ABR-MBR組合工藝處理城市污水的性能研究

【摘要】：水體富營養(yǎng)化是太湖流域亟待解決的重大環(huán)境問題之一，控制營養(yǎng)元素進入水體是降低水體富營養(yǎng)化風險的有效手段。而城市污水富含大量氮，磷等引起水體富營養(yǎng)化的污染物，故開發(fā)一種新型的更加有效的城市污水處理工藝是十分有必要的。為此，結(jié)合厭氧折流板反應器(anaerobic baffled reactor, ABR)和膜生物反應器(membrane bioreactor,MBR)各自優(yōu)勢，構建優(yōu)化組合工藝（CAMBR），以克服傳統(tǒng)活性污泥法系統(tǒng)的不足，解決傳統(tǒng)MBR工藝存在的問題，減緩膜污染進程，增強其降解有機污染物的能力，同時強化脫氮除磷效果，對進一步提高處理污水出水水質(zhì)及其實際生產(chǎn)應用具有重要的理論和現(xiàn)實意義。主要研究結(jié)果如下： （1）CAMBR工藝歷經(jīng)72天啟動成功，ABR各隔室內(nèi)混合液懸浮固體(MLSS)維持在28g·L~(-1)左右，好氧池和膜池維持在6g·L~(-1)左右，污泥濃度，污泥活性和出水水質(zhì)穩(wěn)定。啟動階段ABR內(nèi)出現(xiàn)了最大粒徑3mm的厭氧顆粒污泥及MBR內(nèi)最大2mm的好氧顆粒污泥，標志著反應器成功啟動。CAMBR工藝啟動后期穩(wěn)定運行狀況下，系統(tǒng)出水化學需氧量(COD)、氨氮(NH_4~+-N)、總氮(TN)和總磷(TP)的平均濃度分別在32、2.3、13.3和1.22mg·L~(-1)左右，平均去除率分別達91%、92%、72%和70%。 （2）為保證CAMBR工藝良好的出水水質(zhì)，綜合考慮系統(tǒng)運行效果，可以確定工藝的最佳運行條件是水力停留時間(HRT)為7.5h，R為200%以及溶解氧(DO)為3mg·L~(-1)。在此運行條件下，系統(tǒng)出水COD平均濃度為25.6mg·L~(-1)，出水NH_4~+-N平均濃度為0.5mg·L~(-1)，出水TN平均濃度為10.5mg·L~(-1)，出水TP平均濃度為0.4mg·L~(-1)，完全能夠滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準，也符合我國回用水水質(zhì)標準的要求。 （3）整個工藝實現(xiàn)了厭氧反硝化，厭氧釋磷，缺氧反硝化除磷，好氧硝化和吸磷等微生物相的有效分離。在HRT為7.5h，R為200%，DO為3mg·L~(-1)，好氧區(qū)MLSS濃度為8000mg·L~(-1)的條件下，系統(tǒng)對NH_4~+-N和TN的去除率分別可達99%和80%，其出水NH_4~+-N和TN濃度平均分別為0.33mg·L~(-1)和10.6mg·L~(-1)。好氧池和膜池存在同步硝化反硝化作用，強化了系統(tǒng)脫氮效果。出水TP濃度平均為0.31mg·L~(-1)，去除率為93%。其中MBR對NH_4~+-N、TN和TP的強化去除率分別為14%、11%和18%。工藝生物量大，處理功能強，實現(xiàn)了穩(wěn)定、高效的同步脫氮除磷功效，出水水質(zhì)優(yōu)良，滿足小規(guī)模城鎮(zhèn)污水處理的新型、高效、集成式一體化要求。 （4）在最佳運行條件下（HRT為7.5h，R為200%，DO為3mg·L~(-1)），工藝對進水水質(zhì)的轉(zhuǎn)換具有較強的適應能力，可對試驗的兩種實際污水進行有效的處理，出水水質(zhì)穩(wěn)定而優(yōu)良，出水COD濃度低于28mg·L~(-1)，NH_4~+-N濃度低于0.6mg·L~(-1)，TN濃度低于12.6mg·L~(-1)，TP濃度低于0.42mg·L~(-1)，完全能夠滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準。不同溫度環(huán)境下，系統(tǒng)對COD的去除效果很好，TN與NH_4~+-N的去除效果正相關性良好，當工藝穩(wěn)定運行之后，總體上出水水質(zhì)較好。中溫環(huán)境，工藝出水水質(zhì)良好。高溫環(huán)境，TN去除率穩(wěn)定在70%左右，出水濃度為9mg·L~(-1)左右；TP去除率為73%左右，出水濃度為0.8mg·L~(-1)左右。而低溫環(huán)境，TN去除率僅為57%，出水濃度為15mg·L~(-1)左右；TP去除率穩(wěn)定在67%左右，出水濃度為1mg·L~(-1)左右。故為取得較好的脫氮除磷效果，系統(tǒng)應該采取保溫措施。另外，間歇抽吸出水、水力反沖是減緩膜污染和延長膜組件使用壽命的重要措施，但長期運行則需化學藥洗以徹底清除微生物代謝產(chǎn)物等不可逆污染物。膜污染與污泥濃度、膜通量、曝氣量三種因素密切相關。 （5）采用聚合酶鏈式反應-變性梯度凝膠電泳(polymerase chain reaction withdenaturing gradient gel electrophoresis, PCR-DGGE)和熒光原位雜交(fluorescence in situhybridization, FISH)技術，對CAMBR工藝整個運行過程中系統(tǒng)內(nèi)的微生物菌群結(jié)構動態(tài)變化和各區(qū)內(nèi)優(yōu)勢種群進行分析，結(jié)果表明：整個試驗過程，系統(tǒng)內(nèi)菌群呈多樣性分布，同時優(yōu)勢菌群突出。在同一時期內(nèi)，各個反應池菌群相似性較高，微生物菌群結(jié)構在相對較短的時間內(nèi)改變不明顯，各個隔室通過各自不同的微環(huán)境改變微生物的生理狀態(tài)，使得微生物在不同反應池中能夠發(fā)揮不同的作用。反應器內(nèi)硝化菌群和聚磷菌隨試驗的運行而逐漸增加，有效保證了系統(tǒng)的脫氮除磷效果。在系統(tǒng)最佳運行條件下（HRT為7.5h，R為200%，DO為3mg·L~(-1)），系統(tǒng)內(nèi)三種菌得到了富集，并且占全菌的比例較高，是CAMBR工藝高效脫氮除磷的直接原因。 【關鍵詞】：厭氧折流板反應器 膜生物反應器 脫氮除磷 城市污水 微生物種群分析
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 目錄7-11
• 第一章 緒論11-29
• 1.1 厭氧生物處理技術應用概述11-14
• 1.1.1 厭氧生物處理工藝的應用研究11-14
• 1.1.2 厭氧生物處理技術未來發(fā)展趨勢14
• 1.2 厭氧折流板反應器處理低濃度廢水概述14-18
• 1.2.1 ABR 內(nèi)生物活性及其污泥顆粒化15
• 1.2.2 ABR 運行特性15-16
• 1.2.3 ABR 設計原則16-17
• 1.2.4 ABR 實際運行效果17-18
• 1.2.5 ABR 未來研究發(fā)展方向18
• 1.3 膜生物反應器技術18-20
• 1.3.1 膜生物反應器處理城市生活污水概述18-19
• 1.3.2 膜生物反應器處理垃圾滲濾液概述19-20
• 1.3.3 膜污染成因、機理及防治措施20
• 1.4 生物處理工藝脫氮除磷分析20-22
• 1.4.1 生物處理工藝脫氮機理分析20-21
• 1.4.2 生物處理工藝除磷機理分析21
• 1.4.3 同步硝化反硝化研究21-22
• 1.4.4 反硝化除磷研究22
• 1.5 生物脫氮除磷系統(tǒng)內(nèi)微生物種群優(yōu)化概述22-24
• 1.5.1 AOB 和 NOB 的調(diào)控22-23
• 1.5.2 聚糖菌(GAOs)和 PAOs 的調(diào)控23-24
• 1.5.3 PAOs 和 DPAOs 的調(diào)控24
• 1.6 立題依據(jù)24-27
• 1.7 研究內(nèi)容27-28
• 1.8 研究意義28-29
• 第二章 CAMBR 工藝處理城市污水的啟動研究29-39
• 2.1 前言29
• 2.2 材料與方法29-33
• 2.2.1 試驗水質(zhì)29-30
• 2.2.2 試驗裝置30-32
• 2.2.3 污泥馴化與接種32
• 2.2.4 試驗方案和監(jiān)測方法32-33
• 2.3 結(jié)果與討論33-37
• 2.3.1 污泥濃度 MLSS 及 MLVSS/MLSS 變化33-34
• 2.3.2 啟動過程系統(tǒng)內(nèi) COD 的去除效果34-35
• 2.3.3 啟動過程系統(tǒng)內(nèi) NH_4~+-N 的去除效果35-36
• 2.3.4 啟動過程系統(tǒng)內(nèi) TN 的去除效果36
• 2.3.5 啟動過程系統(tǒng)內(nèi) TP 的去除效果36-37
• 2.3.6 CAMBR 工藝中污泥特性37
• 2.4 本章小結(jié)37-39
• 第三章 CAMBR 工藝優(yōu)化條件選擇研究39-45
• 3.1 前言39
• 3.2 材料與方法39-40
• 3.2.1 試驗水質(zhì)39
• 3.2.2 試驗裝置39
• 3.2.3 試驗方案和監(jiān)測方法39-40
• 3.3 結(jié)果與討論40-44
• 3.3.1 條件優(yōu)化過程中工藝對 COD 的去除效果分析40-41
• 3.3.2 條件優(yōu)化過程中工藝對 NH_4~+-N 的去除效果分析41
• 3.3.3 條件優(yōu)化過程中工藝對 TN 的去除效果分析41-42
• 3.3.4 條件優(yōu)化過程中工藝對 TP 的去除效果分析42-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第四章 CAMBR 工藝脫氮除磷機理分析45-52
• 4.1 前言45
• 4.2 材料與方法45
• 4.2.1 試驗水質(zhì)45
• 4.2.2 試驗裝置45
• 4.2.3 污泥馴化與接種45
• 4.2.4 試驗方案與監(jiān)測方法45
• 4.3 結(jié)果與討論45-51
• 4.3.1 最優(yōu)工況對 COD 的去除效果分析45-47
• 4.3.2 最優(yōu)工況對 N 的去除效果分析47-48
• 4.3.3 最優(yōu)工況對 TP 的去除效果分析48
• 4.3.4 CAMBR 工藝脫氮除磷機理分析48-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 第五章 CAMBR 工藝處理實際污水的研究及溫度對效能的影響52-66
• 5.1 前言52-53
• 5.2 材料與方法53-55
• 5.2.1 試驗水質(zhì)53
• 5.2.2 試驗裝置53
• 5.2.3 試驗方案53-54
• 5.2.4 監(jiān)測方法54-55
• 5.3 結(jié)果與討論55-65
• 5.3.1 工藝對 COD 去除效果的研究55-56
• 5.3.2 工藝對 NH_4~+-N 去除效果的研究56-57
• 5.3.3 工藝對 TN 去除效果的研究57-58
• 5.3.4 工藝對 TP 去除效果的研究58-59
• 5.3.5 膜污染分析59-60
• 5.3.6 膜污染層的掃描電鏡圖片60-61
• 5.3.7 溫度對去除 COD 的影響61
• 5.3.8 溫度對去除 NH_4~+-N 的影響61-62
• 5.3.9 溫度對去除 TN 的影響62-64
• 5.3.10 溫度對去除 TP 的影響64-65
• 5.4 本章小結(jié)65-66
• 第六章 CAMBR 工藝內(nèi)微生物種群分析66-79
• 6.1 前言66
• 6.2 材料與方法66-69
• 6.2.1 試驗水質(zhì)66
• 6.2.2 試驗裝置66-67
• 6.2.3 試驗方案67
• 6.2.4 主要儀器設備67-68
• 6.2.5 微生物學分析方法68-69
• 6.3 結(jié)果與討論69-77
• 6.3.1 微生物的掃描電鏡結(jié)果69-70
• 6.3.2 PCR-DGGE 結(jié)果分析70-75
• 6.3.2.1 CAMBR 工藝 DGGE 圖譜分析70-71
• 6.3.2.2 CAMBR 工藝不同區(qū)域菌群結(jié)構分析71-72
• 6.3.2.3 CAMBR 工藝硝化菌群結(jié)構分析72
• 6.3.2.4 CAMBR 系統(tǒng)發(fā)育研究72-75
• 6.3.3 FISH 檢測結(jié)果分析75-77
• 6.3.3.1 不同條件下 CAMBR 系統(tǒng) FISH 結(jié)果分析75-76
• 6.3.3.2 CAMBR 不同區(qū)域 FISH 結(jié)果分析76-77
• 6.4 本章小結(jié)77-79
• 主要結(jié)論79-80
• 研究展望80-81
• 論文創(chuàng)新點81-82
• 致謝82-84
• 參考文獻84-96
• 附錄：作者在攻讀博士學位期間發(fā)表的論文96

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ABR工藝改造工程的數(shù)值模擬及水力特性研究    崔敏華

ABR-人工濕地處理生活污水及改進型ABR的性能研究    杜家偉

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