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1、AO 生物膜系统性能与应用研究 上海大学硕士学位论文 第 1 页 共 83 页 目录目录 目录目录.1 摘摘 要要.4 ABSTRACT.6 图形目录图形目录.8 表格目录表格目录.10 第一章第一章前言前言11 1.1 国内外小型污水处理工艺和装置现状 11 1.1.1 传统工艺的改进和发展12 1.1.2 小型生活污水处理装置13 1.1.3 工程实践中存在的问题14 1.2 中水回用技术15 1.2.1 现状与发展15 1.2.2 常用的中水回用技术方案16 1.3 生物脱氮机理与工艺18 1.3.1 机理及影响因素18 1.3.2 生物脱氮工艺分类总结20 1.4 课题的目的和主要内容
2、24 第二章第二章反应装置基本性能研究反应装置基本性能研究26 2.1 反应装置26 2.2 填料性能研究 27 2.2.1 物理性能28 2.2.2 水力学性能28 2.2.3 传质性能29 2.2.4 生物膜生长性能29 2.3 曝气装置研究 30 2.4 氧气传递性能研究31 2.4.1氧传递系数的实验测定.31 2.4.2 充氧性能实验34 2.4.3 溶解氧分布实验36 2.5 SS 捕集能力研究.38 2.5.1 原理分析38 2.5.2 实验结果39 2.6 本章小结39 第三章第三章系统生物膜特性研究系统生物膜特性研究41 3.1 生物膜化学性能41 3.2 生物膜厚度41 3
3、.3 生物相42 3.4 生物量分布规律43 AO 生物膜系统性能与应用研究 上海大学硕士学位论文 第 2 页 共 83 页 3.5 本章小结43 第四章第四章含碳有机物去除研究含碳有机物去除研究45 4.1 实验水质和分析方法45 4.1.1 污水水质45 4.1.2 分析方法45 4.2 系统启动过程研究46 4.3 单级工艺处理效果研究 47 4.4 两级工艺处理效果研究 47 4.4.1 基本降解规律48 4.4.2 停留时间的影响49 4.4.3 水力负荷的影响49 4.5 本章小结50 第五章第五章氮去除研究氮去除研究51 5.1 实验水质和分析方法51 5.2 脱氮规律研究 51
4、 5.2.1 基本规律51 5.2.2 不同停留时间下的去除效果52 5.3 脱氮影响因素研究 53 5.3.1 进水水质53 5.3.2 C/N.54 5.3.3 停留时间55 5.3.4 含碳有机物负荷和氨氮负荷56 5.3.5 AO池体积比.57 5.3.6 硝化液回流比58 5.3.7 酸度、碱度、温度和溶解氧59 5.4 好氧池中的总氮去除研究59 5.4.1 总氮去除的实验现象59 5.4.2 机理分析60 5.5 本章小结61 第六章第六章难降解污染物去除研究难降解污染物去除研究63 6.1 实验水质和驯化过程63 6.2 缺氧池降解规律研究63 6.3 有机物去除研究65 6.
5、3.1 废水可生化性的影响65 6.3.2 容积负荷的影响65 6.4 色度去除研究66 6.5 本章小结66 第七章第七章系统动力学模型系统动力学模型67 7.1 基础数学模型67 7.1.1 物料衡算示意图67 7.1.2 各段基本数学模型推导67 AO 生物膜系统性能与应用研究 上海大学硕士学位论文 第 3 页 共 83 页 7.2 含碳有机物降解数学模型71 7.3 氨氮降解数学模型73 7.4 本章小结74 第八章第八章总结总结75 参考文献参考文献.77 致致 谢谢.82 AO 生物膜系统性能与应用研究 上海大学硕士学位论文 第 4 页 共 83 页 摘摘 要要 本论文工作以 AO
6、 生物膜系统为研究对象，在对系统采用的异径筒填料、 中心导流曝气方式和生物膜基本性能研究的基础上，将系统应用于处理模拟市 政生活污水和植物制剂工业废水。 采用理论分析和实验研究相结合的方法，对异径筒填料和中心导流曝气方 式进行了物理、水力学、微生物学等方面的研究，发现：异径筒填料和中心导 流曝气方式的结合，能够保证系统正常运行所需的供氧量和生物膜更新的所需 的水力强度；填料层具有不易堵塞、不需反冲洗等优点，适合于一体化装置的 应用；系统具有良好的氧传递性能和 SS 捕集能力。 采用镜检、重量法等手段对生物膜的厚度、活性、数量分布、种类分布等 进行了实验研究，发现系统中生物相丰富、活性高，具有好
7、氧菌与厌氧菌、异 养菌与自养菌、短泥龄菌与长泥龄菌同时存在的特点。这些都成为系统 COD 和 N 去除的微生物学基础。 在去除模拟市政生活污水的含碳有机物的实验中，进行了采用 AO 单级接 触氧化工艺和 AO 两级接触氧化工艺的对照实验。在出水达到中水回用标准的 前提下，AO 单级接触氧化工艺的最佳 HRT16h，系统容积负荷为 0.40.7 kgCODCr/m3d。采用 AO 两级接触氧化工艺，可将停留时间缩短到 8h，在系统 容积负荷为 2.0 kgCODCr/m3d，高负荷接触氧化池负荷为 3.8 kgCODCr/m3d 的工 况下，COD 去除率达到 85以上，出水 CODCr稳定达到
8、 50 mg/L 以下；同时系 统表现出良好的抗水力负荷冲击的能力，当水力负荷在 2237 m3/m2h 的范围 内，系统 CODCr去除率大于 90，明显优于 AO 单级接触氧化工艺。 在模拟市政生活污水脱氮实验中，采用两级接触氧化工艺在 HRT16h，系 统氨氮容积负荷为 0.08 kg NH3-N /m3d 的条件下，出水氨氮可以达到 10mg/L 以 下的中水回用标准，氨氮去除率接近 60，总氮去除率达到 35。实验得出模 拟市政生活污水脱氮的优化工艺参数为：COD 容积负荷 0.81.2kgCODCr/m3d，氨氮容积负荷 0.060.08kg NH3-N /m3d，C/N6，AO
9、池体积比 1:11:1.5，硝化液回流比 50150，进水 pH6.08.5，水温18， 碱度 450650mg/L。实验结果还表明，在无硝化液回流的情况下，O 池中也实 现了 2535的总氮去除。 在对植物制剂废水处理的实验中发现缺氧段发挥水解酸化作用，对于提高 废水可生化性起着重要作用。系统容积负荷在 0.10.5kgCODCr/m3d 的范围内， 对 CODCr浓度为 2501500mg/L 的模拟植物制剂废水，COD 和色度去除率分别 达到 85以上和 95以上。 AO 生物膜系统性能与应用研究 上海大学硕士学位论文 第 5 页 共 83 页 根据实验数据建立了 AO 生物膜系统降解模
10、拟市政生活污水中含碳有机物 和氨氮的数学模型。对于 A 池和 O 池，根据其不同的流态，分别采用了不同的 动力学模型。 关键词：关键词： 异径筒填料 中心导流曝气方式 含碳有机物去除 脱氮 接触氧化 接触曝气 污水处理 中水回用 小型一体化污水处理装置 AO 生物膜系统性能与应用研究 上海大学硕士学位论文 第 6 页 共 83 页 abstract This paper describes the characteristics of the new type of Yijingtong packing, the central division aeration model and the
11、biofilm in the AO biofilm system and the removal efficiency of the pollutants in the simulated domestic sewage and the vegrtable agent containing industrial wastewater. The purpose of the study is to provide a new kind of small-scale integral wastewater treatment system with high performance and goo
12、d practial application potential. The experimental and analysis results show that the combination of the new type of Yijingtong packing and the central division aeration model results in the good characteristics in physics, kinetics and microbiology . They can meet the need of biological oxidation a
13、nd biofilm refreshing, prevent stuff from clogging and regular backwashing. Also, the uneven distribution of DO in the system makes the removal of nitrogen in aerobic reactor possible. The biofilm characteristics in thickness, activity, quantity and variety indicate that the microbes are multiple sp
14、ecies, including aerobic and anaerobic bacteria, heterotrophic and autotrophic bacteria, long generation and short generation bacteria etc., which make good purifying effects possible. The research on the removal of carbonaceous organic matter in AO biofilm system focus on the contrast experiments o
15、f single-stage and two-stage contact oxidation process. The later shows higher removal efficiency and shorter reaction time of nearly 8 hours. In the treatment of synthetic municipal wastewater with AO two- stage contact oxidation process, CODCr removal rate exceed 85% under the volumetric load of 2
16、.0 kgCODCr/m3d and the hydraulic residence time of 8 hours. The effluent can meet the reuse standard of treated water. Also, AO two-stage oxidation system exhibits stable removal effeciency under broad hydraulic and organic load. As to the nitrogen removal from the synthetic municipal wastewater, AO
17、 two- stage oxidation system works well. Nearly 60% of ammonia nitrogen and 35% of total nitrogen are removed within 16h, which means under 0.08 kg NH3-N /m3d of volumetric load, the effluent ammonia nitrogen is under 10mg/L and can be reused. Also, other process parameters are determined: the optim
18、um volume load is 0.81.2kgCODCr/(m3d), and 0.060.08kgNH3-N/(m3d) , the rate of C/N is greater than 6, the ratio of the volumes of A to O tank is 1:11:1.5, and the back flow rate of AO 生物膜系统性能与应用研究 上海大学硕士学位论文 第 7 页 共 83 页 nitrified effluent is 50150. Under conditions above, when the raw wastewater qu
19、ality meet the following requirement: pH6.08.5, temperature18, alkalinity 450650 mg/L, COD175555 mg/L, NH4-N (TN) 1762 mg/L, the effluence reaches COD16h 的条件下，经系统处理的出水 COD 浓度低于 50mg/L，能够 满足生活杂用水回用标准。系统在容积负荷 0.40.7kgCOD/m3d 范围内，去除 率达到 85以上。 从 COD 出水水质来看，单级接触氧化工艺的效果良好，但是从处理效率的 角度来看，容积负荷较低，停留时间长，在工程实践中
20、会导致反应装置占地大、 基建投资大。分析原因认为：装置采用的填料体积大、孔隙率大、附着生长的 生物量相对较小，因此所能承受的有机负荷相对较小。因此在下一阶段的实验 中，考虑通过采用不同填料的组合来提高系统整体的处理效率。 4.4 两级工艺处理效果研究两级工艺处理效果研究 为了达到提高系统整体运行效率的目的，改单级接触氧化工艺为接触氧化 池（高负荷）接触曝气池（低负荷）串联接触氧化工艺。接触氧化池采用组 AO 生物膜系统性能与应用研究 上海大学硕士学位论文 第 48 页 共 83 页 合填料，接触曝气池仍采用异径筒填料，希望在出水达标的基础上，缩短系统 整体停留时间，提高处理效率。 在这部分的实
21、验中，重点对 AO 两级接触氧化工艺在缩短水力停留时间， 提高系统抗击有机负荷、水力负荷冲击能力方面的性能进行了实验。 4.4.1 基本降解规律基本降解规律 对 AO 两级接触氧化工艺的研究实验在装置 II 中进行。首先对系统去除 COD 的基本规律进行实验。控制进水 COD 浓度 325mg/L，系统停留时间 16h， 两个好氧池中的曝气量都是 120L/h，其他水质条件在基本范围内。各项水质指 标的检测结果如表 4-4 所示。 表表 4-4 各反应阶段水质指标变化情况各反应阶段水质指标变化情况 指标指标原水原水缺氧池出水缺氧池出水接触氧化池出水接触氧化池出水接触曝气池出水接触曝气池出水 C
22、OD(mg/L)325.50158.0060.3042.60 容积负荷容积负荷 (kgCOD/m3d) /1.721.630.42 COD 去除率去除率(%)/51.4056.5030.05 BOD(mg/L)263.0072.008.006.00 BOD 去除率去除率(%)/72.6288.9025.02 B/C0.760.450.130.14 pH6.586.457.257.15 DO(mg/L)1.650.203.355.40 生物膜状态生物膜状态/ 黑色，粒状，量少， 有悬浮片状生物膜 深棕黄色，量大，有 悬浮生物膜，且难以 沉降 填料本色，少量悬浮 生物膜 从操作上严格控制各个阶段的
23、溶解氧浓度，生物膜的颜色和状态反映运行 状态满足缺氧好氧的基本条件。 在停留时间 16h 的条件下，进水 COD325mg/L 的污水最终出水达到 42 mg/L 以下。其中缺氧池在停留时间 5.6h，容积负荷 1.72 kgCOD/m3d 的条件下， 去除率达到 51。其中容积负荷计算中对应的填料体积，在接触曝气池中以异 径筒填料实际堆积体积表示，在接触氧化池中以同一截面位置的组合填料塑料 盘总面积和填料层高度的乘积表示。 在这部分实验中，缺氧池对 COD 的去除率达到了 51.5。分析认为这部分 含碳有机物的去除，主要通过以兼性菌和厌氧菌为主的微生物的水解酸化作用 来实现，同时伴随有一定程
24、度的甲烷化过程。因为缺氧接触氧化池内 SRT(泥龄) 远远长于 HRT(水力停留时间)，进水中 SS 及胶态物质迅速被缺氧池下部厌氧污 泥截留和吸附，在产酸菌的作用下水解成溶解性物质，重新释放到液体中，然 AO 生物膜系统性能与应用研究 上海大学硕士学位论文 第 49 页 共 83 页 后又被上部填料上固着的微生物分解。而仅通过水力停留时间来控制水解酸化 阶段不是很严格的，所以认为缺氧池 内仍发生一定的甲烷化作用。运行过程中 观察到缺氧池时有气泡冒出，也说明了甲烷化过程的存在。从处理效果来看， 缺氧池在不设曝气的条件下，达到了较高的 COD 去除率，这对于降低后续好氧 池的负荷、促进硝化反应进
25、行、节省系统能耗等都是有利的。 好氧池进一步对含碳有机物进行较为完全的去除。其中，采用组合填料的 高负荷接触氧化池中生物量大、容积负荷大，在缩短整体停留时间方面起到了 重要作用，出水可以达到 100mg/L 以下。低负荷接触曝气池的进水浓度已经很 低，采用一般填料的生物膜法去除效果不一定很好。但是采用异径筒填料的系 统所具有的生物特点决定其对于很低浓度的废水也能实现较好的去除，为系统 出水把关，确保出水达到 50 mg/L 以下。 4.4.2 停留时间的影响停留时间的影响 对 AO 两级接触氧化工艺在不同停留时间条件下对 COD 的去除效果进行实 验研究。控制进水 COD 浓度 310350m
26、g/L，系统停留时间 616h，两个好氧 池中的曝气量都是 120L/h，其他水质条件在基本范围内。实验结果见表 4-5。 表表 4-5 两级工艺在不同停留时间条件下的两级工艺在不同停留时间条件下的 COD 效果效果 出水出水CODCOD浓度浓度(mg/L)(mg/L)CODCOD容积负荷容积负荷(kgCOD/m3d)CODCOD去除率（去除率（% %）停留停留 时间时间 (h)(h) 原水原水缺氧池缺氧池 接触氧接触氧 化池化池 接触曝接触曝 气池气池 缺氧池缺氧池 接触氧接触氧 化池化池 接触曝接触曝 气池气池 整体整体缺氧池缺氧池 接触氧接触氧 化池化池 接触曝接触曝 气池气池 整体整体
27、 6.0345.6 196.084.158.24.915.411.482.8443.29 57.14 30.95 83.22 8.0324.5 187.068.544.53.463.870.912.0042.37 63.37 35.77 86.44 10.0334.0 152.472.830.62.852.690.761.6451.38 55.67 58.33 91.02 12.0345.0 149.662.536.82.452.200.551.4253.74 61.15 41.94 89.57 16.0336.5 148.064.924.01.791.530.421.0456.02 56.7
28、6 62.50 92.87 从表 4-5 可以看出，对于模拟市政生活污水的处理，在实现生活杂用水水 质标准（COD16h 的条件下，可以 实现出水 COD16h 时，基本可以达到 85以上，出 水满足氨氮 10mg/L，但也基本能保持在 15mg/L 以下。 AO 生物膜系统性能与应用研究 上海大学硕士学位论文 第 56 页 共 83 页 从图 5-9 看出，总氮的去除变化趋势比较平稳，基本保持在 3560之间。 考虑到总氮的去除主要通过 A 段的反硝化作用完成，可以认为在上述实验范围 内，A 段的停留时间可以满足反硝化作用所需。 对于模拟市政生活污水，在 HRT16h，氨氮容积负荷 0.06
29、0.1 kgNH3- N/m3d 的条件下，氨氮去除率达到 85以上，总氮去除率 35以上。 5.3.4 含碳有机物负荷和氨氮负荷含碳有机物负荷和氨氮负荷 对 5.3.1 中的实验数据进行整理，选择进水 NH3-N 平均浓度为 35.5mg/L 时 的实验数据，COD 浓度在 175、355 和 550 mg/L 三个水平段小范围波动。得出 不同 COD 容积负荷条件下氨氮和总氮的去除效率。实验结果见图 5-10。 0 20 40 60 80 100 0.000.501.001.502.00 COD容积负荷(kgCOD/m3.d) 去除率(%) 总氮去除率氨氮去除率 图图 5-10 不同不同
30、COD 负荷下的氮去除效果负荷下的氮去除效果 0 20 40 60 80 100 0.000.040.080.120.16 氨氮容积负荷(kgNH3-N/m3.d) 去除率(%) 氨氮去除率总氮去除率 图图 5-11 不同氨氮负荷下的氮去除效果不同氨氮负荷下的氮去除效果 从图 5-10 可以看出，氨氮的去除率随着 COD 容积负荷的增大而降低，但 是总氮的去除率随着容积负荷的增大出现峰值。 分析认为，实现氨氮主要去除的硝化作用发生在好氧的 O 段，而有机物的 氧化降解也同样发生在 O 段，一般认为异养氧化细菌优先降解 COD，所以表现 为 COD 浓度越高则硝化作用进行越不完全，氨氮去除率越差
31、。对于总氮的去除， 因为反硝化作用主要发生在 A 段，其效果受 C/N 的影响很大。进水 COD 浓度 越高，则 C/N 越高，越有可能实现高的总氮去除率。然而，当 COD 负荷高到一 定程度的时候会限制硝化反应的进行，硝化反应进行不彻底必然导致总氮去除 率下降。 综合氨氮和总氮去除效果，并结合前一部分的 COD 去除效果和容积负荷的 关系，认为在进水氨氮浓度条件下，COD 容积负荷在 0.81.2kgCOD/m3d 为最 佳值。 控制氨氮浓度在 29.541.2mg/L，COD 浓度维持在 315385 mg/L，改变 系统停留时间 540h。其他工艺条件同 5.3.1。对 5.3.1 中的
32、数据中符合条件的 AO 生物膜系统性能与应用研究 上海大学硕士学位论文 第 57 页 共 83 页 选择应用，其余数据经实验测定。结果见图 5-11。 从图 5-11 可以看出，整体上，氨氮和总氮的去除率都随着氨氮负荷的增加 而降低。氨氮去除率随氨氮负荷降低程度大于总氮。在氨氮负荷6，AO 池体积比 1:11:1.5，硝化 液回流比 50150，适宜进水 pH6.08.5，水温18，碱度 450650mg/L。在这样的优化工艺参数下，氨氮出水可以实现 10mg/L 以 下的生活杂用水回用标准。 3. 在无硝化液回流的条件下，O 池中也实现了 2535的总氮去除。分析 认为，由于曝气方式、填料类
33、型、微生物膜结构特点等原因使得好氧池中 的发生生物同化、同时硝化反硝化以及好氧反硝化作用成为可能。 AO 生物膜系统性能与应用研究 上海大学硕士学位论文 第 63 页 共 83 页 第六章第六章 难降解污染物去除研究难降解污染物去除研究 采用 AO 单级接触氧化工艺处理模拟植物制剂工业废水。主要考察系统对 于难降解污染物的去除效果。 6.1 实验水质和驯化过程实验水质和驯化过程 植物制剂生产主要以植物类中草药为原料，生产过程中产生的废水含有抑 制微生物生长的成分、可生化性差，且普遍色度较高，属于较难降解的一类废 水。 取上海某植物制品公司的产品，包括黄连、生地、麦芽、树皮、大蒜等加 入自来水配
34、制模拟废水。其中黄连的成分中含有大量碱类物质，在结构上属于 多环烃类物质，是抗菌药，能抑制多种顽固细菌的生长；麦芽当中含多种酶类， 以及醌类、酚类甙类物质；大蒜含大蒜辣素以及多种烯丙基、丙基和甲基组成 的硫醚化合物，广泛用作杀虫剂、杀菌剂，对许多革兰阳性以及真菌具有很强 的抑制作用。这些是废水可生化性较差，而且色度较高的原因。 模拟植物制剂废水按照黄连 2040g/100L，大蒜 2040 g/100L，生地 10 g30/100L，麦芽 10 g/100L，树皮 10g/100L 的浓度配制。 表表 6-1 模拟植物制剂废水水质模拟植物制剂废水水质 CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)
35、pH色度（倍）色度（倍）NH4+-N (mg/L) 256156075295572501250未检出 系统驯化采用接种挂膜法。首先采用同 4.2 的方法，用模拟市政生活污水挂 膜。至第五天，COD 去除率达到 78%以上，至此认为污泥已培养成熟。然后在 生活污水中加入模拟废水，并逐步加大比例，约 10 天后，对于模拟水样的 COD 去除率达到 80，色度去除也达到 85以上，认为污泥驯化完成。 6.2 缺氧池降解规律研究缺氧池降解规律研究 从系统启动和运行过程中缺氧池中水质指标的变化情况来分析缺氧池的作 用规律。 系统启动过程中对缺氧池 COD 去除以及 pH 变化情况进行跟踪检测，结果 见图
36、 6-1。 图 6-1 表明：初期缺氧池出水的 COD 浓度比进水高，这是由于：受停留 在缺氧池中的活性污泥的影响；因为缺氧池中的反应控制在水解酸化阶段， 部分可沉淀固体有机物水解转化为低分子有机酸，而污泥中又尚未累积起足够 AO 生物膜系统性能与应用研究 上海大学硕士学位论文 第 64 页 共 83 页 数量的泥龄较长的产甲烷菌，使得大部分有机酸未得到充分降解就随水带出。 但随着运行时间的增加，污泥的复壮和泥龄的增加，缺氧池出水 COD 下降明显。 0 50 100 150 200 250 300 1234567 启动时间(d) COD浓度(mg/L) 5.6 5.8 6 6.2 6.4 6
37、.6 6.8 7 pH 进水COD出水COD 进水pH出水pH 图图 6-1 启动过程缺氧池启动过程缺氧池 COD 和和PH 变化变化 图 6-1 显示，缺氧池出水 pH 低于进水值。认为缺氧池中的反应控制在水解 酸化阶段。首先是大分子物质（如淀粉、纤维素、油脂、蛋白质等） ，水解成易 生化处理的小分子物质；进而发展到酸化和产乙酸阶段，有机物转化为有机酸、 醇等和 CO2、H2、NH3、H2S 等气体分子，导致 pH 下降。 在启动过程中，观察到缺氧池内的填料逐渐变为灰黑色，在启动后期，发 现生物膜结构密实，污泥絮体呈球状，与曝气池中灰褐色的填料差异较大。 系统运行过程中对各项水质指标进行跟踪
38、测试，结果见表 6-2。 基本工况条件：HRT72h，进水 COD 浓度 400mg/L。 表表 6-2 反应阶段缺氧池中各个指标的变化反应阶段缺氧池中各个指标的变化 浓度浓度去除率去除率(%) 指标指标 原水原水缺氧池缺氧池好氧池好氧池缺氧池缺氧池好氧池好氧池 COD(mg/L) 400.4350.671.7 12.479.5 BOD(mg/L) 101.0280.523.6 -28.391.6 B/C 0.250.80.33 / 色度色度(倍倍)2502505098 pH6.816.236.82/ 从表 6-2 可以看出：缺氧池对于 COD 的去除幅度小，但是经过缺氧段的废 水 BOD 明
39、显增加，B/C 提高，可生化性增强，结合 pH 的变化，认为主要发生 水解酸化作用。证明了缺氧段对于提高废水的可生化性能、减轻好氧段负荷、 保证系统处理效果具有重要作用。色度没有明显去除效果。 AO 生物膜系统性能与应用研究 上海大学硕士学位论文 第 65 页 共 83 页 6.3 有机物去除研究有机物去除研究 6.3.1 废水可生化性的影响废水可生化性的影响 取模拟植物制剂废水和模拟市政生活污水（水质见表 4-2） ，按照一定的比 例混合，考察不同废水可生化性能下的系统处理效果。 控制工艺条件：模拟植物制剂废水 COD 浓度为 550600mg/L，停留时间 先定为 24h，改变模拟植物制剂
40、废水和模拟市政生活污水的比例，测定不同进水 条件下的出水水质。结果见表 6-3。 表表 6-3 不同进水配比条件下的去除效果不同进水配比条件下的去除效果 COD 浓度浓度 (mg/L) 容积负荷容积负荷 (kgCOD/m3d) 模拟植物制剂废模拟植物制剂废 水水:模拟市政污水模拟市政污水 停留停留 时间时间 (h)进水进水缺氧缺氧池池好氧好氧池池缺氧池缺氧池好氧池好氧池 24346.7319.440.90.160.18 3：7 24400.6321.682.60.180.18 24454.7365.4107.70.200.20 7：3 24497.43386.91114.080.220.21
41、24602.7485.8191.80.270.27 46573.5418.2114.4 0.150.13 10：0 72598.2398.176.5 0.090.07 从表 6-3 可以看出，随着配水中植物制剂废水比例提高，进水 COD 浓度增 大，可生化性降低，在同样的停留时间条件下，出水水质变差。当进水成为纯 模拟植物制剂废水时，24 小时的停留时间下的出水 COD 近 200 mg/L。所以通 过延长停留时间来提高出水水质。当 HRT 达到 72h 时，出水 COD 浓度 76mg/L。 6.3.2 容积负荷的影响容积负荷的影响 控制停留时间为 72 小时，进水 pH 保持在 67 之间
42、，考察不同进水浓度下 的 COD 去除情况。保持黄连、生地、麦芽、树皮、大蒜等植物制剂的相对比例 不变，通过改变加入自来水的量来调整进水浓度。实验结果见表 6-4。 表表 6-4 COD 容积负荷与混合模拟废水容积负荷与混合模拟废水 COD 去除率的关系去除率的关系 COD 浓度浓度 (mg/L) COD 去除率去除率 (%) COD 容积负荷容积负荷 (kg/m3d) 进水进水A 池池O 池池A 池池O 池池整体整体A 池池O 池池整体整体 256.9229.133.610.885.386.90.160.170.09 400.0350.671.712.479.582.10.240.260.1
43、3 819.8755.255.77.992.693.20.500.560.27 1526.11104.8101.727.689.992.70.920.820.51 AO 生物膜系统性能与应用研究 上海大学硕士学位论文 第 66 页 共 83 页 从实验结果可以看出，对于模拟植物制剂废水在进水浓度 2501500mg/L 的范围内，系统容积负荷为 0.10.5kgCOD/m3d 的条件下，系统的 COD 去除 率稳定保持在 8095%。与 4.3 进行比较可以看出，AO 单级接触氧化工艺处理 模拟植物制剂废水相对于处理模拟市政生活污水而言，所能承受的容积负荷小。 6.4 色度去除研究色度去除研究
44、 植物制剂混合液是由土黄色的黄连、乳白色的麦芽、棕褐色（淡）的生地 及褐棕色的树皮（浓）混合而成，混合液呈褐棕色。这组实验中，控制停留时 间 72h，改变进水 COD 浓度，色度随 COD 浓度增大而增大。测定不同进水色 度下，色度去除率，结果如表 6-5 所示。 表表 6-5 混合模拟废水进水色度与色度去除率的关系混合模拟废水进水色度与色度去除率的关系 进水色度进水色度(倍倍)A 池出水色度池出水色度(倍倍)O 池出水色度池出水色度(倍倍)去除率（）去除率（） 5050590.0 250250498.4 500400499.2 500500399.4 1250750599.6 从表 6-5
45、可以看出，该系统能有效去除模拟植物制剂废水的色度，去除率 可达 95%以上。而缺氧池出水色度较进水基本没有变化，只是颜色变为黄褐色， 经过接触曝气池处理后色度才有明显的去除。这说明缺氧池主要起水解酸化作 用，没有实现对有机物的彻底降解，经过好氧池处理的废水所含有色有机物较 少，基本无色，略带土黄，完全可以达标。 6.5 本章小结本章小结 模拟植物制剂废水较生活污水难降解，AO 单级接触氧化工艺系统对于此类 废水表现出良好的降解性能。在缺氧段主要发生水解酸化作用，对于 COD 和色 度没有明显的去除效果，但是经处理的废水 BOD 提高，废水可生化性提高。系 统容积负荷在 0.10.5kgCOD/
46、m3d 的范围内，对 COD 浓度 2501500mg/L 的 模拟植物制剂废水，都可以实现 85以上的 COD 去除率和 95以上的色度去 除率。 AO 生物膜系统性能与应用研究 上海大学硕士学位论文 第 67 页 共 83 页 第七章第七章 系统动力学模型系统动力学模型 在前一阶段实验的基础上，建立 AO 单级接触氧化工艺处理模拟市政生活 污水的一般性动力学模型。一方面为了便于从理论上分析去除含碳有机物、氨 氮的规律， 另一方面为该工艺的实际设计和工程应用提供理论依据。 7.1 基础数学模型基础数学模型 由于 A 、O 两池的流态不同，适合的动力学基本模型也不同，所以对两段 分别进行建模。
47、在实验数值的基础上得出动力学参数，得到关于两段各自进出 水的关系式。然后结合整体系统的物料衡算关系得到关于整个 AO 系统的进出 水的动力学模型。建立模型的实验数据取自 AO 单级接触氧化工艺小实验柱装 置的实验结果。 7.1.1 物料衡算示意图物料衡算示意图 A池（A) Q,C0 (1+r)Q,CXQ,Ce 硝化液回流 rQ,Ce (1+r)Q,C0 O池（O) 图图 7-1 物料平衡示意图物料平衡示意图 基本符号说明：基本符号说明： Q处理水量(m3/h)； r 硝化液回流比(%)； 原水中某种污染物浓度(mg/L)； 0 C C0A 池进水中某种污染物浓度(mg/L)； CxA 池出水中
48、某种污染物浓度(mg/L)； CeO 池出水中某种污染物浓度(mg/L)。 7.1.2 各段基本数学模型推导各段基本数学模型推导 1. 基本假设基本假设 关于流态的分析：关于流态的分析：在缺氧池中，采用下进上出的进出水方式，装置高径比 6，且没有曝气扰动作用，认为水流在其中基本处于推流状态；好氧池中，异径 筒填料孔隙率大，气液通量大，传质效果好，尽管在小实验装置中采用曝气头 供气，无法形成中心导流曝气方式中的循环流，但仍然存在显著的扰动作用， 因此认为接触氧化池中的流态基本属于完全混合流。 AO 生物膜系统性能与应用研究 上海大学硕士学位论文 第 68 页 共 83 页 关于生化反应级数的分析：关