多级A/O+好氧生物膜组合工艺特性及处理污水效能研究

【摘要】：目前，城市污水处理厂普遍存在因污水中碳源匮乏而导致脱氮除磷效果不稳定等问题，对生态环境的影响日趋严重。在这种情况下，开发优化碳源有效利用和强化脱氮污水处理工艺技术十分必要。研究将分段进水工艺与好氧生物膜法相结合，使该系统具有节省内回流设施、无需外加碳源、提高系统抗冲击负荷能力及增加系统生物量等优点，通过理论分析、中试试验结合小试试验研究等手段，对组合工艺处理效能进行了系统的研究。以期该工艺在高效脱氮污水领域的应用推广和类似工艺的污水厂升级改造提供指导。 为确保组合工艺反应器整体处于推流状态，通过示踪剂流态实验对反应器的结构进行了改造，同时通过Fluent软件进行模拟，证实改造后的反应器推流状态明显，为实现后续生化试验提供了合适的反应器流态。 通过对HRT、温度、进水流量分配比、污泥回流比及缺好氧区容积比等因素对组合工艺处理效能影响的研究，系统研究组合工艺的特点和优势，优选合理的参数取值范围。发现组合工艺系统相对于单纯活性污泥系统抗击外界冲击能力明显。在低HRT的情况下，采取增加曝气和减少排泥的措施提高系统的脱氮效果，对于TP采取化学方式予以去除；对于温度的变化，为了保证较好的处理效果，主要采取调整污泥浓度和DO浓度来实现。根据试验城市污水水质条件分析，得到分段进水分配方式为逐级递减。污泥回流比对组合工艺脱氮影响不大，从不影响脱氮效能又能减少能耗的角度出发，采用50%~100%的回流较适宜。在采用最佳进水分流比的前提下，尽量扩大缺氧区所占容积可以提高系统TN去除率。 组合工艺好氧区出现了明显的同步硝化反硝化现象，通过小试实验可以发现，各级好氧区的同步硝化反硝化脱氮效能存在明显差别，第一级脱氮效果最佳，第二级次之，第三级最差。同时发现投加填料有助于同步硝化反硝化脱氮能力的提升。在综合考虑各水质指标处理效果情况下，中试反应器在采取梯级曝气溶解氧搭配为0.5mg/L、1.0mg/L、1.5mg/L的工况下运行时，反应器的同步硝化反硝化能力得到了最合理的发挥，并从进水方式和生物膜结合的角度分析了组合工艺的脱氮机理。 采用显微镜镜检技术观察系统运行阶段活性污泥及生物膜的微生物组成和形态特征，发现组合工艺的生物相较为丰富，活性污泥与生物膜污泥生物相存在一定的差异，并分析了反应器内的微生物特性及微生物固定化机理。组合工艺在试验期间污泥的表观产率基本上在0.12～0.21kgMLSS/kgCOD之间，明显低于常规活性污泥法。采用环境扫描电镜结果显示污泥絮体及生物膜内外均存在供物质交流的孔洞和通道，为组合工艺系统同步硝化反硝化的发生创造了物质和环境条件。组合工艺反应器各级活性污泥及生物膜上微生物的SOUR和DHA均呈下降趋势，生物活性还受温度和碳源的影响，系统的污泥活性与所处环境中的有机质浓度呈正相关关系。 通过对系统菌群多样性指数和相似性分析，每一级的活性污泥和生物膜多样性指数相比较，生物膜的多样性指数高于活性污泥，说明生物膜中的微生物种群更为丰富。同时生物膜样品的相似性明显高于活性污泥，这与生物膜中微生物菌群的多样性更高有关。 多级A/O+好氧生物膜组合工艺是一种节能、高效和稳定的污水处理工艺，可运用到新建及改造的实际工程中，并通过调节各运行参数以实现系统的最佳工况，提高出水水质。 【关键词】：多级A/O+好氧生物膜 生物脱氮除磷 同步硝化反硝化
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 1 绪论12-26
• 1.1 我国水环境及水污染处理现状12-14
• 1.2 多级 A/O 分段进水工艺特点及研究现状14-17
• 1.2.1 多级 A/O 工艺提出及其特点14-15
• 1.2.2 多级 A/O 工艺研究现状15-17
• 1.3 生物膜法工艺特点及研究现状17-18
• 1.3.1 生物膜法的提出及其特点17-18
• 1.3.2 生物膜法的研究现状18
• 1.4 活性污泥与生物膜组合工艺研究现状18-20
• 1.4.1 组合工艺国内研究现状19
• 1.4.2 组合工艺国外研究现状19-20
• 1.5 低碳氮比污水脱氮除磷处理研究现状20-21
• 1.6 课题提出及主要研究内容21-25
• 1.6.1 目前污水处理技术存在的问题21-22
• 1.6.2 课题的提出22
• 1.6.3 研究内容22-24
• 1.6.4 技术路线24-25
• 1.6.5 课题来源25
• 1.7 创新点25-26
• 2 试验材料及方法26-36
• 2.1 试验装置及工艺流程26-29
• 2.1.1 实验装置26-28
• 2.1.2 实验填料28-29
• 2.2 试验水质及测试方法29-36
• 2.2.1 试验水质29-30
• 2.2.2 试验仪器设备30
• 2.2.3 一般测试项目及方法30-31
• 2.2.4 微生物特性检测31-36
• 3 流态试验及组合工艺反应器启动36-62
• 3.1 流态试验36-44
• 3.1.1 试验方案36-39
• 3.1.2 试验结果39-43
• 3.1.3 试验讨论43-44
• 3.2 基于 FLUENT 的组合工艺反应器流态研究44-50
• 3.2.1 三维湍流模型的选择44-46
• 3.2.2 模型的简化及边界条件设置46-47
• 3.2.3 数值模拟结果与分析47-50
• 3.3 反应器的启动50-55
• 3.3.1 活性污泥启动方案50
• 3.3.2 污泥接种培养结果50-54
• 3.3.3 活性污泥培养讨论54-55
• 3.4 生物填料挂膜55-60
• 3.4.1 挂膜方式55
• 3.4.2 填料填充率确定55-56
• 3.4.3 挂膜结果56-60
• 3.4.4 处理效果讨论60
• 3.5 本章小结60-62
• 4 多级 A/O+好氧生物膜组合工艺处理效能研究62-94
• 4.1 HRT 对处理效能的影响62-68
• 4.1.1 不同 HRT 对 COD 去除效果的影响63-64
• 4.1.2 不同 HRT 对 NH3-N 去除效果的影响64-66
• 4.1.3 不同 HRT 对 TN 去除效果的影响66-67
• 4.1.4 不同 HRT 对 TP 去除效果的影响67-68
• 4.2 温度对处理效能的影响68-78
• 4.2.1 温度对 COD 去除效能的影响69
• 4.2.2 温度对 NH3-N 效能的影响69-73
• 4.2.3 温度对 TN 去除效能的影响73-76
• 4.2.4 温度对 TP 去除效能的影响76-78
• 4.3 流量分配比对处理效能的影响78-85
• 4.3.1 进水流量比对 COD 去除效能的影响79-80
• 4.3.2 进水流量比对 NH3-N 的影响80-82
• 4.3.3 进水流量比对 TN 的影响82-84
• 4.3.4 进水流量比对 TP 去除效能的影响84-85
• 4.4 污泥回流比对处理效能的影响85-88
• 4.4.1 污泥回流比（R）对硝化效能的影响85-87
• 4.4.2 污泥回流比（R）对 TN 的影响87-88
• 4.5 缺氧区及好氧区体积比对处理效能的影响88-91
• 4.5.1 缺氧区及好氧区体积比对硝化效能的影响88-89
• 4.5.2 缺氧区及好氧区体积比对 TN 的影响89-91
• 4.6 本章小结91-94
• 5 多级 A/O+好氧生物膜组合工艺同步硝化反硝化研究94-118
• 5.1 同步硝化反硝化现象的证实94-95
• 5.2 强化好氧区 SND 脱氮措施的必要性95-97
• 5.3 溶解氧对 SND 影响的小试研究97-112
• 5.3.1 溶解氧对第一级好氧区污泥试验结果分析98-103
• 5.3.2 溶解氧对第二级好氧区污泥试验结果分析103-107
• 5.3.3 溶解氧对第三级好氧区污泥试验结果分析107-111
• 5.3.4 三级好氧区同步硝化反硝化脱氮的差别111-112
• 5.4 溶解氧对组合工艺好氧区 SND 影响研究112-116
• 5.4.1 不同 DO 浓度搭配工况下的 SND 脱氮效果112-114
• 5.4.2 反应器中同步硝化反硝化机理探讨114-116
• 5.5 本章小结116-118
• 6 多级 A/O+好氧生物膜组合工艺生物特性研究118-142
• 6.1 组合工艺系统微生物种群变化特性及污泥减量118-126
• 6.1.1 活性污泥微生物相及数量118-120
• 6.1.2 生物膜微生物相及数量120-121
• 6.1.3 组合工艺系统微生物结构对污泥减量的作用121-126
• 6.2 污泥活性及沉降性能研究126-132
• 6.2.1 污泥活性研究126-130
• 6.2.2 污泥沉降性能研究130-132
• 6.3 活性污泥及生物膜污泥结构表观特征研究132-135
• 6.3.1 活性污泥结构表观特征132
• 6.3.2 生物膜结构表观特征132-135
• 6.4 活性污泥及生物膜污泥菌群结构分析135-140
• 6.4.1 活性污泥和生物膜总 DNA 提取结果分析135-136
• 6.4.2 活性污泥和生物膜的 PCR 扩增效果136-137
• 6.4.3 PCR 扩增产物 TGGE 分析137-138
• 6.4.4 系统菌群 Shannon-Wiener 多样性指数分析138-139
• 6.4.5 系统菌群相似性分析139-140
• 6.5 本章小结140-142
• 7 结论与建议142-144
• 7.1 结论142-143
• 7.2 建议143-144
• 致谢144-146
• 参考文献146-156
• 附录156-157
• A. 攻读博士学位期间发表的论文156
• B. 攻读博士学位期间申请的专利156-157
• C. 攻读博士学位期间的科研工作157

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