基于短程硝化的反硝化除磷的影响因素研究【毕业论文】.doc

1、 本科毕业论文（设计） 论文题目： 基于短程硝化的反硝化除磷的影响因素研究 所在学院 生物与环境学院 专业班级 环境工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 日 摘 要 短程反硝化除磷是近几年新兴的除磷技术，具有运行周期短，吸磷速率快的优势。本文以模拟污水为研究对象，在序批式反应器（ SBR）中培养驯化以 NO2-N为电子受体的反硝化除磷菌，通过试验研究了以亚硝酸盐为电子受体的反硝化聚磷菌除磷的影响因素。 结果表明 ： 采用 厌氧 /好氧 ， 厌氧 /缺氧 （ 连续投加硝酸盐 ），厌氧 /缺氧 /好氧 （ 连续投加亚硝酸盐 ） 的运行方式可完成短程反硝化聚磷菌的筛选与富集 ； 6

2、7d完成了短程反硝化除磷系统的启动 ，稳定运行后 COD去 除率达70.8%， PO43-P去除率达 80.7%， NO2-N去除率达 98.9%； 在此基础上，通过调控反应器各运行参数来确定短程反硝化除磷的最佳条件。结果显示：当温度 25，进水 COD250mg/L，亚硝酸盐投加量为 45mg/L， MLSS为 3500mg/L，厌氧段 pH为8.0，缺氧段 pH为 7.0时，系统除磷效果最佳。 关键词 ：生物除磷；短程反硝化除磷；驯化；影响因素 ABSTRACT The shortcut denitrifying phosphorus removal is the new-emerging

3、 wastewater phosphorus removal process with the characteristics of short cycling period and rapid phosphorus uptake rate in recent years. In this paper the denitrifying bacteria which use nitrite as the electron acceptor is obtained through separate acclimation in a sequencing batch reactor using si

4、mulated wastewater and the effects of phosphorus removal are studied. The results showed that the denitrifying phosphorus removal bacteria using nitrite as electronic acceptor is selected and accumulated by the method of anaerobic/aerobic, anaerobic/anoxic(instantaneous nitrate dosing), anaerobic /a

5、noxic /aerobic (instantaneous nitrite dosing). The denitrifying phosphorus removal system using nitrite as electronic acceptor was started successfully in 67d, and the removal rates of COD, phosphate and nitrite reached 70.8%, 87.8% and 83.3% respectively. On this basis, operating parameters has bee

6、n adjusted to determine the best conditions of shortcut denitrifying phosphorus removal. The results showed that the effect of denitrifying phosphorus removal was the best when the nitrite concentration at 45mg/L, pH at 8.0 in anaerobic stage, pH at 7.0 in anoxic stage, MLSS at 3500mg/L, temperature

7、 of 25 and COD concentration at 250mg/L. Key Words: Biological phosphorus removal; Denitrifying phosphorus removal bacteria; Acclimatization; Influence factor I 目 录 1. 引言 . 2 1.1 水体磷素污染状况 . 2 1.2 废水除磷技术概述 . 2 1.2.1 生物除磷技术原理 . 2 1.2.2 传统生物除磷工艺 . 3 1.3 本文的研究意义和研究内容 . 6 2. 试验材料与方法 . 7 2.1 试验装置 . 7 2.2

8、试验用水 . 7 2.3 接种污泥 . 8 2.4 分析项目及分析方法 . 8 3. 结果与分析 . 8 3.1 污泥的驯化与短程反硝化除磷反应器的启动 . 8 3.1.1 运行模式 . 8 3.1.2 短程反硝化除磷菌的培养驯化 . 9 3.1.3 短程反硝化除磷的启动情况 . 11 3.2 短程反硝化除磷的影响因素研究 . 12 3.2.1 温度对短程反硝化除磷的影响 . 12 3.2.2 MLSS 对 短程反硝化除磷的影响 . 13 3.2.3 进水 COD 对 短程反硝化除磷的影响 . 15 3.2.4 亚硝酸盐投加量对 短程反硝化除磷的影响 . 16 3.2.5 pH 对 短程反硝化

9、除磷的影响 . 18 4. 结论 . 19 参考文献 . 20 致 谢 . 23 2 1.引言 水环境对我们的生活环境有很大的影响，然而随着工业的发展和人民生活水平不断提高，大量的污染物排入水体，引起 水体内的藻类异常增殖 、 死亡 、 腐烂，水体物化指标极端变化， 导致各种水质灾害，严重威胁着水环境和整个生态系统。磷素是引起水体富营养化的主要因素之一，这使得 除磷技术的研究与发展刻不容缓 ， 研究和开发高效 、 经济的处理 技术也已经成为污水处理的热点 。 目前，短程反硝化除磷工艺是生物除磷技术领域的重大创新，尤其是 对低有机碳高氮磷废水的同步脱氮除磷处理有着明显的优越性 1,2。 1.1

10、水体磷素污染状况 磷素主要来源于自然界和人类的生产活动，自然界中的磷素存在于岩石和海洋沉积物中，会通过岩石风化，淋溶而进入水环境，但是数量极微；人类的生产活动是水体中大部分磷素的来源，洗涤剂，磷肥，有机磷农药等产品的使用使大量的磷素直接或间接的进入水体，致使水体中磷素过量，引起富营养化污染。 废水中的磷在不同的废水类型中以不同的形态存在，最常见的 有磷酸盐（ H2PO4-、 HPO42-、 PO43-） 聚磷酸盐和有机磷。一般生活污水含磷量在 10-15mg/L左右，其中 70%是可溶性的。 1.2 废水除磷技术概述 废水除磷法可分为物理化学法和生物法，前者主要包括石灰、铁盐、铝盐沉淀法，离子

11、交换，反渗透，电渗析等方法，物理化学法的过程较为复杂，处理成本和运行费用高，难于应用。生物除磷主要指微生物在合适的条件下，通过先释磷再过量吸磷作用将水体中的磷素去除。 生物除磷具有低能耗，高效率等优点，并且有效地避免了工业污染。 1.2.1 生物除磷技术原理 废水生物除磷机理中， 聚磷菌吸磷和释磷是普遍认可的机理，该机理认为生物除磷可分为厌氧释磷和好氧吸磷两过程。如图 1 所示，在厌氧条件下，聚磷菌受到环境的压抑作用，将细胞内有机态的磷转化为无机态的磷，释放到环境中。在好氧环境下，聚磷菌通过分解机体内的 PHB 和外源基质产生质子驱动力，将3 体外的 PO43-吸收到体内合成 ATP 和核酸，

12、过剩的 PO43-则转化为多聚磷酸盐贮存于细胞内。这一过程表现为微生物对磷的吸收，即磷酸盐由废水向生物体内转移。释磷与吸磷过程，生物对磷的摄取量要远大于释放量。最后，系统通过排除剩余污泥实现除磷。 图 1 聚磷微生物放磷、聚磷机理 1.2.2 传统生物除磷工艺 （ 1） SBR 工艺 序批式活性污泥（ SBR）工艺是活性污泥法的一种变形，已广泛应用于废水处理，该工艺中传统意义上的空间工艺流程转化为时间工艺流程，在反应器中曝气池和沉淀池合二为一，也就是生化反应与泥水分离在同一反应池中进行，因此该工艺可以大程度的节省占地面积，减少建设费用。该工艺的典型运行方式见图2，废水分批次进入反应池，按顺序进

13、行反应、沉淀、排水和闲置，完成一个运行周期。 SBR 工艺有如下特点： 时间上具有理想的推流式反应器的特性。活性污泥生化反应速度随着底物浓度的降低而减慢。理想的推流式反应器中，底物浓度从进水端沿反应器长度逐渐减少至出水端处理后出水的底物浓度，因此保持了最大的生化反应推动力，这使得推流式反应器全池的单位容积处理能力明显高于完全混合反应器。但是推流式曝气池存在着返混，这导致了其反应推动力大的优点不能够充分发挥。 SBR系统虽然底物浓度的空间变化是完全混合型的，但由于其时间的不可逆性，在时PHB 糖原 维持细胞生存 Poly-P 能量 能量 PO43- VFA CO2 PHB 糖原 能量 Poly-

14、P 能量 维持细胞生存 VFA PO43- NO3- N2 厌氧：释磷、贮碳 好氧：吸磷、耗碳 4 间序列上属于理想的推流态。 图 2 SBR 典型运行方式 SVI 值低、沉降性能好，可抑制丝状菌生长。 SBR 中， SVI 值一般不超过100，污泥具有良好的沉降性。而 SBR 的曝气方式采用限制曝气和半限制曝气，这使系统在充水期保持低溶解氧状态，这就有效地抑制丝状菌的生长。并且 SBR系统在时间上存在着有机物浓度梯度，初期，系统有机底物浓度较高，有利于胶状菌团形成菌的生长，而耐低底物浓度的丝状菌生长受到抑制。在生化反应后期，底物浓度降低，但是系统可以通过调整供氧量，使溶解氧维持较低水平，从而

15、抑制丝状菌的生长。 适应水质水量变化。 SBR 系统可以缓和流量的逐时变 化。 SBR 系统运行中有一定的充水期，可以使水质变化得以部分均和，在充水阶段，进水污染物浓度得到很大程度的稀释。原废水浓度的变化虽然使每个运行周期投配到反应池中的污染物总量不同，但是 SBR 系统较灵活，可以调整运行周期的长短。亦可以通过调整曝气时间，控制反应池的容积负荷或者污泥负荷，系统便可以适应污染物总量的变化，保证污水的良好处理效果。 系统可提供多样性的生境，可脱氮除磷，有利于各类有机物降解。系统采用的限制或者半限制的曝气方式，在时间序列上提供多样性的生境，实现了缺氧/好氧或缺氧 /缺氧 /好氧的组合，并能控 制

16、每一部分的时间比例，使其在最佳状态，这就能达到良好的脱氮或脱氮除磷的效果。 SBR 可实现理想的静止沉淀，泥水分离效果好。 SBR 系统的生化反应和污泥沉淀是在同一反应池内进行的。沉淀过程避免了进出水的干扰，泥水分离效果好。此外还可以避免短路、异重流的影响。 SBR 还无需二次沉淀池及污泥回流泵房，污泥产率较低等优点。 流入 反应 沉淀 排放 闲置 5 （ 2） A2/O 工艺 A2/O 是 A/O 工艺的变型工艺，它是在 A/O 工艺的厌氧区之后增设了一个缺氧区。在 A2/O 工艺中， 污水首先进入厌氧池 ， 厌氧菌将污水中可生物降解的有机物转化为 发酵产物 ， 聚磷菌将体内 贮存的聚磷分解

17、 ， 所释放的能量一部分可供好氧的聚磷菌在厌氧环境下维持生存 ， 另一部分能量供聚磷菌主动吸收 VFAs， 并 以 PHB 形式 储存在体内 。随后 进入缺氧区 ，在缺氧区， 反硝化菌就利用混合液回流带入的硝酸盐以及进水中的有机物进行反硝化脱氮 。 接着进入好氧区 ，在好氧区， 聚磷菌吸收利用污水中残留的易降解 有机物 ， 并通过分解体内贮存的PHB 来 产生能量以供自身生长繁殖 和 主动吸收环境中的溶解磷 ， 以聚磷的形式贮积在体内 。 污水经厌氧 、 缺氧区后 ， 污水中有机物分别被聚磷菌和反硝化菌所利用 ， 浓度已很低，也就达到了除磷的目的 。 A2/O 工 艺脱氮除磷存在碳源需求、泥龄

18、、有机负荷等矛盾和竞争，难同时高效去除氮、磷。 图 3 A2/O 工艺流程图 厌氧环境下碳源竞争 厌氧环境下若存在较多的硝酸盐，反硝化菌就会以碳源有机物作为电子供体进行反硝化，消耗进水中的有机物，影响聚磷菌合成 PHB，进而影响后续除磷过程。 泥龄 硝化菌繁殖速度较慢，世代时间较长，泥龄过小会导致硝化作用微弱。而聚磷菌多为短世代时间微生物。生物除磷的唯一渠道是剩余污泥的排放，为了保证除磷效果需要维持较高的污泥排放量， 因此，不得不降低泥龄。 污泥负荷与硝酸盐 厌氧池 缺氧池 好氧池 沉淀池 进水 出水 剩余污泥 污泥回流 (10%-50%) 混合液回流 (100%-400%) 6 为了保证系统

19、良好的硝化效果，需要维持较低的污泥负荷，要求有较大的回流比（一般在 40%-100%）。但是回流污泥会将大量硝酸盐带入厌氧区，反硝化菌就会以有机物为碳源进行反硝化。而厌氧状态下，聚磷菌将释磷，反硝化菌的反硝化作用就会使除磷效果不佳。 （ 3） UCT 工艺 图 4 UCT 工艺流程 UCT 工艺是对 A2/O 工艺的对回流方式做出了调整以后的工艺， UCT 中沉淀池污泥是回流到缺氧池而不是回流到厌氧池，并增加了从缺氧 池到厌氧池的混合液回流，这样就阻止了处理过程中的硝酸盐进入到厌氧池而影响厌氧释磷过程，UCT 工艺流程如图。在实际运行过程中，当进水中 TKN 与 COD 的浓度较高时，需要调整

20、操作方式，降低混合回流液的回流比以防止硝酸盐进入厌氧池。 UCT 工艺在最大限度上消除了向厌氧池回流液中的硝酸盐量对吸磷产生的不良影响，但是由于增加了缺氧池向厌氧池的回流，运行费用较高。 1.3 本文的研究意义和研究内容 水环境对我们的生活环境有很大的影响，在水污染问题中，氮磷污染最为严重且污染面广，传统的脱氮除磷处理工艺往往存在对泥龄的要求等矛 盾，且出水难以满足越来越严格的水质标准的要求，在经济发展的同时，水资源的短缺现象日益显现。面临日益严峻的水污染问题，并从我国基本国情出发，着手建立低价、低碳、高效的水污染治理系统成为水处理领域的迫切任务。 近年来 研究发现 利用NO2-N作为电子受体

21、来完成反硝化脱氮除磷过程 , 具有运行周期短、释磷速度快等特点 。 本文研究内容主要包括以下两方面： （ 1） 先采用三段式培养驯化以亚硝酸盐为电子受体的反硝化聚磷菌，然后对其处理效果进行研究，为该工艺在实际工厌氧池 缺氧池 好氧池 沉淀池 进水 出水 缺氧回流 100%-200% 混合液回流 污泥回流 (60-100%) 剩余污泥 7 程中运用提供可行性依据； （ 2）通过围绕反应器的运行温度、 pH值等影 响因素对短程反硝化除磷工艺的影响程度展开研究，以确定短程反硝化除磷工艺的最优运行条件。 2.试验材料与方法 2.1 试验装置 1.进水器 2.进水泵 3.SBR反应器 4.磁力搅拌器 5

22、.pH计 6.曝气装置 7.保温装置 8.空气泵 9.流量计 图 5 短程反硝化除磷装置 短程反硝化除磷工艺装置如图 5所示， SBR反应器是有效容积为 5L的玻璃烧杯 ，内径为 12cm。反应器由转子流量计控制曝气量，通过空气压缩机向反应器供气。装置中配备了可手动调 节温度的恒温水浴箱，将反应器置于恒温水浴箱中，便可控制反应器的反应温度，另外配有磁力搅拌器、微孔曝气装置、 pH测量仪等。 2.2 试验用水 试验用水是以无水乙酸钠为碳源、磷酸二氢钾为磷源、氯化铵为氮源，并投加碳酸氢钠、硫酸镁、氯化钙、硫酸亚铁及一些微量元素配置而成。该试验用水为模拟预处理后的生活污水出水， CODCr已有了一定量的去除。 具体的实验用水配制成分见表 1， 2。 1 4 5 6 3 7 8 9 排水 2