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具有我国自主知识产权的最先进工艺—Esude
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《国家科技成果重点推广计划》
（项目编号：2004EC000132 证书编号：040188）
高效除磷脱氮新工艺—易速德（Esude）
中国矿业大学环境与测绘学院 张雁秋
1 研究思路
一般说来,硝化过程是整个活性污泥法工艺的瓶颈,主要因为:硝化菌的增值速度缓慢。所以,硝化过程是活性污泥法除磷脱氮工艺中技术关键.因此我们把研究集中在硝化过程这一焦点上.
2 理论基础
2.1 统一动力学理论
我们重新推导生物化学学科中的酶反应过程,首次提出了一个生物反应统一动力学方程:
式中:S为底物;X为生物;k为底物最大比降解速度常数;K为半饱和常数,即底物浓度达到K时实际降解速度达到最大降解速度的一半.
以方程(1)为基础的统一动力学理论揭示了生物因子非线性,即生物浓度较高时,反应速度与生物浓度之间关系为非线性.就脱碳和硝化脱氮这两大主要目标来说,活性污泥中微生物其中有脱碳菌类和硝化菌类两大类.一般情况下,这两类生物中,脱碳菌类占据优势,而硝化菌类因生长慢,在活性污泥中比例较小,一般不超过10%,因此城市污水处理通常需要较长的泥龄,硝化过程是主要焦点.也就是说,增加活性污泥浓度可以相对提高硝化菌的优势.在这种情况下,脱碳菌类因浓度过高而生长速度下降,使得硝化菌的比例有所提高.由此可知,在同样的污泥总量情况下,短时高污泥浓度要比延时低污泥浓度在硝化脱氮方面更为有效.这是我们开发研究短时硝化脱氮工艺的主要理论根据.
经过我们充分证明（理论推导、分析证明、实验室实验、生产实践检验）：现有的所有生物反应理论与新理论相比均有明显的缺点。
2.2 动力学负荷理论
我们首次提出动力学负荷的理论及相应设计方法:
式中:Ud为动力学负荷;S*为反应器内底物对数平均值.对于城市污水处理来说,可以通过资料分析结合实验研究。一般说来,降解BOD过程的k约为2 kg(BOD)/kg(MLVSS)/d,K可取100~150mg/L.对于氨氮的硝化过程来说,k为0.2 kg(氨氮)/kg(MLVSS)/d左右,K则为0.5 mg/L左右.a取0.6 kg(MLVSS)/kg(BOD);污泥衰减系数b
取0.01 kg(MLVSS)/kg(MLVSS)/d.根据式(2)及式(3)可以分别计算脱碳微生物及硝化微生物在不同浓度下的的比增值速度V(增长率)(图1).从图1可以看出,要提高硝化微生物在活性污泥总量中的比例,造成硝化过程优势,必须使BOD,NH+4浓度小于图1上两条曲线的交点.
图1 在不同BOD及NH浓度下的微生物比增值速度
2.3 同时硝化反硝化
根据同时硝化反硝化理论,控制曝气池溶解氧浓度,造成活性污泥絮体内外的溶解氧梯度,使活性污泥絮体内部进行反硝化.
3 新工艺猜想
根据以上的理论,我们提出了高污泥浓度及低营养状态促进硝化菌、亚硝化菌、反硝化菌繁殖的生态优势硝化反硝化ECOSUNIDE(ecological superior nitrification denitrification)猜想.并由此猜想提出了ECOSUNIDE工艺,其工艺流程见图2.
ECOSUNIDE的技术要点为:
1)适当增加回流比且全流程分点进水,以实现高污泥浓度;
2)适当增加流程最后段的进水水量,以实现全程低营养状态;
3)控制较低的DO水平,促进短程硝化反硝化和同步硝化反硝化过程.
4 易速德工艺特点：
1) 优化功能分区—根据进水指标和一年四季的温度变化，对缺氧区与好氧区能够完全满足优化调控，调整各段水力停留时间，分段分项控制各项指标达标；
2) 系统生态优势—为了使生物系统长期稳定的在高污泥浓度及低营养状态下工作，有效促进硝化菌、亚硝化菌、反硝化菌繁殖的生态优势，提供生物系统起动菌；
3) 提高污泥浓度—准确分点，多次进水，使生物池形成高污泥浓度梯度及控制低营养工作状态；
由于采用了厌氧池部分进水，后续池体多段布水的特殊分点进水工艺技术，使得污泥浓度大幅度提高，末端的污泥浓度可达5000毫克（MLSS）/升以上，首段的污泥浓度可达10000毫克（MLSS）/升左右，由于采用了先进的生物反应动力学理论模型及计算机优化技术，使得各点配水比例非常准确合理，溶解氧和硝态氮被利用非常充分，不仅减少了充氧量，而且活性污泥反应效果更好；
4) 减小占地面积—生物反应池总停留时间短，与传统工艺相比可以减少20%，生物池型几何比例采用计算机优化设计；
5) 降低运行费用—生物系统采用了分级多次硝化反硝化技术、同步硝化反硝化、高效曝气技术、无内回流技术、高污泥浓度梯度使污泥减量，高污泥浓度高效捕集气泡，运行费用节约20%以上；
6) 节省一次投资—生物池内无搅拌器、无回流泵、污泥减量使脱水系统设备减少30%，生化反应池总容积减少，节约投资20%以上;
7) 缩减改造费用—根据改造不同的工艺条件及达标要求，一般改造费用为200—360元/吨水。
5 易速德（ECOSUNIDE）工艺实施的工程改造项目如下：
1) 江苏徐州污水处理厂（16.5万吨/日,2002年完成）；
2) 山东临沂污水处理厂（10万吨/日,2007年完成）；
3) 山东沂水污水处理厂（5万吨/日,2008年完成）；
4) 山东德州污水处理厂（10万吨/日,2008年5月完成工程验证）；
上述工程在未增加池容的情况下，使二沉池出水主要指标从二级改善为一级A（如果增加化学除磷及过滤则可全面达标）。
附：德州污水厂水质检验表
《国家科技成果重点推广计划》
（项目编号：2004EC000132，证书编号：040188）
发明专利（专利申请号:200510094560.9）
“一种污水生物处理高效硝化工艺”
项目负责人：中国矿业大学环境与测绘学院张雁秋教授
电子邮箱： yqzhang@cumt.edu.cn
电 话： 0516-87588591 （办公）
手 机： 13912044529
推广单位： 中国市政工程西北设计研究院天津分院
地 址： 天津市河西区围堤道146号华盛广场A6F
邮 编： 300201
电 话： 022-88239188
传 真： 022-88238615
电子邮箱： xbsjytjfy@163.com |
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发表于 2008-10-27 05:34:15
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发表于 2008-10-28 12:54:37
