大连市科技计划项目结题报告

1、大连市科技计划项目结题报告 题目：间歇曝气生物滤池生物脱氮技术与节能研究                                           &

2、#160;                                                 &

3、#160;                           申报单位：大连理工大学环境工程研究设计所有限公司大连市马栏河污水处理厂 项目联系人：张劲松电话#160;  结题日期：2008年12月20日 目录1. 项目内容概述1.1 项目概述

4、1.2 项目的背景2. 参与单位和参与人员介绍2.1单位基本情况2.2 项目参与者简介3. 项目各阶段工作内容3.1 项目的启动及进度概述3.2 实验室研究内容3.2.1 实验室研究概述3.2.2 实验装置及原理3.2.3 反应器的挂膜启动3.2.4 反应器稳定阶段实验结果3.3 马栏河污水处理厂一组生物滤池的工艺改造和运行3.3.1 马栏河污水处理厂基本情况3.3.2 马栏河污水处理厂运行情况3.3.3 马栏河一组生物滤池的改造与运行3.4 项

5、目成果总结与建议4. 项目社会效益与经济效益分析5. 项目资金的使用情况1. 项目内容概述1.1 项目概述曝气生物滤池（BIOFOR）工艺将生物处理与悬浮物去除过程结合在一起，具有过滤、吸附和生物降解功能，是一种高效、先进的污水处理技术。马栏河污水处理厂采用此工艺，设计两级生物滤池，一级为C/N池（脱碳和部分硝化），二级为N池（硝化）。自2001年正式运行以来，生物脱碳、脱氨氮性能稳定。但该工艺不具有生物脱氮功能，无法满足日益提高的污水处理要求。经过一年半理论与实践的研究，在不增加固定投资，不额外投加药剂的前提下，利用短程硝化-反硝化原理，通过对原有运行

6、工艺的改造，已初步实现节能目标，脱氮效果也有所改善。由于冬季运行生物生长缓慢，如延长观察和实践时间，有望进一步提高脱氮性能，最终到达一级A排放标准。1.2 项目的背景     我国是一个水资源缺乏的国家，近年来许多地区缺水现象逐渐加剧。资金和技术已成为制约我国污水处理和回用的两大主要因素。大连是一个严重资源性缺水的城市，人均水资源分别相当于世界和全国平均水平的1/10 和1/4。同时，大连城市中心区每日污水排放量为70 万吨，处理后主要排入近海，利用率较低，如何有效开发非传统水资源，实现污水资源化，是维护城市经济可

7、持续发展的重要问题。曝气生物滤池（BIOFOR）作为一种新型污水处理技术，可显著节约基建投资并减少占地面积，出水水质较好，运行费用低，管理方便，是一种可替代传统技术的污水处理工艺，适合我国国情。大连马栏河污水处理厂地处星海湾商务中心区，是大连市利用世界银行贷款建设的二级城市污水处理厂，服务面积32km2，服务人口30万，总投资2.65亿元人民币。马栏河污水处理厂采用法国Degremont(得利满)集团的曝气生物滤池BIOFOR®(Biological Filtration Oxygenated Reactor)技术，在国内为首例应用。工艺分为一级沉淀和二级生化处理，一级沉淀处理采用了

8、SEDIPAC® 3D（简称S3D）工艺，二级处理采用了BIOFOR® C/N和BIOFOR® N组成的二级曝气生物滤池系统。该厂设计日处理能力为12万吨，其中4万吨回用。随着城市发展，水厂现已超负荷运行，雨季接受水量最高达到了21万吨。该工艺对主要指标COD（化学需氧量） 和氨氮去除效果理想，但该厂建设时未考虑对总氮、总磷的处理，出水总磷总氮指标无法达到2002年国家新颁发的城镇污水处理厂污染物排放标准（GB/T 189182002）一级A标准。一级标准的A 标准是城镇污水处理厂出水作为回用水的基本要求，并且当污水处理厂出水作为城镇景观用水和

9、一般回用水等用途时，必须执行一级标准的A 标准。大连马栏河污水处理厂出水用于绿化和景观水，该厂出水排放至星海中心商务区海域，拥有海水浴场和其他休闲设施，为防止近海海水发生富营养化，出现藻类过度生长，影响海水水质，对排入该海域的水质要求更高。从人民健康和城市形象角度出发，处理出水必须达到较高标准，因此，马栏河污水处理厂出水排放要求达到一级标准的A 标准。2. 参与单位和参与人员介绍2.1单位基本情况(1) 大连理工大学环境工程研究设计所有限公司       Ø企业性质：有限责任

10、公司Ø成立时间：1996年10月17日Ø注册资本：120万元Ø注册地址：大连市中山路158号Ø办公地址：大连市中山路158号Ø法定代表人：全燮Ø总经理：杨凤林Ø联系人：周集体Ø联系方式13304113385Ø员工总数：79人大连理工大学环境研究设计所有限公司依托大连理工大学环境与生命学院的强大研究队伍，同时是具有污水处理甲级资质的独立法人单位，拥有大量的污水生物处理反应器方面的技术经验，多次获奖并拥有多项专利，在污水处理领域具有技术领先优势。大连理工大学环境工程研究设计所有限

11、公司是隶属于大连理工大学的集环境科学与工程技术研究、工程设计、工程建设于一体的环境保护专业研究机构。 环境工程研究所1985年成立，1995年更名为环境工程研究设计所，现更名为环境工程研究设计所有限公司。现有专业技术人员60余人，博士学位研究人员占25%以上，高级专业技术职称的人员占30%以上，拥有：Ø国家建设部：甲级环境工程专项设计证书 0230号Ø国家环保局：甲级环境影响评价证书 1505号Ø国家环保局：环境污染治理设施运营资质证书 国环运营证0727Ø辽宁省建设厅：工程承包资质证书 B3214021

12、020408Ø辽宁省建设厅：安全生产许可证 （辽）JZ安许证字200700427420年来，完成环境影响评价项目200余项，完成环境治理工程设计100余项，完成环境工程施工十余项，拥有专利技术10余项，具有特色的环境工程技术与装备8套，近年还完成环境污染治理技术开发研究50余项，环境科学理论研究项目30余项，现已成为全国颇具影响的环境工程专业研究机构。具有自主知识产权的，与本研究有关的专利及获奖情况：ØVTBR多功能生化反应器（中国专利92111476.1；英国专利GB2276617B）：第八届全国发明展银奖；96年国家环保局重大科技成果；94全国环保技术交易会金

13、奖。Ø组合式生物氧化塔（中国专利92101296.9；美国专利08/02235892）：92年中国石化总公司科技进步奖；93国家环保局科技进步奖；93国家环保局推广应用项目。ØVTBR好氧处理工艺（中国专利00131325.8）ØVTBR厌氧处理工艺（中国专利00131326.6）ØVTBR厌氧-好氧串联处理工艺（中国专利00131550.1）ØVTBR厌氧-好氧-厌氧串联处理工艺（中国专利00131324.X）Ø交替式生物滤池（中国专利00131551.X）Ø厌氧兼氧好氧一体化污水处理方法及回用设备（中国专利0214452

14、4.9）(2) 大连马栏河污水处理厂Ø单位性质： 事业单位Ø单位地址：大连市沙河口区太原街140号Ø单位负责人：曲景泉Ø联系人：曲景泉Ø联系方式：041184352491#216;员工总数：70人马栏河污水处理厂是隶属于大连市排水处的事业编制单位，是大连市利用世界银行贷款兴建的一座二级城市污水处理厂，采用法国得利满公司S3D+Biofor处理工艺，项目总投资2.65亿元人民币，服务面积38.19平方公里，占地面积4.3公顷。设计日处理能力12万吨，其中4万吨可作为中水回用。马栏河污水处理厂现有职工7

15、0人，下设7个车间、部门，中级职称11人，初级职称8人，技师3人，技工36人，该厂自2001年投入运行以来，进水水量，出水水质都已达到设计要求，运行状况良好。马栏河污水处理厂的建成运行对改善我市环境，提高市民生活质量，产生了积极作用和影响。 2.2 项目参与者简介     项目负责人简历Ø大连理工大学环境工程研究设计所有限公司：周集体，男，生于1956年1月，硕士，化学工程专业，教授级高工。国家有突出贡献中青年专家，辽宁省优秀科技工作者，辽宁省优秀青年人才基金获得者，教育部跨世纪人才基金获得者。该同志长期在生产第一

16、线，具有较扎实的科技理论及专业理论基础。主要从事环境生物工程技术研究、环境污染控制技术研究、环境污染过程计算机模拟等。拥有发明专利18项，省部级科技进步奖五项。作为项目负责人完成污染治理项目（包括污水处理、废气处理、固体废弃物处理）100余项，具有丰富的实践经验。张劲松，男，1971年1月出生，博士，大连理工大学环境工程研究设计所。长期从事污水处理新型生物反应器的开发，以及膜生物反应器的膜污染控制，在国内外发表多篇文章。Ø大连市马栏河污水处理厂：乔晓时，男， 1973年12月出生，硕士，高级工程师，大连理工大学环境工程专业毕业，现任大连市排水处监管科科长。该同志长期从事城市

17、污水处理实践工作，19972000年参与了马栏河污水处理厂的建设工程，2001至今先后担任马栏河污水处理厂、春柳河污水处理厂副厂长等职，主要从事生产运行管理工作。先后组织水厂技术改造多项，取得良好的经济效益。在中国给水排水等学术期刊发表论文多篇，其中BIOFOR曝气生物滤池在城市污水处理中的工程应用荣获“大连市环境保护优秀论文”一等奖、“辽宁省自然科学学术成果”学术论文类三等奖。曲景泉，男，1976年3月出生，大学本科，工程师，沈阳建筑大学给排水专业毕业，现任大连市马栏河污水处理厂厂长。曾任马栏河污水处理厂副厂长兼总工程师、排水处技术科科长等职。该同志长期从事城市排水和污水处理实践工作，199

18、8年至今组织实施了排水处科研技改项目30余项，其中防盗排水井盖的研制获得了国家专利，污水/海水水源热泵供热决策研究获得大连市科技进步一等奖，国家高技术研究发展计划(863计划)课题大连城市水环境质量改善技术与综合示范已结题报奖；参与完成了春柳河污水处理厂改造及南线截流工程的项目管理，BOT污水处理厂特许经营协议和监管办法的编制，大连市城市污水处理及再生利用设施“十一五”建设和至2020年远景规划和大连市“十一.五”排水规划的编制工作。（注意添加）许运宏，男，1968年6月出生，大学本科，高级工程师，沈阳建筑大学给排水专业毕业，现任大连市排水处副处长。 该同志长期从事城市排水和污水处理

19、实践工作，1990至今负责过马栏河污水处理厂深海排放工程、污水截流工程及马栏河污水处理厂建设的工程技术管理工作；完成了马栏河污水处理厂、春柳河污水处理厂、老虎滩污水处理厂、凌水污水处理厂、泉水污水处理厂及夏家河污水处理厂等几座污水处理厂特许经营协议的编制工作，并参与完成了大连市城市污水处理及再生利用设施“十一五”建设和至2020年远景规划的编制工作。（注意添加）主要承担人简介刘淼   1973年2月 大学本科  高级工程师王英   1964年9月  大专  

20、0;   工程师    大连市马栏河污水处理厂叶成梅 1970年12月 大专      工程师    大连市马栏河污水处理厂滕艳   1978年10月 大学本科  工程师    大连市马栏河污水处理厂丁元娜 1978年1月 大学本科  工程师  &#

21、160; 大连市马栏河污水处理厂孙丽颖 1978年5月   硕士   工程师    大连理工大学环境工程研究设计所有限公司3. 项目各阶段工作内容3.1 项目的启动及进度概述2007年6月，召开了项目负责人和项目主要参与人员的准备会。项目负责人强调了大连市科技项目的重要性，对参与人员提出了要求。对项目要保质、保量、及时完成。大连理工大学的周集体教授、马栏河污水处理厂的厂长乔晓时高工对项目工作进行了布置。本项目是由大连理工大学环境工程研究设计所有限公司和大连

22、市马栏河污水处理厂合作完成，因此，确定主要方针为“双管齐下，齐头并进”。大连理工大学负责开展项目的小试、中试研究工作，马栏河污水处理厂着手制定工艺改造方案，进行设备采购的前期工作。同时，为保证项目的进行，制定了2个月一次的项目协调会制度，以保证项目的顺利进行。安排了参与人员，具体落实参与人员的工作责任和范围。大连理工大学周集体教授指导一名博士、多名硕士进行实验室的小试、中试研究，大连理工大学张劲松老师带领三位研究所工程师负责小试设备构建和具体试验工作，马栏河污水处理厂负责现场试验的水电气配合工作。    在项目进行过程中，根据实际需要对原有项目进度做了合

23、理调整，延长了实验室研究时间和现场调试时间，以确保高质量的完成项目内容。该项目最终在2007年12月完成实验装置建设；2008年8月完成实验室研究；2008年9月完成实验数据整理分析；2008年 9月底至2008年11月对马栏河污水处理厂一组生物滤池进行工艺改造和运行；2008年12月份提交报告、项目验收。以下将项目分为两个部分进行阐述：第一部分，实验室研究阶段；第二部分，现场调试阶段。3.2 实验室研究内容3.2.1 实验室研究概述大连理工大学按照项目计划，从2007年6月开始，提前进行了反应器的设计和建设准备工作。试实验装置位于大连理工大学环境学院实验室。设备

24、直接投资2.5万元，于2007年12月试验装置主体已经完成，反应器的计算机控制系统已购置，正在进行系统集成和软件编制工作。在实验室研究阶段安排一名博士和多名硕士、本科生，以及研究所工作人员开展研究工作。整个实验工作进展顺利。从2007年12月至2008年8月，在实验室模拟马栏河生物滤池工艺，探索最佳工艺条件，进行了生物脱碳、脱氮研究，调节进水碱度、曝气量等工艺条件，最终实现了短程硝化-反硝化，为实际运行调试做好理论准备和经验积累。3.2.2 实验装置及原理一体化脱氮脱碳反应器试验装置见图1。      图1 一体化

25、脱氮脱碳生物膜反应器  反应器由有机玻璃制成，有效容积360L。底部设曝气装置，两块阻水板将反应器分为一级好氧区、二级好氧区和沉降区，有效容积分别为135L、135L和90L，好氧区域均设置填料。反应器进水口位于一级好氧区填料下部，出水口位于沉降区，溢流出水。硝化反应主要在反应器一级好氧区实现，反硝化反应在二级好氧区实现，利用曝气反洗实现硝化液在这两个分区的循环。为保证二级好氧区较低的溶解氧浓度，必须控制二级好氧区曝气强度和间歇曝气时间。 本试验将主要考察曝气速率、进水水质等工艺因素对反应器脱碳和脱氮的影响。3.2.3 反应器的挂膜启动生物反应器接种来源

26、自大连马栏河污水处理厂，后又采用大连屠宰废水处理场接种硝化细菌。在反应器启动挂膜初期，采用人工模拟污水。人工模拟废水主要由蔗糖、尿素、碳酸氢钠、磷酸氢二钾等配制而成，同时也投加少量的微量元素。待启动挂膜完成以后，反应器采用实际生活污水与模拟污水的混合污水，为着重研究脱氮过程，特别提高了进水的总氮。反应器挂膜阶段对有机物的去除如图2所示，可以看出，随着生物膜的逐渐成熟，在反应器由间歇进水改变为连续进水，在采用实际生活污水，进水COD浓度波动较大的情况下，出水COD浓度则相对比较稳定，平均去除率为82%。挂膜启动基本完成。 图2 启动阶段反应器对COD去除情况 3.2

27、.4 反应器稳定阶段实验结果（1）反应器内溶解氧分布传统脱氮是基于传统好氧硝化缺氧反硝化的原理实现的。对反应器不同区域选择不同的曝气方式，一级好氧区内曝气量基本稳定在540570L/h，二级好氧区的溶解氧主要是一级好氧区水自流带入，必要时进行间歇曝气。进水量在第3049天为20L/h；第5060天，进水量降至15L/h；第6166天，进水量提高至25L/h；第67100天，进水量降至1012L/h。在试验整个过程中，连续监测了不同进水和曝气条件下反应器内各区DO分布，如图3，4，5所示。可以看出，由于反应器独特的构造，在不同的运行条件下溶解氧在反应器水平方向的分布均有一定的梯度。一级

28、好氧区DO浓度最高，平均浓度大于2mg/L，二级好氧区DO平均浓度小于1mg/L，而沉降区溶解氧浓度最低，平均小于0.5mg/L。另外，从图还可以看出，在反应器同一分区的垂直方向，DO分布并不均匀，各区上部DO浓度要高于底部。反应器内DO在水平方向和垂直方向的梯度分布为硝化细菌和反硝化菌在同一反应器内的生长提供了前提条件，也为实现短程硝化-反硝化提供可能。图3 反应器各区上部溶解氧分布情况图4 反应器各区中部溶解氧分布情况 图5 反应器各区底部溶解氧分布情况（2）反应器对有机物的去除反应器挂膜启动后，由于采用实际的生活污水，反应器进水COD波动较大，该阶

29、段进出水COD及其去除率随时间变化如图6所示。前期（3066d）进水平均COD317.34mg/L，出水74.05mg/L，COD去除率76.66%；随着各区生物膜的成熟和生物量的增加，后期（67110d）进水平均COD为280.26mg/L，出水COD降低至48.42mg/L，去除率提高到82.72%，COD去除负荷约为0.19mgCOD/(m3.d)。图6 进出水COD及COD去除率随时间变化 （3）反应器对NH4+-N的去除反应器进出水NH4+-N浓度变化如图7所示。可以看出，硝化细菌的生长比较缓慢，初期（3040d）进水NH4+-N平均为85.11mg/L，出水NH

30、4+-N为85.55mg/L，NH4+-N去除率为-1.54%。这是由于进水中的少量有机氮在微生物的作用下发生了氨化反应，导致出水中氨氮的略微上升。随着反应器内硝化微生物的增长，反应器中出水NH4+-N逐渐下降至45.52mg/L，NH4+-N去除率达到50%左右；中间硝化菌受到进水负荷的冲击，出水中NH4+-N略有波动。最后，稳定运行期间进水NH4+-N平均为74.58mg/L，出水NH4+-N为17.05mg/L，反应器硝化率达到77%。 图7 进出水NH4+-N及NH4+-N去除率随时间变化 在反应器运行硝化效果持续提高阶段，出水NH4+-N浓度的连续下降，

31、而出水中NO3-N浓度有所增加。如图8所示，在反应器达到硝化和反硝化稳定运行阶段（83100d），出水NO2-N为1.6mg/L，NO3-N为18.32mg/L，反应器反硝化率约为60%。图8 出水NO3-N及NO2-N随时间变化情况 该运行阶段，进水TN平均为74.58mg/L，出水NH4+-N17.05mg/L，出水TN36.91mg/L，反应器硝化率77.02%，TN去除率为50.62%。可以看出，反硝化反应是该试验阶段脱氮过程的限制步骤。对该阶段反应器反硝化效率较低的原因进行分析，主要有以下两方面原因。一方面，是由于缺乏有机碳源作为反硝化的电子供体所致。在反应器好氧

32、区位置进水，进水中的有机物大部分被好氧区异养细菌所分解，通过液体循环回流至缺氧区的有机碳源很少。具文献报道进水C/N比达到46时才能满足反硝化的需求，达到最好的脱氮效果。另一方面，是由于硝化反应释放出H离子，消耗碱度，在反应器出水氨氮持续下降、硝化率持续提高阶段，整个反应器内总碱度和pH值呈持续下降趋势。从图9和10可以看出，从70d到82d，一级好氧区内pH值由7.68下降至6.95，碱度由360mg/L下降至100mg/L；二级好氧区内pH值由7.77下降至7.13，碱度由345mg/L下降至105mg/L；沉淀区内pH值由7.77下降至7.07，碱度由360mg/L下降至120mg/L。

33、在硝化反应达到稳定阶段（83100d），由于反硝化反应的发生，反应器内沉淀区和二级好氧区内pH和碱度都有所升高；在后期（94100d），一级好氧区内的pH和碱度也逐渐升高。硝化效果稳定期间，反应器平均进水pH7.58，出水pH7.32；其中一级好氧区、二级好氧区和沉淀区pH分别为7.03、7.28和7.35；稳定运行期间进水平均碱度370.84mg/L，出水平均碱度142.1mg/L，一级好氧区、二级好氧区和沉淀区的碱度分别为132.86mg/L、149.53mg/L和150.82mg/L。按照氧化1g氨氮要消耗碱度7.14g计算，进水中有58mg/L的氨氮被氧化，需要消耗碱度414.12mg

34、/L，显而易见，进水中的碱度是不足以维持硝化反应的，说明在反应器内同时发生的反硝化反应补充了部分的碱度。图9 反应器进水pH和各区pH变化情况   图10反应器进水碱度和各区碱度变化情况               （4）反应器对总氮的去除在前一阶段的工作的基础上，后阶段着重强化生物的脱氮效果。在这一阶段中，随着生物膜的成熟，硝化菌群、反硝化菌群逐渐稳定。通过增加回流量，补充了硝化消耗的碱度，也可为反硝化提

35、供合适的C/N比。调整后出水NH4+-N平均浓度由17.23mg/L下降至8.14mg/L，反应器硝化率平均提高至89.49%。NO3-N浓度也大大降低，最终出水没有出现NO2-N积累现象。相应，反应器出水TN平均浓度也由39.58mg/L下降至9.41mg/L（图13），TN去除率提高至87.46%。图11 出水NH4+-N及硝化率变化情况 反应器出水NO3-N平均浓度由20.08mg/L下降至0.46mg/L，反应器反硝化率平均提高至97.86%。图12 出水NO3-N和NO2-N及反硝化率变化情况图13 进出水TN及TN去除率变化情况（5）短程硝化

36、-反硝化过程研究长期以来，无论是在废水生物脱氮理论上还是在工程实践中，都一直认为废水生物脱氮就必须使NH4+-N经历典型的硝化和反硝化过程才能被完全去除，这条途径也可以称为全程(或完全)硝化-反硝化生物脱氮。实质上，硝化过程的两步反应是由两类菌分别单独完成的，这两类菌在生理特征上也有明显的差别，是可以分开的。对于反硝化过程，无论是NO2-还是NO3-都可以做电子最终受氢体。当反硝化反应以NO2-为电子受体时，可称为短程硝化反硝化，因而整个生物脱氮过程可以通过NH4+-NNO2-NN2这样的途径来完成。与全程硝化反硝化相比，短程硝化反硝化具有如下的优点：(1) 硝化阶段可减少25%左右

37、的需氧量，降低了能耗；(2) 反硝化阶段可减少40%左右的有机碳源，降低了运行费用；(3)可以缩短水力停留时间，在高氨环境下NH4+的硝化速率和NO2-的反硝化速率均比NO2-的氧化速率和NO3-的反硝化速率快，因而水力停留时间可缩短，反应器容积可减小3040%左右；(4) 可减少剩余污泥排放量，亚硝酸菌和硝酸菌的表观产率系数分别为0.040.13gVSS/gN和0.020.07gVSS/gN，NO2-反硝化菌和NO3-反硝化菌表观产率系数分别为0.345gVSS/gN和0.765gVSS/gN，因此短程硝化-反硝化在硝化过程中可少产污泥24%33%，在反硝化过程中可少产污

38、泥50%。(5) 减少了投碱量。由此可见，大量生活污水的生物脱氮处理，短程硝化-反硝化显然具有重要的现实意义。国内外学者对短程硝化-反硝化进行了大量的实验研究，探讨影响亚硝酸盐积累的各种因素，如控制反应器内水温、水中溶解氧分布、游离氨氮浓度、pH、污泥龄等，使反应器内亚硝酸菌成为优势菌群，从而实现短程硝化-反硝化脱氮的目的。在这一阶段实验中，经过不断的调整曝气量、进水量、进水水质等可调节因素，监测反应器内NO2-的变化，驯化培养2个月左右， 开始出现NO2-的积累，同时TN去除率达到72%，标志着短程硝化-反硝化脱氮的实现。之后连续监测50天，实验结果如下。经过前期实验的探

39、索，参考马栏河污水水质，考虑强化研究脱氮过程，提高了进水TN浓度，最终选择实验条件如下表：表1 实验条件（单位：mg/L）项目数值COD320450TN130左右进水碱度530540溶解氧前20天一级好氧区2.03.5；二级好氧区1.52.2后30天一级好氧区2.74.2；二级好氧区1.83.3 进出水NH4+-N浓度及去除率随时间变化如图14所示。在运行的初期NH4+-N的去除率较低，仅为60%左右，出水NH4+-N浓度平均为52 mg/L。分析原因可能是由于曝气量相对较低，一级好氧区和二级好氧区中的DO不高（见表1）。虽然好氧区的DO在理论上满足硝化反应的需求，但由于进

40、水中COD和NH4+-N浓度均较高，使得异养菌生长代谢旺盛，与硝化细菌竞争DO、营养和空间，所以硝化效率不高。此时发现硝化反应成为脱氮的限制步骤，故此在后30天将曝气量提高，各区溶解氧浓度提高（见表1），其它条件基本保持不变。随着运行时间的增加，出水NH4+-N浓度逐渐降低，最后稳定在13 mg/L左右，NH4+-N平均去除率达到90%。一级好氧区和二级好氧区NO2-N和NO3-N浓度变化见图15。一级好氧区中出现了明显的NO2-N积累，平均NO2-N浓度达到了18.5 mg/L，NO3-N浓度为9.6 mg/L，一级好氧区中NO2-N/NOx-N等于66%。二级好氧区中NO2-N浓度低于一级

41、好氧区中的，平均为14.5 mg/L。后阶段，虽然DO值提高，但实验发现在一级好氧区中仍有NO2-N的积累，当运行稳定时一级好氧区和二级好氧区中NO2-N平均浓度分别为31.5 mg/L和24.8 mg/L，NO3-N浓度分别为9.4 mg/L和6.5 mg/L，两区中NO2-N/NOx-N分别等于77%，79%。沉淀区中反硝化效果较好，NO2-N和NO3-N浓度基本都在1.0 mg/L以下，有时还检测不到。前20天，由于硝化效果不高，影响TN的去除，TN的去除率平均仅为52%，去除负荷约为0.090 kgTN/(m3·d)。后30天，TN去除率提高至72%，去除负荷约为0.130

42、kgTN/(m3·d)。见图16。以上实验表明，反应器通过调整运行条件实现了短程硝化-反硝化脱氮的目的。图14 进出水NH4+-N浓度及去除率随时间变化 图15 一级好氧区和二级好氧区中NO2-N和NO3-N随时间变化                            

43、60;   图16 进出水TN浓度及去除率随时间变化 （6）实验部分小结       在反应器好氧挂膜启动后，通过控制曝气量，使反应器内在水平方向和垂直方向上形成了具有不同溶解氧浓度的分区。在一级好氧区、二级好氧区和沉降区形成不同的溶解氧浓度，为反应器各分区硝化菌、亚硝化菌、反硝化菌的优势生长创造了前提条件。随着生物膜的逐渐成熟，反应器对有机物的去除逐步提高，进水COD200400mg/L，出水COD低于50mg/L。调整反应器内回流量、二级好氧区的曝气量、进水碱度，使硝化率

44、提高至89.49%，反硝化率提高至97.86%，TN去除率提高至87.46%。理论上，生物反应器的填料为异养菌（反硝化菌）、自养菌（硝化菌、亚硝化菌）分别占据不同的生态位、形成合理的微环境体系提供了有效的载体，有利于生物脱氮。因此，通过对反应器内环境控制，使亚硝化菌成为优势菌群，最终在一级好氧区和二级好氧区出现了明显的亚硝酸盐积累，实现了短程硝化-反硝化脱氮过程。3.3 马栏河污水处理厂一组生物滤池的工艺改造和运行在对前一阶段实验室研究成果和经验的总结之后，开始对马栏河污水处理厂现有处理工艺和出水分析监测数据进行分析。在2008年9月底，开始调整工艺参数，进行现场实验。选择一组生物滤

45、池完成工艺改造，通过对马栏河污水处理厂现有技术改造和工艺优化，在新工艺条件下降低曝气风机的能源消耗量，并提高脱氮效率。3.3.1 马栏河污水处理厂基本情况大连马栏河污水处理厂工程通过国际招标确定了SEDIPAC 3D + BIOFOR工艺，设计处能力为12 ×104 m3/ d ，其中4 ×104 m3/ d 回用，服务面积为32km2 ，服务人口为35 万人，占地为4. 3 hm2 ，工程直接投资约1. 6 亿元。工程于1998 年11 月开工，2000年9

46、60;月进入调试运行，2001 年7 月通过性能测试并正式投产运行。       马栏河污水处理厂的一级处理采用了SEDIPAC 3D(简称S3D) 工艺，二级处理采用了由BIOFOR C/ N 和 BIOFOR N 组成的二级过滤系统。具体工艺流程见图2。预处理提升泵站前设2台25mm粗格栅，原水经一次提升达到约9m水头。经4台10mm细格栅进入配水渠，并在配水渠内进行预曝气。S3D池共4座，每座均包括曝气沉砂、气浮除油和斜管沉淀三个阶段，总停留时间40

47、.5min。下面是每座S3D池的工艺参数。曝气沉砂阶段，长4m，宽13m，水深4m，设有4个砂斗，停留时间8.5min。4座S3D池总供气量832m3/h，设有曝气头共308个。经重力沉降后，泵至砂水分离器进行砂、水分离，然后外运垃圾填埋场处置。气浮除油阶段，长6.5m，宽13m，水深2.1m，停留时间7.2min。设供气量22m3/h的曝气泵4台，撇油管2台。浮油经撇油管进入油水分离器进行油、水分离，然后外运垃圾填埋场处置。斜管沉淀阶段，长9.3m，宽13m，水深5m，停留时间24.8min，表面负荷14.8m3/m2.h。斜管长度1.5m，倾角60°，采用乙丙共聚板材模压、热焊组

48、合成型，设刮泥机1台，排泥斗4个。经斜管沉淀的污泥（含滤池反冲洗生化污泥）浓度25kg/m3，污泥有机物含量55%。污泥经吸泥泵送至污泥处理单元。每2座S3D池后设1台2mm精格栅，可避免生物滤池的滤头堵塞。利用栅前、栅后液位差，即过栅水头损失来自动控制格栅运行。出水经2mm精格栅后进入滤池配水井，每台格栅对应1列滤池。生物处理全厂共24座BIOFOR®曝气生物滤池，分为2列12组滤池，每组由1座C/N池和1座N池串联组成一个处理单元。每座C/N池长12m，宽6m，滤料厚度4m，设有滤头55个/m2，曝气头68个/m2，气水比1.8，滤速6.7m/h，停留时间35.8min。滤料（B

49、iolite P3.5）粒径36mm，有效粒径3.23.8mm，密度1.251.55kg/L，堆积密度0.750.9kg/L。每座N池长12m，宽6m，滤料厚度4.5m， 设有滤头55个/m2，气水比2.6，滤速6.7m/h，停留时间40.3min。滤料（Biolite L2.7）粒径2.55mm，有效粒径2.52.9mm，密度1.41.7kg/L，堆积密度0.80.9kg/L。滤池反冲洗通过过滤时间和滤池压力等参数进行自动控制，包括快速降水、气洗、气/水反冲洗、漂洗等步骤，冲洗时间35min，反冲洗周期C/N池14h、N池36h。水反冲洗强度1530m/h，气反冲洗强度90m/h，

50、每次冲洗水量680m3，冲洗水量占原水15%。加氯消毒接触池容积700m3，设有折流墙，停留时间21.9min。采用液氯消毒，投加量10g/m3。污泥处理从S3D池来的污泥进入污泥缓冲池，该池直径14m，深度5m，设搅拌机一台。采用瑞典Alfa Laval(阿法拉伐)公司离心脱水机进行离心脱水，含固率2.5%的污泥经缓冲池搅拌均质后，与絮凝剂混合进入离心脱水机，出泥含固率可达25%。目前干污泥产量约20t/d，外运垃圾填埋场处置。污水通过市政截流管道和暗渠汇流进入马栏河污水处理厂，主要是生活污水，含少量工业废水。设计日进水量为12万吨，雨季最大日进水量为21万吨。设计设计原水水质：COD：48

51、0 mg/L，BOD5：216 mg/L，SS：350 mg/L， NH4-N：40 mg/L，PH：69。工艺设计参数具体如下表。表2  马栏河污水处理厂工艺设计参数注：* 为原水与生物滤池反冲洗污水混合水。3.3.2 马栏河污水处理厂运行情况现在水厂为超负荷运行，8月份雨季平均日处理量达到21万吨(超负荷75%)，出水水质依然良好。以下是马栏河污水处理厂2008年8月份出水质量。图17  八月份COD曲线图图18  八月份BOD5曲线图图19  八月份SS曲线图图18 &

52、#160;八月份TN曲线图马栏河2008年8月进水水量平均为21.17万吨/日，在超出设计水量76.4%的条件下运行，出水COD、BOD5、NH4+、PH仍然全部达标，其中NH4+进水平均值15.36mg/L出水全部<0.20mg/L，pH进水平均值7.27，出水平均值6.94，没有在图中赘述。SS受反冲洗影响，15日和31日两天未达标，分别为15mg/L和14mg/L。从图18可见，由于最初设计时没有考虑对TN的处理要求，因此水厂现有工艺条件对TN去除效果非常有限，8月份平均进水TN28.01mg/L，出水20.5 mg/L，TN去除率28.4%，达不到城镇污水处理厂污染物排放标准（G

53、B18918-2002）中一级A类标准。3.3.3 马栏河一组生物滤池的改造与运行经过领导的研究和多方考虑，确定对一组生物滤池的N池停止曝气，降低该N池的溶解氧，为反硝化提供有利条件。马栏河污水处理厂，共24个，12组生物滤池，调整其中一组，对总出水不会有明显影响。现场调试分为两个阶段：10月5日至10月17日为第一阶段，这一阶段主要监测了出水水质，停止曝气后监测COD、BOD5、NH4+、SS的变化，确定这一运行方式的可行性；10月21日至11月14日为第二阶段，增加对出水的监测项目，考察总氮的去除效果。（1）调试第一阶段从9月底正式开始对马栏河污水处理厂的一组生物滤池的改造，停止

54、N池曝气。10月5日开始监测出水水质，考察这一运行方式的可行性。调整运行工艺后，各水质指标变化，如图1922。COD仅有一日没有达标，是由于10月13日进水COD突然升高至443.5mg/L，出水COD升至60.5 mg/L。BOD5有44%的天数没达标，超出一级A排放标准（10mg/L）约30%；SS有33%的天数没有达标，超出标准约40%。NH3-N多数没有达标。图19 调整工艺后COD变化曲线图20 调整工艺后BOD5变化曲线图21 调整工艺后SS变化曲线图22 调整工艺后NH3-N变化曲线显然，停止N池曝气后，对出水水质有一定影响。但考虑刚刚开始

55、调整工艺，生物处理系统需要一段时间适应过程，出水不稳定也是生物反应器驯化阶段的常见情况。因此，决定进一步观察、加强跟踪监测。（2）调试第二阶段           10月21日起，经过双方领导的协商和项目负责人的建议，开始对各池出水进行全面监测，除原有项目外还增加了三态氮（NH4+、NO2-、NO3-）以及TN，分析生物滤池系统脱氮性能。图23 调整工艺后COD变化曲线各出水指标显示，出水效果比前期稳定很多。COD共分析了19天，仅有3天没有达标，达标天数达到84%。更值得注

56、意的是，这一阶段进水的COD平均为443.3mg/L，比前一阶段325.3mg/L高出36%，比八月份进水平均COD(257.9mg/L)高出72%，在这一情况下，调整后的处理系统绝大部份天数仍然保持90%以上的COD去除率。图24 调整工艺后BOD5变化曲线BOD5监测16天，有6天不达标，由前阶段50%天数不达标降到37.5%。八月份BOD5进水平均值只有153.4mg/L，调试第一阶段进水BOD5平均值220.3 mg/L，这一阶段中BOD5值提升至265.3 mg/L。这和外部气候变化，不无关系。气温降低，使得污水在汇集过程中生物降解作用下降；同时降水量减少，使得稀释作用降低

57、，多种因素作用下，进厂的污水水质日趋恶劣，并且水温降低，对生物处理系统来说无疑增加了处理难度。图25 调整工艺后NH3-N变化曲线NH3-N处理效果较好，除第1、2天没有达标外，之后全部达到出水标准。图26 调整工艺后TN的变化曲线八月份，调整运行工艺前，平均进水总氮28.01mg/L，出水总氮20.05 mg/L，总氮去除率28.4%；停止N池曝气后，平均进水总氮39.2mg/L，出水总氮18.7 mg/L，去除率提高到51.9%，效果非常明显，见图27。图27 调整前后TN去除效果比较目前出水总氮还没有达标（<15mg/L），按照进水总氮平均40mg/L

58、计，去除率至少要达到62.5%。以下进一步分析限制总氮去除的控制因素。表3列出了各池的运行条件，图2830描述各池出水氮的存在形态。进水TN主要以氨氮的形式存在，经过C/N池后，85%左右的氨氮都已转化成为硝酸盐氮，亚酸酸盐积累很少。C/N池的出水的溶解氧很高，平均可以达到9.0mg/L，因此在C/N池可以满足脱碳、脱氨氮的要求。调整后的N池溶解氧很低（见表3），处于缺氧/厌氧状态，显然，N池已不具备原有的脱氨氮功能，从图28来看，C/N池和N池的氨氮随时间变化曲线也基本上是重合的。将N池的溶解氧降到缺氧/厌氧条件，目的是为满足反硝化菌的生长需要，使反硝化菌成为N池的优势菌群，实现在N池内脱氮

59、的目的，降低最终出水的TN。图2730描述了各处理步骤出水中N的不同化学形态随时间的变化曲线，可见反硝化仍然是总氮脱除的限制因素，出水TN中亚硝酸盐氮、氨氮含量极低，主要以硝酸盐氮的形式排出。分析N池反硝化效率较低的原因如下：1.pH偏低，一般反硝化最佳7.08.5之间最好，而现在C/N池、N池出水pH都在7.0以下；2.从C/N池出水的BOD5偏低，反硝化菌是异养菌，BOD5过低不能满足反硝化菌的需要，要达到最佳处理效果，进入N池的BOD5应在60100mg/L，而现在平均只有12mg/L；3.运行温度偏低，反硝化最适宜温度为2035，现在是冬季，温度已经降到16；4.运行时间短，N池中的微

60、生物从原来的好氧环境转变成厌氧条件，优势菌群需要从硝化菌群为转变成反硝化菌群，这一过程需要12个月的时间，加之11月份气温较低，需要适应和驯化的时间会更长。5.C/N池的曝气量偏大，使得亚硝酸盐积累太少，不能明显的从分析数据上体现短程反硝化。以上因素综合作用，限制了生物滤池的脱氮效果。 表3 生物滤池的运行参数项目水温溶解氧(mg/L)pH变化区间均值变化区间均值变化区间均值C/N池19.516.016.510.56.59.06.37.06.64N池19.516.016.50.570.250.486.37.06.58 图28 各段NH3-N变化曲线图29

61、 各段NO3-N变化曲线 图30各段NO2-N变化曲线 将NH3-N的硝化控制在大量生成NO2-N阶段，是实现短程硝化-反硝化的关键。从图30来看，进水的NO2-N含量最高，主要是污水的汇集后，没有提供曝气的情况下，极少量氨氮在缺氧条件下氧化生成NO2-N，经过S3D池的气浮和C/N池的大量曝气，C/N池出水中的NO2-N已经很少，NH3-N主要转化成NO3-N。但在实验室研究中发现，NO2-N的积累往往多集中在生物滤池的中上部，这一位置有机物含量较低，溶解氧浓度适宜，容易出先现NO2-N的积累，在滤池出水处，由于反硝化和硝化的作用，NO2-N逐渐消失。理论上，曝

62、气生物滤池采用陶粒作为过滤和生物氧化的介质和载体，进水沿的填料推流而上，但在填料空隙间则为局部紊流，生物滤池在整体上和每一个填料表面所附着的生物膜都存在着基质和溶解氧的浓度梯度分布，这样就为不同生态类型的微生物在生物膜内不同部位占据优势生态位提供了条件。因此，虽然在各级出水没有明显检出NO2-N，但并不排除在生物滤池的某一部分或滤料表面生物膜某一厚度上发生了短程硝化-反硝化过程，从而实现了TN的去除。（3）马栏河一组生物滤池改造工作小结经过45天的调试与运行，证明停止N池曝气是可行的，在进水负荷变化不大的情况下，C/N池曝气量和处理能力就可以满足脱碳、脱氨氮要求。调整运行工艺后，污水处理系统对总氮去除率由原来的28.4%提高到51.9%，效果非常明显。但是，目前出水总氮还没有达标（<15mg/L），按照进水总氮平均40mg/L计，去除率至少要达到62.5%。在各段出水没有明显检出NO2-N，但根据生物滤池的结构特点，并不排除在生物滤池的某一部分或滤料表面生物膜某一厚度上发生