（环境科学与工程专业论文）针对低浓度城市污水脱氮除磷的间歇活性污泥法试验研究.pdf

ab s t r a c t ab s t r act t h i s t h e s i s i s m a i n l y c o n c e n t r a t e d o n t h e s b r s y s t e m , w h i c h i s a p p l i e d i n t h e t r e a t m e n t o f s e w a g e w i t h l o w o r g a n i c c o n c e n t r a t i o n i n s o u t h e rn c h i n a ( c o d = 2 0 0 - 2 8 0 m g / l , n h 4 + - n = 1 5 - 3 5 m g / l , t n = 2 5 4 0 m g / l , t p = 4 - 5 m g / l ) . t h e r e s e a c h i n v o l v e d i n t h i s d i s s e rt a t i o n c a n b e d i v i d e d i n t o f o u r p a rt s , i n c l u d i n g : 1 ) t h e o p t i m i z a t i o n o f o p e r a t i n g m o d e o f s b r s y s t e m t h r o u g h t h e a d j u s t m e n t s o f d i s c h a r g e r a t i o , r e n t e n t i o n t i m e o f a n o x i c a n d a e r o b i c p r o c e s s e t c . b y t h e c o m p a r i s o n o f p o l l u t a n t r e m o v a l e ff e c t s u n d e r d i ff e r e n t s b r o p e r a t i n g m o d e s , t h e b e s t o p e r a t i n g m o d e i s r e c o m m e n d e d . 2 ) t h e i n fl u e n c e o n t h e r e m o v a l r a t e s o f n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s i n s b r , i m p o s e d b y t h e c ! n a n d t h e o r g a n i c c o n c e n t r a t i o n o f t h e i n fl u e n t , i s d i s c u s s e d . 3 ) t h e e c h a n c e d p h o s p h o r u s r e m o v a l b y f e e d i n g p s f ( p o ly - s i l i c o n - f e r r u m ) c o a g u l a n t i s e x p l o r e d . 4 ) t h e e c o n o m i c a n a l y s i s o f s b r i s a l s o e n c l o s e d h e r e . t h r o u g h t h e c o m p a r i s o n o f p o l l u t a n t r e m o v a l e ff e c t s u n d e r 9 d i ff e r e n t o p e r a t i n g m o d e s , t h e b e s t m o d e , w h i c h i n c lu d e 0 .5 h f i l l , 3 . 5 h a n o x i c p r o c e s s a n d 1 . 5 h a e r o b i c p r o c e s s , 4 0 % d i s c h a r g e r a t i o , i s r e c o m m e n d e d . u n d e r t h i s m o d e , t h e b e s t t n r e m o v a l e ff e c t i s a c h i e v e d . t h e a v e r a g e l nr e m o v a l r a t e i s 6 0 .9 % , t h e t n c o n c e n t r a t i o n i n e ff l u e n t i s 1 1 .9 9 m g / l , a n d 0 . 1 1 m g / l f o r n h 4 - n , 5 7 . l m g / l f o r c o d . t h e p h o s p h o r u s i n e f fl u e n t , w h i c h s t a y s a t 3 .4 5 m g / l , c a n n o t r e a c h t h e l o c a l d i s c h a r g e s t a n d a r d . t h e f e e d i n g o f p s f , 0 .5 h b e f o r e t h e e n d o f a e r o b i c s t a g e , c a n g r e a t l y i m p r o v e t h e e ff e c t o f p h o s p h o r u s r e m o v a l . wh e n t h e d o s a g e o f p s f s t a y s a t 8 m g / l a n d 1 2 m g / l ( f e 3 ) , t h e p h o s p h o r u s c o n c e n t r a t i o n o f e f fl u e n t c a n b e r e d u c e d t o i m g / l a n d 0 . 5 m g / l r e s p e c t i v e l y . wh e n d e c i d i n g t h e d o s a g e , t h e c o m p r e h e n s i v e c o n s i d e r a t i o n s h o u l d b e m a d e o n l o c a l r e g u l a t i o n s , e c o l o g i c a l c a p a c i t y a n d e c o n o m ic f a c t o r s . l i t t l e n e g a t i v e i n fl u e n c e i s i m p o s e d o n t h e c o d a n d n h 4 - n r e m o v a l b y c / n o f t h e i n fl u e n t . h i g h c / n c a n i m p r o v e t h e r e m o v a l o f n a n d p . wh e n t h e i n fl u e n t c o d s t a y s a t 2 0 0 m g / l , t n r e m o v a l e f fi c i e n c y c a n r i s e f r o m 3 4 . 3 %( c / n = 3 ) t o 6 1 . 5 %( c / n = 5 ) , a n d t p r e m o v a l e f f i c i e n c y c a n r i s e f r o m 2 6 . 3 %( c / n = 3 ) t o 1 1 ab s t r a c t 5 6 . 3 % ( c / n = 5 ) . c o m p a r i n g t h e a c t i v a t e d s l u d g e m e t h o d , s b r c a n s a v e i n v e s t m e n t in m a n y a s p e c t s , i n c l u d i n g c i v i l e n g i n e e r i n g , e q u i p m e n t , r u n n i n g c o s t a n d fl o o r a r e a e t c . f h e r e f o r e , s b r i s a n i d e a l t e c h n o l o g y f o r m e d i u m a n d s m a l l s c a l e w a s t e w a t e r t r e a t me n t f a c i l i t i e s k e y wo r d s : m u n i c i p a l s e w a g e , d e n i t r i f i c a t io n , s b r , l o w p o l l u t a n t c o n c e n t r a t i o n , c h e m i c a l p h o s p h o r u s r e m o v a l 川 学位论文版权使用授权书 本人完全了 解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容: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，并采用影印、缩印、 扫描、 数字化或其它手段保存论文; 学校有权提供目 录检索以 及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务; 学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印 件和电子版; 在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 必洲 0 0 5 - 年3月 r 3日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑鼋声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，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，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对奉沦文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文距创性声明的法律责任 由本人承担。 躲习浩珲 d 哆年j 月侈日j 第 1 章 污水脱氮除磷研究进展及课题背景 第 1 章污水脱氮除磷研究进展及课题背景 1 . 1国内外水体富营养化状况 本世纪以来， 随着科技的飞速发展， 各国的工业化程度大幅提高， 世界人口 也快速增长， 而与之相伴随的， 除了人类文明的不断进步之外， 还有日趋恶化的 环境问题。在这些问题之中，水体污染无疑是各方面关注的焦点。 早在上世纪 5 0 6 0年代，国际上许多大型湖泊、水库已 呈现出富营养化 ( e u t r o p h i c a t i o n ) 的 征兆。 川富 营 养化是由 于 径流对地表的 冲刷、 淋溶， 雨水 对 大气的淋洗， 以及各种生物活动产生的代谢产物随污水流入湖泊等水体， 导致氮、 磷等植物营养元素在湖泊中汇聚沉积引起的。 如果这些元素之间的比例、 存在形 式适宜被水生植物利用， 在光照和环境条件适宜的情况下， 就会引起藻类及其他 浮游生物迅速繁殖， 藻类死亡后， 又促使分解藻类的异养微生物大量繁殖， 水体 溶解氧量下降， 水质恶化， 鱼类及其它高等水生生物大量死亡， 水生生态结构被 破坏， 这就是水体富营养化现象。 水体的富营养化进一步发展， 会使得水体沼泽 化， 并最终导 致水体的消亡。 在自 然条件下， 这种过程非常缓慢，常需几千年甚 至土万年。 1 2 1 近年来， 许多发达国家由 于工业、 农业、 畜牧业及人类活动而产生 的大量营养物排入水体， 使水体急剧富营养化。 有人估算了美国伊利湖富营养化 进展的程度，自1 9 0 0 年至 1 9 7 0 年间的变化约相当于正常情况下一万年的变化。 ，根据日 本京都大学与1 8 所大学的 联合调查: 獭户内 海有 1 / 3 海域完全没有 生物生存，1 9 7 2 年8 月1 7 至2 1 日，日 本獭户内海一次严重 “ 赤潮”造成的死 鱼达1 4 2 。 万尾， 损失达7 1 亿日 元: 另 外， 德国北海、 波罗的海水域的富营养化 是德国的主要环境问题之一。 p i 我国水资源的总量为 2 . 8万亿 3m ，位居世界第四，但人均水量仅为世界的 1 / 4 ,属于贫水国家之一，再加上水资源在不同地区、不同季节分布极不均匀， 以及主要河流、 湖泊的水体污染， 更加剧了 我国的水资源危机。 从5 0 年代以来， 由于中国经济发展水平低，人口众多， 经费不足， 生产工艺落后，导致污染严重 而治理不善，由于氮磷污染而处于富营养化状态的主要湖泊占统计湖泊的 5 6 之多。 【 ，2 0 0 3 年中国环境状况公报报道， “ ， 我国七大水系4 0 7 个重点监测断面 第 1 章 污水脱氮除磷研究进展及课题背景 第 1 章污水脱氮除磷研究进展及课题背景 1 . 1国内外水体富营养化状况 本世纪以来， 随着科技的飞速发展， 各国的工业化程度大幅提高， 世界人口 也快速增长， 而与之相伴随的， 除了人类文明的不断进步之外， 还有日趋恶化的 环境问题。在这些问题之中，水体污染无疑是各方面关注的焦点。 早在上世纪 5 0 6 0年代，国际上许多大型湖泊、水库已 呈现出富营养化 ( e u t r o p h i c a t i o n ) 的 征兆。 川富 营 养化是由 于 径流对地表的 冲刷、 淋溶， 雨水 对 大气的淋洗， 以及各种生物活动产生的代谢产物随污水流入湖泊等水体， 导致氮、 磷等植物营养元素在湖泊中汇聚沉积引起的。 如果这些元素之间的比例、 存在形 式适宜被水生植物利用， 在光照和环境条件适宜的情况下， 就会引起藻类及其他 浮游生物迅速繁殖， 藻类死亡后， 又促使分解藻类的异养微生物大量繁殖， 水体 溶解氧量下降， 水质恶化， 鱼类及其它高等水生生物大量死亡， 水生生态结构被 破坏， 这就是水体富营养化现象。 水体的富营养化进一步发展， 会使得水体沼泽 化， 并最终导 致水体的消亡。 在自 然条件下， 这种过程非常缓慢，常需几千年甚 至土万年。 1 2 1 近年来， 许多发达国家由 于工业、 农业、 畜牧业及人类活动而产生 的大量营养物排入水体， 使水体急剧富营养化。 有人估算了美国伊利湖富营养化 进展的程度，自1 9 0 0 年至 1 9 7 0 年间的变化约相当于正常情况下一万年的变化。 ，根据日 本京都大学与1 8 所大学的 联合调查: 獭户内 海有 1 / 3 海域完全没有 生物生存，1 9 7 2 年8 月1 7 至2 1 日，日 本獭户内海一次严重 “ 赤潮”造成的死 鱼达1 4 2 。 万尾， 损失达7 1 亿日 元: 另 外， 德国北海、 波罗的海水域的富营养化 是德国的主要环境问题之一。 p i 我国水资源的总量为 2 . 8万亿 3m ，位居世界第四，但人均水量仅为世界的 1 / 4 ,属于贫水国家之一，再加上水资源在不同地区、不同季节分布极不均匀， 以及主要河流、 湖泊的水体污染， 更加剧了 我国的水资源危机。 从5 0 年代以来， 由于中国经济发展水平低，人口众多， 经费不足， 生产工艺落后，导致污染严重 而治理不善，由于氮磷污染而处于富营养化状态的主要湖泊占统计湖泊的 5 6 之多。 【 ，2 0 0 3 年中国环境状况公报报道， “ ， 我国七大水系4 0 7 个重点监测断面 第 t 章 污水脱氮除磷研究进展及课题背景 中， 3 8 . 1 %的断面满足 1 -1 1 1 类水质要求， 3 2 . 2 %的断面属i v , v类水质， 2 9 . 7 %的断面属劣v类水质， 太湖和滇池外海均属中度富营养状态， 巢湖属轻度富营 养状态。 中国海域海水中磷氮含量的超标率己达3 3 % , 2 0 0 3 年全海域共发现赤潮 1 1 9次，累计而积约 1 4 5 5 0平方公里，其中，在赤潮监控区内发现赤潮 3 6 次， 累计面积近 1 5 0 0 平方公里。 赤潮频繁发生海域多为受无机氮和磷酸盐污染较重 的海域。 i 7 1 1 . 2污水脱氮除磷工艺及研究进展 随着人类社会的快速发展， 工业化和城市化程度的不断提高， 全球水环境污 染也日益严重， 特别是来自 工业废水和生活污水的氮、 磷在进入水体后引发的水 体富营养化问题， 给工农业生产带来了巨大的损失。 硝酸氮或亚硝酸氮的排入也 严重影响了 鱼类的生长，并形成对人类具有“ 三致” 作用的有害物质。 这些不仅 严重制约了人类经济的可持续发展， 造成相当可观的经济损失， 而且对人民生活 和健康， 甚至对人民的基本生存条件造成了 很大的威胁。 ” 正是基于以上原因， 国内外的诸多专家学者对生物脱氮除磷的机理和工艺进 行了广泛深入的研究，下面就做简要的介绍。 1 . 2 . 1污水生物脱氮原理 废水中的氮以有机氮 ( 动物蛋白、植物蛋白) 、氨态氮 (n11, n h , ) 、亚硝酸 氮 ( n o) 、 硝酸氮 n o 3 )四种形式存在。 io l 在生活污水中，主要含有有机氮和 氨态氮， 它们均来源于人们食物中的蛋白质。 新鲜生活污水所含的氮中， 有机氮 约占总氮的6 0 % ,氨氮约占4 0 % 。当污水中的有机物被生物降解氧化时，其中的 有机氮被转化为氨态氮。而对于工业废水，由于其生产工艺的复杂性和多样性， 使其含氮化合物的形式与含量亦复杂多变。 含氮废水的超标排放是造成水体富营养化的主要原因。目前， 脱氮的方法有 化学法和生物法两大类。 常用的去除氨氮的化学方法有吹脱法、 折点加氯法和离 子交换法， 主要用于工业废水脱氮或净水工程的预处理或深度处理中。 而生物法 脱氮是在微生物的作用下， 将有机氮和氨态氮转化为n : 和n0 气体的过程， 是生 活污水脱氮的主要方法。 第 t 章 污水脱氮除磷研究进展及课题背景 中， 3 8 . 1 %的断面满足 1 -1 1 1 类水质要求， 3 2 . 2 %的断面属i v , v类水质， 2 9 . 7 %的断面属劣v类水质， 太湖和滇池外海均属中度富营养状态， 巢湖属轻度富营 养状态。 中国海域海水中磷氮含量的超标率己达3 3 % , 2 0 0 3 年全海域共发现赤潮 1 1 9次，累计而积约 1 4 5 5 0平方公里，其中，在赤潮监控区内发现赤潮 3 6 次， 累计面积近 1 5 0 0 平方公里。 赤潮频繁发生海域多为受无机氮和磷酸盐污染较重 的海域。 i 7 1 1 . 2污水脱氮除磷工艺及研究进展 随着人类社会的快速发展， 工业化和城市化程度的不断提高， 全球水环境污 染也日益严重， 特别是来自 工业废水和生活污水的氮、 磷在进入水体后引发的水 体富营养化问题， 给工农业生产带来了巨大的损失。 硝酸氮或亚硝酸氮的排入也 严重影响了 鱼类的生长，并形成对人类具有“ 三致” 作用的有害物质。 这些不仅 严重制约了人类经济的可持续发展， 造成相当可观的经济损失， 而且对人民生活 和健康， 甚至对人民的基本生存条件造成了 很大的威胁。 ” 正是基于以上原因， 国内外的诸多专家学者对生物脱氮除磷的机理和工艺进 行了广泛深入的研究，下面就做简要的介绍。 1 . 2 . 1污水生物脱氮原理 废水中的氮以有机氮 ( 动物蛋白、植物蛋白) 、氨态氮 (n11, n h , ) 、亚硝酸 氮 ( n o) 、 硝酸氮 2 0 时， 生 第 1 章 污水脱氮除磷研究进展及课题背景 需求可高达8 ， 这是因为城市污水中成分复杂， 常常只有一部分快速生物降解的 b o d 可以作为反硝化的碳源物质。 碳源按其来源可分为:( 1 ) 原水中含有的有机 碳;( 2 )外加碳源，现多采用甲醇，因为其被分解后的产物为 c o : 和 h,0 ，不残 留任何难于降解的中间产物. 而且反硝化速率高;( 3 )内源呼吸碳源，即细菌体 内的原生物质及其储存的有机物。 1 . 2 .2污水除磷机理 1 . 2 . 2 . 1污水生物除磷机理 厌氧条件下 ( 一般d o 聚磷菌释放体内聚磷， 并利用污水中的易 降解有机物 ( 主要是挥发性脂肪酸v f a )合成聚0 一 轻丁酸 ( p h b )贮存于体内。 好氧条件下， 聚磷菌氧化体内的p h b ，并利用该反应产生的能量， 过量地从污水 中摄取磷，用以合成能源物质a t p ， 未用于合成反应的磷储存于聚磷菌体内形成 聚磷。好氧吸磷量大于厌氧释磷量，通过排放污泥即可达到除磷的目的。如图 图1 . 1 生物除磷机理图 f u h s 和c h e n t 最早描述了 从活性污泥中分离出 来的聚磷菌a c i n e t o b a c t e r s p , ， 他们认为 这一细菌在生物除磷过程中发挥主要作用。 但也有研究表明， i i6 - i8 1 除了a c i n e t o b a c t e r ， 其他细菌对除磷也起主 要作用。 采用选择分离和鉴定技术， 也分离到了其它的聚磷菌，其中一些菌的聚磷能力比a c i n e t o b a c t e r s p . 还强， 如p s e u d o m o n a s v e s i c u l a r i s o s t r e i c h a n e ， 发 现聚 磷菌 的 数 量 取决 于 工 艺 和 污水的成分。 在生物除磷过程中， p h b 是除磷的关键， 一般认为污水中b o d ; / t p 2 0 时， 生 第1 章 污水脱氮除磷研究进展及课题背景 物释磷比较完全，产生大量的p h b 。也有学者认为， v f a 才是释磷的关键，提高 v f a 浓度， 是提高系统除磷能力的关键。 1 .2 . 2 . 2污水化学除磷机理 化学除磷的基本原理是通过投加化学药剂， 由药剂中的金属离子和磷酸根形 成不溶性磷酸盐沉淀物， 然后通过固液分离将磷从污水中去除。 按工艺流程中化 学药剂投加点的不同， 磷酸盐沉淀工艺可分为前置沉淀、 协同沉淀和后置沉淀三 种类型。 前置沉淀的药剂投加点是原污水， 形成的沉淀与初沉污泥一起排除。 协 同沉淀的药剂投加点包括初沉出水、 曝气池和二沉池之前的其它位置， 形成的沉 淀物与剩余污泥一起排除。 后置沉淀的药剂投加点是二级生物处理之后， 形成的 沉淀物通过另设的固液分离装置进行分离， 包括澄清池和滤池。 可用于化学除磷的金属盐有三种，即钙盐、铁盐和铝盐，最常用的是石灰 ( c a ( o h ) 2 ) 、硫酸铝( a 1 2 ( s 0 4 ) 3 1 8 h 2 0、铝酸钠( n a a 1 0 2 ) 、三氯化铁 ( f e c 1 , ) .硫 酸铁 ( f e , ( s 0 4 ) i ) 、硫酸亚铁 ( f e s 认)和氯化亚铁 ( f e c l , ) 。表 1 . 2列出了化学 除磷过程形成的部分沉淀物。 表 1 . 2磷酸盐沉淀过程形成的沉淀物 磷酸盐沉淀剂可能形成的沉淀物 二价钙c a 各种磷酸钙沉淀，例如:h 一 磷酸三钙c a a ( p o 1) 2 ( s ) i 羚基磷灰石 c a ; ( o h ) ( p 0 ) ., ( s ) , 磷酸二钙c a h p o , ( s ) , 碳酸钙c a c o , ( s ) _ 价 铁 f e e 磷酸w.铁f e , ( p o . ) z ( s ) ,磷酸铁f e . ( o h ) , ( p 0 , ) a ( s ) ,氢氧化亚铁f e ( o h ) , ( s ) . 氢氧化铁f e ( o h ) 2 ( s ) 二价铁f e 磷酸铁f e . ( o h ) . ( p o o , ( s ) , 氢氧化铁f e ( 0 1 1 ) , ( s ) 三价铝a l 磷酸铝a l . ( o h ) , n o a ( s ) , 氢氧化铝a i ( o h ) , ( s ) 石灰法除磷通常在p h 值达到1 0 以上才可达到较好的除磷效果。 由于过高的 p h值会抑制和破坏微生物的增殖和活性，因此石灰法不能用于协同沉淀，只能 用于前置沉淀和后置沉淀。无论何种沉淀，其出水都要经过p h调节后，方可进 入后续处理单元或被排放。 p h值的调节通常采用二氧化碳吹脱法，调节过程产 生的碳酸钙采用沉淀法去除。 采用铝f lh 和铁盐除磷时， 其所产生的化学沉淀必然会导致处理系统的污泥体 积和污泥总量的增加，s c h m i d t k e估测出投加铁盐或铝盆到污水二级生物处理 第 1 章 污水脱氮除磷研究进展及课题背景 厂，使出水磷浓度达到 l m g / l ，相应的污泥总量和体积分别增加 2 6 % 和3 5 % 。如 果要求获得更低的出水磷浓度，污泥的产生量会更大。 1 . 2 . 3生物脱氮除磷工艺分析 1 .2 .3 . 1生物脱氮除磷工艺 2 0世纪3 0 年代开发的w u h r m a n n 工艺是最早的脱氮工艺; 6 0 年代， l u d z a c k 和e t t i n g e r 等首次提出了前置反硝化工艺:7 0 年代，b a r n a r d 又提出了改良型 的l u d z a c k - e t t i n g e r 脱 氮t - 艺 ， 即 广 泛 应 用的a / 0 法。 【 ， ， 之 后， 随 着 研 究 的 不 断深入，又出现了很多种新型工艺，例如: b a r d e n p h o 工艺、 u c t 工艺、改良型 u c t 工艺、 p h o s t r i p 工艺、 氧化沟工艺、 s b r 工艺等， 而目 前用得最广泛的还是 a / o工艺和倒置 a 2 / 0 工艺。 1 . b a r d e n p h o 工艺 1 9 7 4年，南非人 b a r n a r d 报道了在其首创的b a r d e n p h o 工艺中，氮磷都有 很好的去除效果。如图1 . 2 , b a r d e n p h o 工艺可以认为是两个a / 0 工艺的串联， 前半部分以脱氮为主，为第二个缺氧池中的释磷创造了良好的条件。在 b a r d e n p h o 工艺前增设厌氧池， 回流污泥与进水在厌氧池中完全混合， 可进一步 提高出水效果，也就是 p h o r e d o x 工艺。但这两种工艺的构筑物过多，在我国并 未被广泛采用。 混合夜回流 ( 4 0 0 % ) a t*一 f .j c ryo h ， _污泥回流 ( 1 0 0 % ) 塑,5 r泥 卜 图1 . 2 b a r d e n p h o i艺流程图 2 . a z / o工艺1 2 0 1 a / o ( a n a e r o b i c / a n o x i c / o x i c )工艺，即仄氧/ 缺氧/ 好氧工艺，是最典型、 最简单的除磷脱氮工艺，是7 0 年代由 美国的一些专家在a / 0 脱氮工艺的基础l 开发的。 其工艺流程如图1 . 3 所示: 原水与回流污泥进入厌氧区， 部分易生物降 第 1 章 污水脱氮除磷研究进展及课题背景 厂，使出水磷浓度达到 l m g / l ，相应的污泥总量和体积分别增加 2 6 % 和3 5 % 。如 果要求获得更低的出水磷浓度，污泥的产生量会更大。 1 . 2 . 3生物脱氮除磷工艺分析 1 .2 .3 . 1生物脱氮除磷工艺 2 0世纪3 0 年代开发的w u h r m a n n 工艺是最早的脱氮工艺; 6 0 年代， l u d z a c k 和e t t i n g e r 等首次提出了前置反硝化工艺:7 0 年代，b a r n a r d 又提出了改良型 的l u d z a c k - e t t i n g e r 脱 氮t - 艺 ， 即 广 泛 应 用的a / 0 法。 【 ， ， 之 后， 随 着 研 究 的 不 断深入，又出现了很多种新型工艺，例如: b a r d e n p h o 工艺、 u c t 工艺、改良型 u c t 工艺、 p h o s t r i p 工艺、 氧化沟工艺、 s b r 工艺等， 而目 前用得最广泛的还是 a / o工艺和倒置 a 2 / 0 工艺。 1 . b a r d e n p h o 工艺 1 9 7 4年，南非人 b a r n a r d 报道了在其首创的b a r d e n p h o 工艺中，氮磷都有 很好的去除效果。如图1 . 2 , b a r d e n p h o 工艺可以认为是两个a / 0 工艺的串联， 前半部分以脱氮为主，为第二个缺氧池中的释磷创造了良好的条件。在 b a r d e n p h o 工艺前增设厌氧池， 回流污泥与进水在厌氧池中完全混合， 可进一步 提高出水效果，也就是 p h o r e d o x 工艺。但这两种工艺的构筑物过多，在我国并 未被广泛采用。 混合夜回流 ( 4 0 0 % ) a t*一 f .j c ryo h ， _污泥回流 ( 1 0 0 % ) 塑,5 r泥 卜 图1 . 2 b a r d e n p h o i艺流程图 2 . a z / o工艺1 2 0 1 a / o ( a n a e r o b i c / a n o x i c / o x i c )工艺，即仄氧/ 缺氧/ 好氧工艺，是最典型、 最简单的除磷脱氮工艺，是7 0 年代由 美国的一些专家在a / 0 脱氮工艺的基础l 开发的。 其工艺流程如图1 . 3 所示: 原水与回流污泥进入厌氧区， 部分易生物降 第 i 章 污水脱氮除磷研究进展及课题背景 解的有机物在厌氧发酵条件下分解成v f a ,聚磷菌释磷并贮存大量p h b 于体内: 在缺氧区内 反硝化菌利用污水中的有机物为碳源， 把内回流液带入的硝酸氮反硝 化为氮气释出， 并同时降解有机物; 好氧区内， 有机物浓度较低， 易于硝化反应， 同时聚磷菌过量摄磷， 有机物也被进一步去除。2 0 世纪8 0 年代以来，我国在广 州、桂林、天津、北京、沈阳等地建成了许多采用 a z/ 0 工艺的城市污水处理厂。 混合液回流 进水出水 厌氧段缺氧段好氧段沉淀池 回流污泥剩余污泥 图1 . 3 a v o 工艺流程图 a z / o 工艺运行控制程序较简单， 一般需在高负荷状态下运行才能获得良 好的 除磷效果，即泥龄短、水力停留时间短， 厌氧、 好氧、缺氧的水力停留时间一般 大致在0 . 5 - - 1 . o h , 0 . 5 - 1 . o h , 15 -6 . o h ， 可取得良 好的脱氮除磷效果。 但是 a 乍 0工艺中构筑物和回流污泥系统较多。其除磷效果受到泥龄、回流 污泥中挟带的溶解氧和硝酸氮的限制， 一般不太理想;同时，由于脱氮效果取决 于混合液回流比，而 a 2 / 0工艺的混合液回流比不宜太高 ( -2 0 0 %) ，脱氮效果 不能满足较高要求。 3 倒 盆a 1 0 工 艺 2 1 - 2 4 1 常规的a / 0工艺存在以下一些问题:( 1 )工艺流程较复杂，一般需混合液 回流和污泥回流两个回流系统， 总回流量达到进水量的3 0 0 %以上， 投资和能耗 较高:( 2 )以牺牲一部分反硝化速率为代价，优先保证聚磷菌释磷的碳源要求， 缺氧区在碳源分配上处于不利地位， 因而影响了系统的脱氮效果; ( 3 ) 在所排放 的剩余污泥中只有少部分参与了完整的吸磷释磷过程， 其余的大部分污泥实际上 未参与厌氧释磷而直接经缺氧、 好氧段沉淀排除: ( 4 ) 聚磷菌厌氧释磷后先经过 生化效率较低的缺氧段吸磷， 然后再进入生化效率较高的好氧段， 这对于聚磷菌 厌氧条件下形成的吸磷动力的有效利用可能不利; ( 5 ) 回流污泥中的硝酸盐对厌 氧磷释放产生不利影响。在此情况下，同 济大学的高廷耀等人提出了倒置 a z / 0 第 1 章 污水脱氮除磷研究进展及课题背景 工艺。其工艺流程见图 1 . 4 . 倒置a 乍 0 与a / 0 工艺不同的是将缺氧段位于厌氧段的前面，污水分两股分 别进入缺氧段和厌氧段 ( 也可将全部污水进入缺氧段，只是取消 a / 0工艺的混 合液回流， 而加大污泥回流比) ， 在缺氧区中 脱除污泥回流带入的硝酸氮， 减轻 厌氧区硝酸氮对磷释放的影响。 进水的一部分进入厌氧区， 为厌氧段磷释放提供 有效的碳源。厌氧区的出水进入好氧区，进行有机物降解、硝化与吸磷。 0 . 2 5 q 0 . 7 5 q 出水 进水 缺氧段j 厌氧段i好氧段沉淀池 回 流污泥 ( 1 5 0 - 2 5 0 %) 图1 . 4 倒置a / 0 工艺流程 剩余污泥 倒置a / 0 除磷脱氮工艺具有以下特点: 1 .将常规a z / o 工艺的污泥回流系统和混合液回流系统合二为一， 组成了唯 一的污泥回流系统，工艺流程比较简捷，污泥回流比大，一般为 1 5 0 - v 2 5 0 % ; 2 .回流污泥带入的硝酸氮在缺氧区得到去除