论文总字数：26377字

摘 要

本项目主要目的是熟悉双污泥反硝化除磷及诱导结晶磷回收技术，并将该工艺应用于实际工艺设计中。该技术主要是针对传统的污水处理工艺在运行过程中所存在的碳源不足，硝化菌与反硝化菌在污泥龄与碳源利用上的矛盾等问题所研发出的一种新的污水处理工艺，并且该工艺还具有可回收利用磷资源的特点。该技术中的一个核心的技术要素便是反硝化聚磷菌驯化与培养，本文重点描述反硝化聚磷菌的培养，并且将培养好的反硝化聚磷菌用于完整的工艺中进行污水处理。反硝化聚磷菌的培养主要经历了两个阶段-第一阶段以厌氧/好氧的方式驯化 PAOs， 第二阶段通过厌氧/缺氧或厌氧/缺氧/好氧的方式驯化 DNPAOs,并在硝化污泥和反硝化聚磷污泥成功培养后采用 A₂N-SBR 工艺对其脱氮除磷效果进行了试验。最后利用实验中相关数据以及相关论文中的数据进行工程设计，以双污泥系统反硝化除磷污泥为研究和设计对象，通过现场调研、资料收集、工程优化比选等手段论证污水处理工艺流程和设计规模；通过查阅设计规范、手册进行平面布置、管线布置和水力设计计算，并根据计算结果合理确定设备选型，最后完成工艺计算书。

关键词：反硝化聚磷菌，双污泥，诱导结晶，硝化菌，除磷脱氮

Denitrification and Phosphorus Removal

in a Two-sludge System and Technology of

Induced Crystallization for Phosphorus Reuse

ZILIN YUAN

Supervised by XIWU Lü

Abstract

The aim of this project is to let me familiarize with denitrification and phosphorus removal in a two-sludge system and technology of induced crystallization for phosphorus reuse and apply this technology into actual project. This project is a new technology which mainly solve the problem of the traditional wastewater treatment process, such as shortage of carbon source , the competition between the nitrobacteria and denitrifying bacteria in utilization of carbon source and sludge age, besides this process also can achieve recycle of phosphorus. The core of this wastewater treatment process is denitrifying phosphorus-removing bacteria. This paper will focus on description of the domestication of denitrifying phosphorus-removing bacteria and the preliminary operation of this process. The domestication of denitrifying phosphorus-removing bacteria has two process. The first process is domesticate it in anaerobic/aerobic environment. The second process is domesticate it in anaerobic/anoxic or anaerobic/anoxic/aerobic environment. After the process of domestication of nitrifying bacteria and denitrifying bacteria, testing the effect of the nitrogen and phosphorus removal in process of A2N-SBR. Finally, use some data and data of some paper to do the design. By field research, collect data, engineering optimization, discussed the technological process and design size of wastewater treatment plant. By consult the design standards, complete the layout and layout of pipeline, and hydraulic design calculation. According to the result, determine the type of equipment and complete the handbook of process calculation.

KEY WORDS: Denitrifying Phosphorus-removing Bacteria, two-sludge system, induced crystallization, nitrifying bacteria, nitrogen and phosphorus removal

目录

摘要 1

Abstract 1

第一章．绪论 5

1.1引言 5

1.2研究背景 5

1.3研究目的和研究内容 6

1.3.1 研究目的 6

1.3.2研究内容 6

第二章．相关原理及技术现状 7

2.1反硝化聚磷菌 7

2.1.1反硝化聚磷菌的菌属种 7

2.1.2反硝化聚磷菌的除磷机理 8

2.2双污泥系统 8

2.3 反硝化除磷脱氮技术及其现状 9

2.3.1BCFS工艺^[11] 9

2.3.2 A₂N 工艺 10

2.3.3 Dephanox工艺 ^[12] 10

2.4 诱导结晶回收磷技术及其现状 11

2.4.1 诱导结晶回收磷技术原理 11

2.4.2诱导结晶回收磷技术现状 12

2.5 双污泥反硝化除磷及诱导结晶磷回收技术 13

第三章．实验部分 14

3.1 反硝化聚磷菌的驯化 14

3.1.1 好氧聚磷污泥除磷的驯化培养 14

3.1.2 反硝化聚磷污泥的驯化阶段 16

3.2 A₂N-SBR 工艺对COD，氮，磷的去除效果^【10】 19

3.2.1 A₂N-SBR 工艺对COD的去除效果 19

3.2.2 A₂N-SBR 工艺对氮的去除效果 20

3.2.3 A₂N-SBR 工艺对磷的去除效果 23

第四章 工程设计 24

4.1基础资料 24

4.2工艺流程图 25

4.3工艺可行性及与其他工艺的比较 25

4.4污水处理厂各构筑物设计计算 26

1.粗格栅 26

2.涡流沉砂池 27

3.水解池 27

4.硝化池 30

5.厌氧池 32

6.缺氧池 32

7.后曝气池 32

8.二次沉淀池 32

9.曝气量计算 34

9.1硝化池需氧量 34

9.2后置曝气池需氧量 35

10.V型滤池 35

11.消毒池 36

12.污泥浓缩池 36

4.5高程计算 38

第五章．结论与讨论 39

5.1问题与讨论 39

5.2主要结论 39

致谢 40

参考文献 41

第一章．绪论

1.1引言

双污泥反硝化除磷及诱导结晶磷回收技术是一种有着诸多优点的污水处理新工艺，相对于传统的污水处理工艺的革新。在此之前已有许多的学者在这个课题上进行了研究并进行了相关的实验，但在实际工程中该工艺还不是应用的十分广泛，在将该工艺应用到污水处理厂这个方面仍有一段路要走。在本项目中，我有幸与参与到了该课题中，参与了反硝化聚磷菌的培养，以及该工艺的初步运行过程中，并将该工艺应用于实际的工程设计中。

本文主要是对我的一些实验内容和工程设计的呈现，还望各位老师，同学，读者多多指正！

1.2研究背景

我国水资源短缺现象十分严重，人均水资源拥有量仅为世界的平均水平的四分之一。我国水资源总量上不足，并且地域及时空上分布不均匀。然而在水资源短缺的背景下，我国可利用的水资源的污染现象还十分的严重，这进一步的加深了我国水资源短缺的情况。其中，在水体污染中以水体中氮磷含量过多所导致的水体富营养化现象尤其严重，在这种趋势下，城镇污水处理厂的排放标准进一步的提高，尤其对氮磷的排放标准进一步提高，以A²O及其改良工艺为主的传统污水处理工艺已经难以满足社会发展的需要，存在着一系列的问题，例如污水中的碳源不足，无法满足污水处理系统中其主要作用的硝化细菌与反硝化细菌的需求；不同功能微生物的污泥龄不同，难以协调；能耗过大，好氧池需同时满足硝化细菌的硝化反应和聚磷菌的吸磷反应；在除磷脱氮的过程中会产生大量的富磷污泥，难以处置等诸多问题。

在另一方面， 污水中所需要去除的磷元素又是一种十分宝贵的资源，也是一种不可再生资源，在磷的自然循环中，磷资源通过各种方式流入大海，沉入底泥中或溶解于水中^【1】。 我国的富磷矿资源不是十分的富裕，仅占我国磷资源总储量的 8.4%，仅仅能满足我国10-15年的使用需求 。我国已经将磷矿列为 2010 年后不能满足国民经济发展需要的 2O 种矿产之一^【2】。目前传统的污水处理工艺需要通过大量的排放富磷污泥来实现磷元素从污水中的去除，一方面这种污泥难以处理，成为污水处理厂的一种负担，另一方面这种除鳞方式也造成了磷资源的大量浪费。我国污水排放量巨大，其中富含的磷资源十分丰富，如果可以进行有效地回收利用，则可以有效地缓解我国磷资源短缺的现状。

反硝化双污泥诱导结晶回收磷工艺就是解决上述问题的一种尝试，该工艺可以避免传统污水处理工艺所面临的一些问题，同时可以对污水中的磷资源进行回收利用，是一种新型的污水处理工艺。

1.3研究目的和研究内容

1.3.1 研究目的

反硝化双污泥诱导结晶回收磷工艺是一种能耗低，并且可以实现资源回收的污水处理新工艺，但是对于目前我国污水处理厂来说，该工艺尚处于试验阶段，未应用于实际工程中，本项目希望能为反硝化双污泥诱导结晶回收磷技术应用于实际工程中提供一些参考。

反硝化聚磷菌是该技术区别于传统的污水处理工艺的一个关键要素，希望通过参与反硝化聚磷菌的培养过程以便为总结反硝化聚磷菌的特点提供更多的参考。

通过本次项目，锻炼了我们我的实验技巧，锻炼了我们的工程设计的能力，为我今后的学习打下良好的基础。

1.3.2研究内容

（1）阅读有关反硝化双污泥除磷诱导结晶回收磷技术的文献，了解该技术的相关原理，工艺流程和技术参数，进行文献综述。

（2）参与反硝化聚磷菌的培养以及反硝化双污泥诱导结晶回收磷技术的初步运行，掌握相关的实验技巧，了解该工艺实际运行中的特点和技术特性。

（3）以双污泥系统反硝化除磷污泥为研究和设计对象，通过现场调研、资料收集、工程优化必选等手段论证污水处理工艺流程和设计规模；通过查阅设计规范、手册进行平面布置、管线布置和水力设计计算，并根据计算结果合理确定设备选型，最后完成工艺施工图。

第二章．相关原理及技术现状

2.1反硝化聚磷菌

在人们研究生物除磷脱氮的过程中发现，活性污泥中一部分的聚磷菌并非是以氧气为电子受体，而是以硝酸盐作为电子受体，可以在反硝化的过程中进行吸磷的反应，这种细菌便是我们所提到的反硝化聚磷菌^【3】。

2.1.1反硝化聚磷菌的菌属种

Kuba^【4】在用厌氧/缺氧交替的环境下进行试验时发现污泥中有一种可以同步进行反硝化以及吸磷反应的兼性微生物，这种微生物的电子受体可根据其所处环境在氧气或硝酸盐中切换，这种微生物就是反硝化聚磷菌，之后人们对于这种微生物进行了大量的研究，有许多人都对反硝化聚磷菌的菌属种问题提出了自己的观点。

Kuba^[5]认为所有的聚磷菌均可以表现出反硝化的特性，在生物除磷脱氮系统中所表现出的反硝化特性只是与其所处的环境有关，在厌氧/缺氧交替的环境下，聚磷菌中具有反硝化能力的酶被激发，使之具有反硝化能力。这种观点是一类菌属种学说。

Vlekke^[6]等人通过研究得出结论，聚磷菌可以分成两种类型，一种是仅仅以氧气作为电子受体，另一种则是既能够利用氧气作为电子受体又能够利用硝酸盐作为电子受体，这类聚磷菌可以在发生反硝化反应的同时进行吸磷反应。Johwan Ahn^【7】 等人通过试验验证了确实存在一种聚磷菌是利用硝酸盐作为电子受体的，而且该种菌与以氧气为电子受体的聚磷菌是不同类型的菌种。该观点可以被认为是二类菌属种学说。

在研究反硝化聚磷的过程中，人们还逐渐发现了一种以亚硝酸盐作为电子受体的反硝化聚磷菌属，并在此基础上提出了三类菌属种学说。

JY Hu 等人^【8】 认为存在三种聚磷菌，一种是利用氧气作为电子受体；第二种是氧气和硝酸盐（或者氧气和亚硝酸盐）均可以被用作为电子受体；第三种聚磷菌是可以利用氧气，硝酸盐，以及亚硝酸盐作为电子受体的。

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