倒置alt2gto工艺技术改进的研究——广州市大坦沙污水处理厂三期工程改造项目

倒置alt2gto工艺技术改进的研究——广州市大坦沙污水处理厂三期工程改造项目内容摘要：

且队城市供水业造成严重影响，水中藻类不仅堵塞滤池，使制水效率严重 下降，而且还使消毒剂用量大增，自来水异味很大，甚至藻类产生的某些物 质与消毒剂作用生成 “ 三致 ” 物质，对 人群健康构成威胁。 与内地封闭性水 文献综述 域的富营养化问题相对应，我国沿海的赤潮发生频率也越来越高，水污染给 渔业生产带来损失，使受灾渔民生活、生产困难。 工业生产过程中排放的含氮、磷废水，人类在生活过程中产生的废水， 农田里氮肥、磷肥随雨水冲淋流入河道，使水体中含氮、磷量升高。 水体中 含氮、磷量升高所带来的危害性主要表现在以下几个方面： (1)磷是微生物生长所必须的元素。 水体中含磷量的增加造成水体富 营养化，其结果会使某些种类的藻恶性繁殖，当大量的这些藻类死亡时，会 消耗水中大量溶解氧，从而引起水中鱼类的大量死亡，水体质量变差。 (2)给水厂制水过程中因水体含氮量高而需增加投氮量，增加了给水 处理的成本。 (3)还原态氮排入水体因硝化作用耗去水中大量的氮，造成水体黑臭。 (4)水体游离态 NH。 存在会对人和水生动物有毒害作用。 (5)水中氨氮对会属铜腐蚀严重。 综上所述，水体富营养化严重降低了水资源的利用价值，对于城市经 济、整治和自然环境构成了严重威胁。 常规活性污泥法能满足 COD、 BOD、 SS的去除率，但对氮、磷的去除是 有一定限度的，仅从剩余污泥中排除氮、磷，其去除率氮约 10～ 25％，磷约 12～ 19％，达不到上述要求。 因此，必须对污水采用脱氮除磷工艺。 2． 1． 1． 2 污水可生物处理的衡量指标 (1) 可生化性指标 BOD；和COD是污水生物处理过程中常用的两个水质指标，用 BOD；／ COD 值评价污水的可生化性是广泛采用的一种最为简易的方法 91，一般情况下， BOD。 ／ COD 值越大，说明污水可生物处理性越好，综合国内外的研究成果， 可参照表 2． 1． 1． 2 中所列的数据来评价污水的可生物降解性能。 表 21 污水可生化性评价参考数据 文献综述 (2) BOD。 ／ TN 该指标是鉴别能否采用生物脱氮的主要指标，由于反硝化细菌是在分 解有机物的过程中进行反硝化脱氮的，在不投加外来碳源条件下，污水中必 须有足够的有机物 (碳源 )，才 ‘ 能保证反硝化的顺利进行，一般认为， BOD；／ TN3。 5，即可认为污水有足够的碳源供反硝化菌利用。 (3) BOD。 ／ TP 该指标是鉴别能否采用生物除磷的主要指标，一般认为，较高的 BODs 负荷可以取得较好的除磷效果，进行生物除磷的低限是 BOD；／ TP=20，有机 基质不同对除磷也有影响。 一般低分子易降解的有机物诱导磷释放的能力较 强，高分子难降解的有机物诱导磷释放的能力较弱。 而磷释放得越充分，其 摄取量也就越大。 2． 1． 1． 3 生物脱氮除磷原理 (1) 生物脱氮原理 生物脱氮是利用自然界氮的循环原理，采用人工方法予以控制，首先， 污水中的含氮有机物转化成氨氮，而后在好氧条件下，由硝化菌作用变成硝 酸盐氮，这阶段称为好氧硝化。 随后在缺氧条件下，由反硝化菌作用，并有 外加碳源提供能量，使硝酸盐氮变成氮气逸出，这阶段称为缺氧反硝化。 整 个生物脱氮过程就是氮的分解还原反应，反应能量从有机物中获取。 在硝化 与反硝化过程中，影响其脱氮效率的因素是温度、溶解氧、 PH值以及反硝 化碳源。 生物脱氮系统中，硝化菌增长速度较缓慢，所以，要有足够的污泥 泥龄。 反硝化菌的生长主要在缺氧条件下进行，并且要有充裕的碳源提供能 量，才可促使反硝化作用顺利进行。 由此可见，生物脱氮系统中硝化与反硝化反应需要具备如下条件 “ ： 硝化阶段：足够的溶解氧， DO 值 2mg／ 1 以上，合适的温度，最好20 ℃ ，不能低于 10。 C，足够长的污泥泥龄，合适的 PH条件。 反硝化阶段：硝酸盐的存在，缺氧条件 DO值 0． 2mg／ [左右，充足的碳 源 (能源 )，合适的 PH 条件。 生物脱氮过程如图 2 1 所示。 10 文献综述 异养型细菌 硝化细菌 反硝化细菌 +有帆物 含氮有机物 ———— +NHa+一 N—————— ◆N0 ，一 N—————— ◆N ， (氨化作用 ) (硝化作用 ) (反硝化作用 ) 图 2 1 生物脱氮过程示意图 (2) 生物除磷原理 磷常以磷酸盐 (H。 PO。 一、 HP04” 和 PO．。 )、聚磷酸盐和有机磷的形式存 在于废水中，生物除磷就是利用聚磷菌一类的细菌，在厌氧状态，能释放磷， 在好氧状态能从外部摄取磷，并将其以聚合形态贮藏在体内，形成高磷污泥， 排出系统，达到从废水中除磷的效果 3。 生物除磷主要是通过排出剩余污泥而去除磷的，因此，剩余污泥多少 将对脱磷效果产生影响，一般污泥泥龄短的系统产生的剩余污泥量较多，可 以取得较高的除磷效果。 有报道称，当泥龄为 30d 时，除磷率为 40％，泥 龄为 17d 时，除磷率为 50％，而当泥龄降至 5d 时，除磷率达87％。 大量试验观测资料已经证实，在生物除磷工艺中，经过厌氧释放磷酸 盐的活性污泥， ’ 在好氧状态下有很强的吸磷能力，也就是说，磷的厌氧释放 是好氧吸磷和除磷的前提，但并非所有磷的厌氧释放都能增强污泥的好氧吸 磷能力。 磷的厌氧释放可以分为二部分：有效释放和无效释放，有效释放是 指磷被释放的同时，有机物被吸收到细胞内，并在细胞内贮存，即磷的释放 是有机物吸收转化这一耗能过程的偶联过程。 无效释放则不伴随有机物的吸 收和贮存，内源损耗， PH 变化，毒物作用 引起的磷的释放均属无效释放。 在除磷 (脱氮 )系统的厌氧区中，含聚磷菌的回流污泥与污水混合后， 在初始阶段出现磷的有效释放，随着时间的延长，污水中的易降解有机物被 耗完以后，虽然吸收和贮存有机物的过程基本上已经停止，但微生物为了维 持基础生命活动，仍将不断分解聚磷，并把分解产物 (磷 )释放出来，虽然 此时释磷总量不断提高，但单位释磷量所产生的吸磷能力将随无效释放量的 加大而降低。 一般来说，污水污泥混合液经过 2h 的厌氧后，磷的有效释放 己甚微。 在有效释放过程中，磷的释放量与有机物的转化量之间存在着良好 的相关性，在有效释放过程中，磷的厌氧释放可使污泥的好氧吸磷能力大大 文献综述 提高，每厌氧释放 lmgP，好氧条件下可吸收 2． 0～ 2． 4mgP，厌氧时蒯加长， 无效释放逐渐增加，平均厌氧释放 lmgP所产生的好氧吸磷能力将降至lmgP 以下，甚至达到 0． 5mgP。 因此，生物除磷系统中并非厌氧时问越长越好， 同时，在运行管理中要尽量避免低 PH 的冲击，否则除磷能力将大幅度下降， 甚至完全丧失，这主要是由于 PH降低时，会导致细胞结构和功能损坏，细 胞内聚磷在酸性条件下被水解，从而导致磷的快速释放。 一般情况下，厌氧区的水力停留时间 l’1 ． 5h即可满足要求。 2． 1． 2 常用的污水生物除磷脱氮工艺 污水的氮、磷去除技术研究在四十年前就开始了。 污水脱氮除磷可供选择 的处理方法通常有生物处理法及物理化学法两大类。 物理化学法，可分为吹脱 法、折点加氯法、离子交换法、电渗析、反渗析和化学加药等方法，经过近阶 段的研究和试验表明，对除磷作用明显，但对氮的脱除工艺比较繁复，而且这 些方法由于造价及经常运行费都高，不太适用于大规模的污水处理，因此，城 市污水处理中一般不推荐采用物理化学法进行污水脱氮。 一般生物处理方法中又分活性污泥法和生物膜法二种，由于生物处理方法 具有处理效益高，运行稳定，运转经验丰富，操作环境良好等优点，因此对城 市污水进行脱氮除磷，生物处理脱氮除磷的方法是其中的首先方案。 生物处理 法是模拟自然界生物对氮、磷降解的方法。 氨氮在微生物的作用下产生硝化和 反硝化反应从而达到去除氮的目的。 磷在微生物的作用下通过厌氧释放和好氧 超量吸收，最终以剩余污泥方式从水中去除。 所有生物除磷脱氮工艺都包含厌氧、缺氧、好氧三个不同过程的交替 循环 ““。 按照构筑物的组成形式、运行性能以及运行操作方式的不同，又 分为悬浮型活性污泥法和固着型生物膜法两大类，应用于城市污水厂的悬浮 型活性污泥法污水处理工艺主要有三个系列 ““ ：氧化沟系列、序批式反应 器 SBR 系列、 A／ O 系列。 各个系列不断地发展、改进，形成了目前比较典型 的工艺有：如 ∥ ／ O 工艺、改良 A2／ 0 工艺、 UCT 工艺、改良 UCT 工艺、VIP 工艺、倒置 A2／ O 工艺、 ORBAL 氧化沟工艺、 CARROUSEL 一 2020 氧化沟工艺、 双沟式 DE 氧化沟工艺、三沟式 T 型氧化沟工艺、 CAST 工艺、 SBR工艺、 MSBR 文献综述 工艺、 UNITANK 工艺等。 应用于城市污水处理厂的固着型生物膜法工艺主要 包括 BAF 生物滤池； BIOFOR生物滤池。 在国内城市污水处理厂，各种生化 处理工艺所占的比例的情况如下表： 表 2— 2 国内常见生化工艺在城市污水处理厂的比例 2． 12． 1除磷脱氮活性污泥法 (1) A2／ 0 工艺 A2／ O 工艺的生物反应池由 ANAEROBIC(厌氧 )、 ANOXIC(缺氧 )和 OXIC(好氧 )三段组成。 在池体的设计上，厌氰、缺氧和好氧三段在结 构上有墙体分开，通过墙体上所丌的孔洞实现水力连接，界线分明， 功能明确，可以根据进水条件和出水要求，人为的控制三段的时空比 例和运转条件。 污水经过生物反应池厌氧、缺氧和好氧三段的处理， 实现对污水中 BOD、 SS、 T P、 TN 的有效去除。 只要碳源充足 (TKN ／ COD≤0 ． 08 或 BOD／ TKN≥4) 便可根据需要达到比较高的脱氮率 “41。 A2／ 0 工艺流程如图 2 2 所示。 图 2— 2 A2／ O 工艺流程图 在生物脱氮除磷工艺流程中，厌氧段的功能是使除磷微生物释放 磷，此时，污水中磷的浓度增高，溶解性有机物被微生物细胞吸收使污 文献综述 水中的 BOD 浓度下降， NHLN 因细胞的合成有部分被去除，污水中的 NH4+N 浓度下降， NO。 一一 N浓度不变 “6。 ”’。 在缺氧段，反消化菌利用污水中的有机物作碳源，将从好氧段回 流过来的混合液中的 NO。 一 N 及 NO。 一 N 还原为 N。 气释放到空气中，此时， 污水中 BOD的浓度下降， N03N浓度大幅下降。 在好氧段，有机物被微生物降解， BOD 浓度大幅下降，有机氮被硝 化，污水中 NO。 一 N 的浓度增高，随着除磷微生物对磷的过量摄取，污 水中的磷转移到微生物体 (活性污泥 )中，污水中磷的浓度显著下降。 A2／ 0 工艺通过以上生物反应池厌氧、缺氧和好氧三段的处理，实 现同时完成微生物对有机物的去除、硝化和反硝化脱氮、磷的过量摄 取而被去除的功能。 (2) 改良 A2／ O 工艺 为了解决 A2／ O 工艺的第一个缺点，即由于厌氧区居前，回流污泥中的 硝酸盐对厌氧区产生不利影响，改良 A2／ 0 工艺在厌氧池之前增设厌氧／缺氧 调节池，改良 A2／ O 工艺流程见图 23 所示 “ ，来自二沉池的回流污泥和10％ 左右的进水进入调节池，停留时间为 20’30min ，微生物利用约 10％进水中的 有机物去除回流硝态氮，消除硝态氮对厌氧池的不利影响，从而保证厌氧池 的稳定性。 图 2 3 改良 A2／ O 工艺 文献综述 改良 A2／ O 工艺虽然解决了传统 A2／ O 工艺中 A1段回流硝酸盐对放磷的 影响，但仍有几缺点： A．由于缺氧区位于系统中部，反硝化在碳源分配上居于不利地位，因而 影响了系统的脱氮效果 B．由于存在内循环，剩余污泥中实际上只有一少部分经历了完整的放 磷、吸磷过程，其余则基本上未经厌氧状态而直接由缺氧区进入好氧区。 C．增加调节池，占地面积及土建费用需相应增加。 (3) UCT 工艺 UCT工艺的流程见图 2— 4所示，该： 1：艺与 A2／ O工艺的区别在于，回流 污泥首先进入缺氧段，而缺氧段部分出流混合液再回至厌氧段。 通过这样的 修正，可以避免因回流污泥中的 N03N 回流至厌氧段，干扰磷的厌氧释放， 而降低磷的去除率。 回流污泥带回的 NO。 一 N 将在缺氧段中被反硝化。 当入流 污水的 BOD。 ／ TKN 或 BOD；／ TP 较低时，较适用 UCT 工艺。 内回流 I(r=100— 200％ )。