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1、华中科技大学 硕士学位论文 低C/N污水CIBR氮形态时空分布与脱氮试验研究 姓名：毛敏 申请学位级别：硕士 专业：市政工程 指导教师：章北平 20080605 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘摘 要要 近年来，随着水体富营养化的加剧，氮的排放标准越来越严格，但是由于生活 污水中碳源不足氮源过量已较为普遍，这对脱氮提出了更高的要求。然而，传统工 艺在处理低 C/N 比污水时由于碳源不足而脱氮效率较低，而新工艺技术不成熟，工 程应用上存在很多问题，低 C/N 比废水的高效脱氮成为当今水处理技术上的一个难 题。 为了实现在较低C/N
2、比下高效脱氮，通过连续监测CIBR（Continuous flow Integrated Biological Reactor）反应器中、出水中各时刻各种氮浓度，得到反应器脱氮 效果及各种形态氮浓度的时空分布规律，进一步得到基于低C/N比污水CIBR反应器 氮形态时空分布的脱氮机理： （1）CIBR反应器 2+2 模式下C/N比为 3.4、5.2 出水中 COD、TN、NH4+-N均稳定达到国家一级A排放标准。 （2）CIBR反应器C/N比空间分 布的不均匀性、反应器底部点源性曝气使得CIBR反应器实现了低C/N比污水的高效 脱氮。 （3）基于物理学角度微环境理论、宏观环境理论的分析，反应器曝
3、气阶段存 在同时硝化反硝化。 （4）通过对CIBR脱氮动力学推导，得到了硝化和反硝化动力学 模型，并基于小试的试验数据确定氨氮降解速率常数K为 1.152h-1，硝态氮在曝气环 境条件下的降解速率常数KN为 0.101h-1，硝态氮在搅拌环境条件下反硝化速率常数 KD为 0.368h-1。这些速率常数证实了CIBR反应器中存在同时硝化反硝化。 本文通过试验以及理论上的分析证实了 CIBR 反应器在处理低 C/N 比污水时存 在一定的优势，因此 CIBR 反应器在处理低 C/N 比污水应该有很好的应用前景。 关键词：关键词：低 C/N 比 时空分布规律 硝化 反硝化 I 华 中 科 技 大 学
4、硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 Abstract In recent years，with the aggravation of the water eutrophication, the discharge standard of nitrogen has been more and more stringent. However, a higher requirement has been raised due to the lack of carbon source while the nitrogen source is excess gener
5、ally. The traditional process in dealing with wastewater of low C/N ratio is inefficient owing to shortage of the carbon source. What is worse，the new technique is immature. So there are many problems in engineering application, and it has been a conundrum if you want to denitride the low C/N ratio
6、sewage efficiently. In order to denitrify the low C/N ratio sewage efficiently, the nitrogen removal effect of the CIBR(Continuous flow Integrated Biological Reactor) and the temporal and spatial distribution discipline of the nitrogen is aquired by monitoring the nitrogen concentration in the react
7、or and effluent at intervals of some hours，and obtaining the mechanism of nitrogen removal based on the temporal and spatial distribution of the nitrogen forms: (1) In the 2+2 model, the COD、 TN、 NH4+-N in the effluent of the CIBR can achieve stability at the national level A discharge standard when
8、 the C/N ratio of the influent is 3.4、5.2. (2) The unhomogeneous C/N ratio in the CIBR and the point aeration at the bottom makes CIBR to achieve high efficient biological nitrogen removal facing the influent of low C/N ratio. (3) Simultaneous Nitrification Denitrification was found in the the react
9、or during the aeration stage based on the analysis of the theory about micro-environment and macroeconomic environment. (4) Nitrification and denitrification dynamic model are attained by the analysis of kinetics about nutrient removal. Ammonia-N degradation rate constant K, nitrate nitrogen degrada
10、tion rate constant KN in aeration stage and denitrification rate constant KD in agitation stage are calculated to be 1.152h-1, 0.101h-1 and 0.368h-1 respectively based on the data of the pilot scale.These rate constants prove that the Simultaneous Nitrification Denitrification exists in the CIBR. Th
11、is paper confirms the predominance of CIBR in sewage of low C/N ratio treatment. Therefore, the CIBR in the treatment sewage of low C/N ratio should have a very good prospect. Keywords: low C/N ratio temporal and spatial distribution nitrification denitrification II 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下
12、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
13、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 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 绪论绪论 1.1 课题背景课题背景 水是生命之源，是地球上不可替代的自然资源之一。水环境中的氮污染问题在 六十年代末期和七十年代初期曾引起公众的广泛关注，其直接原因是，世界上有不 少婴幼儿由于饮用了富含硝酸盐的污染水后患高铁血红蛋白症而死亡。水环境中的 硝酸盐和亚硝酸盐在各种含氮有机化物的作用下，形成化学稳定性、致癌和致突
14、变 机制不同的N-亚硝基胺和亚硝基酰胺的各种N-亚硝基族化合物。从氮的环境化学性 质来看，低价的还原态氮化物离污染源很近，而最高氧化态硝酸盐的积累离污染源 较远。在污染的地表水体和地下水体中，主要有离子态的NH4+ -N、NO3-N、NO2-N， 气态的NH3、N2、N2O以及存在于有机质中的有机态氮。 水环境中的氮污染来源主要是城镇生活污水、含氮的工业废水和农田氮肥。许 多调查表明，氮污染已经成为我国城市地下水污染的一大问题，尤其是一些人口密 集的老城区，居民的排泄物和废弃物就近排放，致使地下水中的氮化合物的含量高 达每升上百毫克。与地表水体相比，地下水中的氮污染状况最具有地区上的广域性、
15、时间上的持久性、治理上的艰巨性和影响因素的复杂性特性。如果污染的地表水体 与地下水之间存在水力联系的话，则会形成更复杂的地表水地下水氮污染系统。 我国湖泊和水库氮磷污染有加重趋势，水体藻类大量繁殖，且生存期长、覆盖 面广、暴发次数多。20 世纪 80 年代初太湖以中营养为主，80 年代后期为中营养-中 富营养， 90 年代中期大部分已为中富营养-富营养， 目前中富营养化面积占 75%左右， 夏季富营养或重度富营养占全湖面积 10%左右1。约 20 万km2的近海海域受到氮磷 污染影响，约 4 万km2的海域水质已不能满足水产养殖、海上运动娱乐及滨海旅游的 要求。1999 年共暴发 15 起“赤
16、潮”，2000 年全国海域共暴发 28 次，累计面积超过 1 万km22。 水处理方面，一直存在设计进水水质与实际污水浓度不匹配：目前南方大部分 城市污水处理厂由于居民生活习惯和气候等因素的影响，实际进水水质明显低于设 计进水水质，尤其是COD浓度明显偏低3。这一问题降低了污水处理效益、增加了 运行管理难度。南方大部分城市普遍存在以武汉地区为例，城市污水典型水质如下： 1 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 BOD5为 40-80mg/L，COD为 120-200mg/L，NH3-N为 20-35mg/L，TN为 25-40mg/L， TP值为 2-4mg/L，C/N/P比例明显偏低4。对于要求脱氮除磷的污水处理厂，由于进 水碳源不足，导致现有的污水处理工艺不能充分发挥脱氮除磷效能，最终导致出水 氮磷浓度高于排放标准进而污染受纳水体。 1.2 生物脱氮进展生物脱氮进展 1.2.1 传统生物脱氮工艺传统生物脱氮工艺 污水生物脱氮技术是 70 年代在美国和
