（环境工程专业论文）大坦沙污水厂扩建（三期）污水处理工艺分析研究.pdf

摘要 通过分析广州市目前的供水、排水状况和污水处理情况，论述了大坦沙污水 处理厂扩建( 三期) 的必要性和重要性。 结合大坦沙污水处理厂扩建( 三期) 工程建设的需要，从污水处理工艺的角 度，对现有的国内外各种生物脱氮除磷工艺( 包括氧化沟工艺、a 2 0 工艺、改良 a 2 o 工艺、u c t 工艺、删c t 工艺、m s b r 工艺、b a f 工艺、一体化u n i t a n k 工艺等) 从工艺流程、工艺特点、工艺存在问题等各方面进行了分析和比较，并对分点进 水倒置a 2 o 这一新工艺进行了分析和研究。 结合大坦沙污水处理厂扩建( 三期) 工程进水水质、处理程度要求、用地面 积( 9 7 2 公顷) 和工程规模( 2 2 万吨天) 等一系列污水处理工艺选择原则，本 文从工程建设实际出发，对有关污水处理工艺从主要工程内容、主要优缺点、综 合因素等各方面进行全面比较。通过对比，论证了扩建( 三期) 工程采用分点进 水倒置a 2 o 工艺的可行性。紧密结合扩建( 三期) 工程实际，分析了分点进水 倒置a 2 0 工艺的工艺流程和工程参数设计，对施工管理起到了指导作用。 关键词：生物脱氮除磷工艺分点进水倒置a 2 o 工艺流程工程参数设计 华南理工大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t t h ea r t i c l em a i n l ye x p o u n d st h en e c e s s i t ya n di m p o r t a n c eo fd a t a n s h a s e w a g ef a c t o r ye x t e n db u i l d i n g ( t h e3 r dp e o d ) p r o j e c t ，a c c o r d i n gt oa n a l y z i n g g u a n g z h o u c u r r e n tw a t e r s u p p l y , w a t e rd r a i n a n dw a t e r d i s p o s a l s i t u a t i o n c o m b i n e dw i t ht h ed a t a n s h as e w a g ef a c t o r ye x t e n db u i l d i n g ( t h e3 r d p e r i o d ) p r o j e c tr e q u i r e m e n t s ，t h ea r t i c l ea n a l y z e sa l l k i n d so fs e w a g ed i s p o s a l t e c h n i c s ，c o m p a r e st h e i rf l o w s ，c h a r a c t e r s ，a d v a n t a g e s ，d i s a d v a n t a g e sa n d o t h e r p o i n t s a l in a t i v ea n do v e r s e ap o p u l a rb i o l o g i c a ln i t r o g e np h o s p h o r u sr e m o r a l t e c h n i c ss u c ha so x i d a t i o nd i t c ht e c h n i c s ，的t e c h n i c s ，i m p r o v e d 醚的t e c h n i c s ， u c tt e c h n i c s ，m u c tt e c h n i c s ，m s b rt e c h n i c s ，b a ft e c h n i c s ，i n t e g r a t e d 啪t a n kt e c h n i c sa r ep a r t i c u l a r i z e di ni t i n v e r ta ，ot e c h n i c sa san e wm o d e i sa l s os p e d f l e di n 沁 t h ea r t i c l ei sb a s e do nt h ec o n s t r u c t i n gs i t u a t i o no ft h ed a t a n s h a3 r d p e r i o dp r o j e c t , w i t h av i e wt ot h ew a t e re n t e r e dq n a f i t y , d i s p o s a ld e g r e e r e q u i r e m e n t , l a n d u s e dp r o p o r t i o nf 9 7 2 h e c t a r e s ) a n dd i s p o s a la b i l i t y ( 2 2 0 t h o u s a n dt o n sp e r d a y ) t h e s eg e n e r a ls e w a g ed i s p o s a lt e c h n i c ss e l e c t i v ep r i n c i p l e s , t o t a l l yc o m p a r a t i v e l yd e m o n s t r a t e ss e w a g ed i s p o s a l t e c h n i c so nm a i np r o j e c t c o n t e n t s ，m a i na d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s ，s y n t h e t i c f a c t o r sa n do t h e r p o i n t s t h ea r t i c l ei sa l s oa n a l y z i n gt h ef l o wa n dp r o j e c tp a r a m e t e r sd e s i g no f i n v e r t a 2 ot e c h n k so nt h e3 r dp e r i o dp r o j e c t ，i tc a np r o v i d eag o o dc o n s t r u c t i o n m a n a g e m e n tg u i d a n c e f o rt h e3 r d p r o j e c t k e y w o r d s ： 、 b i o l o g i c a ln i t r o g e np h o s p h o r u s r e m o r a lt e c h n i c s ，i n v e r ta 2 o , f l o w ， p r e j e c tp a r a m e t e r sd e s i g n 第一章绪论 1 1 城市污水概述 第一章绪论 1 1 1 城市污水的来源与组成 在人们的生活和生产活动中，每天都在使用和接触水。在这一过程中，水受 到人类活动的影响，其物理性质与化学性质发生了变化，就变成了污染过的水， 简称为污水。污水主要包括生活污水和工业废水。 ( 1 ) 生活污水 生活污水是人们日常生活中排出的水。它是从住户、公共设施( 饭店、宾馆、 影剧院、体育场、机关、学校、商店等) 和工厂的厨房、卫生间、浴室及洗衣房 等生活设施中排出的水。 生活污水中通常含有泥沙、油脂、皂液、果核、纸屑和食物屑、病菌、杂物 等。这些物质按其化学性质来分，可分成无机物与有机物，通常无机物有4 0 ， 有机物为6 0 ；按其物理性质来分，可分为不溶性物质、胶体性物质和溶解性物 质。相比对于工业废水而言，生活污水的水质一般较稳定，浓度较低，也较容易 通过生物化学进行处理。 ( 2 ) 工业废水 工业废水是从工业生产过程中排出的水，它来自工厂的生产车间与厂矿。由 于各种工业生产的工艺、原材料、使用设备的用水条件等等的不同，工业废水的 性质千差万别。 相对于生活污水而言，工业废水水质水量差异大，通常具有浓度高，毒性大 等性质，不易通过一种通用技术或工艺来治理，往往要求其在排出前在厂内处理 到一定程度。 ( 3 ) 城市污水 城市污水是通过下水管道收集到的所有排水，是排入下水道系统的各种生活 污水、工业废水和城市融雪、降雨水的混合水，是一种混合污水。 正是由于城市污水是一种混合水，各座城市之间的城市污水的水质存在一定 华南理工大学工程硕士学位论文 差异，主要决定于工业废水所占比例的影响，也受到城市规模、居民生活习惯、 气候条件及下水道系统形式的影响。 1 1 2 污水中主要污染物质及其危害m m 污水中的污染物质种类较多，根据污水对环境污染所造成危害的不同，可把 污染物划分成固体污染物、有机污染物、油类污染物、有毒污染物、生物污染物、 酸碱污染物、营养物质污染物及感官污染物等。 ( 1 ) 固体污染物 水中固体污染物质的存在形态有悬浮状态、胶体状态和溶解状态三种。呈悬 浮状态的物质通常称为悬浮物，是指粒径太于1 0 0 n m 的杂质，这种杂质造成水 质显著混浊。其中颗粒较重的多数是泥沙类的无机物，以悬浮状态存在于水中， 在静置时会自行沉降。颗粒较轻的多为动植物腐败而产生的有机物质，浮在水面 上，悬浮物还包括浮游生物( 如蓝藻、硅藻类) 及微生物。 所谓胶体状态的物质是指粒径大致在1 - 1 0 0 舢之间的杂质。胶体杂质多数 是粘土性无机胶体和高分子有机胶体。高分子有机胶体是分子量很大的物质，一 般是水中的植物残骸经过腐烂分解的产物，如腐殖酸、腐殖质等。粘土性无机胶 体则是造成水质混浊的主要原因。胶体杂质具有两种特性，一种是由于单位容积 中胶体的总面积很大，因而吸附大量离子而带有电性，使胶体之间产生电性斥力 面不能互相粘结，颗粒始终稳定在微粒状态而不能自行下沉。另一种是由于光线 照射到胶体上被散射而导致混浊现象。 呈溶解状态的物质，其粒径大约在1 r i m 以下，主要以低分子或离子状态存 在。这种杂质不会产生水的外表混浊现象。例如，食盐溶解于水，水仍然是透明 的。低分子物质主要有有机酸、有机碱、氨基酸和碳水化合物等，呈离子状态的 主要有阳离子h + 、n a + 、k + 、c a 2 + 、m 矿、f e 2 + 、m n 2 + 、c u 2 + 、a 1 2 + 、n h 4 + 、o h - 、 h c 0 3 。、c i 。、s 0 2 、n 0 3 等。 水中固体污染物质主要是指固体悬浮物。大量悬浮物排入水体，造成外观恶 化，混浊度升高，改变水的颜色。悬浮物沉于河底淤积河道，危害水体底栖生物 的繁殖，影响渔业生产；沉积于灌溉的农田，则会堵塞土壤孔隙，影响通风，不 利于作物生长。 2 第一章绪论 ( 2 ) 有机污染物 这里的有机污染物是指以碳水化合物、蛋白质、氨基酸以及脂肪等形式存在 的天然有机物质及某些其他可生物降解的人工合成有机物质。这些有机物质主要 来自生活污水和一部分工业污水。 有机污染物排入水体后，使水体中的物质组成发生变化，破坏了原有的物质 平衡。同时，它们也参与水体中的物质转化和循环过程，通过一系列物理、化学、 物理化学和生物化学反应而被分离或分解，使水体基本或完全恢复到原来的状 态，即原有的生态平衡得到恢复。这个过程就是水体自净。地面水体对有机物有 一定的自净能力，污水排入水体后，如果水中有充足的溶解氧，而且还能够不断 地从大气中得到补充，使溶解氧量保持在一定水平以上，说明进入水体的有机污 染物没有超过水体的自净能力。这时有机物在水体中进行的是好氧分解。 如果排入水体的有机污染物过多，大量消耗了水中的溶解氧，从大气补充中 氧也不敷需要，这说明排入的有机污染物超过了水体的自净能力，水体将出现由 于缺氧而产生的一些现象。当溶解氧长期处于4 - 5 m g l 以下时，一般的鱼类就不 能生存。如果完全缺氧。有机污染物将转入厌氧分解，产生硫化氢、甲烷等还原 性气体，使水中动植物大量死亡，而且可使水体变黑变混，发生恶臭，严重恶化 环境。 ( 3 ) 油类污染物 油类污染物主要来自含油污水。水体含油达o o l m g l 即可使鱼肉带有特殊气 味而不能食用。含油稍多时，在水面上形成油膜，使大气与水面隔绝，破坏正常 的充氧条件，导致水体缺氧；油膜还能附在鱼鳃上，使鱼类呼吸困难，甚至窒息 死亡；当鱼类产卵期，在含油污水的水域中孵化的鱼苗，多数产生畸形，生命力 低弱，易于死亡。含油污染物对植物也有影响，妨碍通气和光台作用，使水稻、 蔬菜减产，甚至绝收。 含有石油的污水进入海洋后，造成的危害是很明显的不仅影响海洋生物的 生长，降低海洋的自净能力，而且影响海滨环境。 ( 4 ) 有毒污染物 污水中的有毒药污染物主要有无机化学毒物、有机化学毒物和放射性物质。 无机化学毒物主要是指重金属及其化合物，重金属元素不易或完全不能降 华南理工大学工程硕士学位论文 解，大多数重金属离子及其化合物易于被水中悬浮颗粒所吸附而沉淀于水底的沉 积层中，长期污染水体。某些重金属及其化合物的作用，使重金属物质在体内累 积富集而中毒，甚至导致死亡。 有机化学毒物，主要是指酚、苯、硝基物、有机农药、多氯联苯、多环芳烃、 合成洗涤剂等。这些物质具有较强的毒性。如多氯联苯具有亲脂性，易溶于脂肪 与油中，可能致癌，多环芳烃是致癌物质。 放射性物质是指具有放射性核素的物质。这类物质通过自身的衰变可放射出 a 、b 、y 等射线。放射性物质进入人体后会继续放出射线，危害机体，使人患 贫血、恶性肿瘤等疾病。 ( 5 ) 生物污染物 生物污染物是指污水中含有的致病性微生物。污水及生活污水中含有许多微 生物，大部分是无害的，但其中也可能含有对人体与牲畜有害的病原菌，例如， 制革厂污水中常含有炭疽菌，医院污水中含有病原菌、病毒等。生活污水中含有 能引起肠道系统疾病的细菌和寄生虫卵等。 ( 6 ) 酸碱污染物 酸碱污染物是指污水中含有的酸性污染物和碱性污染物。酸碱物质具有较强 的腐蚀性，可以腐蚀管道和构筑物；排入水体会改变水体的p h 值，干扰水体自 净，并影响水生生物的生长和渔业生产；排入农田会改变土壤的性质，使土地酸 化或盐碱化，危害农作物。 ( 7 ) 营养物质污染物 这里的营养物质是指氮、磷。在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营 养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁 殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼灯及其它生物大量死亡，这种现象称为富 营养化。水体出现富营养化时，浮游生物大量繁殖，因占优势的浮游生物颜色不 同，水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。这种现象在江河湖泊中称为水 华，在海中则叫赤潮。 ( 8 ) 感官污染物 感官污染物是指污水是能引起人们感官上不愉快的污染现象，如使水质产生 混浊、恶臭、异味、颜色、泡沫等。 4 第一章绪论 ( 9 ) 热污染 有些污水水温较高，当排入水体后，会造成水体的热污染，使水中溶解氧降 低，危害水生生物生长甚至导致其死亡。 1 1 3 水质指标 水质指标是对水体进行监测、评价、利用以及污染治理的主要依据。在考虑 和研究污水处理流程和其最终处置方法时，首要的条件是全面掌握污水在物理、 化学和生物学等方面的特征。为此，必须对污水按规定指标进行全面的分析监测。 此外，在污水处理装置的运行管理中，为了控制和掌握污水处理装置的工作状态 和处理效果，也必须定期对处理过程的污水按一定的指标进行监测。水质的分析 监测应按国家规定的标准进行【3 】。 水质指标可以概括分为物理指标、化学指标和生物指标。 ( 1 ) 物理指标 固体物质 污水中的固体物质包括悬浮固体和溶解固体两类，悬浮固体是指悬浮于水中 的固体物质。在水质分析中，将水样过滤，凡不能通过过滤器的固体颗粒称为悬 浮固体。悬浮固体也称悬浮物质或悬浮物，通常用s s 表示，是反映污水中固体 物质含量的一个常用重要水质指标，单位m 鲋。 溶解固体也称溶解物，是指溶于水的各种无机物质和有机物质的总和。在水 质分析中，是指将水样过滤后，将滤液蒸干所提到的固体物质。 溶解固体与悬浮固体两者之和称为总固体。在水质分析中，总固体是将水样 在一定温度下蒸干后所残余的固体物质总量，也称蒸发残余物。 浊度 水中含有泥土、粉沙、微细有机物、无机物、浮游生物等悬浮物和胶体物都 可以使水体变得混浊而呈现一定浊度。浊度是在外观上判断水是否被污染的主要 特征之一。在水质分析中规定：1 l 水中含有l m g s i 0 2 所构成的浊度为一个标准 浊度单位，简称1 度。 臭和昧 臭和味是判断水质优劣的感官指标之一。洁净的水是没有气味的，受到污染 5 华南理工大学工程硕士学位论文 后会产生各种臭昧。常见的水臭味有霉烂臭味、粪便臭味、汽油臭味、臭蛋昧、 氯气味等。臭味的表示方法现行是用文字描述臭的种类，用强、弱等字样表示臭 的强度。比较准确的定量方法是臭闽法，即用无臭水将待测水样稀释到接近无臭 程度的稀释表示臭的强度。 温度 温度也是项重要指标。水温的变化对污水生物处理有很大影响，水温通常 用刻度为o 1 0 c 的温度计测定，深水可用倒置温度计。用热敏电阻温度计能快速 而准确测定温度。水温要在现场测定。 色泽和色度 色泽是指污水的颜色种类，通常用文字描述，如污水呈深蓝色、棕黄色、浅 绿色、暗红色等。 色度是指污水所里现的颜色深浅程度，色度有两种表示方法：一是采用铂钴 标准比色法，规定在1 l 水中含有氯铂酸钾( k e p t c l 6 ) 2 4 9 1 m g 及氯化钴( c o c l 2 6 h 2 0 ) 2 0 0 m g 时，也就是在l l 水中含铂( p t ) l m g 及钴( c o ) 0 5 m g 时所产生的颜色 深浅为1 度( 1 0 ) ；二是采用稀释倍数法，将污水按一定的稀释倍数，用水稀释到 接近无色时的稀释倍数。 电导率 水中存在离子会产生导电现象。电导是电阻的倒数。单位距离上的电导称为 电导率。电导率表示水中电离性物质的总数，间接表示了水中溶解盐的含量。电 导率的大小同溶于水中的物质浓度、活度和温度有关。电导率用k 表示，单位 为s l e m 或1 ( q 锄) 。 ( 2 ) 化学指标 生物需氧量 生物需氧量( 全称生物化学需氧量，习惯上用英文缩写“b o d ”表示) 是 指在温度、时间都一定的条件下，微生物在分解、氧化水中有机物的过程中，所 消耗的溶解氧量，其单位为m 驴或k g m 。 微生物在分解有机物过程中，分解作用的速度和程度与温度和时间有直接关 系。有机物在好氧微生物的作用下降解并转化为c 0 2 h 2 0 及n h 3 的过程，在 2 0 。c 的条件下，一般需要1 0 2 0 天才能完成。为了使测定的b o d 值有可比性， 6 第一章绪论 在水质分析中，规定将水样在2 0 c 条件下培养五天后测定水中溶解氧消耗量作 为标准，测定结果称为五日生化需氧量，以b o d 2 0 表示。生活污水的b o d 5 约为 b o d 2 0 的7 0 左右【4 】。b o d 是反映了水中可被微生物分解的有机物总量。b o d 值越大，则说明水中有机物含量越高，所以b o d 是反映水中有机物含量的最主 要水质指标。b o d 小于l m 鲫表示水体清洁，大于3 - 4 r a g 1 则表示水已受到有机 物的污染。 化学需氧量 化学需氧量( 也称化学耗氧量，习惯上用英文缩写“c o d ”表示) 是指在 一定条件下，用强氧化剂氧化污水中的有机物质所消耗的氧量。常用的氧化剂有 重铬酸钾和高锰酸钾。我国规定的污水检验标准采用重铬酸钾作为氧化剂，在酸 性条件下进行测定，所以有时记作“c o d 。”，单位为m g l 。测定c o d 采用的是 强氧化剂，对大多数的有机物可以氧化到8 5 - 9 6 以上，所以，同一种水质的 c o d 一般高于b o d ，其间的差值能够粗略地表示不能为微生物所降解的有机物。 如果污水中的有机物的数量和组成相对稳定，则两者之间可能有定的比例关 系，可以互相推算求定。生活污水的b o d 与c o d 的比值大致为0 4 0 8 范围。 对于一定的污水而言，一般说来，c o d ) b o d 2 0 ) b o d 5 。 总需氧量 总需氧量( 英文缩写t o d ) 是指在特殊的燃烧器中，以铂为催化剂，在9 0 0 。c 温度下使一定量水样汽化，其中有机物燃烧。再测定气体载体中氧的减少量， 作为有机物完全氧化所需要的氧量。此指标的测定，与b o d 、c o d 的测定相比， 更为快速简便，其结果也比c o d 更接近于理论需氧量。 总有机碳 总有机碳( 英文缩写t o c ) 的测定方法与上述t o d 的测定类似，是用燃烧 法测定水样中总有机碳元素量，来反映水中有机物总量。 有机氮 有机氮是反映水中蛋白质、氨基酸、尿素等含氮有机物总量的一个水质指标。 若使有机氮在有氧的条件下进行生物氧化，可逐步分解为n - 3 、n i - h + 、n o l 、 n 0 3 等形态，n h 3 和n h 4 + 称为氨氮，n 0 2 称为亚硝酸氮，n t 3 称为硝酸氮，这 几种形态的含量均可作为水质指标分别代表有机氮转化为无机物的各个不同阶 7 华南理工大学工程硕士学位论文 段。总氮( n f ) 则是一个包括从有机氮到硝酸氮等全部含量的水质指标。 p h 值 p h 值是指水中氢离子浓度的大小，在数值上等于氢离子浓度的负对数。p h 值是污水的重要水质指标之一。污水呈酸性或呈碱性，一般都是用p h 值来表示。 有毒物质 有毒物质是指污水中含有的某种物质在达到一定的浓度后，能够危害人体健 康、危害水体中的水生生物，或者影响污水的生物处理等。有毒物质有氰化物、 汞、砷化物、镉等。 ( 3 ) 生物指标 作为水质的生物指标主要有细菌总数、大肠菌数、病原菌和病毒等。 细菌总数细菌总数是指1 毫升水中所含有各种细菌的总数。在水质分析 中，是把一定量水接种于琼脂培养基中，在3 7 0 c 条件下2 4 小时后，数出生长 的细菌菌落数，然后计算出每毫升水中所含的细菌数。 大肠菌数大肠菌数是指1 升水中所含大肠菌个数。由于大肠菌在外部环境 中的生存条件与肠道传染病的细菌、寄生虫卵相似，而且大肠菌的数量多，比较 容易检验，所以把大肠菌数作为生物污水指标。 1 2 城市污水处理方法与分级 污水处理，实质就是采用各种手段和技术，将污水中的污染物分离出来，或 将其转化成无害的物质，从而使污水得到净化。污水处理方法主要分为物理处理 法、化学处理法和生物处理法三类。 按照处理程度，污水处理一般可分为一级、二级和三级处理。 一级处理是从污水中去除呈悬浮状态的污染物，多采用物理处理法中的各种 处理单元。由于不能去除污水中呈溶解状态和胶体状态的有机物，因此污水的净 化程度不高，不宜排放，还必须进行二级处理。 二级处理能大幅度地去除污水中呈溶解状态和胶体状态的有机物，多采用生 物处理法，一般污水经过二级处理后已达到向水体排放的标准了。 一级和二级处理法，是城市污水处理常用的方法，又称常规处理法。 第一章绪论 三级处理的任务是进步去除二级处理未能去除的污染物，其中包括微生 物未能降解的有机物、磷、氮和可溶性无机物。三级处理采用的方法多种多样， 化学处理法和生物处理法中的各种处理单元都可用于三级处理。 1 3 污水生物脱氮除磷工艺简介 1 3 1 生物脱氮除磷原理 1 3 1 1 生物脱氮原理 生物脱氮是利用自然界氮的循环原理，采用人工方法予以控制。首先，污水 中的含氮有机物转化成氨氮，而后在好氧条件下，由硝化菌作用变成硝酸盐氮， 这阶段称为好氧硝化。随后在缺氧条件下，由反硝化菌作用，并有外辊碳源提供 能量，使硝酸盐氮变成氮气逸出，这阶段称为缺氧反硝化。整个生物脱氮过程 就是氮的分解还原反应，反应能量从有机物中获取。在硝化与反硝化过程中，影 响其脱氮效率的因素是温度、溶解氧、p h 值以及反硝化碳源。生物脱氮系统中， 硝化菌增长速度较缓慢，所以，要有足够的污泥泥龄。反硝化菌的生长主要在缺 氧条件下进行，并且要有充裕的碳源提供能量，才可促成反硝化作用顺利进行。 由此可见，生物脱氮系统中硝化与反硝化反应需要具备如下条件： 硝化阶段：足够的溶解氧，d o 值2 r a g 1 以上，合适的温度，最好2 0 0 c ，不 能低于1 0 0 c ，足够长的污泥泥龄，合适的p h 条件。 反硝化阶段：硝酸盐的存在，缺氧条件d o 值0 2 m g l 左右，充足的碳源( 能 源) ，合适的p h 条件。 1 3 1 2 生物除磷原理 磷常以磷酸盐( h 2 p o 4 、l p 0 4 2 - 和p 0 4 3 ) 、聚磷酸盐和有机磷的形式存在于 废水中，生物除磷就是利用聚磷菌一类的细菌，在厌氛状态、能释放磷，在好氧 状态能从外部摄取磷，并将其以聚合形态贮藏在体内，形成高磷污泥，排出系统， 达到从废水中除磷的效果。 9 华南理工大学工程硕士学位论文 生物除磷主要是通过排出剩余污泥而去磷的，因此，剩余污泥多少将对脱磷 效果产生影响，一般污泥泥龄短的系统产生的剩余污泥量较多，可以取得较高的 除磷效果。有报道称，当泥龄为3 0 d 时，除磷率为4 0 ，泥龄为1 7 d 时，赊磷率 为5 0 ，而当泥龄降至5 d 时，除磷率为8 7 。 大量的试验观测资料已经完全证实，在生物除磷工艺中，经过厌氧释放磷酸 盐的活性污泥，在好氧状态下有很强的吸磷能力。也就是说，磷的厌氧释放是好 氧吸磷和除磷的前提，但并非所有磷的厌氧释放都能增强污泥的好氧吸磷能力。 磷的厌氧释放可以分为二部分：有效释放和无效释放，有效释放是指磷被释放的 同时，有机物被吸收到细胞内，并在细胞内贮存，即磷的释放是有机物吸收转化 这一耗能过程的偶联过程。无效释放则不伴随有机物的吸收和贮存，内源损耗， p h 变化，毒物作用引起的磷的释放均属无效释放。 在除磷( 脱氮) 系统的厌氧区中，含聚磷菌的回流污泥与污水混合后，在初 始阶段出现磷的有效释放，随着时间的延长，污水中的易降解有机物被耗完以后， 虽然吸收和贮存有机物的过程基本上已经停止，但微生物为了维持基础生命活 动，仍将不断分解聚磷，并把分解产物( 磷) 释放出来，虽然此时释放总量不断 提高，但单位释磷量所产生的吸磷能力将随无效释放量的加大而降低。一般来说， 污水污泥混合液经过2 h r 的厌氧后，磷的有效释放已甚微。在所有释放过程中， 磷的释放量与有机物的转化量之间存在着良好的相关性，在有效释放过程中，磷 的厌氧释放可使污泥的好氧吸磷能力大大提高，每厌氧释放l m 妒，好氧条件下 可吸收2 0 2 4 m g p ，厌氧时间加长，无效释放逐渐增加，平均厌氧释放l m g p 所 产生的好氧吸磷能力将降至l m g p 以下，甚至达到0 5 m g p 。因此，生物除磷系 统中并非厌氧时间越长越好，同时，在运行管理中要尽量避免低p h 值的冲击， 否则除磷能力将大幅度下降，甚至完全丧失，这主要是由于p h 值降低时，会导 致细胞结构和功能损坏，细胞内聚磷在酸性条件下被水解，从而导致磷的快速释 放。 一般情况下，厌氧区的水力停留时间1 - 1 5 h r 即可满足要求。 l o 第一章绪论 1 3 2 可供选择的生物除磷脱氨工艺 所有生物除磷脱氮工艺都包含厌氧、缺氧、好氧三个不同过程的交替循环。 按照构筑物的组成形式、运行性能以及运行操作方式的不同，又分为悬浮型活性 污泥法和固着型生物膜法两大类，应用于城市污水厂的悬浮型活性污泥法污水处 理工艺主要有三个系列：氧化沟系列、a o 系列、序批式反应器( s b r ) 系列。各个系列不断地发展、改进，形成了目前比较典型的工艺有：如a 2 o 工 艺、改良a 2 0 工艺、u c t 工艺、改良u c t 工艺、v i p 工艺、倒置a 2 0 工艺、o r b a l 氧化沟工艺、c a r r o u s e l 一2 0 0 0 氧化沟工艺、双沟式d e 氧化沟工艺、三沟式t 型 氧化沟工艺、c a s t 工艺、s b r 工艺、c a s s m g 工艺、m s b r 工艺、u n i t a n k 工艺等。 应用于城市污水处理厂的固着型生物膜法工艺主要包括b a f 生物滤池、 b 1 0 f o r 生物滤池。 1 3 2 1 氧化沟工艺 氧化沟是活性污泥法的一种改进型，具有除磷脱氮功能，其曝气池为封闭的 沟渠，废水和活性污泥的混合液在其中不断循环流动，因此氧化沟又名“连续循 环曝气池”。过去由于其曝气装置动力小，使池深及充氧能力受到限制，导致占 地面积大，土建费用高，使其推广及运用受到影响，近十年来由于曝气装置的不 断改进、完善及池形的合理设计，弥补了氧化沟过去的缺点。 氧化沟污水处理厂工艺流程图如图l 所示。 图1 氧化沟污水处理厂工艺流程图 华南理工大学工程硕士学位论文 氧化沟的工艺特点 ( 1 ) 工艺流程简单，运行管理方便。省去了初沉池和污泥消化池，当 氧化沟与二沉池合建时又省去了污泥回流设备，所以使处理流程 简单，运行管理更为方便容易。 ( 2 ) 剩余污泥量少，污泥性质稳定。由于氧化沟工艺为延时临时曝气， 水力停留时间长，一般为1 0 - 2 4 h , 污泥龄也长达2 0 3 0 d ，有机物得 到较彻底的降解，产生的剩余污泥量少，并得到了好氧稳定，使 污泥不需消化处理而直接脱水，节省处理费用，也便于管理。 ( 3 ) 耐冲击负荷。由于氧化沟内的循环流量一般为污水量的几十倍至 几百倍，所以循环流量大大地稀释了流入氧化沟的源污水，同时 水力停留时间和污泥龄较长，所以氧化沟具有较强的抗冲击负荷 的能力。 ( 4 )处理效果稳定，出水水质好。氧化沟工艺污泥负荷率低，水力停 留时间长，污泥龄长，同时耐冲击负荷，处理效果稳定。氧化沟 内的溶解氧沿沟长方向不均匀分布，靠近曝气设备的下游区段溶 解氧浓度高，远离曝气设备的区段则缺氧，甚至有些区段还厌氧。 这样沟内相继进行硝化和反硝化，同时聚磷菌交替处于厌氧和好 氧条件下，并交替进行释磷和过量摄取磷，然后将高磷剩余污泥 排放，从而达到生物除磷的目的。所趴氧化沟不仅可去除b o d 5 ， 而且还能脱氮除磷，出水水质好。 ( 5 ) 氧化沟的水深取决于采用的曝气设备，一般为2 5 8 0 m ，所以曝 气设备是氧化沟技术发展的关键，目前国内生产的曝气设备，氧 化沟的水深般在3 5 5 2 m 。 ( 6 )氧化沟工艺自动化程度要求高。 目前在国内外较为流行的氧化沟有：卡罗塞尔氧化沟、奥伯尔氧化沟、双沟 式氧化沟、三沟式氧化沟。 第一章绪论 卡罗塞尔氧化沟是荷兰d h v 公司开发的。该工艺在曝气渠道端部装有 低速表面曝气机。在曝气渠内用隔板分格，构成连续渠道。表曝机把水 流推向曝气机，水流连续经过几个曝气区后经堰口排出。为了保证沟中 流速，曝气渠的几何尺寸和表曝机的设计是至关重要的，d h v 公司往往 要通过水力模型才能确定工程设计。最近d h v 公司又开发了卡罗塞尔 2 0 0 0 型，把厌氧，缺氧，好氧与氧化沟循环式曝气渠巧妙的结合起来，改 变了原调节性差、除磷脱氧效果低的缺点，但水力设计更为复杂。卡罗 塞尔氧化沟的缺点是池深较浅，一般为4 0 m ，占地面积大，土建费用高。 也有将卡罗塞尔氧化沟池深设计为6 m 或更深的情况，但需采用潜水推 流器提供额外动力。 双沟式( d e 型) 氧化沟和三沟式氧化沟( t 型) 氧化沟是丹麦克鲁格公 司开发的。d e 型氧化沟为双沟组成，氧化沟与二沉池分建，有独立的 污泥回流系统，d e 型氧化沟可按除磷脱氮( 或脱氮) 等多种工艺运行。 双沟式氧化沟由两个容积相同，交替进行的曝气沟组成。沟内设有转刷 和水下搅拌器，实现硝化过程。由于周期性的变换进、出水方向( 需启 闭进出水堰门) 和变换转刷和水下搅拌器的运行状态，因此必须通过计 算机控制操作，对自控要求较高。三沟式氧化沟集曝气沉淀于一体，工 艺更为简单。三沟交替进水，两外沟交替出水，两外沟分别作为曝气或 沉淀交替运行，不需设二沉池及污泥回流设备。同d e 型氧化沟相同， 需要的自动化程度高。由于这两种氧化沟采用转刷曝气，池深较浅，占 地面积大。双沟式和三沟式由于各沟交替进行，明显的缺点是设备利用 率低，三沟式的设备利用率只有5 8 ，设备配置多，使一次性设备投资 较大。 奥伯尔( o r b a l ) 氧化沟是氧化沟类型中的重要形式，此法起初是由南非 的休斯曼构想，南非国家水研究所研究和发展的，该技术转让给美国的 e n v i r e x 公司后得到的不断的改进及推广应用。 奥伯尔氧化沟是椭圆型的，通常有三条同心曝气渠道( 也有两条或更多 条渠道) 。污水通过淹没式进水口从外沟进入，顺序流入下一条渠道，由内 沟道排出。 华南理工大学工程硕士学位论文 奥伯尔氧化沟具有同时硝化、反硝化的特性，在氧化沟前面增加一座厌 氧选择池，便构成了生物除磷脱氮系统。污水和回流污泥首先进入厌氧选择 池，停留时间约1 小时，在厌氧池中完成磷的释放，并改善污泥的沉降性， 然后混合液进入氧化沟进行硝化、反硝化，实现除磷脱氮。 奥伯尔氧化沟的缺点是池深较浅，占地面积大的缺点，又因采用表面曝 气，具有能耗大，经常运行费用高的特点。 1 3 2 2 2 0 工艺 a 2 o 工艺是一种典型的除磷脱氮工艺，其生物反应池由a n a e r o b i c ( 厌 氧) 、a n o c ( 缺氧) 和o x i c ( 好氧) 三段组成，其典型工艺流程如图3 。 这是一种推流式的前置反硝化型b n r 工艺，其特点是厌氧、缺氧和好氧三段 功能明确，界线分明，可根据进水条件和出水要求，人为地创造和控制三段的 时空比例和运转条件，只要碳源充中( t k n ，c o d o 0 8 或b o d ，t k n 4 ) 便 可根据需要达到比较高脱氮率。 常规生物脱氮除磷工艺呈厌氧( a 1 ) 觖氧( a 2 ) ，好氧( o ) 的布置形式。 该布置在理论上基于这样一种认识，即：聚磷微生物有效释放磷水平的充分与 否，对于提高系统的除磷能力具有权端重要的意义，厌氧区在前可以使聚磷微 生物优先获得碳源并得以充分释磷。常规a ：o 工艺存在以下三下缺点：由 于厌氧区居前，回流污泥中的硝酸盐对厌氧区产生不利影响；由于缺氧区处 于系统中部，反硝化在碳源分配上居于不利地位，因而影响了系统的脱氮效果； 由于存在内循环，常规工艺系统所排放的剩余污泥中实际只有- - d , 部分经历 了完整的放磷、吸磷过程，其余则基本上未经厌氧状态而直接由缺氧区进入好 氧区，这对于系统除磷是不利的。 1 4 第一章绪论 混合i 夜蚓流 錾2 岔鼬工艺蠹器强 a 2 o 工范特点 ( 1 )厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条彳申下和不同种类微生物菌群 弱骞税结套，齄簿嚣买蠢去藤存撬豹、残氮狳骥熬秘藐。 ( 2 )在同时脱氮除磷去除有机物的工艺中，该工艺流穰最为简单，总 的水力停留时章也不少于同类其他工琵。 f 3 )在获氧缺戴爵氧交替运行下，丝获藏不会太量繁爨，s v i 一羧 小于1 0 0 ，不会发生污泥膨胀。 似)污泥中磷含嫩高，一般为2 5 以上。 f 5 )获氧簸戴滚灵需轻缓搅l 擎，倭之瀑会，蠢疆不攀熬溶解氧荛度。 ( 6 )沉淀池要防j 上发生厌氧、缺氧状态，以避免聚磷菌释放磷而降低 出水水质和反硝人产生n 2 而干扰沉淀。 汀)篪蠡袭采受混合滚强滚凌大枣夔影骧，除磷效栗燹受蠲鋈滚污嚣 中挟带d o 和硝酸态氧的影响，因而脱氮除磷效率不可能提高。 1 3 2 3 改良o 工艺 为了解决9 2 o 工艺豹第一个缺点，靼由于厌戴鹾屠前，圆滚污泥中的硝 酸盐对厌氧鼠产生不衬影响，改良a 2 鳓工艺在厌鼠淹之前增设厌戴，缺氧调节 池，改良a 2 ，o 工艺流程见图3 所示，涞自二沉池的回流污泥和1 0 左右的j e 水进入谖节溉，箨骜酵阍为2 0 , - - 3 0 m i n ，微生物利露约1 0 进水中的有机麴去除 华南理工大学工程硕士学位论文 回流硝态氮，消除硝态氮对厌氧池的不利影响，从而保证厌氧池的稳定性。 改良a 2 o 工艺虽然解决了传统a 2 o 工艺中a 1 段回流硝酸盐对放磷的影 响，但仍有几个缺点： 由于缺氧区位于系统中部，反硝化在碳源分配上居于不利地位，因而影 响了系统的脱氮效果； 由于存在循环，剩余污泥中实际上只有一小部分经历了完整的放磷、吸 磷过程，其余则基本上未经厌氧状态而直接由缺氧区进入好氧区。 增加调节池，占地面积及士建费用需相应增加。 1 3 2 4u c t t 艺 图3 改良a ：o 工艺流程图 u c t 工艺的流程见图4 所示，该工艺与a 2 o 工艺的区别在于，回流污泥 首先进入缺氧段，而缺氧段部分出流混合液再回至厌氧段。通过这样的修正， 可以避免因回流污泥中的n o r n 回流至厌氧段，干扰磷的厌氧释放，而降低磷 的去除率。回流污泥带回的n 0 3 - n 将在缺氧段中被反硝化。当入流污水的 b o d 5 t k n 或b o d 5 ，t p 较低时，较适合u c t 工艺。 1 6 第一章绪论 内回流i 妊1 一圈口蝴 1 3 2 5n u c t 工艺 图4u c t 工艺流程图 m u c t 工艺的流程见图5 所示，该工艺在u c t 工艺的基础上，将缺氧段 一分为二，形成二套独立的内回流。因而，m u c t 是u c t 的改良工艺。进行 这样的改良，与u c t 相比有两个优点：一是克服u c t 工艺不易控制缺氧段的 停留时间，二是避免控制不当，d o 仍会影响厌氧区。 图5m u c t 工艺流程图 m u c t 缺点主要有： ( ! ) m u c t 工艺比传统a 2 ，o 工艺多了一级污泥回流，因此系统的复杂程度 1 7 华南理工大学工程硕士学位论文 和自控要求有所提高，耗能有所增加。 设两个独立的缺氧池，一座缺氧池专门用于除去外回流带来的硝酸盐， 增加了缺氧池体积。 与a 2 o 工艺类似，剩余污泥只有一部分经历了完整的放磷、吸磷过程， 其余部分直接经缺氧、好氧后沉淀排出。 与a ? o 工艺类似，反硝化在碳源分配上处于不利地位，影响系统的脱 氮效果。 1 3 2 6n s b r ( 改良型s b r ) m s b r 是8 0 年代后期发展起来的技术，目前其中的专利技术归美国芝加 哥附近的a q u a a e r o b i cs y s t e m , n c 所有。m s b r 是连续进水、持续出水的反应 器，其实质是a 2 o 系统后接s b r ，因此具有a 2 o 的生物除磷脱氮功能和s b r 的一体化、流程简洁、控制灵活等优点。 m s b r 系统原理图见图6 。 图6m s b r 系统原理图 现将m s b r 系统的运行原理简介如下：污水进入厌氧池，回流活性污泥 第一章绪论 在这里进行充分放磷，然后污水进入缺氧池进行反硝化。反硝化后的污水进入 好氧池，有机物在这里被好氧降解、活性污泥充分吸磷后再进入起沉淀作用的 s b r 池，澄清后的污水被排放。此时另一边的s b r 在1 5 q 回流量的条件下进 行起反硝化、硝化，或起静置预沉的作用。回流污泥首先进入浓缩区进行浓缩， 上靖液直接进入好氧池，而浓缩污泥则进入缺氧池，一方面可以进行反硝化， 另一方面为先消耗掉回流浓缩污泥中的溶解氧和硝酸盐，为随后的厌氧放磷提 供更为有利的条件。在好氧池与缺氧池之间有1 5 q 的回流量，以便进行充分 的反硝化。 由其工作原理可以看出，m s b r 是具有同时进行生物除磷及生物脱氮的污 水处理工艺。采用m s b r 工艺时需注意以下几个问题： a 设备的利用率较低，这是m s b r 系列工艺的通病，m s b r 工艺虽然经 多次改进，设备的利用率仍仅有7 4 。 b 污水厂工程成功业绩欠缺，特别是大型污水厂采用m s b r 工艺的更 少，国内尚无投入运行的m s b r 工艺的污水厂。 c m s b r 工艺中的污泥浓缩池，工艺计算中要求在3 0 分钟内将污泥浓 度提高近3 倍( 例如从2 4 9 1 浓缩到7 e , , a ) ，由于浓缩池底鄂布置欠妥， 污泥堆积无法避免，因此池内m l s s 浓度无法平衡。 d 进入好氧池有4 q ，其中1 5 q 回流至缺氧池，1 5 q 通过s b r 池回流 至污泥浓缩池，1 o q 通过s b r 池沉淀排出，因此好氧池内流向较紊 乱，如何控制1 0 q 从沉淀段排出是有问题的。 e m s b r 工艺各池传动机械设备多，相互之间回流泵多，对控制系统依 赖性大，如果自控系统中某一部分出故障时，将导致全厂运行困难。 f 。一、二期工程均采用a 2 ，o 工艺，要求三期工程的工艺选择应考虑到 整个污水处理厂操作运行管理的方便，而采用m s b r 工艺时，三期运 行管理人员均需重新培训，以前积累的经验得不到发挥，不利于全厂 的统一管理。 1 3 2 7b a f 工艺 现代曝气生物滤池是在生物氧化基础上，引入自来水处理过滤工艺原理基 华南理工大学工程硕士学位论文 础上发展起来的一种新工艺，在8 0 年代初出现在欧洲，主要是在一级强化处 理基础上将生物氧化与过滤结合在一起，滤池后可不设二次沉淀池，通过反冲 洗再生，实现滤池周期运行。由于其性能良好，应用范围逐渐扩大，至9 0 年 代已日趋成熟，在污水二、三级处理领域是b a f 曝气生物滤池发展很快，其 中b i o s t y r 向上流生物滤池是近年来在欧洲发展起来的新一代生物膜污水处 理技术。最近十年世界上已有多个国家和地区建成超过7 0 个b a f 同类型的污 水处理厂，其中规模最大的达到4 1 万m 3 坩。 b a f 工艺属生物膜法，生物膜法主要特点是微生物附着在介质“滤蚪”表 面，形成生物膜，污水同生物膜接触后，溶解的有机污染物被微生物吸附转批 为h 2 0 、c 0 2 、n h 3 和微生物细胞物质，污水得到净化。采用鼓风曝气系统给污 水充氧。溶解的有机污染物转化为生物膜，生物膜经反冲洗脱落下来，从系统 中去除。 b a f 反应池是一种高负荷滤池。微生物附着于全浸没在水中