本文是一篇给排水工程论文，本研究仅仅针对微压双循环反应器效能进行研究，今后将在保证处理效果的基础上，对内部微生物群落、低温下优势菌群、代谢特征等进行着重研究，以加快微压双循环反应器的工程应用。
第1章 绪论
1.1 研究的背景与意义
中国的水资源日益缺乏，淡水资源逐渐减少。淡水总量 2.8 万亿 m3，占世界水资源比例仅有 6％，人均资源量 2 万 m3，目前仅为世界水平的四分之一，人均水资源是全球 13 个最贫穷的国家之一。近年来，我国由于缺水常常遭受旱灾的困扰，旱灾的区域越发扩大，因为旱灾所受损失持续增长。目前全国 600 多个城市中，有 2/3 的城市水资源缺乏，有 100 多个城市目前严重缺水，而北京、天津等人口众多的主要城市目前的供水量已经到了最严峻时刻。与此同时，由于人口呈增长趋势，据有关部门推算，2030 年全国人均水资源量将从 2200m3降到 1700m3，水资源需求和水资源利用息息相关，水资源短缺问题将越发突出严重。
国家统计局发布的《中国环境状况公报》中指出，2016 年，长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河等七大流域和浙闽片河流、西北诸河、西南诸河的 1617 个国考断面中，Ⅰ类 34 个，占 2.1%；Ⅱ类 676 个，占 41.8%；Ⅲ类 441个，占 27.3%；Ⅳ类 217 个，占 13.4%；Ⅴ类 102 个，占 6.3%；劣Ⅴ类 147 个，占 9.1%。国家水利部公布的《2016 年中国水资源公报》指出，2016 年浅层地下水水质，流域地下水水质监测井主要分布于松辽平原、黄淮海平原、山西及西北地区盆地和平原、江汉平原重点区域，几乎包括了许多地下水受污染较多以及开发量巨大的地区。监测对象以浅层地下水为主，易受地表或土壤水污染下渗影响，水质评价结果总体较差。2104 个测站监测数据地下水质量综合评价结果显示：水质优良的测站比例为 2.9%，良好的测站比例为 21.1%，无较好测站，较差的测站比例为 56.2%，极差的测站比例为 19.8%。除了总硬度、溶解性固体、锰、铁和氟化物可能由于水文地质化学背景值偏高外，“三氮”污染情况愈发严重，部分地区水资源遭受一定程度的有毒有机物以及氮磷污染。
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1.2 活性污泥处理工艺及发展
1.2.1 活性污泥法
活性污泥法始于 1914 年由英国曼彻斯特初次建设试验厂兴起，给人类社会的发展带来了巨大的经济效益和环境效益。传统活性污泥法主要是依靠活性污泥中各类微生物对污水中的有机物、氮磷等进行吸附、降解，从而使被处理污水中污染物得到净化。活性污泥菌胶团中含有巨额数量的微生物群体，活性污泥反应就是利用微生物的新陈代谢来对污水中的有机物、氮磷等物质进行合成代谢，作为自身营养物质生长繁殖，污水中污染物得以净化。
1.2.2 活性污泥处理工艺
活性污泥处理工艺在正式投入运行前，需要利用被处理污水作为活性污泥培养基，培养和驯化活性污泥微生物。活性污泥工艺处理系统的基本流程主要如下：污水首先经过格栅由泵站提升到沉砂池，在沉砂池内部许多无机砂砾以重力分离为基础，粒径大的无机颗粒沉积于沉砂池底部，有机悬浮物颗粒随着水流流入生物池。在生物池内被处理污水与活性污泥完全混合，最终流入二次沉淀池泥水分离后排放。
活性污泥工艺的净化过程：
1) 初期吸附去除：未经处理过的污水进入曝气池后，通过曝气作用与活性污泥充分混合。在短时间内（5~15min）会出现污染物的大量去除。系统在运行正常的情况下，前 30min 内污水 BOD5的降解率能够达到 70％以上。发生此种现象是活性污泥微生物菌体表面积为 2000~ 10000 m2/m3混合液，污水在曝气池内通过曝气作用与活性污泥充分混合，污水中的悬浮、胶体等微小物质会被活性污泥的微生物大量吸附，短期内表现出了较高的 BOD 降解率。然而活性污泥所吸附的物质并非立即被微生物降解，而是以大分子形式储存于体内。
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第2章 材料与方法
2.1 污水厂概况
中试试验装置建立于长春城市新区某污水处理厂内。该厂当前处理规模 10 万m3/d，远期规模 25 万 m3/d。污水经市政管网收集后，输送至污水处理厂。污水处理厂流程如图 2-1 所示。
污水从进水管道首先进入粗格栅间，截留较大的污染物以保护水泵等重要设备。污水中较大的污染物被粗格栅截留后，污水进入提升泵房；经水泵提升，进入细格栅；经过细格栅截留下较为细小的污染物，随后污水进入曝气沉砂池；在曝气沉砂池中去除掉油脂及比重较大的砂砾后，经电磁流量计计量，进入初沉池；在初沉池中，污水中悬浮物得到一定的去除，有机物也会略微去除。进入生物池，但考虑到近期进水浓度可能偏低，为保证后续生物处理效果，避免初沉池后造成碳源不足现象，设置初沉池跨越管道；经过生物处理后，污泥混合液进入二次沉淀池泥水分离；上清液进入滤布滤池深度处理后，经过紫外消毒，随后排放进入河流。
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2.2 试验装置
中试试验装置处理规模 240m3/d。试验装置采用 Q235 钢板双面焊接制成。主要包括进水箱、反应器、沉淀池、计量箱以及排水坑。
2.2.1 进水箱
进水箱长、宽、高为 1.00m、0.50m、1.50m，有效容积 0.75m3，为了避免进水压力过大造成反应器进水紊乱，在进水箱中间设有一块 1m 高的挡板，进水直接通过进水管进入水箱左侧空间，达到一定水位后以溢流的方式流入到右侧空间，从水箱底部通过进水管进入反应器，起到了穏流的作用。中试装置回流污泥与进水混合液在进水箱混合后直接利用静压由进水管进入反应装置。
2.2.2 微压双循环反应器
微压双循环反应器长、宽、高为 6.00m、3.80m、5.20m，有效水深 4.20m，有效容积为 96m3。微压双循环中试装置如图 2-3 所示，内部加装两张导流板，水流呈循环流动状态，曝气产生的空气会沿着导流板定向运动，形成的负压由水填补，这样就会推动水流在导流板下方形成一个瞬时方向的循环，反应器出水口位置的导流板上方也会出现一个逆向循环。曝气装置布设于反应器底部一侧，延长了气泡行程，提高了氧的传质效率，增加氧的利用率，控制了氧的流失，内部存在不同的氧浓度区域，有机污染物降解主要发生在好氧区域，对于分子结构复杂、难于生物降解的有机污染物可以在厌氧或缺氧区域完成水解酸化，脱氮主要发生在好氧、缺氧区域，在分子扩散、水动力、惯性力等多种因素的作用下，好氧区域产生的亚硝酸盐或硝酸盐传递到缺氧区域，难以形成亚硝酸盐或硝酸盐累积，为同时硝化反硝化创造了条件。
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第 3 章 中试装置启动调试与运行.................................19
3.1 引言 ............................. 19
3.2 活性污泥的培养和驯化 ...................... 19
第 4 章 高 SS 有机冲击负荷去除效率分析........................ 27
4.1 引言 ........................ 27
4.2 进水高 SS 有机冲击负荷试验用水水质................... 27
第 5 章 低温低 C/N 城市污水去除效率分析........................ 35
5.1 引言 ........................ 35
5.2 低温低 C/N 试验用水水质....................... 35
第5章 低温低 C/N 城市污水去除效率分析
5.1 引言
城市新区人口数量少，实际生活污水排放量暂未达到污水处理厂设计水量，随着人们生活水平的提高，食物中氮的含量随着升高，使得较高的氮排放到市政管网，最终导致了污水处理厂进水水质呈低 C/N 状态。城市污水中碳氮比值（C/N）偏低是我国大多数城市所面临的问题，生物处理法中有效的碳源供给是维持生物脱氮除磷系统中必不可少的条件。温度对于生物处理系统来说，同样是一个重要因素，温度降低会导致微生物活性降低，处理效果不佳。进水低碳氮比试验时间2016 年 12 月 15 日 2017 年 2 月 28 日。试验总共运行 76d。试验期间处于冬季，水温较低。研究目的是利用微压双循环反应器中试装置处理低温、低 C/N 的实际生活污水，指导污水厂冬季运行，同时为水处理工艺设计和污水厂提标升级、调试运行提供借鉴。
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第6章 结论与展望
6.1 结论
本文利用在城市污水处理厂开展的微压双循环中试装置，研究了中试装置的启动、稳定运行、处理附带高悬浮物的城市污水以及低温低碳氮比下实际城市污水，得出主要结论如下：
（1）启动前期对活性污泥的培养和驯化采用接种培养法，即直接从污水处理厂引入活性污泥，作为接种污泥进行曝气培养，既缩短培养时间，又能提高驯化效率。
（2）试验采用 24h 连续进水方式，依据污泥浓度排泥。进水流量 8m3/h，曝气量 40m3/h，回流污泥量 100％。污泥浓度控制在 6500~8500mg/L，有利于硝化反应的进行。高污泥浓度并未抑制磷的去除，系统除磷效果好。
（3）处理附带高悬浮物浓度的城市污水试验结果显示，进水 CODCr在126.5~1940mg/L、出水 CODCr浓度 14.81~48.57mg/L。平均去除率 96％。进水 TN浓度 16.3~225.4mg/L，平均出水 TN 低至 7mg/L。进水 TP 浓度 0..47~32.6mg/L，平均出水 TP 为 0.1mg/L
