论文摘要
随着水体富营养化程度的加重,国家制定了更为严格的污水排放标准,因此老式污水处理厂的脱氮除磷压力增大。为改善深圳市布吉河水质状况,将传统活性污泥法和生物膜法结合的强化生物膜活性污泥复合工艺（EHYBFAS,Enhanced Hybrid Bioflim Activated Sludge）成功应用于深圳市布吉河水质净化厂的改造工程。由于客观条件限制,该系统对氨氮和总氮去除能力较弱。为增强EHYBFAS工艺的脱氮能力,本课题从施用特种菌强化该工艺脱氮效果,对系统脱氮性能、影响因素等方面展开研究,探求合理的工艺参数,使出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的1B标准,改善布吉河水体水质状况。结合深圳市布吉河水质净化厂EHYBFAS工艺实际工程,开展了近15个月的现场小试实验研究。本课题首先考察了布吉河水质净化厂及投菌前小试模型运行情况。结果显示,净化厂及小试模型COD、TP及SS的降解能力优良,氨氮及总氮去除效果不佳。考察期间净化厂COD、TP及SS平均去除率分别为80.8%,77.6%及91.4%,其出水平均值分别为56.2 mg/L、0.87 mg/L及21.8 mg/L,而氨氮和总氮的去除率很低,分别为26.2%和29%,出水平均值分别为23.1 mg/L和26.5 mg/L。小试模型COD、TP及SS平均去除率分别为82.5%、79.1%及90.8%,出水平均值分别为54 mg/L、0.95 mg/L及23 mg/L,而氨氮和总氮的去除率与净化厂基本相同,分别为23.5%及18.8%,出水平均值分别为24.1 mg/L及28.5 mg/L。在考察净化厂及小试模型运行情况的同时,还进行了数次氮转化菌数量及结构规律考察。结果显示净化厂及小试模型混合液及生物膜中氮转化菌比例严重失调,其自养菌（主要指硝化菌和亚硝化菌）与异养菌（主要指氨化菌和反硝化菌）的比例远小于1:1000,远低于普通具有脱氮能力的生化工艺中两者的比值（1:1005:100）,从而导致系统硝化能力低下。这从微生物角度解释了净化厂及小试模型脱氮效果不理想的原因。本课题还以臭氧为消毒剂对污水厂进水和出水总菌灭活率进行了考察。实验结果显示,在实验考察范围内进出水总菌灭活率随着臭氧流量,灭菌时间及pH值的升高而升高。当臭氧流量为1 L/min,灭菌时间为6分钟,pH为7.3时,出水总菌灭活率可达99.99%,残余菌量小于10 cfu/mL。经过臭氧灭菌处理的净化厂出水可以作为特种菌现场培养水源。在本课题主要研究内容—特种菌投加工艺研究中,首先通过静态及动态实验考察了所投复配菌剂的有效性,并对其衰减规律做了一定研究。结果显示,在菌剂有效性静态验证实验中5个不同菌剂投加量对污染物降解效果基本一致,发生效果所需时间也基本一致。投菌后5天7天,模型中氨氮含量降到8 mg/L以下,总氮含量降到20 mg/L以下。在菌剂有效性动态验证实验中考察了在SRT为2天3天,MLSS为500 mg/L1000 mg/L,投菌量为2 mL/L条件下模型脱氮效果。结果显示,在投菌后12天模型出水氨氮和总氮分别降到8 mg/L和20 mg/L以下,并且效果稳定,平均去除率分别为78.6%和32%,而未投菌模型氨氮及总氮平均去除率为46.8%和18%。试验结果还显示所投复配菌剂对COD降解效果提升并不显著。在完成菌剂有效性考察实验后进行了投菌工艺参数优化实验,综合考虑小试,中试及净化厂实际运行情况,考察了本工艺脱氮效率的3个主要影响因素,DO、MLSS及投菌量。通过均匀实验,确定了三者之间最佳搭配关系,即DO为3 mg/L,MLSS为1500 mg/L,投菌量为1.4 mL/L,并通过动态实验确定了均匀实验结果的正确性。由于EHYBFAS工艺较短的污泥龄所致,投菌对系统中活性污泥氮转化菌群结构及数量变化影响不显著,但其对系统生物膜中氮转化菌群数量和结构产生了显著影响,其中亚硝化菌和硝化菌量之和占异氧菌比例上升显著,达到1:100以上,这也从微生物角度解释了投菌后系统脱氮性能提升的实验结果。对本工艺的脱氮机理进行了初步探讨,并初步确定同步硝化反硝化为本工艺的主要脱氮模式。小试模型氮素平均平衡率为59.9%,同步硝化反硝化效率（ESND）平均值为60.66%,RSND为0.2 mmol/（L·h）。最后对投菌工艺进行了技术和经济可行性分析,结果显示该工艺对于污水厂改造有较强的工程应用价值。本文首次提出了在生物膜—活性污泥复合工艺混合液中较短污泥龄（23天）的活性污泥MLSS过高,其中占绝对优势的异氧菌过量增值抑制了生物膜中自养菌的正常增值,造成其在总菌量中所占比例过小,从而导致系统硝化能力下降,系统出水氨氮升高这一观点,并做出定量分析。结果显示,随着混合液MLSS浓度的升高,出水氨氮也随着升高,当混合液MLSS超过2000 mg/L时,该复合系统出水氨氮将超过15 mg/L。本文还首次考察了在复合系统中投加特效菌种后其流失情况,流失率为1.67%/d。