内容简介
《A2/O法污水生物脱氮除磷处理技术与应用》从我国污水处理现状和水体富营养问题出发,提出加强当前城市污水处理厂广泛应用的A2/O同步生物脱氮除磷工艺科学管理和运行优化的必要性和重要性。首先,系统介绍了A2/O工艺的特点、影响因素、应用情况以及存在的问题。通过分析生物脱氮除磷新理论和新技术,提出开发A2/O生物脱氮除磷新技术的思想。其次,详细介绍了A2/O工艺系统性能及其运行优化的研究成果;A2/O工艺的数学模型及其模拟;A2/O工艺污水处理系统污泥的培养及调试、运行管理、常见故障处理、过程控制、在线仪表、工程设计,并列举了A2/O工艺典型工程实例。最后,还给出了A2/O变形工艺及其工程应用。
全书具有系统全面、内容新颖、实践性强的特点,可作为城市污水处理系统运行管理人员的指导用书,也可作为给水排水工程和环境工程专业的科研、设计人员及大专院校相关专业师生的参考书。
内页插图
目录
前言
第1章 绪论
1.1 我国水环境与城市污水处理状况
1.1.1 我国水环境现状
1.1.2 我国水污染特征及其对策
1.1.3 我国城市污水处理现状及存在的问题
1.2 水体富营养化问题及其危害
1.2.1 国内外水体富营养化状况
1.2.2 水体富营养化现象
1.2.3 水中氮磷的来源
1.2.4 水体富营养化的危害
1.2.5 水体富营养化的治理
1.2.6 我国控制氮磷污染的水环境标准
1.3 A2/O生物脱氮除磷工艺
1.3.1 A2/O工艺的发展
1.3.2 A2/O工艺生物脱氮除磷的原理
1.3.3 A2/O工艺的特点及影响因素
1.3.4 A2/O工艺在国内外的应用现状
1.4 A2/O工艺存在的问题及其对策
1.4.1 传统A2/O工艺存在的主要问题
1.4.2 A2/O工艺的改进措施
参考文献
第2章 生物脱氮除磷的新理论与新技术
2.1 传统生物脱氮理论
2.1.1 硝化反应
2.1.2 反硝化反应
2.1.3 传统生物脱氮技术存在的问题
2.2 生物脱氮新理论和新技术
2.2.1 短程硝化反硝化生物脱氮技术
2.2.2 厌氧氨氧化生物脱氮技术
2.2.3 同步硝化反硝化生物脱氮技术
2.3 传统生物除磷理论及其影响因素
2.3.1 传统生物除磷的生化反应机理
2.3.2 传统生物除磷系统的主要影响因素
2.4 反硝化除磷脱氮新理论和新技术
2.4.1 反硝化除磷脱氮理论
2.4.2 反硝化除磷脱氮工艺
2.4.3 反硝化除磷工艺的影响因素
参考文献
第3章 A2/O工艺系统性能及其运行优化的研究
3.1 A2/O工艺的反硝化除磷性能
3.1.1 试验方法及方案设计
3.1.2 A2/O工艺的除磷性能
3.1.3 A2/O工艺的脱氮性能
3.1.4 A2/O工艺的COD去除性能
3.2 过量曝气对A2/O工艺生物脱氮除磷的影响
3.3 进水C/N比和C/P比对A2/O工艺生物脱氮除磷的影响
3.3.1 试验方案
3.3.2 进水C/N比对氮和磷的去除
3.3.3 进水C/P比对氮和磷去除的影响
3.4 几种控制变量对A2/O工艺性能的影响
3.4.1 MLSS对A2/O工艺的影响
3.4.2 SRT对A2/O工艺的影响
3.4.3 污泥回流比对A2/O工艺的影响
3.4.4 内循环回流比对A2/O工艺的影响
3.4.5 缺氧区与好氧区容积比对A2/O工艺的影响
3.5 分段进水对A2/O工艺脱氮除磷性能的影响
3.5.1 对氮去除的影响
3.5.2 对磷去除的影响
3.5.3 不同分段进水比时系统沿程方向各参数的变化规律
3.5.4 最优分段进水比的适用性
3.6 A2/O工艺生物脱氮除磷性能优化及其运行
3.6.1 西班牙Ciudad Real污水处理厂营养物去除优化
3.6.2 A2/O工艺脱氮除磷系统的运行研究
3.7 强化A2/O工艺反硝化除磷性能的运行策略
3.7.1 内循环回流量的控制与优化
3.7.2 厌氧/缺氧/好氧区体积比的优化
3.7.3 分段进水的优化
3.8 A2/O系统内DO、ORP及pH的变化规律
3.8.1 DO、ORP及pH的沿程变化规律
3.8.2 D0、ORP及pH的沿程变化原因
3.8.3 反硝化除磷过程中0RP在线信息的变化规律
3.9 生物脱氮除磷新理论和新技术在A2/O工艺中的实现
3.9.1 短程硝化反硝化的实现
3.9.2 同步硝化反硝化和反硝化除磷的建立
3.9.3 缺氧硝化现象在A2/O系统中的出现及其特征
3.10 A2/O工艺强化反硝化除磷体系中微生物特性分析
3.10.1 聚磷颗粒染色的沿程特征变化
3.10.2 胞内储存物PHB染色的沿程特征变化
3.10.3 微生物电镜扫描分析的沿程特征变化
参考文献
第4章 A2/O工艺的数学模型与模拟
4.1 A2/O工艺反硝化除磷代谢模型
4.1.1 反硝化除磷代谢模型
4.1.2 反硝化除磷动力学
4.1.3 A2/O反硝化除磷工艺动力学模式
4.2 TUD联合模型在A2/O工艺的应用
4.2.1 倒置A2/O工艺TUD模型的建立与模拟
4.2.2 采用TuD模型动态模拟倒置A2/O工艺运行工况
4.2.3 采用TuD联合模型对倒置A2/O工艺运行诊断与优化
4.3 A2/O工艺控制策略benchmark仿真平台
4.3.1 平台的开发
4.3.2 仿真平台的应用与模拟
参考文献
第5章 A2/O污水处理系统的运行、管理、设计与应用
5.1 A2/O污水处理系统污泥的培养及调试
5.1.1 污泥的培养与驯化
5.1.2 系统的运行调试
5.1.3 运行调试实例
5.2 A2/O污水处理系统的运行管理
5.2.1 A2/O污水处理厂主要构筑物的运行管理
5.2.2 提高A2/O工艺整体处理效果的措施
5.2.3 保定市污水处理总厂A2/O工艺的运行管理
5.3 A2/O污水处理工艺常见问题及其对策
5.3.1 污泥膨胀
5.3.2 污泥上浮
5.3.3 活性污泥泡沫
5.4 A2/O污水处理工艺的过程控制
5.4.1 检测变量及常用在线仪表
5.4.2 A2/O工艺的过程控制原则
5.4.3 A2/O污水处理工艺的控制过程
5.4.4 A2/O污水处理系统优化的方法或策略
5.4.5 无锡芦村A2/O污水处理厂自动控制系统
5.4.6 应用专家控制系统提高A2/O工艺的脱氮效率
5.5 A2/O污水处理工程的设计
5.5.1 工程设计的依据与原则
5.5.2 A2/O工艺设计实例1
5.5.3 A2/O工艺设计实例2
5.6 A2/O污水处理典型工程实例
5.6.1 青岛李村河污水处理厂
5.6.2 北京清河污水处理厂
5.6.3 广州大坦沙污水处理厂
5.6.4 成都第三污水处理厂
5.6.5 纪庄子污水处理厂
参考文献
第6章 A2/O变形工艺及其工程应用
6.1 倒置A2/O工艺
6.1.1 倒置A2/O工艺的提出
6.1.2 倒置A2/O工艺脱氮除磷原理与特点
6.1.3 倒置A2/O工艺在实际生产中的应用
6.2 UCT工艺及其工程应用
6.2.1 UCT及其变形工艺
6.2.2 UCT工艺在污水处理工程中的应用
6.3 回流污泥反硝化A2/O工艺及其应用
6.3.1 回流污泥反硝化A2/O工艺
6.3.2 某改良型A2/O工艺的除磷脱氮运行效果
6.4 其他A2/O变形工艺
6.4.1 三环式A2/O工艺
6.4.2 PASF工艺
参考文献
符号说明
前言/序言
近年来,虽然我国污水处理率不断提高,但是由氮磷污染引起的水体富营养问题不仅没有解决,而且有日益严重的趋势,为了防止水体富营养化,在城镇污水处理厂污染物的排放标准中对氮磷的排放提出了更高的要求。因此,对污水生物脱氮除磷的机理、影响因素及工艺特点等方面的研究是我国当前污水处理的一个热点,与此同时还出现了一些新工艺。另外对于生物脱氮除磷工艺,今后的发展要求不仅仅局限于较高的氮磷去除率,而且也要求处理系统运行稳定、可靠、控制调节灵活、投资和运行费用低。
A2/O工艺由于具有同时脱氮(N)和除磷(P)的功能,相对于其他同步脱氮除磷工艺具有构造简单、总水力停留时间短、运行费用低、控制复杂性小、不易产生污泥膨胀等优点,是传统活性污泥法污水处理厂改建为具有脱氮除磷功能的污水处理厂时最佳的备选工艺,目前A2/O生物脱氮除磷工艺在我国拥有50%以上的市场,是处理城市污水的主要工艺。
研究发现,生物脱氮除磷比较复杂,涉及硝化、反硝化以及释磷和吸磷等多个生化反应过程。上述每一个过程的目的不同,对微生物的组成、基质类型及环境条件的要求也各不相同。因此要在A2/O系统中同时完成脱氮和除磷过程,不可避免地产生各过程间的矛盾关系,如碳源、污泥龄、pH和碱度、硝酸盐、硝化和反硝化容量、释磷和吸磷的容量等问题,这些问题使得传统的AZ/O工艺在实际应用中其出水达到一级排放标准存在一定的难度和局限。
近年来我们一直在从事生物脱氮除磷方面的研究,其中包括A2/O工艺,并获得了一些研究成果和实际工程应用经验。基于A2/O工艺在我国城市污水处理中的广泛应用及其存在的问题,我们感觉很有必要出版一本这方面的书,和大家一起交流心得经验,希望对促进A2/O工艺系统在我国污水处理事业中发挥更大的作用,也对该工艺系统的不断改进与完善有一些帮助。
《水体生态修复新视界:生物技术在污染治理中的前沿探索》 内容简介 本书旨在为读者呈现一场关于水体生态修复的深度探索,聚焦于生物技术在解决日益严峻的水污染问题中所扮演的关键角色。我们深入剖析各类新型生物处理技术的原理、优势及其在实际应用中的无限潜力,为水环境治理领域的研究者、工程师以及相关从业者提供一本兼具理论深度与实践指导价值的权威参考。 第一部分:生物脱氮除磷原理的深层解析 本部分将系统梳理生物脱氮除磷的基本原理,并在此基础上,着重介绍近年来在这一领域取得突破性进展的新型技术。 传统生物脱氮除磷的回顾与挑战: 硝化-反硝化过程: 详细阐述好氧硝化菌(如亚硝化单胞菌、硝化杆菌)将氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐,以及兼性厌氧反硝化菌(如假单胞菌、芽孢杆菌)利用有机物或内源性底物作为电子供体,将硝酸盐还原为氮气的全过程。分析影响硝化和反硝化效率的关键因素,如溶解氧、pH、温度、碳氮比、停留时间等。 厌氧/缺氧-好氧(A/O)工艺: 介绍其基本流程,即在厌氧/缺氧段,聚磷菌(PAOs)在无氧条件下吸收有机物并释放磷酸盐,在好氧段则大量摄取磷酸盐以积累聚磷酸盐。探讨聚磷菌的生理特性、竞争优势以及影响其除磷效果的因素,如挥发性脂肪酸(VFAs)的供应、缺氧时间、好氧时间等。 传统工艺的局限性: 讨论传统A/O工艺在处理低碳氮比废水、低温废水、富营养化早期治理等方面的不足,以及其对污泥产量的影响和能耗问题。 新兴生物脱氮技术的前沿探索: 短程硝化-反硝化(SNAD)技术: 深入解析亚硝化过程(AMX)和反硝化过程(DNX)的耦合,重点介绍亚硝化细菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(Anammox)在短程硝化-反硝化中的协同作用。阐述Anammox菌的独特代谢途径(将亚硝酸盐与氨直接转化为氮气),以及其在节能减排、提高氮去除效率方面的巨大潜力。详细探讨实现SNAD的关键技术,如抑制硝化过程的特定诱导策略、反应器类型选择(如上流式厌氧污泥床UASB、流化床反应器等)以及操作条件优化。 基于生物膜的脱氮技术: 浸没式生物膜反应器(MBBR): 介绍其核心技术——在反应器中悬浮大量填充介质,为微生物提供丰富的附着生长空间,形成高效的生物膜。详细解析MBBR在脱氮过程中的优势,如占地面积小、对冲击负荷耐受性强、出水水质稳定等。探讨不同类型填充介质的性能比较及其选择依据。 单元化生物膜技术: 介绍如生物转盘(RBC)、生物滤池(BF)等,分析其工作原理、优势和局限,以及在小型化、分散式污水处理中的应用前景。 厌氧氨氧化(Anammox)工艺的深化研究: Anammox菌的培养与富集: 探讨不同培养基组分、接种污泥来源、运行参数对Anammox菌富集效率的影响。 Anammox工艺的集成应用: 研究Anammox工艺与其他处理单元(如预缺氧池、好氧池)的组合,以适应不同水质和处理目标。 Anammox工艺在特定废水处理中的应用: 例如,在污泥消化产沼气废水、垃圾渗滤液等高氨氮废水处理中的应用案例分析。 生物除磷技术的革新与发展: 强化聚磷菌(PAOs)活性的策略: 碳源优化与供应: 深入探讨不同类型有机碳源(如乙酸、丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸)对PAOs吸磷能力的影响,以及如何通过预处理或外加碳源来优化碳氮比和提供充足的电子供体。 生物反应器设计与运行: 分析交替好氧-缺氧(A/A/O)工艺、多级缺氧-好氧工艺等对PAOs行为的影响,以及如何通过精确控制缺氧和好氧的周期与时间来最大化除磷效果。 非丝状菌的协同作用: 探讨如硝化细菌等在除磷过程中可能存在的协同或竞争关系,以及如何构建优势菌群。 非聚磷菌(NPAOs)的发现与应用: 介绍如硝酸盐还原菌(DNR)在缺氧条件下,利用硝酸盐作为电子受体,以有机物或聚磷酸盐中的磷为电子供体,实现除磷的机理。分析NPAOs在处理低有机物或高硝酸盐废水中的潜力。 生物可降解聚合物(PHAs)在除磷中的作用: 探讨PAOs在摄磷过程中积累PHAs的特性,以及如何通过控制反应条件来影响PHAs的积累,并进一步优化除磷效果。 第二部分:生物脱氮除磷技术的集成应用与创新实践 本部分将聚焦于如何将先进的生物脱氮除磷技术进行有机整合,构建出高效、经济、环境友好的水处理系统,并分享其在不同场景下的成功应用案例。 新型集成工艺的构建与优化: Anammox-MBBR耦合工艺: 详细分析该工艺的优势,即利用Anammox高效去除氨氮,同时利用MBBR的生物膜优势去除剩余氨氮和硝氮,并结合PAOs进行除磷。探讨其在处理大流量、高浓度废水的优越性。 A/A/O-Anammox组合工艺: 研究如何将经典的A/A/O工艺与Anammox工艺相结合,通过对各个单元的精确调控,实现对氮和磷的协同高效去除。 厌氧氨氧化耦合除磷工艺: 探讨在Anammox反应器中集成除磷功能,或将Anammox反应器与除磷反应器进行串联或并联,以实现同步脱氮除磷。 生物膜-活性污泥协同工艺: 分析生物膜系统与悬浮污泥系统在脱氮除磷方面的互补性,如何通过优化其比例和耦合方式,提升整体处理效率。 反应器设计与运行策略的创新: 模块化与智能化反应器设计: 探讨如何通过模块化设计,实现工艺的灵活组合和可扩展性,以及利用传感器、在线监测和智能控制系统,实现反应器运行的自动化和优化。 低能耗与低污泥产量的运行策略: 分析如何通过优化水力停留时间、曝气策略、碳源投加方式等,降低系统的能耗和污泥产量,提高经济性。 抗冲击负荷能力提升: 研究针对不同水质变化(如COD、氨氮、pH波动)的生物处理系统的适应性,以及如何通过菌种驯化、工艺调控来增强其抗冲击能力。 生物脱氮除磷技术在不同领域的应用实践: 市政污水处理厂的升级改造: 结合实际案例,分析如何利用新型生物技术对现有市政污水处理厂进行升级改造,以满足更严格的排放标准,或提高处理能力。 工业废水(如印染、食品、化工)的处理: 探讨针对不同工业废水中氮磷污染物的特点,设计和应用适宜的生物脱氮除磷工艺,实现资源化利用。 黑臭水体的生态修复: 研究如何将分散式、就地处理的生物技术应用于黑臭水体的治理,如结合曝气、生态浮岛、人工湿地等,实现水体自净能力的提升。 富营养化水体的源头控制与削减: 探讨生物技术在农业面源污染、生活污水点源污染等环节的应用,从源头减少进入水体的氮磷负荷。 第三部分:未来展望与挑战 本部分将对生物脱氮除磷技术的发展趋势进行展望,并指出当前面临的挑战与未来研究方向。 生物技术在碳中和背景下的角色: 探讨生物脱氮除磷技术如何与碳减排、能源回收等目标相结合,例如通过厌氧消化产生沼气、利用生物质能等。 微生物组学与合成生物学在水处理中的应用: 展望利用宏基因组学、代谢组学等技术深入了解微生物群落结构与功能,以及利用合成生物学技术设计和构建具有特定功能的新型微生物,以提升脱氮除磷效率。 智能化与大数据在水处理中的融合: 探讨如何利用大数据分析、人工智能算法等技术,对生物处理过程进行预测性维护、优化控制,实现更加高效和智能化的水管理。 经济性与可持续性的考量: 分析当前生物技术在成本、污泥处理、资源化利用等方面存在的挑战,并提出实现技术推广和应用可持续发展的路径。 政策法规与标准体系的完善: 探讨相关政策法规和技术标准如何引导和推动生物脱氮除磷技术的创新与应用,以应对日益严峻的水环境挑战。 本书内容深入浅出,理论与实践相结合,既有对基础原理的严谨阐述,也有对前沿技术的详细解读和生动案例的分享。我们期望通过本书的出版,能够启发读者对水体生态修复的更深层思考,推动生物技术在水污染治理领域的创新发展,共同守护我们宝贵的水资源。