【摘要】：缺氧／好氧(anoxic/oxic, A/O)和厭氧／缺氧／好氧活性污泥工藝(anaerobic/anoxic/oxic,A2/O)已被廣泛應用于城鎮(zhèn)污水處理廠的脫氮除磷。然而,在這些工藝的脫氮過程中,通常采用提高硝化液回流比的方式來提高系統(tǒng)的脫氮效率,這樣會增加回流過程中的動力能耗。此外,進水碳源不足、低溫環(huán)境下硝化效果差等問題,對系統(tǒng)的脫氮除磷性能造成不利影響。隨著對氮、磷排放要求的不斷提高,一些已建的污水處理廠需要進行改造來提高脫氮除磷效率。由于生物膜與活性污泥復合工藝(Integrated Fixed-film and Activated Sludge, IF AS)較易構建,僅需向活性污泥工藝的好氧反應器內加入懸浮載體即可,不需新建構筑物,節(jié)約建設成本。因此,本論文分別對IFAS工藝能否在較低的硝化液回流比條件下獲得較好的脫氮效果、低溫條件下的運行情況以及處理低碳源污水時的脫氮除磷性能進行了考察,并結合分子生物學技術探究污染物去除與微生物群落組成之間的內在聯(lián)系及降解機理,以期為現(xiàn)有污水處理廠的改造、提高工藝的脫氮除磷效率、降低運行成本提供理論依據(jù)和技術支持。主要研究內容和結果如下：(1)以移動床生物膜好氧反應器和活性污泥好氧反應器為參照,對比考察了IFAS好氧反應器對COD、NH4+-N和TN的去除性能。結果表明,當進水CO、NH4+-N和TN的平均濃度分別為130、38.0和42.0 mg/L時,三組反應器對COD的去除性能大致相同,而IFAS好氧反應器的硝化效率高于其它兩組反應器,且具有較強的抗負荷能力。當水力停留時間(HRT)和溶解氧(DO)分別控制在5-6 h和2-3 mg/L、載體填充比例(PR)為30%時,IFAS好氧反應器出水COD和NH4+-N能夠達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A排放標準,而系統(tǒng)對TN的去除效率較低,需與缺氧反應器結合運行來提高脫氮效率。(2) 針對IFAS好氧反應器脫氮效率低的問題,將其與缺氧反應器結合形成缺氧／好氧復合工藝(A/O-IFAS),并對比考察了A/O-IFAS工藝與A/O活性污泥工藝在不同硝化液回流比(R=100%、200%、300%)條件下的脫氮性能。結果表明,A/O-IFAS工藝能夠提高同步硝化反硝化(SND)性能,使出水NH4+-N和TN在R=200%時達到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A排放標準,而A/O活性污泥工藝出水中NH4+-N和TN在R=200%和300%時未能達到排放標準,證明A/O-IFAS工藝能夠在較低的硝化液回流比條件下獲得較好的脫氮效果。聚合酶鏈式擴增-變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)結果顯示,硝化細菌和反硝化細菌能夠共存于A/O-IFAS工藝的好氧反應器中,在二者的共同作用下,促使SND反應的發(fā)生。針對低溫環(huán)境活性污泥工藝脫氮性能差的問題,對比考察了A/O-IFAS工藝和A/O活性污泥工藝在低溫(8-12℃)條件下的脫氮性能,并采用熒光原位雜交(FISH)技術,分別對19-23℃和8-12℃條件下兩組工藝中硝化菌群的相對豐度的變化情況進行了分析。結果表明,與溫度條件為19-23℃時相比,兩組工藝活性污泥中硝化菌群的相對豐度在8-12℃時大幅降低,而A/O-IFAS工藝中生物膜上硝化菌群的相對豐度沒有明顯變化,使得A/O-IFAS工藝在低溫條件下仍保持較高的硝化性能。當進水NH4+-N和TN平均濃度為53.7和70.7 mg/LH時,活性污泥工藝出水NH4+-N和TN平均濃度分別為12.7和21.8 mg/L, A/O-IFAS工藝出水中NH4+-N和TN平均濃度分別為1.2和12.9 mg/L,滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準的冬季排放標準(NH4+-N8mg/L, TN15 mg/L)。(3)針對進水碳源不足,導致系統(tǒng)脫氮除磷效率降低的問題,考察了厭氧／缺氧／好氧復合工藝(A2O-IFAS)處理低碳源(C/N：3.0-3.4)污水時的脫氮除磷性能。研究發(fā)現(xiàn),在A2O-IFAS工藝的缺氧反應器內存在反硝化除磷現(xiàn)象。采用分流進水的方式對A2O-IFAS工藝進行改造,將一部分污水分流進入到缺氧反應器內,為反硝化除磷作用提供更多的碳源,使反硝化除磷效率提高了23.3%,TN和TP的平均去除率分別提高了25.8%和41.2%。當工藝的污泥齡(SRT)控制在8天時,出水NH4+-N、TN和TP的濃度均能夠達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A排放標準。(4) 將A2O-IFAS工藝應用于某城鎮(zhèn)污水處理廠的污水處理,并與該廠原有的活性污泥工藝進行了比較研究,考察了A2O-IFAS工藝在工程應用中的脫氮除磷性能,結合分子生物學中的PCR-DGGE和FISH技術對兩組工藝中的微生物群落結構進行了分析,探究了脫氮除磷性能與微生物群落組成之間的內在聯(lián)系。PCR-DGGE和FISH結果表明,硝化細菌、反硝化細菌和聚磷菌在A20-IFAS工藝中的種類和相對豐度均高于活性污泥工藝,使得A2O-IFAS工藝在脫氮除磷方面更具優(yōu)勢。當進水COD、NH4+-N、TN和TP濃度分別為109-302 mg/L、25.0-42.1 mg/L、28.0-49.4 mg/L和2.2-4.5 mg/L時,A2O-IFAS工藝出水中COD、NH4+-N、TN和TP分別小于50、5、15和1 mg/L,達到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A排放標準(2005年12月31日前建設的污水處理廠,TP1 mg/L),而活性污泥工藝出水中除COD能夠達標排放,其它三種污染物都未能達到排放標準。
【圖文】：

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本文編號：2708138