生物脱氮除磷与BNR系统污泥膨胀的关系及其控制研究

论文摘要

活性污泥工艺一直占据污水处理的核心地位,然而由于污泥膨胀导致的泥水难以分离使处理不达标、甚至系统容易崩溃等,严重困扰着活性污泥工艺的运行。防止污泥膨胀一直是活性污泥工艺运行控制的重点。污泥膨胀不仅在传统的活性污泥运行工艺（CAS系统）中发生,也在脱氮除磷工艺（BNR系统）运行中经常出现。由于目前脱氮除磷工艺已经广泛应用于我国城市污水处理实践中,脱氮除磷工艺中具有一些与CAS系统不同的特征,因此CAS系统污泥膨胀机理及控制措施难以适用于BNR系统。国内外对于BNR系统中污泥沉降特性的研究尚不多、也不够深入。因此迫切需要探明脱氮除磷中这种交替环境对污泥沉降性的影响,并提出控制污泥膨胀的对策。本试验（1）采取两套分别以醋酸钠（1#）和淀粉（2#）为碳源平行运行的SBR反应器,研究了反应总时间为480min、进水COD浓度为400mg/l下,三种缺氧和好氧时间配比模式（45min:325min、144min:226min和76min:294 min）和三种不同硝氮浓度（112、45.67和26.61mg/l）下,污泥沉降性能的变化;（2）在不同厌氧/好氧时间配比（1:8.3（30:260min）,1:1.42（120:170min）,1:0.81（160:130min））,在以醋酸盐（1#）和淀粉（2#）为基质的两个SBR反应器中研究了污泥的沉降性变化;（3）在固定厌氧/好氧水力停留时间为1:1.42（120:170min）,1#反应器以醋酸钠为基质下,研究了不同COD/P配比（40/1（400:10）,20/1（400:20）,10/1（400:40 mg/l））和不同COD浓度（180,250,400,550mg/l）,以及不同VFAs配比（丙酸盐:醋酸盐1:0（350:0）,1:1（175:175）,1:3（87:263 mg/l））下SBR反应器中的污泥沉淀性能;（4）在2#反应器考察了原水基质依次为葡萄糖,葡萄糖和醋酸钠,淀粉和葡萄糖,淀粉和醋酸钠时污泥沉降性变化,以及磷为限制条件下交替环境中污泥的沉降性。考察了BNR系统在不同环境条件下污泥膨胀情况,探讨了BNR系统污泥膨胀机理并提出了控制措施。本试验研究结果表明:（1）以淀粉为碳源的2#反应器在缺氧段基本不发生反硝化脱氮作用,但在好氧段磷浓度有明显的降低。伴随着磷去除,系统内污泥浓度明显增加。试验结果表明这种缺氧-好氧交替环境下发生的磷去除是一种生物作用的结果,初步判定为一种新型生物除磷现象。（2）在缺氧/好氧交替脱氮系统中,低C/N比（400:112mg/l）导致污泥膨胀。对污泥膨胀的“缺氧代谢抑制”作用不明显,并且不同缺氧-好氧时间的组合对污泥膨胀的发生没有太大影响;硝氮浓度降低至45.67 mg/l后,1#反应器脱氮效果和污泥的沉降性有所改善;硝氮浓度降低至26.61 mg/l后,COD未被彻底氧化完,发生污泥膨胀;以淀粉为基质的2#反应器,污泥的沉降性要优于1#,表明原水中大分子基质较易利用的小分子基质能更好地防止缺氧/好氧交替环境下引发的污泥膨胀。（3）在厌氧/好氧交替除磷系统中,基质浓度梯度大于92mg/l,并且厌氧期结束后水中残留15～22mg/l的COD,没有污泥膨胀现象发生。相对葡萄糖和醋酸钠等可溶性的中小分子基质,大分子基质淀粉更容易引起污泥膨胀。供给小分子基质时,厌氧反应结束时反应器的SVI值略低于好氧完毕时。供给大分子基质时,厌氧反应结束时反应器的SVI值略大于好氧完毕时。当供给小分子和大分子混合基质时,厌氧反应结束时反应器的SVI值和好氧完毕时基本一样;“对磷的去除→提高污泥无机分含量→增加污泥比重”这条途径不会改善污泥的沉降性。因此提高系统除磷效果,并不能实现改善污泥沉降性的目的;过高的负荷或过低负荷都没能引发污泥膨胀;设定磷为受限制营养条件下（[P]≤2mg/L）,反应器污泥沉降性很好,没有出现高粘性污泥膨胀。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.1.1 传统活性污泥运行工艺中（CAS）污泥膨胀的研究
• 1.1.2 脱氮除磷系统中（BNR）污泥膨胀的研究
• 1.2 国内外研究现状及进展
• 1.3 国内外研究不足
• 1.4 课题研究的主要内容
• 1.5 课题研究的意义和创新点
• 1.5.1 课题研究的意义
• 1.5.2 本课题的创新点
• 2. 试验材料与方法
• 2.1 接种污泥和试验用水
• 2.2 分析项目及测定方法
• 2.3 试验方案
• 2.3.1 SBR脱氮系统中污泥沉降性研究的试验方案
• 2.3.2 SBR除磷系统中污泥沉降性研究的试验方案
• 3. SBR脱氮系统中污泥沉降特性的研究
• 3.1 试验目的
• 3.2 试验装置
• 3.3 试验控制条件
• 3.3.1 不同缺氧/好氧时间配比对SBR脱氮系统中污泥沉降特性的影响
• 3.3.2 不同C/N比下对SBR脱氮系统中污泥沉降特性的研究
• 3.4 结果分析与讨论
• 3.5 本章结论
• 4. SBR脱氮系统中无厌氧释磷的生物除磷研究
• 4.1 无厌氧释磷的生物除磷现象
• 4.2 无厌氧释磷的生物除磷机理探索
• 4.2.1 控制条件
• 4.2.2 生物脱氮系统中无厌氧释磷的生物除磷的现实意义
• 4.3 结果分析与讨论
• 4.4 本章结论
• 5. SBR除磷系统中污泥沉降特性的研究
• 5.1 试验目的
• 5.2 试验控制条件
• 5.2.1 厌氧/好氧时间比对SBR除磷系统中污泥沉降特性的影响
• 5.2.2 不同C/P比下污泥沉降特性的比较
• 5.2.3 不同原水基质类型下污泥沉降特性的比较
• 5.2.4 不同原水COD浓度下污泥沉降特性的比较
• 5.2.5 不同醋酸盐与丙酸盐比例污泥沉降特性的比较
• 5.2.6 以磷为受限条件污泥的沉降特性
• 5.3 污泥膨胀的控制
• 5.4 结果分析与讨论
• 5.5 本章结论
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.1.1 SBR脱氮系统中污泥沉降特性
• 6.1.2 SBR脱氮系统中无厌氧释磷生物除磷
• 6.1.3 SBR除磷系统中污泥沉降特性
• 6.2 建议
• 7. 致谢
• 8. 参考文献