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湖大环境学院废水处理原理习题参考答案
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开发区污水处理厂(二期)工程项目立项投资建设可行性分析报告.doc 146页
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开发区污水处理厂（二期）工程项目
可行性研究报告
XX环境科学研究院
二〇〇八年月
1.1编制目的1.2编制范围1.3编制原则1.4编制所采用的主要规范和标准2.1XX市开发区概况2.2自然概况2.3XX市总体规划2.4XX市开发区排水现状及规划2.5.工程建设的必要性第三章开发区污水处理厂接管标准、管理模式的探讨3.1XX开发区污水处理厂原运行情况回顾3.2新接管标准的探讨3.3开发区内排水、收费、管理体系建设探讨第四章 污水处理厂建设规模和处理深度的确定4.1污水处理厂建设规模4.2污水处理深度4.3污水再生回用4.4受纳水体4.5污泥处置第五章 工艺方案选择5.1处理方案选择的原则5.2进出水水质分析5.3污水处理工艺选择5.4预处理工艺比选5.5生化处理工艺5.6三级物化处理5.7尾水深度处理工艺方案比选5.8污泥处理工艺流程论证5.9除恶臭方案5.10总体工艺流程工程内容6.1污水处理厂厂址选择及平面高程布置
6.2污水处理厂 原000 m3/d 工艺改造6.3污水处理厂 二期新建1000 m3/d 工艺设计6.4设备设计6.5电气设计6.6自控及仪表设计
6.7建筑设计6.8结构设计6.9给排水设计6.10暖通设计6.11防腐措施6.12交通运输和通讯6.13化验设备6.14厂区绿化第七章 项目的运行管理、环境影响、风险分析及对策7.1项目运行管理的节能、消防与安全卫生篇7.2项目实施过程中的环境影响及对策7.3项目建成后的环境影响及对策7.4工程风险分析第八章 项目管理及实施计划8.1项目实施原则及步骤8.2项目实施进度8.3项目建设的管理机构8.4项目建设招标管理8.5项目运行的管理机构第九章 投资估算及资金筹措9.1投资估算9.2资金来源第十章 工程建设项目经济评价10.1概述10.2基本数据10.3财务分析10.4工程项目经济评价结论第十一章 结论与建议11.1主要结论11.2存在问题与建议11.3水污染控制体系要求和建议
1.1编制目的
在资料收集、充分调查研究和评价预测基础上，达到如下目的：
论述实施XX市经济开发区污水处理厂工程的必要性；
园区污水集中处理管理模式和收费体系，重点研究污水厂接管标准，通过工艺比较、工程投资、生产成本等多方研究工艺方案；
在论证的基础上，提出推荐建设方案，为项目决策提供科学依据。
1.2编制范围
根据XX市开发区污、雨水系统状况，结合污水处理厂原工程和开发区总体规划和排水规划，就XX市开发区污水处理厂工程的建设方案进行分析论证，提出可行性研究报告。其中主要内容如下：污水集中处理管理模式和收费体系，论证可行的接管标准；
设计规模为.0万m3/d污水处理工程，其中部分按2万m3/d设计，与原工程有机结合，总规模达2万m3/d。确定污水处理的工艺流程和主要设计参数，包括总投资和运行费用的估算；污水处理相关的供电与照明（变电部分由供电部门设计）；污水处理工程的辅助装置，包括配电、值班、办公等；污水处理厂的人员配备及运行管理。
1.3编制原则严格遵守和执行国家环境保护法规和有关加强环境保护工作的决定、方针和政策；保护环境解决水环境污问题；
在《XX城市总体规划》和《XXXX市总体规划》的指导下，根据开发区总体规划布局，结合地形和环境要求，统一规划设计污水处理设施，实行开发区污水综合治理，贯彻近远期结合，分步实施的方针，减轻开发区污水排放对XX市地表水、地下水造成的污染，改善城市水体及下游河流的水体质量；
根据开发区废水来源主要是印染行业的特，积极稳妥的采用国内外先进处理技术，在确保达标排放的前提下为节省建设资金和提高处理效率创造条件；因地制宜力求经济合理、管理简单、高效节能、操作方便、成本低、占地少
适当考虑周围地区的发展状况，在设计上留有余地，为将来污水处理厂尾水深度处理及回用的扩建创造条件；采用高效节能、简便易行的尾水处理工艺设计，确保回用处理后回用的效果，减少工程投资和日常运行费用；
将污水处理现状工程和新建工程作为一个系统工程统筹考虑，确保污水处理工程总体的合理性、先进性和经济性，充分考虑现有工程设施同新建工程的合理衔接
在规划用地范围内，本着便于施工及运行维护管理简便的条件，总平面布置遵循各处理构筑物相对集中、节约占地的原则
积极稳妥地采用新技术、新工艺、新设备和新材料
妥善处理和处置污水处理过程中产生的栅渣和污泥，尽量减少对周围环境的影响，合理控制噪声、气味，避免二次污染
设备选择国内先进、可靠、高效，运行管理方便、维修、维护简便的污水处理专用设备，同时积极稳妥地引进先进设备，提高工程设施运行的可靠性。采用节能技术，节约能源，降低处理成本和运行费用；
为保证污水处理系统正常运转，供电系统需有较高的可靠性，污水厂运行设备有足够备用率
采用现代化技术手段，实现自动化控制
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合肥市朱砖井污水处理厂提标改造试验研究
合肥工业大学删本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕士学位论文质量要求。答辩委员会签名：（工作单位、职称）主席：筋沙委员：锄啉营．副薮技阵芝钿忆以天１孚副教奇乏Ｖ导师：Ｃ刎毪独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盒ｇ巴王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签字：签字日期：和≯年护华月ｔ］日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金８旦王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金目里王些太堂一可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文者签名：导师签名：ｆ锎１签字日期刁卅≯年矽明０目签字日期：加，２年∥阳一日学位论文作者毕业后去向：萄弗酶铭诤妨孕土电话：邮编：坳汾必７合肥市朱砖井污水处理厂提标改造试验研究摘要为了缓解水污染带来的社会、经济和环境问题，国家环保部门制定了新的污水排放标准（ＧＢ１８９１８．２００２）。目前很多地区污水排放标准正处于由（ＧＢ８９７８―１９９６）一级Ｂ排放标准向（ＧＢ１８９１８―２００２）一级Ａ排放标准过渡阶段。许多污水厂都面临着升级改造的问题，主要从两方面着手：①在原有工艺系统的基础上进行改造；②摒弃原有处理工艺，采用新的处理工艺。在升级改造前需要对原污水厂的处理工艺进行分析，通过各种相关改造的试验确定具体改造方案及参数。污水厂提标改造的重点在于强化工艺的脱氮除磷能力，提高出水ＴＮ和ＴＰ的去除效果。针对合肥市朱砖井污水厂原有ＣＡＳＳ处理工艺出水不能满足一级Ａ排放标准的情况设计了两种改造方案：①在ＣＡＳＳ系统的基础上进行改造；②采用Ａ／Ｏ．ＭＢＲ工艺应用于污水厂改造。通过比较两方案升级改造投资及运行费用、出水ＴＮ和ＴＰ的去除效果，选择最佳改造方案及试验参数。污水厂改造时多存在碳源不足或系统本身的除磷能力较差的情况，对此进行了碳源驯化和化学除磷的小试作为改造研究的辅助性试验，从而选择合理的碳源和化学除磷药剂。在ＣＡＳＳ系统基础上进行改造的方案具有投资少、ＴＮ和ＴＰ去除率高、运行费用低等特点。采用Ａ／Ｏ．ＭＢＲ工艺时，虽然土建安装费用低、污泥处置费用低，但材料成本和运行费用高。通过试验结果及经济性比较最终确定污水厂提标改造方案为：在原有ＣＡＳＳ系统基础上增加推流搅拌阶段用于提高污水厂出水的ＴＮ处理效果，并在生物池末端设置化学除磷的混凝搅拌池和滤池，降低出水的ＴＰ和ＳＳ。最终污水厂出水达到一级Ａ排放标准。关键词：脱氮除磷，推流器，Ａ／Ｏ―ＭＢＲ工艺，化学除磷，碳源，污水厂，提标改造ｕａｕｈｚｕｈｉｅｆｅＨｔｈｅｕｐｇｒａｄｅｏｆｔｒｅｅｎｔｏｌａｎｔｌａｎｔｉｎＺｈｕｚｈｕａｎｉ‘ｇｌＩｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈＡｂｓｔｒａｃｔＴｏｅａｓｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｓｅｗａｇｅｏｆｓｏｃｉｅｔｙ，ｅｃｏｎｏｍｙａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｃａｕｓｅｄｂｙｗａｔｅｒｓｔａｎｄａｒｄｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｔｈｅｓｔａｔｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，ｔｈｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｈａｖｅｕｐｇｒａｄｅｄｆｒｏｍ（ＧＢ８９７８－１９９６）Ｂｓｔａｎｄａｒｄｓｔｏ（ＧＢｃｏｍｅｔｈｅ１８９１８―２００２）ｏｆＡｓｔａｎｄａｒｄｓ．Ｍａｎｙｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｏｐｌａｎｔｓ（ＷＷＴＰｓ）ｈａｖｅｂａｓｅｄｔｈｅｕｐｇｒａｄｉｎｇｉｓｓｕｅｓ，ｇｅｎｅｒａｌｌｙｔｈｅｉｒａｒｅｔｗｏｗａｙｓ：ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇｏｎｏｒｉｇｉｎａｌｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｒｅｐｌａｃｉｎｇｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｂｙｔｈｅｎｅｗｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ．Ａｎａｌｙｓｉｚｏｎｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｓｈｏｕｌｄｂｅｄｏｎｅｂｅｆｏｒｅｔｈｅｐｒｏｇｒａｍ，ｗｈｉｃｈａｓｐｅｃｉｆｉｃｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍｓａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｂｅｉｎｇｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｂｙｒｅｌａｔｅｄｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎｓ．ＰｒｏｇｒａｍｅｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｏｆｕｐｇｒａｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆａｓｖａｒｉｅｔｙｏｆＷＷＴＰｔｏｆｏｃｕｓｏｎｅｎｈａｎｃｉｎｇｉｔｓｎｉｔｒｏｇｅｎｅｆｆｅｃｔａｎｄｏｆｒｅｍｏｖａｌｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅＴＮａｎｄＴＰｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｌｕｅｎｔ．Ｔｗｏｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇｓｃｈｅｍｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｅｆｆｌｕｅｎｔｆｒｏｍｔｈｅｈａｎｄ，ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇＺｈｕＺｈｕａｎｊｉｎｇＷＷＴＰｏｎｃｏｕｌｄｎｏｔｍｅｅｔｔｈｅＡｓｔａｎｄａｒｄ：ｏｎｔｈｅｏｎｅｔｈｅｂａｓｅｏｆｏｒｉｇｉｎａｌＣＡＳＳｐｒｏｃｅｓｓ，ｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｈａｎｄ，ａｄｏｐｔＡ／Ｏ―ＭＢＲｐｒｏｃｅｓｓｉｎｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｌａｎｔ．Ｃｈｏｏｓｅｔｈｅｂｅｓｔｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅａｎｄｔｅｓｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｂｙｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｓｔｓａｓｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｔｗｏａ．Ｓｓｃｈｅｍｅｓｏｆｕｐｇｒａｄｉｎｇｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔｔｈｅｅｆｆｌｕｅｎｔ，ＳｉｔｕａｔｉｏｎａｎｄｏｆｗｅｌｌＴＮａｎｄＴＰｒｅｍｏｖａｌｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｗｉｔｈｃａｒｂｏｎｔｈｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｌｏｗｅｆｆｅｃｔｏｆｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｍｏｖａｌｅｘｉｓｔｅｄｉｎｄｏｍｅｓｔｉｃａｔｉｏｎａｓＷＷＴＰ．ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｃａｒｂｏｎａｎｄｒｅｍｏｖｅｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｗｉｔｈｃｈｅｍｉｃａｌｍｅａｓｕｒｅｓｈａｖｅｂｅｅｎａｒｒａｎｇｅｄｓｏｕｒｃｅｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ，ｔｏｓｅｌｅｃｔａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｃａｒｂｏｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｍｏｖａｌａｇｅｎｔ．ｏｎＵｕｐｇｒａｄｉｎｇｐｒｏｇｒａｍｂａｓｅａｓｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌＣＡＳＳｓｙｓｔｅｍｈａｖｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｓｕｃｈｌｏｗｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔａｎｄｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｓｔｓ，ｈｉｇｈｐｒｏｃｅｓｓｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｓｏｆＴＮａｎｄＴＰｒｅｍｏｖａｌ，ｗｈｉｌｅＡ／Ｏ－－ＭＢＲｈａｖｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｕｃｈｌｏｗ－－ｃｏｓｔｏｆｔｈｅｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｉｎｃｉｖｉｌｗｏｒｋｓａｎｄｓｌｕｄｇｅｄｉｓｐｏｓａｌｃｏｓｔｓ，ｂｕｔｈｉｇｈｃｏｓｔｉｎｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｏｐｅｒａｔｉｎｇ．Ｔｈｅｆｉｎａｌｕｐｇｒａｄｉｎｇｐｒｏｇｒａｍｈａｖｅｂｅｅｎａｓｃｅｒｔａｉｎｅｄｂｙｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅａｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｎｄｃｏｓｔｓｏｆｔｈｅｔｗｏｐｒｏｃｅｓｓ：ｗａｔｅｒｉｍｐｅｌｌｅｒｓｈｏｕｌｄｂｅｉｎｓｔａｌｌｅｄａｓｗｅｌｌｍｉｘｉｎｇｓｔａｇｅｂｅａｄｄｅｄｂｅｆｏｒｅｔｈｅａｅｒａｔｉｏｎｐｈａｓｅｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔｏｆｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｐｏｏｌｔｏＴＮ，ｃｏｎｃｒｅｔｅｍｉｘｉｎｇｔａｎｋａｎｄｆｉｌｔｅｒｔａｎｋｂｅｅｎａｄｄｅｄａｆｔｅｒｔｈｅｒｅｄｕｃｅｔｈｅＴＰａｎｄＳＳｏｆｔｈｅｅｆｆｌｕｅｎｔ．ＷｉｔｈｔｈｅｓｅｍｅａｓｕｒｅｓｔｈｅＴＰ．ＴＮａｎｄＳＳｆｒｏｍｔｈｅｅｆｆｌｕｅｎｔｃｏｕｌｄｂｅｒｅｄｕｃｅｄ．ａｎｄｔｈｅｅｆｆｌｕｅｎｔｏｆｔｈｅＷＷＴＰｗｉｌｌａｃｈｉｅｖｅＡｓｔａｎｄａｒｄＳＫｅｙＨｒｏｒｄｓ：ｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｍｏｖａｌ，ｗａｔｅｒｉｍｐｅｌｌｅｒ．Ａ／Ｏ－ＭＢＲｒｅｍｏｘ，ａ１．ｃａｒｂｏｎｐｒｏｃｅｓｓ：ｃｈｅｍｉｃａｌｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｓｏｕｒｃｅ，ＷＷＴＰ，ｕｐｇｒａｄｉｎｇｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ致谢２０１２年的春天，毕业是我们的主旋律。我怀着感恩的心向相伴７年的母校一一合肥工业大学告别，心中有千万种感激与感动。学校让我的人生得到了充实，知识得到了丰富，为我的即将进行的事业做了铺垫。在校期间我得到了老师、同学及参与实践单位的支持，值此毕业之际，向这些在我的成长道路上帮助过我的人表示感谢。首先我要感谓十我的导师徐得潜教授，在他的悉心指导下，我顺利的完成了研究生３年的任务。从研一开始您就开始将我引向正规的研究道路，特别是参与您所接项目阶段，通过不断的指正，我在研究方面有了很大的进步。您对学生的态度及待人做事深深的感染了我，这将成为我这一生宝贵的财富。其次，要感谢陈慧老师，在论文的写作前后，您一直耐心地为我作指导，使我完成论文的效率得到了很大的提高。您对待学生像对待自己的子女和朋友一样，这一点深深的感染了我，您那不厌其烦、踏实严谨的治学态度值得我一辈子学习，在此要感谢试验过程中帮助过我的同事们及同学们。合肥市污水处理工程技术中心的同事们、同门及我的师兄师姐们，非常感谢长期以来对我的帮助和支持。作者：周慧２０１１年４月６日目录第一章绪论………………………………………………………………………………１１．１我国水环境概况……………………………………………………………………．．１１．１．１水环境现状……………………………………………………………………１１．１．２水污染控制的方法……………………………………………………………２１．２国内外加强污水厂出水水质管理概况……………………………………………２１．２．１国外概况………………………………………………………………………．２１．２．２国内概况………………………………………………………………………．３１．３污水厂提标改造工艺相关研究……………………………………………………３１．３．１污水脱氮除磷原理……………………………………………………………３１．３．１．１脱氮原理……………………………………………………………………．３１．３．１．２生物除磷原理…………………………………………………………５１．３．２污水生物脱氮除磷技术研究………………………………………………．．６１．３．２．１Ａ２０污水生物处理工艺………………………………………………一７１．３．２．２氧化沟污水生物处理工艺……………………………………………８１．３．２．３ＳＢＲ污水生物处理工艺………………………………………………．９１．３．２．４ＡＢ污水生物处理工艺………………………………………………．１０１．３．２．５ＢＡＦ污水生物处理工艺………………………………………………１１１．３．２．６人工湿地污水生物处理工艺………………………………………．．１２１．３．２．７ＭＢＢＲ污水生物处理技术……………………………………………１４１．３．２．８ＭＢＲ污水生物处理工艺……………………………………………．．１５１．４课题研究背景………………………………………………………………………１６１．４．１课题来源………………………………………………………………………１６１．４．２课题研究的意义……………………………………………………………．．１６１．４．３课题研究的主要内容………………………………………………………．．１７第二章污水厂现状……………………………………………………………………一１８２．１污水厂概况及进出水水质…………………………………………………………１８２．１．１污水厂概况…………………………………………………………………一１８２．１．２污水厂进出水水质…………………………………………………………．１８２．２工艺分析……………………………………………………………………………．１９２．２．１工艺现状………………………………………………………………………１９２．２．２存在的问题…………………………………………………………………一２０第三章碳源驯化和化学除磷小试研究……………………………………………。２１３．１碳源驯化活性污泥试验……………………………………………………………２１３．１．１方法与材料……………………………………………………………………２１３．１．２指标测定………………………………………………………………………２２３．１．３试验结果分析………………………………………………………………一２２３．１．４碳源投加量的计算…………………………………………………………．２２３．１．５结果分析………………………………………………………………………２２３．１．５．１出水效果比较…………………………………………………………２３３．１．５．２反硝化速率及释磷情况比较………………………………………．．２３３．１．６小结……………………………………………………………………………………………………．２４３．２化学除磷试验研究…………………………………………………………………．２５３．２．１化学除磷原理………………………………………………………………．．２５３．２．２化学除磷试验方法及过程…………………………………………………２５３．２．３化学药剂筛选………………………………………………………………一２８３．２．４小结……………………………………………………………………………２８第四章污水厂提标改造试验…………………………………………………………３０４．１ＭＢＲ应用于污水厂改造试验……………………………………………………．．３０４．１．１试验装置及工艺流程………………………………………………………．．３０４．１．２试验结果分析………………………………………………………………．．３０４．１．２．１ＣＯＤ的去除……………………………………………………………３０４．１．２．２ＮＨ４＋－Ｈ的去除…………………………………………………………３１４．１．２．３ＳＳ的去除………………………………………………………………３２４．１．２．４ＴＮ的去除………………………………………………………………３２４．１．２．５ＴＰ的去除………………………………………………………………３３４．１．３污泥性状………………………………………………………………………３４４．１．３．１污泥形态………………………………………………………………３４４．１．３．２污泥沉降性能…………………………………………………………３４４．１．３．３生物相…………………………………………………………………．３４４．１．４跨膜压差变化及膜清洗……………………………………………………．３５４．１．４．１跨膜压差变化趋势……………………………………………………３５４．１．４．２膜清洗…………………………………………………………………．３５４．１．５小结……………………………………………………………………………３６４．２ＣＡＳＳ工艺升级改造………………………………………………………………．．３６４．２．１试验方法及原理……………………………………………………………．．３６４．２．２试验结果及分析……………………………………………………………一３７４．２．２．１ＣＯＤ的去除……………………………………………………………３７４．２．２．２ＮＨ４＋－Ｎ的去除…………………………………………………………３８４．２．２．３ＴＮ的去除………………………………………………………………３９４．２．２．４ＴＰ的去除………………………………………………………………４０４．２．２．５推流速度………………………………………………………………４１４．２．２．６推流时间的确定………………………………………………………４２４．２．３污泥性状………………………………………………………………………４４４．２．４小结……………………………………………………………………………４４４．３两种工艺应用于污水厂改造比较及选用………………………………………．４４４．３．１出水水质比较…………………………………………………………………４４４．３．２经济性比较……………………………………………………………………４５４．３．３小结……………………………………………………………………………………………………４７第五章结论与建议………………………………………………………………………．４９５．１结论……………………………………………………………………………………………………………．４９５．２建议…………………………………………………………………………………．．４９参考文献…………………………………………………………………………………．５０插图清单图１．１氮的反硝化过程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。．．．．，．．．．．．．．４图１―２Ａ２／Ｏ工艺流程图．．．．．．．．．．．．。．．．．．．．．．．．，．．．．．．．．．．，．，，．．．．．７图１．３ＵＣＴ工艺流程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．８图１．４ＭＵＣＴ工艺流程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，．．．．．．．．．．．．．，。．．．．８图１．５ＡＢ工艺流程图．．．．．．．．．．．．．。．．．．．．．．．．．．．．．．．，。．．．．．．．．．．．．．１０图１．６三段工艺流程流程图．．．．．．．．．．．，．．．．．．．。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１２图２．１朱砖井污水处理厂平面布置图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，．．．．．。．。．。．．．．１８图２―２ＣＡＳＳ工艺流程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。．。．．．．．．．，．．．．．．．．。．１９图２．３ＣＡＳＳ池工艺组成图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。．．．．．２０图２．４生物池主反应区运行时间序列图．．．．．．．．．．．．。。．．．．．，．．．．．．．．．．２０图３．１试验装置图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，，．，．．．。．．．．．．．：２２图３―２小试出水水质数据图示．．．．．．．．．．．．．。．．．．．．．．．．．．。．．．．．．．．．．２３图３―３试验期搅拌阶段Ｎ０３．一Ｎ、ｐｏａ３－＿ｐ浓度变化图．．．．．。．．．．．．．．．．．．．．：２４图３．４试验中期搅拌阶段Ｎ０３＂－Ｎ、Ｐ０４３－＿ｐ浓度变化图．．。．．．．．．．．．．．．．．．２４图３．５试验后期搅拌阶段Ｎ０３＂－Ｎ、Ｐ０４３－＿ｐ浓度变化图．．．．．。。．．．，．．．。．．．２４图３－６ＦｅＣｌ３为化学除磷药剂试验过程图．．．．．．．．．．．．．．．．．，．．．．．．．．．．．．２６图３―７Ａ１Ｃ１３为化学除磷药剂试验过程图．．．．．．．．．．．．。．．．．．．．．．．．．．．．．．２７图３―８ＭｇＣｌ２为化学除磷药剂试验过程图．。．．．．，．．．．．。．．．．。．．．．．．．．．．．２７图３－９ＰＡＣ作为化学除磷药剂试验过程图．．．．．．．．．．．．．．．．。．．．．．，，．．．．．２７图３．１０ＦｅＣｌ３＋Ａ１Ｃ１３组合作为化学除磷药剂试验过程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．２８图３．１１ＦｅＣｌ３＋ＰＡＣ组合作为化学除磷药剂试验过程图．．．。。．．．．．。．．．．。．．．２８图３―１２化学除磷工艺流程图．．．．．．．．．．．．．．．。．．．。．．．．．．。．．．．．．．．．．．．２９图４．１Ａ／Ｏ．ＭＢＲ工艺流程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３０图４－２出水ＣＯＤ变化趋势图．．．．．．．．．，．．．．．，，．．。．。．，．，．．．．．。。。．．．．．３１图４．３出水ＮＨ４＋－Ｎ变化趋势图．．．．．．．．．．．．．，．．．。，．。．．，．。．．．．．．．．．．．３２图４―４出水ＴＮ变化趋势图．．．．．．．．．．．．．．．．．。，．．．。．．．。．．．．，。．．．．．．．３３图４．５出水ＴＰ变化趋势．．．．．．．．．．．．，．．．．．．．，．．．。．．．．，。．．．．．。．．。．．．３４图４－６污水厂污泥性状与膜池对比．．．。．。．．．．．．．．．，．，。．．．。．。．．．．，．．．．３４图４．７污泥生物相观测图．．．．．．．．．．．．．．，．．．．．．。．．．。。。。。．．．．．．。．．．．．３５图４―８跨膜压差变化趋势图．．．．．．．．．．．，，．．．．．．．．．．．．，，。．．．．．。．．．．．．３５图４―９低推和高推推．．．．．．．．。。．．．．．．．．．．。．．．．．。。．．．。。．．，。。．．．．，．．．３７图４―１０运行时间序列．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。．．．．．．．．．．。．３７图４．１１ＣＡＳＳ池改造出水ＣＯＤ比较．．．．．．。．．，。．．．．．．．．。，．．．，．。．．．，．．．３８图４―１２ＣＡＳＳ池改造出水ＮＨ４＋－Ｎ比较．．．．。．．．．。．．．．．．．．。．，．．．．．．．。．。．３９图４―１３ＣＡＳＳ池改造出水ＴＮ比较．．．．．．．．．．．．，．。．．．。．．．，．．．．．．．．．．．．．４０图４．１４ＣＡＳＳ池改造出水ＴＰ比较．，．．．．．．．。．．．．，，．．。．，．．．．．．．．．．．．．．４ｌ图４―１５推流器推流方向图示．．。．．．．．．。．．．．．．，．．。．。．．．．．．．．．，．．．．．．．４１图４―１６２｝｝池推流流速分布图．．．．．．．．．．。．．．．．．．．．。．．．．．。。．．．．．．．．．．．４１图４―１７３≠ｆ池推流流速分布图．．．．．。．．．．．．．．．．．．．．，，．．．．．．．．，．．．．．．．．．４２图４―１８２拌池进水开始Ｎ０３－－Ｎ、Ｐ０４３－＿ｐ、ＮＨ４＋－Ｎ浓度过程图．．．．．．．．．．．．．．４３图４．１９３≠｝池进水开始Ｎ０３＂－Ｎ、Ｐ０４。’－＿ｐ、ＮＨ４＋－Ｎ浓度过程图．．．．．．．．．．．．。．４３图４―２０２牟池进水结束后搅拌ＮＯＢ－Ｎ、Ｐ０４３－＿ｐ、ＮＨ４＋－Ｎ浓度过程图．．．．．．．．．４３图４―２１３群池进水结束后搅拌Ｎ０３＂－Ｎ、Ｐ０４３－＿ｐ、ＮＨ４＋－Ｎ浓度过程图．．．．．．．．．４４图４―２２ＣＡＳＳ工艺改造后组成图．．．．．．．．，．．．．。．．．．，。，．，．．．．．．．．．．．．．．４８表格清单表１―１污水厂一级Ｂ与一级Ａ排放标准比较表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１７表２―１原设计进、出水指标及环保局确认出水指标．．．．．．．，．．．．．．．．．．．．．．１８表３．１Ａ、Ｂ两反应器出水水质的比较表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。．．．．２３表３―２投加药剂种类及投加量。．。。．．．．．．．．．．。．．．．．．．．．．．．。．．．．．。．．．．．２６表３―３化学药剂使用成本比较．．．。．．．．．．．．，。．．．．．．．。．．．．．．．，．．．．．．．．．２８表４．１运行工况表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。．．．．．．．３１表４―２两种工艺应用于污水厂提标改造试验出水水质比较．．．。．，，．．．．．．．．４５表４．３两种工艺处理成本比较．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４７第一章绪论１．１我国水环境概况１．１．１水环境现状我国是一个水资源严重短缺的国家，人均淡水资源仅为世界平均水平的１／４，在世界上名列１１０位，是全球人均水资源最贫乏的国家之一，人均可利用水资源量仅为９００ｍ３¨３。此外，我国水污染严重，据监测，全国废污水排放量由１９８０年的３１５亿吨增加到２０ｌ０年的６ｌ７．３亿吨。多数城市地下水受到一定程度污染，有逐年加重的趋势。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，加剧了水资源短缺的矛盾，还严重威胁到城市居民的饮水安全和健康。根据２０ｌ０年国家水环境公报心３全国地表水污染依然较严重，七大水系总体为轻度污染，浙闽区河流为轻度污染，西北诸河为轻度污染，茜南诸河水质良好，湖泊（水库）富营养化问题突出。长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河七大水系总体为轻度污染。２０４条河流４０９个地表水监测断面中，Ｉ～ＩＩＩ类、Ⅳ～Ｖ类和劣Ｖ类水质的断面比例分别为５９．９％、２３．７％和１６．４％，主要污染指标为高锰酸盐指数、五日生化需氧量和氨氮。其中，珠江、长江水质良好，松花江、淮河为轻度污染，黄河、辽河为中度污染，海河为重度污染。我国淡水湖泊水环境现状更为严峻，面临的主要威胁有：①湖泊萎缩，水面面积减少，湖泊面积由２０世纪５０年代初期的１７１９８ｋｍ２减少到目前的６６００ｋｍ２，２／３以上的湖泊面临消亡阳１。②污染严重，富营养化程度加剧，太湖、滇池、巢湖是我国典型的富营养化湖泊。目前，三大湖泊均处于中度富营养化到重富营养化状态，湖泊水质属于Ｖ类到劣Ｖ类。自１９９４年，“三湖”被列入我国首批流域治理重点项目，但“三湖”的富营养化不但没有得到控制，反而进一步加剧。从２００１―２０１０年各湖平均富营养化指数来看，整体呈上升趋势；其中，太湖的富营化指数由６０．９到５９．１高年份达到６２．７；巢湖由５８．３到５９．８，最高年份达到６２．７，由轻度富营养化状态步入中度富营化状态Ｈ３。２０１０年在２６个国控重点湖泊（水库）中，满足ＩＩ类水质的有１个，占３．８％；ＩＩＩ类的５个，占１９．２％；Ⅳ类的６个，占１５．４％；Ｖ类的５个，占２３．１％；劣Ｖ类的９个，占３８．５％。主要污染指标为总氮和总磷，营养状态为重度富营养的１个，占３．８％；中度富营养的２个，占７．７％；轻度富营养的１１个，占４２．３％；其他为中度营养，占４６．２％㈨。严峻的水环境形势不仅造成了水体严重富营养化及可利用水资源的减少，还会影响今后一个时期饮水安全。世界卫生组织曾调查指出，人类疾病８０％与水污染有关，世界上有２，５００万名以上的儿童因饮用被污染的水死亡，约有上１０亿人因饮用被污染的水患上多种疾病，每年全世界因水污染引发的霍乱、痢疾和疟疾等传染病的人数超过５００万¨。。１．１．２水污染控制的方法有效控制水污染，保护水资源已成为当务之急。针对水污染问题提出的普遍对策有：①污染源头控制。大力推进区域产业结构的战略性调整，从源头削减污染物的排放；城市污水通过污水管道全面截污，排入相应的污水处理厂处理后排放。②过程削减控制。加强环湖城镇生活污水处理厂的建设，新建与在建的污水处理厂都要配套建设脱氮除磷设施，已建污水处理厂要安排相应的脱氮除磷改造；加强配套管网建设，改造排水管网雨污分流体系，不断提高城镇污水收集处理的能力和效率。③末端强化控制。相比于源头控制与过程削减，末端强化控制具有周期长、费用高、治理效果不理想等缺点。物理法如换水、曝气治理湖泊河流污染成本高，一些欠发达地区不能承受。化学法虽然能在短期内迅速控制湖面的水华现象，但沉淀到湖底的藻类仍然会在条件适宜的时候再度爆发，此外，化学制剂的使用会对湖泊造成二次污染。生物治理的效果相对于以上两种方法要好，但周期较长，还要谨防生物入侵对河流湖泊生态带来的负面影响。④内源释放控制。对于湖泊，在外源得到控制后，内源的影响会变得明显。如１９９５―１９９６年间进入滇池草海的ＴＰ，ＴＮ和ＣＯＤ约有９０％储存于湖底，底泥释放的总磷可维持滇池水体目前水平６３年之久№３。⑤系统管理控制。水环境修复治理是一项涉及多部门、多行业和跨地区的复杂的系统工程，目前我国许多淡水湖泊的治理目前还处于一种分散投资、各自为政的状态，这将在一定程度上削弱治理资金的使用效率。若要有效的保持水体良性生态系统，还须具备全局的观点，以流域生态文化理念构建流域水环境综合整治一体化模式，实行全流域统一规划、综合管理。１．２国内外加强污水厂出水水质管理概况提高污水厂出水标准，加强出水水质管理是水污染控制中的一项重要措施，能够大大削减排入天然水体的ＣＯＤ、Ｎ、Ｐ等，对于改善日益恶化的水环境及提高水资源可利用率具有重要的意义。１．２．１国外概况由于化肥、洗涤剂等大量使用，天然水体中的Ｎ、Ｐ含量持续升高，导致藻类大量繁殖，水体缺氧并产生毒素，进一步导致水体质量恶化，不仅影响了水体的使用功能，也对水处理及人体健康产生威胁。二次大战以来，全世界由水体富营养化引起的水华、富营养化及赤潮灾害频繁发生‘“。为此，欧洲各国对废水的脱氮除磷要求日趋严格。如德国己于ｌ９９５年要求８５％的污水厂出水达三级处理标准，并于ｌ９９９年要求污水厂每２ｈ取样的混合样中至少有８０％满足ＴＮ≤５ｍｇ／１，否则就交纳排污费；奥地利于１９９０年颁布了“污水排放法”，要求人口当量大于５万的污水处理厂２４ｈ混合样的８０％达到：ＮＨ。ＩＮ≤５ｍｇ／ｌ，ＴＮ去除率≥６０％．此外，欧共体于１９９１年５月颁布了有关污水处理的法令，不仅对污水厂出水中ＣＯＤ…ＢＯＤｊ、ＳＳ等做了严格规定，还对排入“敏感水体，，（已经或将要发生水体富营养化的水体、用作水源的水体）的污水处理厂Ｎ、Ｐ作了严格规定，对于人口当量在ｌ万“１０万的污水处理厂，出水ＴＮ不超过１５ｍｇ／Ｉ，对于人口当量超过１０万的污水处理厂，出水中ＴＮ不超过ｌＯｍｇ／１，对出水ＴＰ也作了不超过０．５ｍｇ／１的严格规定。１．２．２国内概况目前我国的水体富营养化问题尤为突出，以太湖、巢湖流域为主的水体富营养化一直是困扰水处理专家的问题。我国于１９９６年１０月４日颁布，１９９８年１月１日实施的《污染综合排放标准》（ＧＢ８９７８―１９９６）；于２００２年１２月２４日颁布，２００３年７月１日实施的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢＩ８９１８―２００２）均对Ｎ、Ｐ的排放做了严格规定，进一步加强了控制其排放。２００７年５月，太湖流域发生无锡供水危机和蓝藻爆发重大水污染事件之后，江苏省全面加强水污染的治理工作，环境保护部门要求沿太湖城镇污水处理厂严格执行ＧＢｌ８９１８―２００２的一级Ａ标准，并由此全面推动了太湖流域城镇污水处理厂的一级Ａ提标改造和扩建、新建工作。此外，杭州、秦皇岛等城市的部分污水处理厂也相继完成改造；杭州ｔ萧山城市污水处理厂于２００７年确定改造方案，２００８年完成改造后运行至今，如期达到ＣＯＤ减排和脱氮除磷的目标；秦皇岛市根据该市总体规划和国家环保部门的要求，对秦皇岛市第二污水处理厂进行改扩建，确定该污水处理厂远期（２０２０年）污水厂出水水质执行一级Ａ排放标准。严格控制污水厂出水水质，减少排入河道的Ｎ、Ｐ量是水污染控制的一个重要措施，对原有污水厂按照新的排放标准进行提标改造也是控制水环境进一步恶化的必经阶段。１．３污水厂提标改造工艺相关研究随着水体中氮（Ｎ）和磷（Ｐ）浓度过高出现的一系列富营养化的环境问题爆发，污水处理工作者们对于污水中如何去除Ｎ和Ｐ做了大量的研究，其中主要包括Ｎ、Ｐ去除机理的研究、传统工艺的改造和新工艺的开发等方面。１．３．１污水脱氮除磷原理１．３．１．１脱氮原理污水的生物脱氮过程阳３，实际上是将氮在自然界中循环的基本原理应用于废水生物处理，借助于不同微生物的协调作用以及合理的人为运行控制，通过生物去除氮过程将废水中的氨氮转化为氮气，从废水中脱除的过程。首先，在好氧条件下，通过亚硝酸菌和硝酸菌作用，将废水中的氨氮转化为亚硝酸盐氮（ＮＯ２－－Ｎ）或硝酸盐氮（Ｎ０３－－－Ｎ），称为硝化反应。其中亚硝酸菌和硝酸菌都是化能自养菌，他们利用Ｃ０。卜、Ｃ０：、和ＨＣＱ－等作为碳源，通过与ＮＨ。、ＮＨ。＋或Ｎ０：一的氧化还原反应获得能量。硝化过程需要在好氧（ＡｅｒｏｂｉＣ）条件下进行，以０：为电子受体，反应过程用下式表示：ＮＨ。＋＋０２＋ＨＣＯ。一一Ｎ０：一＋Ｈ２０＋Ｈ２ＣＯ。＋（２４０、３５０ｋＪ／ｍ０１）（１―１）Ｎ０２＋ＮＨａ－＋ＨＣＯａ－＋０２一Ｎ０。一＋Ｈ。０（２４０、３５０ｋＪ／ｍ０１）（１―２）ＮＨａ＋＋０１＋ＨＣＯ。一一ＮＯ。’＋Ｈ２０＋Ｈ。ＣＯ。＋（３０５’４０５ｋＪ／ｍ０１）（１―３）可见硝化反应使氮从负三价（ＮＨ。＋）转化为正三价（ＮＯ：一）和正五价（ＮＯ。一），该作用只改变了氮在水中的化合态，并没有解决根本问题。然后，在缺氧条件下，利用反硝化菌将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气，称为反硝化作用。其中反硝化菌（假单胞杆菌、反硝化杆菌、螺旋菌属等）是一类化能异样兼性微生物，在分子态氧存在时，它们以有机物为底物对其进行氧化分解，并以氧作为最终的电子受体；在缺氧条件（ＤＯ＝Ｏ．２、０．５ｍｇ／１）下，则利用废水中的各种有机物为碳源和电子供体，以Ｎ０２－－Ｎ和Ｎ０。一－Ｎ为电子受体进行缺氧呼吸，通过异化和同化作用完成反硝化脱氮过程。该过程中，反硝化菌将ＮＯＢ－－Ｎ还原为Ｎ。的过程经历了一系列连续的四步反应过程（图卜１），以甲醇作碳源为例，反应过程如式卜４和式卜５：Ｎ０２－＋ＣＨ３０Ｈ＋Ｈ２Ｃ０３一Ｎ２ｆ＋Ｈ２０＋ＨＣＯａ－＋ＣｊＨ７ＮＯ：（卜４）Ｎ０２一＋ＣＨ３０Ｈ＋Ｈ２Ｃ０３一Ｎ２ｆ＋Ｈ２０＋ＨＣＯ［＋ＣｊＨ７Ｎ０２（卜５）硝酸盐亚硝酸盐氧化氮氧化亚氮还原酶还原酶还原酶还原酶Ｎ０３一一Ｎ－Ｎ０２一一Ｎ――――――二―――――◆ＮＯ―――――――――◆．Ｎ０２――――――――――◆．Ｎ２图１―１氮的反硝化过程图影响脱氮效果的主要因素有阳３：（１）溶解氧（ＤＯ）如前所述，生物脱氮过程中的硝化反应必须在好氧条件下运行，反硝化过程中必须维持在缺氧条件下运行。（２）温度（Ｔ）与其他废水生物处理过程一样，温度是影响生物脱氮效果的～个重要因素。硝化反应的最适温度范围为３０－５０℃，当温度在５～３５。Ｃ由低向高过渡时，硝化反应速度将随之加快，当温度低于ｌ５℃时硝化速度快速下降，当温度低于５。Ｃ时，硝化反应速度几乎停止。反硝化反应的适宜温度范围为１５～３５℃，当温度低于１０。Ｃ时，反硝化速度明显下降，当温度低于３℃时，反硝化作用完全停止。（３）酸碱度（ＤＨ）ｐＨ是影响废水生物脱氮除磷处理工艺的一个重要因素，对于硝化过程，当ｐＨ低于６或者高于９．６时，硝化反应将停止进行；对于反硝化，当ｐＨ低于６．５或者高于９时，反硝化速率很快下降，当ｐＨ为７．５左右时反硝化处于最佳状态（４）石炭氮比（Ｃ／Ｎｊ生物脱氮过程中需要一定数量的碳源，保证碳氮比能使反硝化能够顺利进行。碳源主要通过种类、需求量及供给方式等影响反硝化过程，其中Ｃ／Ｎ比是一个重要因素，当废水中的ＢＯＤ５／ＴＫＮ为５～８时，可认为废水中的碳源是足够的，否则，需要考虑补充外加碳源。（５）污泥龄（０。）污泥龄（０。）是生物脱氮工艺的一个重要设计参数…］，硝化和反硝化细菌世代较长，为保证反应器中足够数量，性能稳定的硝化和反硝化菌，必须使微生物在反应器中的停留时间大于硝化和反硝化菌的最小世代期。研究表明¨Ｊ，脱氮工艺０ｃ应控制在３～５ｄ以上，有的可高达１Ｏ～１５ｄ。较长的０ｃ可增加硝化和反硝化菌在污泥中的比例。但０ｃ不宜过长，过长的０ｃ会降低污泥的活性，影响处理效果。１．３．１．２生物除磷原理生物除磷是利用聚磷菌在厌氧条件下释放磷和在需氧条件下蓄积过量磷的作用并通过污泥排出磷的过程。在严格厌氧条件下，即氧化还原电位（ＯＲＰ）在．２００￣．３００ｍＶ之间时，聚磷菌（ＰＡＯ）将其细胞类的有机磷转化为无机磷并释放，并利用此过程中产生的能量摄取废水中的溶解性有机质合成聚一１３－羟基丁酸盐（ＰＨＢ）颗粒。在好氧条件下，ＰＡＯ则将ＰＨＢ降解以提供其从废水中摄取磷所需能量，从而完成聚磷过程。ＰＨＢ的合成与分解，作为一种能量的贮存与释放过程，在ＰＡＯ的摄磷与释磷过程中起到重要作用，即ＰＡＯ对ＰＨＢ的合成能力大小直接影响其摄磷能力高低［１２］。研究表明，在严格厌氧环境下，微生物的ＰＨＢ含量随时间呈线性增加，并与细胞中聚磷酸盐含量的减少呈现较明显线性关系。在好氧条件下，ＰＡＯ微生物细胞内的ＰＨＢ则呈指数减少，同样与聚磷酸盐的增加呈良好的线性关系。影响生物除磷的主要因素有Ｌ１３１：①溶解氧（ＤＯ）释磷阶段，严格的厌氧条件极为重要，它直接影响到ＰＡＯ在此阶段的生长状况、释磷能力及利用有机质合成ＰＨＢ的能力。厌氧段的溶解氧用氧化还原电位（ＯＲＰ）来衡量，它是一个反映“厌氧压抑”程度即ＰＡＯ性能的参数，当ＯＲＰ为正值ＰＡＯ不释磷，当ＯＲＰ为负值，并且其绝对值越高时，ＰＡＯ释磷能力越强。当厌氧段存在游离态ＤＯ时，ＤＯ会作为电子受体抑制厌氧菌，同时还会导致好氧菌的生长与ＰＡＯ竞争水中碳源，厌氧段的ＤＯ应控制在０。２ｍｇ／１左右，在摄磷阶段要最大限度的发挥ＰＡＯ的摄磷作用，必须在好氧段提供足够的溶解氧，实现最大限度地转化ＰＨＢ释放出足够的ＡＴＰ，供其过量摄磷，好氧段的溶解氧应控制在２ｍｇ／１左右。②进水碳氮比（Ｃ／Ｐ）废水中ＢＯＤｓ／ＴＰ是影响ＰＡＯ释磷及摄磷的一个不容忽视的因素，就厌氧段中的有机质种类而言，ＰＡＯ将优先吸收分子量较小的低级脂肪酸类物质。ＰＡＯ在厌氧段释放磷时产生的能量主要用于吸收废水中的可溶性低分子基质合成ＰＨＢ并贮存在其体内，以作为其在厌氧环境中生存基础。研究表明，要使出水中的磷保持在ｌｍｇ／１以下，进水的ＢＯＤ５／ＴＰ比值至少要高于ｌ５才能保证ＰＡＯ有足够的基质需求，获得良好的释磷效果。③硝态氮（ＮＯＸ－－Ｎ）含量生物除磷工艺中硝态氮的去除是先决条件。Ｂｏｒｄｉｓｃｈ等的研究发现ＩＪ４Ｊ废水生物除磷中起主要作用的微生物之一的气单胞菌具有将高分子有机质转化为简单低分子脂肪酸类物质的能力，在除磷过程中存在着气单胞菌＿发酵产酸＿聚磷之间的连锁关系。其中气单胞菌能否充分发挥其以发酵中间产物微电子受体进行发酵产酸能力，是决定ＰＡＯ能否正常发挥其功能的关键。研究表明，气单胞菌也是一种能优先利用ＮＯב．Ｎ作为最终电子受体的兼性反硝化菌，只要存在ＮＯｘ－－Ｎ，系统的除磷效果下降甚至被破坏。为充分保证高效释磷效果，厌氧段的ＮＯＸ－－Ｎ浓度应该控制在Ｏ．２ｍｇ／１以下。④污泥龄（０。）除磷工艺中ｏ。的长短对除磷效果有直接影响，ｅ。越长，污泥含磷量越低，去除单位重量的磷需要消耗较多的ＢＯＤ５。此外，还会由于有机底物的不足使污泥出现“自溶”现象【ｌ’】（ＳＭＰ），导致水中磷的含量增加，降低除磷效果。ｏ。越短污泥含磷量越高，从剩余污泥中排放除去的磷量也就越多，短的污泥龄还有助于好氧段控制硝化作用的发生，有利于厌氧段的充分释磷，对于仅以除磷为目的生物处理工艺，控制其ｏ。为３．５～７ｄ。同时具有脱氮作用的工艺，则应结合脱氮选择合适的污泥龄。⑤污泥沉降性能（ＳＶＩ）维持良好的污泥沉降性能，有利于泥水分离，减少出水中磷的含量。实际应用中，厌氧段的ＨＲＴ过长（有利于丝状菌的生长），往往是导致污泥沉降性能不好的主要因素。此外，若二沉池排泥不及时或局部积泥，亦将造成污泥发生反硝化，影响沉降性能。因此，设计和运行过程中应确定合理的ＨＲＴ（０．５～１．５ｈ），并检查二沉池或生物池的运行情况，以保证其正常运行。１．３．２污水生物脱氮除磷技术研究建立在生物脱氮除磷原理基础上，国内外关于强化污水厂脱氮除磷效果的措施主要分为两方面：①在传统工艺的基础上进行改进；②开发研究新型污水处理工艺。污水生物处理中具有脱碳除磷功能的传统工艺主要有Ａ２０、氧化沟和ＳＢＲ污水生物处理工艺等，研究的新型具有脱氮除磷功能的工艺主要有上述工艺的变型及ＡＢ、ＢＡＦ、ＣＷ、ＭＢＲ、ＭＢＢＲ污水生物处理工艺等。１．３．２．１Ａ２０污水生物处理工艺Ａ２０（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ／Ａｎｏｘｉｃ／Ｏｘｉｃ）工艺见图１―２。废水首先进入厌氧区，兼性厌氧菌将环境中的大分子有机物转化为分子量较低的中间发酵产物，ＰＡＯ将体内贮存的磷酸盐分解释放，并从环境中吸收小分子有机物以ＰＨＢ的形式加以贮存。随后进入缺氧区，反硝化菌利用来自好氧区回流液的ＮＯｘ’一Ｎ及废水中的有机质进行反硝化，达到去除ＢＯＤ５和脱氮效果，在好氧区ＰＡＯ通过分解其体内的ＰＨＢ释放“ｆｉｒｅ＝旦ｍ＿，摄取环境中的溶解态磷；硝化细菌发挥其硝化功能去除有机氮。该工艺优点是，工艺流程简单，所需总ＨＲＴ短于相应的其他工艺，由于污泥在厌氧、缺氧、好氧环境中交替运行，发生污泥膨胀的几率较小。不足是由于受脱氮和除磷双重功能的要求，两种功能间运行存在一定矛盾，如污泥龄、ＮＯＸ－．Ｎ浓度及混合液回流比等，因此必须加以调节，其脱氮除磷效果均不及Ａ／Ｏ和Ａ。／Ｏ工艺。混合液回流进图Ｉ．２Ａ２／Ｏ工艺流程图针对Ａ２０工艺的不足，南非开普敦大学在此基础上【１６ｊ，通过改进混合液的回流方式开发了ＵＣＴ脱氮除磷工艺（图１―３）。与Ａ２０工艺不同的是，其污泥首先回流至缺氧池，再通过缺氧池的混合液回流至厌氧池，这样就削弱了污泥直接回流至厌氧池，带入的ＮＯＸ＇－Ｎ。运行时，当总凯氏氮（ＴＫＮ）与ＣＯＤｃｒ的比值较高时应减少由缺氧池至厌氧池的回流液，防止ＮＯＸ＇－Ｎ进入厌氧池。但为保证系统中污泥的良好沉降性能，须对回流比进行合理控制。如回流比过低，将导致污泥在缺氧池中的ＨＲＴ过长，影响其沉降性能及ＰＡＯ厌氧池对磷的有效释放，对此，开普敦大学提出了改进的ＵＣＴ工艺一～ＭＵＣＴ工艺（图１．４）。ＭＵＣＴ工艺中将缺氧池分隔为两个独立的区域，来自沉淀池的回流污泥和好氧区的混合液分别回流至缺氧区的第一和第二区域，使其中的ＮＯＸ－＂Ｎ在第二缺氧区经反硝化去除，进入第一缺氧区的污泥则以混合液的形式回流至厌氧池，从而有效地解决了上述问题。水泥图１．３ＵＣＴ工艺流程图混合液回流混合液回流水泥图１―４ＭＵＣＴ工艺流程图此外，针对Ａ２０工艺强化脱氮除磷效果的还有倒置Ａ２０工艺及其他改进的Ａ２０工艺［１７１等。１．３．２．２氧化沟污水生物处理工艺氧化沟污水处理工艺是２０世纪６０年代初由荷兰卫生工程研究所（ＴＮＯ）的帕斯维尔（Ｐａｓｖｅｅｒ）博士通过研究和设计并首先开发的，并在欧洲、大洋洲北美和南美等各国得到了迅速的推广和应用［９１。该工艺是传统活性污泥法的一种改型和发展，基本特征是曝气池呈封闭的沟渠形，污水和活性污泥的混合液在其中不停的循环流动。废水进入氧化沟后与流动中的混合液在曝气装置的推动下沿由中间隔墙或导流墙构成的廊道内循环流动，当混合液经过曝气装置时，混合液ＤＯ升高，此后随离开其上游曝气装置距离的增加及混合液中微生物对废水中有机物的降解，ＤＯ逐渐降低，下一个循环以此类推。因而氧化沟是一种混合液不断循环和ＤＯ浓度高低周期变化相结合的工艺，混合液处于厌氧、缺氧和好氧交替的环境下，可通过进水点、曝气装置位置及回流污泥位置的合理设计，使该工艺在保持有效去除有机物的同时，具有良好的脱氮除磷效果。根据氧化沟的构造特征及曝气方式的不同，目前己开发和应用了多种氧化沟工艺。卡鲁塞尔（Ｃａｒｒｏｕｓｅｌ）工艺是由荷兰ＤＨＶ公司于１９６７年开发，他通过使用立式曝气装置使沟内的有效水位加大，并获得充分的混合效果，维持较高的传质效率【１８］。该工艺平面图为跑道形，在其内部设置一定数量的隔墙，形成由多沟串联组成的系统，在沟的一端布置表面曝气机，使系统中形成好氧区和缺氧区。Ｃａｒｒｏｕｓｅｌ２０００是在标准的Ｃａｒｒｏｕｓｅｌ氧化沟基础上增设一个占氧化沟面积１５％～２０％的外置或内置反硝化区，进水混合液及回流污泥在此区域实现反硝化强化脱氮功能。奥巴尔（Ｏｒｂａｌ）氧化沟工艺是由南非Ｍｕｉｓｍａｎ于１９６０年提出的，该工艺由多个隔墙分隔的同心环形沟渠组成，每个渠道为相对独立的反应器，依次串联。根据处理要求可设置二至四道沟，一般为三道。运行过程中，第一、二、三沟的溶解氧（ＤＯ）保持在０、１．０、２．０ｍｇ／１，并且从外到内有机物浓度依次减少，可以实现废水的脱氮除磷功能ｆ”】。第一沟道中较低的ＤＯ下实现了反硝化过程，沟中设置了曝气装置，存在厌氧区、好氧区及缺氧区，亦保持良好的硝化效果，当混合液进入内沟后，有机物浓度下降混合液ＤＯ升高，硝化作用更加明显，此外，污泥的回流使整个装置保持了良好的Ａ２／Ｏ工艺特性，但是由于其ＳＲＴ较长，限制了对磷的去除效果。除此之外，对传统氧化沟的改进工艺还有：集曝气、泥水分离及污泥回流等处理和操作于一体的一体式氧化沟工艺［２０１、针对处理功能选择的交替式氧化沟工艺和具有脱氮功能的双沟和三沟式交替式工艺［２１１等。１．３．２．３ＳＢＲ污水生物处理工艺ＳＢＲ是序批式间歇活性污泥法（ＳＢＲ）工艺是按一定时间顺序间歇操作运行，并在单个反应器内完成全部操作和运行过程的处理工艺，传统的经典ＳＢＲ工艺一个完整的过程包括进水、反应、沉淀、排水排泥和闲置五个阶段。该工艺根据所处理污水所需实现的目标，选择相应的运行方式，根据处理目标不同，ＳＢＲ工艺可以分为以有机物为主要去除对象的基本模式，及实现Ｎ、Ｐ为去除目标的脱氮除磷运行模式。以有机物去除为主要目的的ＳＢＲ运行模式在进水时或进水后开始曝气，充分考虑了进水基质浓度及有毒有害对处理效果的影响，并可采取灵活进水方式，如限量曝气、半限量曝气和非限量曝气等【２引，提高工艺的抗冲击负荷能力。该运行模式对Ｎ、Ｐ的去除效果不是很明显，主要是缺氧段和厌氧段时间较少。沉淀排水阶段所需时间为ｌ～２ｈ，此时污泥处于厌氧或缺氧状态，因此将污泥中的磷部分提前释放影响出水。为此需充分结合和发挥ＳＢＲ工艺优势，通过改变其运行模式强化脱氮除磷功能。为了使ＳＢＲ工艺有脱氮的功能１２引，在进水后增加了停曝搅拌阶段，为反硝化创造了良好的环境条件，按照这种方式运行，可使脱氮总效率提高至７０％～８０％。为提高ＳＢＲ除磷效果口制，进水阶段采用限量曝气方式使污泥在厌氧条件下，充分利用进水基质实现磷的充分释放。在该阶段需设搅拌装置进行良好的搅拌，使进水与前周期内的污泥充分混合接触，并控制良好的厌氧环境，将曝气后的沉淀、排水和排泥操作顺序改为沉淀、排泥、排水的运行方式，即在沉淀阶段同时排泥。这样及时排泥防止再沉淀和排水的较长时间内污泥中磷提前释放，保证有效的磷的去除，按此运行方式的ＳＢＲ工艺可获得７０％～８０％的除磷效果。实现对废水的脱氮除磷效果是在城市污水处理厂经常遇到的问题。首先为保证磷的充分释放，进水采用限量曝气／搅拌的方式，严格控制溶解氧不大于０．２ｍｇ／１，曝气阶段结束后，为保证良好的反硝化效果增加一道停曝／搅拌过程，搅拌时间为２ｈ以上，时间延长即可以提高脱氮效果，防止进水中ＮＯｘ’一Ｎ浓度，有利于释磷。将排泥阶段与沉淀阶段同时进行，将排水阶段后置。对于处理较大规模的废水而言ＳＢＲ运行不连续且处理方式具有间歇性，针对它的这一缺点，许多研究者对其运行方式进行了改进，并相继出现了一系列经典的ＳＢＲ改进工艺【２５１，包括间歇循环延时曝气工艺（ＩＣＥＡＳ）、循环活性污泥工艺（ＣＡＳＳ）、改良式序列间歇反应工艺（ＭＳＢＲ）、连续进水（曝气）一一间歇曝气工艺（ＤＡＴ―ＩＡＴ）、交替运行一体化工艺（ＵＮＩＴＡＮＫ）及间歇排水延时曝气工艺（ＩＤＥＡ）等。１．３．２．４ＡＢ污水生物处理工艺吸附．生物降解（ＡＢ）工艺是于２０世纪７０年代中期开发、８０年代初开始应用于工程实践的一项新型污水处理工艺。与传统的活性污泥工艺相比，在处理效率、运行稳定性、工程投资和运行费用等方面具有明显的优势。ＡＢ工艺属于两段活性污泥法，即整个工艺分为Ａ段和Ｂ段，其中Ａ段为吸附段，Ｂ段为生物氧化段，见图１―５。图１．５ＡＢ工艺流程图在ＡＢ工艺中Ａ段前一般不设初沉池，有机负荷很高，并在缺氧环境中运行，该段对于水质及水量的冲击负荷有巨大的适应和缓冲作用，为后面的Ｂ段创造了良好的进水条件。Ａ段产泥量较大，主要通过生物吸附作用去除有机物，因而剩余污泥中有机物较高。Ｂ段多以活性污泥方式运行，也可以根据脱氮除磷的要求按照Ａ２／Ｏ或Ａ／Ｏ方式运行。在Ｂ段生长的微生物除菌胶团外，还有相当数量的高级真核微生物，这些微生物世代较长并适应在有机物浓度较低的水体中生存，内源呼吸也比低级微生物强，Ｂ段剩余污泥只有传统活性污泥的１／３～１／４，即在污泥浓度相同时，Ｂ段污泥的污泥龄比Ａ段长。ＡＢ工艺应用于污水厂在脱氮除磷方面也进行了相关研究，Ａ段对氮和有机物的去除比常规处理高很多倍，并可以通过控制Ａ段的运行条件和运行方式，明显改善Ｂ段进水水质，有利于脱氮除磷效果【２６１，对于ＡＢ污水厂工艺改造表明，将Ａ段的一部分（５０％）关闭，使反硝化部分容积与总容积由３０％提高到５０％，可将总氮的去除率由５７％提高到７２％。为考察ＡＢ工艺对氮的去除效果，德国Ａａｃｈｅｎ工业大学技术研究所对含有７０％脂肪和造纸废水的城市混合污水进行了研究，结果表明［２７１，进水总氮为４８ｍｇ／ｌ时，出水总氮可降至７ｒａｇ／１，氮的去除率达８５％。ＡＢ工艺产泥量很高，Ｂ．Ｂ６ｈｎｋｅ教授通过研究证实，由于Ａ段中存在快速增殖的微生物对磷的有效吸附作用，含磷量高于传统工艺。德国Ｋｒｅｆｅｌｄ污水厂采用ＡＢ工艺，在正常运行、不投加化学药剂的情况下除磷率可达７０％，如在Ｂ段投加少量化学药剂（如铁盐），系统的除磷率可达９０％以上。１．３．２．５ＢＡＦ污水生物处理工艺曝气生物滤池（ＢＡＦ）是基于生物膜工艺在废水中应用的一种废水生物处理技术。具有运行功能强、占地面积小、运行稳定性好、处理能力高等特点，特别是集有机物的生物降解与悬浮固体的截留于一体，不仅可以有效去除ＢＯＤ。、ＳＳ，还可实现有效的脱氮除磷。在２０世纪８０年代末９０年代初被开发后很快应用于废水的深度处理，后直接应用与废水的二级生物处理。ＢｉｏｃａｒｂｏｎＢＡＦ滤池是由法国ＯＶＴ公司研究中心在对单一均匀轻质滤料首先开发并提出的，采用比重大于水的陶粒滤料，以降流的方式运行。该工艺以有机物为主要去除对象，小颗粒滤料层的高效截留作用可获得较高的ＳＳ去除率，利用生物膜内部与表面不同ＤＯ环境及曝气管道变换实现硝化和部分脱氮作用，硝化率可达９０％以上，但一般情况下ＢｉｏｃａｒｂｏｎＢＡＦ滤池不能实现理想的硝化和脱氮效果。ＢｉｏｓｔｙｒＢＡＦ滤池是法国ＯＶＴ公司在ＢｉｏｃａｒｂｏｎＢＡＦ工艺的基础上开发的具有脱氮效果的淹没式曝气生物滤池。该工艺采用聚苯乙烯为主要成分，比重小于水的Ｂｉｏｓｔｒｅｎｅ型轻质悬浮小球作微生物的载体和过滤滤料。ＢｉｏｓｔｙｒＢＡＦ滤池曝气供气和反冲洗空气管道分别设置成两套系统，反冲洗管设在滤池底部，曝气管设于滤料内，将滤料层分成上下两个区，曝气管道上部区域为好氧区，下部为缺氧区；填料层总体高度一级好氧区和缺氧区所占比例可根据废水水质及处理目的和要求不同确定。滤池内部形成Ａ。／Ｏ的脱氮工艺运行方式，运行过程中作为滤料的聚苯乙烯小球表面附着生长的生物膜在成熟时具有～定厚度，从其外面至内部存在ＤＯ的浓度梯度，由此形成由表面至内部的好氧、缺氧和厌氧区。废水中的污染物通过生物膜的吸附、吸收及内向传递，依次经历相应的好氧降解、缺氧反硝化及厌氧释磷等过程，实现对有机物和氮的转化和去除。此外，通过改进和开发新的滤料产生了多种新型滤池，如使用特制的７种膨胀硅铝酸钾颗粒作滤料的ＢｉｏｆｏｒＢＡＦ滤池，采用几何形状规整、呈波纹状Ｓｕｌｚｅｒ填料的Ｂｉｏｐｕｒ滤池及由使用泥炭颗粒所包埋的聚砜悬浮颗粒状塑料介质的Ｂｉｏｂｅａｄ滤池等，均在一定程度上提高了处理效果，Ｂｉｏｂｅａｄ滤池在用地紧张时还可用作深度处理，对于Ｎ、Ｐ的去除可通过不同滤料的组合实现。目前，实际运行ＢＡＦ典型的工艺流程有【２８Ｊ：ａ、以去除有机物为主要目的的Ｃ―ＢＡＦ工艺，ｂ、以去除有机物和硝化为主要目的的Ｎ―ＢＡＦ工艺；ｃ、以去除有机物和脱氮为主要目的的ＤＮ―ＢＡＦ工艺；ｄ、以去除有机物和Ｎ、Ｐ为主要目的的ＮＰ―ＢＡＦ工艺。采用ＢＡＦ作为废水处理工艺单元操作时，可根据处理对象和处理要求不同，选择并确定具体的工艺流程，通常采用的有一段法、二段法和三段法。一段法运行工艺主要针对对废水Ｎ、Ｐ排放无特殊要求的城市污水和可生化性较好的废水，该工艺采用Ｃ―ＢＡＦ方式运行。两段法主要应用于废水中有机物和氮的硝化处理，由预处理一Ｃ―ＢＡＦ―Ｎ―ＢＡＦ组成；当废水需要进行脱氮处理时，也可采用两段法，组合形式为：预处理一Ｃ―ＢＡＦ―ＤＮ―ＢＡＦ，此时需要在ＤＮ―ＢＡＦ的缺氧区补充碳源。三段法工艺主要应用于废水中有机物和脱氮除磷的处理，由预处理一Ｃ．ＢＡＦ―Ｎ．ＢＡＦ―ＤＮ―ＢＡＦ组成。ＤＮ―ＢＡＦ的运行接近于普通的快滤池，为了保证良好的缺氧环境，不需要进行曝气，需要在进水（Ｎ―ＢＡＦ的出水）中投加必要的除磷化学药剂进行化学除磷，同时添加碳源以供反硝化之需；为了节省运行费用，可将ＤＮ―ＢＡＦ置于Ｎ?ＢＡＦ之前，Ｎ．ＢＡＦ对ＤＮ。ＢＡＦ进行大比例回流，组成预处理一Ｃ―ＢＡＦ―ＤＮ―ＢＡＦ―Ｎ－ＢＡＦ工艺（图１―６）。反冲洗排７ｋ进水图１―６三段工艺流程图１．３．２．６人工湿地污水生物处理工艺人工湿地（ＣＷ）是２０世纪７０年代末开发的一种污水生物处理新技术【２州，具有有机物去除效果好、氮磷去除能力强、运转管理方便、工程基建和运转费用低以及对负荷的变化适应能力强等特点，适用于技术管理水平较低、处理规模较小的城镇或乡村生活污水的处理。自１９７４年，前联邦德国首先建造了ＣＷ污水处理技术以来，该项技术在欧洲很多国家得到推广应用，在美国加拿大等国得到迅速发展，目前欧洲已有６０００余座大小ＣＷ系统在运行之中，北美有１０００余座ＣＷ系统，新西兰也有８０余座在运行之中。ＣＷ系统在我国的研究始于２０世纪８０年代后期，天津市环保所于１９８７年建成了我国第一座占地６ｈｍ２、处理规模１４００ｍ３／ｄ的芦苇湿地处理系统，相继深圳、北京市都建立了规模不等、形式多样的湿地生物处理系统。ＣＷ系统是一种由人工建造和监督控制的、与沼泽地类似的地面，它利用生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化作用。该系统在一定长宽比及底面坡度的洼地中，由土壤和按一定坡度、填充一定级酉己的填料（如砾石）混合结构的填料床组成。废水可以在填料床的空隙中或床体表面流动，并在床体表面种植处理性能较好、成活率较高、抗水性强、生长周期长，具有观赏经济价值的挺水性植物，由此形成一个独特的动植物生态环境，实现对废水的有效处理。ＣＷ工艺系统可按污水在湿地床中的流动方式分为三种不同类型ｐ叫：地表流湿地（ＳＦＣＷ），港流湿地（ＳＳＦＣＷ），垂直流湿地（ＶＦＣＷ）。ＳＦＣＷ系统指污水在湿地表面流动，水位较浅，为Ｏ．６～１．０ｍ之间，最接近天然湿地，污水中绝大部分有机物去除靠植物生长在水下部分的茎、秆的吸收及表面生长的生物膜的吸附以及降解作用来完成。这种系统难以充分利用生长在填料表面的生物膜和生长丰富的植物根系对污染物的降解作用，处理能力较低。在运行过程中，废水的上层处于好氧状态，较深部分处于缺氧或好氧状态，因此它具有兼性氧化塘的特点。ＳＳＥＣＷ为采用各种填料的芦苇床系统，是目前得到广泛研究和应用的湿地工艺处理系统。通常由上下两层组成，上层为复合土，下层为具有良好空隙、水流易通过、由填料介质组成的根系层。污水通过该系统时，不仅可以充分利用填料表面的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料的截留等作用，而且由于水在地表以下流动，具有较好的保温性，处理效果受气候影响小，卫生条件好的特点。ＶＦＣＷ综合了ＳＦＣＷ和ＳＳＦＣＷ系统的特性，水流在填料床中由上而下垂直流动，水流经床体后被铺设在底部出水端的集水管收集排出。废水中不溶的有机物主要依靠湿地的沉淀、过滤作用去除，可溶性有机物则通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物降解作用去除，国内外有关城市污水的研究表明，在进水浓度较低的条件下，ＣＷ系统对ＢＯＤｓ的去除率可达８５％～９５％，对ＣＯＤ。，的去除可达８０％以上。污水中氮主要以有机氮和氨氮的形式存在，有机氮在处理过程中首先通过氨化作用转化为ＮＨ４’一Ｎ，而后ＮＨ４一一Ｎ在硝化菌的作用下被转化为Ｎ０２。．Ｎ和Ｎ０３－＂Ｎ，最后通过反硝化菌的作用以及植物根系的吸收作用从系统中去除。废水中的无机氮作为植物生长过程中不可缺少的营养物质，可以直接被中的植物吸收，用于植物蛋白质等有机氮的合成。但系统中氮主要是通过微生物的硝化和反硝化作用去除的，湿地系统中的植物根系具有输氧和传递作用使得床体呈现连续的好氧、缺氧和厌氧状态，这相当于许多串联和并联的Ａ２／０处理单元，使硝化和反硝化在湿地中同时进行，因此，该系统较活性污泥系统有更好的除氮效果ｕ１１。ＣＷ系统对磷的去除主要通过微生物代谢、植物吸收和填料床的物理化学作用共同协调完成【３引。污水中的无机磷一方面在植物的吸收和同化作用下被合成ＡＴＰ、ＤＮＡ和ＲＮＡ等有机物去除，另一方面通过微生物对磷的正常同化吸收去除。湿地中填料对磷的吸收及含铁质和钙质的填料与Ｐ０４’反应形成沉淀也能去出一部分磷，以植物去除磷为主。天津市环保所的研究表明当进水ＴＰ为２～３ｍｇ／１时，芦苇湿地对ＴＰ的去除率达８６．３％～９０．９％。此外，ＣＷ系统中植物还可以对有毒有害物质。如重金属和油类起到一定的去除作用。ＣＷ系统还处于开发阶段，受到气候环境的影响较大，我国尚无比较成熟的设计参数，其工艺处于经验阶段。可以根据处理规模进行多种方式的组合，如单床式、并联式、串联式和综合式等。在植物和填料选择，进一步提高处理效能，节省投资费用等方面都需要作进一步研究。１．３．２．７ＭＢＢＲ污水生物处理技术移动床生物膜反应器（ＭＢＢＲ）【３３１是与２０世纪８０年代中期以来得到开发和应用的一种高效的污水处理技术。该工艺利用投加到活性污泥系统曝气池中比重接近于水的悬浮填料作为微生物载体，依靠曝气池中水流和曝气使其处于悬浮状态，是活性污泥法与流化态附着生物膜法相结合的一种工艺。与一般填料不同的是，悬浮填料能与污水频繁多次接触，并可随混合液的流动而流动并相互充分混合接触。德国ＬＩＮＤＥＡＧ股份工艺的Ｍｏｒｐｅｒ博士通过深入广泛的研究，提出了一系列应用该公司所生产的特殊悬浮载体的系列ＭＢＢＲ工艺Ｈ４１，其中包括ＬＩＮＰＯＲ―Ｃ工艺、ＬＩＮＰＯＲ．Ｃ／Ｎ工艺和ＬＩＮＰＯＲ―Ｎ工艺。Ｋａｌｄｎｅｓ公司则开发了不同组合方式的ＭＢＢＲ工艺系统，其中有悬浮载体工艺与活性污泥分离组合的生物膜．活性污泥ＭＢＢＲ工艺、完全ＭＢＢＲ工艺和活性污泥与悬浮载体共池混合的ＨＹＢＡＳ―ＭＢＢＲ工艺。这些工艺分别从提高和稳定处理效果、强化除氮、强化除磷、提高养的利用效率、降低能耗等方面对活性污泥工艺进行改进。ＭＢＢＲ工艺中，悬浮载体表面的生物膜与液相中的悬浮污泥各自发挥降解优势，共同提高处理效果。大量吸附在载体上的生物膜使生物反应器中的活性生物量大大增加，在提高系统抗冲击负荷的同时，使系统有更强的脱氮能力。附着生长在悬浮载体上的生物膜污泥龄较长，有利于硝化细菌的生长，增强系统的硝化效果；悬浮污泥的污泥龄相对较短，主要起去除有机物的作用，并且在一定的条件下对磷的去除也有强化作用，由此避免了活性污泥系统中为了实现硝化作用，需要较长泥龄引起的污泥膨胀等问题。此外ＭＢＢＲ反应器中悬浮污泥和悬浮载体表面附着的微生物处于好氧状态，主要去除有机物和进行硝化作用。载体内部的微生物，因受氧转移的限制，形成中间兼氧区和内部厌氧区，有利于反硝化细菌的反硝化脱氮作用。ＭＢＢＲ工艺在国内的研究应用尚处于起步阶段。该工艺具有强化生物处理效果的作用，应用时只需在原来活性污泥处理系统的基础上投加填料并按照一定的方式培养，在污水厂改造时相对其他的改造工艺比较简单，投资相对较少，固对该工艺的开发应用具有广阔的前景。１．３．２．８ＭＢＲ污水生物处理工艺膜生物反应器（ＭＢＲ）［３５１是２０世纪６０年代开始研究，９０年代得到快速发展和应用的－－，ｅｏ生物处理新技术，它将膜分离技术与生物处理相结合，以膜技术的高效分离代替传统活性污泥中的二沉池，实现传统工艺无法比拟的泥水分离和污泥浓缩效果，消除了污泥膨胀影响，并大幅提高了曝气池中活性污泥的浓度，大大延长了污泥龄，减少了剩余污泥的排放和占地面积，并通过膜对污水中ＳＳ、有机物及病原微生物截留作用大大提高了处理出水水质，并在通常情况下其处理出水无需进行消毒处理即可达到相关卫生标准。ＭＢＲ主要由膜组件、泵、控制系统和生物反应器组成。根据膜组件在膜生物反应器中的作用不同，分为分离膜生物反应器（ＢＳＭＢＲ）、无泡曝气膜生物反应器（ＭＡＢＲ）和萃取膜生物反应器（ＥＭＢＲ）等。根据膜生物反应器中微生物生长的环境分为好氧（ＯＭＢＲ）和厌氧（ＡＭＢＲ）两大类，ＯＭＢＲ有活性污泥法和生物膜法等，ＡＭＢＲ有流化床法、ＵＡＳＢ法、固定床法、接触氧化法和两相法等［３６１。根据膜材料化学成分不同分为有机膜和无机膜ＭＢＲ。根据膜孔径大小的不同可分为微滤膜和超滤膜ＭＢＲ。根据膜的形状可分为平板膜、管式膜和中空纤维膜ＭＢＲ。根据膜生物反应器的位置可分为～体式和分置式ＭＢＲ。一体式ＭＢＲ工艺［”］（ＳＭＢＲ）将膜置于生物反应器内部，曝气装置置在膜组件正下方为生物池提供足够的ＤＯ，起到充分混合的作用。由于气泡的搅动及其在膜表面形成的循环流，起到对膜表面的冲刷和剪切作用，可有效清洗膜表面附着的沉积物。为了有效防止膜污染，下部曝气装置的曝气量强度较高，空气和水流的紊动作用较强。处理后的水经抽吸泵产生的负压通过膜片排出，通过膜分离作用，混合液中非溶解性物质被截留在膜池中。分置式ＭＢＲ工艺［３８］（ＣＭＢＲ）将膜组件与反应器分开设置，生物反应器中混合液经抽液泵加压提升至膜组件，在压力的作用下，混合液中的液相滤过膜组件排出，不溶成分被截留在膜外成为浓缩液，通过回流系统返回生物反应器。ＣＭＢＲ的运行方式具有稳定可靠、膜易于清洗更换、通量较大等优点，但是它在较高的压力和流速条件下工作，且膜组件中的污泥需要回流。为了减少膜污染，延长清洗时间间隔，需要用循环泵提供较高的膜表面错流速度，在膜表面形成有效的冲刷。ＭＢＲ对不同废水中有机物的去除效果较强，当应用于中低浓度城市生活污水处理时，其出水可完全满足中水回用标准，ＣＯＤ。。去除率高达９８％～９９％，出水稳定，产泥率低。好氧ＭＢＲ（ＯＭＢＲ）工艺应用于工业废水处理时，ＣＯＤ。，去除率高达９０％～９７％。由于工业废水水质千差万别，波动性较大，成分复杂，对于不同工业废水处理效能差别也较大。厌氧ＭＢＲ（ＡＭＢＲ）应用于工业废水处理时，不仅可以截留大分子有机物，还可以强化其对复杂有机物的去除效果，对ＣＯＤ。，的去除率在９４％以上。ＭＢＲ对氮的去除研究建立在脱氮机理的基础上，主要由传统脱氮机理和ｌ司步硝化反硝化脱氮机理［３９１（ＳＮＤ）两种。ＭＢＲ工艺具有比其他工艺污泥龄长的特点，有利于硝化和反硝化进行，研究表明其出水ＮＨ４一一Ｎ一般都低于ｌｍｇ／１，去除率高于９０％。为了结合反硝化脱氮的运行，ＭＢＲ按照两级Ａ。／Ｏ运行，其对ＴＮ的去除率为６０％～８０％；以ＳＢＲ方式运行，ＴＮ的去除率为４０％～６０％；当按ＳＮＤ机理方式运行时，其ＮＨ４－Ｎ对的去除率可达９０％～９８％，对ＴＮ的去除率仅为５０％～６０％。ＭＢＲ工艺在实际应用中遇到的主要问题是膜的成本较高及膜污染难以防止，在在生物除磷方面具有先天的不足等，在今后ＭＢＲ的研发工作中主要解决这些棘手的问题。１．４课题研究背景我国从２０世纪２０年代起建有城市污水处理厂，在８０年代得到全面的发展。最初，人们对污水处理的认识和主要控制目标局限于对生化需氧量ＢＯＤ和悬浮固体ＳＳ的去除。因此，８０年代前建成的污水厂多为普通活性污泥法，不具备脱氮除磷的功能。然而，新的排放标准对Ｎ、Ｐ的指标有了明确的要求，老的污水处理厂要适应新形势下的发展必须对原处理工艺进行改造。１．４．１课题来源合肥市污水处理厂出水最终流入巢湖，对巢湖水质有很大的影响。该市２００５年前建成的污水处理厂执行《污水综合排放标准》（ＧＢ８９７８―１９９６）一级排放标准。但按照２００２年制定的污染排放标准，大多污水厂都不能满足排放要求，必须对其进行相应的改造才能使出水达到一级Ａ排放标准。合肥市朱砖井污水处理厂建于２００２年，采用ＣＡＳＳ处理工艺，即循环式活性污泥法，该工艺是ＳＢＲ工艺的一种变形，将可变容积活性污泥法过程和生物选择器原理有机结合。污水厂出水执行一级Ｂ标准出水标准，目前正处于由一级Ｂ向一级Ａ改造的阶段。本课题主要针对该污水厂升级改造的问题进行相关的试验研究。１．４．２课题研究的意义污水厂提标改造主要为了减少污水厂排入河道的ＴＮ、ＴＰ、ＣＯＤ和ＳＳ（表１―１），ＴＮ由原来的出水标准为２０ｍｇ／１提高到１５ｍｇ／１；ＴＰ由１．５ｍｇ／１的排放标准提高到０．５ｍｇ／１，ＣＯＤ由６０ｍｇ／１的排放标准提高到５０ｍｇ／１（表１一１）。按照该污水厂５．５万ｔ的日处理水量，每年能减少排入河道ＴＮ、ＴＰ、ＳＳ和ＣＯＤ的量分别为２００．８ｔ、１００．４ｔ、２００．８ｔ和２００．８ｔ，大大减少了河道中ＴＮ、ＴＰ、ＳＳ及ＣＯＤ的量，一定程度上能够控制水污染，改善河道的生态环境。通过不同改造方案的试验对比，为污水厂的提标改造提供较优的改造方案和设计数据，也为其他污水厂的进行提标改造提供了经验和参照。表１―１污水厂一级Ｂ与一级Ａ排放标准比较表项目ＣＯＤＮＨ４＋．ＮＴＮＴＰＳＳ（ｍｇ／１）（ｍｇ／１）（ｍｇ／１）（ｒｎｇ／１）（ｍｇ／１）一级Ｂ出水标准６０８２０１．５２０ｌ一级Ａ出水标准５０１５１５０．５１Ｏ１．４．３课题研究的主要内容本课题主要针对朱砖井污水厂如何提高Ｎ、Ｐ的工艺去除率进行研究，综合比较确定污水厂提标改造方案。主要研究内容如下：１、碳源驯化和化学除磷小试研究：①针对城市污水厂在提标改造中遇到的碳源不足现象，安排碳源驯化的小试，选择乙酸钠和甲醇作为碳源，比较两者对污泥进行驯化的效果：②在生物除磷不能满足出水ＴＰ达到提标改造后排水要求时，增加化学除磷工艺，通过烧杯试验确定化学除磷的化学药剂、搅拌时间、ｐＨ和除磷药剂用量等参数。２、Ａ／Ｏ．ＭＢＲ工艺应用于污水厂提标改造试验，通过试验研究出水效果及反应器的优缺点分析其可行性及应用条件。３、在原有ＣＡＳＳ工艺的基础上对生物池进行改造，通过增加推流缺氧搅拌段强化脱氮除磷，并确定改造后的运行模式。４、比较两种改造试验的出水效果，综合分析各工艺的利弊，并结合经济性因素提出该污水处理厂提标改造的方案和措施。第二章污水厂现状２．１污水厂概况及进出水水质２．１．１污水厂概况合肥市朱砖井污水处理厂建造于２００２年，并于２００５年投入使用，一期工程已建成规模５．５×１０４ｍ３／ｄ，平均流量为２２９２ｍ３／ｈ，最大秒流量８７４１／ｓ，总变化系数Ｋ总＝１．３７，污水厂总占地面积约为５７１００ｍ２（含预留用地），见图２―１。污水厂处理尾水就近排入二十埠河，汇入市内主要河流南淝河，最终排入巢湖。２．１．２污水厂进出水水质污水厂设计出水按照ＧＢ１８９１８―２００２执行一级标准，原出水水质指标及进水平均水质见表２．１。在城市总体规划指导下，对原有污水处理厂进行除磷脱氮改造建设，使其出水于２０１１年底稳定达到ＧＢ１８９１８―２００２中一级Ａ标准。近期和远期目标都是为了更好的改善二十埠河乃至巢湖流域的生态环境，力求获得其建设项目最大的环境效益、社会效益和经济效益。表２．１原设计进、出水指标及环保局确认出水指标项目ＢＯＤ；ＣＯＤＳＳＮＨ４＋一ＮＴＮＴＰ污水厂进水水质平均值９０２２０１８０３８．５４３．７４．７（ｍｇ／Ｌ）污水厂出水平均水质平１８．４５０．３６１．９２２２．４１．９８均值（ｍｇ／Ｌ）执行出水标准＋（ｍｇ／Ｌ）２０６０２０１５０．５＊注：原设计污水处理厂执行《污水综合排放标准》（ＧＢ８９７８―１９９６）一级排放标准。２．２工艺分析２．２．１工艺现状己建成污水处理厂污水处理采用循环式活性污泥法又称ＣＡＳＳ工艺，该工艺是ＳＢＲ工艺的一种变形，将可变容积活性污泥法过程和生物选择器原理有机结合。污泥处理采用机械浓缩脱水工艺，工艺流程见图２―２。进泥图２―２ＣＡＳＳ工艺流程图污水厂ＣＡＳＳ工艺生物池由８个池子组成（图２―１），每两个池子作为一组同时运行，每组按一定的时间序列完成各阶段的运行，其中由进水一曝气、曝气一沉淀、沉淀．滗水、滗水．闲置四个阶段组成运行的一个周期，四组池子在同一时间内分别运行其中的一个阶段。每个生物池由生物选择区和主反应区组成，生物选择区为缺氧池，主反应区用作曝气、沉淀和滗水等阶段，底部设有盘式曝气机曝气，上部有两台旋转式滗水器（图２．３）。单座生物池有效容积１９６８０ｍ３，停留时间４。５ｈ；每格池子尺寸：Ｌ×Ｂ×Ｈ＝４１×２０×６．０ｍ，其中缺氧选择池尺寸为：Ｌ×Ｂ×Ｈ＝４１×２×６．０ｍ；设计污泥负荷Ｏ．０６５ｋｇＢＯＤｓ／ｋｇＭＬＳＳ?ｄ，污泥龄１９ｄ；最高水位６．００ｍ，最低水位４．２６ｍ，滗水深度１．７４ｍ；最低水位时ＭＬＳＳ浓度５。１９９ＭＬＳＳ／Ｌ，最高水位时ＭＬＳＳ浓度４．０９ＭＬＳＳ／Ｌ；标准状态需氧量１１３９ｋ９０２／ｈ。生物池主反应区运行时间见图２―４，缺氧选择区在进水到沉淀开始的时间内一直处于推流搅拌状态，实际运行时，曝气时间由具体的水质和温度情况确定，即当进水ＣＯＤ、ＮＨ４＋－Ｈ较高或者环境温度较低时可适当增加曝气时间反之，可适当减少曝气时间，直到出水达排放标准。污泥回流平面图缺主反应区Ｌ一氧水一区污泥回流１｜厂图２．３ＣＡＳＳ池工艺组成图｛！【．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１ｊ！．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．ｊｉ：．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．］ｉ三【．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．【．．．．．．．．．．．．．＿三！雪ｈｊ‘‘５０ｍｉｎ４．１ｈ圈厂］Ｉ．．．．．．．．．．．．．．．．．．＿Ｊ圆玑征滗水进水图２．４生物池主反应区运行时间序列图２．２．２存在的问题朱砖井污水处理厂在实际运行时主要存在的问题有：１、污水厂进水Ｃ／Ｎ和Ｃ／Ｐ比较低，其中ＢＯＤ５／ＴＮ＝２．１，ＢＯＤ５／ＴＰ＝１９．１，进水碳源不足，无法保证脱氮、除磷效果。２、生物池的缺氧选择区体积较小，为了保证脱氮效果，需要有缺氧反硝化的过程，该处理工艺中反硝化区域占整个生物池的１／１０，即水力停留时ｆ司（ＨＲＴ）为０．３ｈ较小，而保证脱氮需要反硝化阶段的ＨＲＴ为２ｈ左右，否则反硝化不能充分进行。３、生物池主反应区采用进水后曝气的运行方式，只考虑到硝化作用和去除ＣＯＤ。，，没有发挥反硝化脱氮的作用，出水ＴＮ不能满足一级Ａ排放标准。４、ＣＡＳＳ工艺和Ａ／Ｏ―ＭＢＲ工艺运行时，由于缺少厌氧释磷段，污泥龄较长，除磷效果较差，出水ＴＰ不能满足一级Ａ排放标准。第三章碳源驯化和化学除磷小试研究３．１碳源驯化活性污泥试验３．１．１方法与材料由污水厂进水水质情况可知生产运行中存在碳源不足的问题，而作为脱氮除磷的一个重要条件，实际运行中必须保证充足的碳源才能在此基础上实现脱氮除磷。目前污水处理常用的外加碳源有甲醇、乙酸钠、淀粉、纤维素【４ｏＪ等有机物，在投加碳源时需要确定碳源的种类及投加量等因素。针对这些问题，本次小试选取常用的甲醇（ＣＨ３０Ｈ）和乙酸钠（ＣＨ３ＣＯＯＮａ）作对比。通过对间歇式活性污泥法（ＳＢＲ）进行小试投加碳源，测定投加运行不同周期的后的出水水质和反硝化速率，比较不同碳源的作用效果，确定该污水厂提标改造时选用的碳源种类。试验采用两套完全相同的ＳＢＲ反应器作为两种碳源驯化的对比，试验装置见图３―１，反应器材料为有机玻璃，上部为圆柱体，下部为圆锥体，有效容积３Ｌ；反应器壁的垂直方向设置一排间隔为ｌ０ｃｍ的取样口，用于取样和排水；底部设有排泥放空管，用于放空和排泥；内设电动搅拌桨搅拌，可以保持活性污泥处于悬浮状态，保证泥水混合均匀，在反硝化阶段使用该搅拌桨搅拌；曝气采用微孔砂头曝气器，曝气量由转子流量计调节；ｐＨ、ＤＯ在使用时，探头置于反应器内，在线监测各个指标变化。ＳＢＲ工艺是按照一定时间次序间歇操作运行的，每个运行周期依次为进水、反应、沉淀、排水和闲置五个阶段。一个运行周期中，各个阶段的运行时间根据实际进水水质水量情况、出水水质要求与活性污泥性状等灵活控制，控制在４ｈ左右。本次试验取污水厂生物池进水结束后曝气阶段泥水混合液６Ｌ，平均分成两份并置于两个反应器中，按照污水厂运行模式继续曝气１ｈ、沉淀３０ｍｉｎ、闲置１ｈ的方式运行；以后的运行中参照污水厂模式并增加搅拌阶段，搅拌１ｈ，新的运行模式为：进水２０ｍｉｎ、搅拌１ｈ、曝气１ｈ、沉淀３０ｍｉｎ和闲置１ｈ，通过控制柜控制两反应器按照该运行模式连续运行。进水取污水厂每日进水，培养一段时间待出水稳定后（与污水厂出水水质相当）开始投加碳源进行驯化。Ａ反应器投加乙酸钠作为碳源，Ｂ反应器投加甲醇作为碳源，两反应器联动运行。通过测定出水ＴＮ、ＴＰ等指标、搅拌阶段两装置的反硝化速度（测定过程中Ｎ０３－－Ｎ含量）及释磷情况（测定过程中Ｐ０４３－＿Ｐ含量），确定驯化较快的碳源种类。试验期间平均水温为１４．３℃，按照污泥龄（１６ｄ）排泥，驯化时间为一个污泥龄１６ｄ。１．ＤＯ测定仪２．ｐＨ测定仪３．贮水箱４．转速调节器５．ＤＯ探头６．ｐＨ探头７．ＯＲＰ探头８．取样口９．ＯＲＰ测定仪１０．转子流量计１１．进气管１２．曝气器１３．放空阀图３．１试验装置图３．１．２指标测定ＣＯＤ：重铬酸钾法；ＴＮ：碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法；Ｐ０４３－＿ｐ、ＴＰ：铝酸铵分光光度法；Ｎ０３－－Ｎ：紫外分光光度法；ＮＨ４＋－Ｎ：纳氏试剂分光光度法；Ｎ０２－＂Ｎ：分光光度法；ＭＬＳＳ、ＭＬＶＳＳ、ＳＶ等均采用国家