【摘要】：隨著環(huán)保要求越來越高,污水污泥排放標(biāo)準(zhǔn)也逐步提升,污水及剩余污泥處理和處置問題的日益突出使得強化污水處理與原位污泥減量技術(shù)的聯(lián)合成為必然。針對我國環(huán)保領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn),本研究建立了一種強化污水處理及原位污泥減量工藝系統(tǒng)(A stage-aerated anaerobic, anoxic, micro-aerobic, and oxic system combining a micro-aerobic starvation sludge holding tank, A2MO-M system),并以好氧-沉淀-厭氧系統(tǒng)(oxic-setting-anaerobic system, OSA system)為對比工藝,比較研究了水力停留時間(hydraulic retention time, HRT)對OSA及A2MO-M系統(tǒng)原位污泥減量、出水有機物去除以及脫氮除磷效果的影響；同時,本論文結(jié)合數(shù)學(xué)模擬方法分析了OSA及A2MO-M系統(tǒng)內(nèi)溶解性微生物產(chǎn)物(soluble microbial products, SMP)的生成代謝途徑及其影響因素,建立了OSA及A2MO-M工藝中好氧、微氧、缺氧及厭氧條件下ASM2D-UAP及ASM2D-BAP形成與降解的數(shù)學(xué)模型。開展了A2MO-M系統(tǒng)中微氧饑餓污泥停留池參數(shù)的優(yōu)化研究,并以O(shè)SA系統(tǒng)作為參照工藝,優(yōu)化了A2MO-M系統(tǒng)原位污泥減量的HRT,試驗結(jié)果表明：當(dāng)控制OSA系統(tǒng)中厭氧污泥停留池的HRT為12h時(OSA3#系統(tǒng)),OSA系統(tǒng)排泥量最少；而控制A2MO-M系統(tǒng)中微氧饑餓污泥停留池的HRT為9h時(A2MO-M2#系統(tǒng)),A2MO-M系統(tǒng)排泥量最少。且相比傳統(tǒng)活性污泥系統(tǒng)、強化污水脫氮除磷系統(tǒng)、及OSA3#系統(tǒng),A2MO-M2#系統(tǒng)污泥產(chǎn)量分別減少了45.08%、42.46%及16.08%。通過對A2MO-M及OSA系統(tǒng)原位污泥減量機制研究結(jié)果表明,對于OSA3#及A2MO-M2#系統(tǒng),能量解偶聯(lián)代謝作用分別占據(jù)了兩系統(tǒng)原位污泥減量的9.68%和16.67%；污泥衰減引起的原位污泥減量分別占據(jù)了兩系統(tǒng)原位污泥減量的23.23%和21.15%。同時,454高通量測序的分子生態(tài)學(xué)分析顯示,A2MO-M系統(tǒng)中的微生物群落結(jié)構(gòu)更為豐富,且A2MO-M群落中的發(fā)酵細(xì)菌(Stenotrophomonas、 Osenella、及Paludibacter)及慢速生長細(xì)菌(Ramlibacter)的相對豐度均大于OSA群落。因此在A2MO-M系統(tǒng)中,慢速生長細(xì)菌的富集及發(fā)酵細(xì)菌引起的隱性生長作用也是A2MO-M系統(tǒng)強化原位污泥減量效果的重要原因。開展了OSA及A2MO-M系統(tǒng)出水有機物(effluent organic matters, EfOM)、 SMP、基質(zhì)代謝相關(guān)型產(chǎn)物(Utilization-Associated Products, UAP)以及生物量相關(guān)型產(chǎn)物(Biomass-Associated Products, BAP)的物化特性的定性定量研究,明晰了不同HRT下OSA及A2MO-M系統(tǒng)出水中UAP及BAP的特性及形成規(guī)律,結(jié)果表明：在活性污泥生物污水處理系統(tǒng)中,BAP的累積對出水水質(zhì)的惡化起著至關(guān)重要的作用,且OSA系統(tǒng)出水BAP的累積量明顯大于A2MO-M系統(tǒng)出水BAP的累積量；同時研究發(fā)現(xiàn),溶解氧(dissolved oxygen, DO)濃度是影響B(tài)AP產(chǎn)量的一個非常重要的因素。此外,通過對比OSA及A2MO-M系統(tǒng)出水的脫氮除磷效果表明,相比OSA3#系統(tǒng),A2MO-M2#系統(tǒng)的平均出水總氮、氨氮及總磷去除效果分別提高了20.61%,12.46%及42.20%,且高通量群落分析結(jié)果進(jìn)一步證明,固氮菌、氨氧化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌及去磷菌等具有脫氮除磷功能的細(xì)菌在A2MO-M群落的相對豐度要大于OSA群落。建立了OSA及A2MO-M系統(tǒng)中不同DO條件的ASM2D-UAP和ASM2D-BAP數(shù)學(xué)模型。將SMP、BAP、UAP及胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)的產(chǎn)生及降解機理引入到ASM2D模型中,基于ASM2D-UAP和ASM2D-BAP數(shù)學(xué)模型的MATLAB仿真研究,對好氧、微氧、缺氧、厭氧條件下的SMP、UAP及BAP的生成代謝過程進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬,結(jié)果表明：活性污泥污水處理系統(tǒng)中DO濃度對出水UAP的影響較小,而對出水BAP的影響很大；厭氧條件下產(chǎn)生的BAP濃度最大,其次是好氧條件,而微氧和缺氧條件下BAP產(chǎn)生的量較小,且濃度相差不大。通過ASM2D-UAP和ASM2D-BAP數(shù)學(xué)模擬,本研究充分證明了OSA和A2MO-M系統(tǒng)中控制不同DO條件對系統(tǒng)出水水質(zhì)影響較大。相比A2MO-M系統(tǒng),OSA系統(tǒng)內(nèi)的污泥在厭氧-好氧的環(huán)境中交替,會引起大量BAP的累積,從而導(dǎo)致系統(tǒng)出水水質(zhì)的惡化。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2745691