發(fā)布時間：2020-04-16 00:03

【摘要】：氧化溝是一種常見的城市污水處理工藝,具有結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定、耐沖擊負(fù)荷、處理效果好等優(yōu)點。傳統(tǒng)氧化溝采用表面曝氣設(shè)備,具有點式曝氣的特征,脫氮效率在工藝運行過程中易受溶解氧不足或過量以及供氧分區(qū)調(diào)控困難的影響;而氧化溝等速運行的方式,又存在著系統(tǒng)能耗高的問題。與此同時,我國污水處理廠普遍存在進水碳源不足的問題,氧化溝工藝在運行過程中面臨著新的挑戰(zhàn)。因此有必要對氧化溝工藝曝氣模式及碳源利用機制進行深入研究,為實現(xiàn)氧化溝工藝強化脫氮與節(jié)能降耗奠定理論與技術(shù)基礎(chǔ)。本課題是國家水體污染控制與治理科技重大專項的部分研究內(nèi)容,針對目前氧化溝工藝碳源利用與運行調(diào)控強化脫氮理論與技術(shù)存在的問題,開展顆粒態(tài)碳源轉(zhuǎn)化與釋放特性研究,分析曝氣模式對氧化溝工藝脫氮性能影響和機制,評價開孔方案對氧化溝流態(tài)調(diào)節(jié)作用與節(jié)能效應(yīng),并將研發(fā)理論與技術(shù)成果應(yīng)用于三項實際污水處理工程,驗證了理論與技術(shù)的可行性與實施效果。本論文的主要工作及成果如下:(1)對污水處理廠進水碳源組分進行解析,指出了城市污水具有顆粒態(tài)碳源含量高、碳源種類差、生物降解速率低等特點,從而導(dǎo)致初沉池中碳源流失嚴(yán)重,系統(tǒng)中碳源利用效率低的問題。通過擴大傳統(tǒng)初沉池污泥斗容積延長污泥在初沉池底部的停留時間、增設(shè)污泥回流系統(tǒng)與淘洗單元等措施構(gòu)建活性初沉池中試系統(tǒng),分析污泥停留時間、污泥回流比、淘洗強度對系統(tǒng)碳源轉(zhuǎn)化與釋放的影響,開展顆粒態(tài)碳源轉(zhuǎn)化與釋放特性研究。研究結(jié)果表明,活性初沉池系統(tǒng)有利于Paludibacter、Macellibacteroides、Ruminococcaceae等水解發(fā)酵細(xì)菌的繁殖與富集,可實現(xiàn)污泥中顆粒態(tài)碳源向溶解性碳源的高效轉(zhuǎn)化,淘洗單元通過破碎污泥粒徑、促進發(fā)酵產(chǎn)物釋放等途徑強化顆粒態(tài)碳源轉(zhuǎn)化。活性初沉池系統(tǒng)最佳運行工況為污泥停留時間5d、污泥回流比10%、淘洗強度152s-1,系統(tǒng)出水溶解性COD(SCOD)與VFAs可分別提高57mg/L和22mg/L,顯著改善污水中碳源種類,提高城市污水中快速易生物降解有機物的含量,從而促進生物系統(tǒng)的脫氮除磷性能。(2)針對傳統(tǒng)氧化溝點式曝氣模式供氧缺陷以及脫氮效率低的問題,對比分析了點式曝氣模式與連續(xù)曝氣模式對系統(tǒng)脫氮性能的影響,結(jié)果表明,在相同曝氣面積與曝氣量的條件下,兩種曝氣模式均具有較好的硝化效果,氨氮去除率達到98%以上。然而,兩種曝氣模式下系統(tǒng)出水TN濃度分別為5.3mg/L和11.1mg/L,連續(xù)曝氣模式對TN的去除效果明顯高于點式曝氣模式。對兩種曝氣模式脫氮機制進行分析,研究發(fā)現(xiàn)無論哪種模式,氧化溝曝氣區(qū)末端均存在一段較長的好氧延伸區(qū),從而影響氧化溝好氧-缺氧分區(qū)比例。相比較而言,同樣的曝氣量與曝氣區(qū)域,連續(xù)曝氣模式使得好氧區(qū)域集中,在氧化溝內(nèi)提供了更大的缺氧區(qū)體積,提高了系統(tǒng)脫氮效果。更重要的是不同的曝氣模式影響了系統(tǒng)微生物種群結(jié)構(gòu),高通量測序分析結(jié)果表明,兩種曝氣模式下微生物種群分布存在顯著性差異。連續(xù)曝氣模式相對集中的缺氧區(qū)域有利于反硝化細(xì)菌的富集,反硝化細(xì)菌的相對豐度達到1.55%,明顯高于點式曝氣模式下系統(tǒng)中反硝化細(xì)菌含量(1.12%),從而強化了系統(tǒng)反硝化脫氮性能。(3)通過在微孔曝氣氧化溝缺氧區(qū)廊道彎道處開設(shè)孔洞、設(shè)置設(shè)擋水墻與導(dǎo)流板等措施,提出了開孔變速氧化溝流態(tài)調(diào)節(jié)理論與技術(shù)。采用CFD模擬與現(xiàn)場流態(tài)測定的方法對開孔變速氧化溝流態(tài)進行分析研究,結(jié)果表明二者流速分布吻合較好,開孔方案可實現(xiàn)較好的變速運行效果。在氧化溝流速為0.15m/s時,其開孔廊道流速可提高至0.25m/s。開孔變速方案通過提高氧化溝缺氧區(qū)廊道流速,減少氧化溝系統(tǒng)推進器功率,實現(xiàn)推進器節(jié)能21.6%。(4)研發(fā)的活性初沉池碳源轉(zhuǎn)化與釋放技術(shù)、氧化溝連續(xù)曝氣與開孔變速流態(tài)調(diào)節(jié)技術(shù)成功應(yīng)用于西安市第四污水處理廠初沉池、昆明市第一污水處理廠Carrousel氧化溝及西安市第三污水處理廠Orbal氧化溝工藝,有效解決了污水廠進水碳源不足、氧化溝系統(tǒng)溶解氧與分區(qū)調(diào)控困難、運行能耗高等問題,取得了良好的運行效果。三座污水處理廠應(yīng)用研發(fā)的技術(shù)后,生物系統(tǒng)運行穩(wěn)定,脫氮效率顯著提升,同時氧化溝系統(tǒng)運行能耗大幅降低。
【圖文】：

D型交替運行氧化溝

圖 1.5 T 型交替運行氧化溝氧化溝工藝溝(Integrated Oxidation Ditch)又稱合建式氧化溝，溝。廣義地說，，就是不單獨設(shè)二沉池及污泥回流
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X703

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本文編號：2629147