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1、苏州科技学院硕士学位论文某城市污水处理厂A 2 0 工艺脱氮问题诊断与优化研究硕士研究生：李培指导教师：潘杨(副教授)学科专业：环境工程苏州科技学院环境科学与工程学院二。一一年六月M a s t e rD i s s e r t a t i o no fS u z h o uU n i V e r s i 够o fS c i e n c ea n d1 e c h n o l o g yD i a g n o s i sa n dO p t i m i z a t i o no nT h eD e n i t r i 6 c a t i o nI s s u e si nAM u n i c
2、i p a lS e w a g eP I a n tU s i n gA 2 oT e c h n o l o g yM a s t e rC a n d i d a t e：L iP e iS u p e r V i s o r：a s s o c i a t eP r o P a nY a n gM a j o r：1 r 1 一E n V l r o n m e n t a lE n g I n e e n n gS u z h o uU n i V e r s i t yo fS c i e n c ea n d1 c h n o I o g yS c h o o Io fE n V
3、 i m n m e n t a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n gJ u n e，2 0 1 15眦22眦0jjjjl_9叭1洲Y苏州科技学院学位论文独创性声明和使用授权书独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：冬鸯一日期：龇年厶月j 羔日学位论文使用授权书苏州科技学院、国家图书馆等国家有关部门或机构有权保
4、留本人所送交论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人完全了解苏州科技学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务：学校可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存汇编学位论文；同意学校在不以赢利为目的的前提下，用不同方式在不同媒体上公布论文的部分或全部内容。(保密论文在解密后遵守此规定)论文作者签名：指导教师签名：鸯整鞭1日期：五止年笸月且日日期：Z 吐年五月J i 日国家和地方污水排放标准逐步严格，太湖等重点地区污水排放须达到G B l 8 9 1 8 2 0 0 2 标准的一
5、级A 标准。为此，太湖流域很多已建的城市污水厂需进行提标改造来达到稳定排放要求。昆山北区污水厂采用A A 2 O 工艺，存在脱氮效率低，效果不稳定，出水总氮偏高等问题。本研究在实际工程上对工艺生物段进行长期监测，运用物料衡算、化学计量法和微生物生长动力学等方法，诊断识别了脱氮问题和关键影响因子。得出以下主要结论：(1)好氧池第一、二廊道的氨氮分担去除率各为4 6 8 和4 7 6 9，硝化速率较高：第三廊道氨氮分担去除率为5 5 l，硝化速率很小：回流点和出水口氨氮浓度基本相等，均值为2 m L，已到排放标准。表明系统的硝化效果较好，且主要发生在第一、二廊道中，第三廊道对氨氮硝化的贡献很小，可
6、以忽略。(2)污泥反硝化池的T N 分担去除率为1 2，单池T N 去除率均值为2 2 6，出水硝酸盐浓度均值为4 2 m L，比较高，反硝化平均速率为O 0 2 1 3 9 N 0 3-N 儋V S Sd。，低于典型范围0 0 3 O 11 9 N 0 3 N 儋V S S d，表明其脱氮效率低；缺氧池单池T N 去除率均值为2 1 2 7，反硝化平均速率为0 0 6 5 6 9 N 0 3。N 儋V S S d。，出水硝酸盐浓度均值为O 9 m L，大于理论值O 2 m g L。表明缺氧池反硝化不彻底。(3)进水C 肘比在3 5 5 时，T N 去除率相对较高，但并不是越高就越好：增加进水
7、T N，其去除率有明显的增加，但也增加了出水浓度；温度对氨氮的去除效果影响不大，但对T N 的去除有明显的影响；增加污泥负荷，氨氮的去除率从8 5 增加到了9 5，比较显著，但对T N 影响不明显；氨氮容积负荷增加，氨氮的去除率从8 9 增加到9 9，T N 的去除率从5 0 增加到7 0。(4)增加缺氧区H R T 对反硝化的影响极小，缺氧区H R T 不是反硝化的限制因素；混合液回流比由l o o 增加到2 0 0 时，出水T N 明显降低，T N 的平均去除率由6 5 2 提高至7 3 7，但出水硝酸盐浓度也随之增加。因此增加内回流比，能够提高缺氧区反硝化能力，而最经济合理的回流比也有待
8、评价分析：(5)内回流液溶解氧均值为4 m L，溶解氧含量与缺氧反硝化速率成反比。经过理论计算，回流液中溶解氧在缺氧池去除的碳源量相当的大，均值为1 6 6 k g d，使节约的碳源用于反硝化脱氮，可节约碳源0 7 7 3 4 6 m g L，使缺氧池出水硝酸盐氮浓度降低0 1 6 0 7 3 m g L。表明溶解氧对反硝化碳源的竞争是影响缺氧池反硝化效果的主要因素。建议在回流点处设置非曝气区，降低回流到缺氧池中的溶解氧，实施溶解氧自控。关键词：A A 2 O 工艺，脱氮问题，影响因子，优化建议A st h en a t i o n a Ia n dI o c a Ie f 玎u e n ts
9、 t a n d a r d sb e c o m em o r es t r i c t e t h ee 用u e n to fr a ih uL a k ea n do t h e rk e ya r e a ss h o u l da c h i e v et h eAi nn r s tg r a d ed i s c h a r g es t a n d a r do fG Bl8 9l8-2 0 0 2 T h e r e f o r e，s o m eu r b a ns e w a g ep l a n t sa I o n gt h eT a ih uL a k em u
10、s th a V es o m er e f o r mt oa t t a i nt h es t a b i l i t yd i s c h a r g er e q u i r e m e n t s T h e r ea r es o m ep r o b l e m sa b o u tN o n hK u n s h a n，s u c ha st h ei n e 币c i e n td i n i t r i a c a t i o n，t h ei n s t a b i l i t ya n dh i g ht o t a ln i t r o g e no ft h e
11、e m u e n t T h i sr e a s e r c ht o o kal o n g-t i m em o n i t r o r i n go ns e V e r a ls t a g e sa b o u tr e a lb i o l o g i c a lt r e a t m e n t，a p p l i e dm a t e r i a lb a I a n c e，c h e m i a c a lm e t r o l o g y，m i c r o b i a lF o、以hm e c h a n i c sa n do t h e rm a t h o d
12、 s，f o u n do u tt h er e a s o n sa n dt h ek e yf a c t o r sa b o u tn i t r o g e n，a n dd r a wt h ef o I l o w i n gc o n c l u s i o n s：(1)T h ea m m o n i ar e m o V a Ir a t e sa b o u tt h en r s ts t a g ea n dt h es e c o n ds t a g eo fa e r o b i ct a n ka r e4 6 8 a n d4 7 6 9，t h en
13、 i t r m ca t i o nr a t ei sh i 曲e r；t h ea m m o n i ar e m o V a Ir a t ea b o u tt h et h i r ds t a g ei s5 51，a n dt h en i t r i 6 c a t i o nr a t ei sv e 呵I o w；t h ec o n c e n t r a t i o na b o u ta m m o n i aa tr e f n u e n c ea n do u t l e ti sa l m o s te q u a l，t h ea v e r a g e
14、c e n t r a t i o ni sa b o u t2m l，a n dh a V er e a c h e dt h ed i s c h a 唱es t a n d a r d s T h i si n d i c a t e st h a tt h ed e n i t f i n c a t i o nm a i n l yt a k ep l a c ei nt h e6 r s ta n dt h es e c o n ds t a g e，t h et h i r ds t a g eh a sI i t t I ec o n t r i b u t i o r rt
15、ot h en i t r i n c a t i o na n dc a nb ei g n o r e d(2)T h et o t a ln i t r o g e nr e m o V a lr a t eo fd e n i t r i a c a t i o nt a n ki sl2，t h ea v e r a g et o t a ln i t r o g e nr e m o V a lr a t eo fe a c ht a n ki s2 2 6，t h ea V e r a g ec o n c e n t r a t i o na b o u tn i t r a
16、t ei ne 用u e n ti s4 2m 酬，i ti sh i 曲e r t h ea v e r a g ed e n i t r i n c a t i o nr a t ei s0 0 2l3 9 N 0 3。N g V S Sd，a n di ti sl o w e rt h a nt h en o m a lr a n g eO 0 3 O 1lg N 0 3-N g V S S d。，i n d i c a t i n gt h a tt h ed e n i t r i f i c a t i o ne m c i e n c yi sl o w e r；T h ea V
17、 e r a g et o t a ln i t r o g e nr e m o V a Ir a t eo fa n a e r o b i ct a n ki s21 2 7，t h ea v e 豫g ed e n i t r i n c a t i o nr a t ei sO 0 6 5 6 9 N 0 3 一N g V S S d。，t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o na b o u tn i t r a t ei ne f n u e n ti sO 9 m g Lw h i c hi sh i g h e rt h a nt
18、h et h e o r e t i c a lv a l u e0 2 m g L，t h i si n d i c a t e st h a tt h ed e n i t r i n c a t i o ni na n a e r o b i ct a n ki si n c o m p l e t e(3)W h e nt h eC Nr a t i oo fj n f l u e n ti s3 5t o5，t h et o t a In i t r o g e nr e m o v a Ir a t ei sh i g h e r，b u tn o tt h eh i g h e
19、rr a t i ot h eh i g h e rr e m o V a lr a t e；w h e nt h et o t a In i t r o g e nc o n c e n t r a t i o ni ni n f l u e n ti si n c r e a s e d，t h er e m o v a l 豫t ei n c r e a s e do b v i o u s lv b u tt h et o t a ln i t r o g e nc o n c e n t r a t i o ni ne f n u e n ti sa I s oh i 曲e r；t
20、e m p e r a t u r eh a sl i n l ee f f e c to nt h er e m o V a Io fa m m o n i a，b u tg r e a t l ya f r e c tt h et o t a ln i t r o g e nr e m o v a lr a t e；w h e ns l u d g el o a d i n gi si n c r e a s e d，t h ea m m o n i ar e m o v a lr a t ei ss h a r p I yi n c r e a s e dt o9 5 f r o mI
21、I8 5，b u th a v el i t t l ee 骶c to nt h et o t a ln i t r o g e nr e m o V a Ir a t e；a st h ea m m o n i aV o I u m el o a d i n gi n c r e a s e d，t h ea m m o n i ar e m o V a Ir a t ei n c r e a s e dt o9 9 f r o m8 9，a n dt h et o t a ln i t r o g e nr e m o V a lr a t ei n c r e a s e dt o7 0
22、 f r o m5 0(4)T h ei n c r e a s e m e n to fH R Ti na n o x i cz o n eh a sl i t t l ee H b c to nt h ed e n i t r i n c a t i o n，H R Ti sn o tt h el i m i t a t i o nf a c t o r so nd e n i t r 讯c a t i o n：w h e nt h er e f l u xr a t i oi n c r e a s e sf-r o m10 0 t o2 0 0，t h et o t a ln i t
23、r o g e ni ne f 玎u e n td e c r e a s e do b V i o u s ly t h ea V e r a g er e m o v a lr a t eo ft o t a ln i t r o g e ni n c r e a s e st o7 3 7 f r o m6 5 2，b u tt h en i t r a t ec o n c e n t r a t i o ni ne f f l u e n ti n c r e a s e sa tt h es a m et i m e T h e r e f o r e，w h e nt h ei
24、n c r e a s e m e n to fi n s i d er e f l u xr a t i oc a ne n h a n c et h ed e n i t r i n c a t i o na b i l i t y，b u tae c o n o m i c a Ia n dr e a s o n a b l er c f l u xr a t i os t 1 ln e e d se V a l u a t i o na n da n a l y s i s(5)T h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fd i s s
25、o l V e do x y g e ni ni n s i d e r e f l u xw a t e ri s4 m L，t h ed i s s o l v e do x y g e nc o n c e n t r a t i o ni n V e r s er a t i ot h ed e n i t r i 行c a t i o nr a l e T h r o u g ht h eo r e t i c a lc a l c u I a t i o n，C a r b o nc o n s u m p t i o no fd i s s o l V e do x y g e
26、ni nr e t u mf l o wi sq u i t el a r g e，a v e r a g i n g16 6 k g d T h ec a r b o ns a V i n g sc a nu s ef o rd e n i t r i n c a t i o n，c a r b o ns a v i n g so f0 7 7 3 4 6 m g L，t h eA n o x i ce f f l u e n tn i t r a t en i t r o g e nc o n c e n t r a t i o nd e c r e a s e d0 16 0 7 3 m
27、 L I ts h o wt h a tt h ed i s s o l V e do x y g e no nd e n i t r i 6 c a t i o nc a r b o ns o u r c eo fc o m p e t i t i o ni st h ee f r e c to fa n o x i cd e n i t r i f i c a t i o nam a j o rf a c t o r P r o p o s e do fn o n a e r a t e dz o n es e ti nr e t u mp o i n t，r e d u c i n gt
28、 h ed i s s o l V e do x y g e nb a c kt ot h ea n x i c，a n dd i s s o l V e do x y g e ns h o u db ec o n t r o l l e db yi m p I e m e n t a t i o n K e yW o r d s：A A 2 ot e c h n o l o g y，d e n i t r i 靠c a t i o np r o b l e m，i m p a c tf a c t o r，o p t i m i z a t i o np r o p o s a ln I苏州
29、科技学院硕 j 学位论文目录目录摘要IA b s t r a c t I I第一章前言11 1 课题研究的背景11 1 1 太湖流域水体富营养化及其危害11 1 2 水体富营养化治理措施21 1 3 生物脱氮理论31 1 4A 2 0 工艺的发展51 1 5A 2 O 工艺问题分析与对策71 2 课题的目的与意义1 01 3 课题研究的内容与创新之处1 l1 3 1 研究的基本内容1 l1 3 2 创新点1 1第二章昆山市北区污水处理厂概况1 22 1 工程概况1 22 2 工艺概况1 32 2 1A A 2 O 工艺流程和设计参数1 32 2 2A A 2 O 工艺特点-1 3第三章试验材料
30、与研究方法1 53 1 试验材料1 53 1 1 研究对象1 53 1 2 试验方案1 63 2 监测项目与分析方法1 63 3 试验分析方法1 73 3 1 物料衡算1 73 3 2 化学计量法1 93 3 3 微生物生长动力学1 9第四章试验结果分析2 14 1 工艺除污性能分析2 14 1 1 进出水水质及去除效果2 l4 1 2 氮去除效果分析2 24 2 工艺运行诊断2 34 2 1 混合液回流比确定2 34 4 运行控制参数优化分析3 64 4 1 停留时间(H R T)的影响3 64 4 2 混合液回流比的影响3 64 4 3 溶解氧的影响3 74 4 4 关键影响因子识别4 0
31、4 5 脱氮优化建议4 04 6 本章小结4 l第五章结论与建议4 35 1 结论4 35 2 建议4 4参考文献4 5致谢4 9作者简历5 0 一到周边人民的正常生活，制约了其流域的经济发展。造成太湖富营养化的根本原因主要有：第一、周边农业和生活污水大量进入太湖，仅此就使氮、磷含量超过三类水质标准；第二、工业污染加剧，大量未经处理的工业污水排入江河，使流域内的中小城市和周围地面水都受到严重污染，形成黑水带，并随河网扩散而影响太湖：此外，养鱼、水运和旅游业等湖内的各种其它开发活动，也使污染物发生量直线上升。太湖富营养化和水污染日趋严重也已成为国内外广泛关注的环境问题。富营养化是湖泊分类与演化方
32、面的概念，湖泊学家认为富营养化是水体衰老的一种表现。水体富营养化危害极大，可破坏水体的自然生态平衡，会造成长远的影响。不仅给渔业等方面造成经济损失，而且危害人类健康。危害主要包括以下几个方面1 2 J：(1)降低水体透明度在富营养化水体中，蓝藻、绿藻等优势水藻大量繁殖，在水面形成一层“绿色浮渣”，使水质变得浑浊、有毒、透明度明显降低。(2)消耗溶解氧在富营养化水体中，由于表层藻类的阻挡，使阳光难以透射进入湖泊深层，在深层水体中，光和作用明显降低，使产生的溶解氧减少。再者，死亡得藻类在湖底腐烂分解，其消耗大量的溶解氧，甚至将深层水体的溶解氧耗尽，使其呈厌氧状态，这种状态可触发或加速底泥积累的营养
33、物质的释放，造成富营养水体的恶性循环。(3)向水体释放有毒物质在富营养化水体中，存在许多藻类。他们能够向水体分泌、释放有毒有害物质，其一，有毒有害物质进入饮用水中，会使人体出现胃肠炎和严重的变态反应：其二，通过食物链的作用，使有毒有害物质富集，人们食用这种富集有毒有害物质的动植物后，会引起严重的胃病，甚至死亡。大量藻类死亡分解腐烂，经放线菌等微生物的分解作用，散发出难闻的腥臭。(5)对渔业的影响藻类的过度繁殖使水体溶解氧急剧减少，尤其在夏季高温时期，因大量藻类在水底腐化分解消耗溶解氧，产生恶臭、毒素。轻者影响鱼的质量，导致鱼肉腥臭，口感不佳，严重时鱼类大量死亡，从而严重影响渔业生产。(6)对供
34、水水质和制水成本的影响湖泊和水库约占我国城市供水水源的四分之一，在高温季节，湖泊和水库中过度繁殖的藻类会给净水厂的过滤过程带来障碍，经常堵塞滤池，增加了水处理的技术难度：再者，经过厌氧作用，富营养化的水会因而产生硫化氢、氨气和甲烷等有毒有害气体。这样既影响供水水质和产水率，又加大了制水成本。(7)对水生生态的影响当水体呈现富营养状态时，水体中正常的生态平衡被扰乱，从而其生物种群量出现剧烈的波动，某些生物种类明显减少，而另外一些生物种类则显著增加。这种生物种类的演替会导致水生生物的多样性和稳定性降低，破坏湖泊生态平衡。1 1 2 水体富营养化治理措施控制水体富营养化的措施有加强对环境生态的管理、
35、制定法规，对污水排放严格控制，逐步达到深度处理标准，以去除氮磷。当水体出现富营养化症状时，可以采用的治理措施有【】：(1)化学药剂控制：(2)生物学控制；(3)搅动水层；(4)采收藻类，综合利用：(5)生态防治法等等。这些方法可行之有效，但都是污染后的治理，是被动措施。更重要的是从源头上治理，就是从富营养化源头上对氮磷量进行控制，严格执行污水排放标准。水体富营养化问题和水环境污染迫使越来越多的国家和地区制定严格的氮、磷排放标准，我围新颁布实施的城镇污水厂污染物排放标准(G B l 8 9 l8 2 0 0 2)明确限定了所有排污单位关于总磷、总氮和氨氮的排放标准。国家和地方污水排放标准逐步严格
36、，对太湖等重点地区相应提高了污水排放标准，须达到G B l8 9 18 2 0 0 2 标准的一级A 标准，因此，有效地降低出水中氮、磷的含量已经成为近几年太湖流域城市污水处理厂的新目标。而对于原有的污水处理工艺来说，很难达到新的出水要求。从而，太湖流域很多已建的城市污水厂需进行提标改造以满足稳定达标排放的要求。2同化作用同化脱氮【5】是指微生物利用水体中的氮元素合成自身物质，即合成代谢，将水体中的氮元素转化为细胞成分，并以剩余污泥的形式从水中去除的过程。当进水氨氮较低时，同化作用可能成为脱氮的主要途径。氨化作用氨化作用，即微牛物分解有机氮化合物的过程。在未经处理的污水中，有机氮主要以蛋白质、
37、氨基酸、尿素、胺类化合物以及硝基化合物等形式存在。在氨化微生物的作用下，有机氮化合物可以在好氧或厌氧条件下分解、转化为氨态氮。以氨基酸为例，加氧脱氨基反应式为【6】：R C H N H o o H+0 2 _ R C o o H+C 0 2+N H3(、)水解脱氨基反应式为：R C H N H o o H+H p 专R C H o H C o o H+N H3(、-2、)硝化作用硝化作用实际上是由种类非常有限的自养微生物完成的，过程分为两步：氨态氮由亚硝化单胞菌氧化为亚硝酸盐(N O：)，继而亚硝酸盐再由硝化杆菌氧化为硝酸盐(N O。)。硝化反应过程需要在好氧条件下进行，并以氧气作为电子受体。
38、其反应方程式可以表示为，删j+丢q j 堕塑塑o 谚+日2 D+2+(1 3)么，加；+二D 鲤堕专0=-(1 4)2。反硝化作用反硝化作用是由一群异养型微生物完成的生物化学过程。在缺氧条件下，将N O。一和N O。+还原成气态氮(N 2)或N 2 0、N O。参与这一生化反应的主要微生物是反硝化细菌，这种细菌属兼性细菌。在自然界中几乎无处不在。污水处理系统中主要反硝化细菌有无色杆菌属、产气杆菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属、变形杆菌属、假单胞菌属等。这类细菌在有氧存在的条件下，利用氧进行呼吸，氧化分解有机物。在不存在分子氧，但存在硝酸氮和亚硝酸氮时，以硝酸氮和亚硝酸氮作为电子受体进行生物反硝化反应
39、。目前公认的从硝酸盐还原为氮气的过程如下式【8】：苏州科技学院硕_ j 学位论文第章前言N O i 型幽塑b 婀型堕选!螳专D 型型!塑b，D 型丝坠幽b，(1 5)(2)生物脱氮的影响因素溶解氧的影响硝化细菌有强烈的好氧性，硝化反应必须在好氧条件下才能进行。大量试验表吲9 1，当D O 含量低于0 5 m g L 时，将严重抑制硝化作用。在活性污泥系统中，D O 的浓度应大于2 m L，通常控制在2 3 m g L。D O 抑制反硝化过程，反硝化过程中D O 浓度应控制在O 5 m L 以下，才能保持正常的反硝化速率。碳源的影响亚硝化细菌和硝化细菌均为自养菌，增殖速率较异氧细菌慢，硝化阶段，
40、当污水中存在一定量的有机物时，异氧细菌成为优势种属，此时硝化作用被抑制。因此，硝化阶段有机物含量不宜过高，B O D。值应控制在1 5 2 0 m g L。反硝化菌是异养细菌，反硝化过程需要有一定量的碳源作为电子供体。一般而言，当污水的B O D ；T N 为5 8 时，可认为废水的碳源是足够的。当B O D。T N 值小于3 5时，则需投加有机碳源【1 m 1 1 1。温度的影响生物硝化可以在4 4 5 的范围内进行，最佳温度大约为3 0。温度不仅影响硝化细菌的比增长速率，而且影响硝化菌的活性。低于1 5 时硝化速率急剧降低，低温对硝酸菌的抑制作用更为强烈，当温度低于5 时，硝化反应几乎停止
41、。反硝化反应的适宜温度是2 0 3 5，低于1 5 时，反硝化菌的增殖速率降低，反硝化速率下降。而当温度低于3 时，反硝化作用将停止。当温度超过3 0 时，反硝化速率亦下降【1 2】。污泥龄的影响污泥龄在生物处理系统中是一个非常重要的设计和运行控制参数【13 1，它直接与污泥活性相联系。对于硝化菌来说需要长泥龄，而相对于反硝化菌来说需要短泥龄，对于一个完全的生物脱氮系统，污泥龄往往控制在6 d 以上，通常采用1 0 l5 d。碱度和p H 值的影响【1 4 1 6】硝化反应中，每氧化1g 氨氮要消耗碱度7 1 4 9(以C a C 0 3 计)，硝化菌对p H 值变化非常敏感，亚硝酸细菌和硝酸
42、细菌分别在7 0 7 娇口7 7 8 1 时活性最强，p H值超出这个范围，其活性就会急剧下降。反硝化菌最适宜的p H 值是6 5 7 5，不适宜的p H 值影响反硝化菌的增殖和酶的活性。反硝化过程会产生碱度，此外，p H 值还会影响反硝化的最终产物，p H 值大于7 3 时终产物为N 2；小于时为N 2 0。有毒有害物质的影响4苏州科技学院硕士学何论文第章前言除重金属外，对硝化反应产生抑制作用的物质还有：高浓度的有机物、高浓度的N H。+一N、高浓度的N O。-N 以及络合阳离子等【1 7】。(3)生物脱氮反应动力学硝化反应动力学生物硝化反应是通过亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐，再由硝酸菌将亚
43、硝酸盐氧化成硝酸盐两个过程完成的。自养型硝化菌的增殖与底物去除的动力学方程符合M o n o d 模式【2】：v=M。南(1 6)式1 6 中，。：硝化菌的比增长率，d-l；砌。：硝化菌的最大比增长率，d 1；K N：饱和常数，m L；：N H 4+N 浓度，m g L。反硝化反应动力学反硝化菌增长速率和硝酸盐浓度的动力学方程符合M o n o d 模式【2】：p D=p D m。旆(1 7)式1 7 中：。：反硝酸菌的比增长率，d：。：反硝酸菌的最大比增长率，d-l；K D：相对于N 0 3 N 的饱和常数，m g L；一D：N 0 3-N 浓度，m L。(4)反硝化除磷理论在对脱氮除磷系统
44、研究过程中发现，在厌氧缺氧交替变化运行条件下，活性污泥中一部分聚磷菌兼有反硝化作用和除磷作用的兼性厌氧微生物，即反硝化除磷菌(D P B)这种细菌可使吸磷和反硝化脱氮这两个不同的生物过程在缺氧环境中完成1 1 引。反硝化除磷机理可概括为反硝化聚磷菌在厌氧释磷的同时吸附污水中大量有机物，进入缺氧环境后，反硝化聚磷菌以硝酸盐为电子受体，厌氧段吸附的大量有机物作为碳源(电子供体)，把硝酸盐转为氮气而逸出水体，而磷酸盐则被过量吸收并通过排出剩余污泥形式达到除磷脱氮目的。反硝化除磷工艺相对于传统脱氮除磷工艺，D P B 反硝化除磷技术的革新之处在于：避免了反硝化菌和聚磷菌之间对有机物的竞争，节省5 0
45、c o D 的消耗量；D P B 吸磷用硝酸盐代替了氧气，减少3 0 的曝气量，节省了电能；减少了污泥产生量(大约5 0)，从而减少了污泥处理费用【1 9】。1 1 4A 2 0 工艺的发展1 9 3 2 年开发的W u h r m a n n T 艺是最早的脱氮-T 艺，流程是先硝化，后反硝化，5苏州科技学院硕_ j 学位论文第章前言工艺见图1 1。但由于脱氮速率低；能耗过高；进水氮含量较高时，会导致好氧池容积太大，不能满足硝化作用的条件；有机氮和氨随水流出，减少了系统中总氮的去除。因此该工艺在工程上不实用，但它为以后除磷脱氮工艺的发展奠定了基础【2 0】。图卜1W u h r m a n
46、n 脱氮工艺流程1 9 7 3 年，B a m a r d 在开发B a r d e n p h o 工艺时提出改良型L u d z a c k-E t t i n g e r 脱氮工艺，即广泛应用的O 工艺(见图1 2)。回流液中的大量硝酸盐到缺氧池后，可以从原污水得到充足的有机物，使反硝化脱氮得以充分进行。但不能达到完全脱氮，因为好氧反应器总流量的一部分没有回流到缺氧反应器而是直接随出水排放了【2 l】。图卜2A 0 脱氮工艺流程为了克服A O 工艺不完全脱氮的缺点，1 9 7 3 年B a m a r d 提出把此工艺与W u h r n l a n 工艺联合，并称之为B a r d e
47、 n p h o 工艺(见图1 3)。B a m a r d 认为，一级好氧反应器的低浓度硝酸盐排入二级缺氧反应器会被脱氮，而产生相对来说无硝酸盐的出水。为了除去二级缺氧器中产生的、附着于污泥絮体上的微细气泡和污泥停留期间释放出来的氨，在二级缺氧反应器和最终沉淀池之间引入了快速好氧反应器。B a r d e n p h o 工艺在概念上具有完全去除硝酸盐的潜力，但实际上是不可能的【2 l】。6苏州科技学院硕 j 学位论文第章前言l 曼蔓曼曼皇曼曼曼曼曼量曼!皇皇曼蔓!曼曼吕黑曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼量鼍!曼曼曼曼曼量曼曼曼寰曼曼曼皇曼曼曼曼曼皇曼皇皇墨图卜3B a r d e n p h
48、 o 脱氮工艺流程1 9 7 6 年，B a m a r d 在B a r d e n p h o 工艺的初级缺氧反应器前加一厌氧反应器就能有效除磷(见图1 4)。该工艺在南非称5 阶段P h o r e d o x 工艺【2。图卜4P h o r e d o x 工艺流程1 9 8 0 年，R a b i n o w i t z 和M a r a i s 对P h o r e d o x 工艺的研究中，选择3 阶段的P h o r e d o x 工艺，即所谓的传统A 2 O 丁艺【2 2】(见图1 5)。图卜5A 2 o 工艺流程1 1 5A 2 0 工艺问题分析与对策生物脱氮除磷A 2
49、o 工艺虽然只有2 0 多年的发展，但因其工艺简单，能兼顾脱氮和除磷，并且有较好的去除效果，所以发展比较迅速。目前在我国有很大部7市更为明显1 2 引，在A 2 O 工艺中，聚磷菌优先利用进水中的碳源进行厌氧释磷，使得在后续缺氧反硝化过程中碳源不足，从而影响脱氮效果，因此在A 2 o 工艺中存在释磷和反硝化因碳源不足而引发的竞争问题。反硝化细菌和聚磷细菌为短污泥龄细菌，污泥龄越短则反硝化速率越快，而除磷的效果也越好。而硝化细菌繁殖速度慢，世代周期较长，属长污泥龄细菌，过短的污泥龄会使系统中硝化细菌过量外排而影响其硝化功能。因此存统一的污泥系统中，为了同时获得较好的释磷、反硝化和硝化效果，势必会
50、造成系统运行上的泥龄矛盾1 2 6 1。实际生产中，A 2 O 系统常采用l O 1 5 d 的长污泥龄以满足硝化功能，因此也就造成系统在一定程度上牺牲了部分有机物降解和除磷效率【2 7-2 8 1。在A 2 o 工艺中，回流污泥中含有大量的硝酸盐，回流到厌氧区后优先利用进水中的V F A 等易降解碳源进行反硝化，从而使厌氧释磷所需碳源不足，影响了系统充分释磷，从而影响聚磷菌在好氧池中的吸磷量，最终使除磷量减少，使系统的除磷效率降低。(2)A 2 o 工艺优化工艺改进为解决A 2 o 工艺碳源不足及硝酸盐进入厌氧区干扰释磷的问题，研究者们进行了大=景工艺改进1 2 9 1，归纳起来主要有三个方