（环境工程专业论文）膜生物反应器强化除磷脱氮性能研究.pdf

大连理工大学博士学位论文 摘要 氮、磷是导致水体富营养化的优势污染物。反硝化除磷技术具有节省有机碳源、减 少温室气体排放、剩余污泥产量小等优点，符合可持续发展理念，具有广阔的发展前景。 本研究采用序批式膜生物反应器( s b m b r ) 周期性运行，通过对其运行模式及操 作参数的优化调整，强化其除磷脱氮能力，同时对不同工艺模式下s b m b r 对氮磷的去 除性能、污泥特性及膜污染等进行了考察。 首先通过将a o 模式运行的s b m b r 和传统膜生物反应器( c m b r ) 运行模式进行 对比，考察二者在不同进水碳氮比( c o d t n = 2 8 2 3 4 ) 条件下对氮磷的去除能力。结 果表明：c m b r 中t p 的去除率在1 4 9 6 之间波动；在进水c o d ，r n 降至6 3 时， 对t n 基本无去除效果。以a o 方式运行的s b m b r 具有很好的污染物去除能力，即使 在进水c o d t n 降到6 3 时，t n 和n h 4 + - n 的去除率仍可达到6 5 和9 0 以上；t p 去 除率保持在9 0 左右，在此c o d t n 范围内，基本不受进水c o d t n 变化影响；而且 验证序批式的运行方式有助于减缓膜污染。 为强化s b m b r 的反硝化除磷能力，在a om b r 中引入缺氧段，并通过对工艺运 行模式的调整，逐步强化其反硝化除磷效果。依次考察单反应器形式的a o a 、a 2 0m b r 及双反应器m u c t - m b r 对污染物的去除性能，比较各工艺模式的反硝化除磷能力。结 果表明：在a om b r 好氧末引入缺氧段而形成的a o am b r 工艺，具有一定的反硝化除 磷性能；但p h b 因好氧吸磷而被大量氧化，使缺氧段中聚磷菌( p a o s ) 的内碳源不足， 而无法最大限度的提高系统反硝化除磷能力，因此缺氧段的除磷量占总除磷量的比例仅 为2 8 。为解决上述不足，将缺氧段提前到厌氧阶段末，形成了a 2 0m b r 系统，通过 外加硝酸盐为反硝化吸磷提供电子受体。其缺氧段反硝化除磷量占总除磷量的比例提高 到5 0 以上，但外加硝酸盐形成缺氧环境造成工艺操控复杂。因此，进一步改进工艺为 双反应器的m u c t m b r ，两反应器中均有明显的缺氧吸磷现象，整个系统由缺氧段所 去除的磷约占总除磷量的6 0 。系统以好氧产生的n 0 3 作为缺氧吸磷的电子受体，实 现了无外加n 0 3 。的条件下强化系统的反硝化除磷性能。 采用f i s h 技术对p a o s 占全菌的比例进行检测，得出a o 、a o a 及a 2 0m b r 中 p a o s 所占比例依次增大；污泥磷元素分析结果显示，三系统中污泥含磷率依次增大， 即吸磷能力逐渐提高。对污泥产率的计算结果为，s b m b r s 中的污泥产率均明显低于传 统活性污泥( c a s ) 工艺，且随反硝化除磷能力的增强，污泥产率减少，a 2 0m b r 中 污泥产率仅为0 2 9k g v s s k g c o d - 1 。但由于其具有较高的污泥含磷率，从而保证了良好 的除磷效果。 肖景霓：膜生物反应器强化除磷脱氦性能研究 研究发现：在a o 、a o a 、a 2 0m b r 至m u c t m b r 的改进过程中随着反硝化 除磷能力的逐步提高，污泥的比好氧吸磷速率下降。表明对缺氧环境的强化更有利于具 有反硝化能力的聚磷菌的生长，相应的对好氧聚磷菌的生长及活性产生抑制。0 2 与n 0 3 同时存在时的比吸磷速率大于仅有0 2 存在时的速率，且伴有n 0 3 的消耗。表明混合电 子受体条件下，存在好氧反硝化吸磷。除磷工艺中磷的去除包括好氧吸磷、缺氧反硝化 吸磷和好氧反硝化吸磷三种机制。 关键词：脱氮除磷；反硝化除磷；反硝化聚磷菌( d p a o s ) ；膜生物反应器( m b r ) ；膜 污染 大连理工大学博士学位论文 e n h a n c e ds i m u l t a n e o u sp h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nr e m o v a li nm e m b r a n e b i o r e a c t o r s a b s t r a c t n i t r o g e n a n dp h o s p h o r u sa l ek e yn u t r i e n t st h a tr e s u l ti nw a t e re u t r o p h i c a t i o n d e n i l r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a lh a sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha ss a v i n go fo r g a n i c s ，d e e r e a s e i ng r e e n h o u s eg a se m i s s i o na n dl e s ss l u d g ep r o d u c t i o n , i na c c o r d 、 r i 也t h ec o n c e p to f s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t s ot h i st e c h n i q u eh a sb r o a dd e v e l o p m e n tp r o s p c o t s h at h i sr e s e a r c h , s e q u e n c i n gb a t c hm e m b r a n eb i o r e a e t o r ( s b m b r 、w a so p e r a t e di na p e r i o d i cw a yt oi m p r o v et h ed e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a la b i l i t yb yo p t i m i z i n gt h e o p e r a t i o nm o d e sa n da d j u s t i n go p e r a t i o np a r a m e t e r s t h ep e r f o r m a n c eo fs b m b r so n n i t r o g e na n dp h o s p h o r o u sr e m o v a l ，t h es l u d g ec h a r a c t e r i s t i c sa n dm e m b r a n ef o u l i n gw e r e e x a n l i n e di nd i f f e r e n to p e r a t i o nm o d e sa tt h es a m et i m e f i r s t l y ，t h en i t r o g e na n dp h o s p h o r o u sr e m o v a la b i l i t i e sw e r ei n v e s t i g a t e db yc o m p a r i n g t h ea om o d eo fs b m b rw i t hc o n v e n t i o n a lm e m b r a n eb i o r e a c t o r ( c m b r lu n d e r 出f f e r e n t n i t r o g e nl o a d s ( c o d 仃n = 2 8 2 3 4 、t h er e s u l t s m d i c a t e dt h a tt h et pr e m o v a lr a t e f l u c t u a t e db e t w e e n1 4 a n d9 6 i nc m b rs y s t e m w h e nt h ec o d 仃no fi n f l u e n tr e d u c e d t o6 3 ，t h e r ew a sa l m o s tn oe f f e c to ft nr e m o v a l h o w e v e r ，s b m b rs y s t e mh a dab e t t e r p e r f o r m a n c eo i ln i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a la td i f f e r e n tc o d 厂i nr a t i o s e v e nt h o u g h t h ec o d 价io fi n f l u e n tr e d u c e dt o6 3 t h e1 na n dn h 4 + - nr e m o v a l so fs b m b rc o u l db e m a i n t a i n e do v e r6 5 a n d9 0 r e s p e c t i v e l y t pr e m o v a lm t eo fs b m b rw a sa p p r o x i m a t e l y 9 0 d u r i n gm o s to f t h ee x p e r i m e n tt i m e w h i c hw e r ea l m o s tn o ta f f e c t e db yt h ec o d 厂i no f i n f l u e n t f u r t h e r m o r e 。t h es e q u e n c i n gb a t c ho p e r a t i o nm o d ec a nr e d u c em e m b r a n ef o u l i n g a n o x i cp h a s ew a si n t r o d u c e di n t oa om b rt oe n h a n c ei t sd e n i t r i l y i n gp h o s p h o r u s r e m o v a la b i l i t yb ya d j u s t i n gt h eo p e r a t i o nm o d e ss t e pb ys t e p n en u t r i e n t sr e m o v a l p e r f o r n l a n c c so fa o a , a om b ra n dd o u b l er e a c t o r sm u c t - m b rw e r ce x a m i n e d r e s p e c t i v e l ya n dt h ec a p a c i t i e so fd e n i t r i l y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a lo fd i f f e r e n tp r o c e s s e sw e r e c o m p a r e d t h er e s u l t ss h o w e d 血a ta o a m b r f o r m e db yi n t r o d u c i n ga na n o d ep h a s ea tt h e e n do ft h ea e r o b i cp h a s eo fa 0m b rh a dd e f i n i t ed e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a la b i l i t y w i t h o mn 0 3 a d d e de x t e r n a l l y p h bw a sd e p l e t e db ya e r o b i cp h o s p h o r u su p t a k ew h i c h r e s u l t e di nt h ed e f i c i e n c yo fi n n e rc a r b o ns o u r c ei nd h o s p h o r u s a c u l n i l l a t i o no r g a n i s m s ( p a o s ) d u r i n ga n o d es t a g e s oi t c a n n o tm a x i m i z ei m p r o v e m e n to ft h ed e n i t r i l y i n g p h o s p h o r u sr e m o v a la b i l i t yo f t h es y s t e m ，1 1 1 er a t i oo f p h o s p h o r u sr e m o v a li na n o x i cb a s e t o t h a ti nt h ew h o l ec y c l ew a so n l y2 8 i no r d e rt os o l v et h ei n s u f f i c i e n c ym e n t i o n e da b o v e 一r i i 肖景霓：膜生物反应器强化除磷脱氮性能研究 a n o x i cp h a s ew a sm o v e du pt ot h ee n do ft h ea n a e r o b i cs t a g eo fa 0m b rw i t hc x t c m a l n i t r a t ca d d i t i o n , a 0 田rs y s t e mw a sf o r m e da n dt h er a t i ow a si n c r e a s e dt oo v e r5 0 b u t t h eo p e r a t i o np r o c e s ss y n c h r o n o u s l yb e c a m em o r ec o m p l e x s ot h ep r o c e s sw a sm o d i f i e da n d t h e nm u c t - m b rw a st e s t e d i t w a se v i d e n tt h a t d e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a l p h e n o m e n ao c c u r r e di nb o t hr e a c t o r so fm u c t - m b r a n dt h ep e r c e n t a g ew a sa b o u t6 0 i n t h i s s y s t e m , n 0 3 p r o d u c e di n a e r o b i cp h a s ew a su t i l i z e da st h ee l e c t r o na c c e p t o rf o r d e n i t r i l y i n gp h o s p h o r u su p t a k e ，w h i c he n h a n c e dt h ed c n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a la b i l i t y w i t h o u tn 0 3 e x t e r n a la d d i t i o n f i s ht e c h n o l o g yw a sa d o p t e dt oe x a m i n et h er a t i oo fp a o si nt o t a lb a c t e r i a 1 1 1 er e s u l t s i n d i c a t e dt h a tt h er a t i o si n c r e a s e df r o ma o a o at oa 2 0m b r a n a l y s i sr e s u l t so f p h o s p h o r u sc o n t e n to fs l u d g es h o w e dt h a tt h ep h o s p h o r u su p t a k ea b i l i t yi m p r o v e dt o o 1 1 1 e s l u d g ey i e l do fs b m b r sw a sd i s t i n c t l yl o w e rt h a nt h a to fc o n v e n t i o n a la c t i v a t e ds l u d g e p r o c e s s ( c a s ) ，r e d u c e d 、v i t i lt h ei m p r o v e m e n to fd e n l t r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a la b i l i t y i n a 2 0m b rt i l ey i e l dw a so n l yo 2 9k g v s s k g c o d 。t kh i g h e rp h o s p h o r u sc o n t e n to f s l u d g ee n s u r e di t sp h o s p h o r u sr e m o v a lp e r f o r m a n c e i tw a sf o u n dt h a tt h ea e r o b i cs p e c i f i cp h o s p h o r u su p t a k er a t eo fs l u d g ew a sd e c r e a s e d w i t ht h ei n c r e a s eo fd e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a la b i l i t yi nt h ep r o c e s s e so fa o ，a o a , a 。0m b ra n dm u c t - m b rt h i si n d i c a t e dt h a tt h ee n h a n c e m e n to fa n o x i cp h a s ew a s b e n e f i tf o rt h eg r o w t ho fd e n i t r i f y i n gp a o sr a t h e rt h a na e r o b i cp a o s n l es p e c i f i c p h o s p h o r u su p t a k er a t ei nt h ec o n d i t i o nt h a tb o t h0 2a n dn 0 3 。e x i s t e dw a sb i g g e rt h a nt h a ti n t h ec o n d i t i o nt h a to n l y0 2e x i s t e d a e r o b i cd e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u su p t a k ee x i s t e di nt h e m i x e de l e c t r o na c m p t o r se n v i r o n m e n t t h r e em e c h a n i s m sm i g h lb ei n c l u d e di nt h e p h o s p h o r u sr e m o v a lp r o c e s s ，t h a ti s ，a e r o b i cp h o s p h o r u su p t a k e ，d e n i t r i l y i n gp h o s p h o r u s u p t a k eu n d e ra n o x i cc o n d i t i o na n d t h a tu n d e ra e r o b i cc o n d i t i o n k e yw o r d 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 ；d e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a l ； d e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sa c c u m u l a t i n go r g a n m m ( d p a o s ) ；m e m b r a n eb i o r e a c t o r ( m b r ) ；m e m b r a n ef o u l i n g i v 独创性说明 作者郑重声明：本博士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使, n i 的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：戤日期幽尘i f 大连理工大学博士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者躲避作者签名： 9 链 导师签名：主量! 璺盎爹良毒牛 大连理工大学博士学位论文 引言 我国是一个水资源匾乏的国家，人均水资源仅为世界平均水平的1 4 ，且水资源时 空分布极不均匀，开发利用难度较大。近二十年来，随着国家现代化进程的加快，使本 己极为有限的水资源不断遭受污染，造成水资源水质恶化，水生态系统严重破坏，尤以 水环境污染问题最为严重。水环境污染的主要特征是水体的有机污染和富营养化，特别 是水体富营养化问题在世界各地日趋严重，已对水生生物和人体健康造成了严重危害。 引起水体富营养化的主要营养成分有有机碳、氮、磷、钾、铁等。而污水中有机碳 经一般的生物处理后可基本去除，氮、磷之外的其它成分相对于富营养化发生过程中的 需求量极低。因此，引起水体富营养化的主要因子是氦和磷，其主要来源于城市污水或 生活污水。然面长期以来，城市污水处理均以去除有机物b o d 和悬浮物s s 为目的，没 有考虑对氦、磷等无机营养物质的去除。因此研究高效、经济的污水除磷脱氮工艺和方 法已成为亟待开展的课题。 随着水环境污染、水质富营养化、节水问题的尖锐化及公共环境意识的增强，越来 越多的国家和地区制定了严格的污水氮磷排放标准。我国1 9 9 6 年颁布的国家污水综 合排放标准) ) ( g b 8 9 7 8 - - 1 9 9 6 ) 及2 0 0 2 年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 ) 均明确规定了较为严格的磷酸盐和氨氮排放标准：p 0 4 3 - p 0 5m g l 一，n h 3 - n 1 5m g l 1 ( 一级标准) 。这就意味着绝大多数城市污水和工业废水处理设施都要考虑 除磷处理，大部分要考虑氨氮的硝化处理或脱氮处理。从这个意义上说，研究和开发经 济高效的除磷脱氮污水处理技术已成为水污染控制工程领域的热点课题之一。 传统污水生物处理工艺c o d 氧化及硝化因需要曝气而消耗能量，在氧化c o d 的过 程中损失大量的化学能( 每k g c o d 约含1 4 x 1 0 6 j 代谢热) 。并导致大量c 0 2 释放到大 气。进而言之，反硝化和生物除磷对c o d 的需求与剩余污泥也是传统工艺比较突出的 问题。面对日益严格的出水排放标准，如果仍以传统工艺应对问题，污水处理厂将会消 耗更多的能量和有机碳源，同时排放更多的c 0 2 ，并产生大量的剩余污泥。当今，可持 续发展已成为世界性主题，水的可持续发展己成为首要的考虑。因此，发展具有可持续 性的工艺便显得十分必要。 本论文将膜生物反应器( m b r ) 与序批式活性污泥法( s b r ) 相结合，形成序批式 膜生物反应器( s b m b r ) ，通过对其运行周期的控制，重点考察了各工艺模式下的反 硝化除磷能力，同时对不同运行模式下s b m b r 对氮磷的去除性能、污泥特性及膜污染 等进行了考察；并通过对运行模式的逐步改进，最终形成了以反硝化除磷为主要过程的 m u c t - m b r 工艺，实现了低c o d 下同时脱除氮磷的目的。 肖景霓：膜生物反应器强化除磷脱氮性能研究 1 生物脱氮除磷工艺及膜生物反应器研究进展 1 1 污水脱氮除磷工艺概述 污水除磷方式有化学除磷和生物除磷，化学除磷方法有化学沉淀、离子交换、反渗 透、电渗析等方法，其中以化学沉淀法用得最多，化学沉淀法使用药量较大，处理费用 较高，且产生大量难以处置的化学污泥，实际应用中多作为生物除磷的辅助方法，如 p h o s t r i p 侧流除磷工艺。自2 0 世纪5 0 年代，研究者发现活性污泥具有超常摄磷能力后， 各种生物除磷工艺层出不穷，生物除磷方法已经成为城市污水处理的主导工艺。 生物除磷技术可看作厌氧选择器与活性污泥系统的组合，其发展的历程主要源于5 0 年代末6 0 年代初s t h a t h 等人在生产运行中观察到的超量吸磷现象u 2 】。如今，随着世 界各国对氮磷污染控制的日趋严格，单独的除磷或脱氮工艺已逐渐向脱氮除磷的组合工 艺方向发展。目前，发展与应用于工程实践的生物除磷技术有多个系统：a 2 o 系统、 改良u c t 工艺、p h o s t r i p 工艺、b a r d e n p h o 系统及氧化沟、s b r 工艺系统等。这些系统 都属于组合工艺，且都具有同步除磷脱氮功能。它们发展于传统的污水处理技术，又超 越了传统生物处理技术实践范围。从系统的泥龄、流态到配套设备都朝着扬长避短的组 合方向发展。一方面能满足传统处理去除有机物、悬浮物的要求；另一方面又能除磷， 并经过硝化、反硝化作用而达到脱氮的目的。所有这些都是考虑到脱氮除磷均包含着厌 氧、缺氧、好氧三种状态的交替。研究者的出发点是通过组合和优化三种状态的组合方 式及其数量的时空分布以及回流方式、位置而达到高效脱氮除磷目的p j 。 1 1 1 主流式工艺 ( 1 ) a o 除磷或脱氮工艺 该工艺为生物除磷的典型代表工艺。s p e c t o r 在1 9 7 5 年研究活性污泥膨胀控制问题 时，发现厌一好运行的工艺不仅可有效防止丝状茵膨胀，同时具有明显的除磷效果，并 于1 9 7 7 年获专利。 a o 工艺由于只有一个缺氧池或者厌氧池，因而不能同时满足除磷和脱氮要求，分 成具有脱氮功能的a o 工艺( a n o x i c o x i c ) 和具有除磷功能的o 工艺( a n a e r o b i c o x i c ) 。 脱氮o 工艺一般同时需要污泥和混合液回流，由于硝化菌世代期较长，泥龄长， 产泥量较低。除磷a o 工艺一般只需要污泥回流，由于聚磷菌世代期较短，泥龄短，产 泥量较大，系统没有硝化功能，保证回流污泥不会带进硝酸盐氮影响厌氧释磷。我国目 前采用a o 除磷或者脱氮处理工艺较多，为了兼顾除磷脱氮要求，多数污水厂都需要进 行a 2 o 等除磷脱氮工艺的改造。 大连理工大学博士学位论文 ( 2 ) b a r d c n p h o 工艺 1 9 7 5 年由b a m a r d 首次提出。最初的b a r d e n p h o 工艺是在a o 工艺基础上增设一个 缺氧段及一个好氧段，共由缺一好一缺一好四个反应区构成。其最初设计目的为强化脱 氮，各反应单元独立运行，混合液自第一好氧池回流自第一缺氧池，实现反硝化脱氮。 而第二好氧池无混合液回流，其主要功能是进一步降低废水中的有机物浓度，同时改善 出水的表观性状。该工艺的主要特征为h r t 和s r t 均较长( 其中s r t 可长达2 0 3 0 d ) ， 剩余污泥中磷含量为4 6 【4 t5 1 。系统能够获得一定的除磷效果，但出水磷浓度仍旧 很高，囡第一反应区为缺氧区，必然有n 0 3 存在。该工艺违反了除磷的基本原则，即： 进水与0 2 和n 0 3 在第一反应区直接接触。 图1 1 初始b a r d e n p h o 工艺示意图 f i g 1 1o r g i r t a lb a r d e n p h oc o n f i g u r a t i o n 之后对此工艺进行了改进，在第一缺氧区前设置厌氧区，污泥由第一好氧区回流， 为除磷创造了条件，此工艺被称为5 段b a r d e n p h o 或m b a r d e p h o 工艺，在南非和欧洲 被称为p h o r c d o x 工艺。 图1 25 段b a r d e n p h o 工艺示意图 f i g 1 2f i v e - s t a g eb a r d e n p h oc o n f i g u r a t i o n ( 3 ) a 2 o 及其改良除磷脱氮工艺 7 0 年代美国的一些专家在a o 除磷工艺的基础上，为了达到同时除磷脱氮效果， 通过增设一个缺氧区，并将好氧区污泥混合液回流至缺氧区反硝化脱氮，而开发形成既 能脱氮又能除磷的a 2 o ( m m e r o b i c a n o x i c o x i c ) 工艺。厌氧、缺氧和好氧组合有利于不 同微生物菌群生长，能同时去除有机物、氮磷营养盐等污染物，工艺流程较为简单，总 肖景霓：膜生物反应器强化除磷脱氮性能研究 的水力停留时间较短。但由于脱氮效果受混合液回流比大小影响，除磷效果则受回流污 泥中携带溶解氧和硝态氮的影响，难以同时取得较好的除磷脱氮效果【6 1 。 ( 4 ) u c t 及m u c t 工艺 为了减少硝酸盐氮对厌氧反应器的干扰，提高磷释放量，南非开普敦大学 ( u n i v e r s i t yo f c a p e t o w n ) 提出了u c t 脱氮除磷工艺，见图1 4 。它是在a 2 ot 艺基 础上，通过改进混合液的回流方式而开发的，也是至今较为广泛应用的生物脱氮除磷 工艺【4 7 鄹。其与a z o 工艺的不同之处在于，其污泥首先回流至缺氧池，再通过缺氧池 的混合液回流至厌氧池，削弱了由于污泥直接回流至厌氧池而随污泥进入其中的n o ， 对聚磷菌( p a o s ) 利用进水底物及释磷的影响【9 1 0 】，但当进水t k n c o d 较高时，缺 氧区脱氮不完全，仍可发生硝酸氮进入厌氧区干扰释磷。 图1 3 u c t 工艺示意图 f i g 1 3u c tc o n f i g u r a t i o n 图1 4 m u c t 工艺示意图 f i g 1 4m u c tc o n f i g u r a t i o n 为保证系统中污泥的良好沉淀性能，须对回流比进行合理控制，如回流比过低，将 导致污泥在缺氧池中的h r t 过长而影响其沉淀性能及p a o s 在厌氧池中对磷的有效释 放。对此，开普敦大学又提出了改进型u c t 工艺m u c t 。 m u c t 工艺中缺氧池被分隔为两个独立的区域，来自沉淀池的回流污泥和好氧区的 混合液分别回流至缺氧区1 和缺氧区2 ，使污泥的脱氮和混合液的脱氮完全分开。 一4 一 大连理工大学博士学位论文 该工艺在进水c n 比适宜的情况下，可实现完全反硝化，使缺氧区出水中的硝酸盐 浓度近于零，从而最大限度的减少由缺氧区向厌氧区回流的混合液中n o x 的浓度，可从 而保持厌氧池严格的厌氧环境而利于磷的有效释放。与前面介绍的p h o r e d o x 工艺相比， u c t 工艺可最大限度的消除向厌氧段回流液中的硝酸盐对释磷的不利影响。但由于其增 加了缺氧段向厌氧段的回流，其运转费用要略高。 ( 5 ) j m 工艺 整体上与a 2 0 工艺基本一致。所不同的是其在污泥回流管线上增设了一个缺氧反硝 化池，通过污泥中所携带的反硝化菌利用内源呼吸作用所获得的内碳源进行进一步反硝 化脱氮，以使回流污泥在进入厌氧段之前，有效地降低其硝酸盐含量，降低污泥回流至 厌氧段后反硝化菌与p a o s 对进水中基质的竞争，利于p a o s 的充分释磷。 图1 5j h b 工艺示意图 f i g 1 5j h bc o n f i g u r a t i o n ( 6 ) 双污泥流工艺c p h a n o xt 艺) 该工艺是目前正得到深入研究的典型反硝化除磷工艺。其在a 2 0 工艺的厌氧和缺氧 池之间增加了沉淀池和生物膜反应器。生物膜反应器的设置可避免由于氧化作用而造成 的有机碳的损失并可稳定系统的n o x 。浓度。废水在厌氧池中释磷，沉淀池中进行泥水分 离，其上清液进入生物膜反应器进行硝化反应，其沉淀污泥则输入缺氧池，在此完成反 硝化和吸磷。 图1 6 双污泥流工艺示意图 f i g 1 6d e p h a n o xc o n f i g u r a t i o n 肖景霓：膜生物反应器强化除磷脱氦性能研究 目前该工艺在实际应用中尚存在一些需要深入研究的问题，如：缺氧条件下的除磷 效果要比在好氧条件下低，而且在很大程度上与缺氧段的硝酸盐浓度有关。当缺氧硝酸 盐浓度较低时，磷的过量摄取将受到限制；而硝酸盐浓度过高时，则又将因反硝化不彻 底而随回流污泥返回厌氧池，干扰厌氧池中磷的释放及反硝化聚磷菌( d p a o s ) 的p h b 合成。因而为获得有效稳定的脱氮和除磷效果，必须严格控制进水中n p 比例。但在实 际工程应用中，n p 比很难满足缺氧吸磷的要求，因而较难获得稳定的处理效果。所以， 该工艺有待深入研究。 1 1 2 侧流式工艺 ( 1 ) p h o s t r i p 工艺 由s h a p i r o 于1 9 6 5 年提出，于1 9 7 0 s 应用于美国，是当时最流行的工艺。该工艺是 在c a s 工艺的污泥回流管线上增设一个用于污泥浓缩上清液除磷的化学处理单元，其 除磷机理与a o 工艺相同。不同之处在于将回流污泥的一部分( 3 0 4 0 ) 直接回流 至曝气池，经释磷的污泥亦回流至曝气池，富磷的上清液则进入投加化学药剂的混合池， 通过化学沉淀作用除磷；而将另一部分( 1 0 3 0 ) 输入厌氧池，使之充分释磷。 图1 7p h o s t r i p 工艺示意图 f i g 1 7p h o s l a i pc o n f i g u r a t i o n 优点：操作灵活，出水磷浓度低，小于1 5m g l 。缺点：人工工作量大，投加化 学药品成本高。适用于低温低有机质浓度的情况。 ( 2 ) b c f s 啻工艺 该工艺是在1 9 9 6 年由荷兰v a nl o o s d r e c h t 等人以u c t 或m u c t 为基础，根据 d p a o s 反硝化除磷原理设计而成，并于1 9 9 9 年在荷兰的霍尔特w w t p 得以应用。 该工艺较u c t 工艺增加了两个反应池，即在厌氧池和缺氧池之间增设了一个( 厌 大连理工大学博士学位论文 氧) 接触池，可起到第二次选择池的作用，用于抑制丝状菌生长。在缺氧池和好氧池之 间增设了一个缺氧好氧交替混合池，目的是形成低氧环境以获得同时硝化与反硝化，从 而保证出水含有较低的总氮浓度。 图1 8b c f s o z 艺示意图 f i g 1 8b c f s 。c o n f i g u r a t i o n 特点：1 n 、p 去除率高，出水t n 5m g l ；t p 接近零；2 具有稳定而良好的污 泥沉降性能；3 与传统活性污泥法( c a s ) 比可降低1 0 的污泥产量；4 充分利用d p a o s 实现脱氮除磷；5 进水c p 过低时，需增设对厌氧混合液的化学处理才能保障除磷效果。 ( 3 ) r e n p h o s y s t e mi 艺 图1 9r e n p h o s y s t e m 工艺示意图 f i g 1 9r e n p h o s y s i e mc o n f i g u r a t i o n 以p h o s t r i p 及b a r d e n p h o 工艺为基础，对污泥回流进行了改进。进水部分直接进入 缺氧池，与经第一好氧池硝化后的硝化液混合进行反硝化，以去除t n 。回流污泥的一 部分直接回流至厌氧池与进水接触，通过反硝化作用去除污泥携带的硝酸盐；回流污 泥中另一部分则进入旁路设置的厌氧选择池，使其利用外加的有机碳源充分释磷。经释 肖景霓：膜生物反应器强化除磷脱氮性能研究 磷的污泥回流至第一好氧池，富磷的上清液则进入投加化学药剂的混合池，通过化学沉 淀作用除磷。系统对正磷及总磷的去除率分别可达9 7 和8 7 ；低温除氮率：7 0 ；高 温除氮率：8 0 。缺点：该工艺设计仍不能达到较低的出水氮浓度的要求。 1 1 3 循环流工艺 ( 1 ) 氧化沟工艺( o d ) 2 0 世纪6 0 年代初由荷兰卫生工程研究所( t n o ) 的帕斯维尔( p a s v e e r ) 博士首先 开发的。自2 0 世纪6 0 年代起，o d 废水生物处理技术在欧洲、大洋洲、北美洲和南非 等各国得到了迅速推广和应用。 i r a m t a lt w c i r c u l a r i o n 图1 1 0 氧化沟工艺示意图 f i g 1 1 0o x i d a t i o nd i t c hc o n f i g u r a t i o n 0 d 工艺是c a s 的一种改型和发展，其基本特征是曝气池呈封闭的沟渠形，污水和 活性污泥的混合液在其中作不停的循环流动，其h r t 长达1 0 4 0h ，s r t 一般大于2 0 d 。 废水经处理进入o d 后，即与流动中的混合液在曝气装置的推动下沿由中间隔墙或导流 墙构成的廊道内循环流动。混合液流经曝气装置时，其混合液中的d o 升高，此后随离 开其上游曝气装置距离的增加及混合液中微生物对废水中有机污染物的降解，d o 则逐 渐降低。 o d 工艺是一种混合液不断循环和d o 浓度高低周期变化相结合的工艺，其混合液 中的微生物周期性地处于厌缺、好氧的环境下，使o d 工艺在实现有效有机物去除的同 时，具有良好的硝化、脱氮及除磷效果。该工艺既适用于城市( 生活) 污水的处理，也 适用于各种工业废水的处理；既适用于小型污水处理厂，也适用于大中型污水处理厂。 ( 2 ) b i o d e n i p h o t m 工艺 源自丹麦k r u g e r 公司开发的交替式o d 工艺。系统由两条容积相同的沟渠和独立设 置的二沉池构成。运行过程中，通过迸水点位的切换和曝气转刷转速的控制，使两条沟 渠轮流在好氧和缺氧条件下工作，以实现脱氮功能。 8 一 大连理工大学博士学位论文 阶段a 中，进水切入沟1 ，该沟以缺氧方式运行，将之前在好氧条件下产生的n o ， 进行反硝化脱氮，出水由沟1 排入二沉池，因此沟2 则处于离线运行的好氧状态，将上 一阶段残留的氨氮继续进行硝化。阶段b 中，进水切入沟1 ，该沟仍以缺氧方式运行， 利用迸水中的有机碳源继续反硝化；沟1 的混合液通过两沟间隔墙孔进入沟2 。而沟2 则处于好氧运行方式，进行有机物的氧化去除和硝化，出水进入二沉池泥水分离并回流 污泥。阶段c 中，迸水切入沟1 ，同时提高沟2 的曝气强度，使两沟均处于好氧运行方 式，充分硝化，同时吸磷。出水由沟2 排入二沉池。 图i 1 1b i o d e n j p h o 工艺示意图 f i g 1 11b i o d c n i p h o t mc o n f i g u r a t i o n 从上述运行过程可见，o d 工艺系统较为简单，且无特殊设置的反硝化区，其通过 运行过程控制曝气的转速及进出水的交替切换而实现良好的脱氮效果。 ( 3 ) s b r 工艺 目前国内外受到广泛重视、研究和应用日趋增多的一种污水生物处理技术。早在 肖景霓：膜生物反应器强化除磷脱氮性能研究 1 9 1 4 年a r d e m 和l o c k e t t 发明活性污泥法之初，首先采用的就是这种处理系统，但由于 当时无先进的自控技术，未能得到推广应用。2 0 世纪7 0 年代初，美国n a t r ed a m e 大学 r ，1 t r i n e 教授对s b r 进行了实验室规模的系统研究。1 9 8 0 年在美国国家环保局的资助 下，在印第安纳州的c u l v e r 城改建并投产了世界上第一个s b r 法污水处理厂。我国对 s b r 污水生物工艺的研究和应用始于2 0 世纪8 0 年代中期。1 9 8 5 年上海市政工程设计 研究院为上海吴淞肉联厂设计并投产了我国第一座s b r 工艺污水处理站。 i i i i _ _ i l 霄籀 图1 1 2s b r 工艺示意图 f i g 1 1 2s b rc o n f i g u r a t i o n s b r 工艺是由按一定时间顺序间歇操作运