双泥SBR-BAF复合工艺的特性和处理效能研究

论文摘要

随着水体污染不断加剧,“富营养化”问题日益突出,与此同时,严重的水资源短缺状况要求污水处理后回用。长期以来,在污水处理工程中应用的悬浮污泥和附着污泥工艺各自具有不可克服的缺陷,处理水质也难以达到回用水标准。在此背景下,通过对现有污水生物脱氮除磷理论及工艺进行详细分析,结合悬浮污泥和附着污泥工艺各自的特性,开发了“双泥SBR-BAF复合工艺”,以期能为现有污水处理厂的技术改造及新建污水处理厂的优化设计提供新思路和技术支持。为考察SBR-BAF工艺的运行特性和处理效能,本课题以人工模拟的高浓度城市生活污水为研究对象,结合模型试验和批式试验,对工艺去除污染物的机理进行了初步探讨和分析,考察了进水条件、工艺参数对运行效果的影响,并采用在线检测手段,就应用EC、ORP、DO、pH等水化学参数揭示脱氮除磷过程中的变化规律进行了探讨。首先采用接种城市污水处理厂悬浮污泥的方法对SBR-BAF系统进行启动。SBR-BAF工艺为双污泥系统,聚磷菌呈悬浮污泥生长于SBR反应器,硝化菌和反硝化菌呈附着污泥生长于BAF反应器。根据PAOs（phosphate accumulating organisms）和硝化菌在泥龄上的差异,采用8d的泥龄,在SBR反应器中逐步将硝化菌淘洗出去。经过21天的培养驯化,完成了SBR-BAF系统的启动,此时NH4+-N、TN、TP去除率分别达到83%、71%、80%。继而对SBR-BAF系统的工艺运行条件和工艺参数进行了优化,分析了SBR-BAF工艺的特性和机理。通过分析SBR反应器同一周期内水质连续监测结果和在线测量的EC、ORP、DO、pH值等水化学参数,结果表明:EC数值变化与生物除磷过程中PO43-浓度变化具有很好的一致性;在反应器内尚存在硝化/反硝化反应时,pH值在好氧段和缺氧段的峰值分别是硝化反应开始和反硝化结束的标志;ORP数值在厌氧释磷结束后趋于稳定,但在好氧段没有清晰的的特征点。根据这些结果,将厌氧反应时间和好氧反应时间分别调整为60min、150min。此后分别研究了碳源类型及浓度、pH值、SRT对除磷效果的影响,结果表明:乙酸钠对厌氧释磷的诱导能力高于葡萄糖,但两者对系统最终除磷效果的影响作用无明显区别;生物除磷过程COD/TP应在30以上;对生物除磷过程最适宜的pH范围是7.07.5;对于以除磷为目的的生物处理系统,污泥龄应控制在810天。BAF反应器连续流试验结果表明:最佳气水比为4:1,硝化类型以短程硝化为主,NO2--N占到NOx--N的72%;综合考虑对TN的去除率和动力消耗,最佳回流比为200%;最佳缺氧/好氧容积比为3:5;由于短程反硝化较全程反硝化碳源需求量低,在BAF反应器进水NH4+-N 40mg/L左右的情况下,乙酸钠投加量为80mg/L（以COD计）;设定水头损失达到6cm时进行反冲洗,随水温不同,反冲洗周期为1720d,产水率为98.7%。最后,以上述最佳运行参数控制SBR-BAF系统运行,长期运行结果表明:系统中悬浮污泥的絮凝、沉降性能良好,SV值为2230,SVI值为5880,不再有污泥膨胀之虞,而且可以对剩余污泥进行重力浓缩,浓缩后污泥浓度可以达到34%;短程硝化和反硝化使得系统可以维持碱度平衡,无需额外补充碱度;系统在高负荷（SBR反应器COD负荷为2.08kgCOD/kgMLSS.d,TP负荷为41.68gTP/kgMLSS.d,BAF反应器NH4+-N负荷为1.16kgNH4+-N/m3.d）、低水力停留时间（SBR反应器9h,BAF反应器1h,总计10h,约为同步脱氮除磷悬浮污泥工艺的一半）下稳定高效运行,对COD（不计BAF加入的外碳源）、TP、NH4+-N、TN的平均去除率为96%、98%、93%、84%,出水COD、TP、NH4+-N、TN、SS的平均浓度为20mg/L、0.23 mg/L、3.24 mg/L、7.68 mg/L、5 mg/L,各项水质指标均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002 ）一级标准的A标准的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 传统的污水生物除磷脱氮技术概述
• 1.2.1 生物除磷理论
• 1.2.2 生物脱氮理论
• 1.2.3 典型生物除磷脱氮工艺概述
• 1.3 单污泥系统的缺陷
• 1.3.1 单悬浮污泥脱氮除磷工艺的缺陷
• 1.3.2 传统BAF的缺陷
• 1.3.3 SBR-BAF工艺构想的提出
• 1.4 本课题的研究目的与内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 2 实验材料与方法
• 2.1 试验用水
• 2.2 试验装置
• 2.3 滤料
• 2.4 工艺流程
• 2.5 试验分析项目与检测方法
• 3 SBR-BAF工艺的启动
• 3.1 SBR悬浮污泥的驯化培养
• 3.2 BAF的挂膜
• 3.3 小结
• 4 SBR除磷过程影响因素研究
• 4.1 SBR 反应历时的优化控制
• 4.1.1 水化学参数在SBR运行优化中的应用
• 4^3-浓度和EC的变化规律'>4.1.2 PO₄^3-浓度和EC的变化规律
• 4.1.3 ORP、pH值和DO的变化规律
• 4.1.4 SBR反应周期的调整
• 4.2 除磷效果的影响因素分析
• 4.2.1 碳源类型及浓度
• 4.2.2 pH值
• 4.2.3 SRT
• 4.3 小结
• 5 BAF脱氮过程影响因素研究
• 5.1 运行条件对TN去除的影响
• 5.1.1 气水比
• 5.1.2 回流比
• 5.1.3 缺氧/好氧容积比
• 5.2 外碳源投加量对TN去除率的影响
• 5.3 小结
• 6 SBR-BAF工艺处理效能研究
• 6.1 SBR-BAF对污染物质的去除效能
• 6.1.1 COD
• 6.1.2 TP
• 4⁺-N'>6.1.3 NH₄⁺-N
• 6.1.4 TN
• 6.1.5 SS
• 6.2 SBR-BAF工艺富磷污泥的特性
• 6.2.1 SBR-BAF工艺富磷污泥的沉降特性
• 6.2.2 SBR-BAF工艺富磷污泥的处理方案
• 6.3 SBR-BAF工艺pH值的变化特性
• 6.4 BAF的反冲洗特性
• 6.4.1 反冲洗周期的确定
• 6.4.2 反冲洗方式
• 6.4.3 反冲洗强度
• 6.4.4 反冲洗后处理效能的恢复及产水率
• 6.5 小结
• 7 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 创新点
• 7.3 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文