內容簡介
《A2/O法汙水生物脫氮除磷處理技術與應用》從我國汙水處理現狀和水體富營養問題齣發,提齣加強當前城市汙水處理廠廣泛應用的A2/O同步生物脫氮除磷工藝科學管理和運行優化的必要性和重要性。首先,係統介紹瞭A2/O工藝的特點、影響因素、應用情況以及存在的問題。通過分析生物脫氮除磷新理論和新技術,提齣開發A2/O生物脫氮除磷新技術的思想。其次,詳細介紹瞭A2/O工藝係統性能及其運行優化的研究成果;A2/O工藝的數學模型及其模擬;A2/O工藝汙水處理係統汙泥的培養及調試、運行管理、常見故障處理、過程控製、在綫儀錶、工程設計,並列舉瞭A2/O工藝典型工程實例。最後,還給齣瞭A2/O變形工藝及其工程應用。
全書具有係統全麵、內容新穎、實踐性強的特點,可作為城市汙水處理係統運行管理人員的指導用書,也可作為給水排水工程和環境工程專業的科研、設計人員及大專院校相關專業師生的參考書。
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目錄
前言
第1章 緒論
1.1 我國水環境與城市汙水處理狀況
1.1.1 我國水環境現狀
1.1.2 我國水汙染特徵及其對策
1.1.3 我國城市汙水處理現狀及存在的問題
1.2 水體富營養化問題及其危害
1.2.1 國內外水體富營養化狀況
1.2.2 水體富營養化現象
1.2.3 水中氮磷的來源
1.2.4 水體富營養化的危害
1.2.5 水體富營養化的治理
1.2.6 我國控製氮磷汙染的水環境標準
1.3 A2/O生物脫氮除磷工藝
1.3.1 A2/O工藝的發展
1.3.2 A2/O工藝生物脫氮除磷的原理
1.3.3 A2/O工藝的特點及影響因素
1.3.4 A2/O工藝在國內外的應用現狀
1.4 A2/O工藝存在的問題及其對策
1.4.1 傳統A2/O工藝存在的主要問題
1.4.2 A2/O工藝的改進措施
參考文獻
第2章 生物脫氮除磷的新理論與新技術
2.1 傳統生物脫氮理論
2.1.1 硝化反應
2.1.2 反硝化反應
2.1.3 傳統生物脫氮技術存在的問題
2.2 生物脫氮新理論和新技術
2.2.1 短程硝化反硝化生物脫氮技術
2.2.2 厭氧氨氧化生物脫氮技術
2.2.3 同步硝化反硝化生物脫氮技術
2.3 傳統生物除磷理論及其影響因素
2.3.1 傳統生物除磷的生化反應機理
2.3.2 傳統生物除磷係統的主要影響因素
2.4 反硝化除磷脫氮新理論和新技術
2.4.1 反硝化除磷脫氮理論
2.4.2 反硝化除磷脫氮工藝
2.4.3 反硝化除磷工藝的影響因素
參考文獻
第3章 A2/O工藝係統性能及其運行優化的研究
3.1 A2/O工藝的反硝化除磷性能
3.1.1 試驗方法及方案設計
3.1.2 A2/O工藝的除磷性能
3.1.3 A2/O工藝的脫氮性能
3.1.4 A2/O工藝的COD去除性能
3.2 過量曝氣對A2/O工藝生物脫氮除磷的影響
3.3 進水C/N比和C/P比對A2/O工藝生物脫氮除磷的影響
3.3.1 試驗方案
3.3.2 進水C/N比對氮和磷的去除
3.3.3 進水C/P比對氮和磷去除的影響
3.4 幾種控製變量對A2/O工藝性能的影響
3.4.1 MLSS對A2/O工藝的影響
3.4.2 SRT對A2/O工藝的影響
3.4.3 汙泥迴流比對A2/O工藝的影響
3.4.4 內循環迴流比對A2/O工藝的影響
3.4.5 缺氧區與好氧區容積比對A2/O工藝的影響
3.5 分段進水對A2/O工藝脫氮除磷性能的影響
3.5.1 對氮去除的影響
3.5.2 對磷去除的影響
3.5.3 不同分段進水比時係統沿程方嚮各參數的變化規律
3.5.4 最優分段進水比的適用性
3.6 A2/O工藝生物脫氮除磷性能優化及其運行
3.6.1 西班牙Ciudad Real汙水處理廠營養物去除優化
3.6.2 A2/O工藝脫氮除磷係統的運行研究
3.7 強化A2/O工藝反硝化除磷性能的運行策略
3.7.1 內循環迴流量的控製與優化
3.7.2 厭氧/缺氧/好氧區體積比的優化
3.7.3 分段進水的優化
3.8 A2/O係統內DO、ORP及pH的變化規律
3.8.1 DO、ORP及pH的沿程變化規律
3.8.2 D0、ORP及pH的沿程變化原因
3.8.3 反硝化除磷過程中0RP在綫信息的變化規律
3.9 生物脫氮除磷新理論和新技術在A2/O工藝中的實現
3.9.1 短程硝化反硝化的實現
3.9.2 同步硝化反硝化和反硝化除磷的建立
3.9.3 缺氧硝化現象在A2/O係統中的齣現及其特徵
3.10 A2/O工藝強化反硝化除磷體係中微生物特性分析
3.10.1 聚磷顆粒染色的沿程特徵變化
3.10.2 胞內儲存物PHB染色的沿程特徵變化
3.10.3 微生物電鏡掃描分析的沿程特徵變化
參考文獻
第4章 A2/O工藝的數學模型與模擬
4.1 A2/O工藝反硝化除磷代謝模型
4.1.1 反硝化除磷代謝模型
4.1.2 反硝化除磷動力學
4.1.3 A2/O反硝化除磷工藝動力學模式
4.2 TUD聯閤模型在A2/O工藝的應用
4.2.1 倒置A2/O工藝TUD模型的建立與模擬
4.2.2 采用TuD模型動態模擬倒置A2/O工藝運行工況
4.2.3 采用TuD聯閤模型對倒置A2/O工藝運行診斷與優化
4.3 A2/O工藝控製策略benchmark仿真平颱
4.3.1 平颱的開發
4.3.2 仿真平颱的應用與模擬
參考文獻
第5章 A2/O汙水處理係統的運行、管理、設計與應用
5.1 A2/O汙水處理係統汙泥的培養及調試
5.1.1 汙泥的培養與馴化
5.1.2 係統的運行調試
5.1.3 運行調試實例
5.2 A2/O汙水處理係統的運行管理
5.2.1 A2/O汙水處理廠主要構築物的運行管理
5.2.2 提高A2/O工藝整體處理效果的措施
5.2.3 保定市汙水處理總廠A2/O工藝的運行管理
5.3 A2/O汙水處理工藝常見問題及其對策
5.3.1 汙泥膨脹
5.3.2 汙泥上浮
5.3.3 活性汙泥泡沫
5.4 A2/O汙水處理工藝的過程控製
5.4.1 檢測變量及常用在綫儀錶
5.4.2 A2/O工藝的過程控製原則
5.4.3 A2/O汙水處理工藝的控製過程
5.4.4 A2/O汙水處理係統優化的方法或策略
5.4.5 無锡蘆村A2/O汙水處理廠自動控製係統
5.4.6 應用專傢控製係統提高A2/O工藝的脫氮效率
5.5 A2/O汙水處理工程的設計
5.5.1 工程設計的依據與原則
5.5.2 A2/O工藝設計實例1
5.5.3 A2/O工藝設計實例2
5.6 A2/O汙水處理典型工程實例
5.6.1 青島李村河汙水處理廠
5.6.2 北京清河汙水處理廠
5.6.3 廣州大坦沙汙水處理廠
5.6.4 成都第三汙水處理廠
5.6.5 紀莊子汙水處理廠
參考文獻
第6章 A2/O變形工藝及其工程應用
6.1 倒置A2/O工藝
6.1.1 倒置A2/O工藝的提齣
6.1.2 倒置A2/O工藝脫氮除磷原理與特點
6.1.3 倒置A2/O工藝在實際生産中的應用
6.2 UCT工藝及其工程應用
6.2.1 UCT及其變形工藝
6.2.2 UCT工藝在汙水處理工程中的應用
6.3 迴流汙泥反硝化A2/O工藝及其應用
6.3.1 迴流汙泥反硝化A2/O工藝
6.3.2 某改良型A2/O工藝的除磷脫氮運行效果
6.4 其他A2/O變形工藝
6.4.1 三環式A2/O工藝
6.4.2 PASF工藝
參考文獻
符號說明
前言/序言
近年來,雖然我國汙水處理率不斷提高,但是由氮磷汙染引起的水體富營養問題不僅沒有解決,而且有日益嚴重的趨勢,為瞭防止水體富營養化,在城鎮汙水處理廠汙染物的排放標準中對氮磷的排放提齣瞭更高的要求。因此,對汙水生物脫氮除磷的機理、影響因素及工藝特點等方麵的研究是我國當前汙水處理的一個熱點,與此同時還齣現瞭一些新工藝。另外對於生物脫氮除磷工藝,今後的發展要求不僅僅局限於較高的氮磷去除率,而且也要求處理係統運行穩定、可靠、控製調節靈活、投資和運行費用低。
A2/O工藝由於具有同時脫氮(N)和除磷(P)的功能,相對於其他同步脫氮除磷工藝具有構造簡單、總水力停留時間短、運行費用低、控製復雜性小、不易産生汙泥膨脹等優點,是傳統活性汙泥法汙水處理廠改建為具有脫氮除磷功能的汙水處理廠時最佳的備選工藝,目前A2/O生物脫氮除磷工藝在我國擁有50%以上的市場,是處理城市汙水的主要工藝。
研究發現,生物脫氮除磷比較復雜,涉及硝化、反硝化以及釋磷和吸磷等多個生化反應過程。上述每一個過程的目的不同,對微生物的組成、基質類型及環境條件的要求也各不相同。因此要在A2/O係統中同時完成脫氮和除磷過程,不可避免地産生各過程間的矛盾關係,如碳源、汙泥齡、pH和堿度、硝酸鹽、硝化和反硝化容量、釋磷和吸磷的容量等問題,這些問題使得傳統的AZ/O工藝在實際應用中其齣水達到一級排放標準存在一定的難度和局限。
近年來我們一直在從事生物脫氮除磷方麵的研究,其中包括A2/O工藝,並獲得瞭一些研究成果和實際工程應用經驗。基於A2/O工藝在我國城市汙水處理中的廣泛應用及其存在的問題,我們感覺很有必要齣版一本這方麵的書,和大傢一起交流心得經驗,希望對促進A2/O工藝係統在我國汙水處理事業中發揮更大的作用,也對該工藝係統的不斷改進與完善有一些幫助。
《水體生態修復新視界:生物技術在汙染治理中的前沿探索》 內容簡介 本書旨在為讀者呈現一場關於水體生態修復的深度探索,聚焦於生物技術在解決日益嚴峻的水汙染問題中所扮演的關鍵角色。我們深入剖析各類新型生物處理技術的原理、優勢及其在實際應用中的無限潛力,為水環境治理領域的研究者、工程師以及相關從業者提供一本兼具理論深度與實踐指導價值的權威參考。 第一部分:生物脫氮除磷原理的深層解析 本部分將係統梳理生物脫氮除磷的基本原理,並在此基礎上,著重介紹近年來在這一領域取得突破性進展的新型技術。 傳統生物脫氮除磷的迴顧與挑戰: 硝化-反硝化過程: 詳細闡述好氧硝化菌(如亞硝化單胞菌、硝化杆菌)將氨氮轉化為亞硝酸鹽和硝酸鹽,以及兼性厭氧反硝化菌(如假單胞菌、芽孢杆菌)利用有機物或內源性底物作為電子供體,將硝酸鹽還原為氮氣的全過程。分析影響硝化和反硝化效率的關鍵因素,如溶解氧、pH、溫度、碳氮比、停留時間等。 厭氧/缺氧-好氧(A/O)工藝: 介紹其基本流程,即在厭氧/缺氧段,聚磷菌(PAOs)在無氧條件下吸收有機物並釋放磷酸鹽,在好氧段則大量攝取磷酸鹽以積纍聚磷酸鹽。探討聚磷菌的生理特性、競爭優勢以及影響其除磷效果的因素,如揮發性脂肪酸(VFAs)的供應、缺氧時間、好氧時間等。 傳統工藝的局限性: 討論傳統A/O工藝在處理低碳氮比廢水、低溫廢水、富營養化早期治理等方麵的不足,以及其對汙泥産量的影響和能耗問題。 新興生物脫氮技術的前沿探索: 短程硝化-反硝化(SNAD)技術: 深入解析亞硝化過程(AMX)和反硝化過程(DNX)的耦閤,重點介紹亞硝化細菌(AOB)和厭氧氨氧化菌(Anammox)在短程硝化-反硝化中的協同作用。闡述Anammox菌的獨特代謝途徑(將亞硝酸鹽與氨直接轉化為氮氣),以及其在節能減排、提高氮去除效率方麵的巨大潛力。詳細探討實現SNAD的關鍵技術,如抑製硝化過程的特定誘導策略、反應器類型選擇(如上流式厭氧汙泥床UASB、流化床反應器等)以及操作條件優化。 基於生物膜的脫氮技術: 浸沒式生物膜反應器(MBBR): 介紹其核心技術——在反應器中懸浮大量填充介質,為微生物提供豐富的附著生長空間,形成高效的生物膜。詳細解析MBBR在脫氮過程中的優勢,如占地麵積小、對衝擊負荷耐受性強、齣水水質穩定等。探討不同類型填充介質的性能比較及其選擇依據。 單元化生物膜技術: 介紹如生物轉盤(RBC)、生物濾池(BF)等,分析其工作原理、優勢和局限,以及在小型化、分散式汙水處理中的應用前景。 厭氧氨氧化(Anammox)工藝的深化研究: Anammox菌的培養與富集: 探討不同培養基組分、接種汙泥來源、運行參數對Anammox菌富集效率的影響。 Anammox工藝的集成應用: 研究Anammox工藝與其他處理單元(如預缺氧池、好氧池)的組閤,以適應不同水質和處理目標。 Anammox工藝在特定廢水處理中的應用: 例如,在汙泥消化産沼氣廢水、垃圾滲濾液等高氨氮廢水處理中的應用案例分析。 生物除磷技術的革新與發展: 強化聚磷菌(PAOs)活性的策略: 碳源優化與供應: 深入探討不同類型有機碳源(如乙酸、丙酸、丁酸等揮發性脂肪酸)對PAOs吸磷能力的影響,以及如何通過預處理或外加碳源來優化碳氮比和提供充足的電子供體。 生物反應器設計與運行: 分析交替好氧-缺氧(A/A/O)工藝、多級缺氧-好氧工藝等對PAOs行為的影響,以及如何通過精確控製缺氧和好氧的周期與時間來最大化除磷效果。 非絲狀菌的協同作用: 探討如硝化細菌等在除磷過程中可能存在的協同或競爭關係,以及如何構建優勢菌群。 非聚磷菌(NPAOs)的發現與應用: 介紹如硝酸鹽還原菌(DNR)在缺氧條件下,利用硝酸鹽作為電子受體,以有機物或聚磷酸鹽中的磷為電子供體,實現除磷的機理。分析NPAOs在處理低有機物或高硝酸鹽廢水中的潛力。 生物可降解聚閤物(PHAs)在除磷中的作用: 探討PAOs在攝磷過程中積纍PHAs的特性,以及如何通過控製反應條件來影響PHAs的積纍,並進一步優化除磷效果。 第二部分:生物脫氮除磷技術的集成應用與創新實踐 本部分將聚焦於如何將先進的生物脫氮除磷技術進行有機整閤,構建齣高效、經濟、環境友好的水處理係統,並分享其在不同場景下的成功應用案例。 新型集成工藝的構建與優化: Anammox-MBBR耦閤工藝: 詳細分析該工藝的優勢,即利用Anammox高效去除氨氮,同時利用MBBR的生物膜優勢去除剩餘氨氮和硝氮,並結閤PAOs進行除磷。探討其在處理大流量、高濃度廢水的優越性。 A/A/O-Anammox組閤工藝: 研究如何將經典的A/A/O工藝與Anammox工藝相結閤,通過對各個單元的精確調控,實現對氮和磷的協同高效去除。 厭氧氨氧化耦閤除磷工藝: 探討在Anammox反應器中集成除磷功能,或將Anammox反應器與除磷反應器進行串聯或並聯,以實現同步脫氮除磷。 生物膜-活性汙泥協同工藝: 分析生物膜係統與懸浮汙泥係統在脫氮除磷方麵的互補性,如何通過優化其比例和耦閤方式,提升整體處理效率。 反應器設計與運行策略的創新: 模塊化與智能化反應器設計: 探討如何通過模塊化設計,實現工藝的靈活組閤和可擴展性,以及利用傳感器、在綫監測和智能控製係統,實現反應器運行的自動化和優化。 低能耗與低汙泥産量的運行策略: 分析如何通過優化水力停留時間、曝氣策略、碳源投加方式等,降低係統的能耗和汙泥産量,提高經濟性。 抗衝擊負荷能力提升: 研究針對不同水質變化(如COD、氨氮、pH波動)的生物處理係統的適應性,以及如何通過菌種馴化、工藝調控來增強其抗衝擊能力。 生物脫氮除磷技術在不同領域的應用實踐: 市政汙水處理廠的升級改造: 結閤實際案例,分析如何利用新型生物技術對現有市政汙水處理廠進行升級改造,以滿足更嚴格的排放標準,或提高處理能力。 工業廢水(如印染、食品、化工)的處理: 探討針對不同工業廢水中氮磷汙染物的特點,設計和應用適宜的生物脫氮除磷工藝,實現資源化利用。 黑臭水體的生態修復: 研究如何將分散式、就地處理的生物技術應用於黑臭水體的治理,如結閤曝氣、生態浮島、人工濕地等,實現水體自淨能力的提升。 富營養化水體的源頭控製與削減: 探討生物技術在農業麵源汙染、生活汙水點源汙染等環節的應用,從源頭減少進入水體的氮磷負荷。 第三部分:未來展望與挑戰 本部分將對生物脫氮除磷技術的發展趨勢進行展望,並指齣當前麵臨的挑戰與未來研究方嚮。 生物技術在碳中和背景下的角色: 探討生物脫氮除磷技術如何與碳減排、能源迴收等目標相結閤,例如通過厭氧消化産生沼氣、利用生物質能等。 微生物組學與閤成生物學在水處理中的應用: 展望利用宏基因組學、代謝組學等技術深入瞭解微生物群落結構與功能,以及利用閤成生物學技術設計和構建具有特定功能的新型微生物,以提升脫氮除磷效率。 智能化與大數據在水處理中的融閤: 探討如何利用大數據分析、人工智能算法等技術,對生物處理過程進行預測性維護、優化控製,實現更加高效和智能化的水管理。 經濟性與可持續性的考量: 分析當前生物技術在成本、汙泥處理、資源化利用等方麵存在的挑戰,並提齣實現技術推廣和應用可持續發展的路徑。 政策法規與標準體係的完善: 探討相關政策法規和技術標準如何引導和推動生物脫氮除磷技術的創新與應用,以應對日益嚴峻的水環境挑戰。 本書內容深入淺齣,理論與實踐相結閤,既有對基礎原理的嚴謹闡述,也有對前沿技術的詳細解讀和生動案例的分享。我們期望通過本書的齣版,能夠啓發讀者對水體生態修復的更深層思考,推動生物技術在水汙染治理領域的創新發展,共同守護我們寶貴的水資源。