改良型氧化沟硝化同时反硝化的临界ORP研究

论文摘要

常规的生物处理,要设置厌氧、缺氧和好氧池来达到脱氮除磷的目的。但是氧化沟的泥龄长的特点为脱氮提供了方便,尤其是具有同步硝化反硝化的优势。在国内外,很多污水厂采用此工艺,应用相当广泛,是目前的研究热点之一。本课题以长寿污水厂为对象,采用长寿区城市生活污水,选用与该厂相似的卡鲁塞尔氧化沟为中试模型,开展卡鲁塞尔氧化沟同步硝化反硝化脱氮效果的研究。本文用ORP作为氧化沟工艺SND的控制参数并对该工艺SND进行了探讨。为了更好地监测和控制污水、污泥处理工艺的运行,对内源反硝化和硝化过程参数DO和pH,MLSS的变化进行了一系列的研究。通过对工艺在污水处理中的效能进行实验研究和理论分析,找出ORP与DO、pH、MLSS,HRT,回流比等对脱氮效能的影响,并得出硝化同时反硝化发生的临界ORP,分析临界ORP的关键影响因素,能为提高同步硝化反硝化的效率提供依据,为城市污水厂氧化沟脱氮技术的进步提供支持。通过试验和分析,得出以下几个结论:①MLSS、pH、DO、HRT、回流比均是ORP的影响因素,DO的影响相对较小,pH值的影响最为敏感,其他三种也属于相对关键性影响因素。因为硝化与反硝化是同时发生的,说明在脱氮过程中SND是氧化反应与还原反应同时发生的,酸度和碱度也是同时产生的。所以,在这个过程中,ORP与HRT、MLSS、pH、DO、回流比等的关系不同于传统的生物脱氮关系。ORP与MLSS,DO,pH、HRT、回流比之间的关系可用一个式子表示: y=-231.7+0.38×ln（DO）-4.03×cos（-2.24×MLSS）+101.43×ln（pH）+5.72×HRT +3.87×（R）2-4.46×sin（4.89×MLSS -5.41×pH）此模型对于污水处理工艺的运行具有一定的指导意义。1)首先值得肯定的是DO,MLSS,pH,HRT,回流比都对ORP具有比较大的影响,五者控制得当即可控制ORP的数值,也方便更进一步控制活性污泥的硝化反硝化的进程。2)由上式可以看出pH值是ORP数值的最大的影响因素,所以其余四者确定下来以后,调节pH值即可确定合适的ORP值,具有整体调节与微调的双重效果,从而可以提高工程实际应用中的脱氮效果。3)MLSS数值通常在回流比与剩余污泥量确定的情况下比较固定,其数值对于ORP的影响也较大,适宜在不同季节内调节ORP的数值,秋冬季节气温低,微生物活性较低,代谢较慢,脱氮能力相对较弱,故可增大MLSS的浓度来维持ORP数值的水平,春夏季节则相反。4)HRT与ORP形成了线性的关系,其它影响因素一定的情况下,二者是具有正比性的,系数为5.72,HRT时间较长则导致溶解氧进入污泥絮凝体内,破坏缺氧-好氧的平衡,造成氨化菌、硝化菌、反硝化菌的不平衡,进一步造成对硝酸盐和亚硝酸盐、氨氮的影响,导致污水氧化还原电位的变化,所以HRT的时间控制在一定合理的范围内是十分必要而且操作相对简便的,适用于任何时期。5)在其他因素确定的情况下,回流比与ORP形成抛物线的关系,ORP的数值随着回流比的增长而加大了增长速率,因此,在回流比较小时,可做ORP进行细微调整,而在回流比较大时,则是对ORP进行大范围的调整,可依不同情况确定。6)DO相对MLSS和pH值对ORP的影响较小,在保持微生物需要的适宜溶解氧的情况下,可对ORP的数值进行细微调整,从而得到最佳脱氮效果。②本试验得出在此氧化沟中,进行SND活动的最佳状态为:MLSS=3000mg/L,DO=1.2～1.4mg/L,pH=7.5,HRT=10h,回流比为100%。在MLSS为3000mg/L时,硝化与反硝化过程处于平衡状态,其表现即为出水的氨氮和硝态氮、亚硝态氮的浓度均较低,总氮的去除率比较高,根据反硝化动力学,影响反硝化的原因有硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和碳源。随着MLSS增高到合适的浓度,微生物量随之增加,必然也会引发内源代谢产物与厌氧反硝化菌的增加,同时,DO的渗透阻力增加,渗透率降低,导致了反硝化速率的上升,最终硝化与反硝化反应达到平衡。③本次实验中,在以上参数值确定后,确定ORP值为30左右。在ORP为30时,发生了较好的同步硝化反硝化反应,即ORP最佳控制范围为30左右,TN的去除率在80%以上,此过程是一个中间过度状态,若曝气量不足或者过多,进水负荷有变化则会向另外两种状态转变,而氧化沟具有得天独厚的优势,抗冲击负荷的能力强,所以这一状态能够被稳定控制。在ORP大于40以上,出水的95%均为硝态氮,硝化状况良好反硝化不佳;在ORP小于30以下,出水的70%以上均为氨氮,此情况说明硝化极不充分。④本次试验中除磷效果比较好,除磷率基本达到了90%以上,出水总磷的浓度基本位于0.2mg/L以下,低于一级B排放标准中1mg/L的规定,对除磷效果没有负面影响,硝态氮值适中,处于吸磷释磷合适的范围内,作为电子受体,硝态氮则会被充分利用,不但缺氧吸磷率大幅度提高,硝态氮也会被大量去除。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 氮的来源和危害
• 1.1.1 水体中氮元素的来源
• 1.1.2 氮元素的危害
• 1.2 传统的生物脱氮机理以及脱氮工艺
• 1.2.1 生物脱氮机理
• 1.2.2 污水生物脱氮基本工艺流程
• 1.3 氧化沟工艺简介
• 1.3.1 氧化沟工艺简介
• 1.3.2 Carrousel氧化沟工艺简介
• 2 同步硝化反硝化的国内外研究现状及课题背景
• 2.1 同步硝化反硝化国内外研究现状
• 2.2 同步硝化反硝化影响因素研究的现状
• 2.3 课题背景及研究内容
• 3 改良型氧化沟硝化同时反硝化的临界ORP研究
• 3.1 试验装置及流程
• 3.1.1 试验装置
• 3.1.2 工艺流程
• 3.1.3 曝气设备
• 3.1.4 潜污泵及流量计
• 3.1.5 推流器
• 3.2 试验用水
• 3.3 接种污泥与污泥驯化
• 3.4 试验主要仪器设备
• 3.5 分析项目以及方法
• 4 MLSS、DO、PH 值对改良型氧化沟硝化同时 反硝化及 ORP 的影响
• 4.1 MLSS、DO、pH因素概述
• 4.1.1 pH 值的选择
• 4.1.2 DO值的选择
• 4.1.3 MLSS值的选择
• 4.2 MLSS，DO,pH值对改良型氧化沟硝化同时反硝化及ORP的影响
• 4.2.1 试验准备工作
• 4.2.2 试验安排
• 4.2.3 试验结果分析
• 5 HRT对改良型氧化沟硝化同时反硝化及ORP的影响
• 5.1 水力停留时间（HRT）的概述
• 5.2 水力停留时间的选择与实验
• 5.3 水力停留时间（HRT）与ORP的关系
• 6 污泥回流比对改良型氧化沟硝化同时反硝化及ORP的影响
• 6.1 污泥回流比的概述
• 6.2 污泥回流比的选择与实验
• 6.3 污泥回流比对COD的影响
• 6.4 污泥回流比对脱氮效果的影响
• 6.5 污泥回流比 R 与 ORP 的关系
• 7 ORP 与 MLSS、DO、PH、HRT、回流比之间的关系
• 7.1 ORP与MLSS、DO、pH、HRT、回流比之间的关系
• 7.2 最佳条件下水体在氧化沟内运行ORP的变化规律
• 8 氧化沟SND脱氮时的除磷效果分析
• 9 结论与建议
• 9.1 结论
• 9.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录