毕业设计(论文)-某市15万吨天城市生活污水处理厂初步设计.doc 72页

'某市15万吨天城市生活污水处理厂初步设计第1章概述1.1基本设计资料毕业设计名称某市15万吨/天城市生活污水处理厂初步设计基本资料：1.设计规模污水设计流量：，流量变化系数：2.原污水水质指标BOD=180mg/LCOD=410mg/LSS=200mg/LNH3-N=30mg/L3.出水水质指标符合《城镇污水处理厂污染物排放国家二级标准》BOD=20mg/LCOD=70mg/LSS=30mg/LNH3-N=15mg/L4.气象资料某地处海河流域下游，河网密布，洼淀众多。历史上某的水量比较丰富。海河上游支流众多，长度在10公里以上的河流达300多条，这些大小河流汇集成中游的永定河、北运河、大清河、子牙河和南运河五大河流。这五大河流的尾闾就是海河，统称海河水系，是某市工农业生产和人民生活的水源河道。某属于暖温半湿润大陆季风型气候，季风显著，四季分明。春季多风沙，干旱少雨；夏季炎热，雨水集中；秋季寒暖适中，气爽宜人；冬季寒冷，干燥少雪。除蓟县山区外，全年平均气温为摄氏11度以上。1月份平均气温在摄氏零下4-6度，极低温值在摄氏零下20度以下，多出现于2月份。7月份平均气温在摄氏26度上下。某年平均降水量约为500-690毫米。在季节分配上，夏季降水量最多，占全年总降水量的75%以上，冬季最少，仅占2%。由于降水量年内分配不均和年际变化大，造成某在历史上经常出现春旱秋涝现象。某的风向有明显的季节变化。冬季多刮西北风、偏北风；夏季多东南风、南风；春秋两季多西南风，主导风向东南风。5.厂址及场地状况某以平原为主，污水处理厂拟用场地较为平整，占地面积20公顷。厂区地面标高10米，原污水将通过管网输送到污水厂，来水管管底标高为5米(于地面下5米)。72 1.2设计内容、原则1.2.1设计内容污水处理厂工艺设计流程设计说明一般包括以下内容:(1)据城市或企业的总体规划或现状与设计方案选择处理厂厂址；(2)处理厂工艺流程设计说明；(3)处理构筑物型式选型说明；(4)处理构筑物或设施的设计计算；(5)主要辅助构筑物设计计算；(6)主要设备设计计算选择；(7)污水厂总体布置(平面或竖向)及厂区道路、绿化和管线综合布置；(8)处理构筑物、主要辅助构筑物、非标设备设计图绘制；(9)编制主要设备材料表。1.2.2设计的原则考虑城市经济发展及当地现有条件，确定方案时考虑以下原则：(1)要符合适用的要求。首先确保污水厂处理后达到排放标准。考虑现实的技术和经济条件，以及当地的具体情况(如施工条件)，在可能的基础上，选择的处理工艺流程、构(建)筑物型式、主要设备、设计标准和数据等，应最大限度地满足污水厂功能的实现，使处理后污水符合水质要求。(2)污水厂设计采用的各项设计参数必须可靠。(3)污水处理厂设计必须符合经济的要求。设计完成后，总体布置、单体设计及药剂选用等要尽可能采取合理措施降低工程造价和运行管理费用。(4)污水处理厂设计应当力求技术合理。在经济合理的原则下，必须根据需要，尽可能采用先进的工艺、机械和自控技术，但要确保安全可靠。(5)污水厂设计必须注意近远期的结合，不宜分期建设的部分，如配水井、泵房及加药间等，其土建部分应一次建成；在无远期规划的情况下，设计时应为以后的发展留有挖潜和扩建的条件。(6)污水厂设计必须考虑安全运行的条件，如适当设置分流设施、超越管线等。72 第2章工艺方案的选择2.1水质分析本项目污水处理的特点：污水以有机污染物为主，BOD/COD=0.44，可生化性较好，采用生化处理最为经济。BOD/TN＞3.0,COD/TN＞7,满足反硝化需求；若BOD/TN＞5，氮去除率大于60%。2.2工艺选择按《城市污水处理和污染防治技术政策》要求推荐，20万t/d规模大型污水厂一般采用常规活性污泥法工艺,10-20万t/d污水厂可以采用常规活性污泥法、氧化沟、SBR、AB法等工艺，小型污水厂还可以采用生物滤池、水解好氧法工艺等。对脱磷或脱氮有要求的城市，应采用二级强化处理，如工艺，A/O工艺，SBR及其改良工艺，氧化沟工艺，以及水解好氧工艺，生物滤池工艺等。2.2.1方案对比工艺类型氧化沟SBR法A/O法技术比较1.污水在氧化沟内的停留时间长，污水的混合效果好2.污泥的BOD负荷低，对水质的变动有较强的适应性1.处理流程短，控制灵活2系统处理构筑物少，紧凑，节省占地1.低成本，高效能，能有效去除有机物2.能迅速准确地检测污水处理厂进出水质的变化。经济比较可不单独设二沉池，使氧化沟二沉池合建，节省了二沉池合污泥回流系统投资省，运行费用低，比传统活性污泥法基建费用低30%能耗低，运营费用较低，规模越大优势越明显使用范围中小流量的生活污水和工业废水中小型处理厂居多大中型污水处理厂稳定性一般一般稳定考虑该设计是中型污水处理厂，A/O工艺比较普遍，稳定，且出水水质要求不是很高，本设计选择A/O工艺。72 2.2.2工艺流程72 第3章污水处理构筑物的设计计算3.1中格栅及泵房格栅是由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在污水渠道上、泵房集水井的进口处或污水处理厂的端部，用以截留较大的悬浮物或漂浮物。本设计采用中细两道格栅。3.1.1中格栅设计计算1.设计参数：最大流量：栅前水深：，栅前流速：（）过栅流速（）栅条宽度，格栅间隙宽度格栅倾角2.设计计算：(1)栅条间隙数：根设四座中格栅：根(2)栅槽宽度：设栅条宽度(3)进水渠道渐宽部分长度：设进水渠道宽，渐宽部分展开角度72 根据最优水力断面公式(4)栅槽与出水渠道连接处的渐宽部分长度：(5)通过格栅的水头损失：，h0─────计算水头损失；g─────重力加速度；K─────格栅受污物堵塞使水头损失增大的倍数，一般取3；ξ─────阻力系数，其数值与格栅栅条的断面几何形状有关，对于锐边矩形断面，形状系数β=2.42；m(6)栅槽总高度：设栅前渠道超高(7)栅槽总长度：(8)每日栅渣量：格栅间隙情况下，每污水产。所以宜采用机械清渣。(9)格栅选择选择XHG-1400回转格栅除污机，共4台。其技术参数见下表。表3-1-1GH-1800链式旋转除污机技术参数型号电机功率/kw设备宽度/mm设备总宽度/mm栅条间隙/mm安装角度72 HG-18001.5180020904060°3.1.2污水提升泵房泵房形式取决于泵站性质，建设规模、选用的泵型与台数、进出水管渠的深度与方位、出水压力与接纳泵站出水的条件、施工方法、管理水平，以及地形、水文地质情况等诸多因素。泵房形式选择的条件：(1)由于污水泵站一般为常年运转，大型泵站多为连续开泵，故选用自灌式泵房。(2)流量小于时，常选用下圆上方形泵房。(3)大流量的永久性污水泵站，选用矩形泵房。(4)一般自灌启动时应采用合建式泵房。综上本设计采用半地下自灌式合建泵房。自灌式泵房的优点是不需要设置引水的辅助设备，操作简便，启动及时，便于自控。自灌式泵房在排水泵站应用广泛，特别是在要求开启频繁的污水泵站、要求及时启动的立交泵站，应尽量采用自灌式泵房，并按集水池的液位变化自动控制运行。集水池：集水池与进水闸井、格栅井合建时，宜采用半封闭式。闸门及格栅处敞开，其余部分尽量加顶板封闭，以减少污染，敞开部分设栏杆及活盖板，确保安全。1.选泵(1)城市人口为1000000人，生活污水量定额为。(2)进水管管底高程为，管径，充满度。(3)出水管提升后的水面高程为。(4)泵房选定位置不受附近河道洪水淹没和冲刷，原地面高程为。2.设计计算(1)污水平均秒流量：(2)污水最大秒流量：72 选择集水池与机器间合建式泵站，考虑4台水泵（1台备用）每台水泵的容量为。(3)集水池容积：采用相当于一台泵的容量。有效水深采用，则集水池面积为(4)选泵前扬程估算：经过格栅的水头损失取集水池正常工作水位与所需提升经常高水位之间的高差：（集水池有效水深，正常按计）(5)水泵总扬程：总水力损失为，考虑安全水头一台水泵的流量为根据总扬程和水量选用型潜污泵表3-1-2500WQ2700-16-185型潜污泵参数型号流量转速扬程功率效率%出水口直径270072516185825003.2细格栅3.2.1细格栅设计计算1.设计参数：最大流量：栅前水深：，栅前流速：（）72 过栅流速：（）栅条宽度：，格栅间隙宽度格栅倾角：2.设计计算(1)栅条间隙数：根设四座细格栅：根(2)栅槽宽度：设栅条宽度(3)进水渠道渐宽部分长度：设进水渠道宽，渐宽部分展开角度根据最优水力断面公式(4)栅槽与出水渠道连接处的渐宽部分长度：(5)通过格栅的水头损失：，h0——计算水头损失；g——重力加速度；K——格栅受污物堵塞使水头损失增大的倍数，一般取3；ξ——阻力系数，其数值与格栅栅条的断面几何形状有关，对于锐边矩形断面，形状系数β=2.42；(6)栅槽总高度：设栅前渠道超高72 (7)栅槽总长度：(8)每日栅渣量：格栅间隙情况下，每污水产。所以宜采用机械清渣。(9)格栅选择选择XHG-1400回转格栅除污机，共2台。其技术参数见下表：表3-2XHG-1400回转格栅除污机技术参数型号电机功率kw设备宽度mm设备总宽度mm沟宽度mm沟深mm安装角度XHG-14000.75～1.1140017501500400060°3.3曝气沉砂池沉砂池的功能是去除比重较大的无机颗粒，设于初沉池前以减轻沉淀池负荷及改善污泥处理构筑物的处理条件。该厂共设两座曝气沉砂池，为钢筋混凝土矩形双格池。池上设移动桥一台，（桥式吸砂机2格用一台，共2台）安装吸砂泵2台，吸出的砂水经排砂渠通过排砂管进入砂水分离器进行脱水。桥上还安装浮渣刮板，池末端建一浮渣坑，收集浮渣。3.3.1曝气沉砂池主体设计1.设计参数：最大设计流量最大设计流量时的流行时间最大设计流量时的水平流速2.设计计算：(1)曝气沉砂池总有效容积：设72 则一座沉砂池的容积(2)水流断面积：设，(3)沉砂池断面尺寸：设有效水深，池总宽每格宽池底坡度，超高(4)每格沉砂池实际进水断面面积：(5)池长：(6)每格沉砂池沉砂斗容量：(7)每格沉砂池实际沉砂量：设含沙量为污水，每两天排沙一次，﹤(8)每小时所需空气量：设曝气管浸水深度为。取。3.3.2曝气沉砂池进出水设计1.沉砂池进水曝气沉砂池采用配水槽，来水由提升泵房和细格栅后水渠直接进入沉砂池配水槽，配水槽尺寸为：，其中槽宽取。，与池体同宽取。为避免异重流影响，采用潜孔入水，过孔流速控制在72 之间，本设计取。则单格池子配水孔面积为：设计孔口尺寸为：，查给排水手册1第671页表得，水流径口的局部阻力系数，则水头损失：2.沉砂池出水出水采用非淹没式矩形薄壁跌水堰，堰宽同池体宽。过堰口流量─────堰宽；─────堰顶水深；─────流量系数，通常采用；则。设堰上跌水高度为，则沉砂池出水水头损失：出水流入水渠中，渠底接DN1600管接入初沉池。故沉砂池总水头损失：3.3.3空气管路计算曝气装置穿孔管设在沉砂池的两格中央距池底，距池壁，空气管高出水面，以免产生回水现象。穿孔管淹没水深，配气管上设对空气竖管，则其最大供气量每根空气竖管上设有两根支管，每根支管最大供气量。池长，设支管长，竖管间距，选择从鼓风机泵房开始的最远管路作为计算管路。列表计算：72 管段编号管段长度空气流量，空气流速管径配件各1个管当长度管段计算长度压力损失；三异弯三异四异四异四异四异四异四异四异弯三异合计72 注释：管段当量长度三：三通；异：异型管；弯：弯头。3.3.4设备选型1.鼓风机的选定：穿孔管淹没水深，因此鼓风机所需压力为：；取。风机供气量：。根据所需压力及空气量，决定采用型罗茨鼓风机台。该型风机风压，风量。正常条件下，1台工作，1台备用。表3-3-1型罗茨鼓风机性能参数风机型号口径转速进口流量所需轴功率所配电机功率2.行车泵吸式吸砂机的选定由于池宽，则选型行车泵吸式吸砂机两台。表3-3-2型行车泵吸式吸砂机性能型号轨道预埋件间距行驶速度池宽驱动功率提耙装置功率3.砂水分离器选用型砂水分离器。表3-3-3型砂水分离器的性能型号电动机功率机体最大宽度3.4平流式初沉池沉淀池一般分平流式、竖流式和辐流式，本设计初沉池采用平流式沉淀池。72 下表为各种池型优缺点和适用条件。池型优点缺点适用条件平流式(1)沉淀效果好(2)对冲击负荷和温度变化的适应能力强(3)施工简易(4)平面布置紧凑(5)排泥设备已趋于稳定(1)配水不易均匀(2)采用机械排泥时，设备复杂，对施工质量要求高适用于大、中、小型污水厂竖流式(1)排泥方便(2)占地面积小(1)池子深度大，施工困难(2)对冲击负荷和温度变化的适应能力差适用于小型污水厂辐流式(1)多为机械排泥，运行可靠，管理简单(2)排泥设备已定型化机械排泥设备复杂，对施工质量要求高适用于大中型污水处理厂3.4.1初沉池主体设计1.设计参数表面负荷池子个数个沉淀时间污泥含水率为。(1)池子总表面积：日平均流量，(2)沉淀部分有效水深：(3)沉淀部分有效容积：(4)池长：设水平流速，(5)池子总宽：72 (6)池子个数：设每格池宽，个(7)校核长宽比、长深比：长宽比：符合要求长深比：符合要求(8)污泥部分所需的总容积：设，污泥量为，污泥含水率为,服务人口(9)每格池污泥部分所需容积：(10)污泥斗容积：(11)污泥斗以上梯形部分污泥容积：72 (12)污泥斗和梯形部分污泥容积：(13)池子总高度：设缓冲层高度，3.4.2进出水设计1.进水部分平流初沉池采用配水槽，10个沉淀池合建为一组，共用一个配水槽，共两组。配水槽尺寸为：，其中槽宽取。，与池体同宽取。进水矩形孔的开孔面积为池断面积的，取。方孔面积即。2.出水部分(1)出水堰取出水堰负荷：，每个沉淀池进出水流量：则堰长：采用三角堰，每米堰板设5个堰口，每个堰出口流量堰上水头损失(2)集水槽槽宽安全系数取，72 集水槽临界水深集水槽起端水深设出水槽自由跌落高度集水槽总高度平流初沉池的刮泥机选用型行车提板刮泥机。共二十个。表3-4型行车提板刮泥机的安装尺寸()型号轮距刮板长度池宽池深撇渣板中线高3.5曝气池（A/O）3.5.1池体设计1.设计参数计算：(1)污泥负荷：(2)污泥指数：(3)回流污泥浓度：(4)污泥回流比：(5)曝气池内混合液污泥浓度：(6)去除率：(7)内回流比：2.池主要尺寸计算：72 超高，经初沉池处理后，按降低25%考虑。(1)有效容积：(2)有效水深：(3)曝气池总面积：(4)分两组，每组面积：(5)设5廊道式曝气池，廊道宽，则每组曝气池长度：(6)污水停留时间：核算；，符合设计要求(7)采用，则段停留时间为，段停留时间为。3.剩余污泥量：(1)降解生成污泥量：(2)内源呼吸分解泥量：(3)不可生物降解和惰性悬浮物量该部分占总约50%，经初沉池降低40%，则：(4)剩余污泥量为：72 每日生成活性污泥量：(5)湿污泥体积：污泥含水率，则(6)污泥龄：4.最大需氧量：式中分别为1、4.6、1.42；同样方法得知，最大需氧量为流量为最大流量时的需氧量，则此时的则则得5.供气量(1)空气扩散器出口的绝对压力为：72 (2)空气离开曝气池时氧的百分比为氧利用率取21%。(3)查表得，确定和（计算水温）的氧的饱和度。曝气池中溶解氧平均饱和浓度为（以最不利条件计算）6.曝气装置(1)标准需氧量。采用鼓风曝气，微孔曝气器敷设于池底，距池底，淹没深度，将实际需氧量转换成标准状态下的需氧量。式中——水温时清水中溶解氧的饱和度，；——设计水温时好氧反应池中平均溶解氧的饱和度，；——设计污水温度，；——好氧反应池中溶解氧浓度，取；——污水传氧速率与清水传氧速率之比，取；——压力修正系数，；该工程所在地区大气压为，故此处；——污水中饱和溶解氧与清水中饱和溶解氧之比，取。则标准需氧量为：72 相应最大时标准需氧量为：(2)好氧反应池平均时供气量为：则好氧反应池最大时供气量为：(3)曝气器个数：好氧部分总面积每个微孔曝气器的服务面积为，则总曝气器数量为：个为安全计，本设计采用16800个微孔曝气器。7.空气管系统计算及管路图布置每个曝气池一个廊道微孔曝气器数量：个如下图所示的曝气池平面图布置空气管道，在相邻的2个廊道的隔墙上设1根干管，共4根干管。在每根干管上设7对配气竖管，共14条配气竖管。全曝气池共设56条配气竖管。每个竖管上安设的微孔扩散器数目为：个每个微孔扩散器的配气量为：将已布置的空气管路及布设的微孔扩散器绘制成空气管路图。72 72 管段编号管长空气流量空气流速管径配件各1个管段当量长度管段计算长度压力损失弯三三三三三三三三三异三异四异四异四异四异四异72 四异三闸四异四异四异四异四异四异四异三异三异合计72 得空气管道系统的总压力损失为：微孔空气扩散器的压力损失为，则总压力为：，为安全计，设计取值。表3-5-1HWB-2型微孔曝气器直径微孔平均孔径孔隙率曝气量服务面积氧利用率%阻力20015040~501~30.3~0.520~25150~3508.鼓风机的选定风机供气量最大时：平均时：根据所需压力及空气量，决定采用RF—245型罗茨鼓风机8台。该型风机风压88.2KPa，风量64.6。正常条件下，6台工作，2台备用；高负荷时7台工作，1台备用。表3-5-2RF—245型罗茨鼓风机风机型号口径转速进口流量所需轴功率所配电机功率RF—24580064.61351603.5.2进出水设计1.A/O池进水A/O池采用配水渠，来水由初沉池直接进入A/O池配水渠，配水渠尺寸为：，其中槽宽取。，与池体同宽取。为避免异重流影响，采用潜孔入水，过孔流速控制在之间，本设计取。则单个池子配水孔面积为：设计孔口尺寸为：，查给排水手册1第671页表得，水流径口的局部阻力系数，则水头损失：2.A/O池出水72 出水采用出水井，尺寸。出水口面积：设计孔口尺寸为：，查给排水手册1第671页表得，水流径口的局部阻力系数，则水头损失：3.6集配水井设集配水井内径5000mm，外径10000mm，墙厚250mm。配水井中心管管径为DN1600的铸铁管，当回流比R=100%时，设计流量查手册水力计算表得，,，水井进口ξ=1.0，则局部水头损失为：设沉淀池进水管管径为DN1000的铸铁管，当回流比R=100%时，设计流量查手册水力计算表得，，，则局部水头损失为：二沉池出水管管径为DN1000的铸铁管，设计流量查手册水力计算表得，,，，则局部水头损失为：设总出水管管径为DN1600的铸铁管，设计流量查手册水力计算表得，,，则局部水头损失为：3.7二沉池二沉池是活性污泥处理系统的重要组成部分，其作用是泥水分离，使得混合液澄清，浓缩和回流活性污泥。其运行效果将直接影响活性污泥系统的出水水质和回流污泥浓度。72 在本次设计中为了提高沉淀效率，节约土地资源，降低筹建成本，采用机械刮泥吸泥迹的辐流沉淀池，进出水采用中心进水，周边出水，以获得较高的容积利用率和较好的沉淀效果。3.7.1二沉池的主体设计设计参数表面负荷：，设计流量，设计人口万，池数个(1)单池面积：(2)直径：取。(3)沉淀部分有效水深(4)有效容积(5)沉淀池坡底落差，取；(6)沉淀池周边水深设缓冲层，刮泥机高有效水深的高度：(7)污泥斗容积集泥斗上部直径为5m，下部直径为3m，倾角为600，则有污泥斗高度：污泥斗有效容积为：(8)沉淀池的高度：设超高72 3.7.2进出水系统计算1.进水部分设计辐流式沉淀池中心处设中心管，污水从池底的进水管进入中心管，通过中心管壁的开孔流入池中央，中心管处用穿孔整流板围成流入区，使污水均匀流动，污水曝气池出水并接DN1600的铸铁管进入配水井，从配水井接DN1000的铸铁管，在二沉池前接阀门，后接DN1000的二沉池入流管。采用中心进水，中心管采用铸铁管，出水端用渐扩管，为了配水均匀，沿套管周围设一系列潜孔，并在套管外设稳流罩。设计流量6250（），则单池设计污水流量：当回流比为100﹪时，单池进水管设计流量为：取中心管流速为，则过水断面积为：设10个导流孔，则单孔面积为设孔宽为0.2m，则孔高为孔断面尺寸为：设孔间距为0.25m，则中心管内径为：设管壁厚为0.15m，则中心管外径为：进水管与中心孔水头损失均按回流比为100﹪的最不利情况计算，进水管水头损失为：查《给水排水设计手册》第一册673、408页得1.05，1000，0.558则：中心孔头水头损失，查第一册678页得，则:72 则进水部分水头损失为稳流罩设计：筒中流速一般为，取。稳流筒过流面积：稳流筒直径为：并设置罩高为(2)出水部分设计①每池所需堰长，且有＞45，故采用双侧集水。②出水溢流堰的设计（采用出水三角堰90°）采用等腰直角三角形薄壁堰，取堰高0.08，堰宽0.16，堰上水头（即三角口底部至上游水面的高度）0.04，堰上水宽为0.08。每池出水堰长：实际堰负荷：实际堰个数为：个，取为1692个，共需6768个。每个三角堰的流量为：出水堰水头损失：72 过堰水深：溢流堰简图考虑自由跌水水头损失0.15m，则出水堰总水头损失为：出水槽的接管与二沉池集水井相连。③环形集水槽设计采用双侧集水环形集水槽计算。设出水槽外壁距离池壁0.4，槽0.8，集水槽总高度为0.4+0.4（超高）=0.8m，每池都双侧集水，则出水堰流量：取安全系数为，则集水槽设计流量取槽内流速为v=0.6m/s，则槽内终点水深：槽内起点水深为：，其中，72 则，取设过水断面积：湿周：集水槽水力计算水力半径：水力坡度：‰过堰水深为：考虑跌水水头损失0.15m，则二沉池出水水头损失为：‰综合得出二沉池进出水总损失为：3.7.3排泥量计算(1)单池污泥量计算总回流污泥量总剩余污泥因为其中───衰减系数，一般取───污泥龄，72 所以(为回流污泥浓度；)总污泥量(2)集泥槽延整个池径为两边集泥，故其设计泥量为集泥槽宽取；起点泥深取；终点泥深取；辐流二沉池的刮泥机选用型周边传动刮泥机。共4台。表3-7型周边传动刮泥机的性能及规格型号池直径周边线速推荐池深功率周边轮中心3.8接触池城市污水经二级处理后，水质已经改善。细菌含量也大幅度减少，但细菌的绝对值仍相当可观。并有存在病原菌的可能。因此，污水排放水体前应进行消毒。本设计采用液氯消毒剂。其优点为：效果可观，投配量准确，价格便宜，适用于大、中型污水厂。3.8.1消毒方法的选择消毒方法分为两类：物理方法和化学方法。物理方法主要有加热、冷冻、辐照、紫外线和微波消毒等方法。化学方法是利用各种化学药剂进行消毒，常72 用的化学消毒剂有氯及其化合物、各种卤素、臭氧、重金属离子等。3.8.2消毒接触池的主体设计1.设计参数加氯量：接触时间：池底坡度：常用消毒剂比较消毒剂名称优点缺点适用条件液氯效果可靠、投配简单、投量准确，价格便宜。氯化形成的余氯及某些含氯化合物低浓度时对水生物有毒害。当污水含工业污水比例大时，氯化可能生成致癌化合物。适用于，中规模的污水处理厂。漂白粉投加设备简单，价格便宜。同液氯缺点外，沿尚有投量不准确，溶解调制不便，劳动强度大。适用于出水水质较好，排入水体卫生条件要求高的污水处理厂。臭氧消毒效率高，并能有效地降解污水中残留的有机物，色味，等。污水中PH，温度对消毒效果影响小，不产生难处理的或生物积累性残余物。投资大成本高，设备管理复杂。适用于出水水质较好，排入水体卫生条件要求高的污水处理厂。次氯酸钠用海水或一定浓度的盐水，由处理厂就地自制电解产生，消毒。需要特制氯片及专用的消毒器，消毒水量小。适用于医院、生物制品所等小型污水处理站。2.主体设计本设计采用四组3廊道推流式消毒接触反应池(1)接触池容积72 (2)接触池表面积，有效水深设计为，则每座接触池面积为：(3)池体平面尺寸设廊道宽度为，则接触池总宽度为，接触池长度为：，取35.0验证：长宽比＞10，符合要求。(4)池体总高度取超高，池底坡度为0.02，则池底坡降，故池体总高度为：3.排泥设施(1)池底设有的底坡，并在池子的进水端设排泥斗及排泥管，用刮泥板把泥刮至进水端，由管道排出。(2)污泥斗计算设集泥斗上部直径为，下部直径为，倾角为600，则有污泥斗高度为：m污泥斗有效容积为：m3选用DN200的铸铁管作为排泥管。4.进水部分设计进水槽设计尺寸B×L×H=1.0m×4.0m×1.2m，采用潜孔进水，避免异重流。潜孔流速控制在0.2m/s～0.4m/s，取v=0.3m/s，则单池配水孔面积为：共设有4个潜孔，则单孔面积为设计孔口尺寸为0.8m×0.45m，实际流速为0.3m/s。查手册得，水流经孔口的局部阻力系数为ξ=1.06，则计算孔口水头损失为：72 5.出水部分设计采用非淹没式矩形薄壁堰出流，取堰宽等于接触池廊道宽度，由手册得，非淹没式矩形薄壁堰流量公式为，代入，计算得：考虑堰后跌水0.15m，则出水总水头损失为：则进出水总水头损失为：3.8.3加氯间设计计算1.加氯量加氯量一般为5mg/L～10mg/L，本设计中加氯量按每立方米污水投加5g计(即5mg/L)，则总加氯量为：2.加氯设备选用4台ZJ-2型转子加氯机，三用一备，单台加氯量为12.5kg/h，加氯机尺寸为：550m×310m×770m。3.9计量堰为了提高污水厂的工作效率和运转管理水平，积累技术资料，以总结运转经验，为给处理厂的运行提供可靠的数据，必须设置计量设备。本设计采用巴氏计量槽，其优点是水头损失小，不易发生沉淀，精确度高达95﹪～98﹪。本设计流量范围为1.736～2.344，故采用测量范围在0.400～2.800的巴氏计量槽。3.9.1尺寸设计本设计设计流量，由《给水排水设计手册》第五册568页表10-3查得，选择测量范围在0.400～2.800的巴氏计量槽，72 各部分的尺寸为：，，，，，3.9.2水头损失计算计量堰按自由流计，由《给水排水设计手册》第五册570页表10-4查得，应采用的计量堰尺寸为：当，时，，自由流条件，取则有：。故计量堰水头损失为：(1)上游水头计算上游流速为：水力计算如下：湿周：过水断面积：水力半径：水力坡度：‰(2)下游水头计算下游流速为：水力计算如下：湿周：过水断面积：水力半径：水力坡度：‰计量堰应设在渠道的直线段上，上游渠道长度应不小于渠宽的2～3倍，取72 上游长度为，下游渠道长度应不小于渠宽的4～5倍，故取下游长度为，则全部直线段长不小于渠宽的8～10倍，符合要求。(3)计量堰水头损失计算()上游水头损失为：‰下游水头损失为：‰则计量堰总的水头损失为：72 第4章污泥处理构筑物的设计计算4.1污泥浓缩池在污水处理过程中产生大量的污泥，污泥含水率高，体积大，不便运输。污泥中还含有大量易腐化发臭的有机物，以及毒害物质，同时也有氮、磷、钾等植物营养素负荷，所以需经过有效处理，以便达到变害为利，综合利用，保护环境的目的。本设计采用竖流式连续运行的重力浓缩池。污泥来自初沉池和剩余污泥的混合。4.1.1池体设计1.设计参数：混合污泥进泥含水率（）浓缩后污泥含水率（）浓缩时间（）污泥固体通量污泥密度2.计算污泥浓度：────混合污泥总量────初沉池污泥量────二沉池污泥量3.浓缩池面积：采用两个浓缩池，有取浓缩池直径为72 4.浓缩池高度：取，则5.超高：6.缓冲层：7.池底坡度造成的深度为8.泥斗容积：集泥斗上部直径为5m，下部直径为3m，倾角为600，则有污泥斗高度：污泥斗有效容积为：9.污泥斗以上的圆锥体部分污泥容积浓缩池采用机械刮泥，取池底径向坡度为0.05，则圆锥体高度为：污泥斗有效容积为：10.有效水深：，符合规定。11.浓缩池总高度：由于池宽所以污泥浓缩池的刮泥机选用型中心传动刮泥机,共2台72 表4-1型中心传动刮泥机型号池直径周遍线速度池深电动机功率运行一周时间4.2污泥脱水间目前，常用的污泥脱水设备有板框压滤脱水机、带式压滤脱水机和离心脱水机。本设计采用带式压滤脱水机。带式压滤机的基本原理是通过设置一系列压辊及滚筒，将上下层滤带张紧，滤带间的污泥不断受挤压剪切后，加速泥水的分离。带式压滤机一般分为三个阶段，重力脱水段，楔形预压段，中/高压段。设备选型：带式压滤机两台性能参数：滤带有效宽度泥饼含水率用电功率4.3污泥泵房污泥泵房设计1.二沉池回流污泥：回流泥量：选型：端吸离心污泥泵两台，一台备用。性能范围：流量可达扬程可达2.混合污泥：二沉池剩余污泥量：初沉池泥量：选型：立式污水污物泵两台，一台备用。性能参数：流量72 扬程排出口径72 第5章污水厂平面及高程的布置5.1污水厂平面及高程布置污水厂的平面布置包括：处理构筑物的布置、办公、化验、辅助建筑的布置、以及各种管道、道路、绿化等的布置。污水厂的平面布置图应充分考虑地形、风向、布置合理、便于规划管理。布置得一般原则：1.构筑物布置应紧凑，节约占地，便于管理；2.构筑物尽可能按流程布置，避免管线迂回，利用地形，减少土方量；3.水厂生活区应位于城市主导风向的上风向，构筑物位于下风向；4.考虑安排充分的绿化地带；5.构筑物之间的距离应考虑铺设管渠的位置，运转管理和施工需要，一般5-10米；6.污泥处理构筑物应尽可能布置成单独的组合，以防安全，便于管理；7.污水厂内应设超越管，以便在发生事故时使污水能超越一部分或全部构筑物，进入下个构筑物或事故溢流。具体平面布置见城市污水厂平面图。5.2污水厂高程布置5.2.1概述为了使污水能在构筑物间通畅流动，以保证处理正常进行，在平面布置的同时必须进行高程布置，以确定各构筑物及连接管渠的高程。在整个污水处理过程中，应尽可能使污水和污泥重力流，但在多数情况下需要提升。本设计高程布置严格遵循以下原则：1.为了使污水在各构筑物间顺利自流，精确计算各构筑物之间的水头损失，包括沿程，局部及构筑物本身的水头损失，此时还考虑污水厂扩建时的预留储备水头。2.进行水力计算时，选择距离最大，水头损失最大流程，并按最大设计流量计算，计算时还要考虑管内的淤积，阻力增大的可能。3.污水厂出水管渠的高程需不受洪水顶托，污水能自流流出。4.污水厂的场地竖向布置，应考虑土方布置，并考虑有利于排水。5.2.2构筑物之间管渠的连续及水头损失的计算1.曝气沉砂池（细格栅）汇水点72 ,,,沿程损失：局部损失：2.汇水点初沉池,,,3.初沉池汇水点,,,4.汇水点池,,,5.池配水井,,,72 6.配水井二沉池,,,7.二沉池配水井,,,8.配水井接触池,,,9.接触池计量堰,,,10.计量堰出厂管,,,72 5.2.3构筑物之间管渠的连续及污泥损失的计算污泥自流───污泥管径；───输送距离；───污泥流速；───污泥含水率。由污泥泵提升处于紊流状态,1.二沉池回流污泥池2.初沉池污泥污泥泵房3.二沉池剩余污泥污泥泵房72 3中格栅,台44细格栅,台45皮带输送机,台86方形提板闸个87手动闸阀个8三、提升泵房8潜污泵500WQ2700-16-185台49电动机台410方形提板闸个411手动启闭机启闭力：,台412电磁阀个4四、曝气沉砂池13手动闸阀个214启闭机启闭力：台415方形提板闸个4五、初沉池16方形提板闸个417行车提板刮泥机台20六、曝气池18微孔曝气器HWB-2个1678419电动蝶阀个220电动蝶阀个821电动蝶阀个472 22双法兰伸缩节个223双法兰伸缩节个824双法兰伸缩节个4七、二沉池25电动蝶阀个826电动蝶阀个427周边传动刮泥机台4八、污泥泵房28端吸离心污泥泵,台229立式污水污物泵,台230手动伸缩蝶阀台4九、鼓风机房31罗茨鼓风机台232罗茨鼓风机RF—245台8十、污泥浓缩池33中心传动刮泥机台234电动蝶阀个4十一、加氯间35ZJ-2型转子加氯机加氯量12.5kg/h台436漏氯中和装置吸收能力套137加药罐个4十二、污泥脱水间38带式压滤机台272 39电动球阀个240手动球阀个2主要自控设备表序号名称型号数量1电磁流量计0～2500万m3/h12PH测定仪CPM252,PH=4～12,4～20mA33SS浊度计0～100NTU,4～20mA34BOD检测仪0～500mg/l35超声波液位差计FMU862,0～2.5M46超声波泥位计47配超声波传感器48静压液位计DB53.0～5M29不间断电源UPS，2000VA，30min4第8章安全生产、环境影响、消防和节能8.1安全生产、劳动保护1.工程设计中考虑如下措施：(1)要求由两路独立电源，主要设备如水泵、格栅等均有备用。(2)各类用电设备均有可靠的接地保护，并设有事故照明。(3)室内构筑物及场地均有足够亮度的照明，便于工人夜间巡视。(4)各构筑物的临空走道、平台及深坑均有栏杆保护。栏杆的高度和强度均应符合国家劳动保护规定。72 (5)对产生有毒有害气体的工段，设置报警措施，并设通风系统及配置防毒面具。对脱水机房设置机械通风，满足劳动保护的换气要求；对于管道可能产生甲烷气体的地方，当工作人员需要进入检查时，应采用轻便通风机进行通风。(6)配置安全带、安全帽、便携式测定仪、手套、口罩等劳保用品及必要的检测仪器。(7)各控制室均有事故报警显示，当人员在现场手动操作时，自动方式将被锁定，以免误操作引起人身伤害。(8)水泵、电机易产生噪音的设备，设置隔墙震垫减少噪音，管理用房与机房分开，并采取有效的隔音措施。(9)定期对职工实行医疗检查，建立健康登记卡。另外，必须加强教育，对操作人员、管理人员进行上岗培训，制订出安全操作规程和管理制度，以确保安全生产。8.2环境影响本工程环境保护包括两个方面，即在工程建设过程中及工程建成投产之后。8.2.1工程建设过程对环境的影响决策1.对交通的影响对策(1)选择适当的路线运送材料和设备，使交通中断最小。(2)设置警告讯号，道路封闭时按需进行交通管理，以保证工程正常进行和减少交通障碍。(3)建设单位必须制订严格的施工程序表，按计划施工建设。2.施工扬程、噪音的影响对策(1)及时的清运弃土，避免沿途抛洒。(2)对所有车辆和设备装置设低噪音和消降污染设施，以限制噪音和空气污染。(3)尽量控制离居民区较近地段的夜间施工。3.生活垃圾等废弃物的影响对策(1)建设工人的宿舍应妥善安排。(2)生活垃圾及时清理。(3)倡导文明施工、室岗保洁，创造一个良好的生活环境。8.2.2项目建成后对环境的影响污水处理厂位于示范区下风向的边缘地带，对其周围环境的影响较小，且污水处理厂内大量绿化，沿厂周围种植常绿化带，起到衰减噪音、改善环境的作用。72 厂区总图合理布置，人流、物流互不干扰，生活区位于上风向，远离生产区，并辅以绿化带隔离，营造一个花园式工厂的环境。设备选型上采用低噪，并采用相应的隔音、减震措施。污水经处理后能达标排放，不会对下游水体造成危害，且选择的处理工艺稳定、可靠、自控水平高，正常运转有保证。厂区内的生活污水及冲洗水重新进入处理系统，不外排。处理过程中产生的污泥，经脱水后，含水率至75%-80%，可用一般的运输工具外运。运输过程中应防止沿途抛洒，造成二次污染。8.3消防及节能8.3.1消防根据“建筑设计防火规范”，划分不同的防火等级，设置相应的消防措施。污水泵房采用丁类防火标准。变配电间定为丙类防火标准，设置干粉灭火器。综合楼根据规范规定设置消火栓系统。厂区及站区设置低压给水消防系统，同时做到厂区和站区内的消防通道畅通。8.3.2节能(1)耗电量大的设备主要是水泵和风机。本工程中选用效率高、耗能少的先进设备和器材，在运转中使水泵和风机的工作点位于效率最高区，以节省电耗。(2)在高程布置中，节约水头损失，减少跃水高度，以节省水泵提升高度，节约电耗。(3)采用变频装置的分机，节约能耗。(4)选用先进的控制仪表系统，对池内的溶解氧、进水流量等实行自动检测，通过PLC实现最佳控制，合理调整工况，保证高效工作。第9章工程概算9.1工程概算编制说明9.1.1编制废水处理厂工程概、预算的基础资料1.基础资料72 包括设计任务书、相关文件；现行建筑安装工程概、预算定额、指标、建筑材料、机电设备预算价格及相关文件；建设地点的地质情况、土壤类别、地下水位、一般性气象资料；相关费用或取费标准、民用建筑经济指标等。2.资料调查收集内容包括定额、人工及材料价格、费率标准、当地的施工条件及习惯做法、供电及电费、资金情况等。这里由于设计资料难以做到各项齐备，故仅进行简单的粗算。9.1.2工程造价分析污水处理厂的造价受地区条件、工程规模和设计标准的影响很大，造价变化幅度可能相差2～3倍之多，其变化规律也不易掌握。但构成污水处理厂的各单项构筑物的造价与总造价的比例有一定的规律，即与处理厂的造价构成一定的比例关系。一般来说，此比例受工程规模的影响较小，在工艺标准和结构类型大致相近的情况下，各部分与总造价的比重比较接近。根据北京、上海等地的设计院近年来设计、建造的废水处理厂的工程造价分析资料，得出的其主要构筑物的造价比例数据可知：由于分析所依据的资料大多为传统的常规二级生物处理(活性污泥法)流程，废水经泵房提升、曝气沉砂池、初沉池、曝气池、二沉池、出水消毒后排放；而污泥处理为重力浓缩、消化池(二级消化)、脱水后外运、沼气综合利用(发电)回收能源(可以满足全厂用电量的20﹪)。厂内选用常规的处理设备和自动化仪表控制。这样，处理构筑物的初沉池、曝气池(包括鼓风机房）、二沉池、消化池(包括控制室)、脱水机房及厂区平面布置等六项工程的造价约占整个污水处理厂造价的75﹪左右，其中曝气池造价最高，其造价占整个处理厂造价的1/4～1/5，故对曝气池工艺的合理设计将是降低污水处理厂的造价的重要环节。综合分析污水处理厂的造价构成，其工艺(包括设备、配管及管线综合)占总造价的30﹪左右，电气及自控仪表部分约占总造价的20﹪左右，整个土建工程约占总造价的50﹪左右。工艺、电气仪表、土建三者的平均比例大致是30：20：50。但近年来，一些利用外资的贷款项目，采用进口设备的数量增多，而进口设备的价格往往比国产设备高出数倍，以致于设备部分的造价比重明显上升。9.2工程概算72 9.2.1基本建设投资估算基本建设投资是一个建设项目从筹资、设计、施工、试生产到正式投入运行所需的全部资金，它包括可以转入固定资产价值的各项支出以及“应核销的投资支出”。基本建设投资按总概算的费用项目划分为三部分，即工程费用项目(也称一类费或直接费)，其他费用(即二类费，包括征地费、建设单位管理费、生产人员培训费、施工机械迁移费、技术咨询及考察费、监理费、设计费等)，不可预见的费用(预备费)；按建设费用的性质划分为五部分，即建设工程费、设备安装工程费、设备购置费用、工程器具及生产家具购置费、其他费用。此次设计为粗略估算，根据概念性设计编制。参照《三废处理手册》(上)综合指标估算表如下表：本设计为15×104m3/d的城市污水处理，一级B出水标准，故采用上表中“10～20”一栏的数据。注：所有构筑物均为钢筋混凝土结构，所有附属建筑物均采用砖混结构，包括综合楼、控制楼、机械间、车库、锅炉房与食堂、污泥棚、鼓风机房、传达室等。合计总建筑面积为70000m3。又根据造价公式估算法，由1996年材料价格和设计标准分析得出二级污水处理厂的造价计算公式为：=8046.20～12069.28万元其中，Cs——处理厂工程投资，不包括二类费及材料价格上涨因素，万元；Qs——污水处理厂的设计流量，104m3/d；1000～1500——工程投资上、下限的变化幅度范围。这样，设二类费用为1000万元，材料价格上涨因素导致费用增加2000万元，则工程投资为13000万元。污水处理厂单位水量投资估算和主要材料消耗的综合指标规模/(104m3/d)单位投资/(元/m3)主要材料钢材/kg水泥/kg木料/m3金属管/kg非金属管/kg二级污水处理厂20以上800～120022～26100～1450.008～0.0129～114～610～201200～140026～35145～1900.012～0.01711～156～872 污泥处理20以上300～4006～730～450.002～0.0030.4～0.61～1.510～20400～5007～945～600.003～0.0050.6～0.81.5～29.2.2生产成本分析计算构成成本计算的费用项目：①能源消耗费：包括在污水处理过程中所消耗的电力、蒸汽、自来水、煤等能源消耗。电耗计算是指处理厂的实际用电负荷(kw)，不包括备用设备。②其他费用：药剂费、职工工资福利费、劳保基金、统筹基金、固定资产基本折旧费、大修基金提存、行政管理费和间接费用的计算，一般按日平均流量(m3/d)。③日常维护检修费：维护检修费对一般生活废水可参照类似工程的比率按固定资产总值的1﹪提取，但工业废水由于对设备及构筑物的腐蚀较严重，应按废水性质及维修要求分别提取。④废水、污泥综合利用的收入：在市场经济的形势下，废水处理也将过渡到收费制，废水排出要收排污费，而废水作为一种资源也将收费。⑤年成本费与单位处理成本的计算：所谓成本是指污水处理厂的运行管理费，包括处理厂运行的电费、资源费、药剂费以及职工工资福利、劳保基金、大修、基建、设备折旧、管理费等总和被处理水量除，即得出年成本和单位处理成本。计算动态成本时的投资收益率一般可按4﹪计算。1.基本资料平均日处理水量为15×104m3，总用电量设为4000kw，电费单价为0.58元，污水量总变化系数为1.2，职工定员60人，人均年工资及福利18000元，基建投资为20000万元，固定资产投资形成率92﹪，建设期间贷款利息2000万元，综合基本折旧率4.6﹪(土建60年，设备20年，平均为40年)，大修基金提存率2.5﹪，投资收益率4﹪，投资回收年限20年。计算单位处理成本如下：（1）电费：电费的计算按《给水排水建设项目经济评价细则》和《给水排水设计手册版》第十册中成本费用公式计算：电费=8760·N·d/K式中：N——厂内的水泵、空压机、曝气装置等各动力设备功率总和(不含备用设备)；72 d——电费单价，取0.58元/kWh；K——总变化系数，取1.2。按上述所列规定公式计算：全年总电费=8760×4000×0.58÷1.2＝1693.6万元/年以总电费折合每处理1m3污水电耗费用为0.103元。按去除BOD5负荷计算电耗为0.002KWh/kgBOD5。（2）药剂费：按处理水量15×104m3/d计，聚合氯化铝用量85kg/d，单价30元/kg；液氯用量为31.25kg/h，单价为4200元/t，药剂费全年费用为208.05万元。折合每处理1m3污水药剂费用0.021元。（3）自来水费：每日需要达到生活饮用水水质标准的自来水水量为10.0m3，自来水当地价格为生活用水水价0.9元/吨，生活用水水费每日为9.0元；年度水费合计0.33万元。（4）栅渣、沉砂、污泥外运费：每日需运出含水率80%左右的格栅栅渣约3.2吨，含水率约60%的沉砂池沉砂1.8吨，含水率75%的脱水污泥30吨，合计为35.0吨。废弃物需运至距本污水处理厂8公里外的垃圾场处理，运输单价10元/吨，每天共需渣泥运输费用350.0元/d，年运输费为12.775万元。（5）年工资福利费：本污水处理厂员工共计60人，按15000元/人·年计算，年工资福利费90万元。折合每处理1m3污水的工资费用为0.013元。（6）固定资产基本折旧费：按固定资产投资13000万元，综合折旧率4.6%计算，年折旧费598万元。（7）大修理基金：按固定资产投资的2.5%计算，年大修理基金325万元。（8）无形资产和递延资产摊销费：按无形资产和递延资产100万元，摊销率25%计算，年费用25万元。（9）日常检修维护费：按固定资产投资的0.5％计算，年日常检修维护费65万元。成本分析表序号生产费用费用名称单位费用1处理水量104m3/d152电费万元/年903.723药剂费万元/年208.054自来水费万元/年0.335栅渣、沉砂、污泥运出费万元/年12.77572 6工资福利费万元/年907固定资产基本折旧费万元/年5988大修理基金万元/年3259无形资产和递延资产摊销万元/年2510日常检修维护费万元/年6511其它费用万元/年211.6812财务费用万元/年8.77513静态年成本费万元/年3240.5414动态年成本费万元/年3600.1615单位静态处理成本元/m30.5916单位动态经营成本元/m30.66（10）行政管理费及其它费用：按总和（1-9）的10%计算，计222.7875万元/年。（11）财务费用：流动资金200万元，其中铺底流动资金50万元纳入总投资，申请银行贷款流动资金150万元，按年利息5.85%计算为8.775万元/年。（12）静态年成本费(为1-10的总和)：YC1=1693.6+208.05+0.33+12.775+90+598+325+25+65+222.7875=3240.54万元（13）动态年成本费：≈3240.54-598+(13000+8.775)×0.0876/1.191=3600.16万元故单位水量处理成本(AC)：静态元/m3动态元/m372 结束语本文是模拟设计一座污水厂，是本科毕业生的初步设计。经过近3个月认真计算、制图、排版，本设计圆满结束。设计内容，规范符合设计要求。在设计前去北京高碑店和清河污水厂进行1个多月的实习，所以本设计中许多内容和模式是模仿该污水厂的情况。本文的编排顺序是概述、污水处理工艺、污泥处理工艺、环境影响评价等几部分组成。构筑物排版顺序按照污水或泥的流动方向设计。说明书中的所有公式、图表、以及计算规则都是查询给排水手册等相关权威书籍，完全符合要求。置图采用CAD绘图，察看过网易给排水中图纸以及图书馆中的图集，基本符合绘图要求。排版符合学校要求，统一排版。通过这次设计我掌握许多知识也明白了许多道理，设计时要理论联系实际，单独的纯理论计算是远远不够的。本设计中还考虑了实际基建情况，并联系自己实习时所发现的问题，基本符合实际。72 致谢经过这近半学期的努力本设计终于圆满结束，在这期间，不仅仅深入了解本专业污水处理的知识和设计程序，还积累了宝贵的经验。本设计蕴含着许多人的心血，是我这三个月的认真努力的鉴定。首先要感谢学校、二级学院给我这次机会，能自己动手做设计，把所学过的理论知识和工程实际联系起来，更好的掌握专业知识。其次要感谢敬业的指导老师的栽培和同学们的帮助。这次设计也为今后的事业打下基础，积累的经验和对错误的总结对今后的人生有重要帮助。72 参考文献1.文一波.城市污水厂建设费用和运营费用的探讨.中国给水排水,1999.2．顾国维.水污染治理技术研究.上海：同济大学出版社，1997.3．孙力平等.污水处理新工艺与设计计算实例.北京：科学出版社，2001.4．王彩霞等.城市污水处理新技术.北京：中国建筑工业出版社，1990.5.娄金生等编.水污染治理新工艺.北京:海洋出版社,19996.陶俊杰、于军亭、陈振选.城市污水处理技术及工程实例.北京：化学工业出版社，20057．王洪臣.城市污水处理厂运行控制与维护管理.北京：科学出版社，1997.11.8.张自杰主编.排水工程(下册).北京：中国建筑工业出版社,1996(第三版)9．王凯军、贾立敏.城市污水生物处理新技术开发与应用.北京：化工工业出版社、环境科学与工程出版中心，2001.10.张振家，郭晓艳，周长波.工厂废水处理站工艺原理与维护管理[M].北京:化学工业出版社，2003.11.邱元拔.工程造价概论.北京：经济科学出版社，200112．许泽美.生物膜法在市政污水处理中的应用前景.中国给水排水,1999.13．贺延龄.废水的厌氧生物处理[M].北京:中国轻工业出版社，199914.杨岳平等.废水处理工程及实例分析.北京：化学工业出版社，2003.15.AR.Pitmanetal.theThickeningandTreatmentofSewageSludgetoMinimizePhosphorusRelease.Wat.Res,1991.25(10):1285-1294.16.WangB.Zetal.MechanismofPhosphorusRemovalbySBRSubmergedBiofilmSystem.Water.Res,1998.32(9):2633—2639.17．Gillot,S.Héduit,A.Effectofairflowrateonoxygentransferinanoxidationditchequippedwithfinebubblediffusersandslowspeedmixers,WaterResearch2000.34(5):1756～176272 附录黑龙江科技学院微生物中多聚磷酸盐细菌加强生物废水中清除磷的能力摘要活性污泥处理工艺在厌氧和有氧（厌氧—好氧法）环境交替进行方法可以提高的废水中磷的去除效果（EBPR）。据了解，聚磷菌（PAB）在厌氧—好氧法中发挥重要作用。本文对微生物的新陈代谢和群落结构描述有限，主要突出在EBPR过程中的选择作用。微生物在厌氧—好氧法中，碳源丰富的厌氧环境和碳源缺乏的好氧环境交替进行，促进了聚磷菌重要的新陈代谢特征。其中包括有机质的吸收，以及把它们转化为细胞内聚磷菌自身储存的PHA和水解产物，并在厌氧条件下释放能量。假设细胞内神经的功能是作为调节器，调节细胞的氧化还原平衡。能另储存有助与聚磷菌在厌氧环境中维持氧化还原平衡，吸收各种类型的有机质，增强微生物的选择功能。聚磷菌不能由其他物质组成，各种各样的细菌除外。要确定EBPR工艺中微生物群落的结构，需要通过分子技术细心观察在各种EBPR中，每一种聚磷菌的活动情况，因为许多聚磷菌都是不可用的培养基。关键词：活性污泥厌氧—好氧法生态学生物加强清除磷酸盐微生物群落聚磷菌废水处理工艺72 当过量的含磷废水排入不外流的水体，湖泊或内陆海水时会造成水体富营养化。（海藻过量生长繁殖）要在污水排入水体之前去处水中的磷。厌氧、好氧条件交替控制活性污泥法已经成功的用于提高水体中磷的去处效果。这种厌氧好氧交替运行的工艺已经得到普遍运用，在厌氧段、好氧段池体的空间布局以及利用设备的污泥回流系统等方面有显著效果。例如这种被称为EBPR的厌氧—好氧或厌氧—缺氧过程。据研究显示，聚磷菌在EBPR厌氧好氧法中具有重要作用。EBPR要实现高而稳定的性能，必须保持聚磷菌在系统中的活性。基本的厌氧—好氧法的图表可以说明其中的问题。这一过程的特点是结构上存在一种厌氧阶段，保持绝对厌氧条件,没有氧气,也没有no2-/no3-为活性污泥细菌提供电子受体。有机质的供应一部分来自进入厌氧段的污水，一部分是反应器中回流污泥补充碳源。在EBPR过程中，加快厌氧段有机质的吸收率是细菌得到微生物的关键。这种PAB繁殖机制可以如下表述。通常，在厌氧阶段活性污泥向污水中释磷，同时吸收有机质。在后期的好氧段，吸收的磷，远大于在厌氧段前期释放的磷。污水中的磷被去处了，它作为一种物质积累到细胞里。多聚磷酸盐是一种高能化合物，它水解能为细胞多种生化反应提供足够的能量。在厌氧阶段，多聚磷化物的水解使PAB获得足够的能量以满足它们吸收有机质。没有电子受体（氧，NO2-/NO3-）好氧细菌和反硝化细菌没有足够的能量利用有机质，也不能完成PAB的利用。因此采用厌氧段使PAB具有优势，更好的处理污泥中的磷。处理系统中的过量污泥并收集含高浓度磷的污泥，这样可以提高除磷效率。数量极少的纯培养基在EBPR中扮演重要角色。EBPR中新陈代谢方面的研究主要是基于对浓集的混合培养基的研究而不是纯培养基。这方面的不足就是缺乏准确的有关EBPR的微生物学和生物化学方面的资料。因此，EBPR中PAB的微生物学变的不容易理解。EBPR工艺中聚磷菌的碳代谢虽然厌氧—好氧法对于EBPR从工程角度来说已经是成熟的工艺方法，但它还不能清楚的解释一些微生物方面的定义在微生物的新陈代谢过程中，厌氧段通过废水中细菌的酶化作用完成了碳化合物的吸收。由于污泥在厌氧条件下完成了和碳化合物的充分接触，生物体能更有效的利用碳质，在厌氧环境中占据优势。因此，在厌氧条件下，PAB能实现对碳质的高速吸收的原因是我们一直关注的重要课题。据了解，短链脂肪酸醋酸有利于EBPR中碳的来源，并且在EBPR中新陈代谢已经作为碳质的模型正在进行研究。在这项研究上有一个决定性问题，就是事实上没有一个细菌可以从EBPR工艺中孤立起来，来显示EBPR污泥的主要特征。任何孤立的纯文化每一个细菌在掩样杨。这就是EBPR中的微生物被研究原因。这种高浓度PAB培养基通常从模拟实验获得，模拟厌氧—好氧法处理废水。72 在一组醋酸作为碳源的厌氧实验中，含高浓度PAB的活性污泥利用短链迅速吸收醋酸，在细胞内累计PHAs释放磷。吸收的醋酸作为PHs转化和积累。据发现在高浓度PAB中PHAs的积累由4部分组成3HB,3HV,3H2MB,和3H2MV。分析这些PHAs的化学成分并证明是由上述四个单位组成。至于碳水化合物，有人证明了它存在于厌氧—好氧活性污泥中，当醋酸作为碳源被吸收时，高浓度PHAs在厌氧段形成。醋酸转化为PHAs需要减少电能，因为PHAs比醋酸不易合成。为了解释在没有电子受体情况下减少电能这个过程，Mino和Arun提出一个假设模型。该模型中，在假设降低PHAs能量情况下，厌氧环境中存储的乙酰部分氧化为二氧化碳。这种模式现在被称为Mino模型,其相关的一些研究者已证实，理论化学计量学根据模型依照显示能定量地解释通过PAB污泥将醋酸盐和糖朊转换成PHA，成功地采用了类似的概念来解释在EBPR中厌氧吸收率问题。EBPR中厌氧碳新陈代谢模型另一个假说是由Matsuo、Comeau和Wentze提出来的。根据这种假说，TCA循环假设在厌氧条件下进行，把一部分醋酸氧化成二氧化碳并减少能量。这种模式通常只在厌氧或好氧环境下进行循环。对于这一矛盾的热力学理论，人们已经在厌氧或好氧环境中发现完整的TCA循环。这些微生物利用硫元素和电子受体通过氧化醋酸完全转化二氧化碳。据认为,这种情况的产生主要是要求减少能量生成代谢，就像Mino模型；而不是TCA循环那种预言。原因如下：（1）这种理论能很好地解释实验观察到醋酸厌氧吸收率的现象，通过高浓度PAO，PHA的形成、乙二醇的应用、二氧化碳的生成。（2）13C示踪实验器材的使用指出：醋酸通过厌氧污泥吸收的不是二氧化碳,因此不会通过循环进行代谢。（3）实验用13C-器材,显示乙二醇转化为厌氧代谢的淤泥。另一方面,有证据表明有可能介入的局部TCA循环发电,减少电能是在EBPR厌氧阶段。即13C的碳被转化高浓度PAB，醋酸-污泥浓缩被认为是绝对厌氧条件下释放二氧化碳。迄今为止,这是唯一可能的实验结果显示了运行周期迈进的阶段厌氧Ebpr的过程.循环的功能迈进的碳排放源的厌氧吸收率以及对微生物的筛选过程Ebpr有待进一步调查.EBPR的过程中,受到其他微生物碳厌氧环境和丰富的碳有氧环境恶劣.这一交替的、综合和退化三种形式临时医院引起循环和新陈代谢,是通过这些微生物完成的。这种微生物循环是能量的消耗，而不是微生物的能源利用效率。然而，这种微生物循环使PAB在厌氧—好氧环境中进行选择。如何解释这一规定在细胞循环代谢是由Pramanik发现的。这一模式包含了一整套涉及细胞代谢途径和能源需求及高分子合成代谢物如何运输并跨越细胞膜.模型不仅支持假设，还提供了生物代谢途径,以及能源供应,而且还表明,在代谢途径中规则成立。强化社会结构生物学微生物磷清除过程72 不动杆菌首次作为PAB被提出来，很少有研究人员质疑不动杆菌是否仅仅是EBPR中的一种细菌。它有可能被认为高磷EBPR淤泥清除能力是一组由微生物,试图找出几个不动杆菌以外生物体。现在,新的强有力的工具的运用,对微生物体结构的分析,了开发和利用EBPR淤泥。其中化学分析方法与分子分析与方法,如荧光在原地交错(渔)、图书馆克隆方法、热梯度电泳(DGGE)、终端限制碎片长度白细胞(T生物)等。高EBPR浓度污泥的微生物多样性已成功利用这种新技术。分子分析适用于活性污泥结构的特点分析，醌生物样品的种类数量可确定,应当明确反映研究样本形态组成。有人建议由几个不同EBPR污泥组织，醌最丰富、Q-8,仅占总数约PAB污泥的31%（磷含量1.94、60mG悬浮固体);第二个最丰富的人,Q-10,占8.5%;第三、MK-8(H4)、6.5%。换句话说,有几个不同污泥微生物群体,已确认的其他研究人员也用它，T-样品的分离,PCR-16S更直接表明不同的人口，数量约19至24年各主要见于高度PAB污泥浓缩。（磷含量、悬浮固体12%）。Dgge的技巧也显示分离,扩大碎片rDNA和EBPR淤泥中的一些主要的DNA序列不同的碎片,暗示研究Ebpr结构多样性。这些成果有力地表明,没有一个是PAB或基因型数量有限,但也会涉及各类细菌。Bond应用PCR克隆启动两种活性污泥,高磷清除绩效果以及典型的新陈代谢,PAB等。他们发现这个组织数量相当惊人，高磷污泥比低磷污泥大幅度提高了。这一结果显示,有特定集团作用.然而,只有14%的被占领，基因总数在少数的高磷污泥。现在还不能确定这能否为观察到高磷清除绩效。讨论之前,有报道EBPR结构中有一种压倒优势(细菌总数81%)。就目前而言,这是唯一的一个案例,主要是细菌的主要表现是EBPR负责。用DAPI进行双重染色与rRNA的探针，针对不同对象确定细菌组繁殖在原地。因此,在检验污泥时这两个群体被认为在累积磷。报告说,阳性菌G+C高含量DNA扮演重要角色,因为较高EBPR发生这种细菌组发现了一个克隆EBPR的过程。大多数基因阳性菌具有很强的DNAG+C含量，依据实验样品的rDNA碎片从高浓度-污泥浓缩(磷含量,12%的悬浮固体)、污泥很低磷酸盐含量(2%悬浮固体)。认为阳性菌具有很强的DNAG+C的结构不只是PAB的重要组成部分。醌分析使用方法,该市污水处理厂污泥运作模式相类似,不论对方采取何种过程污泥。从淤泥中EBPR程序和常规程序分子形态十分相似。比较不同启动模式醌淤泥建议采用的厌氧阶段进入，全面启动常规污泥过程不会导致大量细胞变化。上述这些结果又会导致下述结论:细胞拥有独特的新陈代谢特点,把生物和微生物群体分开。最可能的阿尔法-、试用、伽玛射线的类别和阳性菌具有很强的DNAG+C的内特性。展望未来72 这次审查显示,PAB不是由少数受限制物质组成,但也会转化成各类细菌。在EBPR中细菌的种类不同,负责功能不同。在EBPR过程中，明确界定微生物Ebpr社会结构和过程的机制来描述PAB生态选择，在研究加强和行为发生个别种类对EBPR的需要。因为许多PAB似乎是不可能的结构,只有分子方法能实现这些目的。这可能意味着,新陈代谢的关键基因的EBPR常见细菌不同。最有趣最重要的是确定这种基因并且找出它是怎样的规则。MicrobialSelectionofPolyphosphate-AccumulatingBacteriainActivatedSludgeWastewaterTreatmentProcessesforEnhancedBiologicalPhosphateRemovalAbstract:Activatedsludgeprocesseswithalternatinganaerobicandaerobicconditions(theanaerobic-aerobicprocess)havebeensuccessfullyusedforenhancedbiologicalphosphateremoval(EBPR)fromwastewater.Itisknownthatpolyphosphate-accumulatingbacteria(PAB)playanessentialroleforEBPRintheanaerobic-aerobicprocess.ThepresentpaperreviewslimitedinformationavailableonthemetabolismandthemicrobialcommunitystructureofEBPR,highlightingthemicrobialecologicalselectionofPABinEBPRprocesses.Exposureofmicroorganismstoalternatecarbon-richanaerobicenvironmentsandcarbon-pooraerobicenvironmentsintheanaerobic-aerobicprocessinducesthekeymetaboliccharacteristicsofPAB,whichincludeorganicsubstrateuptakefollowedbyitsconversiontostoredpolyhydroxyalkanoate(PHA)andhydrolysisofintracellularpolyphosphateaccompaniedbysubsequentPireleaseunderanaerobicconditions.Intracellularglycogenisassumedtofunctionasaregulatoroftheredoxbalanceinthecell.StorageofglycogenisakeystrategyforPABtomaintaintheredoxbalanceintheanaerobicuptakeofvariousorganicsubstrates,andhencetowininthemicrobialselection.Acinetobacterspp.,Microlunatusphosphovorus,Lampropediaspp.,andtheRhodocyclusgrouphavebeenreportedascandidatesofPAB.PABmaynotbecomposedofafewlimitedgenospecies,butinvolvephylogeneticallyandtaxonomicallydiversegroupsofbacteria.TodefinemicrobialcommunitystructureofEBPRprocesses,itisneededtolookmorecloselyintotheoccurrenceandbehaviorofeachspeciesofPABinvariousEBPRprocessesmainlybymolecularmethodsbecausemanyofPABseemtobeimpossibletoculture.KEYWORDS:activatedsludge,anaerobic-aerobicprocess,ecologicalselection,enhancedbiologicalphosphateremoval(EBPR),Lampropedia,microbial72 community,(PHAs),polyphosphate-accumulatingbacteria,wastewatertreatmentPhosphatecancauseeutrophication(extraordinarygrowthofalgae)whenitisexcessivelydischargedintoclosednaturalwaterbodieslikelakesandinlandseas.Tocontroleutrophication,phosphateremovalfromwastewaterisoftenrequiredbeforewastewaterisdischargedtothereceivingwaterbodies.Activatedsludgeprocesseswithalternatinganaerobicandaerobicconditionshavebeensuccessfullyusedforenhancedbiologicalphosphateremoval(EBPR)fromwastewater.Thisanaerobic-aerobicalternationcanbeachievedeitherbyspatialconfigurationofanaerobicandaerobiczonesinseriesincontinuousflowsystemswithsludgerecycleorbytemporalarrangementofanaerobicandaerobicperiodsinsequencebatchreactors.SuchEBPRprocessesarereferredtoastheanaerobic-aerobicoranaerobic-oxicprocess.Ithasbeenshowninpreviousstudiesthatpolyphosphate-accumulatingbacteria(PAB)playanessentialroleforEBPRintheanaerobic-aerobicprocess.ToachievehighandstableEBPRperformance,itisessentialtomaintainPABinthesystem.Abasicconfigurationoftheanaerobic-aerobicprocessisschematicallyshowninFig.a.ThisprocessisstructurallycharacterizedbythepresenceofananaerobicstageinwhichabsoluteanaerobicconditionsarekeptwithneitheroxygennorNO2-/NO3-availableaselectronacceptorforactivatedsludgebacteria.Organicsubstratesaresuppliedfrominfluentwastewaterintotheanaerobicstageandthereturnsludgecomesintocontactwiththecarbonsourceonlyintheanaerobicstage.FasteruptakeoforganicsubstratesintheanaerobicstageisthekeyforbacteriatowininthemicrobialselectionintheEBPRprocess.ThemechanismofproliferationofPABcanbedescribedasfollows.ItistypicallyobservedintheanaerobicstagethattheactivatedsludgereleasesPitothebulksolutionwithconcomitantuptakeoforganicsubstrates.Inthesubsequentaerobicstage,ittakesupmorePithanhasbeenreleasedinthepreviousanaerobicstage.ThePiremovedfromthewastewaterisaccumulatedinthecellaspolyP.Polyphosphateisahigh-energycompoundanditshydrolysiscansupplyenergytovariousbiochemicalreactionsinthecell.Intheanaerobicstage,thehydrolysisofintracellularpolyPenablesPABtoobtaintheenergytheyneedtotakeuporganicsubstrates.Withoutelectronacceptors(oxygen,NO2-/NO3-),aerobicbacteriaanddenitrifyingbacteriaareunabletoobtaintheenergyrequiredfortheutilizationoforganicsubstrates,andtheyarethusunabletocompetewithPAB.Therefore,theintroductionoftheanaerobicstageleadstotheprecedenceofPABandtoariseinphosphoruscontentofthesludge.Bywithdrawingthephosphorus-richsludgefromthesystemasexcesssludge,highphosphateremovalefficiencycanbeachieved.Fig.1.a)Basicconceptofanaerobic-aerobicprocessforEBPR.b)Behaviorof72 thebasicsubstancesinEBPR.TOC,totalorganiccarbonpresentinthebulksolution;PO4-P,orthophosphatepresentinthebulksolution;glycogen,glycogenstoredinthecells;PHA,polyhydroxyalkanoatesstoredinthecells.Althoughtheanaerobic-aerobicprocessforEBPRisanestablishedprocessfromanengineeringpointofview,ithasnotbeenclearlydefinedinmicrobiologicalterms.Forexample,thephylogeneticortaxonomicgroupsresponsibleforEBPRhavenotbeenidentified,andgeneralstructuresoftheEBPRmicrobialcommunityhavenotbeensuccessfullydescribedyet.VeryfewpurecultureshavebeenisolatedascandidatesofPABplayingakeyroleinEBPRprocesses.StudiesonmetabolicaspectsofEBPRhavebeenmainlydonebasedonenrichedmixedculturesbutnotonpurecultures.ThishasresultedinlackofdefinitiveandconclusiveinformationaboutthemicrobiologyandbiochemistryofEBPR.Thus,themechanismofmicrobialecologicalselectionofPABinEBPRprocesseshasbeenunderstoodverypoorly.ThepresentpaperreviewslimitedinformationavailableonthemetabolismandthemicrobialcommunitystructureofEBPR,highlightingtheselectionofPABinEBPRprocesses.CARBONMETABOLISMADOPTEDBYPOLYPHOSPHATE-ACCUMULATINGBACTERIAINEBPRPROCESSESIntermsofmicrobialmetabolism,theanaerobicstageinvolvestheuptakeoforganicsubstratesfromwastewaterbybacteria.Sincethesludgecomesintocontactwithorganicsubstratesunderanaerobicconditions,organismsthatcanutilizeorganicsubstratesmorerapidlyinananaerobicenvironmentgainprecedence.Therefore,thereasonwhyPABcanachieveaveryhighrateoforganicsubstrateuptakeunderanaerobicconditionshasbeenamajorsubjectofconcern.IthasbeenwellknownthatshortchainfattyacidslikeacetatearefavorablecarbonsourcesforEBPR,andacetatemetabolismhasbeenintensivelystudiedasamodelcarbonmetabolismsubstrateinEBPR.AcriticalprobleminsuchstudieslaysinthefactthatnoneofthebacteriaisolatedfromEBPRprocesseshaveexhibitedallthekeycharacteristicsoftheEBPRsludgeandthatanyisolatedpurecultureshadneverbeenverifiedtobeprimarilyresponsibleforEBPRinananaerobic-aerobicsystemuntilrecently.ThisisthereasonthatmetabolicaspectsofEBPRhavebeenstudiedusingmixedculturesenrichedwithPAB.SuchPAB-enrichedcultureshaveusuallybeenobtainedfromlab-scaleactivatedsludgereactorssimulatingtheanaerobic-aerobicprocessfedwithsyntheticwastewater.Inanaerobicbatchexperimentswithacetateasthecarbonsource,theactivatedsludgeenrichedwithPABtypicallytakeupacetaterapidly,accumulatePHAsinthecell,consumepreviouslystoredintracellularcarbohydrate,andreleasePiasaresultofutilizationofstoredpolyP.Thesetypicalbehaviorsofkeysubstancesinvolvedin72 EBPRaregraphicallyshowninFig..TheacetatetakenupisconvertedtoandaccumulatedasPHAs.Satohetal.[foundthatthePHAsaccumulatedinthePAB-enrichedsludgearecomposedoffourmonomericunits:3HB,3HV,3H2MB,and3H2MV.Inoueetal.analyzedthechemicalstructureofthesePHAsbyNMRandverifiedthattheyareco-polymerscomposedoftheabovefourmonomericunits.Asforcarbohydrate,Liuetal.provedenzymologicallythatthecarbohydratestoredintheanaerobic-aerobicsludgeisapolymerofglycosylunitswiththealpha-1,4-andthealpha-1,6-linkages,orglycogen.Whenacetateisfedasthecarbonsource,3HB-richPHAsareformedintheanaerobicstag.TheconversionofacetatetoPHArequiresreducingpower,becausePHAisamorereducedcompoundthanacetate.Toexplainthesourceofthereducingpowerundertheconditionswithoutelectronacceptors,ahypotheticalmodelwasproposedbyMinoetal.andArunetal..Inthatmodel,anaerobicdegradationofstoredglycogentoacetyl-CoAaswellasitspartialoxidationtoCO2isassumedtoaccountforthegenerationofthereducingpowerforPHAsynthesis.ThismodelisnowcalledtheMinomodel,anditsrelevancehasbeenconfirmedbyseveralresearchers.TheoutlinesofthemodelareshowninFig.ThetheoreticalstoichiometrybasedonthemodelcouldquantitativelyexplaintheobservedconversionsofacetateandglycogentoPHAbyPAB-enrichedsludges,asshowninthetable.Satohetal.[successfullyappliedasimilarconcepttoexplaintheanaerobicuptakeofpropionateinEBPRprocesses(seethetable).Fig.3.AconceptualmodelforanaerobiccarbonmetabolisminanEBPRprocess(afterreferences).AnotherhypothesiswaspostulatedbyMatsuoetal.,Comeauetal.[,andWentzeletal.[toaccountforthesourceofthereducingpowerinanaerobicacetatemetabolism.Accordingtothishypothsis,theTCAcycleisassumedtooperateunderanaerobicconditionsinordertooxidizeapartofacetatetoCO2andtogeneratereducingpowerintheformofNADH.ThismodelisreferredtoastheComeau-Wentzelmodel.UsuallytheTCAcycleoperatesonlyunderaerobicoranoxicconditions.TheoxidationofsuccinatetofumarateintheTCAcyclerequiresaterminalelectronacceptorwitharedoxpotential(E0´)morepositivethanthatoffumarate/succinatecouple(+32mV).OnlyO2(O2/H2O,E0´=+818mV),NO3-(NO3-/NO2-,E0´=+433mV),andNO2-(NO2-/N2-,E0´=+970mV)appeartomeettheseconditions.Contradictorytothisthermodynamictheory,acompleteTCAcyclehasbeenfoundtooperateinsomeanaerobiceubacteriaorarchae.ThesemicroorganismscanoxidizeacetatecompletelytoCO2viatheTCAcyclebyutilizingelementalsulfur,thiosulfate,orsulfateaselectronacceptor.Itisbelieved,however,thatmajorpartoftherequiredreducingpowershouldbegeneratedthroughtheglycogenmetabolismasdescribedintheMinomodelratherthan72 throughtheTCAcycleaspredictedbytheComeau-Wentzelmodel.Thereasonsareasfollows:1)thetheoreticalstoichiometryfortheglycogenmetabolismcanexplainverywelltheexperimentallyobservedanaerobicacetateuptake,PHAformation,glycogenutilization,andCO2productionbyPAO-enrichedsludges;2)a13CtracerexperimentusingNMRindicatedthattheacetatetakenupbythesludgeanaerobicallywasnotoxidizedtoCO2andthusnotmetabolizedthroughtheTCAcycle,and3)experimentsusing13C-NMR[demonstratedthatglycogenisinvolvedintheanaerobicmetabolismofEBPRsludges.Ontheotherhand,thereisevidencethatindicatesthepossibilityofpartialinvolvementoftheTCAcycleinthegenerationofreducingpowerbyPABintheanaerobicstageoftheEBPRprocess.Namely,13C-labeledcarbonintheacetatefedtoaPAB-enrichedsludgewasfoundtobereleasedasCO2underabsoluteanaerobicconditions.Sofar,thisistheonlyexperimentalresultindicatingthepossiblefunctioningoftheTCAcycleintheanaerobicphaseoftheEBPRprocess.ThefunctionoftheTCAcycleintheanaerobicuptakeofcarbonsourcesbyPABaswellasitscontributiontothemicrobialselectionintheEBPRprocessremainstobefurtherinvestigated.IntheEBPRprocess,microorganismsareexposedtoalternatecarbon-richanaerobicenvironmentsandcarbon-pooraerobicenvironments.Bythisalternation,synthesisanddegradationofthreekindsofbiopolymers(polyP,PHA,andglycogen)areinducedandmetaboliccyclingthroughthesebiopolymersisestablishedinmicroorganisms.Suchmetaboliccyclingisenergyconsumingandnotfavorableformicroorganismsintermsofenergyutilizationefficiency.Ecologically,however,thismetaboliccyclingenablesPABtowininthemicrobialselectionintheanaerobic-aerobicprocess.Toexplainhowthismetaboliccyclingisregulatedinthecell,ametabolicfluxmodelwasdevelopedbyPramaniketal..Thismodelcontainsacompletesetofmetabolicpathwaysinvolvedinbiosynthesisandenergyproductionandaccountsforenergyrequirementsformacromoleculesynthesisandmetabolitetransportacrossthecellmembrane.ThemodelnotonlysupportsthehypothesisthatthebiopolymermetabolismprovidesameansforPABtobalanceintracellularenergysupplies,butalsosuggestpathwaysatwhichmetabolicregulationshouldoccur.MICROBIALCOMMUNITYSTRUCTUREOFENHANCEDBIOLOGICALPHOSPHATEREMOVALPROCESSWhenAcinetobacterwasfirstproposedasPAB,therewereveryfewresearcherswhoraisedthequestionofwhetherAcinetobacteristheonlybacteriumresponsibleforEBPR.ItmayhavebeensomehowassumedthatEBPRsludgeswithhighphosphateremovalcapabilityweredominatedbyasinglegroupof72 microorganisms,andfewattemptsweremadetofindcandidatesofPABotherthanAcinetobacter.Now,newandpowerfultoolsfortheanalysisofmicrobialcommunitystructureshavebeendevelopedandusedtoanalyzeEBPRsludges.Theyincludechemotaxonomicmethodslikequinoneprofilingandmolecularmethodslikethefluorescentinsituhybridization(FISH),theclonelibraryapproach,denaturinggradientgelelectrophoresis(DGGE),terminalrestrictionfragmentlengthpolymorphisms(T-RFLP),etc.HighmicrobialdiversityoftheEBPRsludgehasbeendemonstratedbyusingthesenewtechniques.Quinoneprofilingwasappliedtocharacterizeactivatedsludgecommunitystructures.Thetypeofquinoneinbiologicalsamplescanbequantitativelydetermined,andthequinonepatternsshouldexplicitlyreflectthechemotaxonomiccompositionoftheexaminedsamples.ItwassuggestedthatEBPRsludgesconsistofseveraldifferentchemotaxonomicgroups.Themostabundantquinone,Q-8,accountsforonlyabout31%oftotalquinoneinaPAB-enrichedsludge(phosphoruscontent,1.94mmolesor60mg/gofsuspendedsolids);thesecondmostabundantone,Q-10,accountsfor8.5%;thethird,MK-8(H4),6.5%(calculatedfromHiraishietal.).TheFISHtechniquewithgroup-specificoligonucleotideprobestargetingrRNAshowedthatanEBPRsludgecontainedthealpha-,beta-,andgamma-subclassesofproteobacteria,thecytophagegroup,andGram-positivebacteriawithhighG+CDNAcontents(13,25-33,10-12,1,and17-27%ofthetotalcellcount,respectively).Inotherwords,theEBPRsludgephylogeneticallyconsistedofseveraldifferentmicrobialgroups,whichhasbeenconfirmedusingFISHbyotherresearchersaswell.TheT-RFLPofPCR-amplified16SrDNAmoredirectlyshowedthehighpopulationdiversity;about19-24differentnumericallydominantribotypeswereobservedinahighlyPAB-enrichedsludge(phosphoruscontent,12%ofsuspendedsolids).TheDGGEtechniquealsoshowedthatPCR-amplified16SrDNAfragmentsofEBPRsludgescontainedanumberofdominantDNAfragmentswithdifferentsequences,implyingthattheexaminedEBPRcommunitieshadhighgenotypicaldiversity.AlltheseresultsstronglysuggestthatPABarenotasinglegenotypeorafewlimitedgenospecies,butinvolvephylogeneticallyandtaxonomicallydiversegroupsofbacteria.Bondetal.appliedPCRcloningtotwoactivatedsludges,onewithhighphosphateremovalperformanceaswellasthetypicalmetabolismofPABandtheotherwithout.TheyfoundthattheRhodocyclusgroupbelongingtothebeta-subclassofproteobacteriawaspresentinsignificantlyhighernumbersinthehigh-phosphatesludgethaninthelow-phosphatesludge.ThisresultsuggeststhattheRhodocyclusgroupmayhaveaspecificroleinEBPR.However,theRhodocyclusgroupoccupiedonly14%ofthetotalisolatedclonesinthe72 high-phosphatesludge.Itisnotcertainthatthiscanaccountfortheobservedhighphosphateremovalperformance.Asdiscussedbefore,anEBPRcommunitywasreportedinwhichatypeofRhodocycluswasoverwhelminglydominating(81%oftotalbacteria)bacteriumwasshowntobeessentiallyresponsibleforEBPR.Kawaharasakietal.useddualstainingwithDAPIforpolyPandrRNA-targetedoligonucleotideprobesspecifictodifferentbacterialgroupstoidentifyPABinsitu.ManyoftheGram-positivebacteriawithhighG+CDNAcontentandthealpha-subclassofproteobacteriagavethefluorescentDAPIsignalofpolyP.Therefore,thesetwogroupswereconsideredtoaccumulatepolyPintheEBPRsludgeexamined.Christenssonetal.reportedthattheGram-positivebacteriawithhighG+CDNAcontentwassuspectedtoplayanimportantroleinEBPRbecauserelativelyhighoccurrenceofthisbacterialgroupwasobservedinaclonelibraryfromanEBPRprocess.AsignificantportionoftheclonesofGram-positivebacteriawithhighG+CDNAcontentwasphylogeneticallyclosetoTerrabactertumescens.BasedoncomparisonoftheelectrophoregramsofT-RFLPof16SrDNAfragmentsfromahighlyPAB-enrichedsludge(phosphoruscontent,12%ofsuspendedsolids)andasludgewithverylowphosphatecontent(2%ofsuspendedsolids),Liuetal.concludedthattheGram-positivebacteriawithhighG+CDNAcontentsarenottheonlymajorcomponentofPAB.Hiraishietal.showedusingthequinoneprofilingapproachthatthequinonepatternsofactivatedsludgestreatingmunicipalsewageweresimilartoeachotherirrespectiveofthetypeofactivatedsludgeprocess;sludgesfromEBPRprocessesandconventionalprocesseshadverysimilarquinonepatterns.Thecomparisonofquinonepatternsfromdifferentactivatedsludgessuggestedthatintroductionoftheanaerobicstageintothefullyaerobicconventionalactivatedsludgeprocessdoesnotresultinsignificantpopulationshift.ThesefindingsdescribedabovemayagainleadtotheconclusionthatPAB,whichphysiologicallypossessuniquemetaboliccharacteristics,shouldincludedifferentphylogeneticandtaxonomicbacterialgroups:mostprobablythealpha-,beta-,andgamma-subclassesofproteobacteriaandtheGram-positivebacteriawithhighG+CDNAcontentsarethecandidates.FUTUREPERSPECTIVESThepresentreviewshowsthatPABarenotcomposedofafewlimitedgenospecies,butinvolvephylogeneticallyandtaxonomicallydiversegroupsofbacteria.ThetypeofbacteriaresponsibleforEBPRmayvaryamongdifferentsituations.ToclearlydefinethemicrobialcommunitystructureofEBPRprocessesandtodescribemechanismofecologicalselectionforPABinEBPRprocesses,acloserlookintooccurrenceandbehaviorofindividualspeciesofPABinvariousEBPRprocesseswillbeneeded.SincemanyofPABseemtobeimpossibleto72 culture,molecularmethodsaresurelypowerfultoolsforthispurpose.AcommonEBPRmetabolismseemstoexistinphylogeneticallydiversemicrobialpopulationsofPAB.ThissuggeststhepossibilitythatthekeygenesoftheEBPRmetabolismarecommonamongdifferentbacteria.Itisimportantandinterestingtodeterminesuchkeygenesandtofindhowtheyareregulatedgeneticallyorenzymologically.REFERENCES1.Barnard,J.L.(1975)WaterRes.,9,485-490.2.Fuhs,G.W.,andChen,M.(1975)Microb.Ecol.,2,119-138.3.Buchan,L.(1983)Wat.Sci.Tech.,15,87-103.4.Lotter,L.H.(1985)Wat.Sci.Tech.,17,127-138.5.Mino,T.,Kawakami,T.,andMatsuo,T.(1984)Wat.Sci.Tech.,17,93-106.6.Mino,T.,Kawakami,T.,andMatsuo,T.(1985)Wat.Sci.Tech.,17,11-21.7.Arun,V.,Mino,T.,andMatsuo,T.(1988)WaterRes.,22,565-570.8.Marais,G.v.R.,Lowenthal,R.E.,andSiebritz,I.(1982)Proc.PostConf.SeminaronPhosphateRemovalinBiologicalTreatmentProcesses,Vol.2,pp.5-6.9.Mino,T.,Tsuzuki,Y.,andMatsuo,T.(1987)Proc.IAWPRCInt.Conf.on“BiologicalPhosphateRemovalfromWastewaters”,Adv.Wat.Pollut.Cont.(Ramadori,R.,ed.)PergamonPress,Rome,pp.27-38.10.Jenkins,D.,andTandoi,V.(1991)WaterRes.,25,1471-1478.11.Mino,T.,vanLoosdrecht,M.C.M.,andHeijnen,J.J.(1998)WaterRes.,32,3193-3207.12.Rabinowitz,B.,Koch,F.A.,Vassos,T.D.,andOldham,W.K.(1987)Proc.IAWPRCInt.Conf.on“BiologicalPhosphateRemovalfromWastewaters”,Adv.Wat.Pollut.Cont.(Ramadori,R.,ed.)PergamonPress,Rome,pp.349-352.13.Wentzel,M.C.,Ekama,G.A.,Loewenthal,R.E.,Dold,P.L.,andMarais,G.v.R.(1989)WaterSA,15,89-102.14.Smolders,G.J.F.,vanLoosdrecht,M.C.M.,andHeijnen,J.J.(1996)WaterRes.,30,2748-2760.15.Satoh,H.,Mino,T.,andMatsuo,T.(1992)Wat.Sci.Tech.,26,933-942.16.Inoue,Y.,Sano,F.,Nakamura,K.,Yosie,N.,Saito,Y.,Satoh,H.,Mino,T.,Matsuo,T.,andDoi,Y.(1996)PolymerInt.,39,183-189.17.Liu,W.T.,Mino,T.,Nakamura,K.,andMatsuo,T.(1994)J.Ferment.Bioeng.,77,535-540.18.Mino,T.,andMatsuo,T.(1984)Japan.J.WaterPollut.Res.,7,605-609(inJapanese).19.Maurer,M.,Gujer,W.,Hany,R.,andBachmann,S.(1997)WaterRes.,31,907-917.72 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