A~2MO-M工藝強化污水處理及原位污泥減量效能及機制研究

【摘要】：隨著環(huán)保要求越來越高,污水污泥排放標準也逐步提升,污水及剩余污泥處理和處置問題的日益突出使得強化污水處理與原位污泥減量技術(shù)的聯(lián)合成為必然。針對我國環(huán)保領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn),本研究建立了一種強化污水處理及原位污泥減量工藝系統(tǒng)(A stage-aerated anaerobic, anoxic, micro-aerobic, and oxic system combining a micro-aerobic starvation sludge holding tank, A2MO-M system),并以好氧-沉淀-厭氧系統(tǒng)(oxic-setting-anaerobic system, OSA system)為對比工藝,比較研究了水力停留時間(hydraulic retention time, HRT)對OSA及A2MO-M系統(tǒng)原位污泥減量、出水有機物去除以及脫氮除磷效果的影響；同時,本論文結(jié)合數(shù)學模擬方法分析了OSA及A2MO-M系統(tǒng)內(nèi)溶解性微生物產(chǎn)物(soluble microbial products, SMP)的生成代謝途徑及其影響因素,建立了OSA及A2MO-M工藝中好氧、微氧、缺氧及厭氧條件下ASM2D-UAP及ASM2D-BAP形成與降解的數(shù)學模型。開展了A2MO-M系統(tǒng)中微氧饑餓污泥停留池參數(shù)的優(yōu)化研究,并以O(shè)SA系統(tǒng)作為參照工藝,優(yōu)化了A2MO-M系統(tǒng)原位污泥減量的HRT,試驗結(jié)果表明：當控制OSA系統(tǒng)中厭氧污泥停留池的HRT為12h時(OSA3#系統(tǒng)),OSA系統(tǒng)排泥量最少；而控制A2MO-M系統(tǒng)中微氧饑餓污泥停留池的HRT為9h時(A2MO-M2#系統(tǒng)),A2MO-M系統(tǒng)排泥量最少。且相比傳統(tǒng)活性污泥系統(tǒng)、強化污水脫氮除磷系統(tǒng)、及OSA3#系統(tǒng),A2MO-M2#系統(tǒng)污泥產(chǎn)量分別減少了45.08%、42.46%及16.08%。通過對A2MO-M及OSA系統(tǒng)原位污泥減量機制研究結(jié)果表明,對于OSA3#及A2MO-M2#系統(tǒng),能量解偶聯(lián)代謝作用分別占據(jù)了兩系統(tǒng)原位污泥減量的9.68%和16.67%；污泥衰減引起的原位污泥減量分別占據(jù)了兩系統(tǒng)原位污泥減量的23.23%和21.15%。同時,454高通量測序的分子生態(tài)學分析顯示,A2MO-M系統(tǒng)中的微生物群落結(jié)構(gòu)更為豐富,且A2MO-M群落中的發(fā)酵細菌(Stenotrophomonas、 Osenella、及Paludibacter)及慢速生長細菌(Ramlibacter)的相對豐度均大于OSA群落。因此在A2MO-M系統(tǒng)中,慢速生長細菌的富集及發(fā)酵細菌引起的隱性生長作用也是A2MO-M系統(tǒng)強化原位污泥減量效果的重要原因。開展了OSA及A2MO-M系統(tǒng)出水有機物(effluent organic matters, EfOM)、 SMP、基質(zhì)代謝相關(guān)型產(chǎn)物(Utilization-Associated Products, UAP)以及生物量相關(guān)型產(chǎn)物(Biomass-Associated Products, BAP)的物化特性的定性定量研究,明晰了不同HRT下OSA及A2MO-M系統(tǒng)出水中UAP及BAP的特性及形成規(guī)律,結(jié)果表明：在活性污泥生物污水處理系統(tǒng)中,BAP的累積對出水水質(zhì)的惡化起著至關(guān)重要的作用,且OSA系統(tǒng)出水BAP的累積量明顯大于A2MO-M系統(tǒng)出水BAP的累積量；同時研究發(fā)現(xiàn),溶解氧(dissolved oxygen, DO)濃度是影響B(tài)AP產(chǎn)量的一個非常重要的因素。此外,通過對比OSA及A2MO-M系統(tǒng)出水的脫氮除磷效果表明,相比OSA3#系統(tǒng),A2MO-M2#系統(tǒng)的平均出水總氮、氨氮及總磷去除效果分別提高了20.61%,12.46%及42.20%,且高通量群落分析結(jié)果進一步證明,固氮菌、氨氧化細菌、硝化細菌、反硝化細菌及去磷菌等具有脫氮除磷功能的細菌在A2MO-M群落的相對豐度要大于OSA群落。建立了OSA及A2MO-M系統(tǒng)中不同DO條件的ASM2D-UAP和ASM2D-BAP數(shù)學模型。將SMP、BAP、UAP及胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)的產(chǎn)生及降解機理引入到ASM2D模型中,基于ASM2D-UAP和ASM2D-BAP數(shù)學模型的MATLAB仿真研究,對好氧、微氧、缺氧、厭氧條件下的SMP、UAP及BAP的生成代謝過程進行數(shù)學模擬,結(jié)果表明：活性污泥污水處理系統(tǒng)中DO濃度對出水UAP的影響較小,而對出水BAP的影響很大；厭氧條件下產(chǎn)生的BAP濃度最大,其次是好氧條件,而微氧和缺氧條件下BAP產(chǎn)生的量較小,且濃度相差不大。通過ASM2D-UAP和ASM2D-BAP數(shù)學模擬,本研究充分證明了OSA和A2MO-M系統(tǒng)中控制不同DO條件對系統(tǒng)出水水質(zhì)影響較大。相比A2MO-M系統(tǒng),OSA系統(tǒng)內(nèi)的污泥在厭氧-好氧的環(huán)境中交替,會引起大量BAP的累積,從而導致系統(tǒng)出水水質(zhì)的惡化。 【關(guān)鍵詞】：原位污泥減量 脫氮除磷 溶解性微生物產(chǎn)物 溶解氧濃度 微生物群落結(jié)構(gòu) 數(shù)學模擬
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-17
• 第1章 緒論17-38
• 1.1 國內(nèi)外剩余污泥的產(chǎn)生現(xiàn)狀17
• 1.2 原位污泥減量化技術(shù)研究現(xiàn)狀17-32
• 1.2.1 強化微生物隱性生長的原位污泥減量技術(shù)18-24
• 1.2.2 解偶聯(lián)代謝的原位污泥減量技術(shù)24-28
• 1.2.3 微生物捕食的原位污泥減量技術(shù)28-31
• 1.2.4 改進及新型的原位污泥減量技術(shù)31-32
• 1.3 原位污泥減量工藝污水處理的研究現(xiàn)狀及存在問題32-35
• 1.4 課題來源、研究意義和意義35-38
• 1.4.1 課題來源35
• 1.4.2 課題研究的意義35-36
• 1.4.3 課題研究的主要內(nèi)容及技術(shù)路線36-38
• 第2章 試驗材料裝置與方法38-58
• 2.1 污泥來源與馴化38
• 2.2 強化污水處理及原位污泥減量工藝38-41
• 2.2.1 A~2MO-M工藝概述及其顯著優(yōu)勢38-39
• 2.2.2 A~2MO-M工藝的試驗裝置及工藝流程39-41
• 2.3 A~2MO-M及OSA工藝控制參數(shù)的優(yōu)化試驗41-51
• 2.3.1 厭氧污泥停留池與微氧饑餓污泥停留池控制參數(shù)的優(yōu)化試驗41-42
• 2.3.2 原位污泥減量及污水處理效果的比較試驗42-45
• 2.3.3 能量解偶聯(lián)代謝的原位污泥減量的研究試驗45-46
• 2.3.4 污泥衰減的原位污泥減量的研究試驗46-47
• 2.3.5 出水EfOM的比較試驗47
• 2.3.6 出水SMP生成代謝試驗47-51
• 2.3.7 不同溶解氧濃度對SMP、BAP、UAP的動態(tài)形成過程影響的序批式試驗51
• 2.4 試驗儀器設(shè)備51-52
• 2.5 檢測指標及測定方法52-56
• 2.5.1 水質(zhì)和污泥檢測指標及方法52-53
• 2.5.2 生物化學分析53-54
• 2.5.3 三維熒光光譜分析54
• 2.5.4 紅外光譜分析54
• 2.5.5 紫外光譜分析54-55
• 2.5.6 OUR/SOUR測試55
• 2.5.7 ATP活性的測定55-56
• 2.6 微生物群落結(jié)構(gòu)分析方法56-58
• 2.6.1 A~2MO-M及OSA工藝活性污泥DNA提取56
• 2.6.2 16S rRNA基因擴增56-57
• 2.6.3 高通量16S rRNA基因焦磷酸測序57
• 2.6.4 生物信息學57-58
• 第3章 A~2MO-M工藝原位污泥減量效果及減量機制58-89
• 3.1 引言58
• 3.2 A~2MO-M工藝微氧饑餓污泥停留池最佳參數(shù)的確定58-67
• 3.2.1 單因素試驗優(yōu)化微氧饑餓污泥停留池控制參數(shù)58-61
• 3.2.2 響應(yīng)曲面優(yōu)化微氧饑餓污泥停留池污泥減量控制參數(shù)61-63
• 3.2.3 微氧饑餓污泥停留池控制參數(shù)的優(yōu)化及模型驗證63-67
• 3.3 OSA工藝厭氧污泥停留池最佳參數(shù)的確定67-74
• 3.3.1 單因素試驗優(yōu)化厭氧污泥停留池控制參數(shù)67-69
• 3.3.2 響應(yīng)曲面優(yōu)化厭氧污泥停留池控制參數(shù)69-70
• 3.3.3 厭氧污泥停留池控制參數(shù)的優(yōu)化及模型驗證70-74
• 3.4 A~2MO-M及OSA工藝原位污泥減量效果的比較研究74-77
• 3.5 A~2MO-M及OSA工藝原位污泥減量機制的研究77-87
• 3.5.1 能量解偶聯(lián)代謝作用引起的原位污泥減量的研究77-81
• 3.5.2 污泥衰減引起的原位污泥減量的研究81-84
• 3.5.3 微生物種群結(jié)構(gòu)引起的原位污泥減量的研究84-87
• 3.6 本章小結(jié)87-89
• 第4章 A~2MO-M工藝污水處理效果及其機理89-115
• 4.1 引言89-90
• 4.2 A~2MO-M及OSA工藝EfOM的組分分析與影響因素90-94
• 4.2.1 EfOM的物化特性的定性定量研究90-91
• 4.2.2 EfOM的EEM分析91-94
• 4.3 A~2MO-M及OSA工藝EfOM中SMP的組成成分與影響因素94-108
• 4.3.1 BAP的組成成分及含量分析94-96
• 4.3.2 BAP生成代謝中DOM的EEM分析96-99
• 4.3.3 BAP生成代謝中污泥EPS的EEM分析99-102
• 4.3.4 BAP生成代謝中DOM的FTIR分析102-104
• 4.3.5 UAP的組成成分與含量分析104-108
• 4.4 A~2MO-M及OSA工藝脫氮除磷效果的比較研究108-112
• 4.4.1 出水總氮的變化108-110
• 4.4.2 出水氨氮的變化110-111
• 4.4.3 出水總磷的變化111-112
• 4.5 A~2MO-M及OSA工藝污水處理效果的微生物群落結(jié)構(gòu)分析112-114
• 4.6 本章小結(jié)114-115
• 第5章 A~2MO-M與OSA工藝出水有機物的形成與降解的動力學模型115-138
• 5.1 引言115-116
• 5.2 SMP、BAP及UAP形成和降解動力學模型的建立116-119
• 5.3 動力學模型參數(shù)的敏感性分析119-134
• 5.3.1 對UAP形成過程的敏感性分析119-121
• 5.3.2 對BAP形成過程的敏感性分析121-134
• 5.4 污染物的形成與降解134-137
• 5.5 本章小結(jié)137-138
• 結(jié)論138-139
• 創(chuàng)新點139-140
• 參考文獻140-164
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文164-168
• 致謝168-170
• 個人簡歷170

您可以在本站搜索以下學術(shù)論文文獻來了解更多相關(guān)內(nèi)容

好氧-沉淀-厭氧工藝剩余污泥減量性能和機理研究    金文標;王建芳;趙慶良;林佶侃;

多孔微生物載體固定床生物反應(yīng)器的污水處理特性    劉則華;邢新會;馮權(quán);

好氧-沉淀-厭氧工藝剩余污泥減量化的影響因素    王建芳;趙慶良;劉志剛;林佶侃;

污泥重金屬生物瀝濾和電動去除的技術(shù)研究    彭桂群

光合細菌利用低分子有機酸產(chǎn)氫的試驗研究    陳明

A+OSA污泥減量工藝物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化及其微生態(tài)特性研究    賈麗

水蚯蚓污泥減量機制及工藝初步研究    沈曉明

剩余污泥厭氧消化過程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化及其資源化研究進展    郭小品;畢東蘇;

葡萄糖酸鈉發(fā)酵中底物-產(chǎn)物作用對氧傳遞的影響及發(fā)酵過程優(yōu)化    郭茸愷;王澤建;莊英萍;黃明志;郭美錦;儲炬;

污水處理廠污泥過程減量技術(shù)的研究進展    王英俊;周振;李進民;王羅春;黃超;李峰;

Fenton氧化處理剩余污泥的作用機制    宋相國;張盼月;張光明;董金華;李娟;吳珍;張海燕;

脫水污泥厭氧發(fā)酵攪拌動力需求試驗研究    盛金良;嚴敏東;趙志永;龔瑩;

印染污泥處理處置技術(shù)的研究進展    王玉;徐勇軍;方戰(zhàn)強;

導流板厭氧/限氧循環(huán)反應(yīng)器的污泥減量效果研究    許曉毅;謝恩;羅固源;闋添進;

微生物固定化技術(shù)及其在污水處理領(lǐng)域的研究進展    屈佳玉;

基于ORP的控制策略在廢水生物處理中的應(yīng)用    蘇高強;彭永臻;

生物法實現(xiàn)污泥減量技術(shù)綜述    黨俐;徐岳陽;曹雯;張偉軍;

超臨界氧化在污泥處理中的應(yīng)用    陳廣銀;

氨氧化細菌的研究進展    魏偉偉;葉春;李春華;

污泥生態(tài)化處理處置技術(shù)研究進展    銀奕;周曉琴;李子富;王向榮;張寧;

城市污水處理廠污泥深度脫水中試研究    黃瑛;余磊磊;王瑞慧;武劍;

耦合SND與反硝化除磷的SBR系統(tǒng)運行影響因素研究    朱光燦;王佳;雷曉芬;余冉;呂錫武;

污水處理廠污泥減量化機理與技術(shù)研究    樊小龍;

Simultaneous sludge reduction and nutrient removal(SSRNR) with interaction between Tubificidae and microorganisms: A full-scale study    Juqing Lou;Peide Sun;Maoxin Guo;Ge Wu;Yingqi Song;

膜生物反應(yīng)器ASM-CFD耦合仿真研究進展    楊敏;徐榮樂;袁星;羅南;郁達偉;魏源送;樊耀波;

凈水工藝對二氧化氯消耗和亞氯酸鹽/氯酸鹽形成的影響    趙彩霞;張玉玲;胡志光;

廢水PVA高效好氧生物處理工藝研究    郭莉萍;劉永紅;于興峰;

預(yù)處理后剩余污泥中溫兩相厭氧消化效能研究    李廣

固定化脫氮菌群處理含氮污水的研究    肖晶晶

己內(nèi)酰胺廢水的生物脫氮技術(shù)及水資源綜合利用    劉國華

杯傘（Clitocybe sp.）AS 5.112胞外多糖發(fā)酵、生物活性及結(jié)構(gòu)分析    王允祥

脂肪酶催化豬油酸解制備功能性脂的研究    趙海珍

枯草芽孢桿菌發(fā)酵豆粕生產(chǎn)大豆活性多肽的研究    余勃

Ochrobactrum intermedium DN2煙堿降解途徑及其在煙草中的應(yīng)用研究    袁勇軍

好氧—厭氧耦合體系污泥減量化的機理研究及工程應(yīng)用    于安峰

抗氧化新型冬蟲夏草胞外多糖的制備、結(jié)構(gòu)與溶液特征研究    閆景坤

棉籽抗氧化多肽和ACE抑制多肽的研究    高丹丹

光合菌群產(chǎn)氫特性及其秸稈發(fā)酵制氫初探    張國欣

厭氧微生物載體生物膜的形成及對厭氧消化過程的影響    王真真

重慶市城市污泥堆肥農(nóng)用對土壤—植物系統(tǒng)的影響研究    曹春梅

鐵屑流化床中流動狀態(tài)對傳質(zhì)效果的影響    楊佩

MBR用于中水回用試驗研究    魏旭

發(fā)酵法生物制氫系統(tǒng)接種污泥預(yù)處理方法及效果研究    王淑靜

污泥用于礦山廢棄地植被重建的效果分析    徐慧

太原市污水處理廠污泥的重金屬分析及農(nóng)用潛力    孫瑞卿

水蚯蚓—微生物共生EBPR系統(tǒng)除磷特性及群落結(jié)構(gòu)研究    朱明山

污泥制備磁性多孔陶粒及在廢水處理中的應(yīng)用研究    郭磊

生活污泥的性質(zhì)和農(nóng)業(yè)利用可行性研究    吳新民

混合厭氧微生物產(chǎn)氫研究    趙玉山,騰曉峰,張鵬,譚天偉

海藻酸鈉復合載體固定化細胞拆分D,L-泛解酸內(nèi)酯    王雪梅;于明銳;譚天偉;

污泥在番茄上的應(yīng)用    劉善江

控制活性污泥法中剩余污泥產(chǎn)生的新技術(shù)研究    劉雨,王歧東,吳效華

富底物條件下活性污泥微生物合成-能量代謝理論    劉雨,楊學富,陳光浩

S_0/X_0對剩余污泥產(chǎn)率的影響研究    謝敏麗,劉雨,楊學富

城市污泥超聲波處理技術(shù)    張光明,吳敏生,張維昊,張錫輝

污水處理中的污泥減量新技術(shù)    王啟中,宋碧玉

污泥臭氧化減量技術(shù)的影響因子    何圣兵,薛罡,王寶貞

城市污水處理工藝能量平衡分析研究和應(yīng)用    高旭

兩種微型動物減量污泥的初步研究    白潤英

剩余污泥解偶聯(lián)減量工藝與能量轉(zhuǎn)化途徑研究    盧艷華

A+OSA工藝污泥減量機理與熱力學特征研究    范瑩

污水廠污泥作填埋場覆蓋材料的試驗研究    張鵬,吳志超,陳紹偉,章非娟,員小峰,秦峰,陳善平

濟鋼煉鋼煉鐵污泥的處理和應(yīng)用    賀建峰

北京市第九水廠污泥處理運行介紹    陶君

污泥和廢水土地處理法增加農(nóng)作物產(chǎn)量    胡金杰

罐底石油污泥的生物修補    劉衛(wèi)東

污泥處理的發(fā)展趨勢    于連明

污泥造肥技術(shù)的探討    白木,周潔

烏石化煉油廠污泥處理技術(shù)現(xiàn)狀    宮暉,奚曉東,夏宣

污泥造肥技術(shù)的探討    白木,周潔

一種污泥穩(wěn)定新方法——污泥微氧穩(wěn)定法    孫豐霞,傅鋼

炭化技術(shù)在污泥處理中的應(yīng)用    劉靜;梁軻;

污泥處理過程中的物質(zhì)與能量流分析    張健;

污泥復肥的農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究    黃偉;俞林火;葉靜;馬軍偉;鄭紀慈;

污泥制建材產(chǎn)品的新技術(shù)    董慶海;羅繼亨;

濟鋼球團配加利用煉鋼污泥    王峰;喬庭明;南文哲;任洪華;高坤;

污泥的處置及利用技術(shù)探討    查甫生;崔可銳;席培勝;

大力發(fā)展污泥燃料成套應(yīng)用技術(shù) 推進上海城市循環(huán)經(jīng)濟建設(shè)    羅爭峰;張景云;沈躍棟;黃偉;

深圳市污泥處理與處置模式的探討    黨清平;朱敏;

淺析我國污泥處理的現(xiàn)狀及其意義    夏榮華;

污泥制磚發(fā)展淺談    周炫;蔡小兵;

廣州各污水廠抓緊配船運泥    劉谷華 張凱

我市首座污泥處理廠開建    薛平安 記者　趙蘊穎

一直讓人頭疼的污泥被這家廠廢物利用了    記者 邊曉丹通訊員 張耀林

南京將建處理廠?！俺浴蔽勰?nbsp;   記者　 毛慶 通訊員　 劉華

5.5億建設(shè)垃圾污泥發(fā)電廠    記者 余萬芳 通訊員 李頤

近百萬噸污泥變成燃料    記者 吳云贊

污泥發(fā)電解決環(huán)保難題    劉峰李曉航

污泥可發(fā)電 灰渣做成磚    王曉晴胡儉

廣州三成污泥有望變優(yōu)質(zhì)水泥    杜娟

重慶：污水廠污泥變廢為“肥”    記者 冉瑞成實習生 銀雪