改良A~2O工艺处理寒区低碳氮比城市污水的试验研究

【摘要】：牡丹江位于黑龙江省东南部，是松花江流域的第二大支流，其水质全年中50%以上的时间内，氨氮等指标超出Ⅲ类水质的标准值，这主要是因为城市污水中点源排放量增大，使得城市污水呈现普遍的低碳氮比水质特点，低温下现有工艺的同步脱氮除磷的效率偏低，氨氮等指标排入水体的浓度增加所引起的。针对这种现象，在国家“十二五”专项的支持下，本实验采用改良A2/O工艺，并加设好氧段污泥回流，于好氧段投加填料，通过对运行参数的调控，达到最佳出水条件，并通过厌氧和缺氧段分段进水提高工艺的脱氮效率，运用高通量测序的手段分析试验工艺的微生物特性。 实验对低温下工艺启动运行及污染物去除的影响进行了研究，试验首先固定预缺氧段和厌氧段进水比为1:9，SRT为15d，厌氧段DO控制在0.2mg/L以下，缺氧段DO在0.5mg/L左右，好氧段DO维持在2.5~3mg/L，温度在12℃以下，在此条件下，得到最佳工况点为：污泥回流至预缺氧段的比例为15%，好氧段为50%，硝化液回流比为250%，COD、NH3-N、TN、TP的出水浓度为26.74mg/L、3.72mg/L、9.40mg/L、0.27mg/L，去除率分别为85.42%、83.10%、65.26%、92.75%。 实验通过填料投加的手段研究SRT变化对工艺氮磷去除的影响，试验结果表明聚磷菌和硝化细菌关于污泥龄的矛盾得到一定程度的缓解，污泥龄在适当范围内缩短，对系统的脱氮除磷影响较小，传统A2/O工艺的污泥龄选择一般为15d，本工艺的最佳污泥龄确定为12d，除磷效率得到提升，达到92.75%，出水浓度为0.27mg/L，污泥龄相对缩短，但氨氮和总氮的去除率依然高效，分别达到了85.83%、65.21%。 实验通过厌氧和缺氧段分段进水手段研究其对污染物去除的影响，试验设置了3:1、3:2、1:1、1:2四种参数，研究表明分段进水比对COD和氨氮的去除影响不大，缺氧段进水量增大，伴随着总氮去除率的增加，但磷的去除率随之降低，过高时出水总磷不达标，所以确定分段进水比为3:2为最佳进水比例，此时的COD、NH3-N、TN、TP的出水浓度为36.89mg/L、4.55mg/L、8.88mg/L、0.32mg/L，去除率为82.93%、81.03%、69.92%、91.70%。 实验采用高通量测序的手段对工艺的微生物特性进行研究，污泥样品取自低温试验工艺、低温水厂工艺、常温小试，污泥样品的微生物多样性和差异性分析结果表明，碳源种类的多样化，会使得系统内的微生物多样性增加，常温条件下，各处理单元的微生物多样性和差异性相差不大，低温时有明显差异，厌氧段的生物量最为丰富，好氧段较少，说明温度过低对脱氮菌影响较大，聚磷菌对低温的耐受力强于脱氮菌。低温条件下试验工艺的除磷菌优势菌种为Acinetobacter（不动菌属），主要的反硝化菌属于Pseudomonas（假单胞菌属），硝化细菌的优势菌属为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)。 实验的研究成果能够对今后牡丹江水厂的改造提供理论支持，有助于牡丹江污染物的深度减排，改善牡丹江流域水质，进一步提高人民生活水平，同时本实验的研究内容针对的是寒冷地区低碳氮比的污水处理，具有一定的普遍性，为以后的试验进行提供了一种技术思路。 【关键词】：改良A2/O 低碳氮比 低温 微生物群落 分段进水
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 课题研究背景、目的及意义11-12
• 1.1.1 课题研究背景11-12
• 1.1.2 研究的目的及意义12
• 1.2 低C/N比城市污水处理及工艺现状12-17
• 1.2.1 低C/N比污水处理现状12-14
• 1.2.2 传统A~2O改良的工艺概况14-17
• 1.3 生物脱氮除磷原理及新理论17-19
• 1.3.1 生物脱氮原理17-18
• 1.3.2 生物除磷原理18
• 1.3.3 生物脱氮除磷新理论18-19
• 1.4 分子生物学检测手段的研究现状19-20
• 1.5 课题的来源及内容20-23
• 1.5.1 课题来源20
• 1.5.2 课题研究内容20-21
• 1.5.3 课题的试验技术路线21-23
• 第2章 试验材料与方法23-29
• 2.1 试验装置及仪器设备23-26
• 2.1.1 试验装置23-25
• 2.1.2 反应器设备及连接25-26
• 2.1.3 水质检测设备及分析仪器26
• 2.2 试验水质及填料26-28
• 2.2.1 原水污泥指标及来源26-28
• 2.2.2 填料参数28
• 2.3 试验检测项目及分析方法28-29
• 第3章 低温条件工艺启动运行及污染物去除影响分析29-52
• 3.1 反应器启动29-31
• 3.2 预缺氧段污泥回流比对污染物去除的影响分析31-37
• 3.2.1 COD去除影响分析31-33
• 3.2.2 氨氮去除影响分析33-34
• 3.2.3 总氮去除影响分析34-35
• 3.2.4 总磷去除影响分析35-37
• 3.3 好氧段污泥回流比对污染物去除的影响分析37-41
• 3.3.1 COD去除影响分析37-38
• 3.3.2 氨氮去除影响分析38-39
• 3.3.3 总氮去除影响分析39-40
• 3.3.4 总磷去除影响分析40-41
• 3.4 硝化液回流比对污染物去除的影响分析41-45
• 3.4.1 COD去除影响分析41-42
• 3.4.2 氨氮去除影响分析42-43
• 3.4.3 总氮去除影响分析43-44
• 3.4.4 总磷去除影响分析44-45
• 3.5 污泥龄调整对污染物去除的影响分析45-50
• 3.5.1 脱氮效果影响分析45-48
• 3.5.2 除磷效果影响分析48-50
• 3.6 最佳工况点确定50
• 3.7 本章小结50-52
• 第4章 低温下分段进水比对污染物去除影响分析52-69
• 4.1 分段进水比3:1时对污染物去除影响分析52-55
• 4.1.1 COD去除影响分析52-53
• 4.1.2 氨氮去除影响分析53-54
• 4.1.3 总氮去除影响分析54-55
• 4.1.4 总磷去除影响分析55
• 4.2 分段进水比3:2时对污染物去除影响分析55-59
• 4.2.1 COD去除影响分析55-56
• 4.2.2 氨氮去除影响分析56-57
• 4.2.3 总氮去除影响分析57-58
• 4.2.4 总磷去除影响分析58-59
• 4.3 分段进水比1:1时对污染物去除影响分析59-62
• 4.3.1 COD去除影响分析59-60
• 4.3.2 氨氮去除影响分析60-61
• 4.3.3 总氮去除影响分析61
• 4.3.4 总磷去除影响分析61-62
• 4.4 分段进水比1:2时对污染物去除影响分析62-66
• 4.4.1 COD去除影响分析62-63
• 4.4.2 氨氮去除影响分析63-64
• 4.4.3 总氮去除影响分析64-65
• 4.4.4 总磷去除影响分析65-66
• 4.5 分段进水比不同时的污染物去除影响分析66-67
• 4.6 本章小结67-69
• 第5章 改良A~2/O工艺微生物种群结构的特性研究69-82
• 5.1 污泥样品的DNA提取69-70
• 5.2 污泥样品的PCR扩增70-71
• 5.3 微生物的多样性及差异性分析71-74
• 5.3.1 微生物的多样性分析71-73
• 5.3.2 微生物的差异性分析73-74
• 5.4 微生物的群落组成分析74-80
• 5.4.1 门水平群落分析74-75
• 5.4.2 纲水平群落分析75-78
• 5.4.3 属水平群落分析78-80
• 5.5 本章小结80-82
• 结论及展望82-84
• 参考文献84-89
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果89-91
• 致谢91

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