【摘要】：氧化溝是一種常見(jiàn)的城市污水處理工藝,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、耐沖擊負(fù)荷、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)氧化溝采用表面曝氣設(shè)備,具有點(diǎn)式曝氣的特征,脫氮效率在工藝運(yùn)行過(guò)程中易受溶解氧不足或過(guò)量以及供氧分區(qū)調(diào)控困難的影響;而氧化溝等速運(yùn)行的方式,又存在著系統(tǒng)能耗高的問(wèn)題。與此同時(shí),我國(guó)污水處理廠普遍存在進(jìn)水碳源不足的問(wèn)題,氧化溝工藝在運(yùn)行過(guò)程中面臨著新的挑戰(zhàn)。因此有必要對(duì)氧化溝工藝曝氣模式及碳源利用機(jī)制進(jìn)行深入研究,為實(shí)現(xiàn)氧化溝工藝強(qiáng)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(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)的部分研究?jī)?nèi)容,針對(duì)目前氧化溝工藝碳源利用與運(yùn)行調(diào)控強(qiáng)化脫氮理論與技術(shù)存在的問(wèn)題,開(kāi)展顆粒態(tài)碳源轉(zhuǎn)化與釋放特性研究,分析曝氣模式對(duì)氧化溝工藝脫氮性能影響和機(jī)制,評(píng)價(jià)開(kāi)孔方案對(duì)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(xiàng)實(shí)際污水處理工程,驗(yàn)證了理論與技術(shù)的可行性與實(shí)施效果。本論文的主要工作及成果如下:(1)對(duì)污水處理廠進(jìn)水碳源組分進(jìn)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(diǎn),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(wèn)題。通過(guò)擴(kuò)大傳統(tǒng)初沉池污泥斗容積延長(zhǎng)污泥在初沉池底部的停留時(shí)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(shí)間、污泥回流比、淘洗強(qiáng)度對(duì)系統(tǒng)碳源轉(zhuǎn)化與釋放的影響,開(kāi)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(shí)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(guò)破碎污泥粒徑、促進(jìn)發(fā)酵產(chǎn)物釋放等途徑強(qiáng)化顆粒態(tài)碳源轉(zhuǎn)化。活性初沉池系統(tǒng)最佳運(yùn)行工況為污泥停留時(shí)間5d、污泥回流比10%、淘洗強(qiáng)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(jī)物的含量,從而促進(jìn)生物系統(tǒng)的脫氮除磷性能。(2)針對(duì)傳統(tǒng)氧化溝點(diǎn)式曝氣模式供氧缺陷以及脫氮效率低的問(wèn)題,對(duì)比分析了點(diǎn)式曝氣模式與連續(xù)曝氣模式對(duì)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(dá)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(duì)TN的去除效果明顯高于點(diǎn)式曝氣模式。對(duì)兩種曝氣模式脫氮機(jī)制進(jìn)行分析,研究發(fā)現(xiàn)無(wú)論哪種模式,氧化溝曝氣區(qū)末端均存在一段較長(zhǎng)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(cè)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(duì)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(duì)豐度達(dá)到1.55%,明顯高于點(diǎn)式曝氣模式下系統(tǒng)中反硝化細(xì)菌含量(1.12%),從而強(qiáng)化了系統(tǒng)反硝化脫氮性能。(3)通過(guò)在微孔曝氣氧化溝缺氧區(qū)廊道彎道處開(kāi)設(shè)孔洞、設(shè)置設(shè)擋水墻與導(dǎo)流板等措施,提出了開(kāi)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(chǎng)流態(tài)測(cè)定的方法對(duì)開(kāi)孔變速氧化溝流態(tài)進(jìn)行分析研究,結(jié)果表明二者流速分布吻合較好,開(kāi)孔方案可實(shí)現(xiàn)較好的變速運(yùn)行效果。在氧化溝流速為0.15m/s時(shí),其開(kāi)孔廊道流速可提高至0.25m/s。開(kāi)孔變速方案通過(guò)提高氧化溝缺氧區(qū)廊道流速,減少氧化溝系統(tǒng)推進(jìn)器功率,實(shí)現(xiàn)推進(jìn)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(kāi)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(jìn)水碳源不足、氧化溝系統(tǒng)溶解氧與分區(qū)調(diào)控困難、運(yùn)行能耗高等問(wèn)題,取得了良好的運(yùn)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(yùn)行穩(wěn)定,脫氮效率顯著提升,同時(shí)氧化溝系統(tǒng)運(yùn)行能耗大幅降低。
【圖文】：

D型交替運(yùn)行氧化溝

圖 1.5 T 型交替運(yùn)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(shuō)，，就是不單獨(dú)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X703

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本文編號(hào)：2629147