a2o及其改良实用工艺脱氮除磷效果比较研究

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实用文案A2O及其改良工艺脱氮除磷效果比较研究耿锋(常州市市政工程设计研究院，江苏常州213003)摘要：氮、磷是引起水体富营养化和环境污染的重要污染物质，其来源多，排放量大，除生活污水和动物排泄物外，工业污水以及垃圾填埋渗滤液等都含有大量的氮磷。因此，研究污水脱氮除磷技术，保护水体不受富营养化的影响，已成为一个亟待解决的问题。进入20世纪七、八十年代以来，随着研究工作的进行，对脱氮除磷的生物学原理的认识不断深入，诞生了多种生物脱氮除磷工艺。其中倒置A2/O工艺和改良型A2/O工艺生物脱氮除磷理论与技术工艺是污水处理领域的重要创新技术。本课题针对常州市江边污水处理厂改良型A2/O工艺，儒林、邹区污水厂倒置A2/O工艺、戚墅堰污水厂传统A2/O工艺有机污染物的去除效果，尤其是除磷脱氮效果进行了对比分析，推导出倒置A2/O工艺氮去除动力学模型，对常州市污水处理的除磷脱氮工艺设计与运行参数进行优化。研究结果表明，倒置A2/O工艺、改良型A2/O工艺生物脱氮除磷生化效率高、流程简捷、运行稳定，具有很高的实用价值，不仅可用于城市污水及具有相似水质条件的工业废水污水厂的建设，而且适用于传统活性污泥法污水厂的改造，值得推广使用。其中，倒置A2/O工艺，流程简单更加适合中小型污水处理厂；改良型A2/O生物脱氮除磷工艺由于其可调节性比较强，更符合大型污水处理厂。通过对儒林污水厂的倒置A2/O工艺氮去除动力学模型的推导，提出动力学表达式S＝S0exp（-0.0784h），验证结果显示，倒置A2/O池中NH3-N的实际出水值与理论出水值的平均误差为0.003023，方差为0.00848。理论值与实际值相差很小，该模型能适用于常州市倒置A2/O工艺的优化设计。关键词：脱氮除磷倒置A2/O工艺改良型A2/O工艺AbstractTheresolvableharmfulsubstancesuchasNitrogenandPhosphorremained.NandParethemajoritypollutionsourceofwatereutrophicationandenvironmentpollution,whichexistnotonlyinsewageandanimalexcrementbutinindustrywastewaterinwideareawithlargequantity.So,itisanimportantproblemtostudythetechnologyofnitrogenandphosphorusremovaltoavoideutrophication.Since1970’sand1980’s,manykindsofnitrogenandphosphorusremovaltechnicshavebeenraisedwiththedevelopmentofresearchonbiologytheoreticsofnitrogenandphosphorusremovaltechnology.TheoryandtechniqueofnitrogenandphosphorusremovalofmodifiedA2/OandinvertedA2/Otechnicsareveryimportantinwastewatertreatmentarea.SoweanalysistheeffectoftheremoveofnitrogenandphosphateinRulinwastewatertreatmentplant,ZouquwastewatertreatmentplantandJiangbianwastewatertreatmentplantinChangzhoucity.TheexperimentshowedthatmodifiedA2/OandinvertedA2/Oareofgreatapplicationvaluebecauseofhighbio-chemicalefficiency,simpleprocess,easymanagement,stableoperation,andloweconomicalandenergyconsumption.Theycanbeappliednotonlyinsewageplantandsimilarwatertreatment,butalsoalternationoftraditionalactivatedsludgesewageplant,forexample,ModifiedA2/OandinvertedA2/OtechnicsarerecommendedtoputintouseinChinawithsomanyadvantagesandgoodeffect,especiallytheinvertedA2/Oprocess.RemovethederivingofthedynamicsmodelthroughtheinversionA2/Ocraftnitrogenofthesewagefactoriesofacademiccircles,propose标准文档 实用文案thedynamicsexpressionformulaS=S0exp(0.0784h),proveresultreveal,invertA2/OpoolrealityofNH3-Nsurfacevalueandtheorysurfacemeanerrorofvalue0.003023,varianceis0.00848.Theoryvalueandactualvaluedifferenceareverysmall,thismodelcanbesuitableforChangzhou'sinvertingtheoptimizationdesignofA2/Ocraft.Keywords:NitrogenandphosphorusremovalModifiedA2/OprocessInvertedA2/Oprocess标准文档 实用文案1绪论1.1氮、磷污染及危害随着人类活动的不断增加，环境资源的不断改变，含氮污水排放急剧增加，废水中氮、磷等营养物质对环境所造成的影响逐渐引起人们的注意[1]。氮、磷是引起水体富营养化和环境污染的重要污染物质。水体富营养化即在自然条件下，随着河流夹带冲击物和水生生物残骸在湖底的不断沉降淤积，湖泊会从平营养湖过渡为富营养湖，进而演变为沼泽和陆地，这是一种极为缓慢的过程。但由于人类的活动，将大量工业废水和生活污水以及农田径流中的植物营养物质排入湖泊、水库、河口、海湾等缓流水体后，水生生物特别是藻类将大量繁殖，使生物量的种群种类数量发生改变，破坏了水体的生态平衡。大量死亡的水生生物沉积到湖底，被微生物分解，消耗大量的溶解氧，使水体溶解氧含量急剧降低，水质恶化，以致影响到鱼类的生存，大大加速了水体的富营养化过程。水体出现富营养化现象时，由于浮游生物大量繁殖，往往使水体呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等，这种现象在江河湖泊中叫水华，在海中叫赤潮。这些藻类有恶臭、有毒，鱼不能食用。藻类遮蔽阳光，使水底生植物因光合作用受到阻碍而死去，腐败后放出氮、磷等植物的营养物质，再供藻类利用。这样年深月久，造成恶性循环，藻类大量繁殖，水质恶化而有腥臭，造成鱼类死亡。氮、磷来源较多，排放量较大，除生活污水和动物排泄物外，大量的工业污水，如石化、制药、食品等工业污水以及垃圾填埋渗漏水等，都含有大量的氮磷，因此，研究污水脱氮除磷技术，保护水体不受富营养化的影响，已成为一个亟待解决的问题[2]-[5]。随着水体富营养化问题日益严重，国家对氮磷排放要求日益严格，绝大多数不具备脱氮除磷功能的城市污水处理厂都面临着艰巨改造任务[6]。《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）对所有排放污水中的氮、磷量都做出了明确的规定：2006年1月1日起建设的污水处理厂，其中磷（以P计）的排放要严格控制在0.5mg/l（一级A标准）以下，其中氨氮的排放要求严格控制在5mg/l（一级A标准）以下。为了满足出水排放标准，绝大多数城镇污水处理厂都必须采用二级生化处理和深度脱氮除磷处理工艺技术。1.2生物除磷脱氮工艺概述生物同步脱氮除磷工艺既在一个处理系统中能同时实现对氮、磷进行去除，其中我国经常使用的工艺有：传统A2/O工艺、倒置A2/O工艺、改良型A2/O工艺、CAST工艺、MSBR工艺、UNITANK工艺等[7]。现重点介绍目前常用的几种处理工艺。1.2.1传统A2/O工艺传统A2/O（Anaerobic-Anoxic-Oxic）工艺是厌氧-缺氧-好氧生物除磷脱氮工艺的简称，它是70年代由美国专家在厌氧-好氧除磷工艺(A/O)的基础上开发出来的[8]。该工艺是传统活性污泥工艺、生物脱氮工艺和生物除磷工艺的综合，能同时具有去除有机物、除磷脱氮的功能，该系统可以称为最简单的同步除磷脱氮的工艺。从工艺上来说，它是在传统活性污泥法的基础上增加一个缺氧段和一个厌氧段[9]。其处理流程如下图所示，污水依次经过厌氧区，缺氧区和好氧区，好氧区出水一部分回流至缺氧区前端，以达到硝化脱氮的目的。其工艺特点主要是：工艺流程比较简单；厌氧、缺氧、好氧交替运行，不利于丝状菌繁殖，减小无污泥膨胀；无需投药，运行费用低[37-39]。标准文档 实用文案出水污泥回流进水厌氧缺氧好氧二沉池剩余污泥混合液回流图1-1传统A2/O工艺流程图1.2.2改良型A2/O工艺改良型A2/O工艺（即MUCT，ModifiedUniversityofCapeTown）。污泥回流混合液回流90％进水10％剩余污泥厌氧/缺氧调节厌氧缺氧好氧二沉池出水图1-2改良型A2/O工艺流程图改良型A2/O活性污泥法工艺是通过厌氧、缺氧和好氧交替变化的环境完成除磷脱氮反应的。改良型A2/O活性污泥法工艺的特点是把除磷、脱氮和降解有机物三个变化过程巧妙结合起来，在厌氧段和缺氧段为除磷和脱氮提供各自不同的反应条件，在最后的好氧段提供共同的反应条件，通过简单的组合，很好地解决了除磷脱氮的矛盾。该工艺相对成熟可靠，处理效果稳定，对于管理水平较高、规模较大地城市污水处理厂比较适用。在反应池的布置型式上，可以考虑多点进水，根据实际的进水水质，来确定曝气池的运行方式，可按A2/O运行、A/O运行、普通活性污泥法运行等等，运行灵活，可以节约运行成本。此外，污泥回流泵的选择、污泥回流管的配置等方面设计中也可考虑倒置A2/O运行的可能性。该工艺在传统A2/O工艺的基础上，在厌氧池之前增设厌氧/缺氧池。来自于二沉池的回流污泥和10%左右的进水进入厌氧/氧调节池。其主要特点是：回流污泥和一部分污水进入该池进行反硝化，去除了回流污泥中的硝酸盐，消除（或大大降低）了回流污泥中硝态氮对后续厌氧池的不利影响，有利于厌氧池的聚磷菌释磷，同时抑制了丝状菌的繁殖，改善了泥水分离性能，从而使运行稳定、处理效果更好[10]。1.2.3倒置A2/O工艺倒置A2/O工艺（reversedA2/O）。其工艺流程图如图1-3。倒置A2标准文档 实用文案/O工艺采用缺氧、厌氧及好氧的布置顺序，取消了内循环。其主要特点是：缺氧区位于厌氧区之前，硝酸盐在这里消耗殆尽，厌氧区ORP较低，有利于微生物形成更强的吸磷动力；微生物厌氧释磷后直接进入生化效率较高的好氧环境，其在厌氧条件下形成吸磷动力可以得到更充分利用；缺氧段位于工艺的首端，允许反硝化优先获得碳源，进一步加强了系统的脱氮能力；工艺流程更为简捷[14]-[18]。进水出水剩余污泥污泥回流90％10％缺氧/厌氧厌氧好氧二沉池图1-3倒置A2/O工艺流程图1.2.4CAST工艺RASRAS出水ⅢⅢⅡⅡⅠ进水池1池2ⅠCAST（CyclicActivatedSludgeTechnology，循环活性污泥系统）。Ⅰ为生物选择器；Ⅱ为预反应区；Ⅲ为主反应区；RAS为回流活性污泥图1-4典型CAST池平面示意图CAST工艺是SBR（序批式活性污泥法）和ICEAS工艺的更新变型，它在主反应区（SBR池）的前面设置了生物选择器并将污泥回流到这里。生物选择器是容积较小的泥水接触区，它可在厌氧或缺氧条件下运行，在接触区形成了明显的基质浓度梯度，活性污泥能快速吸附和水解水中的有机物，污泥中的硝酸盐氮经反硝化去除，而磷得到释放。生物选择器能有效地抑制丝状菌的繁殖。预反应区为水力反冲区，大小与高峰流量有关，若在非曝气阶段，不进水可将其省去。主反应区在可变容积完全混合反应条件下运行，完成含碳有机物和包括氮、磷的污染物的去除。运行时通过控制溶解氧的浓度来保证硝化、反硝化以及磷吸收的同步进行[19]。1.2.5UNITANK工艺标准文档 实用文案进水出水剩余污泥ABCUNITANK（组合交替式活性污泥法）[35-36]工艺集中了传统活性污泥法和SBR[33-34]的优点，处理单元一体化，经济、运转灵活。其基本单元由三个区（或格）组成，相互之间通过公共墙开洞或池底渠连通。两个边区设有固定出水堰及污泥排出设施，可交替进行缺氧、厌氧、好氧和沉淀工况；中区进行好氧或缺氧、好氧交替工况。污水可分时序进入三区中的任一区，区中“三氧”工况的历时长短则根据水质等因素确定，根据监测指标（ORP或DO）值调整曝气设备供氧情况及搅拌器的开闭，动态地（空间和时间）实现厌氧、缺氧和好氧条件而达到除磷脱氮的目的[20]。图1-5UNITANK工艺流程图1.3生物除磷脱氮原理1.3.1生物除磷原理（1）聚磷菌除磷机理城市污水中存在的含磷物质基本上都是不同形式的磷酸盐（简称磷或总磷，用P或TP表示）。按化学特性（酸性水解和消化）则可进一步分成正磷酸盐、聚合磷酸盐和有机磷酸盐，分别简称正磷、聚磷和有机磷。污水生物除磷就是利用聚磷菌的超量吸磷现象，即聚磷菌吸收的磷量超过微生物正常生长所需要的磷量，在传统生物处理系统中采用排除过量吸磷的剩余污泥来实现污水处理系统磷的去除。据报道，在生物除磷系统中污泥含磷量的典型值在6%左右，有些能达到8%-12%，而普通活性污泥含磷量只有2%。标准文档 实用文案图1-6聚磷菌除磷机理通常在厌氧/好氧交替变化的活性污泥系统中产生聚磷菌。在厌氧/缺氧条件下聚磷菌的生长会受到抑制，为了生存它释放出其细胞中的聚磷酸盐（以溶解性的磷酸盐形式释放到溶液中），并利用此过程中产生的能量（以ATP形式）摄取污水中的挥发性脂肪酸（VFA）以合成聚-β-羟基丁酸盐（PHB）颗粒贮存在其体内。此阶段水中溶解性磷酸盐的浓度有所增加[22]。当聚磷菌进入好氧环境后，它们的活力将得到充分的恢复。而此时水中有机物由于经过了厌氧环境下的降解其浓度非常低，为了生存它们将氧化分解PHB获得能量（以ATP形式）。它们从污水中大量摄取溶解态正磷酸盐用于合成ATP，并在其细胞内以多聚磷酸盐的形式贮存能量。这种对磷的积累作用大大超过微生物正常生产所需的磷量。在此阶段水中溶解性磷酸盐的浓度大大减少。温度对除磷效果的影响不如对脱氮过程的影响明显。因为在高温、中温、低温条件下，不同菌群都具有生物除磷的能力，在5～30℃的范围内，都可以得到很好的除磷效果，而温度对除磷的影响主要是影响厌氧发酵作用进而影响厌氧条件下低分子有机物的形成和吸收，从这种意义上来说低温运行时厌氧区的停留时间应该长些。一般聚磷菌的适宜温度是5～30℃之间[44，45]Pi乙酸乙酰-CoAPHA细胞NADNADH糖原ADPPolyPCO2（a）厌氧乙酰-CoAPHA细胞NADNADHCO2ADPPolyPATPTCA+乙醛酸循环Pi（b）好氧标准文档 实用文案图1-7生物除磷过程中的生物代谢图（2）兼性厌氧反硝化除磷细菌机理研究者发现了一种“兼性厌氧反硝化除磷细菌”(DPB)，它可以在缺氧条件下利用NO3-作为电子受体氧化细胞内贮存的PHA，并从环境中摄磷，实现同时反硝化和过度摄磷。兼性反硝化菌生物摄/放磷作用的确认，不仅拓宽了除磷的途径，而且更重要的是这种细菌的摄/放磷作用将反硝化脱氮与生物除磷有机地合二为一。该工艺具有处理过程中COD和O2消耗量较少、剩余污泥量小等特点，并且利用DPB实现生物除磷，能使碳源得到有效利用，使该工艺在COD/(N+P)值相对较低的情况下仍能保持良好的运行状态，并使除磷的化学药剂量大大减少，同时除磷器内可获得富含磷的污泥，使磷的循环利用成为可能[40，41]。1.3.2生物脱氮原理生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和NH3-N转化为N2和NxO气体的过程[7]。废水中存在着有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮等形式的氮，而其中以氨氮和有机氮为主要形式。在生物处理过程中，有机氮被异养微生物氧化分解，即通过氨化作用转化为成NH3-N，而后经硝化过程转化变为NOx-N，最后通过反硝化作用使NOx-N转化成N2，而逸入大气。由此可见，进行生物脱氮可分为氨化－硝化－反硝化三个步骤。由于氨化反应速度很快，在一般废水处理设施中均能完成，故生物脱氮的关键在于硝化和反硝化[23]。1）氨化作用氨化作用是指将有机氮化合物转化为NH3-N的过程，也称为矿化作用。参与氨化作用的细菌称为氨化细菌。在自然界中，它们的种类很多，主要有好氧性的荧光假单胞菌和灵杆菌、兼性的变形杆菌和厌氧的腐败梭菌等。在好氧条件下，主要有两种降解方式，一是氧化酶催化下的氧化脱氨。例如氨基酸生成酮酸和氨：　　　　丙氨酸亚氨基丙酸丙酮酸另一是某些好氧菌，在水解酶的催化作用下能水解脱氮反应。例如尿素能被许多细菌水解产生氨，分解尿素的细菌有尿八联球菌和尿素芽孢杆菌等，它们是好氧菌，其反应式如下：　　　　在厌氧或缺氧的条件下，厌氧微生物和兼性厌氧微生物对有机氮化合物进行还原脱氨、水解脱氨和脱水脱氨三种途径的氨化反应。　　　　2）硝化作用硝化作用是指将NH3-N氧化为NOx-N的生物化学反应，这个过程由亚硝酸菌和硝酸菌共同完成，包括亚硝化反应和硝化反应两个步骤。该反应历程为：　　亚硝化反应　　硝化反应　　总反应式　　亚硝酸菌有亚硝酸单胞菌属、亚硝酸螺杆菌属和亚硝酸球菌属。硝酸菌有硝酸杆菌属、硝酸球菌属。亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌[23]。发生硝化反应时细菌分别从氧化NH3-N和NO2-标准文档 实用文案-N的过程中获得能量，碳源来自无机碳化合物，如CO32、HCO、CO2等。假定细胞的组成为C5H7NO2，则硝化菌合成的化学计量关系可表示为：　　亚硝化反应　　硝化反应　　在综合考虑了氧化合成后，实际应用中的硝化反应总方程式为：　　由上式可以看出硝化过程的三个重要特征：（1）NH3的生物氧化需要大量的氧，大约每去除1g的NH3-N需要4.2gO2；（2）硝化过程细胞产率非常低，难以维持较高物质浓度，特别是在低温的冬季；（3）硝化过程中产生大量的质子（H+），为了使反应能顺利进行，需要大量的碱中和，理论上大约为每氧化1g的NH3-N需要碱度5.57g(以NaCO3计)。在硝化反应过程中氮元素的转化经历了以下过程：NH4+NH2OHNOHNO2-NO3-3）反硝化作用反硝化作用是指在厌氧或缺氧（DO<0.3-0.5mg/L）条件下，NOx--N及其它氮氧化物被用作电子受体被还原为氮气或氮的其它气态氧化物的生物学反应，这个过程由反硝化菌完成。反应历程为：　　　　　　[H]可以是任何能提供电子，且能还原NOx--N为氮气的物质，包括有机物、硫化物、H+等。进行这类反应的细菌主要有变形杆菌属、微球菌属、假单胞菌属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属等兼性细菌，它们在自然界中广泛存在。有分子氧存在时，利用O2作为最终电子受体，氧化有机物，进行呼吸；无分子氧存在时，利用NOx--N进行呼吸。研究表明，这种利用分子氧和NOx--N之间的转换很容易进行，即使频繁交换也不会抑制反硝化的进行。大多数反硝化菌能进行反硝化的同时将NOx--N同化为NH3-N而供给细胞合成之用，这也就是所谓同化反硝化。只有当NOx--N作为反硝化菌唯一可利用的氨源时NOx--N同化代谢才可能发生。如果废水中同时存在NH3-N，反硝化菌有限地利用NH3-N进行合成。4）同化作用在生物脱氮过程中，废水中的一部分氮（NH3-N或有机氮）被同化为异养生物细胞的组成部分。微生物细胞采用C60H87O23N12P来表示，按细胞的干重量计算，微生物细胞中氮含量约为12.5%。虽然微生物的内源呼吸和溶胞作用会使一部分细胞的氮又以有机氮和NH3-N形式回到废水中，但仍存在于微生物的细胞及内源呼吸残留物中的氮可以在二沉池中得以从废水中去除。5）脱氮新机理近年一些研究者在研究中陆续观察到一些超出传统生物脱氮理论的新现象[21]。比如将好氧硝化过程控制在亚硝酸盐阶段，然后在缺氧条件下直接反硝化的亚硝酸型生物脱氮；在一定的条件下，硝化和反硝化可以在同一个反应器内同时完成；异养硝化以及厌氧氨氧化等。这些现象可以从微环境理论和生物学角度进行解释。微环境理论主要从物理学角度研究活性污泥和生物膜的微环境中各种物质（如DO、有机物、NO3-N和NO2标准文档 实用文案-N等）传递的变化、各类微生物的代谢活动及其相互作用，从而导致的微环境中物理、化学和生物条件或状态的改变。在宏观环境中微好氧状态时，由于氧扩散的限制，微生物絮体内产生了溶解氧梯度，也就形成了不同的微环境。生物学角度的解释不同于传统理论，微生物学家发现了异养硝化菌和好氧反硝化菌，它们甚至可在完全厌氧的条件下发生硝化作用。有些好氧反硝化菌同时也是异养型硝化菌，它们能够在好氧条件下直接将氨转化为最终的气态产物。以上这些现象的发现为研究者研究新的生物脱氮理论和开发新的生物脱氮工艺指引了方向，使他们不断开发出了许多新型脱氮工艺。如：SND(同时硝化反硝化工艺)、SHARON(Singlereactorhighactivityammoniaremovalovernitrite，亚硝化反应器)工艺、OLAND(Oxygen-limitedautotrophicnitrification-denitrification，氧限制自氧硝化—反硝化)工艺、厌氧氨氧化工艺以及短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺等。1.4研究目的及内容1.4.1研究目的随着常州市经济的迅速发展，人口也不断增长，尤其是当武进区纳入市区统一管理后，排放的污水越来越多，水质也越来越复杂，原来的污水设施基本上均满负荷运转，增加的污水必须新增污水处理设施，才能确保市区水环境不再恶化。因此，必须及早完善城市污水系统，加大污水处理力度，使城市实现供水和排水的良性循环，完善和保持城市风貌，使城市赖以生存和发展的生态环境得到有效的改善和提高。根据前面的论述不难看出，城市污水的处理，归根结底是如何有效的脱氮除磷。随着研究工作的进行，对脱氮除磷的生物学原理的认识不断深入，诞生了多种生物脱氮除磷工艺，推动了污水生物脱氮除磷技术的发展，促进了污水生物处理技术的进步[24]。其中应用较多的工艺有：传统A2/O工艺、倒置A2/O工艺、改良型A2/O工艺等。本研究的目的就是在通过对常州市四个采用上述工艺的污水厂生物池的除磷脱氮效果的分析，找出更适合常州市情况的处理工艺，为后续污水厂的建设提供借鉴。1.4.2研究内容（1）在常州市江边、儒林、邹区、戚墅堰污水厂运行期间，记录各厂的进出水水质中COD、BOD5、TP、NH4+-N、SS的历时变化，分析相应工艺的污染物去除效果及存在的不足，找出最适合常州市水质条件的处理工艺。（2）对其中处理效果较好的倒置A2/O工艺建立氮去除动力学模型，为将来的工艺设计工作提供理论指导。标准文档 实用文案2A2/O及其改良工艺工程应用2.1常州市污水处理概况常州市位于江苏省南部、沪宁铁路中段，东临无锡、南接宜兴、北枕长江、西毗茅山山脉，京杭大运河贯穿全境。全市交通便利，水陆空运输齐全。市中心东距上海167公里，西距南京138公里。全市土地总面积4375平方公里，人口342万，其中市区面积1864平方公里，人口201万。常州是一座有着2500多年历史的文化古城，同时又是一座充满现代气息、经济发达的新兴工业城市，处于我国沿江开发与沿海“T”型发展战略的结合部附近。随着区域调整的实现，常州正在向建设特大城市的目标迈进。常州作为长江三角洲的重要城市之一，在上海经济区中具有重要的地位。近年来，常州市被列为全国第二轮综合体制改革试点城市、社会发展综合实验区，高新技术产业开发区被国务院、国家科委批准为国家级开发区。常州市区被中国经济社会发展水平评价中心列为全国城市综合实力50强和投资环境40优城市之一。2.1.1常州市水环境状况概况常州市区水环境质量相比上一年度总体上得到改善，劣Ⅴ类水体有所减少，市区水域功能区水质达标率与上年持平，但环境形势仍不容乐观，水环境污染类型仍然属综合型有机污染。（1）饮用水水源水质：市区饮用水均取自长江，长江常州段水源地水质保持较好状态，达到国家《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中Ⅲ类水标准，长江西石桥第一水厂和长江魏村第二水厂全年取水量为21890万吨，城市饮用水水源地水质达标率为100%。（2）地表水环境质量：市区主要河流为长江和京杭运河，监测表明：41个地表水水质监测断面中，11个断面符合V类水体要求，占27%；12个断面符合IV类水体要求，占29%；2个断面符合III类水体要求，占5%。长江和运河干流常州段水质总体较好，且较上年有所改善，但运河支流污染仍比较严重，尤其是大通河和北塘河，随着我市“清水工程”力度加大，相比上年，市河黑臭发生率已有明显下降。市区主要湖泊滆湖水质较上年有所改善，但仍然表现为中度富营养化。市区地表水体主要污染指标为氨氮、生化需氧量、溶解氧、总磷、挥发酚和石油类[25]。2.1.2常州市污水处理现状2007年常州市市区废水年排放总量为3.95亿吨，主要污染物化学需氧量年排放总量为4.54万吨。其中：工业废水年排放量为2.76亿吨，排放达标率为98.62%，主要污染物化学需氧量、挥发酚和石油类的年排放量分别为2.59万吨、2.25吨和73.89吨；生活污水年排放量为1.19亿吨，其中化学需氧量的年排放量为1.95万吨。主要措施与行动（1）城镇污水处理：近几年，常州市积极实施江边污水处理厂二期工程及乡镇污水处理厂建设，先后建成戚墅堰等城市生活污水处理厂6座，日处理污水能力达40万吨，拥有乡镇污水处理厂7座，日处理能力达6.2万吨，年处理城镇污水16145.6万吨，城镇生活污水处理率达82.2%。拥有工业废水集中处理装置7座，日处理能力达26.6万吨，其它工业废水处理装置444套，日处理能力达50.34万吨，工业废水排放达标率为98.6%。（2）水环境综合整治：开展全市水环境专项整治行动，深入推进“清水工程”，巩固整治成果，通过市水利、建设和环保三部门分工协作，通过提标排放、接管截污、限期搬迁，以及固岸、清淤、绿化、换水等工程手段，开展市河水环境综合整治，已有20条市区河道基本达到了“变清”的整治目标，市河水环境状况有所改善[25]。2.2戚墅堰污水处理厂2.2.1水质、水量标准文档 实用文案戚墅堰区位于常州市东部，地处长江三角洲平原，地势平坦，平均地面高程4.5m左右，最高5.80m，部分地区较低，仅2~3m。区域内河道纵横交错，四通八达，京杭运河自东向西贯穿该区，是该区的水网中心。运河以南有通济河、武进港承接运河北部河道来水，输向太湖；运河以北有丁塘港、革新河、三山港等承接长江来水,为运河补给水量[29]。戚墅堰污水处理厂位于常州戚墅堰区，收集系统服务范围为戚墅堰区，总服务面积约为31km2，现状服务人口约为10万，污水处理厂设计总规模10万m3/d。戚墅堰污水处理厂设计进出水水质为：五日生化需氧量BOD5＝180mg/l化学需氧量CODcr＝400mg/l悬浮固体SS＝250mg/l氨氮NH3-N=35mg/l总磷（以磷酸盐计）TP＝4mg/l出水按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）（以下简称“排放标准”）一级排放B标准排放，即：BOD5≤20mg/lCODCr≤60mg/lSS≤20mg/lTN≤20mg/lNH3-N≤8（15）mg/lTP≤1.0mg/l粪大肠菌群数≤104个/l注：括号内数值为水温≤12℃时的控制指标。2.2.2处理工艺该厂的污水处理工艺为：进水→粗格栅→涡流沉砂池→A2/O生物池→二次沉淀池→消毒→出水戚墅堰污水处理厂采用粗格栅间和进水泵房分建的型式，以尽量实现污染集中、维修集中。生物反应池采用传统A2/O工艺：（1）设计参数设计流量1300m3/h·座（变化系数1.25）污泥龄10d污泥浓度3500mg/l污泥负荷0.09kgBOD5/kgMLSS·d污泥产率1.17kgDS/去除kgBOD5设计水温12℃内回流比200％外（污泥）回流比100%有效水深5.5m供氧方式鼓风曝气传氧效率16%搅拌功率密度6w/m3（2）计算结果单座总池容13525m3其中：厌氧池2288m3缺氧池1144m3标准文档 实用文案好氧池8976m3A/A/O容积比约为1：1：4总水力停留时间（HRT）13h（3）反应池设计生物反应池一座，总尺寸34×78.2m，水深5.5m。生物反应池共分8格，前4格为厌氧、缺氧池，每格尺寸26×8m。其中第一、二格为厌氧池，溶解氧浓度小于0.2mg/l，三、四格为缺氧池，溶解氧浓度小于0.5mg/l，后4格均为好氧池，每格尺寸为51×8m。池内布有微孔曝气器，分别为1165只、1020只、816只、816只，合计3818只。在厌氧、缺氧池中每格设有水下搅拌机1台，每台功率5KW。生物反应池全程平均水力停留时间为13h（其中厌氧段2.17h，缺氧段2.17h，好氧段8.66h），厌氧、缺氧、好氧三段容积比为1：1：4，污泥浓度3.5kg/m3，污泥负荷0.09kgBOD5/kgMLSS·d，产泥率1.17kgMLSS/kg.BOD5，污泥龄为10天。二次沉淀池采用中心进水、周边出水式辐流式沉淀池，最后出水经过真空加氯机加氯消毒。2.3江边污水处理厂2.3.1水质、水量江边污水处理厂位于常州新北区，距离长江岸边约3公里处，收集系统服务范围为中心城区。总服务面积约为500km2，现状服务人口约为110万。污水处理厂设计总规模80万m3/d，一期规模10万m3/d，生活污水占总水量的49.6%，工业废水占总水量的50.4%，工业废水主要以化工、印染废水为主[30].。据检测，有时PH值偏低，会影响生物除磷的效果[43].。江边污水处理厂的进水水质为：五日生化需氧量BOD5＝160mg/l化学需氧量CODcr＝500mg/l悬浮固体SS＝220mg/l氨氮NH3-N=40mg/l总磷（以磷酸盐计）TP＝4mg/l出水按照《排放标准》一级排放B标准排放。2.3.2处理工艺该厂的污水处理工艺为：进水→粗格栅→涡流沉砂池→改良型A2/O生物池→二次沉淀池→消毒→出水江边污水处理厂采用粗格栅间和进水泵房分建的型式，以尽量实现污染集中、维修集中。生物反应池采用改良型A2/O工艺：（1）设计参数设计流量4584m3/h·座（共2座）分两格（变化系数1.1）污泥龄12d污泥浓度3000mg/l污泥负荷0.0821kgBOD5/kgMLSS·d污泥产率0.9kgDS/去除kgBOD5设计水温12℃缺氧回流比75％好氧混合液回流200％污泥回流比100%有效水深5.5m供氧方式鼓风曝气传氧效率16%标准文档 实用文案搅拌功率密度5w/m3（2）计算结果单座（共2座）总池容49390m3其中：厌氧池5350m3缺氧池（Ⅰ）1745m3缺氧池（Ⅱ）9480m3好氧池32815m3A/A/O容积比约为1：2.1：6.1总水力停留时间（HRT）11.85h（3）反应池设计单座反应池平面尺寸为137m×69m，分为独立的两格。有效水深5.5m，平均超高1.0m。每格分隔成4个相通的部分，依次为厌氧池、缺氧池（I）、缺氧池（II）和好氧池。厌氧池水力停留时间1.3h，内设隔墙，分成两个流道，装有2台水下搅拌器，搅拌功率为5w/m3。进水进入厌氧池，与从缺氧池回流来的污泥在此进行充分混合，释放回流污泥中的磷酸盐。回流污泥泵采用安装在池壁上的潜水泵，设计回流比75%，选泵时考虑回流比为50～100％运行的可能。缺氧池（I）为针对进一步去除回流污泥中的硝酸盐而设置的，目的是为了消除回流污泥中的硝酸盐对释磷的影响。1个流道，安装水下搅拌器，功率密度5w/m3。缺氧池（II）为脱氮的主要场所，4个流道，安装水下搅拌器，功率密度5w/m3。内回流泵安装在好氧池与缺氧池（II）的隔墙上，设计内回流比为200%，选择回流泵时考虑回流比100～400%运行的可能。缺氧池水力停留时间2.7h。好氧池是硝化反应场所，设计成推流式池型，设隔墙分成6条廊道。池内安装胶片式微孔曝气器，前段安装密度2个/m2，后段安装密度为1.2个/m2。好氧池水力停留时间7.85h。在反应池的布置型式上，考虑了多点进水，可以根据实际的进水水质，来确定曝气池的运行方式，可按A2/O运行、A/O运行、普通活性污泥法运行等等，运行灵活，可以节约运行成本。此外，污泥回流泵的选择、污泥回流管的配置等方面设计中也考虑了今后倒置A2/O运行的可能性。二次沉淀池采用中心进水、周边出水式辐流式沉淀池，，一期2座二沉池，单池直径φ60m。出水经过真空加氯机加氯消毒，采用流量配比进行投加，加氯量为5～10mg/l。氯库按平均加注量储存15天设计。2.4儒林污水处理厂2.4.1水质、水量儒林污水处理厂位于常州金坛，收集系统服务范围为金坛儒林镇。总服务面积约为61.8km2，现状服务人口约为1.2万。污水处理厂设计总规模1.5万m3/d，一期规模0.5万m3/d。儒林污水处理厂进水水质如下：五日生化需氧量BOD5＝160mg/l化学需氧量CODcr＝500mg/l悬浮固体SS＝220mg/l氨氮NH3-N=45mg/l总磷（以磷酸盐计）TP＝5mg/l出水按照《排放标准》一级排放B标准排放。2.4.2处理工艺该厂的污水处理工艺为：进水→粗格栅→涡流沉砂池→倒置A2/O生物池→二次沉淀池→消毒→出水江边污水处理厂采用粗格栅间和进水泵房分建的型式，以尽量实现污染集中、维修集中。儒林污水处理厂生物反应池采用倒置A2/O工艺：标准文档 实用文案（1）设计参数设计流量360m3/h·座（变化系数1.3）污泥龄10d污泥浓度3500mg/l污泥负荷0.08kgBOD5/kgMLSS·d污泥产率1.17kgDS/去除kgBOD5设计水温15℃外（污泥）回流比150%有效水深5.5m供氧方式鼓风曝气传氧效率16%搅拌功率密度5.5w/m3（2）计算结果单座总池容2800m3其中：缺氧池700m3厌氧池350m3好氧池1750m3A/A/O容积比约为2：1：5总水力停留时间（HRT）13h（3）反应池设计生物反应池一座，总尺寸25.8×19.8m，分为6格。第一、二格为缺氧池，每格尺寸8.6×7.4m，溶解氧浓度小于0.5mg/l，第三格为厌氧池，尺寸8.6×7.4m，溶解氧浓度小于0.2mg/l，后3格为好氧池，每格尺寸8.6×12.4m，布有微孔曝气器总共为877只。在厌氧、缺氧池中设有水下搅拌机3台，每台功率1.5KW。缺氧、厌氧、好氧三段容积约比2：1：5。在反应池的布置型式上，考虑了多点进水，可以根据实际的进水水质，来确定曝气池的运行方式，可按A2/O运行、A/O运行、普通活性污泥法运行等等，运行灵活，可以节约运行成本。由于池容较小，二沉池采用沉淀效率高、表面负荷变化大的周边进水、周边出水式辐流式沉淀池。出水消毒方式为经消毒明渠的紫外线消毒。2.5邹区污水处理厂2.5.1水质、水量邹区污水处理厂位于常州市邹区，收集系统服务范围为邹区镇。总服务面积约为90km2，现状服务人口约为3.5万。污水处理厂设计总规模4.0万m3/d，一期规模1.0万m3/d。邹区污水处理厂进水水质如下：五日生化需氧量BOD5＝160mg/l化学需氧量CODcr＝480mg/l悬浮固体SS＝250mg/l氨氮NH3-N=35mg/l总磷（以磷酸盐计）TP＝4mg/l出水按照《排放标准》一级排放B标准排放。2.5.2处理工艺该厂的污水处理工艺为：进水→粗格栅→涡流沉砂池→倒置A2/O生物池→二次沉淀池→消毒→出水江边污水处理厂采用粗格栅间和进水泵房分建的型式，以尽量实现污染集中、维修集中。邹区污水处理厂生物反应池采用倒置A2/O工艺：标准文档 实用文案（1）设计参数设计流量416.7m3/h·座（变化系数1.15）污泥龄13.2d污泥浓度3500mg/l污泥负荷0.07kgBOD5/kgMLSS·d污泥产率1.23kgDS/去除kgBOD5设计水温15℃外（污泥）回流比150%有效水深5.5m供氧方式鼓风曝气传氧效率16%搅拌功率密度5.5w/m3（2）计算结果单座总池容5073m3其中：缺氧池1670m3厌氧池557m3好氧池2846m3A/A/O容积比约为3：1：5总水力停留时间（HRT）17.1h（含水解酸化段3.9小时）（3）反应池设计生物反应池一座，单座总尺寸56.15×28.5m，总高6.5m。分为12格，第一、二、三格为水解酸化池，其中一格尺寸为9.0×11.4m，两格尺寸为12.7×9.0m；第四格为厌氧池，溶解氧浓度小于0.2mg/L，尺寸为9.0×11.4m；第五、六、七格为缺氧池，其中一格尺寸为9.0×11.4m，两格尺寸为12.7×9.0m，溶解氧浓度小于0.5mg/L；其余五格为好氧池，其中两格尺寸为9.0×12.7m，三格尺寸为20.6×9.0m，池底布有微孔曝气器，总共为1609只。在水解、厌氧、缺氧池中设有水下搅拌机7台，每台功率3.5KW。缺氧、厌氧、好氧三段容积约比3：1：5。在反应池的布置型式上，考虑了多点进水，可以根据实际的进水水质，来确定曝气池的运行方式，可按A2/O运行、A/O运行、普通活性污泥法运行等等，运行灵活，可以节约运行成本。由于池容较小，二沉池采用沉淀效率高、表面负荷变化大的周边进水、周边出水式辐流式沉淀池。出水消毒方式为经消毒明渠的紫外线消毒。标准文档 实用文案3各处理工艺污染物去除效果比较3.1COD、BOD5、SS去除效果比较常州市戚墅堰污水处理厂2003年开始运行，常州市江边污水处理厂2005年8月开始运行，常州金坛儒林污水处理厂2008年开始运行，常州邹区污水处理厂2008年开始运行。试验取样时间为2008年4月，每天取生物池的进出水，对其COD、BOD5、SS、TP、氨氮进行分别检测，并取其一天中的平均值作为一次数据。最终得到四座污水厂的相关数据，现将COD、BOD5、SS数据列举如下。3.1.1COD去除效果图3-1江边污水处理厂COD的去除效果图3-1为江边污水处理厂改良型A2/O生物池进出水COD值及去除率。如图所示，选取江边污水处理厂14次的数据观察分析该厂进出水COD的历时变化。可以看出，进水COD浓度在330mg/L～1600mg/L之间，平均值为691.5mg/L；出水COD浓度大部分在29mg/L～50mg/L之间，只有一次达到105mg/L，超过出水标准，平均值为43.1mg/L。COD平均去除率为93.0%。刚开始时进水COD值变化稍有波动，出水COD值变化较大。后来进水COD值产生了较大变化，但是此时出水COD值没什么变化，基本维持在60mg/L以下。说明刚开始时该工艺还没完全适应环境，运行不稳定，后期运行稳定，抗冲击能力加强，因此出水具有较好稳定性。标准文档 实用文案图3-2戚墅堰污水处理厂COD的去除效果图3-2为戚墅堰污水处理厂传统A2/O生物池进出水COD值及去除率。如图所示，选取戚墅堰污水处理厂14次的数据观察分析该厂进出水COD的历时变化。可以看出，进水COD浓度在220mg/L～515mg/L之间，平均值为350.8mg/L；出水COD浓度在23mg/L～63mg/L之间，平均值为39.7mg/L。COD平均去除率为88.3%。进水COD值变化幅度比较大，出水COD值也同时发生了波动，该工艺抗冲击能力还不强。图3-3儒林污水处理厂COD的去除效果图3-3为儒林污水处理厂倒置A2/O生物池进出水COD值及去除率。如图所示，选取儒林污水处理厂14次的数据观察分析该厂进出水COD的历时变化。可以看出，进水COD浓度在150mg/L～605mg/L之间强烈变化，平均值为348.2mg/L；出水COD浓度在19mg/L～41mg/L之间，平均值为28.1mg/L。COD平均去除率为91.2%。有上图可以看出进水COD值变化幅度很大，但出水COD值仅发生了较小的波动，该工艺抗冲击能力很强，出水稳定。标准文档 实用文案图3-4邹区污水处理厂COD的去除效果图3-4为邹区污水处理厂倒置A2/O生物池进出水COD值及去除率。如图所示，选取邹区污水处理厂14次的数据观察分析该厂进出水COD的历时变化。可以看出，进水COD浓度在320mg/L～612mg/L之间变化，平均值426mg/L；出水COD浓度在18mg/L～68mg/L之间，平均值为43.3mg/L。COD平均去除率为89.6%。根据上述数据，将四个污水处理厂各A2/O生物池平均进出水COD值和平均去除率汇总，见表3-1。表3-1污水厂COD去除数据江边污水厂戚墅堰污水厂儒林污水厂邹区污水厂平均进水COD（mg/L）691.5350.8348.2426平均出水COD（mg/L）43.139.728.143.3平均去除率（%）9388.391.289.6由上表可以看出，四个污水厂COD去除效果都较好，其中江边、儒林、邹区污水处理厂COD平均去除率高于戚墅堰污水厂。3.1.2BOD5的去除效果图3-5江边污水处理厂BOD5的去除效果图3-5为江边污水处理厂改良型A2/O生物池进出水BOD5标准文档 实用文案值及去除率。如图所示，选取江边污水处理厂14次的数据观察分析该厂进出水BOD5的历时变化。可以看出，进水BOD5浓度在119mg/L～390mg/L之间变化强烈，平均值为210.3mg/L；出水BOD5浓度大部分在6mg/L～25mg/L之间，平均值为12.8mg/L。BOD5平均去除率为92.9%。由于进水BOD5值变化较大，出水BOD5值相对稳定。说明该工艺抗冲击能力强，出水具有较好稳定性。图3-6戚墅堰污水处理厂BOD5的去除效果图3-6为戚墅堰污水处理厂传统A2/O生物池进出水BOD5值及去除率。如图所示，选取戚墅堰污水处理厂14次的数据观察分析该厂进出水BOD5的历时变化。可以看出，进水BOD5浓度在87mg/L～200mg/L之间变化强烈，平均值为136.5mg/L；出水BOD5浓度大部分在1.9mg/L～15.3mg/L之间，平均值为6.4mg/L。BOD5平均去除率为95.1%。由于进水BOD5值变化较大，出水BOD5值相对稳定。图3-7儒林污水处理厂BOD5的去除效果图3-7为儒林污水处理厂倒置A2/O生物池进出水BOD5值及去除率。如图所示，选取儒林污水处理厂14次的数据观察分析该厂进出水BOD5的历时变化。可以看出，进水BOD5浓度在97mg/L～306mg/L之间变化强烈，平均值为183.5mg/L；出水BOD5浓度大部分在3.5mg/L～12.1mg/L之间，平均值为7.3mg/L。BOD5平均去除率为95.8%。由于进水BOD5值变化较大，出水BOD5值相对稳定。说明该工艺抗冲击能力强，出水具有较好稳定性。标准文档 实用文案图3-8邹区污水处理厂BOD5的去除效果图3-8为邹区污水处理厂倒置A2/O生物池进出水BOD5值及去除率。如图所示，选取邹区污水处理厂14次的数据观察分析该厂进出水BOD5的历时变化。可以看出，进水BOD5浓度在93mg/L～163mg/L之间变化，平均值为127.7mg/L；出水BOD5浓度大部分在5.9mg/L～20mg/L之间，平均值为13.1mg/L。BOD5平均去除率为89.6%。由于进水BOD5值变化较大，出水BOD5值相对稳定。说明该工艺抗冲击能力强，出水具有较好稳定性。根据上述数据，将四个污水处理厂各A2/O生物池平均进出水BOD5值和平均去除率汇总，见表3-2。表3-2污水厂BOD5去除数据江边污水厂戚墅堰污水厂儒林污水厂邹区污水厂平均进水BOD5（mg/L）210.3136.5183.5127.7平均出水BOD5（mg/L）12.86.47.313.1平均去除率（%）92.995.195.889.6由上表可以看出，四个污水厂均有较好的BOD5去除效果。3.1.3SS的去除效果图3-9江边污水处理厂SS的去除效果图3-9为江边污水处理厂改良型A2标准文档 实用文案/O生物池进出水SS值及去除率。如图所示，选取江边污水处理厂14次的数据观察分析该厂进出水SS的历时变化。可以看出，进水SS浓度在120mg/L～700mg/L之间变化强烈，平均值为321.8mg/L；出水SS浓度在10.9mg/L～27.1mg/L之间，平均值为15.2mg/L。SS平均去除率为94.4%。由于进水SS值变化较大，出水SS值相对稳定。说明该工艺抗冲击能力强，出水具有较好稳定性。图3-10戚墅堰污水处理厂SS的去除效果图3-10为戚墅堰污水处理厂传统A2/O生物池进出水SS值及去除率。如图所示，选取戚墅堰污水处理厂14次的数据观察分析该厂进出水SS的历时变化。可以看出，进水SS浓度在113mg/L～346mg/L之间变化，平均值为189.7mg/L；出水SS浓度在5.3mg/L～25.3mg/L之间变化，平均值为14.3mg/L。SS平均去除率为91.5%。由于进水SS值变化较大，出水SS值相对稳定。说明该工艺抗冲击能力强，出水具有较好稳定性。图3-11儒林污水处理厂SS的去除效果图3-11为儒林污水处理厂倒置A2/O生物池进出水SS值及去除率。如图所示，选取儒林污水处理厂14次的数据观察分析该厂进出水SS的历时变化。可以看出，进水SS浓度在132mg/L～273mg/L之间变化，平均值为197.4mg/L；出水SS浓度在7.6mg/L～20.5mg/L之间变化，平均值为11.7mg/L。SS平均去除率为93.8%。由于进水SS值变化较大，出水SS值相对稳定。说明该工艺抗冲击能力强，出水具有较好稳定性。标准文档 实用文案图3-12邹区污水处理厂SS的去除效果图3-12为邹区污水处理厂倒置A2/O生物池进出水SS值及去除率。如图所示，选取邹区污水处理厂14次的数据观察分析该厂进出水SS的历时变化。可以看出，进水SS浓度在144mg/L～301mg/L之间变化，平均值为209.8mg/L；出水SS浓度大部分在10.7mg/L～21.8mg/L之间变化，平均值为15.6mg/L。SS平均去除率为92.5%。由于进水SS值变化较大，出水SS值相对稳定。说明该工艺抗冲击能力强，出水具有较好稳定性。根据上述数据，将四个污水处理厂各A2/O生物池平均进出水SS值和平均去除率汇总，见表3-3。表3-3污水厂SS去除数据江边污水厂戚墅堰污水厂儒林污水厂邹区污水厂平均进水SS（mg/L）321.8189.7197.4209.8平均出水SS（mg/L）15.214.311.715.6平均去除率（%）94.491.593.892.5由上表可以看出，四个污水厂均有较好的SS去除效果。3.2除磷脱氮效果比较3.2.1TP的去除效果标准文档 实用文案图3-13江边污水处理厂TP的去除效果图3-13为江边污水处理厂改良型A2/O生物池进出水TP值及去除率。如图所示，进水TP浓度在2.8mg/L～5.2mg/L之间变化，平均值为3.9mg/L；出水TP浓度在0.45mg/L～1.2mg/L之间，平均值为0.88mg/L。TP去除率平均值为77.1%，方差为0.00282。由于进水COD值变化较大，出水COD值相对较稳定。说明该工艺抗冲击能力强，出水具有较好稳定性。图3-14戚墅堰污水处理厂TP的去除效果图3-14为戚墅堰污水处理厂传统A2/O生物池进出水TP值及去除率。如图所示，进水TP浓度在2.3mg/L～4.7mg/L之间变化，平均值为3.8mg/L；出水TP浓度在0.6mg/L～1.5mg/L之间，平均值为0.88mg/L。TP去除率平均值为75%，方差为0.003688。可以看出，戚墅堰污水厂的进出水TP浓度平均值与江边污水厂相近，但从曲线图上不难看出，江边污水厂的出水更加稳定，去除率也相对高一些。标准文档 实用文案图3-15儒林污水处理厂TP的去除效果图3-15为儒林污水处理厂倒置A2/O生物池进出水TP值及去除率。如图所示，儒林污水厂进水TP浓度在2.0mg/L～5.5mg/L之间变化，平均值为3.7mg/L；出水TP浓度在0.4mg/L～0.98mg/L之间，平均值为0.64mg/L。TP去除率平均值为81.4%，方差为0.004349。并且从上图可以看出，儒林污水厂的进水TP浓度变化幅度较大，但出水浓度变化稳定，说明该工艺的抗冲击能力较强，能保持出水稳定性。图3-16邹区污水处理厂TP的去除效果图3-16为邹区污水处理厂倒置A2/O生物池进出水TP值及去除率。如图所示，邹区污水厂进水TP浓度在2.9mg/L～5.4mg/L之间变化，平均值为3.9mg/L；出水TP浓度在0.35mg/L～0.98mg/L之间，平均值为0.61mg/L。TP去除率平均值为84.1%，方差为0.002494。根据上述数据，将四个污水处理厂各A2/O生物池平均进出水TP值和去除率汇总，见表3-4。表3-4污水厂TP去除数据江边污水厂戚墅堰污水厂儒林污水厂邹区污水厂平均进水TP（mg/L）3.93.83.73.9平均出水TP（mg/L）0.880.880.640.61平均去除率（%）77.17581.484.1去除率方差0.002820.0036880.0043490.002494标准文档 实用文案由上表可以看出，采用倒置A2/O工艺的邹区、儒林污水厂的TP去除率高于戚墅堰和江边两座污水厂，且邹区污水厂TP去除稳定性也高于戚墅堰、江边两厂。这是因为，倒置A2/O工艺将厌氧释磷段置于缺氧段之后，虽然减少了用于厌氧释磷的有效碳源数量，但是释磷后聚磷微生物直接进入好氧吸磷区，其在厌氧释磷段所积聚能源物质可以更好的用于好氧吸磷反应，因此在同等程度碳源条件下，倒置A2/O工艺除磷效率高于改良A2/O工艺。改良A2/O工艺系统内聚磷微生物在厌氧释磷后进入缺氧段，部分聚磷微生物在缺氧段利用硝酸盐为电子受体进行吸磷，这种吸磷反应在效率上大大低于利用氧气为电子受体的吸磷反应，使聚磷微生物厌氧条件下胞内积聚的能源物质利用效率大为下降，整个系统除磷总体效率不能得充分发挥。因此两种工艺TP去除率有了明显的差异，倒置A2/O工艺平均TP去除率超过改良A2/O工艺7%，这更加证明倒置A2/O工艺比之改良A2/O工艺在除磷上更具有的优势。3.2.2氨氮的去除效果图3-17江边污水处理厂NH3-N的去除效果图3-17为江边污水处理厂改良型A2/O生物池进出水NH3-N值及去除率。如图所示，江边污水厂进水NH3-N浓度在20mg/L～26mg/L之间变化，平均值为23.3mg/L；出水NH3-N浓度在0.2mg/L～4.3mg/L之间，平均值为1.15mg/L。NH3-N去除率平均值为95.0%，方差为0.003894。江边污水厂的出水NH3-N浓度变化比较平稳，只有几次比较明显的波动，出水NH3-N浓度较低，但去除率相对不高。标准文档 实用文案图3-18戚墅堰污水处理厂NH3-N的去除效果图3-18为戚墅堰污水处理厂传统A2/O生物池进出水NH3-N值及去除率。如图所示，戚墅堰污水厂进水NH3-N浓度在25mg/L～42mg/L之间变化，平均值为32.8mg/L；出水NH3-N浓度在2.5mg/L～7.3mg/L之间，平均值为4.49mg/L。NH3-N去除率平均值为85.9%，方差为0.002582。戚墅堰污水厂的出水NH3-N浓度变化比较明显，浓度值普遍较高。图3-19儒林污水处理厂NH3-N的去除效果图3-19为儒林污水处理厂倒置A2/O生物池进出水NH3-N值及去除率。如图所示，儒林污水厂进水NH3-N浓度在21mg/L～42mg/L之间变化，平均值为29.1mg/L；出水NH3-N浓度在0.3mg/L～3.5mg/L之间，平均值为1.65mg/L。NH3-N去除率平均值为94.3%，方差为0.001326。儒林污水厂的进水NH3-N浓度变化较大，但出水NH3-N浓度基本能保持在较低的范围之内，去除率也较高。说明该工艺的抗冲击能力较强，出水稳定。标准文档 实用文案图3-20邹区污水处理厂NH3-N的去除效果图3-20为邹区污水处理厂倒置A2/O生物池进出水NH3-N值及去除率。如图所示，邹区污水厂进水NH3-N浓度在21mg/L～38mg/L之间变化，平均值为28.7g/L；出水NH3-N浓度在0.6mg/L～2.7mg/L之间，平均值为1.52mg/L。NH3-N去除率平均值为94.5%，方差为0.000916。邹区污水厂的进水NH3-N浓度变化较大，但出水NH3-N浓度基本能保持在较低的范围之内，去除率也较高。说明该工艺的抗冲击能力较强，出水稳定。根据上述数据，将四个污水处理厂各A2/O生物池平均进出水NH3-N值和平均去除率汇总，见表3-5。表3-5污水厂NH3-N去除数据江边污水厂戚墅堰污水厂儒林污水厂邹区污水厂平均进水NH3-N（mg/L）23.332.829.128.7平均出水NH3-N（mg/L）0.774.491.651.52平均去除率（%）95.085.994.394.5去除率方差0.0038940.0025820.0013260.000916由上述数据可以看出，采用改良型A2/O工艺的江边污水厂和采用倒置A2/O工艺的邹区、儒林污水厂的出水NH3-N值均明显低于戚墅堰污水厂且去除率基本维持在95%左右，明显优于戚墅堰污水厂的去除率。但是儒林、邹区污水厂的去除率方差比另外两座污水厂小，说明采用倒置A2/O工艺出水更稳定。因此，综合考虑氨氮去除率及去除稳定性，倒置A2/O工艺的优于传统A2/O工艺和改良型A2/O工艺。由倒置A2/O工艺在儒林邹区两个污水厂的运行效果分析可以看出，倒置A2/O工艺生化反应中，进入生化反应系统的污水和循环污泥一起进入缺氧区，反硝化优先获得碳源，污泥中的硝酸盐在反硝化菌的作用下进行反硝化反应，将硝酸盐氮转化为氮气，实现了系统的前置脱氮。在不同进水方式下，系统进水大部分直接进入缺氧区，优化满足了反硝化的碳源要求，进一步加强了系统的脱氮。因此具有很好的脱氮效果。同时该工艺还预留设置混合液回流装置的位置，当污泥浓度无法达到设计要求的时候，添加混合液回流，在运转时开启内回流，提高污泥浓度按照传统的A2/O工艺进行运转。因此其运行灵活性也较好，故该工艺的脱氮除磷均能保持较好的稳定性。江边污水厂的改良型A2/O工艺是在传统A2/O工艺的基础上，在厌氧池之前增设厌氧/缺氧池。将来自二沉池的回流污泥和10%左右的进水进入缺氧池，微生物利用约10%进水中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。其脱氮效果也优于传统A2标准文档 实用文案/O工艺。但是根据后期了解到，由于该段运行期间反应池的好氧区曝气量不足，致使池中的溶解氧浓度较低，硝化反应进行不彻底。因此影响了氨氮的去除稳定性。3.2.3比较结论由上述数据比较分析表明，倒置A2/O工艺的脱氮除磷效果最好，其主要原因是：（1）缺氧池位于工艺前端，污水和循环污泥进入缺氧池，使系统优先满足微生物脱氮的碳源要求，反硝化容量充分，系统脱氮能力得著加强，同时也避免了回流污泥中携带的硝酸盐对厌氧区的不利影响；（2）通过取消或缩短初沉池的时间，改善了活性污泥的沉降性能，提高了活性污泥浓度，为硝化和反硝化同步进行提供了有利条件，系统的脱氮效率进一步提高；（3）聚磷菌厌氧释磷后，直接进入生化效率较高的好氧环境，使其具有更高的吸磷动力，同时参与循环的微生物全部经历了完整的厌氧一好氧过程，故在除磷方面具有“群体效应”优势，因而显著提高了系统的除磷能力；（4）缺氧池中利用了生物降解COD作为反硝化碳源亦可减轻好氧池的负担，提高了好氧池对有机物降解效率。尤其是当进水COD浓度较高时，倒置A2/O较传统A2/O工艺出水COD达标的情况更容易保证。标准文档 实用文案4倒置A2/O工艺氮去除动力学分析根据上文所述，倒置A2/O工艺脱氮效果较好且去除率稳定，故现以采用倒置A2/O工艺的儒林污水厂作为研究氮去除动力学分析的研究对象。从反应器结构和运行机理来看，倒置A2/O工艺是属于推流式活性污泥法系统，但是要建立一个推流式反应器的计算式是较困难的，这是因为推流式并不是在稳定工况下运行，微生物的增殖可能经历了不同的增殖期，K值不一定是常数。Ramalho对此作了假设：在推流池中，底物的去除遵循一级反应动力学，因此假定A2/O反应器中有机物去除的总反应级数为一级反应。4.1动力学模型推导对于推流反应器而言，反应器降解利用有机底物的总反应级数为一级，即有：(4-1)式中：r——反应速率；s——t时间内残存的有机物浓度；k——与特定时间和有机物浓度有关的速度常数。设A2/O工艺为推流式反应器，则可以假定反应器内只存在着横向的浓度梯度，即底物只在纵向有混合现象，横向完全不存在混合。同时假定反应推流速度为恒定值，因此时间t与长度h成正比。故可以用反应器的长度代替时间进行简化反应动力学模型。如此可得如图4-1所示的理想化简化模型。图4-1推流式反应器工艺简化模型示意图并假定仅在纵向上发生传质过程。根据化学反应动力学理论和质量守恒定律，单位时间内理想化推流态A2/O反应器中的每一个局部微元dv都存在着如下的物料衡算关系：输入量－输出量－去除量＝累积量其中：输入量和输出量：分别表示进入和流出反应器微元的有机物，其差值为，单位kg/d；去除量：微元中由生物化学反应而减少的有机物，为各种微生物生长利用量之和，即，单位kg/d；标准文档 实用文案累积量：微元中有机物浓度的时间变化量，单位kg/d.则微元中的物料平衡关系可以写成如下的数学关系式:(4-2)(4-3)式中：——体积流量，m3/d；——进出微元dv的有机物浓度变化量，kg/d；——推流态A2/O反应器中微元体积，m3；——反应器横截面积，m2；——微元dv的长度，m；——微元dv内微生物有机物降解速率，kg/m3.d；——微元dv有机物浓度随时间变化速率，kg/m3.d。在稳定条件下，微元容积内有机物不发生积累，即于是，(4-2)式可简化为：(4-4)当反应器内生化反应为一级反应时，有：(4-5)将式(4-1)和(4-4)代入(4-3)式，并略去下标s，整理后可得：(4-6)由于推流态A2/O反应器系统中，对于确定的反应器尺寸和进水流量，、、均为常数或常量，则设：(4-7)式中——与反应器结构、进水流量和浓度等有关的速度常数，m-1将式(4-7)代入(4-6)，则有：(4-8)对(4-8)进行积分整理后可得：(4-9)式中——反应器长度为h处的NH3-N浓度，mg/L；——进水NH3-N浓度，mg/L；h——NH3-N浓度为时反应器长度，m。公式(4-9)即为推流态A2标准文档 实用文案/O反应器有机物去除动力学模型，模型反映了反应器中基质浓度沿流程的动力学变化情况。表明与进水负荷、反应器特性、温度等特点有关[32]。4.2动力学参数求解为推流态A2/O反应器工艺有机物降解动力学常数，其值的大小与基质性质，反应器大小，进水流量及环境条件有关。由于常州市一年四季温度变化不大，因此水温的影响小，由公式(4-9)可知，在基质性质固定不变的情况下，其动力学常数的值与进出水NH3-N值有关。值可以通过作图法求得。具体做法如下：由于推流态A2/O反应器中沿水流方向设取样口，在本实验中为便于取样，计算推流态A2/O反应器动力学常数值时，只取其进、出口的NH3-N值进行分析，推流态A2/O反应器长度为59.4m，所以由公式(4-9)可得：(4-10)式中——反应器进水NH3-N浓度，mg/L；——反应器出水NH3-N浓度，mg/L。令(4-11)将式(4-11)代入(4-10)可得：Se＝mS0(4-12)现以儒林污水厂测得的进出水NH3-N值来作图求m值，从而最后求出K1值。该段时间内NH3-N去除率较好的数据见下表4-1：表4-1倒置A2/O反应器进出水NH3-N值序号进水NH3-N值(mg/L)出水NH3-Nr值(mg/L)135.52.82281.8332.52.2428.71.6519.30.8622.40.9742.22.9824.21924.81.21034.82.21138.42.51222.41.31326.41.61426.51.71520.41.21630.41.81726.51.3A2/O反应器反应速率常数求解见图4-2。标准文档 实用文案图4-2反应速率常数的求解图由图4-2可得，直线拟合较好，所选数据的相关系数R2=0.9038，求得的表达式为y＝0.0947x-0.9992，由于实验数据存在一定误差，因此求得的表达式不通过原点，这是在允许的范围之内的。直线斜率为0.0947，即m值为0.0947，结合公式(4-11)可得有机物去除动力学常数K1=0.0784。由以上分析和计算可知，推流式反应器动力学表达式为：S＝S0exp（-0.0784h）(4-13)4.3动力学参数验证为验证生物池动力学常数，随机选取了出水水质较好时的三组数据，并结合上节得出的结论求出了理论出水NH3-N值(Se')，见表4-2：表4-2生物池水质数据序号S0'(进水NH3-N值)mg/L实际出水NH3-N值mg/LSe'(理论出水NH3-N值)mg/L误差平均误差方差119.30.80.828510.028510.0030230.00848230.41.81.879680.07968326.41.61.50088-0.09912表4-2中的误差为实际出水NH3-N值与由上述动力学模型推导出的理论出水NH3-N值(Se')间的误差，由此可知道，倒置A2/O池中NH3-N的实际出水值与理论出水值的平均误差为0.003023，即0.3%，经过计算得出误差的方差为0.00848。因此可看出通过K1值计算的理论值与实际运行值相差很小，因此，K1值基本正确。标准文档 实用文案5结论及建议5.1结论（1）三种工艺对COD、BOD5、SS的去除率均能达到90%左右，出水的上述指标也均达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准。（2）在除磷脱氮效果上，倒置A2/O工艺和改良型A2/O工艺氨氮去除率均达到90%以上，其中倒置A2/O工艺TP去除率达到80%以上，且去除稳定性较好。倒置A2/O工艺延长了非曝气历时，取消了混合液回流，使工艺流程得到简化，运行管理更方便，占地面积减少，因而节省了基建投资与运行费用，与传统A2/O工艺相比更加经济节能；与传统A2/O工艺相比，倒置A2/O工艺的流程形式和规模要求与传统法工艺更为接近，在老厂改造方而更具推广优势。因此，倒置A2/O工艺流程简单更加适合中小型污水处理厂；改良型A2/O生物脱氮除磷工艺由于其可调节性比较强，更符合大型污水处理厂。（3）倒置A2/O工艺的所有的回流污泥全部经过完整的厌氧释磷与好氧吸磷过程，具有“群体效应”，同时聚磷菌经过厌氧释磷后直接进入生化效率较高的好氧环境，其在厌氧状态下形成的吸磷动力可以得到充分利用，提高了处理系统的除磷能力。通过取消或缩短初沉池的时间，改善了活性污泥的沉降性能，提高了活性污泥浓度，为硝化和反硝化同步进行提供了有利条件，系统的脱氮效率进一步提高。（4）根据理论推求和数据验证推导出倒置A2/O工艺氨氮去除动力学表达式S＝S0exp（-0.0784h），验证结果显示，倒置A2/O池中NH3-N的实际出水值与理论出水值的平均误差为0.003023，方差为0.00848。理论值与实际值相差很小，该模型能适用于常州市倒置A2/O工艺的优化设计。5.2建议（1）随着国家对环境保护要求的不断提高,对城市污水厂出水氮磷(尤其是氨氮和总磷)的要求越来越严格。因此应对现有出水不能满足要求的旧工艺进行改造，使之能适应城市发展对污水处理的要求。根据本文所述，建议将传统A2/O工艺进行改良。（2）由于江边污水厂的进出水指标和规模都与邹区、儒林污水厂的有较大差距，因此建议选取指标更为相似的分别采用倒置A2/O工艺和传统A2/O工艺的水厂，在进行更进一步更全面的分析。（3）在本次研究过程中，由于各种条件的限制，在工艺比较上没有考虑到各种影响因素（如进出水指标、pH值、ORP等）对处理情况的影响，对此应进一步的研究。（4）由于手头资料有限，对于各工艺的经济性比较只能从直观程度上反应，无法进行详细的数据分析。希望能在获得资料之后对这三种工艺进行经济方面进行具体的比较。标准文档 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