同时硝化/反硝化除磷系统处理低碳城市污水的过程控制及机理研究

【摘要】：随着水体富营养化问题日益尖锐，水质指标体系的不断严格，污水处理技术逐渐地从以单一去除有机物为目的的阶段进入同时具有脱氮除磷的深度处理阶段，以控制富营养化问题为目的的脱氮除磷技术成为水污染控制中广泛关注的热点。本课题所研究的同时硝化/反硝化除磷系统（SNDPR）针对碳、氮、磷比例失调且碳源偏低的我国南方地区城市污水特点，缩短脱氮除磷流程，使硝化和反硝化除磷在活性污泥系统中同时发生，从根本上解决南方城市污水难题，同时也为剩余污泥减量化和节约能耗提供新思路。 试验采用序批式活性污泥法(SBR)，以人工模拟城市污水为处理对象，厌氧/好氧和厌氧/缺氧/好氧两种运行模式驯化污泥，使硝化菌和反硝化聚磷菌实现共存；为了探索稳定而持续SNDPR过程所需的条件，在不同供氧模式（连续曝气和间歇曝气）下，考察了SNDPR过程中COD、PHB、TP、TN和电化学参数（pH和ORP）的变化规律，确定实验室条件下实现SNDPR过程的适宜运行工况；根据反应过程中不同阶段微生物胞内的PHB含量，分析了PHB变化规律和SNDPR之间的关联性，提出了PHB定向积累和稳定降解的操控条件，并且在微生物环境理论上探讨SNDPR过程发生机理。 试验结果表明：经两阶段驯化，反硝化聚磷菌比例提升至85.9%，硝化速率达5.97mg/(L h)，实现了反硝化除磷菌和硝化菌的良好共存，并使系统具有良好同时硝化/反硝化除磷性能；在相同曝气量下，间歇曝气模式比连续曝气模式更有利于SNDPR过程的发生；在间歇曝气模式下，低AF值和高fIA值的间歇模式能实现PHB稳定持续降解，并且能维持稳定的低氧环境，有利于实现SNDPR过程的稳定；当曝气量为40L/h、AF值为0.5和fIA值为24时，系统SNDPR过程的稳定性和持续性最佳，对低碳城市污水处理效果最佳：TN去除率为87.9%，TP的去除率为93.5%。 【关键词】：同时硝化/反硝化除磷 低碳城市污水 PHB 电化学参数
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-35
• 1.1 课题研究背景14-15
• 1.1.1 课题来源14
• 1.1.2 课题研究背景14-15
• 1.2 生物脱氮除磷理论和发展15-19
• 1.2.1 生物脱氮基本理论15-16
• 1.2.2 生物除磷基本理论16
• 1.2.3 生物脱氮除磷工艺的现状16-19
• 1.3 传统生物脱氮除磷技术存在问题19-20
• 1.3.1 微生物的混合培养19-20
• 1.3.2 污泥龄20
• 1.3.3 碳源20
• 1.3.4 回流污泥中的硝酸盐20
• 1.4 生物脱氮除磷理论与技术的新发展20-24
• 1.4.1 同时硝化反硝化(SND)20-22
• 1.4.2 短程硝化反硝化22-23
• 1.4.3 厌氧氨氧化(ANAMMOX)23
• 1.4.4 反硝化除磷23-24
• 1.5 生物脱氮除磷过程中 PHB 合成降解规律和过程控制研究24-30
• 1.5.1 PHB简介24-26
• 1.5.2 生物脱氮除磷过程中PHB合成降解规律研究进展26-28
• 1.5.3 生物脱氮除磷过程控制研究进展28-30
• 1.6 课题研究目的、意义和研究内容30-35
• 1.6.1 研究目的及意义30-32
• 1.6.2 课题研究内容32-33
• 1.6.3 课题研究技术路线33-35
• 第2章 试验材料及方法35-42
• 2.1 试验用水来源及水质35
• 2.2 试验设备及方法35-39
• 2.2.1 试验装置及仪器35-36
• 2.2.2 水质检测分析方法和设备36-39
• 2.3 污泥培养和驯化39-42
• 第3章 同时硝化/反硝化除磷效能研究42-61
• 3.1 反硝化聚磷菌富集与强化42-46
• 3.1.1 不同阶段典型周期内DPB富集效果42-44
• 3.1.2 不同阶段典型周期内电化学参数变化规律44-46
• 3.2 驯化后水处理效果46-48
• 3.3 系统运行工况初步确定48-51
• 3.3.1 厌氧时间的确定48-49
• 3.3.2 曝气时间的确定49-50
• 3.3.3 沉淀时间的确定50-51
• 3.4 稳定运行周期内 SNDPR 的脱氮除磷效能51-54
• 3.4.1 有机物的去除效果51-52
• 3.4.2 氨氮及总氮的去除效果52-53
• 3.4.3 总磷的去除效果53-54
• 3.5 稳定运行中典型周期的脱氮除磷变化规律54-56
• 3.5.1 氮元素的变化规律54-55
• 3.5.2 有机物及TP的变化规律55
• 3.5.3 SNDPR过程中电化学参数的变化规律55-56
• 3.6 系统脱氮与缺氧吸磷相关性56-59
• 3.6.1 PHB合成与磷释放56-57
• 3.6.2 PHB的转化与反硝化吸磷的定量关系分析57-58
• 3.6.3 系统脱氮与除磷定量关系58-59
• 3.7 本章小结59-61
• 第4章 同时硝化/反硝化除磷系统控制策略及机理研究61-85
• 4.1 反应周期内恒定气量的连续曝气模式61-72
• 4.1.1 反应周期内恒定不同气量的TN去除效果比较62-64
• 4.1.2 反应周期内恒定不同曝气量的TP去除效果比较64-65
• 4.1.3 反应周期内恒定不同气量的有机物与PHB变化规律比较65-67
• 4.1.4 反应周期内恒定不同气量电化学参数67-69
• 4.1.5 同时硝化/反硝化除磷性能比较69-72
• 4.2 反应周期内间歇曝气模式72-80
• 4.2.1 反应周期内不同工况氮元素去除效果72-74
• 4.2.2 反应周期内不同工况磷元素去除效果74
• 4.2.3 反应周期内不同工况的有机物与PHB变化规律74-76
• 4.2.4 反应周期内不同工况的电化学参数变化规律76-80
• 4.3 稳定而完全 SNDPR 过程发生的机理分析80-84
• 4.3.1 微环境分析80-82
• 4.3.2 ORP和pH的稳定性对SNDPR的影响分析82
• 4.3.3 间歇曝气百分数AF和频率fIA对SNDPR的影响分析82-83
• 4.3.4 PHB降解速率与SNDPR的关系83-84
• 4.4 本章小结84-85
• 第5章 结论和展望85-87
• 参考文献87-95
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文95-96
• 致谢96

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