控制DO和SRT条件下短程硝化反硝化及系统稳定性研究

论文摘要

试验采用序批式SBR反应器对短程硝化反硝化影响因素和系统稳定性进行了相关试验研究。研究了控制DO与SRT条件下温度对短程硝化反硝化的实现以及亚硝酸盐积累情况的影响；以及常温条件DO与SRT对短程硝化反硝化的影响；研究了非单一因素控制条件下短程硝化反硝化过程中有机物和氨氮去除率、亚硝酸盐积累率,以及短程硝化反硝化系统的稳定性。在低温条件下,控制SBR反应器DO=0.5±0.1mg/L和pH=7.5±0.1,MLSS为3800mg/L,SRT为14d。当T=9℃时,系统运行34d亚硝化率一直在9%左右,未能实现短程硝化反硝化。之后将系统内部温度控制在14℃,再经过16d的运行实现了短程硝化反硝化,又经过40d的运行亚硝酸盐积累率稳定在91%以上,此时硝化速率为1.344 mg/（g·h）。在其他条件不变的情况下,将系统温度升高至19℃,经过44d的运行亚硝酸盐积累率依然稳定在90%以上,但此时硝化速率上升为1.812 mg/（g·h）,相比14℃条件下提高了34.82%。可见温度的升高促进了控制低DO和SRT条件下短程硝化反硝化的实现；在保持短程硝化反硝化系统稳定运行的前提下,温度的升高能够有效地提高硝化反应速率。在常温（20±1）℃条件下,控制SBR反应器DO=0.5±0.1 mg/L,进水pH=7.8±0.1,MLSS为4000mg/L,经过17d的运行实现了短程硝化反硝化,又经过20d运行亚硝酸盐积累率稳定在92%以上,在此实验基础上,逐步提高DO浓度至（0.8±0.1）mg/L、=1.2mg/L,系统在每种浓度梯度上至少运行一个月。实验得知：系统DO浓度在0.5-1.0mg/L时均能够维持亚硝酸盐积累率在92%以上,DO浓度高于1.2mg/L时经过18d的运行转变为全程硝化反硝化；在两者氨氮去除率均达到91%的前提下,与DO=0.5±0.1mg/L条件下的短程硝化反硝化相比,DO=0.8±0.1mg/L条件下的短程硝化反硝化平均氨氧化速率提高了5.64%,平均亚硝酸盐增长速率提高了3.46%,硝化阶段时间缩短了40min左右。在污泥浓度、进水条件和运行条件均与DO=0.8mg/L条件下的短程硝化反硝化系统相同时,就短程硝化与全程硝化曝气量进行对比试验研究,硝化阶段短程硝化和全程硝化的曝气量分别为60L/h和76L/h。实验发现：在两者氨氮去除率均达到90%的情况下,短程硝化可比全程硝化节约20min左右的曝气时间和21.05%的曝气量。将平均亚硝化率为84.5%的短程硝化污泥平均分为3份,分别投入到3个相同的SBR反应器内,研究了污泥龄为7d、11d、15d时对短程硝化反硝化的影响。实验得知：经过90d的运行,污泥龄为7d时,氨氮去除率下降了27.7%,亚硝酸盐积累量降低了14.2mg/L；污泥龄为11d时,亚硝化率由84.9%升至89.1%,硝态氮积累量降至3.0mg/L以下；污泥龄为15d时,亚硝化率由84.5%降至82.7%,硝化速率相比污泥龄为11d时高出2.34%。说明污泥龄偏低会影响到脱氮效果；污泥龄介于两种硝化菌最小时代周期之间时,能够有效的提高短程硝化反硝化系统的稳定性,但与污泥龄为15d条件下的短程硝化相比硝化速率明显偏低。因此通过多因素联合控制,寻求适宜污泥龄是实现短程生物脱氮稳定高效运行的关键。通过对比试验验证了非单一因素控制条件下短程硝化反硝化系统稳定性,对比试验如下：1号反应器进水游离氨浓度4.61mg/L左右,只控制DO=1-2mg/L,在运行70d以后,转变为全程硝化,说明单一控制游离氨条件下的短程硝化反硝化并不稳定；2号反应器进水游离氨4.61mg/L左右,控制DO为1-2mg/L和进水pH为8.4±0.1,SRT为15d,亚硝酸盐积累率稳定在92%以上,短程硝化反硝化运行稳定,表明通过控制较高DO浓度、进水高pH值和适宜的污泥龄结合可实现稳定短程硝化反硝化,SBR系统长期运行130天保持了较高的亚硝酸盐积累和稳定的运行效果。此研究突破了OLAND原理将DO控制在1.0mg/L（甚至0.5mg/L）以下的限制,提高了系统有机物去除效率,并扩大了可实现短程硝化反硝化的溶解氧控制范围,同时表明结合高pH值和适宜污泥龄条件进行控制有利于提高短程硝化反硝化的实现程度和运行稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 生物脱氮概述
• 1.1.1 生物脱氮原理
• 1.1.2 生物脱氮新技术研究发展
• 1.1.3 短程硝化反硝化影响因素及研究现状
• 1.2 短程生物脱氮工程应用现状
• 1.2.1 SHARON工艺
• 1.2.2 OLAND工艺
• 1.3 课题研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 课题背景及研究意义
• 1.3.3 课题研究主要内容
• 第二章 试验概况
• 2.1 试验工艺、装置及仪器设备
• 2.1.1 试验工艺及装置
• 2.1.2 试验主要仪器设备
• 2.2 试验分析方法
• 2.3 试验用水
• 第三章 非单一途径实现短程硝化反硝化试验
• 3.1 实验启动
• 3.2 低温条件下控制DO和污泥龄实现短程硝化反硝化试验
• 3.2.1 实验方案及条件
• 3.2.2 实验结果与讨论
• 3.3 控制溶解氧条件下短程硝化反硝化试验
• 3.3.1 实验方案及条件
• 3.3.2 DO变化对短程硝化反硝化系统稳定性的影响
• 3.3.3 稳定运行期间短程硝化反硝化系统COD和氨氮去除情况
• 3.3.4 DO=0.8mg/L时,稳定运行条件下短程硝化反硝化过程控制
• 3.3.5 短程硝化与全程硝化曝气量对比
• 3.4 控制污泥龄条件下短程硝化反硝化试验
• 3.4.1 实验方案与条件
• 3.4.2 实验结果与讨论
• 第四章 非单一因素控制条件下短程硝化反硝化稳定性试验
• 4.1 实验方案和条件
• 4.2 实验结果及讨论
• 4.2.1 非单一因素控制条件下的短程硝化反硝化
• 4.2.2 非单一因素控制条件下短程硝化反硝化的稳定性
• 第五章 结论与建议
• 5.1 实验结论
• 5.2 实验建议与不足
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢