【摘要】：近年來,隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,水資源總量日益匱乏、水污染形勢愈加嚴(yán)峻。由于卡魯塞爾氧化溝具有出水水質(zhì)良好、運(yùn)行相對穩(wěn)定、方便管理以及能耗較低等優(yōu)點(diǎn),在國內(nèi)外的生活污水和工業(yè)污水處理工程中得到廣泛應(yīng)用。但由于設(shè)計(jì)或運(yùn)行管理的原因,在實(shí)際運(yùn)行過程中,經(jīng)常出現(xiàn)脫氮效果較差、出水總氮不能達(dá)標(biāo)等情況。本研究以重慶某卡魯塞爾氧化溝污水處理廠為原型,針對影響氧化溝脫氮性能的關(guān)鍵因子,構(gòu)建了底曝式中試系統(tǒng),分別研究了水力停留時(shí)間(HRT)、溶解氧(DO)濃度及曝氣工況對污染物的去除效能的影響,特別是脫氮效能提升的關(guān)鍵參數(shù);然后,以中試獲得的最優(yōu)工況為依據(jù),進(jìn)行了生產(chǎn)性試驗(yàn),詳細(xì)研究了氮的沿程和深度方向的轉(zhuǎn)化規(guī)律,并獲得了穩(wěn)定的脫氮效果和出水水質(zhì);最后,結(jié)合微電極與高通量測序技術(shù),探索了生產(chǎn)性試驗(yàn)規(guī)模下生物微環(huán)境對改良型卡魯塞爾氧化溝脫氮性能的影響機(jī)制。研究結(jié)果為提高小規(guī)�？斎麪栄趸瘻厦摰芴峁﹨⒖肌Ｈ〉玫闹饕晒缦�:1)開展了規(guī)模為10m3/d的改良型卡魯塞爾氧化溝中試研究。運(yùn)行條件為:溶解氧為3 mg/L,內(nèi)回流比為200%,外回流比為50%~80%。當(dāng)HRT為17h、10h時(shí),COD的去除率在90%以上,NH3-N去除率為51.9%-83.8%,TN去除率為41.2%-55.5%,當(dāng)HRT在12h和15h時(shí),有機(jī)物和氨氮的氧化作用、反硝化作用均較強(qiáng),COD、NH3-N、TN去除率最高分別達(dá)93.1%、92.2%和52.8%。2)在中試條件下,HRT=15h,回流比采用200%,外回流比采用50%~80%,溶解氧(DO)水平為5mg/L、4 mg/L、3 mg/L、2 mg/L時(shí),SS、TP的去除率分別可達(dá)96-97%和90-93%,但COD、NH3-N、TN的去除率呈顯著差異(P0.05)。當(dāng)DO為3、4、5mg/L時(shí),可保證池內(nèi)微生物在有足夠溶解氧的條件下對污水中有機(jī)物的氧化分解及氮的硝化,因此COD去除率分別達(dá)93.1%、94.4%和95.2%,NH3-N的去除率分別為98.9%、99.1%和98.9%,這種情況也會促使內(nèi)回流混合液產(chǎn)生較高的溶解氧,從而影響了氧化溝缺氧區(qū)的溶氧濃度,使硝化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的NO3-N過多,導(dǎo)致TN去除率降低。當(dāng)DO濃度降低至2mg/L時(shí),形成的缺氧環(huán)境使得反硝化得以順利進(jìn)行,TN的去除率由高DO水平(5mg/L)時(shí)的28.8%提升至48.1%。同時(shí),在氧化溝的好氧段,關(guān)閉內(nèi)回流附近及曝氣沿程中部的一段曝氣區(qū)域時(shí),同步硝化反硝化作用較充分,COD、NH3-N、TN的去除率分別達(dá)91.8%、77.6%和67.0%,污染物去除效能顯著優(yōu)于其它工況。3)以中試試驗(yàn)確定的最佳工況(HRT=12h,DO=2~3mg/L)進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn),規(guī)模為1.5萬m3/d。研究結(jié)果表明,出水SS、BOD5、CODcr、NH3-N、TN、TP均能較好的達(dá)到國家一級B標(biāo)準(zhǔn),去除率分別為:96.25%、95.54%、90.54%、88.69%、54.6%、92.17%。nh3-n、tn的去除效果受低溫影響較大,水溫為13~15℃時(shí),nh3-n和tn的出水效果有所下降,分別達(dá)到3.95mg/l和15.96mg/l,但依然滿足國家(gb18918—2002)一級b標(biāo)準(zhǔn)。4)在生產(chǎn)性試驗(yàn)中進(jìn)行了溶解氧的沿程、深度分布及氮的沿程遷移轉(zhuǎn)化研究。試驗(yàn)結(jié)果表明,沿程方向上,當(dāng)缺氧池do為0.2~0.5mg/l,主要發(fā)生反硝化作用,tn、no3-n去除率分別為53.56%和69%。好氧池前段do為1.65~2.95mg/l時(shí),主要發(fā)生氨化作用和硝化作用,nh3-n濃度由5.25mg/l下降到3.8mg/l,同時(shí)no3-n的濃度沿程上升較快,由5.25mg/l上升到11.34mg/l;好氧池后段,逐漸降低do至1.5mg/l以下,由于反硝化作用的發(fā)生,tn和no3--n濃度同時(shí)下降,并趨于穩(wěn)定,達(dá)到國家(gb18918—2002)一級b標(biāo)準(zhǔn)。深度方向上,缺氧區(qū)深度從0.5m增加到3.5m時(shí),do濃度0.51mg/l降低為0.31mg/l,硝態(tài)氮濃度從9.913mg/l降低到9.375mg/l,氨氮濃度由8.763mg/l升高到9.322mg/l。好氧區(qū)深度從0.5m增加到3.5m時(shí),do由3.35mg/l降低到3.10mg/l,硝態(tài)氮濃度從11.384mg/l降低到10.883mg/l,氨氮濃度從3.099mg/l上升到3.341mg/l。5)利用微電極技術(shù)對污泥絮體微環(huán)境進(jìn)行了檢測。改良型卡魯塞爾氧化溝活性污泥系統(tǒng)中,污泥絮體結(jié)構(gòu)較為疏松,半徑約1~2mm。好氧池內(nèi)絮體從外至內(nèi)沿半徑方向,do濃度由3.311mg/l減少至1.795mg/l,降幅達(dá)50%,nh3-n濃度由3.8002mg/l變?yōu)?.8003mg/l,no3--n濃度由11.7475mg/l變?yōu)?1.7416mg/l,no2--n濃度基本維持在0.21mg/l,差異不顯著。缺氧池內(nèi)絮體從外至內(nèi)沿半徑方向,do濃度由0.690mg/l減少至0.378mg/l,nh3-n濃度由8.4011mg/l變?yōu)?.4012mg/l,no3--n濃度由5.1578mg/l變?yōu)?.1542mg/l,no2--n濃度也始終維持在0.53mg/l。三種形態(tài)的氮在好氧和缺氧條件下,絮體微環(huán)境中濃度差異均不大。由此可見,結(jié)構(gòu)疏松的污泥絮體微環(huán)境中,溶解氧沿絮體由外向內(nèi)的傳質(zhì)仍然較難,且do不是導(dǎo)致氮形態(tài)差異的關(guān)鍵因素。6)利用高通量測序技術(shù)對微生物種群進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn),改良型卡魯塞爾氧化溝好氧池和缺氧池脫氮過程中,主要的共有優(yōu)勢菌門為變形菌門、浮霉?fàn)罹T、擬桿菌門、硝化螺菌門、放線菌門等,各菌門在好氧池中所占比例分別為36.1%、7.0%、19.4%、0.48%和4.1%,在缺氧池中所占比例分別為36.6%、6.5%、18.7%、0.42%和3.6%。硝化螺菌門的存在使得no2形菌門微生物的生長,因此在缺氧池的污泥樣品中所占比例要高于好氧池,該門細(xì)菌的功能在缺氧池中主要體現(xiàn)為反硝化作用。好氧池與缺氧池主要的共有優(yōu)勢菌屬為暖繩菌屬、dokdonella屬、出芽菌屬、生絲微菌屬、浮霉?fàn)罹鷮?其在好氧池中所占比例分別為2.33%、0.66%、0.94%、1.05%和2.50%,在缺氧池中所占比例分別為2.80%、0.82%、1.06%、1.02%和2.42%,其中后四種兼性菌屬為工藝運(yùn)行過程中主要的脫氮菌群;改良型氧化溝工藝的脫氮效能主要是由于這四種兼性菌屬,尤其是Dokdonella屬細(xì)菌,在不同溶解氧濃度區(qū)域表現(xiàn)出的硝化及反硝化作用來實(shí)現(xiàn)的。
【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
【圖文】：

化溝整體長 5.04m，寬 2.16m，單溝寬 0.54m，二沉池采用周邊進(jìn)水，周邊出水的設(shè)計(jì)方式，高度大約為 1.5m，最外圈直徑為 1.2m。中試裝置尺寸如圖 2.1 所示。圖2.1 改良型卡魯塞爾氧化溝中試裝置圖Fig. 2.1 Graph of the modified Carrousel oxidation ditch圖2.2 中試反應(yīng)裝置實(shí)物圖 (左圖氧化溝中試裝置，右圖為二沉池)Fig. 2.2 Modified Carrousel oxidation ditch of the pilot scale

圖2.1 改良型卡魯塞爾氧化溝中試裝置圖Fig. 2.1 Graph of the modified Carrousel oxidation ditch圖2.2 中試反應(yīng)裝置實(shí)物圖 (左圖氧化溝中試裝置，右圖為二沉池)Fig. 2.2 Modified Carrousel oxidation ditch of the pilot scale

1）充分考慮該污水處理廠的進(jìn)出水指標(biāo)，優(yōu)先采用高效率、方便操作的機(jī)械控制系統(tǒng)，降低工程投資并減少運(yùn)行成本。2）選擇高效、可靠而且維護(hù)簡單的先進(jìn)污水及污泥處理設(shè)備。3）盡量降低對污水廠原有構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的改變，減少改造工程的土建及安裝等施工費(fèi)用。4）改造工程完成后，保證污水廠的出水水質(zhì)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)一級 B 標(biāo)準(zhǔn)。②生產(chǎn)性試驗(yàn)體系的構(gòu)建1）厭/缺氧池改造：由于污水廠處理規(guī)模從 1.1 萬噸增加到 1.5 萬噸，厭氧池及缺氧池的有效容積均不能滿足停留時(shí)間的要求，故將對厭氧池和缺氧池進(jìn)行相應(yīng)改造。具體方案為取消厭氧池，將厭氧池和缺氧池合并為新的缺氧池，合并后缺氧池容積達(dá) 33.6m3，缺氧池 HRT 為 2.5h，將內(nèi)回流液從好氧池回流到原厭氧池。2）曝氣系統(tǒng)構(gòu)建：采用板式微孔曝氣器，所選風(fēng)機(jī)為羅茨鼓風(fēng)機(jī)，風(fēng)量72.2m3/min，風(fēng)壓 53.9kPa，電動機(jī)功率為 90kw，推流過程功率消耗為 2~3 w/m3。曝氣裝置的安裝及運(yùn)行狀況見圖 2.3（a）和 2.3（b）。

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本文編號：2801099