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华中科技大学硕士学位论文住宅小区污水A/O/N脱氮工艺研究姓名：杨高华申请学位级别：硕士专业：市政工程指导教师：章北平20060501华中科技大学硕士学位论文I摘要本文的主要研究内容为住宅小区污水处理的A/O/N脱氮工艺研究，研究目的是结合生物脱氮反应器的设计，提高现有工艺的脱氮能力，为住宅小区中水处理工艺系统的进一步完善提供理论依据与技术支持。试验中所采用的A/O/N工艺是在传统A/O工艺的基础上提出的一种适合高氮废水处理的高效脱氮工艺。它通过功能分区将传统A/O工艺的好氧区分为碳氧化区与硝化区，为碳氧化异养菌和自养硝化菌分别创造适宜的生存环境，使之都能够充分的发挥各自的功效。具体内容包括：（1）分析了小区生活污水的水质特征，提出在小区取消设置化粪池的建议，然后通过相同能耗下的A/O与A/O/N工艺对比试验研究，初步确定了A/O/N工艺在脱氮处理上的优势；（2）结合小区污水的水质特点和传统A/O工艺特征，设计了A/O/N工艺的正交试验，利用自制的试验装置得出A/O/N工艺处理住宅小区生活污水的最佳工艺参数为：A段HRT＝1.5h；O段HRT1=1.0h；N段HRT2=3.0h；污泥浓度MLSS=6000mg/L；混合液回流比R=300%；（3）在最佳工况条件下进行了A/O与A/O/N工艺的对比试验，再次验证了A/O/N工艺的脱氮效果，并进行了A/O/N工艺的脱氮机理研究，指出硝化区的同步硝化反硝化反应是A/O/N工艺脱氮的重要途径。通过冲击负荷试验证实了A/O/N工艺耐冲击负荷能力；（4）提出了A/O/N反应器设计的技术构想，指出了值得进一步研究的方向。本文的研究结果表明：A/O/N工艺相对于传统A/O工艺在相同能耗条件下脱氮效率更高，对进水氮含量偏高的住宅小区生活污水处理与中水回用系统有较高的适用性。关键词：住宅小区生活污水生物脱氮A/O/N工艺反应器设计华中科技大学硕士学位论文IIAbstractTheresearchcontentinthisdissertationwasthenitrogenremovalofA/O/Nprocessfordomesticwastewatertreatmentinresidentialcommunities.Conbinedthedesignofthebiologicalnitrogenremovalreactor,theaimofthestudywastoimprovethecapabilitiyofnitrogenremovaloftheprocessesinexistenceandtoprovidetheoreticgistandtechnicalsupportsfortheperfectionofthewaterreuseprocessinresidentialcommunities.TheA/O/NprocessintheexperimentwasbroughtoutonthegroundofconventionalA/Oprocess,whichwasaneffectivenitrogenremovalprocesssuitingforthewastewaterwithnitrogenofhighconcentration.ThroughdividingtheaerobicareaofconventionalA/Oprocessintotwoparts:carbonoxidationareaandnitrificationarearespectively,itcreatedoptimumbiochemicalenvironmentforspecificgrowthofcarbonaceousheterotrophsbacteriasandnitrifiers,whichcouldmakethemexerttheirremovaleffectsfully.Theidiographiccontentlistasfollows:(1)Thestudyanalysedthecharacteristicofthesewageinresidentialcommunities,andsuggestedthattheseptictankshouldbeforbiddeninresidentialcommunities.ThenthroughaparallelexperimentbetweentheA/OandA/O/Nprocessundertheconditionofsameenergyconsumption,theadvantageofA/O/Nprocessinnitrogenremovalwasconfirmed.(2)CombinedthecharacteristicsofthesewageinresidentialcommunitiesandthecharacteristicsofA/Oprocess,anorthogonaltestwasdesignedandwiththetestingequipmentdesignedbyourselves,theoptimumconditionsforA/O/Nprocesstotreatdomesticsewageweredeterminedasfollows:HRT(A)=1.5h;HRT(O)=1.0h;HRT(N)=3.0h;MLSS=6000mg/L;R(themixedliquorratio)=300%.(3)ThroughthecontrastiveexperimentbetweentheA/OandA/O/Nprocesswiththebestprocessparameters,theadvantageofA/O/Nprocesswasconfirmedagain,andbystudyingthemechanismofremovingnitrogen,thesimultaneousnitrificationandde-nitrificationinnitrificationareawaspointedoutasanimportantfactorinnitrogenremoval.ThroughtheimpulsiveloadexperimentitconfirmedthecapabilityofA/O/Nprocesswhichputupwiththeimpulsiveloads.华中科技大学硕士学位论文III(4)TheassumptionsofA/O/Nreactorwerebroughtoutandthefieldsworthofresearchingwerepointedout.TheresultsofthestudydemonstratedthatcomparedwithA/Oprocess,theA/O/Nprocesswasmoreefficientinnitrogenremovalundertheconditionofthesameenergyconsumption,itwasmoresuitableforwastewaterwithnitrogenofhighconcentrationorwaterreuseinresidentialcommunities.Keywords：DomesticwastewaterinresidentialcommunitiesbiologicalnitrogenremovalA/O/Nprocessreactordesign华中科技大学硕士学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文11绪论1.1课题来源及研究背景本研究课题来源于武汉市科技攻关项目——生活小区中水回用成套技术设备与工程示范（20046004069-05）。在我国，中水回用是水污染防治和水资源合理利用的重要途径，它不仅可以缓解城市供水紧张状况，而且可以减轻集中式排水和污水处理设施的负担。全面开展中水回用是促进社会经济可持续发展的重要环节，对缓解水危机有非常深远的战略意义[1-3]。根据中水原水的不同来源及处理规模，中水系统可分为城市（镇）中水处理系统，小区中水处理系统，建筑中水处理系统和工业企业废水再生系统等几种不同类型[4-5]。住宅小区生活污水的再生利用是中水回用的一个重要组成部分。近年来，随着国家经济的飞速发展，城区范围不断向周边地区扩张，部分位于城郊的新建住宅小区的排水管网未统一纳入市政管网的管辖范畴，小区污水直接排入附近水体，对周围环境造成严重污染。因此，对城郊住宅小区的污水进行就地处理与回用有着积极的意义：一方面能缓解城镇供水的不足，减少水污染，减轻城市排水负担，另一方面还能够给住户和房地产物业管理部门带来一定的经济效益。总之，住宅小区的中水处理与回用对城市水环境的可持续发展起着非常重要的作用。小区生活污水不同于包括部分工业废水的城市污水，其水质水量特征为：水质、水量时变化系数较大；污染物中的有机成分含量通常比城市污水低，但氮含量偏高；污水可生化性好。通常情况下，小区生活污水被视为含有氮、磷等营养元素的低浓度有机废水。近年来，随着无磷洗涤剂的慢慢普及，小区生活污水中磷的含量逐渐降低，磷污染已不是处理的重点。相比之下，随着人民生活水平的不断提高，居民饮食结构中蛋白质成分所占比重的不断加大，氮的含量却在逐渐升高，氮的处理已成为水处理的一大难点。传统的生活污水处理工艺主要针对于有机物的去除，对氮的去除能力有限，因此当污水再生和反复利用多次并最终排放至水体后，过高的氮素累积量将对水环境系统的生态平衡造成严重破坏，导致湖泊水体的富营养化，污染地表和地下饮用水水源，进而给人类健康带来威胁。因此对小区中水进行深度脱华中科技大学硕士学位论文2氮具有很大的现实意义。常规污水脱氮工艺主要包括物理化学法和生物法工艺。对于小区生活污水而言，由于水量较小，采用物化工艺处理设备投资昂贵、运行费用较高，此外还会造成小区内的空气污染，因此在住宅小区污水脱氮处理中一般倾向于采用高效节能的生物脱氮技术。常用的小区污水生物脱氮工艺主要有A/O工艺等，尽管能在小区污水处理中发挥一定的作用，但仍存在如下一些问题：如脱氮能力较低，系统能耗较高，操作管理复杂，冬季运行效果较差等等。如果处理系统进水的氮含量偏高，采用常规的A/O工艺处理后，出水中虽然氨氮含量可能达标，但其中有大量硝态氮存在，排入水体或进入回用系统之后，氮的积累仍然存在，会对水体环境和人类健康带来极大的危害。因此，开发适于小区污水处理尤其是脱氮处理的高效低耗工艺和设备具有极大的现实意义，对项目投资和系统运行管理部门来讲均具有较高的实用价值。同时，小区生活污水脱氮和中水处理与回用工艺的进一步完善也将对推广节水技术，普及中水工程，建设节水型城市和促进社会、经济的可持续发展起到积极的推动作用[6-7]。1.2国内外生活污水生物脱氮工艺研究进展1.2.1生活污水中的氮源及其危害[8]生活污水中的氮主要是由厨房洗涤、厕所冲洗、淋浴、洗衣等带入，其主要存在形式为有机氮和氨氮。通常新鲜生活污水中有机氮如尿素等约占60％，无机氮中氨氯约占40％，并有