活性污泥法除磷脱氮的生态学思想                                                     研究背景                                   研究背景                                   研究思路 理论部分             一、统一动力学理论  一相说是将有机物的降解用以下数学模型描述：        二相说为埃肯费尔德Eckenfelder等人所支持，是将有机物的降解分为高有机物浓度和低有机物浓度二相而分别采用不同的数学模式。       高浓度时，有机物降解速度与其浓度无关，呈零级反应，与活性污泥浓度呈一级反应，低有机物浓度时，有机物降解速度与其浓度和活性污泥浓度均呈一级反应，用下式可表达：        统一说由中国矿业大学张雁秋1994年提出，并证明一相说与二相说是统一说的两种极端形式，统一说的数学模型表示如下： 式中字母意义均同前。        二、活性污泥法动力学负荷         活性污泥法动力学负荷由中国矿业大学张雁秋首次提出： 硝化反应是由亚硝酸菌和硝酸菌两种细菌共同完成的，这两种细菌均属于化能自养型微生物。在活性污泥微生物中，硝化菌的比例与污水的BOD5/TKN有关，若水中BOD5值高，有助于异养菌的迅速繁殖，使硝化菌的生长受到抑制，只有当BOD5低于20mg/l时，硝化反应才开始进行。  高污泥浓度对硝化有利 增加活性污泥浓度可以相对提高硝化菌的优势。在此情况下,脱碳菌类因浓度过高而生长速度相对下降,使得硝化菌的比例有所提高。因此,在同样的污泥总量情况下,短时高污泥浓度要比延时低污泥浓度在硝化脱氮方面更为有效.这是我们开发研究短时硝化脱氮工艺的主要理论根据。  分点进水使曝气池中的活性污泥浓度在池首端明显较高，在同样条件（同样的回流污泥浓度及同样的污泥回流比）下，曝气池中污泥平均浓度明显高于推流式活性污泥法的污泥浓度             就除磷来说，活性污泥微生物中聚磷菌类和其他菌种并存，一般情况下，聚磷菌类处于弱势，在活性污泥中比例较小。根据前述公式可计算出污泥浓度下的比增殖速度V（增长率），并绘出上图，从上图中可以看出，要提高聚磷菌群在活性污泥总量中的比例，提高厌氧释磷负荷，造成释磷、聚磷优势，必须使污泥浓度不低于上图中两条曲线的交点。               三、回流污泥浓度优化理论 工程部分 工艺特点 主要发现：              根据统一动力学理论发现了生物因子非线性反应增长现象，即生物浓度较高时，反应速度与生物浓度之间呈非线性关系（增加生物浓度时反应速度增加较少），增加活性污泥浓度，相对提高硝化菌、反硝化菌、聚磷菌在生物相中所占的比例。              根据该动力学负荷理论发现了厌氧反应段的不完全进水（即将其中一部分废水进入厌氧池）可提高污泥浓度从而提高活性污泥法硝化效率这一技术关键，通过全程合理分点、多点配水，降低反应池中的基质浓度，从而能进一步相对提高硝化菌、反硝化菌、聚磷菌在生物相中所占比例。 主要发明：              分点进水厌氧-多级好氧缺氧活性污泥法工艺系统。 主要创新点：              厌氧反应段的不完全进水方法。 技术要点 1)适当增加回流比且全流程分点进水,以实现高污泥浓度； 2)适当增加流程最后段的进水水量,以实现全程低营养状态； 3)最后一个进水点在曝气区尾部进入，充分利用活性污泥的吸附现象； 4)控制较低的DO水平,促进短程硝化反硝化和同步硝化反硝化过程.； 5)污水只进入厌氧区及缺氧区，避免好氧区消耗碳源，充分利用有限的碳源供聚磷菌及反硝化菌增殖。 《国家科技成果重点推广计划》项目 发明专利：“一种污水生物处理高效硝化工艺”        谢谢！ （3）临沂润泽水务有限公司（5万吨/日）           水解池 生物滤池 接触氧化池 厌氧池 平流式沉淀池 辐流式沉淀池 图10  新工艺流程 图9  原工艺流程 污水 污水 污泥回流 污泥回流 O1 O2  O3 A  O4 辐流式沉淀池      原水解池的一部分改为厌氧池，停留时间1.50小时。原水解池的另一部分改为O1曝气池，停留时间3.34小时。原生物滤池改为好氧池和缺氧池，好氧池总停留时间9.34小时，缺氧池停留时间2小时；曝气池分布为O1、O2、O3、O4四座，A池为缺氧池。原接触氧化池改为平流沉淀池，与原辐流式沉淀池并联共用。 （4）德州联合润通水务有限公司（10万吨/日）      氧化沟 二沉池 图11  原工艺流程 好氧缺氧池 二沉池 图12  新工艺流程 厌氧池 污水 污水 污泥回流 污泥回流 目前已完成2.5万吨试验改造。      * * 桂林会议              2008年11月 中国矿业大学 张雁秋               传统生物脱氮除磷技术由于具有脱除C、N、P且处理成本低等优点，而得到广泛应用，但脱氮除磷过程中存在的基质竞争和泥龄不同的矛盾使得处理效果相对较差，氨氮的硝化和磷的去除仍是整个生物处理的瓶颈。         就脱氮而言，由于硝化菌的增殖速度缓慢，传统的污水二级生化处理工艺（A2/O、氧化沟等活性污泥法）为提高脱氮效率，工程投资较大，曝气时间较长，需要内回流，使得运行成本增加。就除磷而言，聚磷菌增殖缓慢，在整个生物菌群中所占比例较低，脱氮除磷的碳源分配比例难以控制，总磷去除量一般仅能脱除5mg/L左右。为提高除磷效果，常采用化学除磷技术，增加了运行成本。          提出统一动力学理论、动力学负荷理论、回流污泥浓度优化理论，创造出特殊工艺条件，提高了活性污泥中的硝化菌、聚磷菌的比例，突破了传统活性污泥法硝化速度慢、除磷量较少的瓶颈，实现了短时高效脱氮除磷，最终研发出城市污水高效脱氮除磷处理新工艺 。实现了以下目的：          1、针对以上关键问题，研究出短时高效脱氮除磷的关键机理，应用统一动力学理论构建可供实际工程应用的、完善的新工艺及技术体系。通过工况条件的控制，使得硝化菌和聚磷菌在整个生物菌群中的比例提高；明显缩短了硝化时间；在碳源充足条件下，总磷去除量可达4-10mg/L。         2、经过设计优化，可使污水处理主体工程投资节约20%左右，运行成本费用降低20％左右。             本质上讲，活性污泥法除磷脱氮的实质就是利用一系列工程技术方法培养优势目的菌群。因此，我们认为：用生态学思想进行活性污泥生态系统的有效调控是该工艺除磷脱氮技术发展的最好出路。          该理论揭示了高污泥浓度有利于弱势菌群生长的机理，为提高活性污泥中硝化菌和聚磷菌的比例、加快硝化速度、提高除磷量提供了理论依据。 为了解决废水生物处理反应动力学中长期悬而未决的一相说与两相说的矛盾，我们对生物化学学科中的酶反应过程进行重新推导，从而提出了一个新的酶动力学方程。        -ds/dt为有机物降解速度，k为降解常数，K为半饱和常数（又称米—门常数），X为微生物浓度（工程上为活性污泥浓度），S为有机物浓度。        一相说是以米—门酶反应动力学方程为基础提出的，形式上与表达微生物增长速度的莫诺方程相似。  高浓度时  低浓度时  式中，k2为降解速度常

生态学思想（20081122）.ppt