（環(huán)境工程專業(yè)論文）分段進水sbr處理高氨氮生活污水試驗研究.pdf

摘要 分段進水s b r 工藝是在傳統(tǒng)s b r 基礎(chǔ)上對其運行方式改進后的一種新型污水脫氮 處理工藝 該工藝通過時間上分多段進水的運行方式 充分利用原水中的有機物作為反 硝化碳源 節(jié)省了曝氣量和外加碳源的投量 實現(xiàn)污水的深度脫氮 本試驗采用s b r 反應(yīng)器 以模擬高氨氮廢水作為處理對象 采用優(yōu)化流量分配方 法來對多段進水s b r 工藝的進水流量進行分配 并按等污泥負荷的原則對運行時問進 行優(yōu)化 研究了分段數(shù) 進水c o d t k n 值 氨氮負荷等因素對c o d 氨氮和總氮去 除效率的影響 在三段進水的情況下 比較了按優(yōu)化流量分配原則和等流量分配原則進 行流量分配時 該工藝對c o d 氨氮和總氮的去除效率的差異 通過試驗研究 得到了以下結(jié)論 1 當多段進水s b r 工藝采用優(yōu)化流量分配方法并按等污泥負荷的原則對運行時 間進行優(yōu)化時 分段數(shù)對c o d 的去除率并無太大影響 而對氨氮和總氮的去除率影響較 大 一段進水工藝的氨氮和總氮的去除率分別為7 9 8 7 和4 6 7 0 二段進水工 藝的氨氮和總氮的去除率分別為9 8 9 9 和8 1 8 7 三段進水工藝的氨氮和總氮 的去除率分別為9 9 和9 0 一9 4 2 當多段進水s b r 工藝采用優(yōu)化流量分配方法并按等污泥負荷的原則對運行時 間進行優(yōu)化時 進水c o d t k n 值對c o d 和氨氮的去除率并無太大影響 而對總氮的 去除率影響較大 這是由于采用優(yōu)化流量分配的多段進水中 c o d t k n 值決定流量分 配系數(shù) 在c o d t k n 為1 0 進水c o d 濃度為1 0 0 0 m g l 氨氮濃度為1 0 0m g l 和 c o d t k n 為5 進水c o d 濃度為1 0 0 0 m g l 氨氮濃度為2 0 0m g l 時的總氮去除率 分別為9 0 9 4 和5 7 6 9 o 3 三段進水s b r 工藝采用優(yōu)化流量分配并按等污泥負荷的原則對運行時間進行 優(yōu)化時的總氮的去除率可達到9 0 一9 4 按等流量進行流量分配的總氮去除率達到 8 6 9 0 可見采用優(yōu)化流量分配方式要好于等流量分配方式 關(guān)鍵詞 高氨氮廢水 分段進水 等污泥負荷 流量分配 a b s t r a c t b a s e do nt h ec o n v e n t i o n a ls b r t h es t e p f e e ds b rw a sd e v e l o p e db yi m p r o v i n g o p e r a t i o nm o d e sa n di t san e wn i t r o g e nr e m o v a lp r o c e s s t h ef e e dp a r e m c o u l df u l l yu s et h e i n f l u e n to r g a n i cm a t t e ra sd e n i t r i f i c a t i o nc a r b o ns o u r c e s a v ea e r a t i n g d e c r e a s ee x t e r n a l c a r b o ns o u r c e sa n da c h i e v et h ea d v a n c e dn i t r o g e nr e m o v a l s b rr e a c t o rw a s e m p l o y e d i nt h i s e x p e r i m e n t a n dt h ei n f l u e n tw a ss i m u l a t e d h i g h s t r e n g t ha m m o n i aw a s t e w a t e r o p t i m a ld i s t r i b u t i o nf o ri n f l u e n tf l o ww a su s e di nt h e s t e p f e e d s b rp r o c e s sa n dt h er u n n i n gt i m ew a so p t i m i z e db yu s i n gt h ep r i n c i p l eo f e q u i l i b r i u ms l u d g el o a d i n g f a c t o r sw h i c he f f e c t e dt h er e m o v a le f f i c i e n c i e so fc o d n h 4 n a n dt ns u c ha ss t e p so fr e a c t o r i n f l u e n tc o d t k nr a t i o a m o m o n i al o a d i n g e t c w e r e d i s c u s s e d i nt h et h r e es t a g es t e p f e e ds b r t h ed i f f e r e n c e so f r e m o v a le f f i c i e n c i e so fc o d n h 4 na n dt nb e t w e e no p t i m a ld i s t r i b u t i o na n de q u i l i b r i u md i s t r i b u t i o nf o ri n f l u e n tf l o w w e r ec o m p a r e d t h r o u g he x p e r i m e n t s t h ec o n c l u s i o n sw e r ea sf o l l o w s 1 w h e no p t i m a ld i s t r i b u t i o nf o ri n f l u e n tf l o ww a su s e di nt h es t e p f b e ds b rp r o c e s s a n dt h er u n n i n gt i m ew a so p t i m i z e db yu s i n gt h ep r i n c i p l eo fe q u i l i b r i u ms l u d g el o a d i n g s t e p so fr e a c t o rh a dl i t t l ee f f e c to nc o dr e m o v a lb u tg r e a te f f e c to nn h 4 na n dt nr e m o v a l t h er e m o v a le f f i c i e n c i e so f n i h na n dt nw e r e7 9 8 7 a n d4 6 7 0 r e s p e c t i v e l yi n o n es t a g es t e p f e e ds b r 9 8 9 9 a n d8 1 8 7 r e s p e c t i v e l yi nt w os t a g es t e p f e e d s b ra n d9 9 a n d9 0 9 4 r e s p e c t i v e l yi nt h r e es t a g es t e p f e e ds b r 2 w h e no p t i m a ld i s t r i b u t i o nf o ri n f l u e n tf l o ww a su s e di nt h es t e p f e e ds b rp r o c e s s a n dt h er u n n i n gt i m ew a so p t i m i z e db yu s i n gt h ep r i n c i p l eo fe q u i l i b r i u ms l u d g el o a d i n g t h e i n f l u e n tc o d t k nr a t i oh a dl i u l ee f f e c to nc o da n dn i h nr e m o v a lb u tg r e a te f f e c to nt n r e m o v a l t h a ti sb e c a u s ec o d t k nr a t i od e t e r m i n e st h ec o e 伍c i e n to fi n f l u e n tf l o w d i s t r i b u t i o ni nm u l t i s t a g ei n f l u e n tw i t ho p t i m a ld i s t r i b u t i o n w h e nc o d t k nr a t i o sw e r e10 t h ec o da n dn h 4 nc o n c e n t r a t i o n s o ft h ei n f l u e n tw e r e10 0 0 m g la n dlo o m g l r e s p e c t i v e l y a n d5 t h ec o da n dn h 4 nc o n c e n t r a t i o n so ft h ei n f l u e n tw e r el0 0 0 m g la n d 2 0 0 m g lr e s p e c t i v e l y t h er e m o v a le f f i c i e n c i e so ft nw e r e9 0 9 4 a n d5 7 6 9 r e s p e c t i v e l y 3 a st ot h et h r e es t a g es t e p f e e ds b r w h e no p t i m a ld i s t r i b u t i o nf o ri n f l u e n tf l o ww a s u s e di nt h es t e p f e e ds b r p r o c e s sa n dt h er u n n i n gt i m ew a so p t i m i z e db yu s i n gt h ep r i n c i p l e o fe q u i l i b r i u ms l u d g el o a d i n g t h e inr e m o v a le f f i c i e n c yc a l lb ea sh i g ha s9 0 9 4 h o w e v e r w h e ne q u i l i b r i u md i s t r i b u t i o n f o ri n f l u e n tf l o ww a su s e d t h et nr e m o v a l e f f i c i e n c yw a s8 6 9 0 t h er e s u l t ss h o w e dt h a to p i t i m a ld i s t r i b u t i o nf o ri n f l u e n tf l o w w a ss u p e r i o rt oe q u i l i b r i u md i s t r i b u t i o nf o ri n f l u e n tf l o w k e yw o r d s h i g h s t r e n g t ha m m o n i aw a s t e w a t e r s t e p f e e d e q u i l i b r i u ms l u d g el o a d i n f l u e n tf l o wd i s t r i b u t i o n 1 v 長安人學碩 學位論文 1 1 水體中氮的來源 第一章緒論 1 1 1 點源污染 1 生活污水 生活污水中氮素的含量一般與人們的生活習慣 膳食結(jié)構(gòu)有關(guān) 同時也會由于地 區(qū)和季節(jié)的不同而有所差異 例如 美國生活污水含氮量約為3 k g 人 a 日本生 活污水約為4 5 k g 人 a 而我國的生活污水含氮量約為3 3 k g 人 a 左右 典型生活污水含氮情況見表1 1n 1 表1 1 2 工業(yè)廢水 煤加壓氣化工業(yè) 焦化工業(yè) 氮肥工業(yè)等都會排放大量含氮的廢水 1 1 2 面源污染 1 農(nóng)田水土流失 農(nóng)田所施肥料的氮素一般不會被充分利用 有研究表明 一般水田的氮肥的利用率 僅為2 0 3 0 旱地為4 0 6 0 另外 耕作對土壤中氮素的損耗也有影響 越是 耕作 氮素越是容易隨水土流失 氮素通過淋洗 地表流失 土壤殘留 直接揮發(fā)等途 徑 以不同形態(tài)流失到環(huán)境中 有的入大氣后又隨降水進入水體 2 大氣干濕氮沉降 各類氮化合物以多種化學形式存在 并在一定條件下相互轉(zhuǎn)化 它們在降雨期隨降 水下降至地面再經(jīng)地表徑流進入水體 第一章緒論 1 2 氮在水中的存在形態(tài) 氮在水體中的主要存在形式包括分子態(tài)氮 有機態(tài)氮和無機態(tài)氮 其中無機態(tài)氮包 括氨態(tài)氮 亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮以及硫化物等 有機氮包括蛋白質(zhì) 多肽 氨基酸 尿素 等含氮有機物 可溶性有機氮主要以尿素和蛋白質(zhì)形式存在 在一定條件下可以通過氨 化等作用轉(zhuǎn)化為氨氮 一般生活污水中氮的存在形態(tài)主要有四種 并在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化 在未經(jīng) 處理的污水中主要以有機態(tài)氮和氨氮的形式存在 經(jīng)二級生化處理后出水中則以氨氮和 硝態(tài)氮氮為主要存在形式 在生活污水中 4 0 6 0 為有機氮 5 0 6 0 為n h 4 n n 0 2 n 和n 0 3 n 大 概占0 5 1 1 3 氮素對水環(huán)境的危害 氮素 主要指氨氮 進入水體后會引起生態(tài)及人體健康方面的有害影響 主要問題 歸納如下 1 水生生態(tài)系統(tǒng)的富營養(yǎng)化 植物和藻類的生長離不開營養(yǎng)物質(zhì) 在自然水體中 它們的生長通常受氮和磷的限 制 工業(yè)廢水和生活污水的含氮污染物加速了湖泊和池塘等水體的富營養(yǎng)化 e u t r o p h i c a t i o n 造成水生植物和藻類過度生長 1 1 由于藻類的大量繁殖 出現(xiàn)水華和 赤潮現(xiàn)象 不僅使水體惡臭 還會遮蔽陽光 阻隔大氣中的氧向水中溶解 枯死的藻類 沉積水底 又是新生的污染源 它們進行厭氧發(fā)酵 使溶解氧耗盡 并不斷的放出氮磷 為水生植物提供營養(yǎng) 如此循序往復(fù)的惡性循環(huán) 最終造成水體的嚴重惡化 水體因帶 有霉臭味而喪失游泳價值和觀賞價值 同時 水體中大量繁殖的藻類還會造成阻礙航運 使魚類等水生動物因缺氧而死亡等 2 通過硝化作用引起水體缺氧 氨是硝化細菌的能源 硝化作用會消耗大量氧氣 通常氧化l m g l 的n i h n 需 4 6 m g l 的溶解氧 2 1 城市污水經(jīng)二級處理后 含氨化合物主要以n h 3 n 形式存在于污水中 含n h 3 n 的污水排入水體后 在硝化細菌的作用下氧化成亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮 典型的二級處 理出水中大概含2 0 4 0 m g l 氨氮 需氧量為9 0 1 8 0 m g l 而2 0 2 時 水中的飽和溶 解氧濃度為9 m g l 許多魚類生活所需的溶解氧濃度在5 m g l 左右 即要求水中的溶解 9 長安大學碩 j 學位論文 氧的飽和度大于5 6 1 2 l 所以 氨氮對溶解氧的消耗使水生生態(tài)系統(tǒng)受到嚴重影響 3 對人及生物具有毒害作用 飲用水中的含氮量主要為硝酸鹽 一般含量很少超過l m g l 根據(jù)世界衛(wèi)生組織 規(guī)定 n 0 3 n 的含量不能超過1 0 m g l 出生4 6 個月的嬰兒 對硝酸鹽的耐受力比較 低 當飲用水內(nèi)n 0 3 n 含量為9 0 1 4 0 m g l 時 即可造成嬰兒體內(nèi)正常的血紅蛋白氧 化成高鐵血紅蛋白 失去血紅蛋白在體內(nèi)輸送氧的能力 出現(xiàn)缺氧癥狀 氨是水生植物和藻類的營養(yǎng)物質(zhì) 同時也是魚類和其它水生動物的毒性物質(zhì) 許多 水生動物 如魚類等 對n h 3 n 較敏感 一般有一定的耐受限度 如水中的n h 3 n 超 過3 m g l 時 可在2 4 9 6 小時內(nèi)使金魚 鳊魚死亡 另外 由于p h 和溫度可影響氨 分子的分配 n h 3 n h 3 n h 4 升高p h 或者溫度可明顯增強氨氮的毒性 夏天 在一 些富營養(yǎng)化程度高的水體中 由于較強的光合作用使c 0 2 消耗很大 p h 上升很快 極 易誘發(fā)水生生物的氨中毒1 3 l 4 增加污水的處理成本 被氮嚴重污染的水體 會給污水的凈化處理帶來諸多不便 并進一步影響出水水質(zhì) 由于水體的富營養(yǎng)化 大量的藻類和水生微生物堵塞濾池 影響其正常運行 有些藻類分泌的有機物會妨礙水處理中的絮凝作用 導(dǎo)致出水渾濁 有些水生植物分泌的有機物經(jīng)分解生成難以降解的腐殖質(zhì) 如三鹵甲烷前驅(qū) 物 如果用氯消毒便可生成具有致癌 致畸和突變作用的三鹵甲烷 導(dǎo)致 水質(zhì)更加惡化 水體底部沉積物的厭氧發(fā)酵 會使水中f e m n 2 濃度由于還原作用而不 斷增加 另外 產(chǎn)生的甲烷氣體會干擾水的處理過程 在給水加氯消毒時 水體中過多的氨會使加氯量成倍增加 脫色 除臭 除 味的化學藥劑投加量也會增加 綜上所述 降低污水中的氮含量已經(jīng)成為廢水處理技術(shù)中的一個重要課題 3 第一章緒論 1 4 傳統(tǒng)生物脫氮理論 1 4 1 生物脫氮的基本原理 廢水中氮主要以有機氮和氨氮的形式存在 在生物處理的過程中 有機氮很容易微 生物的分解和水解作用而轉(zhuǎn)化為氨氮 這一過程即為氨化作用 然后再通過硝化反應(yīng)將 將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮 再通過反硝化作用將硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮還原成氣態(tài)氮 從水中逸出 從而達到脫氮的目的 下面對以上幾個過程分別做簡要介紹 4 j 1 4 1 1 氨化作用 廢水中含氮有機物經(jīng)微生物降解釋放出氨的過程 成為氨化作用 這里的含氮有機 物為蛋白質(zhì) 核酸 尿酸 尿素等 以氨基酸為例說明有機物的氨化過程f 5 o 氨基酸是羧酸分子中羥基上的氫原子被氨基 一n h 取代后的生成物 可用通式 r c h n h c 0 0 h 表示 在有氧條件下 r c h n h 2 c o o h 0 2 r c 0 0 h c 0 2 n h 3 氧化脫氨基 在缺氧條件下 r c h n h 2 c o o h h 2 0 專r c h 2 0 c o o h n h 3 水解脫氨基 r c h n h 2 c o o h 2 h 專r c h 2 c o o h n h 3 還原脫氨基 c h 2 0 h c h n h 2 c o o h c h 3 c o c o o h n h 3 脫水脫氨基 r c h n h 2 c o o h r c h n h 2 c o o h h 2 0 專r c o c o o h r c h 2 c o o h 2 n h 3 氧化還原脫氨基 上述的反應(yīng)中 不論是在有氧還是在缺氧條件下 氨基酸的分解結(jié)果都會產(chǎn)生氨和 一種含氮有機化合物 另外 除了氨基酸外 其它含氮有機物 包括尿素 尿酸等 也 都可以被相應(yīng)的微生物分解釋放出氨 4 長安大學頂一 二學位論文 1 4 1 2 硝化反應(yīng) 生物硝化反應(yīng)是亞硝化菌 硝化菌將氨氮氧化成亞硝酸鹽 硝酸鹽 它是由一群自 養(yǎng)型好氧微生物通過兩個過程完成的 第一步先由亞硝酸菌將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽 成 為亞硝化反應(yīng) 亞硝酸菌有亞硝酸單胞菌屬 亞硝酸螺旋桿菌屬和亞硝化球菌屬等 第 二步由硝酸菌將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽 硝酸菌有硝酸桿菌屬 螺旋菌和球菌屬等 亞 硝酸菌和硝酸菌統(tǒng)稱為硝酸菌 都是化能自養(yǎng)型菌 這類菌利用無機碳化合物如c 0 3 2 h c 0 3 c 0 2 為碳源 從無機物 n h 3 n i 1 4 或n 0 2 的氧化中獲取能量口1 兩類菌的 特征如表1 2 表1 2 亞硝酸菌和硝酸菌的特征 硝化反應(yīng)的兩步反應(yīng)均需要在有氧條件下才能進行 并以氧作為電子受體 其反應(yīng) 方程式可表示為 6 n h 4 1 3 8 2 0 2 1 9 8 2 h c 0 3 墅型b 0 9 8 2 n 0 2 1 0 3 6 h 2 0 1 8 9 1 h 2 c 0 3 0 0 18 c s h 7 0 2 n 1 1 n 0 2 0 4 8 8 0 2 o 0 1 h 2 c 0 3 o 0 0 3 h c 0 3 0 0 0 3 n h 4 墮嶼 n 0 3 0 0 0 8 h 2 0 0 0 0 3 c 5 h 7 0 j n 1 2 總反應(yīng)式 n h 4 1 8 6 0 2 1 9 8 2 h c 0 3 墮馬 0 9 8 2 n 0 3 1 0 4 4 h 2 0 1 8 8 1 h 2 c 0 3 0 0 2 1 c s h 7 0 e n 1 3 式中c s h 7 0 2 n 為亞硝酸菌和硝酸菌的細胞化學式 通過式 1 1 和 1 2 計算可 知 它們的產(chǎn)率分別為0 1 4 6 9 g n h 4 n 和0 0 2 9 g n h 4 n 在硝化反應(yīng)過程中 將l m g 氨氮氧化為硝酸鹽氮需耗氧4 5 7 m g 其中亞硝化反應(yīng)耗氧3 1 6 m g 硝化反應(yīng)耗氧 氣 第一市緒論 1 1l m g 同時需要消耗堿度約7 1 4 m g 以c a c 0 3 計 8 1 1 4 1 3 反硝化反應(yīng) 生物反硝化反應(yīng)是在缺氧的條件下 將硝化過程中產(chǎn)生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原 成氣態(tài)氮或者n o n o 的過程 由有一群異養(yǎng)菌協(xié)同完成 參與這一生化反應(yīng)的微生 物是反硝化菌 常見的反硝化菌包括假單胞菌屬 反硝化桿菌屬 螺旋菌屬和無色桿菌 屬等 他們多為兼性細菌 當有分子態(tài)氧存在時 反硝化菌分解有機物 利用分子氧作 為最終電子受體 在無分子態(tài)氧情況下 反硝化菌利用硝酸鹽和亞硝酸鹽中的n 5 和n 作電子受體 0 2 一作為受氫體生成h o 和o h 堿度 有機物則作為碳源及電子供體提供 能量并得到氧化穩(wěn)定 5 1 反硝化反應(yīng)中氮元素的轉(zhuǎn)化及其生物化學如下式 n o z 3 h 電子供體有機物 1 2 n 2 h 2 0 o h n o 5 h o g j 乙供體有機物 1 2 n 2 h 2 0 o h 硝酸鹽的反硝化還原過程為 n o 里墮墅型馬n 0 里墮型塑塑墮專n o 皇塑型墮一n 2 0 皇絲墅塑堡墮專n 2 在生物反硝化過程中 污水中的含碳有機物作為反硝化過程的電子供體 有上式可 知 轉(zhuǎn)化l g n o z n 為n 2 時 需有機物 以b o d 表示 1 7 1 9 3 木1 6 2 水1 4 1 7 1 轉(zhuǎn)化 l g n o n 為n 時 需有機物 以b o d 表示 2 8 6 9 同時產(chǎn)生3 5 7 9 堿度 以c a c 0 3 計 1 0 0 2 木1 4 3 5 7 6 長安人學碩 i 學位論文 1 4 2 傳統(tǒng)的生物脫氮工藝 1 4 2 1 活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝 三級活性污泥法傳統(tǒng)脫氮工藝是以氨化 硝化 和反硝化三種反應(yīng)過程為基礎(chǔ)建立 的 其流程如圖1 1 9 剩余污泥剩余污泥 剩余污泥 圖1 1 三相生物脫氮工藝流程圖 該工藝的優(yōu)點是有機底物降解菌 硝化菌 反硝化菌分別在反應(yīng)器內(nèi)生長增值 環(huán) 境條件適宜 而且各自回流沉淀池分離的污泥 反應(yīng)速度快而徹底 缺點是處理流程長 設(shè)備太多 造價過高 反硝化反應(yīng)需要外加碳源從而增加成本 1 4 2 2 缺氧 好氧活性污泥法脫氮系統(tǒng) 1 9 7 3 年b a m a r d 在l u d z a c k e t t i n g e r 工藝的基礎(chǔ)上提出的一種改進型 后來被稱為 a o a n o x i c o x i e 工藝 該工藝將缺氧反硝化和好氧硝化池完全分開 沉淀池的污泥 回流到缺氧反應(yīng)池 并增加了從好氧反應(yīng)器至缺氧反應(yīng)器的混合液回流 既保證了 l u d z a c k e t t i n g e r 工藝前置反硝化的的優(yōu)點 又克服了其混合液混合不充分的缺點 使 脫氮效率大大提高 5 工藝流程如圖1 2 圖1 2a 0 工藝流程示意圖 a o 生物脫氮系統(tǒng)中因只有一個污泥回流系統(tǒng) 因而使好氧異養(yǎng)菌 反硝化菌和硝 化菌都處于缺氧一好氧交替的環(huán)境中 同時存在著降解有機物的異養(yǎng)型菌群 反硝化菌 群及進行硝化反應(yīng)的自養(yǎng)型硝化菌群 構(gòu)成一個混合菌群系統(tǒng) 可使不同菌屬在不同的 7 第一章緒論 條件下充分發(fā)揮它們的優(yōu)勢 a o 工藝與傳統(tǒng)的多級生物脫氮工藝相比主要優(yōu)點是流程 簡單 大大節(jié)省了基建費用 以原水中的含碳有機物和內(nèi)源代謝產(chǎn)物為反硝化碳源物質(zhì) 既節(jié)省了費用又保證了較高的c n 值 好氧池在缺氧池之后 可進一步去除反硝化殘 留的有機物 缺氧池在好氧池之前可減輕好氧池的有機負荷和改善活性污泥的沉降性 能 1 4 2 3 厭氧 缺氧 好氧脫氮工藝 a 2 o 工藝 a 2 o 中a 2 英文a n a e r o b i c a n o x i c 的簡稱 是a o 工藝的改進 其工藝流程圖如下 圖1 3a a 0 工藝流程示意圖 污水與回流污泥先進入?yún)捬醭?d 0 n 2 0 h n o 專n o 專n 0 2 一n 0 3 在這個過程中 至少有三個中間產(chǎn)物n 2 n 2 0 和n o 能以氣體形式產(chǎn)生 其中硝 化 反硝化過程均可以產(chǎn)生中間產(chǎn)物n 2 0 和n o 而且其比例可高達氮去除率的1 0 以上 3 4 1 另有研究表明 在亞硝酸細菌的作用下 氨的氧化過程也可能產(chǎn)生n 2 0 美 國哈佛大學的g e r e a u 等利用亞硝化單胞菌進行的純培養(yǎng)實驗表明 低溶解氧明顯降低 了n 0 2 的產(chǎn)量 相反n 2 0 的產(chǎn)量卻增加了 從0 3 上升到約1 0 較多的研究表明 在好氧硝化過程中 如果碳氮比值較低 d o 較低或s t r 較小 都能導(dǎo)致n 2 0 釋放量 增大 而且好氧反硝化會產(chǎn)生比缺氧反硝化時更多的n 2 0 中間產(chǎn)物 3 5 同時 在第二和第三階段 總氮去除率也高于理論值 這也和末端好氧硝化時的 3 6 長安人學碩士學位論文 s n d 現(xiàn)象密切相關(guān) 4 2 5 不同進水次數(shù)條件下各形態(tài)氮的變化過程分析 不同進水次數(shù)條件下各形態(tài)氮的不同變化過程可以反映出系統(tǒng)去除氮素的不同過 程 下面選取在一次進水 二次進水和三次進水階段穩(wěn)定后的某天監(jiān)測值來簡要說明不 同進水次數(shù)下各形態(tài)氮的去除過程 在采用一次進水的運行工況中 選取穩(wěn)定后5 月3 0 日的監(jiān)測值 由圖4 8 可以看 出 氨氮在丌始的3 0 r a i n 內(nèi)由1 2 0 m g l 降到4 8 m g l 至反應(yīng)9 0 m i n 時候已經(jīng)降到了 3 0 m g l 由于此時p h 值降到6 以下 硝化菌活動受到抑制 9 0 m i n 后氨氮去除效果較 差 以致在接下來的2 1 0 m i n 中氨氮濃度只由3 0 m g l 降至1 8 m g l 于此同時 亞硝態(tài) 氮以直保持較低水平 沒有發(fā)生明顯的積累 而硝態(tài)氮在前3 0 m i n 內(nèi)并沒有隨著氨氮的 迅速降低而快速升高 可見在前3 0 m i n 內(nèi)進行了較為徹底的同步硝化反硝化 氨氮 0 硝態(tài)氮 亞硝態(tài)氮 c o d 帝爹爹 歹歹歹歹夢 夢礦 1 0 0 0 8 0 0 3 a 6 0 0 5 枷簍 o 2 0 0 8 0 圖4 8 采用一次進水的運行工況中各形態(tài)氮的去除過程 在采用兩次進水的運行工況中 選取穩(wěn)定后6 月2 8 日的監(jiān)測值且取樣時間均為每 一段末 第一次進水3 l 如圖4 9 所示 氨氮在開始的1 a 段內(nèi)由1 1 0 m g l 被稀釋到 到3 6 m g l 而理論稀釋值為4 1m g l 可見 在1 a 段氨氮損失了 4 1 3 6 8 4 0 m g 這可能是由于厭氧微生物的同化作用的結(jié)果 經(jīng)過1 0 段的好氧硝化 氨氮濃度降至2 m g l 左右 在2 a 段開始完成第二次進水2 l 經(jīng)過2 a 段反應(yīng) 類似于1 a 段 氨氮同 樣有損失 大概損失 2 2 1 1 8 6 1 0 3 5 m g 經(jīng)過2 0 段的好氧硝化 氨氮濃度由1 8 m g l 降至0 2 m g l 于此同時 亞硝態(tài)氮一直保持較低水平 沒有發(fā)生明顯的積累 在1 a 2 a 段末的硝態(tài)氮濃度分別為0 9m g l 和0 1 m g l 可見 硝態(tài)氮在缺氧反硝化階段反 3 7 柏扣 加o 1 1 1 1 廿e v 遙趟避酶榴器茸熏聰怕普 聰膩 第p q 章試驗過程及效果分析 硝化比較徹底 同時 在1 0 2 0 段的硝態(tài)氮濃度分別為2 4m g l 理論值為3 6 m g l 和1 4 m g l 理論值為1 8 6m g l 可見在好氧段存在著明顯的s n d 現(xiàn)象 氨氮 硝態(tài)氮 亞硝態(tài)氮十c 0 1 進水 l al o2 a2 0 出水 圖4 9 二次進水中各形態(tài)氮的去除過程 在采用三次進水的運行工況中 選取穩(wěn)定后7 月2 0 目的監(jiān)測值且取樣時間均為每 一段末 第一次進水2 3 l 由圖4 1 0 可以看出 氨氮在丌始的1 a 段內(nèi)由8 8 m g l 被 稀釋到到3 0 m g l 經(jīng)過l o 段的好氧硝化 氨氮濃度降至o 2m g l 左右 在2 a 段開始 完成第二次進水1 6 l 經(jīng)過2 a 段反應(yīng) 氨氮損失大概 1 6 1 3 宰8 9 2 6 7 m g 經(jīng)過2 0 段的好氧硝化 氨氮濃度由1 3 m g l 降至o 3 m g l 在3 a 段 氨氮損失了 1 0 7 宰1 0 3 0 m g 同樣3 0 段也取得了良好的硝化效果 氨氮濃度由7 m g l 降至0 2 m g l 于此同時 亞硝態(tài)氮一直保持較低水平 沒有發(fā)生明顯的積累 在1 a 2 a 和3 a 段末 的硝態(tài)氮濃度分別為o 1 2m g l o 1 2m g l 和0 1 2 m g l 可見 硝態(tài)氮在缺氧反硝化階 段的反硝化比較徹底 同時 在1 0 2 0 和3 0 段的硝態(tài)氮濃度分別為1 7m g l 理論 值為3 1 m g l 1 2m g l 理論值為1 3 m g l 和5 m g l 理論值為7 m g l 可見在好氧 段同樣存在著明顯的s n d 現(xiàn)象 1 功ev毯蟶ooo 0 0 拍 1 1 8 8 4 2 0 幻 加 o 1 l 6e i 遛毯蟶 鷺抬翟簧霹 鷺詔翟 膩嵫 長安人學碩士學位論文 氨氮 硝態(tài)氮 亞硝態(tài)氮 c o d 進水 l a1 02 a2 03 a3 0 出水 圖4 1 0 采用三次進水的運行工況中各形態(tài)氮的去除過程 4 3 不同碳氮比對各指標去除效果的影響分析 j b e v 魁 蟶 o o o 本實驗從2 0 1 0 年7 月4 日至2 0 1 0 年7 月2 0 日和2 0 1 0 年9 月11 日至2 0 1 0 年9 月 1 7 日兩個時間階段分別運行研究了不同碳氮比對高氨氮生活污水的處理效果影響 4 3 1 不同碳氮比條件下c o d 的去除效果 實驗進水c o d 由葡萄糖配制 監(jiān)測的7 月4 日至7 月2 0 日c o d 進水濃度為 1 0 0 0 m g l 左右 容積負荷為2 k g m 3 d 左右 監(jiān)測的9 月1 1 日至9 月1 7 日c o d 濃度 為5 0 0 m g l 左右 容積負荷為1 k g m 3 d 左右 葡萄糖是易降解有機物 在6 h 的反應(yīng) 周期內(nèi)可以得到比較徹底的去除 c o d 的去除主要分兩個方面 3 6 1 第一個方面是異養(yǎng) 菌好氧氧化使得c o d 濃度下降 第二個方面是反硝化菌利用c o d 為碳源反硝化 從 而導(dǎo)致c o d 的消耗 由圖4 1 1 可以看出 兩個運行階段的出水c o d 濃度保持穩(wěn)定 大概穩(wěn)定在2 0 5 0 m g l 去除率穩(wěn)定在9 0 以上 可見 在本實驗中 碳氮比對c o d 的去除率并沒有太大影響 3 9 硼 咖 湖 伽 姍 o 5 加 加佃o j b e v 趔魁蟶聰抬翟茸乓聰怕器 嵫蹶 第四章試驗過程及效果分析 1 2 0 0 1 0 0 0 魁8 0 0 鬈6 0 0 o o4 0 0 2 0 0 0 進水c o d 濃度 卜出水c o d 濃度十去除率 1 0 0 9 5 褥 9 0 籃 粕 8 5 圖4 1 1 不同碳氮比下c o d 去除效果 4 3 2 不同碳氮比條件下氨氮的去除效果 實驗用水的氨氮由碳酸氫銨配制 監(jiān)測的2 0 1 0 年7 月4 日至2 0 1 0 年7 月2 0 日和 監(jiān)測的2 0 1 0 年9 月1 1 日至2 0 1 0 年9 月1 7 日的氨氮進水濃度均為1 0 0 m g l 左右 容 積負荷為0 2 k g k g m 3 d 左右 由圖4 1 2 可以看出 在不同碳氮比的兩個運行階段 出水氨氮濃度總體上穩(wěn)定 平均出水濃度為在l m g l 以下 平均去除率在9 9 以上 影響氨氮硝化作用的因素有很多 主要有溫度 p h 值 溶解氧和污泥濃度等 這 些因素主要通過影響硝化細菌的活性來影響硝化作用 系統(tǒng)在兩個階段的運行中 溫度 保持在2 0 2 9 處于適宜硝化菌生長的溫度范圍 好氧階段的溶解氧也穩(wěn)定在5 m g l 以上 可以為硝化菌的硝化作用提供充足的溶解氧 污泥濃度控制在7 0 0 0 m g l 左右 保證了足夠的生物量 由于碳氮比不同的兩階段均為三次進水 在周期反應(yīng)中存在反硝 化 這使得系統(tǒng)中p h 值絕大部分時間在6 以上 以上這些條件都保證了硝化細菌的活 性陋3 引 使氨氮獲得良好的去除效果 長安大學碩十學位論文 1 2 0 1 0 0 j 8 0 匕 趟6 0 蟶4 0 磁 琢2 0 0 氨氮進水 卜氨氮j j 水 去除率 1 0 0 锝 0 5 籩 粕 9 0 圖4 1 2 不同碳氮比下氨氮去除效果 4 3 3 不同碳氮比條件下總氮的去除效果 如同在4 2 節(jié)中介紹的一樣 經(jīng)過推導(dǎo)可以得到分段進水s b r 工藝總脫氮效率的表 達式 r 一南 式中 為最后一級流量分配系數(shù) 7 7 為脫氮效率 r 為回流比 按照上述脫氮效率的計算式可算出不同碳氮比下的理論總氮去除率 表4 3 列出了 理論去除率與實際去除率的比較 表4 3 4 1 第刖章試驗過程及效果分析 1 2 0 31 0 0 喜8 0 適6 0 璐4 0 鬈2 0 0 進水總氮濃度 出水總氮濃度 去除率 圖4 1 3 不同碳氮比情況下總氮的去除效果 1 1 0 9 5 褥 8 0 餐 粕 6 5 5 0 由圖4 1 3 可以看出 出水總氮濃度明顯存在兩個階段 第一個階段從7 月4 日至7 月2 0 日 出水總氮濃度比較穩(wěn)定 平均出水濃度穩(wěn)定在7 3 m g l 平均去除率在穩(wěn)定 在9 2 左右 第二個階段從9 月1 1 日至9 月1 7 日 出水總氮濃度穩(wěn)定在3 0m g l 左右 平均去除率在穩(wěn)定在6 7 左右 碳氮比等于1 0 情況下的平均去除率高于理論去除率的主要原因為同步硝化反硝化 作用 在低碳氮比等于5 情況下 實際去除率明顯低于理論去除率 其原因解釋如下 由第二章的理論計算可知 在碳氮比等于5 時 三次進水的進水量分別為第一次進 水1 2 l 第二次進水1 6 l 和第三進水2 3 l 在這種流量分配情況下1 a 段的反硝化碳 源為5 0 0m g l 幸1 2 l 6 0 0 m g 而l a 中的硝態(tài)氮量為3 a 段進水氨氮轉(zhuǎn)化的硝態(tài)氮的量 與排水比p 的乘積 即1 0 0 m g l 2 3 l 木0 5 11 5 m g 按照a 等于7 計算 第1 個周期l a 段積累硝態(tài)氮量為11 5 m g 一6 0 0 m g 7 3 0 m g 而且這種積累會隨著反應(yīng)的進行不斷累積 l a 段最終累計值計算如下 s 3 0 1 p 一 1 l p 所以 l i m s 6 0 式中 s 為第n 周期1 a 段硝態(tài)氮積累量 p 為排水比 本實驗為0 5 長安大學碩十學位論文 由以上分析可知 當系統(tǒng)運行穩(wěn)定后 l a 段的硝態(tài)氮會積累到6 0 m g 左右 由于 沒有多余的c o d 進行反硝化 這部分硝態(tài)氮也會在2 a 和3 a 中出現(xiàn) 并由此影響了出 水硝態(tài)氮的濃度 使得系統(tǒng)達不到理論去除率 4 3 4 不同碳氮比條件下各形態(tài)氮的變化過程分析 氨氮 硝態(tài)氮 亞硝態(tài)氮 c o d 進水l a1 02 a2 03 a3 0出水 圖4 1 4 碳氮比等于1 0 時各指標去除效果 d 西 e v 惻 愛 d o o 由圖4 1 4 和圖4 1 5 可以看出 碳氮比對c o d 的降解并沒有太大影響 在碳氮比等 于1 0 和碳氮比等于5 的情況下 c o d 濃度均在1 a 段末就獲得良好的去除效果 之后 的各個反應(yīng)階段穩(wěn)定在較低的水平 在氨氮去除方面 由于進水分配的不同 各段氨氮 濃度會有差異 但由圖4 1 4 和圖4 1 5 可以看出其去除過程十分相似 由于微生物的同 化作用和可能的厭氧氨氧化作用 在a 段 缺氧段 末氨氮都有部分損失 然后在o 段 好氧段 氨氮都被硝化細菌比較徹底的氧化成硝態(tài)氮 氨氮濃度均在l m g l 以下 另外 由圖4 1 5 可以看出 相對于碳氮比等于l o 的情況 在碳氮比等于5 的情況下a 段 缺氧段 存在亞硝態(tài)氮積累的現(xiàn)象 在碳氮比等于1 0 的情況下 各段的亞硝態(tài)氮 濃度穩(wěn)定在0 1 m g l 左右 而在碳氮比等于5 的情況下 a 段 缺氧段 的亞硝態(tài)氮濃 度約2 5 m g l 這是由于反硝化碳源不足造成的 由于在碳氮比等于5 的情況下1 a 段存在硝態(tài)氮的積累 從而導(dǎo)致后續(xù)各個a 段的反硝化碳源不足 3 9 4 0 作為反硝化中 間產(chǎn)物的亞硝態(tài)氮便積累在a 段反應(yīng)階段 4 3 伽 啪 咖 枷 瑚 o 加 加伯o j b e v 趔趟甏疆怕翟茸瑟酶怕翟 嵫聰 第1 i j 章試驗過程及效果分析 氨氮 硝態(tài)氮 亞硝態(tài)氮 c 0 1 進水 l al o2 a2 03 a3 0 出水 圖4 1 5 碳氮比等于5 時各指標去除效果 在影響總氮去除率的出水硝態(tài)氮濃度方面 進水碳氮比等于1 0 時的硝態(tài)氮出水濃 度要明顯低于碳氮比等于5 時的硝態(tài)氮出水濃度 由圖4 1 5 可以看出 由于1 a 段的硝 態(tài)氮積累現(xiàn)象 使得反應(yīng)周期的各個階段硝態(tài)氮均有較高濃度 1 a 2 a 和3 a 反應(yīng)末 段硝態(tài)氮濃度分別為1 4 m g l 1 0m g l 和l lm g l 相對于碳氮比等于l o 時各a 段硝 態(tài)氮濃度接近0 的情況有很大提高 另外 由于在在碳氮比等于5 的情況下的進水流量 分配呈遞增趨勢 最后一次進水量最大 這也使得出水硝態(tài)氮濃度增高 總之 在碳氮 比等于l o 時 硝態(tài)氮出水濃度穩(wěn)定在5 8 m g l 而在碳氮比等于5 時的硝態(tài)氮出水濃 度大概為3 0 m g l 左右 1 ae一巡避ooo 0 0 0 o 0 柏 加 加 o 加 o 1 a e v 毯爰聰柏翟茸罷聰抬普 曦璐 長安人學碩士學位論文 4 4 碳氮比等于5 時氨氮進水負荷對各指標去除效果影響分析 4 4 1 不同氨氮負荷條件下c o d 的去除效果 實驗進水c o d 由葡萄糖配制 監(jiān)測的8 月1 4 日至9 月1 7 日c o d 進水濃度均為 1 0 0 0 m g l 左右 容積負荷為2 k g m 3 d 左右 葡萄糖是易降解有機物 在6 h 的反應(yīng)周 期內(nèi)可以得到比較徹底的去除 如同其他反應(yīng)工況一樣 c o d 的去除主要分兩個方面 第一個方面是異養(yǎng)菌好氧氧化使得c o d 濃度下降 第二個方面是反硝化菌利用c o d 為碳源反硝化 從而導(dǎo)致c o d 的消耗 由圖4 1 6 可以看出 兩個運行階段的出水c o d 濃度保持穩(wěn)定 大概穩(wěn)定在2 0 5 0 m g l 去除率穩(wěn)定在9 0 以上 可見 在本實驗中 碳氮比對c o d 的去除率并沒有太大影響 1 2 0 0 31 0 0 0 營8 0 0 薔6 0 0 矮4 0 0 o 8 2 0 0 0 進水c o d 濃度 出水c o d 濃度十去除率 日期 圖4 1 6 不同氨氮負荷下c o d 去除效果 4 4 2 不同氨氮負荷條件下氨氮的去除效果 1 0 0 9 0 8 0 齬 餐 7 0 稍 6 0 5 0 實驗用水的氨氮由碳酸氫銨配制 8 月1 4 日至9 月8 日進水氨氮濃度為2 0 0 m g l 容積負荷為0 4 k g m 3 d 9 月1 1 日至9 月1 7 日進水氨氮濃度為1 0 0 m g l 容積負荷 為0 2 k g m 3 d 由圖4 1 7 可以看出 在不同氨氮負荷下的兩個運行階段出水氨氮濃度 總體上穩(wěn)定 平均出水濃度為在l m g l 以下 平均去除率在9 9 以上 可見 在碳氮 比等于5 的情況下 進水氨氮負荷對氨氮的去除率并沒有影響 4 5 第p q 章試驗過程及效果分析 2 5 0 2 0 0 冀1 5 0 臻1 0 0 5 0 0 進水氨氮濃度 卜出水氨氮濃度 去除率 9 5 0 0 籃 稍 圖4 1 7 不同氨氮負荷下氨氮的去除效果 4 4 3 不同氨氮負荷條件下總氮的去除效果 由圖4 1 8 可以看出 在兩個運行階段 進水總氮濃度曲線和出水總氮濃度曲線幾 乎平行 8 月1 4 日至9 月8 日運行階段進水總氮濃度約為9 月1 1 日至9 月1 7 日運行 階段進水總氮濃度的2 倍 相對應(yīng)的 前一運行階段出水總氮濃度也約為后一階段出水 總氮濃度的2 倍 前一階段出水總氮濃度為7 5 m g l 后一階段出水總氮濃度為3 0 m g l 兩階段的總氮去除率相近 平均約為6 3 可見 在碳氮比等于5 時 進水氨氮負荷對 總氮去除率并沒有大的影響 2 5 0 32 0 0 o e 1 5 0 簍1 0 0 囊5 0 0 小進水總氮濃度 出水總氮濃度 總氮去除率 圖4 1 8 不同氨氮負荷下總氮的去除效果 1 0 0 8 0 6 0 褂 籃 4 0 粕 2 0 0 爿 長安大學頂 學位論文 4 4 4 不同氨氮負荷條件下各形態(tài)氮的變化過程分析 選取各工況實驗運行穩(wěn)定后某一天的監(jiān)測值來反映不同氨氮負荷條件下對各指標 的去除過程 瑙1 0 0 溪 磁 始 蓍3 足喜 酶s4 0 桶 器 2 0 膩 蜮 0 氨氮 硝態(tài)氮十亞硝態(tài)氮 c o d 進水 1 a1 02 a2 03 a3 0 出水 圖4 1 9 進水氨氮負荷為0 2 k g m 3 d 時各指標去除效果 氨氮 硝態(tài)氮 亞硝態(tài)氮牛c o d 進水 1 a1 02 a 2 03 a 3 0 出水 圖4 2 0 進水氨氮負荷為0 4 k g m 3 d 時各指標去除效果 由圖4 1 9 和圖4 2 0 可以看出 進水氨氮負荷對c o d 的降解幾乎沒有影響 氨氮 硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的去除過程也十分相似 在氨氮去除方面 由于進水氨氮濃度不同 各段氨氮濃度也會有差異 但由圖4 1 9 和圖4 2 0 可以看出其去除過程十分相似 由于 微生物的同化作用和可能的厭氧氨氧化作用 在a 段 缺