 对于操作温度低于2 8 的硝化系统，氨氧化动力学与亚硝酸盐氧化动力学 均为速率限制反应。 ( 2 ) 溶解氧( d o ) 硝化菌是严格的好氧菌，硝化反应必须在好氧环境下进行，因此d o 对硝化 反应有重要的影响，随着d o 的降低，亚硝酸菌和硝酸菌的增值速率均下降。由 于硝化菌大多处于生物絮体内部，存在着一定的传质阻力，液相主体中溶解氧 浓度和生物絮体内部溶解氧浓度有相当大的差异。因此，提高液相中溶解氧浓 度，将有助于提高溶解氧对生物絮体的穿透力，从而提高硝化反应速率。对于 活性污泥法系统，溶解氧浓度在1 2 2 m g l 范围，即可发生硝化反应，为了提 高硝化速率，通常将溶解氧控制在2 m g l 以上。 ( 3 ) p n 值和碱度 硝酸菌适宜生长的p h 值为6 0 7 5 ，而亚硝酸菌适宜的p h 值为7 0 8 5 。硝 化反应对p h 值很敏感。在p h 值接近5 8 6 0 时，反应速度仅为p h 为7 0 时的 1 0 2 0 。当p h 8 时，就会出现亚硝酸盐积累。最佳硝化速率出现在p h 值 为7 5 8 0 时。通常采用的p h 值为7 0 7 2 ，在此条件下，可维持比较理想的 硝化速度 8 】。且游离氨( f a ) 在水中容易发生水解反应： n h 3 + h 2 0 叶n h 4 + + o h ( 1 1 1 ) 过多的游离氨容易造成亚硝酸盐的积累。因此p h 值不仅对硝化菌的生长有 影响，而且还影响f a 的浓度，从而影响硝化菌的活性和硝化类型。 ( 4 ) 毒性 硝化菌对一些有机和无机化合物很敏感，当这些物质达至0 一定的浓度时， 就会影响硝化菌的代谢速率，但不会影响好氧异养菌。在很多情况下，这种抑 制不会使硝化反应停止，但会使硝化速率大为降低，在某些情况下，毒性可使 硝化菌致死。重金属对硝化菌也有抑制作用，如c u 、h g 、c r 、h i 、a g 、c o 、 c d 和p b 等；硝化也会被游离氨或非离子化亚硝酸盐抑制，这种抑制影响取决于 总氮浓度、温度和p h 。 ( 5 ) 有机负荷 当有机底物充足时，异养菌会大量增殖，在和硝化菌对溶解氧的竞争中会 占据优势地位，从而抑制硝化茵的数量。表l 1 列出了b o d s t k n 与硝化菌在 4 第l 章前言 生物量中所占比例的关系。通常，在工程设计中，将有机物负荷控制在 0 1 5 k g b o d s k g s s d 以下，可以保证硝化反应的进行。 表l - 1b o d y t k n 与硝化菌所占比例的关系删 1 1 1 3 生物反硝化作用 具有反硝化脱氮能力的细菌既有异养菌也有自养菌，但主要为兼性异养菌。 兼性异养菌具有利用氧、硝酸盐和亚硝酸盐的能力，当有氧存在时，它会以氧 为电子受体进行好氧呼吸；在无氧而有硝酸盐或亚硝酸盐时，则以硝酸盐或亚 硝酸盐为电子受体，以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应。有些细菌 在缺少硝酸盐或氧气的条件下也可以完成发酵过程。 生物反硝化过程可表述如下： n o ；+ 3 日一三2 + h 2 0 + 凹一 ( 1 1 2 ) n o ；+ s h _ 亡2 + 2 日2 0 + o h 一 ( 1 1 3 ) 从上述公式可得出，转化l g n o ；一为2 时，需要1 7 1 9b o d 5 ，转化 l g n o ；一n 为2 时，需要2 8 6 9 b o d 5 ，同时产生3 5 7 9 碱度( 以c a c 0 3 计) 。 生物反硝化作用的影响因素主要包括以下几个方面： 【1 】温度 温度对反硝化过程速率的影响也遵从a r r h e i u s 方程。反硝化反应的温度范 围较宽，在5 c 4 0 c 的范围内都可进行，最适宜的温度范围为1 5 3 5 。在 低温条件下运行时，为了保证反硝化效果，可适当延长反硝化段的水力停留时 间。 2 】p h 值 反硝化过程最适宜p h 为7 0 7 5 ，当p h 值低于6 0 或高于8 0 时，反硝化 反应受到强烈抑制。但是反硝化过程产生的碱度能补充硝化过程消耗的一部分 第1 章前嵩 碱度，有助予减小p h 值的变化幅度。 【3 】溶解氧 反硝化菌既可利用游离氟进行有氧呼吸，也可剃用硝酸盐中的化合态辍进 行无氧呼吸。优先进行哪种孵吸，主要驭决于呼吸产能效率。表1 2 剥出了及硝 化与有氧呼吸产能眈较。从袭中可橱出，当同时存在游离氟和化合淼氧时，由 于有氧呼吸产生较多的能量。有氧呼吸将优先进行。因此，必须保持缺氧状态 才能保证反硝化顺利进行。一般认为，活性污泥系统巾，溶解氧应保持在o 5 m g l 以下，才能使反硝化反应正常进行。而在附着型生长系统中，由予生物膜对氧 传递的阻力犬，易形成缺氧的微环境，在较高的溶解氧浓度下，也能发生殿硝 化。 表1 2无氧呼啜与有氧呼吸产髓沈较 反磷纯翦 霞瘟方程式 呼暇类型 产熊 ( 目触m i ) 有氧呼吸 筑域2 9 + 6 0 2 哼6 c 0 2 + 6 h 2 0 2 3 8 6 。5 垂塾哩堕! 鱼丝蝗g 兰兰墨翌墼2 i q 兰堡! ! 堡q 兰! 垡型! 兰丝 ! ! 丝：! 【4 l 反硝化碳源 在反硝化过程中，碳源数量及冀可生他性对反硝化程度影响很犬。生物脱 氮过程中，碳源可来自于三个方面：( 1 ) 废水中的可嫩物降鼹有机物：( 2 ) 内源代 谢中产生的w 生物降解有机物；( 3 ) 外加碳源，如甲醇或醋酸盐等。稃研究表明， 进水的碳源类型和可生化性对反硝化速率和反硝化程度都有影响f l o 】。一般认为， 当污承中b o d s t k n 3 5 时，可认为碳源究足。 1 。 2 纯学、生物除磷辊璇 ， 。2 ， 纯攀涂磷撬毽 ，化学除磷的基本原理是通过投加化学药剂形成磷酸盐沉淀，然后通过嗣液 分离将磷敬污泥懿形式麸浮承孛除去。按王艺滚程巾佬掌嚣裁投穗蔗黪不鬻， 磷酸盐沉淀飘艺可分为前置沉淀、协同沉淀和后置沉淀三种类型1 4 。前置沉淀的 药裁授热熹楚覆污承，形藏懿沉淀物与耪滋污泥一起捧出。镑同沉淀豹药雾l 投 加点包括初沉出水、曝气池及二沉池之前的其它位点，形成的沉淀物与剩余污 淀一起辨出。嚣爱浚淀豹药翔投麴杰是在二缀生物处理之嚣，形藏瓣沉淀貔逶 6 第1 章前言 过另设的固液分离装置进行分离，包括澄清池或滤池。 用于化学除磷的最普遍的多价金属盐有钙盐、铝盐和铁盐。表1 3 列出了化 学除磷中主要反应方程式。 表1 3 化学除磷主要反应机理【9 】 投加药剂化学反应化学污泥的组分 石灰5 驴+ 3 嚣二蒌：警x 。a i “+ p 胪斗a i p o , v 4 铝盐 a p + 3 阳一号爿t ( o n ) 3 c 毽( p 茸) c a c q a l p q r e ( o h ) 3 从表1 3 可看出，等摩尔的铝盐或铁盐可以沉淀等摩尔的磷酸根，但在实际 反应中，由于有许多竞争性反应以及存在于污水中的碱度、p h 、微量元素、配 位体等的影响，实际反应要比方程式描述的复杂的多，生成的沉淀物成份也比 表中所列要复杂。 1 1 2 2 生物除磷机理 聚磷是由聚磷激酶( p o l y p l d n a s e ，p p k ) 合成的由3 至数百个正磷酸根残基 通过高能磷酸酐键连成的线性聚合体【( p 。o 孙1 ) 。之】【1 1 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。朴芬书认为f 2 1 ，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【1 2 】： 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 o 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 7 第1 章前言 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。 国除磷系统 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1 3 表示13 】： 羹鬟好鬟 1 2 污水脱氮除磷工艺 图1 3 生物除磷机理 早期研究者们开发出了大量的脱氮除磷工艺，对这些工艺进行归纳总结， 可分为三大类：a a o 工艺及其变形、s b r 工艺及其变形以及氧化沟工艺。 随着对聚磷微生物的研究不断加深，近十年来，生物除磷脱氮机理进一步 发展，开发出一系列新型生物除磷脱氮工艺，有的工艺已开始生产性应用。 1 2 1生物膜与活性污泥结合除磷新工艺“町 该工艺的流程如图1 4 所示。 混合池 磷 图1 4 生物膜与活性污泥组合工艺 泥 第1 章前言 该工艺将常规工艺中反硝化细菌和p a o s 相互制约和影响的因素分解，使不 同的菌群生长在各自最佳的环境条件下缺氧段采用生物膜法，反硝化茵均 匀分布在整个池中，反硝化作用充分；好氧段和厌氧段采用活性污泥法，便于 控制污泥龄，有利于硝化菌和p a o s 的生长，因而脱氮和除磷效果可以同时达到 最佳。根据试验结果，氨氮去除率可达9 9 以上，t n ，t p 和c o d 的去除率分 别达到8 5 、9 5 和9 5 【n 5 1 。但是该工艺过于复杂，成本也高。 实际上，反硝化菌与p a o s 均属化能异养的兼性菌，而硝化菌属自养菌，世 代时间长，在生物除磷脱氮系统中容易被洗脱。为此，笔者课题组开发了投料 倒置脱氮除磷工艺【幡1 7 1 ，在好氧段投加少量悬浮填料形成混和型生物处理系统， 填料上附着生长大量硝化菌而缩短泥龄提高生物除磷和脱氮的效率。毕学军等 人【埽l 对该工艺的生产性研究表明：在污泥龄较低时，除磷效果仍然很好且不会 影响硝化效果。该工艺尤其适合普通二级污水处理厂升级改造。 1 2 2b c f s 工艺 v a nl o s d r e c h tm c m t l 9 1 在u c t ( u n i v e r s i t yo f c a p et o w n ) 工艺的基础上开发 了反硝化及生物化学沉淀除磷组合工艺( b i o l o g i s c h - c h e m i s e h e f o s f a a t - s t i k s t o f v e r v i j d e r i n g b c f s ) 。该工艺属单污泥系统，通过污泥回流来优化活性污泥的生 长环境，以达到脱氮除磷效果。 该工艺的流程如图1 5 所示。 污水循环污水循环 图1 5b c f s 工艺流程图 生物处理段由厌氧池、选择池、缺氧池、混合池及好氧池等5 个反应器组 成，各反应器的功能相对专一。设置选择器的目的是防止污泥膨胀、降低s v i ， 还可以使反硝化聚磷菌继续发挥作用。厌、缺、好氧反应器与常规处理工艺中 功能相同，而缺氧，好氧反应池通常不充氧，主要功能是继缺氧池之后使反硝化 聚磷菌继续发挥作用。该工艺设置了3 个内循环和二沉池污泥外回流，以优化 9 第1 章前言 各反应器中细菌的生长环境：缺氧池和厌氧池之间的循环实现了完整的反硝化 除磷过程，缺氧池的回流液为厌氧池的聚磷菌提供了更佳的释磷环境，以提高 释磷效率；缺氧池中的反硝化聚磷菌利用好氧池回流液中的硝酸盐吸磷；缺氧 池、缺氧好氧混合池和好氧池之间的循环实现了完整的脱氮过程。 该工艺中反硝化聚磷菌和好氧聚磷菌其实是同时存在的，生物处理池和二 沉池所排放的污泥均属富磷污泥，而反硝化除磷和好氧除磷的比例则取决于各 回流的比例关系。该工艺不仅回流系统复杂而且总的回流比高；过多的处理构 筑物也不利于运行管理，有待进一步简化。 1 2 3a 2 n 工艺 为克服传统的脱氮除磷工艺中脱氮和除磷存在的泥龄矛盾、反硝化菌和 p a o s 的竞争以及污泥膨胀等问题，k u b a 2 0 1 在d e p h a n o x 工艺的基础上提出了连 续流反硝化除磷脱氮的双污泥系统( a n a e r o b i c a n o 碗ca n dn i t r i f i c a t i o n ，a 2 n ) 工艺， 目的是将硝化菌和反硝化除磷菌分开培养，以避免上述弊端。a 2 n 工艺的流程 图如图l - 2 3 所示。 该工艺设有反硝化除磷双污泥回流，反硝化聚磷菌在厌氧池吸收有机物合 成p h b 后越过好氧区进入缺氧池，进行充分的反硝化吸磷。好氧区采用生物膜 法，硝化并氧化残留的有机物，因此减少了曝气量，生物硝化作用彻底。该工 艺适合进水碳氮比较低的污水处理。 鬻帑呕册燃 ； i 麟缎j i 。一一4 。 ：同流污泥 ： 一厕蓉黼矿 与a 2 n 工艺类似的工艺是隋军开发的反硝化聚磷一体化工艺【2 ”，其实质是 在a 2 n 工艺的缺氧段后加上一个小曝气池的反硝化除磷工艺。从该工艺的厌氧 池中分离得到了四种p a o s 纯菌株，经鉴定分别属于假单胞菌属、肠杆菌属及副 球菌属，其聚磷作用依次降低。 i o 第1 章前言 1 2 4m s b r 工艺 针对进水低碳氮比的条件下如何实现良好的脱氮除磷效果，顾国维等人伫2 】 开发了连续流序批式活性污泥法新工艺( m o d i f i e ds e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r , m s b r ) 。该工艺集中了b a r d e n p h o 、氧化沟和u c t 等工艺的优势，当进水的 c o d c g p 较低时，一般的生物处理工艺的处理效果都会下降，但是该系统仍能保 持良好的除磷效果。 1 3 c e p t 刊b b r 脱氮除磷组合新工艺 生物脱氮除磷工艺尽管能够实现污水脱氮除磷目的，但常规生物脱氮除磷 工艺存在如下问题： 1 水力停留时间长，生物反应池池容大，基建和运行费用高，且回流系统 复杂，操作管理运行有一定要求，如m a o 系列工艺及氧化沟系列； 2 自动化程度高，设备费用高，操作、运行、管理复杂，在不发达地区适 用性较差，如s b r 工艺系列： 3 采用生物脱氮除磷工艺，存在着反硝化和除磷碳源分配问题，当污水中 可生物降解有机物较少、c n 比过低时，脱氮除磷将难以完全；另外，生物反应 较容易受到环境因素影响，维持系统稳定对运行管理要求较高。 考虑到上述因素，课题组提出了c e p t + m b b r 脱氮除磷组合新工艺，将化 学除磷和生物脱氮有机的结合起来，实现高效脱氮除磷。 1 3 1c e p t 工艺研究进展 早在1 9 世纪后期，英、美等国已经使用化学沉淀方法处理污水，但由于当 时化学药剂费用昂贵，不久就被生物处理方法所取代。到了2 0 世纪8 0 年代， 为稳定、快速去除水中污染物和磷，对化学沉淀方法又重新重视起来。目前所 说的化学级强化处理( c h e m i c a l l ye n h a n c c dp r i m a r yt r e a t m e n t 。c e p t ) 即是在 原有技术基础上发展起来的。 c e p t 技术发展与混凝剂的发展密切相关。由于化学工业的进步，高效、廉 价混凝剂已经规模化生产，这使得使用化学药剂处理污水的费用更加经济、合 第1 章前言 理。目前，c e p t 工艺中使用的化学药剂见表1 4 。 表1 a污水处理中常用药剂 类型名称分子式状态 硫酸铝 铝盐 氯化铝 聚合氯化铝 二价铁盐硫酸亚铁 三价铁盐氯兰茬鬟铁 a t 2 ( s o , ) ，1 8 h 2 0 ni 1 2 ( s 0 4 ) 3 h 2 d + m f e 2 ( s 0 4 ) 3 y n 2 0 a i c l 3 a t c t , + f e c l , a t e ( o h ) 。c 如一。d 】。 f e s o h p f e s 0 4 f e c i s 0 4 f e c l 3 固体 固体 液体 液体 液体 固体 液体 液体( 约4 0 ) 液体( 约4 0 ) 塾互壅壑墨些箜丝! ! 型2 2丝! ! 墅堕垩! 壅 c e p t3 - 艺在国外的应用实例很多。北欧国家的中小污水处理厂大部分采用 c e p t 处理污水。挪威2 3 的城镇污水厂采用c e p t 技术，其中最大的o s l o w e s t 污水厂处理能力为4 0 万m 3 d ，c o d 和t p 去除率分别超过了7 0 和9 0 t 2 3 1 。 c e i t 在低温环境、人口密集的大城市以及经济不发达地区都比较适用。墨西哥 城、南加利福利亚、香港、圣保罗和里约热内卢等城市均有采用c e p t 工艺的污 水厂实例，如圣地亚哥p o n i tl o m a 污水处理厂在1 9 8 5 年改造为带有c e p t 单元 的污水处理厂，经济、有效的提升了原有污水处理厂的污水处理能力；香港昂 船洲污水处理厂( 3 5 0 万m j d ) 采用投加三氯化铁的c e p t 工艺，处理效果良好 2 4 - 2 7 。c e p t 在我国内地也有应用，上海友联竹园第一污水处理厂设计规模为1 7 0 万m 3 d ，采用c e p t 工艺，混凝剂采用液体聚合氯( p a c ) ，投加量为1 2 0 m g l ， 助凝剂采用聚丙烯酰胺( p a m ) ，投加量为o 5 m g l ，在进水浓度较低情况下， t p 去除率 7 5 ，c o d 去除率 4 0 t 2 8 l 。 近年来，对c e p t 与其他工艺联合处理污水的研究已成为热点，国内外已有 对c e p t + u a s b 、c e p t + 活性污泥法等组合工艺的研究报道【2 ”们。 1 3 2m b b r 工艺研究进展 移动床生物膜反应器( m m o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o r , m b b r ) ，又称悬浮填 1 2 第1 章前言 料生物膜工艺( s u s p e n d e dc a r r i e rb i o f i l mp r o c e s s ，s c b p ) ，是由挪威k a l d n e s m i j e c p t e k n o g i 公司与s i n t e f 研究所共同开发，其设计思想是能够连续运行，不 发生堵塞，无需反冲洗，水头损失较小并且具有较大的比表面积，在原有活性 污泥处理系统的基础上提高负荷率、增加脱氮除磷的能力 3 1 - 3 3 1 。 在m b b r 工艺中，悬浮填料无疑居于核心地位。悬浮填料通常采用密度接 近于水的材料做成，挂膜后可悬浮于水中，只需很小的推动力就能实现流化， 克服了石英砂、无烟煤、颗粒活性碳等填料流化消耗动力大的问题。填料是生 物膜生长的载体，填料性能的好坏直接影响了m b b r 处理效果。目前，在实际 工程中应用的悬浮填料主要有以下几种： f 1 】多孔泡沫填料 多孔泡沫填料最早应用于德国l i n d e a g 公司开发研究的l i n p o r 工艺，其材 料为聚氨酯泡沫块，尺寸较小，为1 2 m i n x1 2 m i n x1 2 r a m 。l i n p o r 工艺中载体投 配率为1 0 4 0 ，生物量浓度可达到5 8 9 m l s s l t 5 1 。 【2 】c a p t o r 工艺中泡沫方块 c a p t o r 工艺由英国s i m o n - h a r t l e y 公司和美国a s h b r o o k - s i m o n - h a r t l e y 公司 联合开发完成。其悬浮填料采用用2 5 r a m x 2 5 m i n x1 2 m m 的聚氨酯泡沫块作为 生物膜载体，孔径约为8 5 0 l , tm ，载体投加比为1 5 7 5 ，为生物附着提供了 很大的表面积，一般为1 0 0 0 5 0 0 0 m 2 m 3 ，其生物量浓度可以达到7 9 9 m l s s l 3 7 1 。 3 】圆柱状塑料载体 k m t 移动床生物膜工艺由挪威k m t 公司开发，其载体为专利利产品圆柱 状k m t 聚乙烯塑料载体，其直径为1 0 m m ，高度为1 0 m m ，密度为0 9 2 0 9 6 9 c m 3 。载体投加率可以达到7 0 ，其比表面积可达3 5 0 i l l 2 1 1 1 3 ，生物量浓度 可达3 4 9 m l s s l t 3 8 9 1 。 【4 】橡胶颗粒填料 b i o s a c 流动床生物膜污水处理工艺是由中国国家电力建设研究所与韩国 s a mk w a n g 公司合作研制。其反应器内所用载体填料为粒径1 0 m m 左右的多 孔橡胶胶粒，比表面积可达4 5 0 0 m 2 m 3 ，反应器内部保持较高的微生物量，m l s s 可达2 0 0 0 0 m g l 。由于运行时填料间相互碰撞，使得载体表面生物膜较薄，其生物 活性相对较高m l 。 【5 】大粒径悬浮填料填料 第1 章前言 课题组开发了一类大粒径悬浮填料，该系列填料有不同形状，主要为球形 和圆柱形，尺寸为c d 2 5 m m 、中5 0 m m 和ol o o m m ，其比表面积为1 0 0 3 0 0 m 2 m 3 ， 传质效率高。目前，已在饮用水源预处理和废水处理中有所应用【4 】。 近年来国外对m b b r 应用及研究部分总结于表1 5 中。国内学者对m b b r 工艺的研究表明，m b b r 应用于市政生活污水处理、工业废水处理、微污染原 水处理以及污水深度处理回用等方面效果良好【4 l 舶】。 综合国内外研究成果，可将m b b r 工艺特点归结为以下几方面： 1 m b b r 所用悬浮填料比表面积远高于常规固定式填料，可附着生长更多 的微生物，提高了反应器容积负荷，缩短了水力停留时间，减少了池容，也降 低了基建成本。 2 悬浮填料在低能耗下即可形成流化状态；填料的流化及与气泡的碰撞切 割，提高了微生物、溶解氧和污染物之间的传质效率；填料的挂膜和脱膜速度 快，生物膜活性高。 3 由于水力冲刷作用，填料不会结团堵塞，老化的生物膜可及时脱落，有 效地防止了填料积泥问题，无需专门的反冲洗设施。 4 m b b r 既可以单独运行也可联合其他类型反应器组合运行。另外，通过 往现有活性污泥曝气池投加悬浮填料可将现有工艺升级为m b b r 工艺，增加系 统硝化及脱氮功能，是反应器升级、改造的较优选择。 1 3 3 强化混凝一流动床生物氧化工艺 强化混凝和流动床生物氧化两种工艺联合应用，可以发挥各自的优势，在 满足排放标准的前提下能明显降低基建费用和运行费用。该工艺能够适应不同 的处理规模，完全可以满足小城镇污水处理要求。 挪威在物理、化学方法和m b b r 相结合，应用于要求深度处理的小型污水 处理厂做了很多研究，其中悬浮填料生物接触氧化法化学沉淀法是结合较好的 一类工艺，在s t e i n s h o l t 污水处理厂3 年的运行中，采用投加聚乙烯填料与使用 a 1 3 + 混凝剂进行化学沉淀相结合的工艺，在进水c o d 。在3 8 0 6 2 0m g l 范围 内( 机率8 0 ) ，极端c o d = 达1 6 0 0 m g l ，b o d 7 达8 0 0 m g l 的情况下，9 0 时间内出水c o d = 低于5 0m g l ，b o d 7 也相当低，极端最高时也仅有2 5m e , l ： 总磷的去除率大于9 7 ，9 0 出水未超过o 3 7m l ；出水s s 平均为1 3m g l ， 1 4 第1 章前言 表1 5近年来国外对m b b r 工艺研究概况 研究者研究规模内容及结论 m a h n q v i s t m 1 1 9 9 4 ，中试 t i j h u i s 等【4 9 j t i j h u i s 等刚 d a l e n t o f l 等p i j a n d r e o t t o l a 等 【5 2 】 a n d r e o t t o l a 等 【5 3 1 1 9 9 4 。中试 1 9 9 5 ，小试 1 9 9 7 ，中试 和生产 2 0 0 0 ，中试 2 0 0 0 ，中试 2 0 0 0 ，中试