五箱一体化活性污泥工艺强化除磷脱氮研究

论文摘要

五箱一体化活性污泥工艺是在UNITANK、三沟式氧化沟等工艺基础上研制开发的具有除磷脱氮功能的新型污水处理工艺,该工艺由五个矩形反应池组成,五池间水力连通,通过五个池子随时间和空间控制状态变化,实现厌氧、缺氧、好氧和沉淀过程交替,通过进出水位置转换实现污泥和混合液的循环流动和自动回流,不需要外加污泥和混合液回流措施,恒水位运行,达到高效除磷脱氮。该工艺中每个池子为一个完全混合反应器,五个池子共同构成一组阶式反应器,因而整体具有推流反应器的特征,反应效率高,能适应一定的冲击负荷。与UNITANK等工艺相比,该工艺在时间和空间转换中更容易实现理想的厌氧、缺氧和好氧交替,创造了更适宜于聚磷菌的生长环境,从而显著提高除磷脱氮效率。池体方形,五个池子间共用池壁和底板,布置紧凑,结构稳定性好,土建投资省,占地面积小。其中有两个边池交替出水,不需要单独设置沉淀池,省却了污泥和混合液回流设备,恒水位运行,水头损失小,装机负荷低,可以大大节省动力消耗。系统通过PLC可编程序控制器控制自动运转,运行方式和控制状态可以灵活调整,维护管理方便。通过该工艺小试试验装置在南京江宁开发区污水处理厂应用,研究工艺运行的适宜参数及对不同水质的适应性,通过跟踪试验对工艺除磷脱氮的过程和机理进行探讨,并在连续流运转状态下对ORP和pH变化的特征点与反硝化、释磷和硝化过程的关系及反馈控制除磷脱氮过程的可行性进行了分析。研究了该工艺中的反硝化除磷现象,对反应器污泥的反硝化除磷能力及聚磷菌组成进行了细致研究,并对反应器污泥的微生物相和除磷脱氮的相关性进行了分析。建立了交替运行工艺的污泥分布推流模型,对该工艺中污泥分布规律进行理论化推导,并与三池交替活性污泥工艺（UNITANK等工艺）进行对比。在五箱一体化活性污泥工艺中,厌氧、缺氧和好氧状态在同一池子的不同阶段以及同一阶段不同池子之间交替出现,厌氧释磷、吸磷、硝化、反硝化随之发生,利用多种微生物和电子受体完成除磷脱氮过程,整体除磷脱氮效率高。在水力停留时间为13h,周期设置按主体段、过渡段和沉淀段分别为90min、120min和30min,泥龄为12d～15d,边池污泥浓度为4000mg/L～6500mg/L的工艺条件下,进水COD浓度在421mg/L、TP浓度在4.82mg/L、TN浓度在49.6mg/L、NH4+-N浓度在45.2mg/L以下时出水能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准要求。对该工艺运行中ORP、pH、DO变化进行研究表明:边池在进水搅拌过程中ORP、pH出现特征点,与反硝化结束和厌氧磷释放具有同步性,在曝气过程中ORP、pH、DO同时出现特征点,与硝化结束时间对应。ORP和pH监测信号可以用于控制脱氮和除磷过程。该工艺在运行过程中出现一定的反硝化除磷现象,利用有机物在脱氮的同时完成除磷过程。反应器中污泥能利用硝酸盐氮和亚硝酸盐氮作为电子受体反硝化除磷,具有较高的反硝化除磷能力。以往的研究一般根据厌氧释磷后在开始阶段缺氧吸磷速度和好氧吸磷速度的比值确定反硝化聚磷菌的比例,本研究发现在开始阶段缺氧吸磷速度大于好氧吸磷速度,提出根据厌氧释磷后缺氧吸磷量和好氧吸磷量的比值确定反硝化聚磷菌比例的新方法。该反应器污泥中反硝化聚磷菌比例为99.25%,能以氧气、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮三种物质作为电子受体的聚磷菌占全部聚磷菌的97.75%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 我国的水环境和水污染现状
• 1.1.2 污水中氮磷来源与组成
• 1.1.3 研究的目的意义
• 1.2 生物除磷脱氮理论与工艺发展
• 1.2.1 传统的生物除磷脱氮理论
• 1.2.2 生物除磷脱氮工艺发展
• 1.3 交替式活性污泥工艺的发展
• 1.3.1 常规SBR工艺
• 1.3.2 SBR改良工艺
• 1.3.3 交替式氧化沟
• 1.3.4 UNITANK工艺
• 1.3.5 交替活性污泥工艺的研究方向
• 1.4 本课题研究工艺提出
• 2 试验方法与研究内容
• 2.1 工艺试验装置
• 2.2 工艺周期运行过程及原理
• 2.3 试验水质及分析项目监测方法
• 2.4 试验研究内容
• 3 工艺运行参数研究
• 3.1 污泥培养驯化
• 3.2 水力停留时间对处理效果的影响
• 3.3 周期设置对处理效果的影响
• 3.3.1 不同主体段时间设置时的处理效果
• 3.3.2 不同过渡段时间设置时的处理效果
• 3.3.3 不同沉淀段时间设置时的处理效果
• 3.3.4 周期设置试验小结
• 3.4 水力停留时间和周期设置正交试验研究
• 3.5 曝气强度对处理过程的影响
• #池跟踪试验结果'>3.5.1 气水比为22.5 时半周期1^#池跟踪试验结果
• #池跟踪试验结果'>3.5.2 气水比为30 时半周期1^#池跟踪试验结果
• #池跟踪试验结果'>3.5.3 气水比为40 时半周期1^#池跟踪试验结果
• 3.5.4 曝气强度对处理过程的影响试验小结
• 3.6 污泥浓度影响试验
• 3.6.1 不同污泥浓度下的厌氧、缺氧和好氧交替试验结果
• 3.6.2 污泥浓度影响试验小结
• 3.7 碱度对处理效果的影响
• 3.7.1 不添加碱度时的试验结果分析
• 3碱度时的试验结果分析'>3.7.2 添加2mmol/L NaHCO₃碱度时的试验结果分析
• 3碱度时的试验结果分析'>3.7.3 添加6mmol/L NaHCO₃碱度时的试验结果分析
• 3.7.4 碱度试验小结
• 3.8 pH对处理效果的影响
• 3.9 泥龄对处理效果的影响
• 3.10 进水浓度对处理效果的影响
• 3.10.1 改变进水浓度的试验结果对比
• 3.10.2 进水异常时的中毒反应
• 3.10.3 进水影响试验小结
• 3.11 工艺运行参数研究小结
• 4 工艺运行机理及模糊控制分析研究
• 4.1 半个周期内五个池子运行过程分析
• #池半周期跟踪试验结果分析'>4.1.1 1^#池半周期跟踪试验结果分析
• #池半周期跟踪试验结果分析'>4.1.2 2^#池半周期跟踪试验结果分析
• #池半周期跟踪试验结果分析'>4.1.3 3^#池半周期跟踪试验结果分析
• #池半周期跟踪试验结果分析'>4.1.4 4^#池半周期跟踪试验结果分析
• #池半周期跟踪试验结果分析'>4.1.5 5^#池半周期跟踪试验结果分析
• #池进水与不进水时半周期跟踪试验结果分析'>4.1.6 1^#池进水与不进水时半周期跟踪试验结果分析
• 4.1.7 五箱一体化活性污泥工艺运行过程小结
• 3^--N浓度对厌氧/缺氧和好氧交替过程的影响'>4.2 不同NO₃^--N浓度对厌氧/缺氧和好氧交替过程的影响
• 3^--N时的试验结果分析'>4.2.1 不添加NO₃^--N时的试验结果分析
• 3^--N时的试验结果分析'>4.2.2 添加5mg/LNO₃^--N时的试验结果分析
• 3^--N时的试验结果分析'>4.2.3 添加10mg/LNO₃^--N时的试验结果分析
• 3^--N时的试验结果分析'>4.2.4 间歇运行时添加10mg/LNO₃^--N时的试验结果分析
• 3^--N对厌氧/缺氧和好氧交替的影响小结'>4.2.5 NO₃^--N对厌氧/缺氧和好氧交替的影响小结
• 4.3 不同池体组合方式对处理效果的影响
• 4.3.1 五箱一体化运行方式跟踪试验结果分析
• 4.3.2 四箱一体化运行方式跟踪试验结果分析
• 4.3.3 三箱一体化运行方式跟踪试验结果分析
• 4.3.4 三箱、四箱、五箱运行方式出水水质对比
• 4.3.5 池体组合方式试验小结
• 4.4 五箱一体化活性污泥工艺模糊控制研究
• 4.4.1 不同运行工况下DO、ORP和pH变化规律总结
• 4.4.2 pH对ORP影响的静态试验
• 4.4.3 模糊控制研究小结
• 4.5 工艺运行机理及模糊控制研究小结
• 5 反硝化除磷现象及聚磷菌组成研究
• 5.1 前言
• 5.2 五箱一体化活性污泥工艺中反硝化除磷现象的发现
• 5.3 反硝化除磷试验研究内容、目标与方法
• 5.4 反硝化除磷试验结果分析
• 5.4.1 不经过厌氧的反硝化除磷试验结果分析
• 5.4.2 经过厌氧的反硝化除磷试验结果分析
• 2^--N与NO₃^--N反硝化除磷试验对比'>5.4.3 NO₂^--N与NO₃^--N反硝化除磷试验对比
• 2^--N与NO₃^--N浓度对反硝化除磷的影响'>5.4.4 NO₂^--N与NO₃^--N浓度对反硝化除磷的影响
• 5.4.5 反硝化聚磷菌构成分析
• 5.5 反硝化除磷现象及聚磷菌组成研究小结
• 6 活性污泥耗氧速率测定试验研究
• 6.1 前言
• 6.2 试验研究内容与目标
• 6.3 试验结果分析
• 6.3.1 抑制剂对有机物降解和内源呼吸影响研究
• 6.3.2 硝化过程耗氧速率研究
• 6.3.3 吸磷过程耗氧速率研究
• 6.3.4 由耗氧速率推测供气量
• 6.4 耗氧速率试验小结
• 7 微生物相分析研究
• 7.1 微型动物生物相观察与计数
• 7.2 活性污泥混合液菌相鉴别
• 7.2.1 荧光原位杂交（FISH）技术
• 7.2.2 DAPI荧光染色法测定细菌总数
• 7.2.3 液体稀释法（MPN法）反硝化菌计数
• 7.2.4 菌相鉴别结果分析
• 7.3 微生物相分析小结
• 8 污泥推流模型及其应用研究
• 8.1 污泥推流理论公式建立
• 8.2 污泥推流试验
• 8.3 模型应用分析
• 8.3.1 五箱一体化活性污泥工艺中污泥分布规律分析
• 8.3.2 污泥增长和排泥对污泥分布的影响
• 8.3.3 周期设置对污泥分布的影响
• 8.3.4 五箱一体化活性污泥工艺反应有效系数推导
• 8.3.5 三池交替工艺与五箱一体化活性污泥工艺污泥分布比较
• 8.4 污泥推流模型及其应用小结
• 9 结论
• 9.1 主要研究结论
• 9.2 主要创新点
• 9.3 研究展望
• 参考文献
• 发表论文、申请专利及参加科研项目
• 致谢