氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器處理生活污水的試驗(yàn)研究-畢業(yè)論文

氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器處理生活污水的試驗(yàn)研究——畢業(yè)論文碩士研究生學(xué)位論文新疆大學(xué)論文題目(中文)：氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器處理生活污水的試驗(yàn)研究論文題目(外文)：ExperimentalStudyonDomesticSewageTreatmentbyanInternal-loopAir-liftBioreactor研究生姓名：學(xué)科、專業(yè)：環(huán)境科學(xué)研究方向：環(huán)境管理導(dǎo)師姓名職稱：論文答辯日期：2010年5月學(xué)位授予日期：年月日摘要?dú)馓崾絻?nèi)循環(huán)反應(yīng)器是以傳統(tǒng)生物流化床為基礎(chǔ)的一種新型好氧生物處理工藝，該反應(yīng)器吸取了化工操作中的流態(tài)紊動(dòng)技術(shù)，具有污泥負(fù)荷高，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面小等特點(diǎn)。本文對(duì)氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的工作原理進(jìn)行了闡述，總結(jié)了氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其在污水處理行業(yè)中的應(yīng)用。試驗(yàn)采用氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器處理生活污水，利用正交實(shí)驗(yàn)確定反應(yīng)器的最優(yōu)參數(shù)，研究了反應(yīng)器對(duì)COD、NH4+-N、SS、TN、TP等主要污染物的去除效果，并對(duì)反應(yīng)器的抗沖擊負(fù)荷能力以及活性污泥特性進(jìn)行了研究。試驗(yàn)研究結(jié)果表明：1、通過正交實(shí)驗(yàn)得出氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器最佳運(yùn)行參數(shù)為HRT10h，QL0.55m3/h，SRT5d，該工況下氣提反應(yīng)器出水COD、NH4+-N和SS的去除率分別為90.17%、91.45%和91.85%2、試驗(yàn)過程中，COD進(jìn)水濃度最小值為229.71mg/L，最大值為595.69mg/L，平均濃度值為375.71mg/L。氣提反應(yīng)器COD去除率維持在64.24-94.43%，平均去除率為81.24%。COD出水濃度穩(wěn)定，保持在33.16-96.17mg/L之間，平均出水濃度為63.24mg/L。污泥負(fù)荷平均為1.05kgCOD/（kgMLSS·d），高于一般好氧生物處理工藝。3、氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器對(duì)SS的去除率維持在87.72-93.35%之間，平均去除率為89.87%。由正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，影響氣提反應(yīng)器出水SS濃度的主次順序?yàn)镾RT＞QL＞HRT，即泥齡是主要影響因素，其次是曝氣量，影響最小的是水力停留時(shí)間。4、氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的脫氮除磷能力高于一般生物處理工藝。反應(yīng)器TN、TP進(jìn)水幅度分別為58.03-73.54mg/L與5.34-19.19mg/L，平均TN去除率達(dá)55.61%，高于一般生物處理工藝的20%-40%，平均TP去除率為57.72%，高于一般生物處理工藝的15%-20%。5、試驗(yàn)通過人為添加蔗糖的方法考察氣提反應(yīng)器抗水質(zhì)沖擊負(fù)荷能力，結(jié)果表明，在氣提反應(yīng)器COD平均進(jìn)水濃度為707.56mg/L的情況下，出水COD濃度保持在77.28-128.65mg/L，平均出水濃度為93.92mg/L，COD去除率保持在84.95-89.66%，平均去除率為86.11%?？梢?，即使進(jìn)水COD濃度出現(xiàn)較大幅度的增加，氣提反應(yīng)器對(duì)COD依然保持著較高的去除率。6、氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器SV與SVI平均值分別為15%、93，試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，SV曲線與SVI曲線有相似的變化趨勢(shì)，隨著時(shí)間的推移愈加明顯，表明氣提反應(yīng)器活性污泥的穩(wěn)定也得到加強(qiáng)。關(guān)鍵詞：氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器；生活污水；正交實(shí)驗(yàn)；污泥特性AbstractInternal-loopair-liftbioreactorisanewaerobicbiotreatmentreactorbasedontraditionalbio-fluidizedbed,whichabsorbeddisorderlyfluidizationfromchemicalmanipulationwiththecharacterofhighsludgeload,stronganti-shockloadingcapabilityandcompactstructure.Thispapersummarizedtheoperationalprincipleoftheinternal-loopair-liftbioreactoranditsprogressathomeandabroad.Experimentappliedinternal-loopair-liftbioreactortreatingdomesticsewage,andtheresultsrevealedtheoptimalconditionbytheorthogonalmethod.WealsoanalyzedtheremovalefficienciesofCOD、NH4+-N、SS、TNandTPandstudiedtheanti-shockloadingcapabilityandsludgecharacteristicsoftheinternal-loopair-liftbioreactor.Theresultsofexperimentshowedthat:1.Theorthogonalexperimentalresultsrevealedtheoptimalconditions:theHRTwas10h,theQLwas0.55m3/handtheSRTwas5d.TheresultofexperimentunderthoseconditionsshowsthattheaverageremovalrateofCOD,NH4+-NandSSwere90.17%,91.45%and91.85%respectivelywhichisqualifiedonthesecondclassbyDischargestandardofpollutantsformunicipalwastewatertreatmentplant(GB18918-2002).2.ThemaximumandminimuminfluentconcentrationofCODwere229.71mg/Land595.69mg/Lwiththeaverageof375.71mg/L.TheCODremovalratewasbetween64.24%and94.43%withtheaverageof81.24%andtheCODeffluentconcentrationwasbetween33.16mg/Land96.17mg/Lwiththeaverageof63.24mg/L.Resultsshowedthattheinternal-loopair-liftbioreactorhastheaveragesludgeloadof1.05kgCOD/(kgMLSS·d),whichishigherthanthetraditionalbiotreatmentreactor.3.TheSSremovalratewasbetween87.72%and93.35%withtheaverageof89.87%.ItrevealedbyorthogonalexperimentalresultsthatthesequenceoftheeffectoftheparameterstoSSremovalratewasSRT>QL>HRT,thatistosaytheSRTwasthedominantparameter,QLwassecondaryandHRTaffectedleast.4.Theinternal-loopair-liftbioreactorhadhighercapabilityofnitrogenandphosphorusremovalthanthetraditionalbiotreatmentbioreactor.TheTNinfluentconcentrationwasbetween58.03mg/Land73.54mg/Lwiththeaverageremovalrateof55.61%whichwashigherthanthetraditionalbiotreatmentbioreactor(20%-40%).TheTPinfluentconcentrationwasbetween5.34mg/Land19.19mg/Lwiththeaverageremovalrateof57.72%whichwasalsohigherthanthetraditionalbiotreatmentbioreactor(15%-20%).5.Anti-shockloadingcapabilitywasstudiedbyaddingsucrose,andtheresultrevealedthattheCODeffluentconcentrationwasbetween77.28mg/Land128.65mg/LwhiletheaverageCODinfluentconcentrationwas707.56mg/L,andtheCODremovalratewasbetween84.85%and89.66%withtheaverageof86.11%.Theresultalsoshowedthattheinternal-loopair-liftbioreactorremainedhighCODremovalrateinspiteoftheincreaseoftheCODinfluentconcentration.6.TheaverageofSVandSVIwere15%and93respectively.TheexperimentalresultrevealedthattheSVcurveandtheSVIcurvehadthesimilartrend,andwiththetimegoing,thisphenomenonwasmoreobviouswhichindicatedthatthestabilityofactivatedsludgewasenhanced.Keywords：internal-loopair-liftbioreactor;domesticsewage;orthogonalexperiment;sludgecharacteristics目錄摘要 IAbstract III第一章緒論 11.1研究背景 1我國(guó)水資源及其利用現(xiàn)狀 1我國(guó)水污染狀況 3污水好氧生物處理新技術(shù) 51.2課題研究的目的 91.3課題來源及研究?jī)?nèi)容 9第二章氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器污水處理技術(shù)與理論 112.1氣提反應(yīng)器的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 112.2氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器污水處理原理 142.3氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器特性 14載體比表面積大 15容積負(fù)荷與污泥負(fù)荷高 15耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng) 16結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小 16第三章試驗(yàn)材料與方法 173.1試驗(yàn)裝置與工藝流程 17試驗(yàn)裝置 17工藝流程 183.2試驗(yàn)材料 18載體 18試驗(yàn)菌種及污水來源 20試驗(yàn)設(shè)備與儀器 203.3檢測(cè)項(xiàng)目與分析方法 203.4試驗(yàn)過程設(shè)計(jì) 21最佳參數(shù)的選擇 22抗沖擊負(fù)荷試驗(yàn) 22活性污泥特性研究 22第四章試驗(yàn)運(yùn)行過程與數(shù)據(jù)分析 234.1氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的啟動(dòng)與掛膜 234.2正交實(shí)驗(yàn)因素及水平的選定 244.3最佳運(yùn)行參數(shù)的選擇 284.4氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器對(duì)COD的去除效果 314.5氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器對(duì)SS的去除效果 324.6氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的脫氮除磷性能研究 33氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的脫氮性能 33氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的除磷性能 374.7氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器抗沖擊負(fù)荷分析 40抗水力沖擊負(fù)荷 40抗水質(zhì)沖擊負(fù)荷 41氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的二次啟動(dòng) 43第五章氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器活性污泥特性分析 455.1活性污泥的外觀結(jié)構(gòu)和微生物種群的多樣性分析 455.2活性污泥的MLSS、SV及SVI 505.3活性污泥比耗氧呼吸速率SOUR 53第六章結(jié)論與建議 566.1結(jié)論 566.2建議 57參考文獻(xiàn) 59攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 63致謝 64學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 65學(xué)位論文知識(shí)產(chǎn)權(quán)權(quán)屬聲明 65第一章緒論1.1研究背景我國(guó)水資源及其利用現(xiàn)狀水是地球上分布最廣的物質(zhì)，是人類最寶貴的自然資源，是地球上一切生命賴以生存不可缺少的基本物質(zhì)，也是人類生產(chǎn)和生活以及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。從廣義水資源言，全球水資源總量約為13.86×108km3，分別以固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)形式分布在地球表面和大氣圈、巖石圈和生物圈中，覆蓋地球表面積70%以上。其中，約97.5%的水是海水，南極和北極冰封層占水量約不足2%，但都是淡水，全球淡水量約0.35×108km3，僅占全球水量的2.5%，而地表水的一半存在于深度高于800m的地下蓄水層，存在于江河與湖泊的淡水和淺層地表水大約為300×104km3僅占地球總水量的0.2%[1我國(guó)是世界上13個(gè)貧水國(guó)之一，我國(guó)淡水人均資源只有2350m3/a，為世界人均量的1/4，居世界第88位。我國(guó)不僅水資源短缺，且時(shí)空分布不均，開發(fā)利用的難度大。長(zhǎng)江以北，中國(guó)2/5的人口中，人均淡水資源只有700m我國(guó)617個(gè)城市中，有300個(gè)城市缺水，50多個(gè)城市嚴(yán)重缺水，有180個(gè)城市平均日缺水1200×104m3。有些城市嚴(yán)重缺水，不僅工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水得不到保證，連居民生活用水也不得不采取限時(shí)、限量的供應(yīng)。水資源的短缺已嚴(yán)重制約了我國(guó)某些城市的工業(yè)發(fā)展，制約了我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。例如大連市每年因缺水而減少的工業(yè)產(chǎn)值在10億元以上。我國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值因缺水每年減少1200億元[據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)目前水資源缺口為400×108m3，僅四川一個(gè)省就缺水81×108m3。據(jù)預(yù)測(cè)到2030年我國(guó)總?cè)丝趯⑦_(dá)到16億，屆時(shí)居民需水量將增加到1340×108m3，工業(yè)用水將增加6650×10我國(guó)本來就十分短缺的淡水資源，又面臨著非常嚴(yán)重的浪費(fèi)現(xiàn)象。在2000年我國(guó)的年取水量就達(dá)6000×108目前我國(guó)農(nóng)業(yè)用水的利用率僅40%-50%，不少地區(qū)的種植業(yè)采用大水漫灌，用水定額高達(dá)10555m3/（hm2·a），水的浪費(fèi)驚人。例如，西北地區(qū)缺水用水定額高達(dá)16500m3/（hm2·a），最高甚至達(dá)32500m3/（hm2·a）；東北地區(qū)達(dá)12000m3/（hm2·a），而采用噴灌技術(shù)，耗水量只有3000-3150m3/（hm2·a），滴灌耗水量?jī)H為2042m3/（hm2·a）[4]。我國(guó)農(nóng)業(yè)用水量十分可觀，約占全國(guó)總用水量的73%，由于大多采用漫灌的方式，致使水電損失率達(dá)60%左右。我國(guó)城市用水量也很大，居民家庭用水無節(jié)制，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)平均每人每天用水量達(dá)100-400L。我國(guó)工業(yè)用水，重復(fù)利用率低，僅20-40%，單位產(chǎn)品用水定額高于發(fā)達(dá)國(guó)家的10倍以上。先進(jìn)國(guó)家的工業(yè)水重復(fù)利用率為70-80%，甚至到達(dá)90%。我國(guó)的海水資源的利用率也很低，只有85水是人類賴以生存的基本資源，必須得到有效的保護(hù)。我國(guó)政府目前已十分重視提高水利用率的問題，為此制定了《新水法》并從2002年10月1日開始執(zhí)行?！缎滤ā访鞔_規(guī)定，對(duì)用水實(shí)行有償使用和超定額累進(jìn)加價(jià)的制度，以前直接從江河湖泊取水的用水單位享受到是“免費(fèi)午餐”，今后這種現(xiàn)象將不復(fù)存在。按照《新水法》規(guī)定，直接從江河湖泊或者地下取用水資源的單位和個(gè)人，應(yīng)按規(guī)定向水行政主管部門或者流域管理機(jī)構(gòu)申請(qǐng)領(lǐng)用取水許可證，并繳納水資源費(fèi)?！缎滤ā返膶?shí)施為我國(guó)建立合理的用水機(jī)制創(chuàng)造了條件。今后，國(guó)家將根據(jù)“取之于水，用之于水”的原則，從水資源費(fèi)、超計(jì)劃加價(jià)水費(fèi)等收費(fèi)中提取一定比例的資金，用于工業(yè)節(jié)水關(guān)鍵技術(shù)的推廣和技術(shù)改造等。為了緩解我國(guó)北方地區(qū)嚴(yán)重缺水情況，國(guó)家已經(jīng)投資了5000億人民幣實(shí)施“南水北調(diào)”的水利工程。其中東線工程投資的650億人民幣中，有260億人民幣是用于污水處理工程?？梢娢覈?guó)政府部門不僅關(guān)注缺水問題，而且對(duì)污水的治理和再利用也十分重視。我國(guó)水污染狀況我國(guó)長(zhǎng)期以來的低用水率，不僅浪費(fèi)了大量有限的水資源，同時(shí)也造成了有限水資源的嚴(yán)重污染，使我國(guó)優(yōu)質(zhì)水資源日趨短缺和銳減，嚴(yán)重影響了人民生活的質(zhì)量和身體健康。我國(guó)的七大水系長(zhǎng)江、黃河、珠江、淮河、松花江、海河、遼河，其中遼河的污染最為嚴(yán)重，由于遼河沿岸重工業(yè)城市多，加上水資源的短缺，遼河的污染還在加重。長(zhǎng)江的流域面積達(dá)108×104km3，年徑流量為1×1012t，但每年沿岸向它排放的污水多達(dá)200×108t，長(zhǎng)江的干流形成了長(zhǎng)達(dá)800km的污染帶，排放的污水還在以2%-3%的速度逐年增快。據(jù)測(cè)定，長(zhǎng)江的污染物有酚類和氰化物1800×104t，重金屬（砷、汞、鉻、鎘、鉛）1630×104t，石油類污染物近萬噸?；春?，每年排入的污水達(dá)21×10調(diào)查表明，全國(guó)七大水系和110個(gè)重點(diǎn)河段，其水源符合地面水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)一類和二類標(biāo)準(zhǔn)的僅占32%，三類的占29%，四類和五類的占39%，全國(guó)有近1.7億人的飲用水受到不同程度的污染。經(jīng)對(duì)全國(guó)532條河流的檢測(cè)表明，其中432條河流受到污染，污染率占82%。對(duì)全國(guó)37個(gè)主要湖泊檢測(cè)的結(jié)果表明，每天排入的污水量為600×104我國(guó)的海域污染也很嚴(yán)重。渤海、黃海、東海、南海四大海域主要受到無機(jī)氮、磷酸鹽、高錳酸鹽和石油類產(chǎn)品的污染，而且無機(jī)氮、磷的指數(shù)還在呈逐年增加的趨勢(shì)。我國(guó)僅沿海工廠和城市直接排入海中的污水每年就高達(dá)86×108t，其中主要的有害物質(zhì)就高達(dá)146×104t。海洋幾乎成了人們的大垃圾場(chǎng)。如渤海，每年向渤海排入的各種廢水達(dá)28×108t，1995年污染超標(biāo)面積就已達(dá)4.3×104總的來說，目前我國(guó)的水體污染中氮、磷已逐年上升為主要污染物?，F(xiàn)有1/3的水不適宜魚類等水生物的生存。據(jù)統(tǒng)計(jì)1997年我國(guó)的廢水總量就達(dá)416×108t，工業(yè)廢水就達(dá)227×108t，工業(yè)廢水的處理率為18.9%，達(dá)標(biāo)率為54.4%。我國(guó)的生活廢水的處理率只有20%，也就是說全國(guó)約有1/3的工業(yè)廢水和4/5的生活污水未經(jīng)處理就直接排入了江、河、湖和海，從而使水環(huán)境遭受到了嚴(yán)重的污染，致使許多地方守著江河沒水喝，致使一些海域成為無生物的海洋荒漠。改革開放以來，我國(guó)鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，其污水不僅分散且污水濃度高，處理效率低，其污水量約占全國(guó)廢水排放量的8.5%，而達(dá)標(biāo)率僅為14.8%。一定程度上加劇了水體的污染。我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉污水中有70%-80%的污水未達(dá)到農(nóng)業(yè)灌溉水質(zhì)的要求就直接進(jìn)行灌溉，這也是我國(guó)水體污染帶一大要素。嚴(yán)重的水污染不僅造成了我國(guó)相當(dāng)可觀的直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重制約了我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，而且危害了環(huán)境的生態(tài)平衡，造成對(duì)人民生活健康的威脅，甚至是對(duì)人民基本生活、生存條件的破壞。我們只有一個(gè)地球，地球的資源和環(huán)境遭破壞以后，往往沒有十幾年、幾十年，甚至上百年的時(shí)間是很難恢復(fù)的，有的甚至是永遠(yuǎn)也無法恢復(fù)的。因此我們?cè)诎l(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)也應(yīng)該保護(hù)我們賴以生存的水資源。針對(duì)我國(guó)水資源短缺和水污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀，我國(guó)政府已制定了新的“污水排放收費(fèi)新法規(guī)”，并已于2003年7月1日起正式執(zhí)行?！拔鬯欧攀召M(fèi)新法規(guī)”的執(zhí)行，一些污水嚴(yán)重超標(biāo)排放的企業(yè)將受到制約。任何一個(gè)企業(yè)如果想犧牲環(huán)境和資源作為代價(jià)來換取自身經(jīng)濟(jì)上的暫時(shí)發(fā)展，都將會(huì)受到嚴(yán)厲的懲罰；未來企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)重要一點(diǎn)就在于是否破壞環(huán)境。從企業(yè)自身的存在和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)來看，任何企業(yè)對(duì)環(huán)境問題的疏忽大意必將給企業(yè)的經(jīng)營(yíng)和發(fā)展甚至生存帶來致命打擊。污水好氧生物處理新技術(shù)廢水生物處理是利用自然界中廣泛存在的大量依靠有機(jī)物生活的微生物氧化降解廢水中污染物的方法。根據(jù)參與廢水處理中微生物代謝的類型，廢水的生物處理技術(shù)可分為好氧生物處理和厭氧生物處理兩大類[5]。其中，在好氧生物處理工藝中，需要提供足夠的空氣以滿足好氧微生物有足夠的氧來完成有機(jī)物的降解和硝化任務(wù)，而厭氧生物處理過程中，因參與有機(jī)物降解的微生物進(jìn)行無氧呼吸而應(yīng)嚴(yán)格控制污水中氧的含量。由于好氧生物處理效率高、適應(yīng)廣，因而成為一種主導(dǎo)的污水生物處理技術(shù)，廣泛的應(yīng)用于多種有機(jī)廢水的處理。廢水的好氧生物處理，根據(jù)微生物在廢水中所處的狀態(tài)或存在的形式，又可分為懸浮生長(zhǎng)型和附著生長(zhǎng)型兩大類。其中活性污泥法是典型的懸浮生長(zhǎng)型，而生物膜法則是目前典型的附著生長(zhǎng)型。目前，隨著污水生物處理技術(shù)的不斷發(fā)展和對(duì)污水處理要求的日益提高，在對(duì)傳統(tǒng)好氧生物處理工藝不斷開展研究的基礎(chǔ)上，環(huán)保工作者提出了多種具有不同功能和滿足特定處理要求的新型好氧生物處理技術(shù)。.1氧化溝氧化溝（Oxidationditch）又名氧化渠，因其構(gòu)筑物呈封閉的溝渠形而得名，實(shí)際上它是活性污泥法的一種變型。世界上第一座氧化溝污水處理廠于1954年在荷蘭Voorshoper市建成，是服務(wù)人口僅360人的小規(guī)模的間歇運(yùn)行的氧化溝，曝氣、沉淀和污泥的穩(wěn)定過程都在一個(gè)構(gòu)筑物內(nèi)完成。自上世紀(jì)60年代以來，特別是近20年來，氧化溝技術(shù)不斷發(fā)展與改進(jìn)，從最初小規(guī)模間歇運(yùn)行發(fā)展到目前可大規(guī)模，連續(xù)運(yùn)行并有更高處理能力的不同類型的氧化溝。氧化溝在污水處理方面應(yīng)用越來越廣泛的一個(gè)重要原因是氧化技術(shù)和設(shè)備都有了突破性的進(jìn)展。這主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：一是概念方面的突破，突破了氧化溝是屬于延時(shí)活性污泥法的概念；二是對(duì)氧化溝水力學(xué)和構(gòu)筑物的研究有了重大進(jìn)展；三是研究開發(fā)了各類氧化溝的全套設(shè)備，保證了各類氧化溝的高校運(yùn)行。目前在普通氧化溝工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了多種類型氧化溝新工藝，如奧貝爾（Orbal）型氧化溝、卡魯塞爾（Carrousel）式氧化溝，交替工作型氧化溝、一體化氧化溝等。.2AB兩段活性污泥法AB法系吸附生物降解法（AdsorptionBio-degradation）的簡(jiǎn)稱，是聯(lián)邦德國(guó)亞琛大學(xué)B.Bohnke教授于20世紀(jì)70年代開發(fā)的一種兩段活性污泥新工藝。AB兩段活性污泥法是將活性污泥系統(tǒng)分為兩個(gè)階段，即A段和B段。它的工作原理充分利用了微生物的特性，為其創(chuàng)造適宜的環(huán)境，使不同的生物種群都得到良好增殖，通過生化作用來處理污水。污水進(jìn)入污水處理廠，經(jīng)格柵和沉砂池去除污水中粗大漂浮物和砂子，然后進(jìn)入A段曝氣池。污水經(jīng)A段曝氣池后的中間沉淀池泥水分離后，再進(jìn)入B段曝氣池。污水經(jīng)過B段曝氣池進(jìn)入二沉池，固液分離后排出，二沉池沉淀物你部分回流至B段曝氣池，剩余污泥排至污泥處理系統(tǒng)。與傳統(tǒng)活性污泥法相比，AB法的主要特點(diǎn)是一般不設(shè)初沉池，處理效率高，出水水質(zhì)好，A段污泥負(fù)荷高，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。AB法的弱點(diǎn)是產(chǎn)泥量較高，給污泥處置和出路增加了難度。.3序批式活性污泥法序批式活性污泥法（SequencingBatchActivatedSludgeProcess）是活性污泥法的一種。在序批式反應(yīng)器（SequencingBatchReactor，簡(jiǎn)稱SBR）中完成進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、潷水和閑置等工序。與其他活性污泥法相比，SBR法處理構(gòu)筑物少，處理工藝流程大大簡(jiǎn)化。SBR法是活性污泥法的先驅(qū)。早在1916年Arden和Lockett首次提出的活性污泥法的操作方式就是間歇式的，當(dāng)時(shí)稱為充水-排水處理法。但由于受到當(dāng)時(shí)的自動(dòng)控制技術(shù)水平和監(jiān)測(cè)水平的限制，這種間歇式操作方式只適用小規(guī)模的污水處理，使其未能得到發(fā)展和應(yīng)用。近年來，隨著監(jiān)控與測(cè)試技術(shù)的飛速發(fā)展，大量新設(shè)備被研制出來，如電動(dòng)閥、氣動(dòng)閥、電磁閥、水位計(jì)、泥位計(jì)、自動(dòng)計(jì)時(shí)器，特別是計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，使監(jiān)控手段更趨于自動(dòng)化，由此也給序批式活性污泥法帶來了新的活力。20世紀(jì)70年代初，美國(guó)的Natredame大學(xué)Irvine教授對(duì)SBR進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。繼Irvine之后，澳大利亞、日本等國(guó)也都進(jìn)行了研究，隨著SBR工藝在工程中的應(yīng)用，其技術(shù)也得到長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展，目前已在普通SBR工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)展出多種SBR變形的新工藝，如CAST、CASS、DAT-IAT、UNITANK等。.4好氧生物流化床依靠流體的流動(dòng)作用使固體顆粒懸浮在流體中隨流體一起流動(dòng)的過程稱為流態(tài)化。流態(tài)化技術(shù)開發(fā)于20世紀(jì)30年代，隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，流態(tài)化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于冶金和化工的多種過程，并取得了良好的效果。在20世紀(jì)80年代，污水生物處理領(lǐng)域?qū)⑦@一技術(shù)引入，并使其成為污水好氧生物處理中的一種工藝。好氧生物流化床以砂粒、活性炭、焦炭等一類較小的惰性顆粒為載體，污水和空氣以一定的流速?gòu)南孪蛏狭鲃?dòng)，使載體處于流花狀態(tài)。當(dāng)污水通過附著生長(zhǎng)有生物膜的載體時(shí)，污水中的基質(zhì)在同均勻分散的生物膜相接觸而得到降解去除。生物流化床內(nèi)附著有生物膜的載體能夠均勻分布在床內(nèi)，同上升水流接觸條件良好，兼具活性污泥法，具有接觸所形成的高效率和生物膜發(fā)能承受負(fù)荷沖擊的雙重優(yōu)點(diǎn)。在流態(tài)化運(yùn)行過程中，附著生長(zhǎng)在載體上的微生物能夠充分混合，強(qiáng)化了微生物、污水、氧氣間的三相傳質(zhì)過程，加上氣、液、固定剪切作用，加速了生物膜的更新代謝，控制了生物膜的厚度，提高了微生物的活性，因此好氧生物流化床具有良好的處理效果。.5曝氣生物濾池曝氣生物濾池（BiologicalAeratedFilter簡(jiǎn)稱BAF）是20世紀(jì)80年代末90年代初在普通生物濾池的基礎(chǔ)上，借鑒給水濾池工藝而開發(fā)出的污水處理新工藝，最初用于污水的三級(jí)處理，后發(fā)展為直接用于二級(jí)處理。自80年代在歐洲建成第一座曝氣生物濾池污水處理廠后，曝氣生物濾池已在歐美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家廣為流行，目前全世界已有數(shù)百座大大小小的污水處理廠采用了這種技術(shù)。盡管曝氣生物濾池的類型以及運(yùn)行方式多種多樣，各有特點(diǎn)，但其基本原理都是以過濾為主體的賞花處理工藝，通常由配水系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)、填料、出水、反沖洗水收集系統(tǒng)以及自控系統(tǒng)等組成。曝氣生物濾池實(shí)質(zhì)是一種生物膜法，在曝氣池中填充生物填料，利用填料表面附著生長(zhǎng)的生物膜來降解水中的污染物。由于所選填料的自身特點(diǎn)，填料表面很容易附著生物膜。生物膜表面生長(zhǎng)著眾多種屬和數(shù)量的微生物，既有好氧菌，也有兼氧菌和厭氧菌，所以曝氣生物濾池對(duì)污水中的各種有機(jī)物都有一個(gè)很好的去除作用，同時(shí)對(duì)氨氮也有很高的去除效果。同步生物脫氮除磷效能較低一直是曝氣生物濾池的缺點(diǎn)之一，因此在這方面取得突破是今后研究的重要方向。1.2課題研究的目的國(guó)內(nèi)現(xiàn)行生活污水處理工藝主要為活性污泥法，而傳統(tǒng)活性污泥法的缺陷日益暴露出來：(1)耐水質(zhì)、水量沖擊負(fù)荷能力差，運(yùn)行不夠穩(wěn)定；(2)易產(chǎn)生污泥膨脹；(3)污泥產(chǎn)量大；(4)基建和運(yùn)行費(fèi)用高，占地面積大等。為適應(yīng)污水處理發(fā)展的要求，國(guó)內(nèi)外學(xué)者不斷地改進(jìn)傳統(tǒng)活性污泥法，開發(fā)了許多新型污水處理工藝。氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器就是在好氧生物流化床的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新型污水處理工藝，其設(shè)計(jì)旨在改進(jìn)傳統(tǒng)活性污泥的不足。本課題采用氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器處理生活污水，豐富了國(guó)內(nèi)氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的研究，課題研究的目的在于：1、保證生活污水處理效果的同時(shí)更有效的提高氣提反應(yīng)器的三相分離效果，強(qiáng)化出水SS達(dá)標(biāo)排放；2、通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)自行設(shè)計(jì)的氣提反應(yīng)器的各種運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證及優(yōu)化，以確定最佳工況條件，為工程設(shè)計(jì)提供參考數(shù)據(jù)；3、研究氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的除磷脫氮效果。1.3課題來源及研究?jī)?nèi)容本課題由新疆維吾爾自治區(qū)重點(diǎn)試驗(yàn)室綠洲生態(tài)試驗(yàn)室開放課題《螺旋流氣提反應(yīng)器設(shè)計(jì)》（040079）以及新疆大學(xué)“國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性試驗(yàn)計(jì)劃”項(xiàng)目《螺旋流三相分離器強(qiáng)化氣提反應(yīng)器效能試驗(yàn)研究》（081075508）資助。課題研究的主要內(nèi)容包括：1、氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器機(jī)理研究；2、氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的控制因素研究(HRT、污泥齡、DO、有機(jī)負(fù)荷、填料體積、曝氣量等)；3、氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的生物脫氮除磷機(jī)理研究；4、氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的活性污泥相、載體微生物相研究。

第二章氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器污水處理技術(shù)與理論2.1氣提反應(yīng)器的發(fā)展及研究現(xiàn)狀氣提反應(yīng)器應(yīng)用于污水處理的研究已有20多年的歷史[6]，它是將傳統(tǒng)活性污泥法與生物膜法相結(jié)合并引入化工流態(tài)技術(shù)的一種污水生物處理裝置。而氣提反應(yīng)器是由好氧生物流化床發(fā)展而來的一種新型污水處理工藝，依據(jù)反應(yīng)器內(nèi)流體循環(huán)的方式不同可將其分為氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器和氣提式外循環(huán)反應(yīng)器，如圖所示。其中氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器因升流區(qū)和降流區(qū)組合在一起而結(jié)構(gòu)更緊湊，占地面積更小，因此，氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器越來越引起人們的廣泛興趣。圖2-1氣提反應(yīng)器類型Fig2-1typesofail-liftbioreactor氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器以好氧生物流化床為基礎(chǔ)，吸取了化工操作中的流態(tài)紊動(dòng)技術(shù)，成為了一種新型好氧生物處理反應(yīng)器，它與傳統(tǒng)好氧生物流化床不同之處在于反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)部分被分成了升流區(qū)和降流區(qū)，當(dāng)在升流區(qū)進(jìn)行曝氣充氧時(shí)，由于升流區(qū)和降流區(qū)的密度差，使得廢水、載體及氣泡在升流區(qū)和降流區(qū)之間循環(huán)流動(dòng)，整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)載體受到的剪切與摩擦力基本均勻一致，因此不會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)好氧生物流化床內(nèi)因生物膜增厚、載體變輕而在床內(nèi)分層的現(xiàn)象，同時(shí)由于床內(nèi)水力摩擦、剪切較為劇烈，故過厚的生物膜會(huì)自行脫落，從而達(dá)到控制膜厚的目的。氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器在國(guó)外已廣泛應(yīng)用于生化過程(發(fā)酵、酶反應(yīng))、化學(xué)工業(yè)、環(huán)境工程、冶金及煤的液化和加工等領(lǐng)域。國(guó)外科技工作者較為注重氣提反應(yīng)器的機(jī)理研究，運(yùn)用各種數(shù)學(xué)模型來解釋氣提反應(yīng)器的氣液固三相傳質(zhì)特性以及反應(yīng)器的流體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。L.Tijhuis和B.Hijman[7]運(yùn)用層次建模方法來研究氣提反應(yīng)器升流區(qū)和降流區(qū)氣液界面的傳質(zhì)特性，模型考慮到氣固兩相在反應(yīng)器內(nèi)垂直擴(kuò)散作用，相關(guān)參數(shù)采用的是平均速度和有效擴(kuò)散；A.Laszuk[8]研究出一種適用于氣提反應(yīng)器的擴(kuò)散模型，用以解釋反應(yīng)器氣液及液固兩相之間的傳質(zhì)特性，該模型還可以用于解釋氣相中的活性物質(zhì)（氧氣）分別在氣相和液相中的擴(kuò)散作用。具體到環(huán)境工程領(lǐng)域，斯洛伐克的M.Jurascik和M.Hucik等[9]在容積為40L的氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器中進(jìn)行試驗(yàn)，用以研究反應(yīng)器中的存在的微生物對(duì)整個(gè)反應(yīng)器的循環(huán)速率及氣含率的影響，對(duì)于氣液兩相，作者分別采用了氣體模型和液體模型，并將該試驗(yàn)數(shù)據(jù)和氣液兩相的氣提反應(yīng)器數(shù)據(jù)做比較，研究表明：在特定的試驗(yàn)條件下，氣提反應(yīng)器中微生物的存在對(duì)整個(gè)反應(yīng)器的循環(huán)速率可以忽略不計(jì)，但是，提高微生物濃度將導(dǎo)致反應(yīng)器的氣含率下降；韓國(guó)的Jeong-SookKim等[10]在氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器中添加了特定菌種糞產(chǎn)堿菌，用來強(qiáng)化反應(yīng)器的生物脫氮效率，研究表明，相比傳統(tǒng)的活性污泥法，氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器具有更高生物脫氮能力，同時(shí)還能有效抑制溫室氣體N2O的排放；美國(guó)俄亥俄大學(xué)的FengwuBai和DarinRidgway等[11]研究了氣提反應(yīng)器氧氣的傳遞，研究表明，當(dāng)液體粘度從1.38×10-3PaS增加到3.43×10-3PaS時(shí)，相應(yīng)的氧傳遞系數(shù)將下降20%；日本的ToshiakiKimura和NobuhikoYoshikawa等[12]在氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器中添加光催化劑二氧化鈦，研究在不同的紫外強(qiáng)度下反應(yīng)器對(duì)非離子型表面活性劑SanonicSS-90的去除效果，結(jié)果表明，SanonicSS-90的去除效果只與光催化劑的表面積大小和照射的紫外強(qiáng)度有關(guān)，而與SanonicSS-90的初始濃度無關(guān)；西班牙的LorenaCarvallo等[13]通過測(cè)定氣提反應(yīng)器的耗氧速率OUR來研究反應(yīng)器的硝化過程，結(jié)果表明，反應(yīng)器的最大氨氧化速率為0.079gNH4+gVSS-d-,氨氮的抑制濃度為3300mg/L，最大硝化速率為0.082gNO2-gVSS-d-。在國(guó)內(nèi)，氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的應(yīng)用研究日益廣泛，已從冷模試驗(yàn)擴(kuò)展到實(shí)際反應(yīng)物系的研究，物料性質(zhì)(如液體粘度、固體顆粒的性質(zhì)等)對(duì)氣提式反應(yīng)器性能的影響及反應(yīng)器設(shè)計(jì)放大已顯得日益重要。劉建飛[14]分別運(yùn)用容積為50L的氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器處理青霉素厭氧出水和啤酒廢水的厭氧出水，研究表明，用氣提反應(yīng)器處理青霉素厭氧出水時(shí)容積負(fù)荷可達(dá)5.0kgCOD/（m3·d），COD去除率為80.1%，處理啤酒廢水厭氧出水時(shí)的容積負(fù)荷為6.7kgCOD/（m3·d），COD去除率為88.7%；欒金義[15]通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，HRT、DO為影響好氧生物流化床處理污水的顯著因子；叢威等[16]在容積為6L的氣提反應(yīng)器中進(jìn)行固定化酶載體顆粒對(duì)反應(yīng)器混合時(shí)間與循環(huán)時(shí)間的影響研究，發(fā)現(xiàn)液體混合時(shí)間與循環(huán)時(shí)間隨通氣量的增加而減少，顆粒粒度與固含量對(duì)循環(huán)時(shí)間影響較小，對(duì)混合時(shí)間影響較大，高通氣量時(shí)，固含量幾乎不影響循環(huán)時(shí)間。在反應(yīng)器尺寸方面，劉永強(qiáng)等[17]研究了高徑比對(duì)外環(huán)流氣升式反應(yīng)器性能的影響，結(jié)果類似于文獻(xiàn)，也存在一個(gè)最佳的高徑比12.5。較多研究結(jié)果表明氣升式環(huán)流反應(yīng)器的最佳高徑比在10-14左右。在反應(yīng)器氣體分布器方面，劉永強(qiáng)等比較了2mm、4mm單孔噴嘴與1mm十孔分布器對(duì)氣含率與傳質(zhì)的影響，認(rèn)為從液體體積傳質(zhì)系數(shù)來看，多孔分布器優(yōu)于單孔噴嘴。在氣提反應(yīng)器填料方面，四川大學(xué)的方佩珍等[18]以及北京科技大學(xué)的王慧麗等[19]分別采用低密度多孔顆粒載體和磁鐵礦樹脂復(fù)合材料載體進(jìn)行過研究。國(guó)內(nèi)科研工作者除將氣提反應(yīng)器應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域外，還將其應(yīng)用于冶金、發(fā)酵等工藝。如趙兵等[20]設(shè)計(jì)的氣升式吸附塔在煤金團(tuán)聚(CGA)工藝中的應(yīng)用。經(jīng)過試驗(yàn)室小試、間歇擴(kuò)大試驗(yàn)、連續(xù)流動(dòng)試驗(yàn)表明：氣升式吸附塔完全可用于CGA工藝提金，其放大性能良好，達(dá)到日處理30-50t金礦石；李穩(wěn)宏等[21]將外環(huán)流氣升式反應(yīng)器用于蘇云金桿菌的發(fā)酵，選擇合適的反應(yīng)條件不僅能耗低，操作方便，控溫精度高，且比普通的機(jī)械攪拌發(fā)酵罐發(fā)酵周期縮短9h，發(fā)酵水平提高35%。2.2氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器污水處理原理氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器又稱內(nèi)循環(huán)三相生物流化床是近十年來發(fā)展起來的一種新型好氧流化床反應(yīng)器，反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)分成升流區(qū)和降流區(qū)，由于升降區(qū)的密度差，廢水在升降流區(qū)之間循環(huán)流動(dòng)，反應(yīng)器內(nèi)載體受到的剪切與摩擦力基本均勻一致，不會(huì)出現(xiàn)因生物膜增厚、載體變輕而在床內(nèi)分層的現(xiàn)象，同時(shí)床內(nèi)水力摩擦、剪切較為劇烈，故過厚的生物膜會(huì)自行脫落，從而達(dá)到控制膜厚的目的。迄今為止，國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于生化過程(發(fā)酵、酶反應(yīng))、化學(xué)工業(yè)、環(huán)境工程、冶金及煤的液化和加工。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，使這項(xiàng)技術(shù)日趨成熟。本文利用內(nèi)循環(huán)三相生物流化床裝置，對(duì)生活污水進(jìn)行了試驗(yàn)研究，取得了令人滿意的結(jié)果。氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器處理污水的基本原理是：在反應(yīng)器內(nèi)投加生物載體，污水和空氣從底部進(jìn)入中心提升管，在升流區(qū)底部設(shè)有曝氣裝置，通入壓縮空氣，被提升的氣（空氣）、液（污水）、固（生物載體）三相進(jìn)行強(qiáng)烈攪動(dòng)接觸，并上升到頂部，通過下降區(qū)回到底部，含有微小氣泡的污水與載體混合物則流入降流區(qū)，由于水中氣體的外溢其密度變大，升流區(qū)與降流區(qū)混合液的密度差是內(nèi)外筒循環(huán)流化的動(dòng)力。載體處于循環(huán)流化狀態(tài)，大大加快了微生物和廢水之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)化了傳質(zhì)作用，同時(shí)又可有效地控制生物膜的厚度，使其保持較高的生物活性[22-23]。2.3氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器特性氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器在生物、化工、冶金等行業(yè)應(yīng)用較多，但在環(huán)境領(lǐng)域的大型工業(yè)裝置目前采用的還比較少，尚有巨大的開發(fā)潛力。由于氣提反應(yīng)器污水的進(jìn)水方向與壓縮空氣的進(jìn)入方向是一致的，這樣反應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生紊流現(xiàn)象，在降流區(qū)接近于推流式，而升流區(qū)接近于完全混合式，整個(gè)反應(yīng)器可以模擬為一個(gè)推流式和一個(gè)完全混合式的串聯(lián)；反應(yīng)器內(nèi)投加量填料，使得氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器具備了活性污泥法與生物膜法的雙重特點(diǎn)。載體比表面積大由于采用了小粒徑固體或高強(qiáng)度中空材料作為載體并且載體呈流化狀態(tài)，提供了巨大的表面積，因此氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的比表面積比一般生物膜法大得多，幾種生物膜法比表面積見表2-1[24][25]。比表面積大是生物流化床具有高負(fù)荷、高去除率的根本原因。表2-1幾種生物膜法的比表面積Tab.2-1SurfaceAreaofseveralbiofilmmethods處理工藝比表面積（m2/m3）普通生物濾池40-120生物轉(zhuǎn)盤120-180塔式生物濾池80-160接觸氧化130-1600氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器1000-3000容積負(fù)荷與污泥負(fù)荷高氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器具有很高的容積負(fù)荷α和污泥負(fù)荷β值，由表2-2可以看出氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的容積負(fù)荷α值是普通活性污泥法的13倍以上，階段曝氣池的10倍以上，生物濾池的38倍以上[26]，因此在相同進(jìn)水濃度下，采用生物流化床處理污水，可以使反應(yīng)裝置的容積大量減小，從而顯著地降低占地面積及工程投資。表2-2不同處理工藝的α，β值比較Tab.2-2thecompareofαandβindifferentunits工藝名稱α(kgBOD/m3?d)β(kgBOD/kgVSS?d)普通活性污泥法0.264-0.7200.216-0.456階段曝氣法0.360-1.2720.192-0.360生物濾池0.090-0.360--氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器3.635-9.1920.204-4.320耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)氣提反應(yīng)器的降流區(qū)接近于推流式，升流區(qū)接近于完全混合式，整個(gè)反應(yīng)器可以模擬為一個(gè)推流式和一個(gè)完全混合式的串聯(lián)；而反應(yīng)器內(nèi)投加量填料，使得氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器具備了活性污泥法與生物膜法的雙重特點(diǎn)[27]。載體與混合污泥的流化狀態(tài)提高了有機(jī)物和氧氣的傳質(zhì)效果并保持流化床內(nèi)良好的混臺(tái)流態(tài)，使污水一旦進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，就能很快得到混合、稀釋，從而對(duì)負(fù)荷突然變化的影響起到緩沖作用，這是普通活性污泥法和生物膜法所不及之處。結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器升流區(qū)和降流區(qū)之間的密度差，使得廢水、載體及氣泡在升流區(qū)和降流區(qū)之間循環(huán)流動(dòng)，整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)載體受到的剪切與摩擦力基本均勻一致，因此不會(huì)出現(xiàn)生物膜增厚的現(xiàn)象，從而達(dá)到控制膜厚的目的，而無須另外設(shè)置專門的脫膜設(shè)備；另外，氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器無需污泥回流，降低了污水處理的運(yùn)行成本，而立式的一體化設(shè)計(jì)又節(jié)省了因二沉池建設(shè)所需要的基建費(fèi)用和土地資源[28]。

第三章試驗(yàn)材料與方法3.1試驗(yàn)裝置與工藝流程試驗(yàn)裝置氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器為不銹鋼制，反應(yīng)區(qū)有效容積為60L，脫氣沉淀區(qū)有效容積為25L，反應(yīng)器各部位尺寸如圖所示。圖3-1氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖Fig.3-1theschematicdiagramofspiralflowinternal-loopair-liftbioreactor工藝流程氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的工藝流程圖如圖所示。試驗(yàn)用原水經(jīng)恒流泵提升后進(jìn)入反應(yīng)器底部，其流量通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)觀測(cè)；反應(yīng)器的曝氣量由空氣泵提供，空氣流量由氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)觀測(cè)；在升流區(qū)進(jìn)行曝氣充氧時(shí)，空氣，污水，載體在高壓空氣的推動(dòng)下被提升，由于升流區(qū)和降流區(qū)的密度差和高壓氣體的推動(dòng)作用，使得氣、液、固三相在升流區(qū)和降流區(qū)之間循環(huán)流動(dòng)，加快了微生物和污水之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)化了傳質(zhì)作用。升流區(qū)的載體在三相分離器外擋板及導(dǎo)流板的作用下，在降流區(qū)沉淀至反應(yīng)器底部。圖3-2氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器試驗(yàn)裝置圖Fig.3-2theschematicdiagramofexperimentalset-up3.2試驗(yàn)材料載體填料是氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的核心，是微生物得以生長(zhǎng)的載體。因此，對(duì)填料的要求應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：（1）生物膜生成、固著性能良好，有利于微生物的附著生長(zhǎng)；（2）比表面積較大，可以附著較大的生物量；（3）其構(gòu)型應(yīng)利于形成氣相、液相的高湍流程度，以保證氣液相、固液相和氣固相之間的傳質(zhì)，這是提高氣提反應(yīng)器處理效率的重要保證；（4）化學(xué)及生物學(xué)的穩(wěn)定性強(qiáng)，不溶出有毒有害物質(zhì)，無有害成分，不影響生物轉(zhuǎn)化過程；（5）形狀規(guī)范、尺寸均一，布?xì)狻⒉妓鶆?，避免形成堵塞，影響氣、液、固之間的傳質(zhì)過程；（6）重量輕，比重與水接近，不使水中構(gòu)筑物承擔(dān)過大的荷載，具有一定的強(qiáng)度，堅(jiān)固耐用；（7）價(jià)格便宜，供應(yīng)充分，易于購(gòu)買，便于安裝和運(yùn)輸[29]。本試驗(yàn)所用載體為大連生源水處理設(shè)備發(fā)展有限公司生產(chǎn)的BM-2型號(hào)生源生物膜載體，規(guī)格為直徑10mm、高10mm的懸浮填料，該填料為中空?qǐng)A柱體，內(nèi)部有十字撐面，如圖所示，材質(zhì)為再生資源材料，親水性材料和生物酶促進(jìn)劑配方，比表面積為1200m2/m3，密度為(1.05-1.15)×103kg/m3，該填料的生物膜厚度較小（10-300μm），催化活性高，傳質(zhì)、傳氧效率高。圖3-3BM-2填料照片F(xiàn)ig.3-3thepictureoffillerBM-2試驗(yàn)菌種及污水來源試驗(yàn)菌種為烏魯木齊市虹橋污水處理廠A段沉淀池活性污泥；試驗(yàn)用原水取自新疆大學(xué)學(xué)生生活區(qū)16號(hào)公寓樓旁的下水匯水干管，主要匯水區(qū)包括食堂、學(xué)生宿舍樓、試驗(yàn)樓、教師生活區(qū)及其他片區(qū)，水質(zhì)為典型生活污水。表3-1原水水質(zhì)Tab.3-1Scenicwaterquality項(xiàng)目COD(mg/L)NH4+-N(mg/L)TN(mg/L)TP(mg/L)SS(mg/L)數(shù)值229.71-595.6927.21-77.7458.03-73.545.34-19.19193-412試驗(yàn)設(shè)備與儀器試驗(yàn)設(shè)備與儀器如表3-2所示：表3-2試驗(yàn)設(shè)備與儀器一覽表Tab.3-2thelistoftestequipmentandapparatus儀器名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量廠家潛水泵SP-7800Q=3000L/Hr，H=3.5m，P=75W1深圳市興日升實(shí)業(yè)有限公司多通道恒流泵BT100-2Q=2×(0.3-5000)mL/h，壓力≥2.5kg/cm21上海滬西分析儀器廠有限公司電磁式空氣泵ACO-004Q=75L/min，壓力=28KPa，P=58W1廣東日生集團(tuán)有限公司轉(zhuǎn)子流量計(jì)(水)LZB-41.6-16L1上海榮華儀表廠轉(zhuǎn)子流量計(jì)(氣)LZB-10250-2500L1上海榮華儀表廠3.3檢測(cè)項(xiàng)目與分析方法試驗(yàn)部分是本課題的主體，對(duì)氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的控制因素進(jìn)行調(diào)整，通過試驗(yàn)分析并及時(shí)校合，實(shí)時(shí)觀察相應(yīng)階段的污泥相、生物相形態(tài)變化，以便更深入的對(duì)其進(jìn)行研究。本試驗(yàn)的分析項(xiàng)目主要包括COD、NH4+-N、NO2--N、NO3--N、TP、TN、SS、DO、SV、MLSS、SOUR等指標(biāo)，各指標(biāo)的分析方法詳見表3-3。表3-3分析方法匯總表Tab.3-3theanalyticalmethodsformeasurementsintheexperiments序號(hào)項(xiàng)目方法1COD重鉻酸鉀法2NH4+-N納氏試劑分光光度法3NO2--NN-（1-萘基）-乙二胺光度法4NO3--N紫外分光光度法5TN過硫酸鉀消解法6TP過硫酸鉀消解—鉬銻抗分光光度法7SS重量法8SV量筒法9MLSS重量法10SOUR溶解氧電極法11DOHANNA便攜式溶氧儀試驗(yàn)分析項(xiàng)目所需儀器如表3-4所示。表3-4試驗(yàn)分析所需儀器匯總表Tab.3-4thelistoftestanalyseapparatus儀器名稱型號(hào)廠家備注電子天秤AL204MettlerToledo便攜式溶氧儀HI98186HANNA鼓風(fēng)干燥箱DHG-9140A上海一恒科技有限公司手提式壓力蒸汽消毒器GMSX-280北京市永光明醫(yī)療儀器廠雙光束紫外可見光光度計(jì)760CRT上海棱光技術(shù)有限公司配電腦，P4，windows98磁力攪拌器DF101S天津天巴儀器廠3.4試驗(yàn)過程設(shè)計(jì)為了更科學(xué)有效地進(jìn)行試驗(yàn)，有必要做好試驗(yàn)安排，明確試驗(yàn)內(nèi)容。正交實(shí)驗(yàn)部分分為9個(gè)階段，每個(gè)階段歷時(shí)14d，共126d?；钚晕勰嗟娘@微鏡觀察分別在氣提反應(yīng)器的培菌啟動(dòng)階段和穩(wěn)定運(yùn)行階段各進(jìn)行一次。試驗(yàn)過程中的水質(zhì)指標(biāo)COD、NH4+-N、NO2--N、NO3--N、TN、TP等為每?jī)商鞙y(cè)一次，SS、MLSS、SV、SVI以及SOUR為每個(gè)正交實(shí)驗(yàn)階段測(cè)兩次。最佳參數(shù)的選擇試驗(yàn)原水處理目標(biāo)參照2002年12月24日國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布，2003年7月1日正式實(shí)施的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中規(guī)定的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，在這一標(biāo)準(zhǔn)中CODcr的最高允許排放濃度為100mg/L，NH4+-N的最高允許排放濃度為25mg/L，SS的最高允許排放濃度為30mg/L。本試驗(yàn)中，將利用正交實(shí)驗(yàn)方法來確定滿足以上標(biāo)準(zhǔn)的氣提反應(yīng)器處理生活污水的最佳參數(shù)組合?？箾_擊負(fù)荷試驗(yàn)氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的降流區(qū)接近于推流式，升流區(qū)接近于完全混合式，整個(gè)反應(yīng)器可以模擬為一個(gè)推流式和一個(gè)完全混合式的串聯(lián)；而反應(yīng)器內(nèi)投加量填料，使得氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器具備了活性污泥法與生物膜法的雙重特點(diǎn)。載體與混合污泥的流化狀態(tài)提高了有機(jī)物和氧氣的傳質(zhì)效果并保持流化床內(nèi)良好的混臺(tái)流態(tài)，使污水一旦進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，就能很快得到混合、稀釋，因此，氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器具有很好的抗沖擊負(fù)荷能力，為了對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，本試驗(yàn)將對(duì)氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器抗水量、水質(zhì)沖擊負(fù)荷進(jìn)行研究，并探討了反應(yīng)器的二次啟動(dòng)問題?；钚晕勰嗵匦匝芯课鬯锾幚碇械奈勰嘀饕晌⑸飿?gòu)成，而微生物又是污水生物處理的關(guān)鍵，因此有必要對(duì)氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的污泥部分進(jìn)行相關(guān)研究，本文將考察活性污泥的外觀結(jié)構(gòu)和微生物種群的多樣性，并通過監(jiān)測(cè)污泥的SV、MLSS和比耗氧速率SOUR來分析氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的污泥特性。

第四章試驗(yàn)運(yùn)行過程與數(shù)據(jù)分析4.1氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的啟動(dòng)與掛膜所有的新投產(chǎn)污水處理工藝都需要經(jīng)歷一個(gè)微生物的培菌過程，使新投產(chǎn)的污水生化處理系統(tǒng)從無到有，培育適合該污水想適合的菌種。污水生化處理系統(tǒng)的培菌通常分為兩種，即接種培菌和自培菌[30]。（1）接種培菌概要性的講，接種培菌就是將相近的污水處理廠的活性污泥或脫水后的污泥運(yùn)到準(zhǔn)備啟動(dòng)的污水處理現(xiàn)場(chǎng)，在經(jīng)過一系列培菌步驟完成對(duì)整個(gè)污水生化處理系統(tǒng)的啟動(dòng)。接種培菌在新投產(chǎn)的污水生化處理系統(tǒng)中比較常用，主要是因?yàn)榕嗑臅r(shí)較短，有利于整個(gè)污水處理系統(tǒng)的盡快啟動(dòng)。為此，對(duì)能量的消耗就比較少，因?yàn)檫^度的延長(zhǎng)培菌時(shí)間會(huì)消耗掉過多的資源，特別是電能方面。而其缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在軍中的適應(yīng)性方面，因?yàn)榻臃N過來的菌種對(duì)新的污水是不適應(yīng)的，為此培菌過后的一段時(shí)間內(nèi)仍有菌種會(huì)不斷的優(yōu)化。在這種優(yōu)化的過程的，由于形成優(yōu)勢(shì)菌種需要時(shí)間，對(duì)去除率和系統(tǒng)穩(wěn)定性方面存在一定的影響。（2）自培菌自培菌的過程是先讓待處理污水進(jìn)入生化處理系統(tǒng)，同時(shí)需控制好進(jìn)入系統(tǒng)的污水濃度和進(jìn)水量，一般進(jìn)水濃度控制在正常值的20%，然后開始進(jìn)行悶曝階段。由于自培菌階段微生物啟動(dòng)的基礎(chǔ)很差，啟動(dòng)初期需要投加大量的甲醇、蔗糖等易降解的碳?xì)浠衔?，所以較接種培菌的耗時(shí)來說會(huì)更長(zhǎng)，這是在培菌啟動(dòng)階段需要注意到地方，其培菌開始到進(jìn)水正常運(yùn)行的耗時(shí)需要有計(jì)劃性的準(zhǔn)備。自培菌的優(yōu)點(diǎn)是針對(duì)性強(qiáng)，因?yàn)樽耘嗑窃谖鬯奶囟ǔ煞謼l件下培養(yǎng)微生物，因此自培菌的微生物對(duì)污水的有機(jī)降解效率要高于接種污泥的去除效率。本試驗(yàn)采用接種培菌法，活性污泥取自烏魯木齊市虹橋污水處理廠A段沉淀池。氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器中生物膜的培養(yǎng)和形成是反應(yīng)器能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵。試驗(yàn)伊始向反應(yīng)器中投加6L經(jīng)沉淀后的活性污泥菌種以及6L填料，再向反應(yīng)器中加入生活污水至反應(yīng)區(qū)與脫氣沉淀區(qū)交界處(約60L)，在此采用2.0m3/h的空氣量進(jìn)行悶曝10d，此時(shí)填料大部分處于懸浮狀態(tài)，填料掛膜后沉淀，載體上的生物膜呈淺黃色且透明但厚度不均勻，當(dāng)曝氣量為0.41m3/h時(shí)填料從三相分離器開孔溢出。之后采用0.6m3/h的曝氣量，加水至滿繼續(xù)悶曝3d后改用以6L4.2正交實(shí)驗(yàn)因素及水平的選定正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是研究多因素多水平的一種試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，它是根據(jù)正交性從全面試驗(yàn)中挑選出部分有代表的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，這些有代表的點(diǎn)具備了均勻分散，齊整可比的特點(diǎn)，正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是一種高效率、快速、經(jīng)濟(jì)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。做正交實(shí)驗(yàn)首先要選定試驗(yàn)所用因素及因素水平，影響氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器運(yùn)行效果的因素很多，如填料體積、曝氣量、水力停留時(shí)間、泥齡、COD負(fù)荷等。（1）填料體積氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的微生物量主要取決于兩個(gè)因素：一是懸浮的活性微生物量，而是載體生物膜中生長(zhǎng)的微生物量。填料載體的多少就是影響載體中物膜量的重要因素，載體上生長(zhǎng)的微生物數(shù)量不受反應(yīng)器排泥的影響，填料體積是氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器可控制的因素之一。因填料掛膜期間，微生物的生長(zhǎng)需要時(shí)間，這使得填料體積因素不適合被納入正交實(shí)驗(yàn)，所以在氣提反應(yīng)器成功啟動(dòng)以后，就進(jìn)行填料體積的單因素分析[31]。試驗(yàn)過程中考察的固定因素為水力停留時(shí)間HRT=10h，曝氣量QA=0.6m3/h，污泥齡=5d；控制因素填料體積分別為6L、12L、15L圖4-1不同填料體積下系統(tǒng)COD的去除效果Fig.4-1theefficiencyofCODremovalunderdifferentfillervolume圖中橫坐標(biāo)為反應(yīng)器系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間，主縱坐標(biāo)為試驗(yàn)進(jìn)出水COD的濃度，次縱坐標(biāo)為COD去除率。試驗(yàn)分三個(gè)階段，向反應(yīng)器投加的填料分別為6L、12L和15L，從圖中可以看出，隨著填料體積的增加，系統(tǒng)對(duì)COD的去除效率有所增高。第一階段進(jìn)水COD濃度變化不大，平均濃度為243.5mg/L，出水COD濃度保持在90-119mg/L，平均值為101.0mg/L，COD平均去除率為58.1%。第二、三階段進(jìn)水COD濃度平均值分別為340.4mg/L和428.5mg/L，出水COD濃度分別為85.8mg/L和65.3mg/L，去除率分別為73.3%和83.3%。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，氣提反應(yīng)器整體上保持著較高的COD去除率，填料體積的增加有利于系統(tǒng)中COD的去除，但第二階段和第三階段中COD的去除率變化范圍較小，且其出水COD濃度都符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。因此本試驗(yàn)中，填料體積選取12L。（2）曝氣量氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器是一種好氧生物處理發(fā)，有機(jī)物的降解以及微生物有機(jī)體的合成都需要氧的參與。沒有充足的溶解氧，好氧微生物就不能生存，更不能發(fā)揮氧化分解作用。同時(shí)，氣提反應(yīng)器作為一種改進(jìn)的好氧流化床處理工藝，還必須得使懸浮活性污泥、載體、污水以及氧充分接觸，因此，混合、攪拌作用也是不可缺少的。通過曝氣可實(shí)現(xiàn)充氧和混合這兩個(gè)目的[32]。本試驗(yàn)中，氣提反應(yīng)器的曝氣方式采用的穿孔曝氣。由反應(yīng)器的清水測(cè)試階段可知，當(dāng)曝氣量QL為0.41m3/h時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)的載體填料從三相分離器開孔溢出；另外，在反應(yīng)器填料體積的單因素試驗(yàn)中，測(cè)得反應(yīng)器出水DO均值高達(dá)5.0mg/L，表明0.6m3/h的曝氣量過高。據(jù)此，我們選取曝氣量的三個(gè)水平值分別為0.35m3/h、0.45（3）水力停留時(shí)間水力停留時(shí)間（hydraulicresidencetime，簡(jiǎn)稱HRT），顧名思義就是污水在曝氣池的停留時(shí)間，在污水生物處理工藝中，當(dāng)曝氣區(qū)容積一定時(shí)，水力停留時(shí)間HRT和進(jìn)水流量Q呈線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，二者關(guān)系如下：HRT=（4-1）式中：V—?dú)馓岱磻?yīng)器反應(yīng)區(qū)容積，L；Q—進(jìn)水流量，L/h。在實(shí)際操作過程中，通過調(diào)節(jié)恒流泵的轉(zhuǎn)速來改變進(jìn)水流量Q，從而達(dá)到控制水力停留時(shí)間HRT的目的。通常活性污泥系統(tǒng)的水力停留時(shí)間，對(duì)城市污水來講，為4-6h[33]。本試驗(yàn)，進(jìn)水流量Q我們選取的三個(gè)水平值分別為6L/h、10L/h、15L/h，氣提反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)容積為60L，由此可以得出對(duì)應(yīng)的水力停留時(shí)間HRT三個(gè)水平值分別為10h、6h、4h。（4）COD污泥負(fù)荷COD污泥負(fù)荷N即單位活性污泥在單位時(shí)間內(nèi)去除的有機(jī)物的量。為了更形象的解釋COD污泥負(fù)荷，有點(diǎn)教科書將其稱之為食微比F/M，其中把F值比做食物，把M值比做微生物。M值即MLSS，是活性污泥濃度的意思，就是活性污泥存在的數(shù)量；F值指微生物的食物，也就是微生物待分解的有機(jī)物。COD污泥負(fù)荷N的計(jì)算方法如下：（4-2）式中：Q—進(jìn)水流量，L/h；S—進(jìn)水有機(jī)物COD濃度，mg/L；X—反應(yīng)器污泥濃度MLSS，mg/L；V—?dú)馓岱磻?yīng)器反應(yīng)區(qū)容積，L。由于本試驗(yàn)中，進(jìn)水原水為未經(jīng)任何處理的生活污水，COD濃度不易控制，因此正交實(shí)驗(yàn)中將不考慮COD污泥負(fù)荷N，而是在后續(xù)的氣提反應(yīng)器抗沖擊負(fù)荷試驗(yàn)中對(duì)其進(jìn)行研究。（5）泥齡活性污泥法最初使用的控制參數(shù)是曝氣池污水水力停留時(shí)間和單位池容積單位時(shí)間的處理量（即容積負(fù)荷），它們反映不出生化過程的內(nèi)在聯(lián)系。為了更好的從微生物學(xué)方面考慮污水的有機(jī)物代謝過程，改用污泥負(fù)荷F/M作為活性污泥法的控制參數(shù)。污泥負(fù)荷F/M即單位活性污泥在單位時(shí)間內(nèi)去除的有機(jī)物的量。污泥負(fù)荷將曝氣區(qū)微生物的量與有機(jī)物的去除率直接聯(lián)系起來，客服了單純經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的片面性，多年來在工程設(shè)計(jì)中一直廣泛采用。但作為控制參數(shù)，在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中需要測(cè)定分析的項(xiàng)目多，周期長(zhǎng)，難以準(zhǔn)確達(dá)到控制的目的，故國(guó)內(nèi)外環(huán)保工作者又提出以泥齡法作為設(shè)計(jì)和控制參數(shù)的新方法[34]。所謂泥齡是指曝氣池中工作的活性污泥總量與每日排放的剩余污泥的比值，在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，剩余污泥量就是新增長(zhǎng)點(diǎn)活性量。因此，污泥齡SRT也是新增長(zhǎng)的活性污泥在曝氣池中的平均停留時(shí)間，或者理解為活性污泥總量增長(zhǎng)一倍所需要的時(shí)間。因?yàn)槟帻g是一個(gè)比值，所以，需要考慮活性污泥總量和排泥量的關(guān)系。活性污泥濃度決定了活性污泥總量的可變性，而活性污泥的外排量又決定了泥齡的可控性。下面就本試驗(yàn)?zāi)帻g的計(jì)算公式加以說明：（4-3）式中：SRT—泥齡，d；V—反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)體積，L；X—反應(yīng)器污泥濃度MLSS，mg/L；q—日排泥量，以活性污泥量計(jì)，mg；qe—反應(yīng)器出水每天帶走的活性污泥量，mg。一般來說，泥齡短時(shí)活性污泥具有較高的活性，其體內(nèi)的含磷水平也較高，這是縮短泥齡可提高除磷效率的原因之一。若系統(tǒng)的負(fù)荷不變，縮短泥齡可增加污泥的排放量。若系統(tǒng)的泥齡過長(zhǎng)，則會(huì)使污泥的活性降低，污泥的含磷量下降，使得去除單位重量的磷需消耗的碳源增加。此外，由于泥齡過長(zhǎng)，污泥將趨于老化，可通過自身的氧化而是體內(nèi)的磷釋放回水中；同時(shí)剩余污泥量減少也導(dǎo)致了除磷量的降低。較長(zhǎng)的泥齡還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)糖原累積非聚磷微生物的增長(zhǎng)而使系統(tǒng)的除磷效率大幅降低。因此，本試驗(yàn)中，泥齡的最大值選取為14d，另外兩個(gè)水平值分別為5d和2d。泥齡的最小值取2d的理由有二：一是雖然理論上硝化細(xì)菌的世代周期為3天左右，但這僅為理論值，實(shí)際在3天左右都可以發(fā)生硝化反應(yīng)。二是因?yàn)槲覀兊姆磻?yīng)器投加了填料，附著在填料上的部分微生物在低泥齡的情況下也完全可以完成硝化任務(wù)[35]。綜上所述，本文選取水力停留時(shí)間HRT、曝氣量QL以及泥齡SRT三個(gè)因素做正交實(shí)驗(yàn)分析，各因素及所選取的水平值如下表所示：表4-1正交實(shí)驗(yàn)參數(shù)及其水平值Tab.4-1Parametersandlevelsoftheorthogonalmethod參數(shù)水平水力停留時(shí)間HRT（h）曝氣量QL（m3/h）泥齡SRT（d）水平1100.3514水平260.455水平340.5524.3最佳運(yùn)行參數(shù)的選擇本試驗(yàn)選取影響氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器處理污水效率的3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析，COD去除率用以描述反應(yīng)器對(duì)有機(jī)物的降解，反應(yīng)器的硝化能力用NH4+-N去除率來衡量，三相分離器的分離效果用SS去除率加以評(píng)價(jià)，并采用正交表L9（33）安排試驗(yàn)，結(jié)果如表4-2所示。對(duì)于評(píng)價(jià)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的指標(biāo)，我們選取出水水質(zhì)COD、NH4+-N和SS的去除率，并將其做等權(quán)重考慮，取三者之和為評(píng)價(jià)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合指標(biāo)。表4-2正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.4-2Resultsoftheorthogonalmethod試驗(yàn)號(hào)HRT（h）QL（m3/h）SRT（d）COD去除率（%）NH4+-N去除率（%）SS去除率（%）綜合指標(biāo)11(10)1(0.35)1(14)74.5765.3489.03228.9421(10)2(0.45)2(5)80.7483.4590.25254.4431(10)3(0.55)3(2)89.5390.4391.77271.7342(6)1(0.35)2(5)81.5769.8692.48243.9152(6)2(0.45)3(2)75.6879.5787.72242.9762(6)3(0.55)1(14)86.8686.2985