新型后置反硝化工藝處理低C/N（C/P）比城鎮(zhèn)污水性能研究

【摘要】：近三十年來,我國經(jīng)濟社會快速發(fā)展、城鎮(zhèn)規(guī)模日益擴大、城鎮(zhèn)污水排放量急劇增加；加上現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水廠因工藝技術(shù)、裝置配置和過程控制等方面不足,存在尾水氮磷超標、運行能耗偏高等問題,導致我國水環(huán)境質(zhì)量嚴重惡化。為強化污水處理工藝生物脫氮除磷性能,國內(nèi)外研究者從機理探析、工藝優(yōu)化、過程調(diào)控等角度,開展了既有工藝升級優(yōu)化、強化脫氮除磷新工藝開發(fā)等研究,但面對城鎮(zhèn)污水組分復雜、進水碳源不足、工藝操控復雜等技術(shù)屏障,仍存在系統(tǒng)氮磷去除效率低、運行性能不穩(wěn)定等問題。為此,開發(fā)簡便、高效、低耗的脫氮除磷新技術(shù)新工藝,需求強烈。 論文針對我國城鎮(zhèn)污水C/N比、C/P比低,現(xiàn)有脫氮除磷工藝流程復雜、運行能耗高、尾水達標難等突出問題,圍繞生物處理系統(tǒng)內(nèi)碳源有效利用,開展現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水厭氧/好氧(A/O)處理工藝強化氮磷去除、污水生物脫氮除磷新工藝開發(fā)等研究,得到以下研究結(jié)論： 1、以多分室A/O工藝為平臺,研究了常規(guī)A/O工藝的脫氮除磷性能及主要影響因素。研究發(fā)現(xiàn),A/O工藝脫氮性能受進水C/N比影響較大,當進水C/N比從14.25±2.66降至5.72±0.47時,TN去除率由81.49±6.64%降至61.93±8.55%；工藝除磷性能與進水C/N比、C/P比和污泥濃度等有關(guān),系統(tǒng)在進水C/N比11.55±2.40、C/P比62.48±7.34、污泥濃度3.61±0.51gMLSS/L條件下除磷率穩(wěn)定在99.33±0.91%；除磷過程物質(zhì)轉(zhuǎn)化特性分析表明,該A/O工藝具有典型的強化生物除磷(EBPR)系統(tǒng)代謝特征。 2、應對城鎮(zhèn)污水廠節(jié)能降耗增效的現(xiàn)實需求,研發(fā)了低DO序列式A/O工藝。系統(tǒng)在進水COD、NH4+-N、PO43--P分別為241.94±32.55mg/L、47.86±2.01mg/L和3.78±0.13mg/L,好氧段DO濃度0.54±0.92mg/L條件下,COD、NH4+-N、TN、PO43--P去除率分別達91.84±4.90%、98.15±1.56%、65.53±2.21%和100%。過程物質(zhì)轉(zhuǎn)化特性分析發(fā)現(xiàn),低DO條件下NH4+-N基本去除,同步硝化反硝化(SND)性能有所強化,除磷性能進一步提升；能耗分析結(jié)果表明,系統(tǒng)穩(wěn)定運行階段處理單位廢水所需曝氣量為48±3L/L,比常規(guī)A/O工藝降低71.2±3.8%,節(jié)能優(yōu)勢明顯。 3、從生物處理系統(tǒng)內(nèi)碳源有效利用角度出發(fā),創(chuàng)新研發(fā)了連續(xù)流后置反硝化AOA工藝。厭氧段混合液按一定比例分流至缺氧段,通過控制厭氧段分流比F(厭氧段分流流量與進水流量之比)為0.5、污泥回流比R為1.0,新工藝在進水COD、NH4+-N、PO43--P分別為400mg/L、37.65±1.64mg/L和5.63±0.14mg/L條件下,TN和PO43--P去除率分別達74.50±1.42%和92.11±5.20%,脫氮性能比A/O工藝顯著提升。 構(gòu)建了表征AOA工藝氮磷去除效果的物質(zhì)平衡量化模型,分析發(fā)現(xiàn)缺氧段PO43--P和NO3--N去除量分別達1.63±0.09gP/d和0.78±0.14gN/d,其PO43--P/NO3--N比為2.17±0.42,表明缺氧段具有反硝化除磷功能,其除磷量占系統(tǒng)總除磷量的24.19±0.52%；分批實驗進一步證實,污泥中反硝化聚磷菌(DNPAOs)占聚磷菌(PAOs)的22.20±1.97%。結(jié)合模型模擬計算結(jié)果可知,該工藝TN去除主要通過異養(yǎng)反硝化、SND和反硝化除磷等途徑實現(xiàn)。 4、針對城鎮(zhèn)污水碳源不足影響氮磷去除性能的問題,考察了AOA工藝處理低C/N(C/P)比污水過程影響因素。結(jié)果表明,當進水C/N比和C/P比分別控制在7.41±0.26和52.36±1.25時,通過將SRT由10d延長到16d,系統(tǒng)TN和PO43--P去除率分別穩(wěn)定在65.86±2.06%和90.00±3.97%；當進水C/N比、C/P比進一步降至6.14±0.32和43.40±1.37時,將A/O/A體積比由1/3/1調(diào)整為1/2/2,TN和PO43--P去除率分別升至69.76±3.36%和98.73±1.82%；綜合分析認為,在SRT為16d、A/O/A體積比為1/2/2條件下,處理低C/N(C/P)比污水AOA工藝可獲得較好的氮磷去除效果。 分析AOA工藝不同工況下污泥PHA等內(nèi)碳源含量變化發(fā)現(xiàn),污泥PHA含量與進水COD濃度呈正相關(guān),其含量的降低影響SND和反硝化除磷性能,從而導致系統(tǒng)氮磷去除性能下降；延長SRT可保證體系內(nèi)一定的污泥濃度及內(nèi)碳源含量,縮短好氧HRT、延長缺氧HRT亦可提高污泥PHA含量,強化系統(tǒng)脫氮除磷性能；可見,采用控制SRT、調(diào)整好氧/缺氧HRT等策略,可保證處理低C/N(C/P)比污水AOA工藝高效穩(wěn)定運行。 5、為提升AOA工藝處理效能、簡化工藝流程,取消厭氧段混合液分流,研發(fā)了低DO連續(xù)流AOA工藝。在進水COD、NH4+-N和PO43--P分別為300mg/L、49.99±2.64mg/L和3.79±0.1Img/L條件下,將好氧段DO濃度控制在1.19±0.16mg/L、好氧和缺氧HRT分別控制在2h和4h,系統(tǒng)NH4+-N.TN和PO43--P去除率分別達95.07±1.57%、93.26±1.30%和97.83±2.95%。 模型分析表明,好氧段和缺氧段TN去除負荷分別為0.112±0.013gN/gVSS/d和0.055±0.015gN/gVSS/d,二者對TN去除的貢獻率分別為41.76±1.03%和39.93±6.11%；缺氧段去除的PO43--P為0.76±0.14gP/d, NO3--N為0.80±0.16gN/d,分析認為,其中0.36±0.07gN/d的NO3--N通過反硝化除磷去除,其余NO3--N則由反硝化聚糖菌(DNGAOs)去除。 對新工藝的脫氮除磷機理分析發(fā)現(xiàn),縮短好氧HRT可減少好氧段PHA消耗、提高污泥PHA含量,從而強化好氧SND和反硝化除磷作用,改善系統(tǒng)脫氮除磷性能。與前述基于厭氧混合液分流的AOA工藝相比,低DO連續(xù)流AOA工藝不僅脫氮除磷性能進一步提升,而且處理單位廢水曝氣量降低了11.6±0.56%,能耗更低。 綜上,新型低DO連續(xù)流AOA工藝取消了厭氧混合液分流,工藝更簡單；基于內(nèi)碳源的好氧SND作用和后置反硝化作用得到強化,系統(tǒng)脫氮性能更強；曝氣量減小,能耗更低,可為低C/N(C/P)比城鎮(zhèn)污水處理提供新的技術(shù)思路。 【關(guān)鍵詞】：生物脫氮除磷 后置反硝化 反硝化除磷 同步硝化反硝化 內(nèi)碳源
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：X703
【目錄】：

• 致謝6-8
• 摘要8-11
• ABSTRACT11-16
• 第一章 城鎮(zhèn)污水脫氮除磷工藝技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢16-37
• 1.1 引言16
• 1.2 城鎮(zhèn)污水生物脫氮除磷技術(shù)研究現(xiàn)狀16-24
• 1.2.1 A/O及其改進工藝16-20
• 1.2.2 SBR工藝20-23
• 1.2.3 氧化溝工藝23-24
• 1.3 城鎮(zhèn)污水脫氮除磷新工藝研究進展24-32
• 1.3.1 反硝化除磷工藝24-27
• 1.3.2 短程硝化反硝化工藝27-29
• 1.3.3 同步硝化反硝化工藝29-32
• 1.4 城鎮(zhèn)污水脫氮除磷關(guān)鍵問題及技術(shù)需求32-34
• 1.4.1 城鎮(zhèn)污水脫氮除磷關(guān)鍵問題32-33
• 1.4.2 強化脫氮除磷技術(shù)需求33-34
• 1.5 研究目的及內(nèi)容34-37
• 第二章 A/O工藝脫氮除磷性能及影響因素研究37-60
• 2.1 材料與方法37-41
• 2.1.1 試驗裝置與運行37-39
• 2.1.2 進水水質(zhì)與接種物39-40
• 2.1.3 分析方法40-41
• 2.2 結(jié)果與討論41-58
• 2.2.1 A/O工藝COD去除性能41-43
• 2.2.2 A/O工藝脫氮性能及影響因素43-48
• 2.2.3 A/O工藝除磷性能及影響因素48-58
• 2.3 小結(jié)58-60
• 第三章 A/O工藝降耗及脫氮除磷效能挖掘60-74
• 3.1 材料與方法60-62
• 3.1.1 試驗裝置60-61
• 3.1.2 進水水質(zhì)與接種物61
• 3.1.3 試驗方案61
• 3.1.4 污泥好氧和缺氧吸磷速率測定61-62
• 3.1.5 分析方法62
• 3.2 結(jié)果與討論62-73
• 3.2.1 低DO序列式A/O工藝運行性能62-68
• 3.2.2 改良A/0工藝脫氮除磷過程特性68-72
• 3.2.3 系統(tǒng)能耗分析72-73
• 3.3 小結(jié)73-74
• 第四章 新型后置反硝化(AOA)工藝開發(fā)與性能研究74-87
• 4.1 材料與方法74-76
• 4.1.1 試驗裝置74-75
• 4.1.2 進水水質(zhì)75
• 4.1.3 工藝啟動及運行策略75-76
• 4.1.4 分析方法76
• 4.2 結(jié)果與討論76-86
• 4.2.1 AOA工藝脫氮除磷性能76-79
• 4.2.2 AOA工藝脫氮除磷過程特征79-83
• 4.2.3 AOA工藝物料平衡分析83-86
• 4.3 小結(jié)86-87
• 第五章 AOA工藝處理低C/N(C/P)比污水過程影響因素分析87-105
• 5.1 材料和方法87-89
• 5.1.1 實驗裝置87
• 5.1.2 進水水質(zhì)87
• 5.1.3 工藝運行和調(diào)控87-88
• 5.1.4 分析方法88-89
• 5.2 結(jié)果與討論89-103
• 5.2.1 處理低C/N(C/P)比污水脫氮除磷性能與影響因素89-93
• 5.2.2 AOA工藝脫氮除磷機理解析93-103
• 5.3 小結(jié)103-105
• 第六章 AOA工藝效能提升與穩(wěn)定性分析105-124
• 6.1 材料與方法105-107
• 6.1.1 實驗裝置105-106
• 6.1.2 進水水質(zhì)106
• 6.1.3 試驗方案106-107
• 6.1.4 分析方法107
• 6.2 結(jié)果與討論107-122
• 6.2.1 低耗連續(xù)流AOA工藝優(yōu)化與效能提升107-115
• 6.2.2 AOA工藝運行穩(wěn)定性115-121
• 6.2.3 系統(tǒng)能耗分析121-122
• 6.3 小結(jié)122-124
• 第七章 結(jié)論和展望124-128
• 7.1 主要研究結(jié)論124-126
• 7.2 創(chuàng)新點126
• 7.3 不足與展望126-128
• 參考文獻128-136
• 個人簡介136
• 攻讀博士學位期間取得的成果136
• 所獲獎勵136

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