倒置Alt2gtO工藝技術改進的研究-廣州市大坦沙污水處理廠三期工程改造項目

1、中山大學碩士學位論文 倒置A/O工藝技術改進的研究廣州市大坦沙污水處理廠三期工程改造項目 姓名：伍志趼 申請學位級別：碩士 專業(yè)：環(huán)境工程 指導教師：石太宏;袁秀麗20060527倒置A20工藝技術改進的研究廣州市大坦沙污水處理廠三期工程改造項目倒置A20工藝技術改進的研究廣州市大坦沙污水處理廠三期工程改造項目專業(yè)：環(huán)境工程 碩士生： 伍志趼 指導教師：石太宏副教授工程領域導師：袁秀麗教授級高工摘要本文以廣州市大坦沙污水處理廠三期工程為生產試驗基地，在理論研究的基 礎上，運用對比、分析、綜合和優(yōu)化等方法，對常規(guī)倒置A2O工藝進行技術改進 研究，并進一步對進水配水系數(shù)以及內、外回流比對除磷脫氮的

2、影響進行研究與 分析。研究結果表明，改良后的倒置A20工藝在大坦沙污水廠三期工程的實踐與 應用中是切實可行的：(1)從運行結果來看，該工藝對有機污染物的去除效果顯著，除磷脫氮效率 高，污水處理能力達到設計要求的22萬m3d，各項出水指標均穩(wěn)定達到或優(yōu)于沒 計排放標準。(2)增加了浮動的多點進水形式，在保證厭氧段快速降解有機物的前提下， 合理分配厭氧、缺氧池的進水碳源，形成污泥負荷和污泥濃度梯度，抑制絲狀菌 的生長，緩和脫氮和除磷兩者之間的碳源矛盾，提高系統(tǒng)的脫氮除磷能力。(3)通過增設內回流系統(tǒng)，并對污泥外回流R值與混合液內回流r值的分析 與選取，增強了系統(tǒng)反硝化的能力，提高了脫氮效率，強化除

3、磷效果，降低二沉 池的運行負荷，保證出水水質。(4)改良后的系統(tǒng)，增加系統(tǒng)實際運行的靈活性和適應性，可以使系統(tǒng)在運行時進行多種運行模式的切換，提高整個污水處理廠的運行管理能力和處理水平。(5)改良后的倒置A2O處理工藝具有節(jié)能、低耗等經濟效益，比常規(guī)的倒行時進行多種運行模式的切換，提高整個污水處理廠的運行管理能力和處理水平。(5)改良后的倒置A2O處理工藝具有節(jié)能、低耗等經濟效益，比常規(guī)的倒 置A2O處理工藝每年可節(jié)約大概160萬元。本次研究通過調整、優(yōu)化生產運行工藝控制參數(shù)，不斷對工藝進行技術改進， 提高除磷脫氮的效率，并將成果直接應用于實際生產中，取得很好的經濟效益的 社會環(huán)境效益，為現(xiàn)有

4、污水處理廠的工藝改造、生產運行管理以及日后新建污水 處理廠工藝的設計提供實踐經驗的積累和參考，推動污水處理事業(yè)進一步發(fā)展。關鍵詞：污水處理廠、倒置A2O工藝、技術改進、除磷脫氮IIResearchResearchoftechni quei mprovi ngonreversedA20processReconstruc七edproject i n the thi rd phase secti on ofDatanshasewage treatment PIant ofGuangzhouMajor：Environment EngineeringName：Wu ZhijJanSupervisor：S

5、hiTaihong Associate ProfessorProject Domain Advisor：Yuan Xiuli SeniorEngineer(Professor)ABSTRACTBasedon theexamination carried out in the third phase section of Datanshawastewater treatmentplant，throughthetheoretical analysisand variousmethods ofcomparison，analysis，integrationandoptimization，we carr

6、iedout theresearchof the techniqueimprovingon thereverse A20 processAt the same time，we analyzetheinfluenceof the water feeding anddistributionparameter to theNi trogen andPhosphorusremovalprocess andmodifytheprocess tobri ng up itsefficiency in NitrogenandPhosphorus removal，byadjustingtheinternal a

7、ndexternal return systemTheresearch conclusionis theapplicationof modifiedreverse0process tothethird phase projectin Datansha Wastewater Treatment Plant has been proved s11(：cessfu門：lII(1)This(1)Thisprocess is especially effective i n removing the organic polurant and Nitrogen and Phosphorus，which m

8、eets the target of 220 thousandsm3dAnd allthe indicators for the pollutant removal fromthe wastewater havestablyreachedor exceededthestandard1 evel(2)Theadditionalalterablemultiplewater inletscanrestrain the upgrowth of fi】ariaand relieve the conflict between Nitrogen and Phosphorus removal，which en

9、hance the Nitrogen and Phosphorus removal capability(3)The return system strengthens the denitrification capability， improves the Nitrogen removal efficiency and strengthen the effect of Phosphorus removalThrough analysesandselect the parameterofthe internaland externalreturn system，reducesthe loadi

10、nginthesecondaryprecipitator pool，which ensuresthe quality of the water(4)Through improving thereverse A20process，the flexibility and adaptabilityofthesystem hasbeenimprovedThesystem supports multiple modesswitchingduringtheoperation，suchas switchbetweenthereverse multiple inlet0process and the conv

11、entional0process(5)The modifiedreverse A2O process alsoreducethe energy consumptionItcansaveabout1600thousandper year thantheconventional A20 processThe continuous adjustmentandoptimization oftheparameters helpsto identifythesuitablefigurefortheactualproductionprocess contr01 Theresult ofthisstudywo

12、uldbeappied directly to theactualproduction， with the focus ofimproving the efficiency ofsewage treatment andachieve betterefficiency in economy as wellas socialenvironmentandit can offer practiceexperiential reference forrebuilding oftheoldsewagetreatment plant and design of the new sewagetreatment

13、plantKey Words：sewagetreatment plant、 reversed內Process、techniqueimproving、nitrogen and phosphorus removalJV概述第1章概述概述第1章概述11研究背景隨著世界人口的不斷增加，工農業(yè)生產的迅速發(fā)展，人類對淡水資源的需求 量日益增多。另一方面，人類活動在利用淡水資源后，將許多未經處理的受污染 水排入到自然水體中。據(jù)有關資料，發(fā)展中國家95以上的城市污水未加任何處 理就被排入地表水中。污染物進入自然水體，其含量超過水體的自凈能力時，就 會使水質變壞，造成人為的水質污染。地球上可供人類直接利用的淡水

14、資源是十 分有限的，而水體受污染又進一步縮小了可用的水資源，加劇了淡水資源不足的 局面。目前，全世界許多國家和地區(qū)正面臨著淡水資源緊缺的嚴重局面。由于人口眾多，我國人均年徑流量只相當于世界人均占有量的四分之一。不 僅如此，由于地域遼闊，我國的水資源還存在著嚴重的時空分布不均衡性 。不 同地區(qū)與季節(jié)降雨量極不平均，水、旱災害經常發(fā)生，可用的淡水資源和人類居 住地的分布以及生存需要不成比例關系，給水資源合理有效的利用增加了很多困 難。自從我國改革開放以來，隨著國民經濟迅速發(fā)展，地區(qū)城市化、工業(yè)化進程 的加劇，人口密度的急劇增加和高度集中，在有限的區(qū)域需要提供更多的生產及 生活用水，城市污水和工業(yè)污

15、水的排放量與日俱增，水環(huán)境的污染問題日益突出， 許多地區(qū)的江、河、湖泊、海等受納水體都遭受污染，水質持續(xù)的下降給城市景 觀、人民的身心健康和經濟的發(fā)展造成了嚴重的威脅。許多城市出現(xiàn)了水質性缺 水，城市的供水壓力巨大，水環(huán)境污染所造成的水危機已成了制約城市發(fā)展，影 響廣大人民生活水平提高的重要因素。如何保護水資源，讓有限的地表水得到更 合理有效的利用，是城市走可持續(xù)發(fā)展道路所面臨的共同問題。近年，保護水資源的意識在我國逐漸得到提高和重視。加強水質管理，控制 污染，節(jié)約用水等，是防治水體污染的重要措施。1。對城市污水采取適當?shù)拇胧?進行妥善的處理顯得日益迫切，城市污水處理廠的建設、運營以及各式各樣

16、的污水處理工藝、設備、設施的研究已成為世界性的熱門研究課題。許多新型的污水處理新技術、新工藝得以加速研究、開發(fā)和應用。我國的城市污水處理事業(yè)正以前所未有的速度發(fā)展。據(jù)資料顯示。3，2000年底，我國已建成城市污水處理廠處理新技術、新工藝得以加速研究、開發(fā)和應用。我國的城市污水處理事業(yè)正以前所未有的速度發(fā)展。據(jù)資料顯示。3，2000年底，我國已建成城市污水處理廠427座，其中二級生化污水處理廠282座，污水生化處理總規(guī)模己達到1475萬 噸日，二級處理率約為15，用于城市污水處理工程建設的總投資約為150億 元。污水處理能力在逐年提高，到2004年末，我國共有城市污水處理廠637座， 形成污水處

17、理能力4255萬噸日，比2000年增加污水處理廠210座，新增污水 處理能力2780萬噸日。按我國國民經濟發(fā)展計劃和水污染防治規(guī)劃中城市污水 處理規(guī)劃要求：2005年城市污水集中處理率達到45；到2010年，我國城市化 率將達40，城鎮(zhèn)人口總量將從現(xiàn)在的38億增加到67億，城鎮(zhèn)需水量將從 目前的858億m3增加到1290億m3。污水處理率建制鎮(zhèn)不低于50，所有設市 城市不低于60，重點城市不低于70。預計未來5年內我國城市污水處理設計規(guī)模將超過3000萬噸日。 自從1913年，英國的愛爾登(hrdern)和洛開脫(Lockett)在曼徹斯特建立了世界上第一座活性污泥法實驗工廠，現(xiàn)在活性污泥法已

18、成為世界各國廣泛采 用的污水處理方法“1。由于活性污泥法在城市生活污水的處理中具有經濟、高效、 穩(wěn)定等顯著的優(yōu)點，幾十年來，活性污泥法技術有了許多進展，在實際工程中得 到普遍的推廣應用。我國新建及在建的城市污水處理廠所采用的工藝中，各種類 型的活性污泥法仍為主流，占90以上“1。各式各樣的活性污泥法工藝百花齊放、各顯神通，在不同的污水水質凈化中發(fā)揮作用。許許多多的活性污泥法處理工藝，都有良好應用的工程實例。但隨著社會的發(fā)展和人類文明的進步，使現(xiàn)代化工業(yè)得以迅速發(fā)展，人們生 活水平也不斷提高，工業(yè)廢水和生活污水的排放越來越多，大量的化肥、農藥、 洗滌劑等高濃度氮、磷廢水的排除，導致城市污水中氮、

19、磷濃度急劇增加，氮磷 是藻類生長的限制因子，廢水中排放的氮磷會引起藻類的過量繁殖，導致水體的 富營養(yǎng)化”1，對寶貴的水資源構成相當大的威脅，同時引起水體中溶解氧降低， 也影響了處理后污水的復用。氮、磷營養(yǎng)物對水體污染和危害已同BOD為主的有 機污染物一樣，成為水環(huán)境治理的主要矛盾。自七十年代起，水體中氮、磷的控 制就引起世界各國的廣泛注意，我國的氮、磷污染也相當嚴重，許多水體出現(xiàn)了 富營養(yǎng)化跡象。水體富營養(yǎng)化問題已成為世界性的環(huán)境問題，這些都已經引起了 社會及專家的重視。由于采用常規(guī)活性污泥法處理的城市生活污水，經二級處理后的出水中仍含 由于采用常規(guī)活性污泥法處理的城市生活污水，經二級處理后的

20、出水中仍含 有不少的氮和磷。隨著控制水體富營養(yǎng)化問題的突出以及我國對水環(huán)境質量要求 的提高，修訂后的國家污水綜合排放標準(GB8978-1996)也越來越嚴，特別 是對出水氮、磷的要求提高，使得新建城市污水處理廠必須考慮氮磷的去除問題。 歐共體也在1998年實施嚴格的氮、磷排放標準，要求排放水中總氮小于lOmgl， 總磷小于lmg1。1。目前，歐美在新建污水處理設施中考慮脫氮除磷要求，同時 還花大量投資改造現(xiàn)有設備使其達到脫氮除磷效果。因此，新建的城市污水處理 廠的工藝流程不僅要有效地去除BOD和所SS，且具備脫氮除磷功能，才能有效 扼制水體的富營養(yǎng)化問題。隨著人們環(huán)保意識的不斷提高，生物除磷

21、脫氮技術得 到了較大的發(fā)展和應用，通過國家及地方投資建立了多種形式的脫氮除磷城市二 級污水處理廠，為保護水資源發(fā)揮著積極作用。七十年代以來，各國對污水脫氮除磷方面的研究己取得較大的進展，并且已 有一些大規(guī)模的工程投入生產性運行。八十年代以來，生物脫氮除磷工藝已成為 現(xiàn)代污水處理的最大的課題，特別是A2O系統(tǒng)生物脫氮除磷工藝，因其特有的 技術經濟優(yōu)勢和環(huán)境效益，越來越受到人們的高度重視。九十年代末、二十世紀 初，一種基于傳統(tǒng)A2O工藝基礎上改進的“倒置A2O除磷脫氮工藝”新工藝 的研究與試驗日漸成熟，它彌補了傳統(tǒng)A2O工藝的一些缺點，有取代傳統(tǒng)A2O工藝的趨勢。這種倒置的A2O工藝將缺氧段置于厭

22、氧段的前面，強化了系統(tǒng)的 脫氮能力，并且防止回流污泥中的氧對厭氧區(qū)有效釋磷的影響。廣州市大坦沙污水處理廠是廣州市政府制定的全市污水治理總體規(guī)劃中建 成的第一座大型城市污水處理廠。大坦沙污水處理廠分三期建設，一、二期分別 于1989年底和1996年底建成，設計污水處理能力為33萬噸日，采用分點進水 傳統(tǒng)A20工藝。三期擴建工程是一、二期工程的延續(xù)和拓展，建設規(guī)模為22萬 噸日，總投資約227588億元。廠區(qū)地址位于廣卅市荔灣區(qū)大坦沙島上，珠江大橋雙橋路南側，紅線總征地面積109556平方米。污水收集范圍東面以新廣從公路、大金鐘路為界：南面以環(huán)市路為界，同時包括同德小區(qū)、羅沖圍小區(qū)、大 坦沙島、金

23、沙洲等地域；西面以珠江航道岸邊為界；北面以黃石路為界。污水收 集面積約5908平方千米，受益人口約100萬。三期建成后，連同一、二期工程， 污水處理設計能力達55萬m3日，受益人口約250萬。污水處理工藝采用分點 進水倒置A20工藝，有兩條生產線組成，每條生產線11萬噸的處理量。概述12研究的目的及意義概述12研究的目的及意義由于倒置A20工藝還屬于不成熟的研究階段，缺乏廣泛的應用，尤其是大 規(guī)模的生產對比試驗，特別是對傳統(tǒng)A20工藝與倒置A2O工藝的對比分析缺乏 充分、有效的數(shù)據(jù)，而且對于該工藝多點進水的進水分配系數(shù)的設計以及取消內 回流(即將混合液內回流與污泥外回流合并)的形式，還需要進一

24、步的理論分析 與實踐應用驗證。為此，本文以廣州大坦沙污水處理廠三期工程為生產試驗基地， 在的理論研究的基礎上，運用對比、分析、綜合和優(yōu)化等方法，對常規(guī)倒置A20 工藝進行技術改進研究，并進一步對進水配水系數(shù)以及內、外回流比對除磷脫氮 的影響進行研究與分析。本次研究通過調整、優(yōu)化生產運行工藝控制參數(shù)，不斷對工藝進行技術改進， 提高除磷脫氮的效率，并將成果直接應用于實際生產中，取得很好的經濟效益的 社會環(huán)境效益，為現(xiàn)有污水處理廠的工藝改造、生產運行管理以及日后新建污水 處理廠工藝的設計提供實踐經驗的積累和參考，推動污水處理事業(yè)進一步發(fā)展。13研究的主要內容及特色131可行性分析 根據(jù)分析，傳統(tǒng)A2

25、O工藝存在以下三個明顯的缺點：(1)由于厭氧區(qū)居前，回流污泥中的硝酸鹽對厭氧區(qū)產生不利影響； (2)由于缺氧區(qū)位于系統(tǒng)中部，反硝化在碳源分配上居于不利地位，因而影響了系統(tǒng)的脫氮效果 (3)由于存在內循環(huán)，常規(guī)工藝系統(tǒng)所排放的剩余污泥中實際只有一少部分經歷了完整的放磷、吸磷過程，其余則基本上未經厭氧狀態(tài)而直接由缺氧區(qū)進入好氧區(qū)，這對于系統(tǒng)除磷是不利的。 因此引出倒置A2O新工藝：缺氧段在系統(tǒng)首段，與傳統(tǒng)A20工藝的厭氧、缺氧區(qū)位置倒置，反硝化的碳源要求優(yōu)先獲得滿足，強化了系統(tǒng)的脫氮能力，且 可防止回流污泥中的氧對厭氧區(qū)有效釋磷的影響。系統(tǒng)只設置污泥回流一個系4統(tǒng)。但常規(guī)的倒置A2O工藝往往存在進

26、水分配不當?shù)娜秉c，而且由于采用一個 統(tǒng)。但常規(guī)的倒置A2O工藝往往存在進水分配不當?shù)娜秉c，而且由于采用一個 回流系統(tǒng)，懸浮物出水穩(wěn)定性不足，反硝化率也有待提高。所以有必要對常規(guī)的 A2O工藝進行改良與實踐應用研究：(1)增加分點進水方式 A合理分配厭氧、缺氧和好氧池的進水碳源 B形成污泥負荷和污泥濃度梯度，抑制絲狀菌的生長； c通過多點進水、重新分配進水流量，提高生物反應池階段區(qū)域的污泥濃度，減少階段區(qū)域的池容； D解決倒置YO工藝中厭氧池聚磷微生物實際處于一種碳源競爭不利的地位，相應地提高了釋磷的水平(2)增加倒置硝0工藝系統(tǒng)混合液內回流的作用 A增加系統(tǒng)實際運行的靈活性和適應性。 設置內回

27、流可使系統(tǒng)在運行時進行倒置分點進水A2O工藝和傳統(tǒng)A2O工藝等多種設計運行模式的切換，提高整個污水處理廠的運行管理能力和處理水平。 B降低二次沉淀池的運行負荷，保證出水水質 增加系統(tǒng)內回流可降低系統(tǒng)外回流量，降低二次沉淀池的實際表面水力負荷、底流速度和實際固體通量等運行參數(shù)，保證和提高出水水質。c通過增加內回流，解決了污水廠實際運行中缺乏運行調控手段的問題設污泥內、外回流，內回流依據(jù)反硝化率定，可調控，混合液內回流比50 一100；污泥外回流依據(jù)SVI及污泥濃度而定，可調控，外回流比50一100。 內外回流功能明確，可以分別調控，調控手段靈活。D由于增加了內回流，加強了反硝化，從而降低惡劣供氧

28、量 由于lg氨氮氧化成硝酸鹽氮，需氧469，而lg硝酸鹽氮反硝化，將回收2869氧。從理論上講，利用污水的反硝化作用，可能減少62的硝化供氧量，這一事實可明顯節(jié)省能源。 所以說，本次研究是有一定的理論依據(jù)的，也就具備了有實踐研究的可行性。 同時，本次研究直接在現(xiàn)有污水廠中進行生產應用研究，在確保一定的出水指標前提下，不需要增加額外的經濟投入，就能達到預期的研究目的，所以在經 濟上也是可行的。同時，課題能對相關的能耗進行定量分析，也為日后工藝設計 選型與開發(fā)提供了技術支持。132研究主要內容 132研究主要內容 研究首先分析了除磷脫氮的污水處理工藝進行詳細分析，包括磷、氮等有機污染物的產生以及轉

29、化過程，除磷脫氮的原理以及各種相關工藝的去除磷氮的具 體方法和優(yōu)缺點。其次根據(jù)A20與倒置A2O兩種工藝的設計特點，深入研究聚磷微生物在厭 氧釋磷、好氧吸磷的除磷機理，同時分析硝化微生物在好氧硝化、反硝化微生物 在缺氧反硝化的機理以及影響它們歷程和效率的溫度、時間、溶解氧，污水污泥 濃度等一系列的因素的相互關系和作用大小。然后利用目前大坦沙污水處理廠三期工程兩條平行的工藝生產線，對傳統(tǒng) A2O工藝與常規(guī)倒置A2O新工藝進行對比運行，主要是對相關的各種工藝控制 因素、物化影響條件，包括進水比例、厭氧、缺氧及好氧段的溶解氧、污泥回流、 混合液回流、污泥負荷以及污泥齡進行監(jiān)控、調整和分析，對這兩種工

30、藝生化處 理的效果，包括BOD、COD、SS的去除效果以及除磷脫氮的效果進行分析和研究， 得出新、舊工藝的優(yōu)缺點。再根據(jù)上述的分析結果，進一步對分點進水的分配系數(shù)進行計算和實踐，得 出最佳的進水最佳分配系數(shù)，同時針對倒置A20工藝取消內回流(即將內外回 流合并的形式)的方式存在的缺點，創(chuàng)新性地提出并增加內回流的形式，并對回 流的比例進行深入分析，以提高系統(tǒng)生物脫氮的效率。通過直接應用于生產中，并與改良前的常規(guī)倒置A20工藝進行比對分析，得出改良后系統(tǒng)處理效果。 最后通過對系統(tǒng)能耗與運行費用的計算分析，結合改良前后系統(tǒng)的能耗與運行費用的變化，探討經濟效益與環(huán)境、社會效益的相對關系，并得出最終結論

31、。133研究特色 一般的中小型試驗，可以設置固定不變的迸水和操作條件，在設定的理想狀態(tài)下開展研究工作。在實際生產運行中，進水的水質以及操作條件是動態(tài)的，針 對不同的實際情況需要作出相應的對策及措施。本課題研究就是結合實際生產的 需要，根據(jù)實際生產條件的可行性以及現(xiàn)有設施設備的町操作性來開展研究，完 全從實際生產的需要出發(fā)，尋找適合于實際生產的工藝運行模式及工藝控制參數(shù)，并將所研究的成果直接的應用于實際生產中，解決實際生產運行管理的需要， 數(shù)，并將所研究的成果直接的應用于實際生產中，解決實際生產運行管理的需要， 直接產生效益。134研究的基礎條件研究地點選在大坦沙污水處理廠內，三期工程處理水量2

32、2萬噸日，有可容 納研項目的場地，工藝試驗場，及供科研檢測、測試用的常規(guī)化驗室和在線監(jiān)測設備。研究人員以大坦沙污水處理廠的技術人員為主，有中、高級職稱數(shù)人，具有 較高的專業(yè)知識水平和實驗技能，并且長期從事污水處理工作的，具有較豐富的 理論研究水平與實踐分析經驗。文獻綜述第2章文獻綜述文獻綜述第2章文獻綜述21目前國內外生活污水處理的技術現(xiàn)狀21-l 污水生物脫氮除磷的技術分析2111生物脫氨除磷的必要性隨著工農業(yè)生產的發(fā)展，人口的增長，人類賴以生存的水資源正在遭 到多種來源的污染。廢水隊水資源的污染已引起人們極大的關注，特別是作 為生物體的重要營養(yǎng)元素的氮磷，隨污水進入水體以后產生種種嚴重危害

33、， 而目前更普遍的是，氮磷等營養(yǎng)物質進入水體會引發(fā)所謂水體富營養(yǎng)化問 題。水體富營養(yǎng)化以后，藻類異常繁茂，水味變得腥臭難聞。一些藻類能夠 分泌和釋放毒性物質。1，例如藍藻門的不定腔球藻(coclosphaerium)，銅 銹微囊藻(MicrocysticsAeruginosa)等能分泌藻青脘(Phycyan)這樣的 帶有毒性的物質，這類物質被人蓄飲用后會引發(fā)消化道炎癥。藻類死亡后腐 爛分解，大量消耗溶解氧，嚴重時可使水體呈厭氧狀態(tài)，致使魚類等需氧水 生生物難以生存，藻類的異常繁殖還給城市水廠的正常運行帶來困難，制水成本上升，自來水帶有異味，因此，廢水中氮、磷的處理已成為當前廢水處理中的熱點。

34、二次大戰(zhàn)以來，全世界因水體富營養(yǎng)化引發(fā)的重大污染事件層出不窮，近年來更有加劇趨勢。在我國，隨著經濟建設的高速發(fā)展，水體富營養(yǎng)化問 題也已經到了十分嚴重的地步。而且由于控制不力，該狀況仍在進一步惡化， 國內的幾大湖泊如無錫的太湖，昆明的滇池、武漢的東湖、北京的昆明湖、 南京的玄武湖、杭州的西湖等都無一例外地出現(xiàn)了富營養(yǎng)化問題。作為當?shù)?人們賴以生存的水源地，由于水體的富營養(yǎng)化不僅使?jié)O牧業(yè)蒙受巨大損失， 而且隊城市供水業(yè)造成嚴重影響，水中藻類不僅堵塞濾池，使制水效率嚴重 下降，而且還使消毒劑用量大增，自來水異味很大，甚至藻類產生的某些物 質與消毒劑作用生成“三致”物質，對人群健康構成威脅。與內地封

35、閉性水文獻綜述域的富營養(yǎng)化問題相對應，我國沿海的赤潮發(fā)生頻率也越來越高，水污染給文獻綜述域的富營養(yǎng)化問題相對應，我國沿海的赤潮發(fā)生頻率也越來越高，水污染給 漁業(yè)生產帶來損失，使受災漁民生活、生產困難。工業(yè)生產過程中排放的含氮、磷廢水，人類在生活過程中產生的廢水， 農田里氮肥、磷肥隨雨水沖淋流入河道，使水體中含氮、磷量升高。水體中 含氮、磷量升高所帶來的危害性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)磷是微生物生長所必須的元素。水體中含磷量的增加造成水體富 營養(yǎng)化，其結果會使某些種類的藻惡性繁殖，當大量的這些藻類死亡時，會 消耗水中大量溶解氧，從而引起水中魚類的大量死亡，水體質量變差。(2)給水廠制水過程中

36、因水體含氮量高而需增加投氮量，增加了給水 處理的成本。(3)還原態(tài)氮排入水體因硝化作用耗去水中大量的氮，造成水體黑臭。 (4)水體游離態(tài)NH。存在會對人和水生動物有毒害作用。 (5)水中氨氮對會屬銅腐蝕嚴重。 綜上所述，水體富營養(yǎng)化嚴重降低了水資源的利用價值，對于城市經濟、整治和自然環(huán)境構成了嚴重威脅。常規(guī)活性污泥法能滿足COD、BOD、SS的去除率，但對氮、磷的去除是有一定限度的，僅從剩余污泥中排除氮、磷，其去除率氮約1025，磷約1219，達不到上述要求。因此，必須對污水采用脫氮除磷工藝。2112污水可生物處理的衡量指標 (1)可生化性指標 BOD；和COD是污水生物處理過程中常用的兩個水

37、質指標，用BOD；COD值評價污水的可生化性是廣泛采用的一種最為簡易的方法91，一般情況下， BOD。COD值越大，說明污水可生物處理性越好，綜合國內外的研究成果， 可參照表2112中所列的數(shù)據(jù)來評價污水的可生物降解性能。表2-1 污水可生化性評價參考數(shù)據(jù)文獻綜述(2)文獻綜述(2)BOD。TN該指標是鑒別能否采用生物脫氮的主要指標，由于反硝化細菌是在分 解有機物的過程中進行反硝化脫氮的，在不投加外來碳源條件下，污水中必 須有足夠的有機物(碳源)，才能保證反硝化的順利進行，一般認為， BOD；TN3。5，即可認為污水有足夠的碳源供反硝化菌利用。(3)BOD。TP該指標是鑒別能否采用生物除磷的主

38、要指標，一般認為，較高的BODs 負荷可以取得較好的除磷效果，進行生物除磷的低限是BOD；TP=20，有機 基質不同對除磷也有影響。一般低分子易降解的有機物誘導磷釋放的能力較 強，高分子難降解的有機物誘導磷釋放的能力較弱。而磷釋放得越充分，其攝取量也就越大。2113生物脫氮除磷原理(1)生物脫氮原理 生物脫氮是利用自然界氮的循環(huán)原理，采用人工方法予以控制，首先，污水中的含氮有機物轉化成氨氮，而后在好氧條件下，由硝化菌作用變成硝 酸鹽氮，這階段稱為好氧硝化。隨后在缺氧條件下，由反硝化菌作用，并有 外加碳源提供能量，使硝酸鹽氮變成氮氣逸出，這階段稱為缺氧反硝化。整 個生物脫氮過程就是氮的分解還原反

39、應，反應能量從有機物中獲取。在硝化 與反硝化過程中，影響其脫氮效率的因素是溫度、溶解氧、PH值以及反硝化碳源。生物脫氮系統(tǒng)中，硝化菌增長速度較緩慢，所以，要有足夠的污泥 泥齡。反硝化菌的生長主要在缺氧條件下進行，并且要有充裕的碳源提供能量，才可促使反硝化作用順利進行。 由此可見，生物脫氮系統(tǒng)中硝化與反硝化反應需要具備如下條件“： 硝化階段：足夠的溶解氧，DO值2mg1以上，合適的溫度，最好20，不能低于10。C，足夠長的污泥泥齡，合適的PH條件。 反硝化階段：硝酸鹽的存在，缺氧條件DO值02mg左右，充足的碳源(能源)，合適的PH條件。生物脫氮過程如圖2 1所示。10文獻綜述異養(yǎng)型細菌文獻綜述

40、異養(yǎng)型細菌 硝化細菌反硝化細菌+有帆物含氮有機物+NHa+一NN0，一NN，(氨化作用) (硝化作用)(反硝化作用)圖2 1生物脫氮過程示意圖(2)生物除磷原理 磷常以磷酸鹽(H。PO。一、HP04”和PO。)、聚磷酸鹽和有機磷的形式存在于廢水中，生物除磷就是利用聚磷菌一類的細菌，在厭氧狀態(tài)，能釋放磷， 在好氧狀態(tài)能從外部攝取磷，并將其以聚合形態(tài)貯藏在體內，形成高磷污泥， 排出系統(tǒng)，達到從廢水中除磷的效果3。生物除磷主要是通過排出剩余污泥而去除磷的，因此，剩余污泥多少 將對脫磷效果產生影響，一般污泥泥齡短的系統(tǒng)產生的剩余污泥量較多，可 以取得較高的除磷效果。有報道稱，當泥齡為30d時，除磷率為

41、40，泥齡為17d時，除磷率為50，而當泥齡降至5d時，除磷率達87。大量試驗觀測資料已經證實，在生物除磷工藝中，經過厭氧釋放磷酸 鹽的活性污泥，在好氧狀態(tài)下有很強的吸磷能力，也就是說，磷的厭氧釋放 是好氧吸磷和除磷的前提，但并非所有磷的厭氧釋放都能增強污泥的好氧吸 磷能力。磷的厭氧釋放可以分為二部分：有效釋放和無效釋放，有效釋放是 指磷被釋放的同時，有機物被吸收到細胞內，并在細胞內貯存，即磷的釋放 是有機物吸收轉化這一耗能過程的偶聯(lián)過程。無效釋放則不伴隨有機物的吸 收和貯存，內源損耗，PH變化，毒物作用引起的磷的釋放均屬無效釋放。在除磷(脫氮)系統(tǒng)的厭氧區(qū)中，含聚磷菌的回流污泥與污水混合后，

42、 在初始階段出現(xiàn)磷的有效釋放，隨著時間的延長，污水中的易降解有機物被 耗完以后，雖然吸收和貯存有機物的過程基本上已經停止，但微生物為了維 持基礎生命活動，仍將不斷分解聚磷，并把分解產物(磷)釋放出來，雖然 此時釋磷總量不斷提高，但單位釋磷量所產生的吸磷能力將隨無效釋放量的 加大而降低。一般來說，污水污泥混合液經過2h的厭氧后，磷的有效釋放 己甚微。在有效釋放過程中，磷的釋放量與有機物的轉化量之間存在著良好 的相關性，在有效釋放過程中，磷的厭氧釋放可使污泥的好氧吸磷能力大大文獻綜述提高，每厭氧釋放lmgP，好氧條件下可吸收2024mgP，厭氧時蒯加長，文獻綜述提高，每厭氧釋放lmgP，好氧條件下

43、可吸收2024mgP，厭氧時蒯加長， 無效釋放逐漸增加，平均厭氧釋放lmgP所產生的好氧吸磷能力將降至lmgP 以下，甚至達到05mgP。因此，生物除磷系統(tǒng)中并非厭氧時問越長越好， 同時，在運行管理中要盡量避免低PH的沖擊，否則除磷能力將大幅度下降， 甚至完全喪失，這主要是由于PH降低時，會導致細胞結構和功能損壞，細胞內聚磷在酸性條件下被水解，從而導致磷的快速釋放。 一般情況下，厭氧區(qū)的水力停留時間l15h即可滿足要求。212常用的污水生物除磷脫氮工藝 污水的氮、磷去除技術研究在四十年前就開始了。污水脫氮除磷可供選擇的處理方法通常有生物處理法及物理化學法兩大類。物理化學法，可分為吹脫法、折點加

44、氯法、離子交換法、電滲析、反滲析和化學加藥等方法，經過近階 段的研究和試驗表明，對除磷作用明顯，但對氮的脫除工藝比較繁復，而且這 些方法由于造價及經常運行費都高，不太適用于大規(guī)模的污水處理，因此，城 市污水處理中一般不推薦采用物理化學法進行污水脫氮。一般生物處理方法中又分活性污泥法和生物膜法二種，由于生物處理方法 具有處理效益高，運行穩(wěn)定，運轉經驗豐富，操作環(huán)境良好等優(yōu)點，因此對城 市污水進行脫氮除磷，生物處理脫氮除磷的方法是其中的首先方案。生物處理 法是模擬自然界生物對氮、磷降解的方法。氨氮在微生物的作用下產生硝化和 反硝化反應從而達到去除氮的目的。磷在微生物的作用下通過厭氧釋放和好氧 超量

45、吸收，最終以剩余污泥方式從水中去除。所有生物除磷脫氮工藝都包含厭氧、缺氧、好氧三個不同過程的交替 循環(huán)“。按照構筑物的組成形式、運行性能以及運行操作方式的不同，又 分為懸浮型活性污泥法和固著型生物膜法兩大類，應用于城市污水廠的懸浮 型活性污泥法污水處理工藝主要有三個系列“：氧化溝系列、序批式反應 器SBR系列、AO系列。各個系列不斷地發(fā)展、改進，形成了目前比較典型的工藝有：如O工藝、改良A20工藝、UCT工藝、改良UCT工藝、VIP 工藝、倒置A2O工藝、ORBAL氧化溝工藝、CARROUSEL一2000氧化溝工藝、 雙溝式DE氧化溝工藝、三溝式T型氧化溝工藝、CAST工藝、SBR工藝、MSB

46、R文獻綜述工藝、UNITANK工藝等。應用于城市污水處理廠的固著型生物膜法工藝主要文獻綜述工藝、UNITANK工藝等。應用于城市污水處理廠的固著型生物膜法工藝主要 包括BAF生物濾池； BIOFOR生物濾池。在國內城市污水處理廠，各種生化 處理工藝所占的比例的情況如下表：表22國內常見生化工藝在城市污水處理廠的比例21-21除磷脫氮活性污泥法 (1)A20工藝 A2O工藝的生物反應池由ANAEROBIC(厭氧)、ANOXIC(缺氧)和OXIC(好氧)三段組成。在池體的設計上，厭氰、缺氧和好氧三段在結 構上有墻體分開，通過墻體上所丌的孔洞實現(xiàn)水力連接，界線分明， 功能明確，可以根據(jù)進水條件和出水

47、要求，人為的控制三段的時空比 例和運轉條件。污水經過生物反應池厭氧、缺氧和好氧三段的處理，實現(xiàn)對污水中BOD、SS、T P、T-N的有效去除。只要碳源充足(TKNCOD008或BODTKN4)便可根據(jù)需要達到比較高的脫氮率“41 。A20工藝流程如圖2 2所示。圖22A2O工藝流程圖 在生物脫氮除磷工藝流程中，厭氧段的功能是使除磷微生物釋放磷，此時，污水中磷的濃度增高，溶解性有機物被微生物細胞吸收使污文獻綜述水中的BOD濃度下降，NHLN因細胞的合成有部分被去除，污水中的文獻綜述水中的BOD濃度下降，NHLN因細胞的合成有部分被去除，污水中的 NH4+-N濃度下降，NO。一一N濃度不變“6。”

48、。在缺氧段，反消化菌利用污水中的有機物作碳源，將從好氧段回 流過來的混合液中的NO。一N及NO。一N還原為N。氣釋放到空氣中，此時， 污水中BOD的濃度下降，N03-N濃度大幅下降。在好氧段，有機物被微生物降解，BOD濃度大幅下降，有機氮被硝 化，污水中NO。一-N的濃度增高，隨著除磷微生物對磷的過量攝取，污 水中的磷轉移到微生物體(活性污泥)中，污水中磷的濃度顯著下降。A20工藝通過以上生物反應池厭氧、缺氧和好氧三段的處理，實 現(xiàn)同時完成微生物對有機物的去除、硝化和反硝化脫氮、磷的過量攝 取而被去除的功能。(2)改良A2O工藝 為了解決A2O工藝的第一個缺點，即由于厭氧區(qū)居前，回流污泥中的硝

49、酸鹽對厭氧區(qū)產生不利影響，改良A20工藝在厭氧池之前增設厭氧缺氧 調節(jié)池，改良A2O工藝流程見圖2-3所示“ ，來自二沉池的回流污泥和10 左右的進水進入調節(jié)池，停留時間為2030min，微生物利用約10進水中的 有機物去除回流硝態(tài)氮，消除硝態(tài)氮對厭氧池的不利影響，從而保證厭氧池 的穩(wěn)定性。圖2 3改良A2O工藝文獻綜述改良A2O工藝雖然解決了傳統(tǒng)A2O工藝中A1段回流硝酸鹽對放磷的文獻綜述改良A2O工藝雖然解決了傳統(tǒng)A2O工藝中A1段回流硝酸鹽對放磷的 影響，但仍有幾缺點：A由于缺氧區(qū)位于系統(tǒng)中部，反硝化在碳源分配上居于不利地位，因而 影響了系統(tǒng)的脫氮效果B由于存在內循環(huán)，剩余污泥中實際上只

50、有一少部分經歷了完整的放 磷、吸磷過程，其余則基本上未經厭氧狀態(tài)而直接由缺氧區(qū)進入好氧區(qū)。C增加調節(jié)池，占地面積及土建費用需相應增加。(3)UCT工藝 UCT工藝的流程見圖24所示，該：1：藝與A2O工藝的區(qū)別在于，回流污泥首先進入缺氧段，而缺氧段部分出流混合液再回至厭氧段。通過這樣的修正，可以避免因回流污泥中的N03-N回流至厭氧段，干擾磷的厭氧釋放， 而降低磷的去除率。回流污泥帶回的NO。一N將在缺氧段中被反硝化。當入流 污水的BOD。TKN或BOD；TP較低時，較適用UCT工藝。內回流I(r=100200)圖24UCT工藝流程圖(4)MUCT工藝MUCT工藝的流程如圖2 5所示。該工藝系

51、在UCT工藝的基礎上，將缺 氧段一分為二，形成二套獨立的內回流。因而，MUCT是UCT的改良工藝。 進行這樣的改良，與UCT相比有兩個優(yōu)點：一是克服UCT工藝，不易控制缺 氧段的停留時間，二是避免控制不當，DO仍會影響厭氧區(qū)。文獻綜述內回流1(r=100200)自回流(100200)文獻綜述內回流1(r=100200)自回流(100200)圖2-5 MUCT工藝流程圖 MUCT缺點主要有： AMUCT工藝比傳統(tǒng)A2O工藝多了一級污泥回流，因此系統(tǒng)的復雜程度和自控要求有所提高，耗能有所增加。 B設兩個單獨的缺氧池，一座缺氧池專門用于除去外回流帶來的硝酸鹽，增加了缺氧池體積。c與A20工藝類似，剩

52、余污泥只有一部分經歷了完整的放磷、吸磷過程，其余部分直接經缺氧、好氧后沉淀排出。D與A20工藝類似，反硝化在碳源分配上處于不利，影響脫氮效果。(5)AAO及其改進工藝進行分析比較表23AAO及其改進工藝的分析比較表16文獻綜述2122氧化溝工藝文獻綜述2122氧化溝工藝氧化溝又稱連續(xù)循環(huán)曝氣池，污水和活性污泥的混合液在封閉的環(huán) 狀曝氣渠道中不斷循環(huán)流動，兼有完全混合和推流的特性，是活性污泥法 的一種改進型。氧化溝的水力停留時間長達lO40h，污泥齡長達2030d， 有機負荷很低005015kgBOD。kgMLSSd，屬于延時曝氣性污泥法。氧化溝 運行成本低，構造簡單，一般采用表面曝氣，從而省掉

53、了鼓風機房、易于維護 管理、應用廣泛。在氧化溝前增設厭氧池，在溝體前(內)增設缺氧區(qū)，形成改良型氧化溝。 它具有生物脫氮除磷功能，不需要混合液回流。但傳統(tǒng)氧化溝具有充氧動力效 率低，能耗較高，占地面積較大等缺點。目前在國內外較為流行的氧化溝工藝有：卡羅塞爾式氧化溝、奧伯爾氧化 溝、雙溝式氧化溝和三溝式氧化溝。21”1。(1)卡羅塞爾氧化溝是荷蘭DflV公司開發(fā)的。該工藝在曝氣渠道端部 裝有低速表面曝氣機。在曝氣渠內用隔板分格，構成連續(xù)渠道。表曝機把水 流推向曝氣區(qū)，水流連續(xù)經過幾個曝氣區(qū)后經堰口排出。為了保證溝中流速， 曝氣渠的幾何尺寸和表曝機的設計是至關重要的，DHV公司往往要通過水力 模型

54、才能確定工程設計。最近DHV公司又開發(fā)了卡羅塞爾2000型，把厭氧 缺氧好氧與氧化溝循環(huán)式曝氣渠巧妙的結合起來，改變了原調節(jié)性差，除 磷脫氮效果低的缺點，但水力設計更為復雜?？斎麪栄趸瘻系娜秉c是池深 較淺，一般為4Om，占地面積大，土建費用高。也有將卡羅塞爾氧化溝池 深設計為6m或更深的情況，但需采用潛水推流器提供額外動力。典型的卡 羅塞爾(Carrousel)氧化溝布置形式如圖26所示“ 。绔-一、t一J，、：o、表面機械曝oe器野。一t-一水力方自一?绔圖2-6Carrousel工藝流程圖文獻綜述(2)雙溝式(DE型)氧化溝和三溝式(T型)氧化溝是丹麥克魯格公文獻綜述(2)雙溝式(DE型

55、)氧化溝和三溝式(T型)氧化溝是丹麥克魯格公 司開發(fā)的。DE型氧化溝為雙溝組成，氧化溝與二沉池分建，有獨立的污泥 回流系統(tǒng)，DE型氧化溝可按除磷脫氮(或脫氮)等多種工藝運行。雙溝式 氧化溝足由兩個容積相同，交替進行的曝氣溝組成。溝內設有轉刷和水下攪拌器，實現(xiàn)硝化過程。由于周期性的變換進、出水方向(需啟閉進出水堰門)和變換轉刷和水下攪拌器的運行狀態(tài)，因此必須通過計算機控制操作，對自 控要求較高。三溝式氧化溝集曝氣沉淀于一體，工藝更為簡單。三溝交替進 水，兩外溝交替出水，兩外溝分別作為曝氣或沉淀交替運行，不需設二沉池 及污泥回流設備。同DE型氧化溝相同，需要的自動化程度高。由于這兩種 氧化溝采用轉

56、刷曝氣，池深較淺，占地面積大。雙溝式和三溝式由于各溝交 替進行，明顯的缺點是設備利用率低，三溝式的設備利用率只有58，設備 配置多，使一次性設備投資較大。(3)奧伯爾(orbal)氧化溝是氧化溝類型中的重要形式，此法起初是 由南非的休斯曼構想，南非國家水研究所研究和發(fā)展的，該技術轉讓給美國 的Envirex公司后得到的不斷的改進及推廣應用。 。奧伯爾氧化溝是橢圓型的，通常有三條同心曝氣渠道(也有兩條或更 多條渠道)。污水通過淹沒式進水口從外溝進入，順序流入下一條渠道，由 內溝道排出。奧伯爾氧化溝具有同時硝化、反硝化的特性，在氧化溝前面增加一座 厭氧選擇池，便構成了生物除磷脫氮系統(tǒng)。污水和回流污

57、泥首先進入?yún)捬踹x 擇池，停留時間約1小時，在厭氧池中完成磷的釋放，并改善污泥的沉降性， 然后混合液進入氧化溝進行硝化、反硝化，實現(xiàn)除磷脫氮。奧伯爾氧化溝的缺點是池深較淺，。般為43m左右，占地面積較大，因為池型為橢圓型，對地塊的有效利用較差。 綜上所述，氧化溝因具有池深淺，占地面積大的缺點，又因采用表面曝氣，具有能耗大，經常運行費用高的缺點。2123常用的序批式活性污泥法(按時間分割的問歇式活性污泥法) 序批式活性污泥法，又稱間歇活性污泥法，把生物反應與沉淀合二為一。文獻綜述近幾年來，已發(fā)展成為多種形式，主要有傳統(tǒng)SBR、ICEAS、CAST、uNITANK工文獻綜述近幾年來，已發(fā)展成為多種形

58、式，主要有傳統(tǒng)SBR、ICEAS、CAST、uNITANK工 藝等。(1)MSBR(改良型SBR) MSBR是八十年代后期發(fā)展起來的技術，目前其中的專利技術歸美國芝加哥附近的Aqua Aerobic System，Inc所有。MSBR是連續(xù)進水、連續(xù)出水 的反應器，實質是A20系統(tǒng)后接SBR，因此具有A2O的生物除磷脫氮功能 和SBR的一體化、流程簡潔、控制靈活等優(yōu)點。MSBR系統(tǒng)原理圖見圖27圖27MSBR系統(tǒng)原理圖現(xiàn)將MSBR系統(tǒng)的運行原理簡介如下：污水進入?yún)捬醭?，回流活性污?在這里進行充分放磷，然后污水進入缺氧池進行反硝化。反硝化后的污永進 入好氧池，有機物在這里被好氧降解、活性污泥充

59、分吸磷后再進入起沉淀作 用的SBR池，澄清后的污水被排放。此時另一邊的SBR在15Q回流量的條件下進行起反硝化、硝化，或起靜置預沉的作用?；亓魑勰嗍紫冗M入濃縮區(qū) 進行濃縮，上清液直接進入好氧池，而濃縮污泥則進入缺氧池，一方面可以 進行反硝化，另一方面為先消耗掉回流濃縮污泥中的溶解氧和硝酸鹽，為隨 后的厭氧放磷提供更為有利的條件。在好氧池與缺氧池之間有15Q的回流 量，以便進行充分的反硝化。由其工作原理可以看出，MSBR是具有同時進行生物除磷及生物脫氮的19文獻綜述污水處理工藝。采用MSBR工藝時需注意以下幾個問題：文獻綜述污水處理工藝。采用MSBR工藝時需注意以下幾個問題： A設備的利用率較低

60、，這是SBR系列工藝的通病，MSBR工藝雖經多次改進，設備的利用率仍僅有74。 B污水廠工程成功業(yè)績欠缺，特別是大型污水廠采用MSBR工藝的更少，國內尚無投入運行的MSBR工藝的污水廠。 CMSBR工藝中的污泥濃縮池，工藝計算中要求在30分鐘內將污泥濃度提高近3倍(例如從2491濃縮到791)，由于濃縮池底部布置欠妥，污泥堆積無法避免，因此池內MLSS濃度無法平衡。 D進入好氧池有4Q，其中15Q回流至缺氧池，15Q通過SBR池回流至污泥濃縮池，1OQ通過SBR池沉淀排出，因此好氧池內流向較紊亂，如 何控制10Q從沉淀段排出是有問題的。EMSBR工藝各池傳動機械設備多，相互之間回流泵多，對控制