论文摘要
目前活性污泥法是城市污水处理技术中应用最为广泛的方法,但在实际运行过程中存在曝气能耗高、处理效率低等问题。现阶段如何节约曝气能耗、提高处理效率和控制污泥膨胀成了国内外研究的热点和难点。本研究采用SBR工艺,在低溶解氧（DO）条件下,以实际生活污水作为处理对象,系统的研究了低DO条件的启动与维持、影响系统稳定运行的因素、同步硝化反硝化与短程硝化反硝化的实现,以及实时控制与节能理论的推导。在实验启动过程中,采用了逐步降低DO的方式,使最终平均DO控制在0.5 mg/L～0.7 mg/L,COD的去除率始终保持在85%左右,SVI值从启动初期的80 mL/g左右上升并稳定至137 mL/g左右,出水SS在1 mg/L～2mg/L之间,虽然系统内发生了轻微的污泥膨胀现象,并不影响系统整体沉降性能与出水效果,出水水质清澈。在低DO条件下考察了影响系统稳定运行的因素,并得出缺氧/好氧（A/O）运行方式各项出水指标都优于好氧/缺氧（O/A）运行方式,并且好氧/缺氧（O/A）运行方式在运行过程更繁琐,不利于更好的控制出水指标；同时还考察了不同有机负荷（F/M）对系统处理效果的影响,分别在F/M为0.05～0.06 kgCOD/kgMLSS·d、0.2～0.25 kgCOD /kgMLSS·d、0.4～0.5 kgCOD/kgMLSS·d时系统处理效果中得出,在F/M为0.2～0.25kgCOD/kgMLSS·d时各项出水指标良好,并且未发生严重的污泥膨胀现象,可以实现系统的稳定运行与达标排放,其他两种F/M很难实现系统稳定运行,最终都会导致系统发生严重的污泥膨胀现象；实验中还考察了温度的突变对系统稳定运行的影响,并得出在大幅降温时可引发污泥沉降性恶化,SVI值有明显升高,当温度恢复至常温后,SVI值有一定程度的下降,但并未恢复到降温前的正常范围,仍存在一定程度的污泥膨胀现象,大幅降温对系统硝化效果有较大影响,NH4+-N去除率下降至20%左右,恢复常温后硝化效果可以得到恢复,迅速降温对PO43--p和COD的去除效果影响较小。氮平衡计算证实,SBR工艺污泥微膨胀状态下发生了明显的SND现象。总氮中大约23.11%的氮是通过SND现象去除的。当DO浓度为0.5 mg/L时,硝态氮生成量与氨氮的减少量之比为0.454,硝化速率与反硝化速率基本相当。此时污泥菌胶团颗粒的平均颗粒粒径为5.02μm～6.83μm,说明SND不是单纯的“微环境作用”的结果。通过DO和pH实时控制,温度与低DO的协同作用,可以实现短程硝化反硝化快速启动。初步实现短程硝化的污泥,过度曝气对亚硝酸氮积累具有很大的负作用。合理分配曝气时间,应用实时控制策略,在氨氮刚刚氧化完成时或之前停止曝气,亚硝酸盐累积率非常高,这样既保证了氨氮被完全氧化,又防止了亚硝酸盐进一步氧化。实时控制不但能够实现短程硝化,而且可以维持短程硝化稳定运行。在低DO条件下,通过pH、DO和ORP在线监测手段对系统进行实时控制,并发现在系统反应过程中的pH值出现两次拐点,这两次拐点分别标示着释磷完全与吸磷完全,吸磷完全时的拐点可以作为除磷完全的实时控制特征点；DO只出现一次比较明显的变化点,此时的NH4+-N刚好去除完全。因此,此点可以作为NH4+-N去除完全的实时控制点；ORP的变化情况与系统中COD浓度的变化情况有一定的规律,但经过多次实验发现此点并不十分稳定。因此,此点并不能作为COD去除完全的实时控制点,只能作为系统内有机物去除情况的参考点。以污水处理量10000 m3/d的某城镇污水处理厂为例,维持曝气池中的DO为0.5mg/L时比DO为2.0 mg/L时相对节省了17%的曝气量,这对于实际的污水处理厂来说,节省的运行费用相当可观。本实验小试的SBR反应器中,低DO相对于高DO节省的曝气量相对较多。平均DO=0.5 mg/L时与平均DO=2 mg/L曝气量相比,节省了近一半的曝气量。