【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(biāo)準(zhǔn)成為控制水污染最直接有效的方法。污水中有機(jī)物的濃度是保證污水處理廠脫氮除磷效果、氮磷污染物達(dá)標(biāo)排放的關(guān)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(chǔ)上,認(rèn)為導(dǎo)致現(xiàn)有解決方案工藝流程復(fù)雜、運(yùn)行控制要求高、運(yùn)行條件苛刻,應(yīng)用局限性較強(qiáng)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(dòng)態(tài)吸附除磷是近年來頗受關(guān)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(jìn)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(jìn)固相反硝化和動(dòng)態(tài)吸附除磷工藝的研究和發(fā)展,尤其是促進(jìn)其在低碳源污水同步脫氮除磷中的實(shí)際應(yīng)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(yàn),進(jìn)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(chǔ)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(shí),為拓寬這兩種工藝的應(yīng)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(yīng)器-固相反硝化濾池-除磷吸附床(SBBR-SPDB-PRAB)兩套組合工藝,重點(diǎn)研究了BAF和SPDB之間工況的匹配和SBBR運(yùn)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(yùn)行參數(shù)對脫氮性能影響的機(jī)理。最后,在上述研究的基礎(chǔ)上,考察了兩套組合工藝在處理低碳源生活污水實(shí)際應(yīng)用中的脫氮除磷表現(xiàn)。得到了以下主要試驗(yàn)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(shí),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(jìn)水ρ(CODCr)對硝酸鹽去除率的交互效應(yīng)極顯著(p0.001),而進(jìn)水ρ(no3--n)和進(jìn)水ρ(codcr)、hrt和進(jìn)水ρ(no3--n)對硝酸鹽去除率的交互效應(yīng)不顯著(p0.05)。同時(shí),構(gòu)建的硝態(tài)氮去除率預(yù)測模型的預(yù)測值與實(shí)測值吻合良好,相對誤差小,可以準(zhǔn)確預(yù)測spdb對低碳源污水的脫氮效果。此外,預(yù)測模型獲得的最佳運(yùn)行條件為:hrt3.5h,進(jìn)水ρ(no3--n)14.73mg/l,和進(jìn)水ρ(codcr)15.00mg/l。在該條件下,spdb的最大硝態(tài)氮去除率可達(dá)99.23%。(3)在prab中,hrt、進(jìn)水ρ(po43--p)、溫度、初始ph值,hrt與進(jìn)水ρ(po43--p)、溫度、初始ph值的交互作用以及進(jìn)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(shí),磷酸鹽去除率的預(yù)測模型極顯著,模型預(yù)測值與實(shí)測值吻合良好,可以準(zhǔn)確預(yù)測prab的除磷效果。此外,預(yù)測模型獲得的最佳運(yùn)行條件為:hrt為79.77min,進(jìn)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(dá)到93.46%。(4)在cs-baf-spdb-prab組合工藝的baf-spdb單元中,為了同時(shí)獲得理想的硝化和反硝化效果,baf進(jìn)水中的c/n比應(yīng)控制在3:1;氣水比應(yīng)設(shè)定為4:1,baf和spdb的hrt分別為3.5h和1.5h,溫度應(yīng)該維持在20℃以上。同時(shí),宏觀運(yùn)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(dòng)態(tài)變化直接相關(guān)。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(jìn)水氨氮負(fù)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(jī)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(yùn)行周期時(shí)間為3h/周期,曝氣量為3.8m3/(h·m3)的條件下不僅可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的硝化效果和較高的脫氮效率,同時(shí)還可顯著提高容積去除效率和降低能耗。同時(shí),sbbr具有很強(qiáng)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(dǎo)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(xì)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(jī)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(dá)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(yuǎn)低于一級a標(biāo)。(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(yùn)行條件下,對TN和TP的平均去除率可分別達(dá)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(yuǎn)低于一級A標(biāo)。
【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(yùn)行，在這個(gè)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(chǔ)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(jìn)行，一部分有機(jī)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(xì)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(xué)計(jì)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(jī)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(jī)氮和氨氮最終轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈴奈鬯腥コ值獎(jiǎng)t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(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2630902