淹没序批式膜生物反应器反硝化除磷特性研究

论文摘要

反硝化除磷系统可以充分利用废水中已有的碳源进行反硝化脱氮,节约碳源,减少温室气体CO2的排放量,同时可节省曝气量和减少污泥产量,是一种可持续的清洁废水处理工艺,本课题采用自制的淹没序批式膜生物反应器（SMSBR）,通过厌氧—好氧及厌氧—沉淀换水—缺氧两个阶段的培养驯化,达到了良好的同时脱氮除磷效果,基于培养驯化成功的活性污泥系统,开展了反硝化除磷系统影响因素的静态烧杯试验,并对反硝化除磷微生物种群、新陈代谢机理和污染物去除动力学模型开展了相关研究,主要研究成果如下:（1）反硝化除磷系统存在合理释磷和吸磷时间,与系统碳源浓度、缺氧段硝酸盐浓度以及聚磷菌内PHB、糖原质和聚磷含量有关,试验表明,本系统厌氧时间维持在2h,缺氧时间维持在3h较合理,过长的厌氧时间对有效释磷并无帮助,反而会增加HRT,缺氧时间过长会导致内源释磷。（2）碳源浓度、缺氧段硝酸盐浓度及污泥停留时间（SRT）对反硝化除磷效果影响较大,试验表明,SMSBR系统在进水CODcr250mg/L、缺氧段NO3--N55mg/L、SRT维持在20～30d时去除效果较好。（3）系统在最佳运行工况条件下能达到较稳定的去除率,COD、PO43--P和NO3--N去除率都在95%以上,比传统生物脱氮除磷工艺要节省58%的碳源,但同时应注意反应条件的控制,特别是pH值要控制在碱性条件下运行,当监测到污泥活性下降时,可以通过短时曝气恢复污泥活性。（4）稳定运行情况下的PH值周期变化规律与磷变化曲线有很大的相关性,因此利用pH值实现在线自动控制反硝化除磷工艺将具有一定的可行性。（5）试验表明,在厌氧—缺氧环境下运行的反硝化除磷菌能以O2、NO3--N、NO2--N为电子受体进行吸磷,但好氧吸磷比缺氧吸磷速率要大,平均速率分别为13.12 mgPO43—P·g-1SS·h-1和11.72 mg PO43--P·g-1SS·h-1,亚硝酸盐氮为电子受体时存在抑制浓度上限,试验表明为25mg/L。（6）微生物周期活性指标测试发现,厌氧段污泥浓度、挥发性成分和内源SOUR比缺氧段大,缺氧结束后污泥含磷量增加到10.35%,表现为超过生理需求的吸磷能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 水体中氮磷来源及其分类
• 1.2 氮磷废水对水环境的危害
• 1.3 传统生物脱氮除磷技术理论及工艺
• 1.3.1 单一除磷工艺
• 1.3.2 基于传统理论的同步生物脱氮除磷技术
• 1.3.3 一体式反应器同步脱氮除磷工艺
• 1.4 反硝化除磷技术研究进展
• 1.4.1 反硝化除磷理论
• 1.4.2 反硝化除磷工艺
• 1.5 膜生物反应器（MBR）脱氮除磷研究进展
• 1.5.1 单级A/O程序MBR脱氮除磷工艺
• 1.5.2 两级A/O阶段MBR脱氮除磷工艺
• 2/O阶段MBR脱氮除磷工艺'>1.5.3 两级A²/O阶段MBR脱氮除磷工艺
• 1.5.4 MBR生物脱氮化学除磷工艺
• 1.6 本课题研究的意义和可行性
• 1.6.1 课题研究的目的和意义
• 1.6.2 可行性分析
• 1.6.3 课题的研究思路
• 第2章 试验装置与试验方法
• 2.1 试验装置与试验设备
• 2.1.1 试验装置及运行方式
• 2.1.2 试验设备及材料
• 2.2 试验条件
• 2.2.1 试验水质
• 2.2.2 测试方法
• 2.3 主要研究内容与试验方法
• 2.3.1 污泥驯化与培养
• 2.3.2 反硝化除磷特性研究
• 2.3.3 不同电子受体下的除磷性能研究
• 2.3.4 淹没序批式MBR反硝化除磷机制及动力学初探
• 第3章 试验结果与分析
• 3.1 反硝化聚磷菌的培养与驯化
• 3.1.1 厌氧—好氧驯化阶段
• 3.1.2 厌氧—沉淀排水—缺氧驯化阶段
• 3.2 淹没序批式MBR反硝化除磷影响因素研究
• 3.2.1 不同运行方式对反硝化除磷的效果影响与分析
• 3.2.2 碳源浓度对反硝化除磷的效果影响与分析
• 3^--N浓度对反硝化除磷的效果影响与分析'>3.2.3 NO₃^--N浓度对反硝化除磷的效果影响与分析
• 3.2.4 pH值对反硝化除磷的效果影响与分析
• 3.2.5 污泥停留时间（SRT）对反硝化除磷的效果影响与分析
• 3.3 淹没序批式MBR稳定运行情况下的污染物去除率
• 3.3.1 各污染物去除率变化情况
• 3.3.2 各污染物周期变化规律
• 3.4 不同电子受体下的聚磷特性研究
• 3.4.1 氧气为电子受体下的吸磷研究
• 3^--N为电子受体下的吸磷研究'>3.4.2 NO₃^--N为电子受体下的吸磷研究
• 2^--N为电子受体下的吸磷研究'>3.4.3 NO₂^--N为电子受体下的吸磷研究
• 3.5 本章小结
• 第4章 反硝化除磷机理及动力学探讨
• 4.1 反硝化除磷微生物分析
• 4.1.1 淹没序批式MBR反硝化除磷系统生物相观察
• 4.1.2 淹没序批式MBR污泥性能指标特性
• 4.1.3 反硝化除磷菌种群分析
• 4.2 反硝化除磷菌新陈代谢机理分析
• 4.2.1 厌氧释磷的新陈代谢机理
• 4.2.2 缺氧吸磷的新陈代谢机理
• 4.3 淹没序批式MBR污染物去除动力学模型
• 4.3.1 反硝化除磷模型简介
• 4.3.2 与模型相关的假设与限制条件
• 4.3.3 有机物去除动力学
• 4.3.4 厌氧段释磷动力学
• 4.3.5 缺氧反硝化吸磷动力学
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果