氧化溝脫氮畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p>　　氧化溝脫氮除磷強化途徑</p><p><b>　　學生姓名： </b></p><p><b>　　學 號： </b></p><p>　　年 級：2009級</p><

2、p>　　專 業(yè)：環(huán)境監(jiān)測與治理</p><p><b>　　指導老師： </b></p><p>　　系 部：環(huán)境工程系</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　前言……………………………………………………………………………………1</p>&l

3、t;p>　　1 氧化溝脫氮除磷生化反應過程特點</p><p>　　1.1 常規(guī)生物脫氮除磷過程</p><p>　　1.1.1 宏觀環(huán)境 1.1.2 菌膠團微環(huán)境</p><p>　　2 氧化溝脫氮除磷適宜結構形式</p><p>　　2.1 氧化溝工藝特點</p><p>　　2.2 氧化溝脫氮除

4、磷生化反應不利情況分析</p><p>　　2.3 氧化溝適宜的生化反應環(huán)境及結構形式</p><p><b>　　3 結語</b></p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p><b>　　致 謝</b></p><p&g

5、t;　　氧化溝脫氮除磷強化途徑</p><p>　　摘要：針對氧化溝脫氮除磷過程特點，從如下四個方面提出了改善氧化溝脫氮除磷性能的途徑和方法：（1）安排合適的曝氣器、進水口、出水口、回流口位置，將氧化溝反應區(qū)段構建成倒置A2/O脫氮除磷工藝；（2）將氧化溝設計成立面水流循環(huán)的形式，盡可能在溝渠內構建一個較嚴格的厭氧區(qū)段；（3）確定適當?shù)墓┭趿浚苊夤┭趿坎蛔阍斐砂钡趸c吸磷不充分；避免供養(yǎng)過度導致碳源被大量消耗

6、影響反硝化、溶解氧濃度偏高影響厭氧釋磷；（4）確定適宜的氧化溝水力工作條件、供養(yǎng)方式。</p><p>　　關鍵詞：氧化溝；脫氮除磷；倒置A2/O工藝；菌膠團；立面水流循環(huán)。</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　氧化溝工藝流程簡潔、運行穩(wěn)定、運行方式靈活、管理方便、處理費用低，近些年來，在我國生活污水處理中被廣泛應用。

7、由于采用了較低的BOD負荷、較長水力停留時間以及獨特的流動方式，與其它工藝相比，氧化溝有較強的耐沖擊負荷能力、剩余污泥少；容易取得好的脫氮效果。 但常規(guī)氧化溝除磷效果還不夠理想。為了更好處理生活污水，加強氧化溝的脫氮除磷能力，我們在此提出一些方法。使氧化溝工藝可以得到更為廣泛的應用。</p><p>　　氧化溝工藝流程簡潔、運行穩(wěn)定、運行方式靈活、管理方便、處理費用低，近些年來，在我國生活污水處理中被廣泛應用。由

8、于采用了較低的BOD負荷、較長水力停留時間以及獨特的流動方式，與其它工藝相比，氧化溝有較強的耐沖擊負荷能力、剩余污泥少；容易取得好的脫氮效果。 但常規(guī)氧化溝除磷效果還不夠理想。部分強化除磷效果工藝的通常作法是，在溝渠前端加設厭氧段，創(chuàng)造條件形成相應的厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、需氧區(qū)，過程與A2/O相似。除一體化氧化溝外，氧化溝工藝占地面積較大，前置厭氧段構筑物更增加了用地面積，而且采用前置厭氧段也存在A2/O工藝固有的一些不利情況。因氧化溝具有獨

9、特的水流形態(tài)，可以從如下兩方面考慮脫氮除磷性能改善：（1）利用曝氣器下游供氧逐漸衰減的規(guī)律，適當安排氧化溝曝氣機、進水口、出水口、回流口位置，將氧化溝反應單元段構建成倒置A2/O脫氮除磷工藝；（2）利用菌膠團形成的好氧、缺氧、厭氧微環(huán)境，創(chuàng)造條件，強化菌膠團微環(huán)境脫氮除磷效果。</p><p>　　另外，一些氧化溝轉碟前后DO值測試數(shù)據顯示，DO值在曝氣轉碟前后基本一致，這些溝道沒有形成明星的好氧段、缺氧段，但具

10、有明顯的脫氮效果。而對Orbal氧化溝的研究顯示，外溝道DO值極低，但80%--100%的硝化及80%以上的反硝化在外溝道同時發(fā)生。在那些沒有明顯的缺氧及厭氧段的活性污泥工藝中，人們也曾多次觀察到脫氮除磷現(xiàn)象。因此，分析氧化溝內特種微生物菌種的脫氮除磷原因、以及菌膠團對脫氮除磷的影響也具有十分重要的意義。本文從生物脫氮除磷宏觀、微觀反應過程方面，分析了氧化溝脫氮除磷過程特點，探討了其脫氮除磷生化反應適宜的環(huán)境條件以及氧化溝相應構成形式。

11、</p><p>　　1 氧化溝脫氮除磷生化反應過程特點</p><p>　　常規(guī)生物脫氮除磷過程都是基于這樣的機理：硝化菌好氧硝化、反硝化菌缺氧脫氮；聚磷菌厭氧釋磷、好氧吸磷。其工藝構成是厭氧池、缺氧池、好氧池的各種單元組合。目前強化氧化溝脫氮除磷工藝改進都是基于這一認識，組織工藝流程，在氧化溝前端或后端增設相應的構筑物。氧化溝有著獨特的水流形態(tài)，在不增設附屬構筑物的情況下，也可創(chuàng)造

12、條件強化脫氮除磷效果。</p><p>　　1.1 常規(guī)生物脫氮除磷過程</p><p>　　1.1.1 宏觀環(huán)境 常規(guī)生物脫氮除磷涉及到硝化、反硝化、釋磷、吸磷幾個反應過程，這些過程可以按不同空間進行分布（如A2/O工藝），也可按時間的次序進行安排（如SBR工藝）。工藝過程主要包括這三個功能單元：厭氧段、缺氧段、好氧段。過程按空間分布時，這三個部分指相應的空間段；過程按時間安排

13、時，這三個部分指相應的時段。在氧化溝曝氣裝置下游，微生物需氧生化反應呈遞增趨勢，缺氧、厭氧反應沿水流、水深方向呈遞增趨勢?？梢愿鶕に囈螅谘趸瘻现薪M織相應的反應單元。氧化溝水力停留時間長，污水在整個停留時間內要做幾十至上百次循環(huán)，所以氧化溝內生化反應呈現(xiàn)出空間、時間分布交替的態(tài)勢。按脫氮除磷功能單元分析，氧化溝內生化反應過程具有以下特點：</p><p>　　厭氧段：這是氧化溝工藝需要重點解決的方面。Orba

14、l氧化溝外溝道DO值低，易達到聚磷菌厭氧釋磷環(huán)境的要求，故后續(xù)反應段取得好的脫氮除磷效果也較容易。但目前不少氧化溝曝氣設備沿溝道等距（或近似等距）布置，并未顧及厭氧段的形成，未考慮聚磷菌厭氧釋磷的環(huán)境要求。另外，厭氧段提供聚磷菌厭氧釋磷環(huán)境，水體中磷含量相對較高，故出水口須遠離厭氧段，而不應該遠離曝氣段，但實際應用中，不少氧化溝進水從曝氣段引入，而出水則遠離曝氣段。</p><p>　　缺氧段：由于氧化溝池容大，

15、反應器又屬于完全混合式，水體獲得較大DO值不容易，沿水流方向DO值呈遞減變化趨勢。在供氧區(qū)域后續(xù)反應段，水準DO值可以維持在缺氧反硝化要求的范圍。從而使缺氧反硝化過程比較容易進行。在這些區(qū)域，污泥中反硝化菌以水中有機物為碳源，以水中的硝酸鹽、煙硝酸鹽為電子受體，將硝態(tài)氮（NO3-__N、NO2-__N）還原為氣態(tài)氮（N2)。</p><p>　　好氧段：在曝氣器附近、水深度較小的區(qū)域，發(fā)生微生物好氧反應。主要包括

16、三個方面：（1）活性污泥中的好氧微生物，利用氧氣將混合液中可生化降解的有機物氧化分解，是生化需氧量（BOD）得以除去、好氧微生物本身得以增殖，活性污泥得以增長；（2）污水中的氨氮，在亞硝化菌、硝化菌作用下進行亞硝化和硝化反應，轉為亞硝酸鹽和硝酸鹽；（3）聚磷菌氧化代謝產生的能量，以聚磷的形式存儲超出生長需要的磷，使磷從污水中去除。</p><p>　　Orbal氧化溝的外溝道DO值極低，80%--100%的硝化卻

17、能夠在此發(fā)生。有人推測是特種微生物的作用。但從外溝道不斷供氧這一條件判斷，過程仍是微生物利用提供的氧發(fā)生硝化作用。有研究揭示，這類低DO值環(huán)境發(fā)生的硝化反應主要是自養(yǎng)硝化菌的需氧硝化。不少氧化溝的運行測試結果顯示：DO值沿水深、水流方向變化并不大，但脫氮效果明顯。所以根據是否供氧而不是DO值，判斷氧化溝區(qū)段發(fā)生的是需氧硝化或缺氧反硝化、進而分析氧化溝脫氮過程更合適。一般情況下，在氧化溝近曝氣器區(qū)段、溝渠近表面水層，硝化菌容易利用提供的氧

18、進行硝化反應，而遠離曝氣器區(qū)段、溝渠深水層供氧不充分，容易發(fā)生缺氧反硝化。</p><p>　　對于傳統(tǒng)氧化溝脫氮，可以通過組織它的進水直接進入缺氧段，即進水點設置于遠離曝氣器區(qū)段的缺氧段補充缺氧反硝化所需有機碳，從而使氧化溝有可能取得好的脫氮效果。</p><p>　　在氧化溝脫氮除磷過程中，適宜供氧量的確定和控制特別重要。對于許多運行時污水處理效果不夠理想的氧化溝，最后都在供氧方面找到

19、了原因。當供氧過量時，世代期縮短、增殖速率快的活性污泥微生物將過量的消耗有機碳，從而導致反硝化所需碳源不足；反硝化過程不能充分進行，又導致污水溶解氧濃度偏高，從而對聚磷菌厭氧釋磷產生不利影響。當供氧不足時，硝化過程進行的不充分，氨氮轉化率低，除氮效果不好；同時，供氧不足也將使聚磷菌好氧超量吸磷過程不能順利進行。</p><p>　　1.1.2 菌膠團微環(huán)境</p><p>　　氧化溝的獨

20、特水流形態(tài)，有利于活性污泥的生物凝聚作用、菌膠團的形成。隨著活性污泥絮體、菌膠團的形成，由于微生物不斷增值，菌膠團不斷增大。增大到一定程度后，在氧不能透入的里層，形成厭氧層。這樣，菌膠團由外到里便形成好氧、缺氧、厭氧層。</p><p>　　在微生物代謝產物H2O、CO2、CH4等從里到外傳遞的同時，也進行著有機物從外到里的傳遞過程。氨氮在好氧層硝化菌作用下進行硝化成硝態(tài)氮；硝態(tài)氮和有機物在缺氧層反硝化菌作用下生

21、產N2逸出。與宏觀環(huán)境類似，如果硝化過程所需供氧充足、反硝化所需碳源能得到保證，菌膠團微環(huán)境脫氮過程也能夠取得很好的效果。當菌膠團逐漸增大，厭氧層逐漸加厚，其代謝產物也逐漸增多。這些代謝產物在向外逸出，透過好氧層的過程中，逐漸使其生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)遭到破壞。同時氣態(tài)代謝產物的不斷逸出，菌膠團不斷受到來自內部的沖擊和剪切，最后導致菌膠團分裂解體。然后，解體后的無數(shù)小絮體又按上面過程進行菌膠團的生長和代謝。</p><p

22、>　　在菌膠團分裂解體時，當原厭氧層暴露在有充足溶解氧的環(huán)境中，原厭氧層中大量代謝釋磷的聚磷菌便進行好氧超量吸磷。在氧化溝渠道中，有兩方面情況限制菌膠團微環(huán)境的除磷效果：（1）隨著菌膠團長大，菌膠團進入較深水層，菌膠團分裂解體時所處水體DO值可能較低，不具備適宜條件讓聚磷菌進行好氧超量吸磷。（2）雖然較深水層DO值可能較低，但供氧設備的供氧也可能影響到較深水層，硝化反應在不同水深層次會不同程度的發(fā)生，硝酸鹽的存在對聚磷菌的厭氧釋磷

23、有不利影響。所以，要強化相應的菌膠團微環(huán)境的除磷效果，需要考慮：（1）為菌膠團分裂解體提供一個好氧環(huán)境；（2）特定溝段應限制氧的提供、抑制相應區(qū)段硝酸鹽的過度生產。</p><p>　　2 氧化溝脫氮除磷適宜結構形式</p><p>　　2.1 氧化溝工藝特點</p><p>　　氧化溝一般呈環(huán)形溝渠狀，總長幾十米至上百米。污水在溝內流速平均0.4m/s，污水完

24、成一個循環(huán)所需時間約為4~20min，如HRT為24h，則在整個停留時間內要作幾十至上百次循環(huán)，溝內混合液水質是幾近一致的，從這個意義上說，溝內流態(tài)是完全混合式的。但氧化溝又具有某些推流式特征，如曝氣裝置下游，微生物需氧生化反應呈遞減趨勢，缺氧、厭氧反應沿水流、水深方向呈遞增趨勢。</p><p>　　2.2 氧化溝脫氮除磷生化反應不利情況分析</p><p>　　不少氧化溝的進水裝置都

25、是設在供氧區(qū)域附近，而出水都遠離進水區(qū)域，以單溝為例如圖1.這樣，在氧化溝溝渠中，污水經由的反應單元工藝構成見圖2</p><p><b>　　原污水</b></p><p>　　曝氣區(qū) （好氧段）</p><p><b>　　處理水</b></p><p><b>　　二沉池<

26、;/b></p><p>　?。▍捬醵危?（缺氧段）</p><p>　　回流污泥 剩余污泥</p><p>　　圖1 氧化溝常規(guī)污水處理流程</p><p><b>　　混合液回流</b></p><p><b>　　處理水</b>

27、;</p><p>　　厭氧段 好氧段 缺氧段 二沉池</p><p><b>　　原污水</b></p><p>　　回流污泥 剩余污泥</p><p>　　圖2 氧化溝常規(guī)流程反應次序</p><p&

28、gt;　　這樣的反應功能區(qū)段的構建，提供的脫氮除磷生化反應環(huán)境存在一些不利情況：（1）聚磷菌好氧超量吸磷后，從好氧段轉移到缺氧段，又會在缺氧段發(fā)生磷的釋放，使出水中磷的去除率難以達到理想的效果。（2）由于進水先經歷好氧段，世代時間短、增殖速率快的活性污泥微生物將優(yōu)先過量的消耗有機碳源，容易導致反硝化所需碳源不足；因反硝化過程不能充分進行，又將導致污水硝酸鹽濃度偏高，從而對聚磷菌厭氧釋磷產生不利影響。（3）污水中有機物經好氧段、缺氧段消耗

29、后，厭氧釋磷所需溶解性有機物VFAS可能不足，從而影響厭氧釋磷的順利進行。</p><p>　　2.3 氧化溝適宜的生化反應環(huán)境及結構形式</p><p>　　經典A2/O工藝是比較成熟的脫氮除磷工藝，但存在一定局限：（1）由進入污水和回流污水攜帶的溶解氧，是前置厭氧段并非處于嚴格的厭氧條件，影響厭氧釋磷效果；（2)回流污水中的硝酸鹽對聚磷菌厭氧釋磷過程有不同程度的影響；（3）因先經歷厭

30、氧段，缺氧段的反硝化過程不能優(yōu)先從污水中獲取碳源，當污水中有機營養(yǎng)物濃度低時，反硝化過程會因得不到充足的碳源不能正常進行。由于氧化溝獨特的水流形式，在氧化溝內部構建傳統(tǒng)的脫氮除磷A2/O工藝比較困難。</p><p>　　鑒于傳統(tǒng)A2/O工藝的缺陷，不斷有新工藝對之進行改進。倒置A2/O工藝式針對經典A2/O工藝的主要問題所進行的改進，這種工藝保留了經典A2/O工藝流程簡單的特點，不增加空間數(shù)量，但將空間分區(qū)的順

31、序做了調整，將缺氧區(qū)置于厭氧區(qū)前，形成缺氧/厭氧/好氧單元順序。</p><p>　　氧化溝要達到理想的脫氮除磷效果，需要為相應生化反應的進行提供適宜的環(huán)境，各生化反應單元的構建需統(tǒng)籌兼顧、按比例、相協(xié)調，以滿足相應工藝的要求。</p><p>　　氧化溝厭氧釋磷單元段的適當構建，是改善氧化溝除磷效果的關鍵，應考慮滿足：低DO值；低硝酸鹽濃度；遠離供氣設備、遠離接觸空氣水層；特定的區(qū)段應嚴

32、格限制供氣以減少硝酸鹽的形成對聚磷菌厭氧釋磷的不利影響等條件。適宜的厭氧釋磷區(qū)段應該在缺氧區(qū)段之后，隨之即進入供氣好氧區(qū)段。</p><p>　　氧化溝有效的脫氮功能單元構建應達到這樣的目標：有機碳源為反硝化過程優(yōu)先利用，提供的氧讓硝化過程充分進行。適宜的缺氧反硝化區(qū)段應該與污水入口相連，好氧區(qū)段完成硝化過程后，隨之進入缺氧反硝化區(qū)段。</p><p>　　為此，將氧化溝曝氣器、進水口、出

33、水口、回流口按圖3安排，使污水經由的反應單元段構成倒置A2/O工藝，如圖4.</p><p><b>　　出水</b></p><p><b>　　二沉池</b></p><p>　　曝氣區(qū) （好氧段）</p><p>　?。▍捬醵危?（缺氧段）</p><p>　　進水

34、 回流污泥剩余污泥</p><p>　　圖3 氧化溝脫氮除磷工藝流程</p><p><b>　　進水</b></p><p><b>　　出水</b></p><p>　　缺氧段 厭氧段 好氧段 二沉池</p>

35、;<p>　　回流污泥 剩余污泥</p><p>　　圖4 氧化溝倒置A2/O工藝</p><p>　　由于空氣中氧向敞開溝渠中污水轉移，可能對嚴格的厭氧環(huán)境的形成產生一定影響。當將圖3按立面布置，采用內置二沉池（或其它形式）時，將氧化溝生化反應單元構建如圖5：立面隔墻改為水平隔板，曝氣好氧段在上，缺氧段、厭氧段在

36、下。污水由下層缺氧段進入。出水構件采用溢流槽，在轉刷下游鄰近處，與轉刷平行設置。水流沿立面逆時針循環(huán)流動。污泥由內置二沉池自動回流，形成的反應工藝過程同圖4.</p><p>　　出水溢流槽曝氣轉刷</p><p><b>　?。ê醚醵危?lt;/b></p><p><b>　　水流推進器</b></p>&l

37、t;p>　?。ㄈ毖醵危?（厭氧段）</p><p><b>　　原污水</b></p><p><b>　　沉淀區(qū)</b></p><p>　　圖5 氧化溝脫氮除磷污水處理流程</p><p>　　這樣構建的氧化溝反應工藝，使氧化溝在減少占地面積的同時，能夠避免空氣中的氧直

38、接在缺氧段、厭氧段向污水中轉移；形成的倒置A2/O工藝避免了圖1、圖2中出現(xiàn)的不利情況，能夠為氧化溝脫氮除磷反應宏觀、微觀過程提供一個相對理想的環(huán)境。</p><p><b>　　3 結語</b></p><p>　　生物脫氮除磷反應過程的強化涉及宏觀過程、菌膠團微觀過程這兩種情況。要從根本上改善氧化溝脫氮除磷性能，應從宏觀、菌膠團微觀等方面為脫氮除磷過程提供一個理

39、想的環(huán)境條件。氧化溝脫氮除磷性能改善可以從如下方面考慮：（1）（1）安排合適的曝氣器、進水口、出水口、回流口位置，將氧化溝反應區(qū)段構建成倒置A2/O脫氮除磷工藝；（2）將氧化溝設計成立面水流循環(huán)的形式，盡可能在溝渠內構建一個較嚴格的厭氧區(qū)段；（3）確定適當?shù)墓┭趿?，避免供氧量不足造成氨氮硝化與吸磷不充分；避免供養(yǎng)過度導致碳源被大量消耗影響反硝化、溶解氧濃度偏高影響厭氧釋磷；（4）確定適宜的氧化溝水力工作條件、供氧方式，以利于菌膠團的形成

40、和生長，使其微環(huán)境脫氮除磷作用充分發(fā)揮。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 鄧榮森，許俊儀。城市污水處理與一體化氧化溝技術[j]. 給水排水，2000.26（II):28-31</p><p>　　[2] 李偉民，鄧榮森。一體化氧化溝在城市污水處理中的工程應用[j].重慶建筑大學學報，2002,2

41、3（2）；104 --108.</p><p>　　[3] 袁宏林，王曉昌.DE型氧化溝脫氮除磷過程[J ].西安建筑大學科技大學學報，2002,34（1）：35--37.</p><p>　　[4] 張鵬，周琪.低氧條件下同時硝化和反硝化機理初探[J ].環(huán)境污染與防治，2004,26（1）：11--13.</p><p>　　[5] 鄭平，胡寶蘭.厭

42、氧氨氧化菌混培物生長及代謝動力學研究[J ].生物工程學報，2001,17（2）：193--198</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本設計方案是在xx老師及工程系的其它老師的悉心指導下完成的，非常感謝xx老師的指導和精心修改，對在論文中提供幫助的xx老師及工程系的其它老師表示真摯的謝意！</p><p>