【摘要】：隨著我國地表水體和地下水體中氮磷污染的問題日漸突出,提高污水廠的污染物排放標準成為控制水污染最直接有效的方法。污水中有機物的濃度是保證污水處理廠脫氮除磷效果、氮磷污染物達標排放的關鍵。但是,我國城鎮(zhèn)污水低碳源化的發(fā)展趨勢給污水廠的脫氮除磷帶來了更大的壓力和挑戰(zhàn)。作者在全面評述現(xiàn)有低碳源污水解決方案的基礎上,認為導致現(xiàn)有解決方案工藝流程復雜、運行控制要求高、運行條件苛刻,應用局限性較強等系列問題的原因不僅僅是工藝技術(shù)的問題,還存在方法的問題,研究新的脫氮除磷方法更為重要。目前,固相反硝化脫氮和動態(tài)吸附除磷是近年來頗受關注的污水脫氮除磷新技術(shù),可以從根本上解決生物脫氮和除磷對進水碳源的依賴,為低碳源污水的脫氮除磷處理提供了新的思路和方法。為促進固相反硝化和動態(tài)吸附除磷工藝的研究和發(fā)展,尤其是促進其在低碳源污水同步脫氮除磷中的實際應用。本論文以低碳源污水為研究對象,結(jié)合連續(xù)流和間歇試驗,進行了固體碳源材料的篩選和除磷吸附材料的制備研究。在此基礎上,構(gòu)建了固相反硝化濾池(SPDB)工藝和除磷吸附床(PRAB)工藝,考察了兩種工藝的脫氮除磷效果及其影響因子。同時,為拓寬這兩種工藝的應用范圍,首次構(gòu)建了混凝沉淀-硝化濾池-固相反硝化濾池-除磷吸附床(CS-BAF-SPDB-PRAB)和序批式生物膜反應器-固相反硝化濾池-除磷吸附床(SBBR-SPDB-PRAB)兩套組合工藝,重點研究了BAF和SPDB之間工況的匹配和SBBR運行參數(shù)的優(yōu)化,并從微生物群落結(jié)構(gòu)的角度深入分析了運行參數(shù)對脫氮性能影響的機理。最后,在上述研究的基礎上,考察了兩套組合工藝在處理低碳源生活污水實際應用中的脫氮除磷表現(xiàn)。得到了以下主要試驗結(jié)論:(1)固體碳源材料的類型、理化性質(zhì)及填充方式均對反硝化效果有明顯的影響。材料類型方面,在相同分子量條件下,PCL的可生物降解性和反硝化性能均優(yōu)于PBS;在理化性質(zhì)方面,PCL的可生物降解性能和反硝化性能隨分子量的增加而降低,而PCL材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)對反硝化的影響程度大于PCL分子量的影響;在填充方式上,顆粒堆積的填充方式在低HRT條件的脫氮效率要明顯優(yōu)于斜板折流的填充方式。在除磷吸附材料方面,在聚氨酯泡沫和多孔水化硅酸鈣混合液的體積比2.56:1的條件下,在多孔水化硅酸鈣混合液中各成分的含量為:水性聚氨酯濃度100 g/L,水化硅酸鈣12 g,水性聚氨酯50 ml時,制備的除磷吸附材料具有最佳的除磷效果。(2)在SPDB中,HRT和進水ρ(CODCr)對硝酸鹽去除率的交互效應極顯著(p0.001),而進水ρ(no3--n)和進水ρ(codcr)、hrt和進水ρ(no3--n)對硝酸鹽去除率的交互效應不顯著(p0.05)。同時,構(gòu)建的硝態(tài)氮去除率預測模型的預測值與實測值吻合良好,相對誤差小,可以準確預測spdb對低碳源污水的脫氮效果。此外,預測模型獲得的最佳運行條件為:hrt3.5h,進水ρ(no3--n)14.73mg/l,和進水ρ(codcr)15.00mg/l。在該條件下,spdb的最大硝態(tài)氮去除率可達99.23%。(3)在prab中,hrt、進水ρ(po43--p)、溫度、初始ph值,hrt與進水ρ(po43--p)、溫度、初始ph值的交互作用以及進水ρ(po43--p)和溫度、初始ph值的交互作用對磷酸鹽的去除具有顯著影響(p0.05),而溫度和初始ph值的交互作用對磷酸鹽的去除影響不顯著。同時,磷酸鹽去除率的預測模型極顯著,模型預測值與實測值吻合良好,可以準確預測prab的除磷效果。此外,預測模型獲得的最佳運行條件為:hrt為79.77min,進水ρ(po43--p)為1.70mg/l,溫度為34.04℃,ph為9.68。在該條件下,prab對磷酸鹽的去除率可以達到93.46%。(4)在cs-baf-spdb-prab組合工藝的baf-spdb單元中,為了同時獲得理想的硝化和反硝化效果,baf進水中的c/n比應控制在3:1;氣水比應設定為4:1,baf和spdb的hrt分別為3.5h和1.5h,溫度應該維持在20℃以上。同時,宏觀運行參數(shù)對baf和spdb處理效果的影響和微觀微生物群落的動態(tài)變化直接相關。在baf中,氨氧化菌(candidatusnitrospiradefluvii)和亞硝酸鹽氧化菌(nitrosomonassp.nm47)的組成、數(shù)量與活性隨氣水比、溫度和進水氨氮負荷的變化直接決定了baf中硝化效果的好壞,而spdb中固體碳源降解反硝化微生物pseudomonassp、myxobacteriumat3-03和異養(yǎng)反硝化菌dechloromonasagitate、thaueraaminoaromatica、comamonasgranuli和rubrivivaxgelatinosus的群落結(jié)構(gòu)的變化直接決定了spdb中有機碳源的釋放和反硝化效能的優(yōu)劣。(5)在sbbr-spdb-prab組合工藝中,sbbr單元在運行周期時間為3h/周期,曝氣量為3.8m3/(h·m3)的條件下不僅可實現(xiàn)穩(wěn)定的硝化效果和較高的脫氮效率,同時還可顯著提高容積去除效率和降低能耗。同時,sbbr具有很強的抗低溫能力。在10℃的低溫條件下,sbbr對氨氮的平均去除率可維持在82.7%。sbbr系統(tǒng)中對硝化作用起主導作用的微生物為亞硝化單胞菌(nitrosomonas)和硝化螺旋菌(nitrospira);陶厄氏菌屬(thauera)細菌是該系統(tǒng)中的主要反硝化菌;bacteroidetes為sbbr系統(tǒng)中主要的聚磷菌;trichococus和saprospiraceaeuncultured是sbbr系統(tǒng)中的主要有機物降解菌。(6)codcr濃度為149~185.3mg/l,氨氮為25.6-38.5mg/l,總磷3.52-7.76mg/l的低碳源生活污水經(jīng)cs-baf-spdb-prab組合工藝處理后,nh4+-n和tn和tp的平均去除率分別高達97.6%、91%和97%,出水nh4+-n、tn、tp和codcr的平均濃度分別為0.77mg/l、3.3mg/l、0.16mg/l和15.0mg/l,遠低于一級a標。(7)在生活污水的CODCr為93~140mg/L、NH4+-N為34~36 mg/L、TN為41~45mg/L、TP為3.7~7.8的條件下,SBBR-SPDB-PRAB組合工藝在最佳的運行條件下,對TN和TP的平均去除率可分別達到90%和95.6%,出水TN和TP平均濃度分別為4.23 mg/L和0.21 mg/L。出水CODCr平均值為25mg/L,遠低于一級A標。
【圖文】：

1 緒 論1.2 生物除磷脫氮過程與碳消耗1.2.1 生物除磷與碳消耗生物除磷是指活性污泥在處理污水的過程中，在厭氧和好氧的環(huán)境中交替運行，在這個過程中馴化出具有超量吸磷能力的聚磷菌（PAOs）。聚磷菌在厭氧的條件下釋放磷，在好氧的條件下過量攝取磷，并以聚合磷的形式儲存在微生物體內(nèi)，最后通過排放富磷的剩余污泥，將磷酸鹽從系統(tǒng)中去除。聚磷菌除磷的基本原理見圖 1.1。

(C2H4O2)+0.25PO43-+0.12NH4++1.40O2+0.795H+0.12C5H7NO2+0.305(HPO3) +1.40CO2+2.065H2O 從式 1.2 可以看出，隨著好氧吸磷過程的進行，一部分有機物被氧化分解部分則轉(zhuǎn)化微生物的自身組成。通過對比式 1.1 和式 1.2 可以發(fā)現(xiàn)，好氧s 攝入細胞內(nèi)的磷量明顯大于厭氧階段的釋磷量，說明 PAOs 存在超量吸。生物除磷的化學計量總方程見式 1.3：C2H4O2+0.055PO43-+0.12NH4++1.40O2+0.04H+0.12C5H7NO2+0.55(HPO3)+1.40CO2+1.81H2O 從式 1.3 可以看到，BOD 和 TP 的去除比值為 20，說明要保證除磷的效控制厭氧段污水中的 BOD/TP 大于 20，以保證聚磷菌對磷的有效釋放。2 生物脫氮與碳消耗生物脫氮是指污水中的有機氮和氨氮通過氨化、硝化和反硝化，以及微的同化作用，，一部分氮從有機氮和氨氮最終轉(zhuǎn)化為氮氣從污水中去除，分氮則轉(zhuǎn)為微生物的自身組成部分。生物脫氮過程中氮的轉(zhuǎn)化形式見圖
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2630902