倒置AAO工艺应用于城市污水处理的生产性研究.pdf
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功讨周献学硕士黝教摘要在他人小试和机理研究的基础上，对倒置A/A/O工艺进行城市污水的脱氮除磷效果进行了大规模生产性试验研究，目的在于探讨该工艺在不同水质与环境条件下的运行效果，以取得优化的工艺参数;并且对生化反应池内氮磷去除规律作一定试验探讨。
为现有污水处理厂的改造以及新建的具有脱舞除磷功能污水处理厂的工艺提供设计依据。
研究结果表明:
（1）在现在的运行条件下，当相应的进水平均水质如下:
ss200mg11,CODtt400mg/1,NHa-N30m幼，TP6m幼;倒置A/A/O工艺应用于城市污水的处理取得了较好的效果，该工艺具有较好的有机物去除效果和较高的生物脱氮除磷能力，相应的出水较好的达到了城镇污水处理厂污染物排放标准（G18918-2002）中的一级标准中排放标准。
（2）在进水和回流污泥混合后的TP浓度较低的情况下（小于2m幼）,厌氧段没有明显的磷释放过程;而当相应TP浓度较高时，在混合液自缺氧段进入厌氧段和经过从厌氧段到好氧段的变化过程中，TP浓度都会出现了突变:
生化反应池中厌氧段和好氧段的停留时间分别保持在约3.0小时和8.4小时的情况下，就可以取得较好的处理效果。
（3）在倒置习习O工艺的对氮（NH,十一、N03-N,TN）的去除过主要存在于两个阶段:
生化反应池缺氧段和好氧段的前部分:
缺氧段和好氧段的水利停留时间分别为1.5小时和6小时的情况下，可以取得较好的氮的去除效果。
（4）生化反应池水温在10-30这个范围内变化时，随着水温的升高，TP的去除效率会有一定程度的提高。
（5）建议采用如下的参数:
水利停留时间10-12小时，相应的缺氧段/厌氧段/好氧段的比例为1:
2:
4;污泥回流比为75-200%;好氧区溶解氧浓度为3.Omg/1左右;生化反应池进水负荷为0.15-4.25kgCOD/kgMISS*d的范围内:
活性污泥浓度为2.5-4.5g/1;生化反应池泥龄（SRT）为7-104左右。
（6）如果在运行过程中实际处理水量超过设计处理水量的值，建议将实际处理水量/设计处理水量的比值控制在120%以下。
关键词:
城市污水生物法脱氮除磷倒置A/A/O:
C艺运行参数生产性规模试验倒呈八人VO工艺应用于城市污水处理的生产性研究-m-申请同济大学硕士学位论文AbstractBasedonthebench-scaletestandmechanismstudy,theresearchofbiologicalremovalofnitrogenandphosphoroususingthereversedA/A/Oprocessofmunicipalwastewateronthefullscaleareprocessed.Withaviewtoprobetheeffectofthisprocessunderdifferentwaterqualityandenvironmental,andmoreaboutthemechanismoftheprocess;toconfirmthebetterrunningparameteroftheprocess.Thenewtechnologyofmunicipalsewagebiologicalphosphorusandnitrogenremovalisdevelopedforourcountrycondition,whichsupplyforcurrentsewageplantsrenovatingorfornewsewageplantsprocessdesign.Thestudyonfullscaletestshowsthat:
（1）whenthemeanconcentrationofSS,COD.NH4-N,TPofinfloware200m幼，COD400mg/l,NH4-N30mg/l,TP6mg/l,thereversedA/A/Oprocesshasbettercapabilityoforganicmatter,nitrogenandphosphorusremoval,andthequalityofeffluenthasattainedthefirststandardof（dischargestandardofpollutantsformunicipalwastewatertreatmentplants）（GB18918-2002）
（2）whentheTPofthemixtureofinflowandreturenedsludgeinthezoneisbelow2.Omg/l,thereisnoobviousphosphorusreleaseinanaerobiczone;thereisabreakoftheconcentrationofTPwhenthewastewaterflowintotheaerobiczonefromtheanaerobiczone;theHRTofanaerobiczoneandaerobiczoneshouldbenolessthan3.0hand6.0h.（3）thebiologicalnitrogenremovalmainlyliesinanoxiczoneandforesideofaerobiczone;theHRTofanoxiczoneandaerobiczoneshouldbenolessthan1.5hand6.0h.（4）thechangeoftemperaturehasnoobviouslyeffectonnitrogenremovalwhenthetemperatureis10-30C,whilewhenthetemperatureishigher,morephosphorusisremoved.（5）therunningparametersofreversedAWOprocessare:
HRT10-12h,andtheproportionofA/A/Ois1:
2:
4;R75.200%;DO1.0.1.6mgllorabout3mg/I;inflowload0.10-0.16kgCOD/kgMLSS*d;MLSS2.2-4.5g/i;SRT7d.（6）theratioofwastewatervolumetreated/wastewatervolumedesignedshouldbenomorethan120%.KeyWords:
MunicipalwastewaterphosphorousRunningparameterBiologicalremovalofnitrogenandReversedA/A/OprocessFullscaletest倒呈A/A/O工艺应用于城市污水处理的生产性研究_1V-竺兮尸明本人郑重声明:
本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰写成硕士学位论文“倒置AA/。
工艺应用工城市污水处理的生产性研究”。
除论文中己注明引用的内容外，对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式声明。
本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。
本声明的法律责任由本人承担。
学位论文作者签名:
二零零四年三月十日申请同济大学工学硕士学位论文第一章概述1.1城市污水的变化情况1.1.1我国污水的水质水量变化状况根据近几年的环境公报（1234151可以看出我国城市污水的排放有以卜几个趋势和特点:
u）城市污水的排放量逐年增加;
（2）我国的COD每年总的排放量变化最较小，但总体有缓慢下降趋势;（3）排放的城市污水的污染物的浓度逐渐降低。
总的来说，我国城市污水的排放趋势是每年的排放量逐渐增加，而污染物的浓度逐渐降低。
下表1详细给出了我国近儿年的城市污水的水质水量变化情况。
表1我国城市污水的变化状况次污水排放量（亿吨）COD.排放盈（万吨）CODA浓度（mg/I）合计工业生活合计工业生活平均工业生活1998395.3200.5194.81495.6800.6695.0378.3399.3358.81999401.1197.3203.813691.7697.2348.3350.6342.12以犯415.2194.22291445.0704.5740.5348.0362.8323.42001432.9202.623031404.8印7.5797.3324.5299.9348.22002439.5207.2232.31368.9584.0782.9311刀281.9337.01.1.2我国城市污水的处理情况现阶段我国污水处理尚未大规模的进行，并且现有的污水处理厂中，很多是仅仅进行污水的一级处理或者普通的活性污泥工艺，井且一定程度上存在运行资金不足的问题。
即使在我国经济最发达的_L海市，城市污水处理也存在一定问题。
2002年匕海环境公报（6）的数据表明，_上海市2002年城市污水排放量为19.21亿吨（平均526万m/d）:
上海市区目前己建污水治理设施有西干线、南干线、合流污水一期_程、污水治理二期I程和市区内12座中小型二级污水处理厂等，目前处理量约300万m3/d。
处理率约60%左右并且其中较人型的污水处理厂（如竹园污水处理厂，120万m/d）采用的是一级半污水处理方式对水中的污染物（如氮、磷等）处理效果并不十分理想，井且在生产过程中使用人耸的药剂不仅增加了处理成本，而以加大了污泥的产量。
1.2城市水系的变化情况城市污水是由排入卜水道的生活污水和工业废水组成，我国的城市污水经过处理（相当部分没有处理或只经过简单的一级处理）排入所在城市的河网及湖泊中，随着我国城镇化及倒且A/A/O工艺应用于城市污水处理的生产性研究-1-申请同济大学工学硕士学位论文工业化的迅速发展，产生的污水的数量急剧增大，使得水系的污染急剧增加，污染程度越来越严重。
我国的历年的环境公报资料显示，我国的各个主要水系的污染程度都有不同程度的加剧和恶化，尤其是工业发达城镇附近的水域污染尤为突出，如原来水质非常好的浙闽水系中污染程度激增，很大程度是因为经过宁波的雨江等穿越城市的河流污染加剧造成。
由于各个水系还是我国各个城市的主要水源，使得我国的水环境逐渐恶化。
以我国的淮河水系为例，淮河水系主要污染指标为氨氮、生化需氧量和高锰酸盐指数。
下面表2给出了我国淮河水系水质的变化情况和水质现状。
表2淮河水系的水质变化状况tefdM次水质卜199519961997199819992以）20012002符合I.II类水质标准的河段2717.61145.2属于V类、劣V类水质7.85.414310.7符合III类水质标准的河段2231.2主要为III.IV类水质17主要为III、水质77.983.972IV及劣于IV类标准的河段5151.2因此，对城市污水进行相应的源头控制和末端处理，是目前一个十分重要和迫切需要的问题，在进行处理的工程中。
适合我国国情的污水处理方法不仅可以使水质达到非常好的效果，而且可以节约大量的资金。
13排入水体的氮磷产生的不利影响1.3.1水体中氮磷的来源进入水体中的氮、磷来源是多方面的，其中人类活动带来的氮、磷来源为主，包括以卜几个方面:
（1）工业和生活污水未经处理直接进入河道、湖泊及其它水体;污水中的氮、磷含量高，如果进入江、湖和海洋，造成藻类过度生长。
cz）污水处理厂出水:
采用常规处理工艺的污水处理厂，其中的排水都含有相当数量的氮、磷。
这是因为有机物被微生物分解产生的氨氮、硝酸盐和磷酸盐，除构成微生物的细胞组成成份外，剩余部分随出水排入收纳水体，成为藻类的影响物质。
（3）面源性的农业污染物，如肥料、农药和动物粪便等，经过雨水冲淋、农业排水或者地表径流进入河道和水体，成为水体氮磷营养元素的主要来源。
（9城市来源:
随着我国城市化的不断发展，城市来源的营养物排放越来越多，目前仍倒IAWO工艺应用于城市污水处理的生产性研究.2.申请同济大学工学硕士学位论文大量使用的洗涤剂等是城市盛会进入天然水体磷元素的重要来源。
1.3.2水体富营养化的现状随着我国对环保的重视，近年来，对环境的污染问题加大了整治力度，取得了一定成绩，但是主要湖泊氮、磷污染还是比较严重，富营养化问题突出。
下表3给出了我国三个主要湖泊的现状（5）表3我国三个主要湖泊的现状.卜丫、义水质级别（V类和劣V类水质所占比例，%）富营养化程度（营养状态指数）太湖60轻度富营养化（59）滇池100重度富营养化（73）巢湖100轻度富营养化（53）我国的其它大型湖泊（例如洞庭湖、达资湖、洪泽湖、兴凯湖、南四湖、博斯腾湖、洱海和镜泊湖等8个淡水湖泊）中，洞庭湖和镜泊湖水质达到W类水质标准;达费湖、博斯腾湖、洱海和洪泽湖湖体水质为V类;南四湖湖体污染较重，水质为劣V类。
2002年度城市内湖水质较差，除北京昆明湖水质达到III类水质外，杭州西湖、武汉东湖和济南大明湖水质均为劣V类。
10座大型水库中，抚顺大伙房水库、天津于桥水库、湖北丹江口水库和合肥董铺水库水质为N类;吉林松花湖水质为V类;青岛蜡山水库和烟台门梭水库污染较重，水质为劣V类。
1.3.3水体富营养化的影响造成水体富营养化发生的主要营养成分为有机碳、氮、磷、钾、铁。
其中有机碳经过处理后已经大幅度降低，井且除了氮、磷外，藻类对其它元素的需求量很低，因此，氮、磷成为了藻类生长的限制性因素。
所以随着大量的城市污水排入水体，水中的氮、磷等人量增加，造成了藻类过度生长。
藻类对氮、磷的需求有一定的相关性，从藻类对氮磷的需求关系来看，根据Lieig最小值定律171磷的需求更为重要，藻类的生长受磷的生长更为明显。
水体富营养化的土要危害主要包括以卜儿个部分15:
（1）降低水体的透明度:
（2）消耗水中的溶解氧;（3）向水中释放有毒物质;（4）使水味变的腥臭难闻;（5）影响供水水质并增加制水成本;（6）对水生生态造成不利的影响。
倒豆A/A/O工艺应用于城市污水处理的生产性研究-3-申请同济大学工学硕士学位论文1.3.4氮、磷对污水再利用的不利影响
（1）过量的氮、磷排入水中，造成了城市水体的富营养化;（z）氨氮的氧化会造成水体中溶解氧浓度的降低和碱度的消耗;（3）回用水中的氮磷可能会导致输水管道、用水设备繁殖生物垢、霉菌及藻类等微生物;（4）氨氮会增加消毒所需的投氯量;因此，城市污水作为第二水源开发时，对于某些回用对象，必须对回用水中氮、磷的含量加以控制。
倒里A/A/O工艺应用于城市污水处理的生产性研究一今申请同济大学工学硕士学位论文第二章生物脱氮除磷原理与工艺2.1生物脱氮除磷原理2.1.1生物脱氮原理进入城市污水需要去除的氮主要以有机、无机两类形式存在，有机形式主要为蛋白质、多肚、氨基酸和脉等，无机形式主要是A氮（NH4十一N）.硝态氮（N02-N,N03-N）等191进入污水中的氮主要有三种去除途径;一部分转化为NxN,Oy,NH3等氮的气体形式进入大气;另一部分在反应过程中被结合入细胞或被污泥吸附，随剩余污泥排出:
剩余部分则随水排出。
生物脱氮的目的在于尽可能降低出水中的总氮，而努力增加其它两种方式的氮去除量。
相应的生物脱氮过程中氮的转化如下图1所示1101图1生物脱氮过程中氮转化过程简图由于微生物对氮的需求较低，细胞中的总氮量约为10%左右，考虑到吸附因素，由排出剩余污泥的方式的总氮去除约占进水中总氮的30%左右。
因此把污水中的各种形态的氮转化为气态形式排入大气是目前生物脱氮的上要途径。
其中土要的转化过程包括以下反应作用方式:
氨化、硝化和反硝化、同步硝化反硝化。
1.氨化作用微生物分解有机氮化合物产生氮的过程称为氨化作用。
很多细菌、真菌、放线菌等都能分解蛋白质及其含氮的衍生物。
污水中的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等181
（1）水解脱氨基:
倒互A/A/0工艺应用于城市污水处理的生产性研究一5-糊同济大学工学硕士学位论文_一HlR-c1NHnlC一eeHlclHcooFl2COON一仁OH一一-一+一I/202“1代!
曰
（2）氧化脱氨基:
（3）还原脱氨基:
HlR一c-!
NHZ注井.一-一RCOOH（）t）“（4）减饱和脱氨基:
cO0“一卜NH3?
。
cooH一CHzRcNH2!
仁OOH污水中经过氨化作用产生的氨氮，在以后的反应中转化为亚硝酸盐、硝酸盐。
2.硝化作用硝化作用是指在有氧存在的情况下，氮氮（NH4-N）被微生物氧化为亚硝酸盐（NOZ-N）,进一步会被氧化为硝酸盐（NO;-N）.氮氮氧化为硝酸盐的硝化反应是由两组自养型好氧微生物通过两个过程来完成。
第一步是由亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐;第二步硝酸菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐。
硝化菌包括亚硝酸菌（亚硝酸盐单胞菌属、亚硝酸盐菌杆菌属、亚硝酸盐球菌属）和硝酸菌（硝酸杆菌属、螺菌属、球菌属），硝化菌属专性好氧菌。
硝化菌利用无机化合物如C032.HC03、和CO:
作碳源，从氧化氨氮或亚硝酸盐的氧化反应中获得能量。
如果以CSH702N作为硝化菌的细胞组成，则硝化过程的化学计量方程可用下式表示。
亚角酸苗55NH4+7602+109HCO3C5H702N+54N02+57H20+1041H2CO3稍改蔺400NO2+NH4+4H2CO3+HCO-3+19502相应硝化反应的总的方程式为:
C5H702N+400NO3+3H20峭化菌NH%+1.8602+1.98HCO30.02CsH702N+0.98NO-3+1.04H2O+1.88H2CO33.反硝化反应反硝化作用是由一群异样微生物将硝酸盐、亚硝酸盐还原为气态的N2.应过程。
参与这一生化反应的微生物称为反硝化菌，反硝化菌属于兼性菌，菌属、变形杆菌属、微球菌属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属和黄杆菌属等。
如果假定硝态氮完全还原为N2，则反硝化过程可用卜式表示:
N02+3H一t00一0.5N2+H2O+OHNA的生化反其中包括假单胞倒工A/A/0工艺应用于城市污水处理的生产性研究一卜申请同济大学工学硕士学位论文NO、一+5H4.同步硝化反硝化作用刀毛稍化曲0.5N2+2H20+OH传统生物脱氮包括硝化、反硝化两个阶段，相应分别由硝化菌和反硝化菌完成，由于两者对环境的条件要求不同，这两个过程是在不同的反应阶段发生。
近年的研究发现，在某种特定的条件下，反应器中会同时存在硝化和反硝化作用111121113）14）15，被称为同步硝化反硝化反应。
同步硝化反硝化（SND）是指在低氧情况下，一个反应器中同时存在硝
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