【摘要】：工業(yè)化和人口的不斷增長增加了人們的水需求,也對水資源造成極大壓力。傳統(tǒng)的廢水處理廠沒有考慮氮的脫除,處理出水不能達(dá)到目前的出水排放標(biāo)準(zhǔn)。然而,隨著越來越嚴(yán)格的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的出臺,廢水處理廠對廢水中氮的脫除已成為必然。因此,先進(jìn)的廢水脫氮技術(shù)的開發(fā)成為目前研究熱點(diǎn)。生物脫氮技術(shù)以其技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可適性成為目前應(yīng)用范圍最廣的技術(shù)之一。然而,傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)(生物硝化和反硝化過程)的一些局限性,如處理過程中易發(fā)生的硝化菌流失問題,活性污泥法自身難以克服的污泥膨脹、剩余污泥產(chǎn)量高和處理廠占地大問題,都束縛了傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。 好氧顆粒污泥技術(shù)以其承擔(dān)負(fù)荷率高、水力停留時(shí)問(HRT)短、抗毒物能力強(qiáng)、構(gòu)筑物設(shè)施規(guī)模小、基礎(chǔ)設(shè)施投資省等優(yōu)點(diǎn)而成為國際水技術(shù)研究的前沿。目前已經(jīng)開發(fā)的好氧顆粒污泥脫氮技術(shù)主要包括交替式好氧/厭氧工藝(0A)、交替式好氧/厭氧工藝(A0)、同時(shí)硝化反硝化工藝(SND)和使用反硝化聚磷菌的交替式厭氧/好氧或者厭氧/好氧/缺氧工藝(A0或AOA)。然而,這些處理工藝也存在一些問題,如對低含碳廢水處理處理效果不佳,不適用于高含氮廢水(如含氮量高于100mgN/1)的處理。本研究采用SBR培養(yǎng)的好氧顆粒污泥對這些問題進(jìn)行了研究。 一般而言,含氮廢水包括兩種,一種是生活廢水,含氮量一般低于100。另外一種是高氮廢水,如消化污泥出水,垃圾滲濾液,化工廠,制革廢水和焦化廢水等等。本課題就好氧顆粒污泥對兩種廢水的脫氮過程展開研究。課題包括兩部分：第一部分針對生活廢水(模擬新加坡JURONG WEST廢水廠的水質(zhì))進(jìn)行研究。第二部分針對高含氮廢水,進(jìn)行了單純氮轉(zhuǎn)化(氨氮的硝化過程)的研究。其具體結(jié)果如下： 1.SBR系統(tǒng)好氧顆粒污泥脫氮策略研究 針對新加坡JURONG WEST廢水廠模擬進(jìn)水水質(zhì)(COD 600mg/l, NH4+-N 60 mg/l),本研究提出了基于SBR反應(yīng)器的分步進(jìn)水-交替缺氧好氧工藝脫氮模式。對比具有不同平均粒徑大小(0.7mm和1.5mm)的顆粒污泥在AO, ALO(相當(dāng)于A+SND)及分步進(jìn)水-交替缺氧好氧工藝條件下的脫氮效果試驗(yàn)表明,前兩種方法分別只有67.9-71.5%和75.0-80.4%的脫氮效率,而本研究模式脫氮效率可達(dá)到90%以上,而且不受顆粒污泥粒徑大小的影響。通過對比不同工藝的脫氮速率表明,除了顆粒污泥粒徑大小對脫氮速率有影響,顆粒污泥密度也是影響系統(tǒng)脫氮速率的重要因素。而密度因素被以前的顆粒污泥降解速率研究所忽視了。論文討論部分詳細(xì)分析了顆粒污泥粒徑大小和密度對顆粒污泥反應(yīng)速率的影響及不同操作模式對顆粒污泥系統(tǒng)脫氮效率的影響。(本部分內(nèi)容發(fā)表在Journal of Hazardous materials上) 2.分步進(jìn)水-交替好氧缺氧顆粒污泥系統(tǒng)測試研究 由于目前大部分含氮廢水都存在碳氮比較低的問題,使得反硝化過程中電子供體不足,因此反硝化過程往往成為顆粒污泥脫氮系統(tǒng)的限速步驟。目前,許多顆粒污泥脫氮研究都致力于提高反硝化過程的效率。其中額外碳源的投加和同時(shí)硝化反硝化是目前研究比較多的策略之一。好氧和缺氧過程相結(jié)合并在缺氧段額外投加碳源,可大大提高系統(tǒng)脫氮效率,但額外碳源的投加使系統(tǒng)操作繁瑣、運(yùn)行成本高,技術(shù)經(jīng)濟(jì)適用性大大降低。而利用好氧顆粒污泥內(nèi)部的好氧和厭氧區(qū)來實(shí)現(xiàn)同時(shí)硝化反硝化的方法,雖然省去了額外碳源的投加,低溶解氧導(dǎo)致的硝化速率低和系統(tǒng)穩(wěn)定性差的缺點(diǎn),也大大影響了該方法的推廣使用。本研究開發(fā)的分步進(jìn)水-交替缺氧好氧工藝是否能適用于低含碳廢水的處理,成為其進(jìn)一步推廣使用的關(guān)鍵問題之一。同時(shí),該工藝的長期運(yùn)行的穩(wěn)定性,也是其進(jìn)一步應(yīng)用的基礎(chǔ)。針對這兩個(gè)問題,本部分試驗(yàn)表明：分步進(jìn)水-交替缺氧好氧工藝對于C/N為5：1和3：1的廢水也有90%的脫氮效率,在C/N為5：1的情況下穩(wěn)定運(yùn)行兩個(gè)多月,顆粒污泥性能穩(wěn)定(SVI為20 ml/g)。說明該工藝能適用于低含氮廢水,并具有長期運(yùn)行穩(wěn)定性,可以做進(jìn)一步推廣使用研究。 3.硝化顆粒污泥的培養(yǎng) 在活性污泥法脫氮工藝中,由于硝化菌生長速率低,對外界環(huán)境很敏感,硝化過程往往成為脫氮過程的限速步驟。污泥的顆�；梢源_保高濃度硝化菌存留,并增強(qiáng)系統(tǒng)抵御外界不利因素的影響,被認(rèn)為是有效提高系統(tǒng)硝化速率的策略之一。目前,使用合成無機(jī)廢水培養(yǎng)硝化顆粒污泥提高硝化速率的研究已有許多相關(guān)報(bào)道。然而,這些研究幾乎都是針對低于500mgN/l氨氮的處理,而高氨氮廢水含氮濃度多是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于這個(gè)濃度的。本研究在兩個(gè)平行SBR反應(yīng)器(N1和N2)中培養(yǎng)出的顆粒污泥能夠在6h停留時(shí)間內(nèi)完全去除1000mgN/l的氨氮,并具有很好的沉降性和穩(wěn)定性(SVI為10-15ml/g)。雖然具有非常相似的污泥濃度和優(yōu)勢菌群,兩個(gè)反應(yīng)器的硝化顆粒污泥顯示了不同的生長過程：N1反應(yīng)器的硝化顆粒污泥經(jīng)歷了小顆粒破裂為絮體而又自發(fā)絮凝為大顆粒污泥的過程,而N2反應(yīng)器的硝化顆粒污泥經(jīng)歷了顆粒粒徑逐步由小變大的過程。這表明硝化顆粒污泥具有比混合菌顆粒污泥更靈活的生長模式,因此具有更好的穩(wěn)定性和更優(yōu)的發(fā)展前景。針對其中的一個(gè)反應(yīng)器中的硝化顆粒污泥粒徑演變過程,適用于混合菌群顆粒污泥的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃芎玫仫@示了硝化顆粒污泥粒徑演變規(guī)律。 4.硝化顆粒污泥負(fù)荷耐受能力測試 硝化菌的脆弱敏感性及其在前期試驗(yàn)中高負(fù)荷的耐受能力,使探究其負(fù)荷耐受極限成為很有意義的課題。而其能否由完全硝化順利轉(zhuǎn)化為短程硝化(為高氨氮廢水處理技術(shù)-厭氧氨氧化和短程硝化反硝化提供反應(yīng)介質(zhì)),成為其進(jìn)一步推廣使用的關(guān)鍵問題之一。針對這兩個(gè)問題,本研究采取縮短周期時(shí)間(N1)和增加進(jìn)水濃度(N2)的負(fù)荷增加策略,對兩個(gè)反應(yīng)器的硝化顆粒污泥分別進(jìn)行了負(fù)荷耐受試驗(yàn)和短程硝化轉(zhuǎn)化試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,在200天的運(yùn)行中,N1、N2反應(yīng)器中的硝化顆粒污泥在極高負(fù)荷情況下(N1反應(yīng)器運(yùn)行周期由360min縮短至190min, N2反應(yīng)器進(jìn)水濃度由1000 mg/l增加到1700 mg/l)顯示了很好的硝化效果(99%硝化率),卓越的穩(wěn)定性(SVI為10-15 ml/g),顆粒污泥粒徑分別達(dá)到468μm和490μm。硝化菌的顆�；沟么罅肯趸潭ㄔ谙到y(tǒng)內(nèi),硝化菌抗抑制能力大大提高,是硝化顆粒污泥在極高負(fù)荷下能穩(wěn)定運(yùn)行的主要原因。通過調(diào)節(jié)pH值由7.5-8.5降低到7.0-8.0,兩個(gè)反應(yīng)器成功實(shí)現(xiàn)了硝化產(chǎn)物由完全硝化向短程硝化的轉(zhuǎn)化。N1、N2反應(yīng)器中顆粒污泥性能穩(wěn)定,粒徑分別達(dá)到863μm和757μm, SⅥ都為10 ml/g左右。值得注意的是,N1反應(yīng)器中硝化顆粒污泥污泥濃度的暫時(shí)降低導(dǎo)致了顆粒污泥中有機(jī)成分和氨氮降解率的波動(dòng),而N2反應(yīng)器始終保持了穩(wěn)定的有機(jī)成分和氨氮降解率。經(jīng)分析,N1中硝化顆粒污泥的比污泥負(fù)荷在一個(gè)月內(nèi)由0.58升高到1.08kg NH4+-N kg-1VSS·d-1,導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)荷增長過快,是導(dǎo)致系統(tǒng)性能波動(dòng)的主要原因。通過沉降時(shí)間的調(diào)整,N1反應(yīng)器中硝化顆粒污泥處理能力和有機(jī)成分在一個(gè)月內(nèi)得到了恢復(fù)。DGGE分析結(jié)果表明,負(fù)荷增長方式和硝化進(jìn)程都會影響硝化顆粒污泥優(yōu)勢菌種的種類。短程硝化的順利實(shí)現(xiàn),說明硝化顆粒污泥可以作為實(shí)現(xiàn)短程硝化的穩(wěn)定技術(shù)推廣使用。(本部分內(nèi)容已在ICOSSE會議上發(fā)表,USA,2011.1) 創(chuàng)新點(diǎn)： 1.本研究開發(fā)的好氧顆粒污泥分步進(jìn)水-交替缺氧好氧工藝具有很高的脫氮效率和穩(wěn)定性,并可適用于低碳氮比的廢水,具有很廣的應(yīng)用前景。 2.通過不同脫氮模式反應(yīng)速率的比較發(fā)現(xiàn),顆粒密度是除了顆粒污泥粒徑大小之外的另一個(gè)不可忽視的基質(zhì)降解速率影響因素,而這個(gè)因素常常被以前的研究忽略了。 3.本研究培養(yǎng)的硝化顆粒污泥能承受的氨氮負(fù)荷可達(dá)3.8kgNH4+-Nm-3d-1,這么高的負(fù)荷在目前的硝化顆粒培養(yǎng)中鮮有報(bào)道。 4.在相同的操作條件下,兩個(gè)反應(yīng)器中的硝化顆粒污泥在硝化性能和顆粒特性相似的情況下表現(xiàn)出了不同的形態(tài)、大小發(fā)展模式。這表明硝化顆粒污泥具有比混合菌顆粒污泥更為靈活的生長模式,因而系統(tǒng)更穩(wěn)定,應(yīng)用前景更好。 5.基于硝化顆粒污泥粒徑大小的顆粒生長模型,很好地揭示了具有穩(wěn)定粒徑增長的硝化顆粒污泥生長規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：X703

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：2603471