發(fā)布時間：2020-03-27 22:22

【摘要】：工業(yè)化和人口的不斷增長增加了人們的水需求,也對水資源造成極大壓力。傳統(tǒng)的廢水處理廠沒有考慮氮的脫除,處理出水不能達到目前的出水排放標準。然而,隨著越來越嚴格的廢水排放標準的出臺,廢水處理廠對廢水中氮的脫除已成為必然。因此,先進的廢水脫氮技術(shù)的開發(fā)成為目前研究熱點。生物脫氮技術(shù)以其技術(shù)、經(jīng)濟可適性成為目前應用范圍最廣的技術(shù)之一。然而,傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)(生物硝化和反硝化過程)的一些局限性,如處理過程中易發(fā)生的硝化菌流失問題,活性污泥法自身難以克服的污泥膨脹、剩余污泥產(chǎn)量高和處理廠占地大問題,都束縛了傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)的進一步發(fā)展。 好氧顆粒污泥技術(shù)以其承擔負荷率高、水力停留時問(HRT)短、抗毒物能力強、構(gòu)筑物設施規(guī)模小、基礎設施投資省等優(yōu)點而成為國際水技術(shù)研究的前沿。目前已經(jīng)開發(fā)的好氧顆粒污泥脫氮技術(shù)主要包括交替式好氧/厭氧工藝(0A)、交替式好氧/厭氧工藝(A0)、同時硝化反硝化工藝(SND)和使用反硝化聚磷菌的交替式厭氧/好氧或者厭氧/好氧/缺氧工藝(A0或AOA)。然而,這些處理工藝也存在一些問題,如對低含碳廢水處理處理效果不佳,不適用于高含氮廢水(如含氮量高于100mgN/1)的處理。本研究采用SBR培養(yǎng)的好氧顆粒污泥對這些問題進行了研究。 一般而言,含氮廢水包括兩種,一種是生活廢水,含氮量一般低于100。另外一種是高氮廢水,如消化污泥出水,垃圾滲濾液,化工廠,制革廢水和焦化廢水等等。本課題就好氧顆粒污泥對兩種廢水的脫氮過程展開研究。課題包括兩部分：第一部分針對生活廢水(模擬新加坡JURONG WEST廢水廠的水質(zhì))進行研究。第二部分針對高含氮廢水,進行了單純氮轉(zhuǎn)化(氨氮的硝化過程)的研究。其具體結(jié)果如下： 1.SBR系統(tǒng)好氧顆粒污泥脫氮策略研究 針對新加坡JURONG WEST廢水廠模擬進水水質(zhì)(COD 600mg/l, NH4+-N 60 mg/l),本研究提出了基于SBR反應器的分步進水-交替缺氧好氧工藝脫氮模式。對比具有不同平均粒徑大小(0.7mm和1.5mm)的顆粒污泥在AO, ALO(相當于A+SND)及分步進水-交替缺氧好氧工藝條件下的脫氮效果試驗表明,前兩種方法分別只有67.9-71.5%和75.0-80.4%的脫氮效率,而本研究模式脫氮效率可達到90%以上,而且不受顆粒污泥粒徑大小的影響。通過對比不同工藝的脫氮速率表明,除了顆粒污泥粒徑大小對脫氮速率有影響,顆粒污泥密度也是影響系統(tǒng)脫氮速率的重要因素。而密度因素被以前的顆粒污泥降解速率研究所忽視了。論文討論部分詳細分析了顆粒污泥粒徑大小和密度對顆粒污泥反應速率的影響及不同操作模式對顆粒污泥系統(tǒng)脫氮效率的影響。(本部分內(nèi)容發(fā)表在Journal of Hazardous materials上) 2.分步進水-交替好氧缺氧顆粒污泥系統(tǒng)測試研究 由于目前大部分含氮廢水都存在碳氮比較低的問題,使得反硝化過程中電子供體不足,因此反硝化過程往往成為顆粒污泥脫氮系統(tǒng)的限速步驟。目前,許多顆粒污泥脫氮研究都致力于提高反硝化過程的效率。其中額外碳源的投加和同時硝化反硝化是目前研究比較多的策略之一。好氧和缺氧過程相結(jié)合并在缺氧段額外投加碳源,可大大提高系統(tǒng)脫氮效率,但額外碳源的投加使系統(tǒng)操作繁瑣、運行成本高,技術(shù)經(jīng)濟適用性大大降低。而利用好氧顆粒污泥內(nèi)部的好氧和厭氧區(qū)來實現(xiàn)同時硝化反硝化的方法,雖然省去了額外碳源的投加,低溶解氧導致的硝化速率低和系統(tǒng)穩(wěn)定性差的缺點,也大大影響了該方法的推廣使用。本研究開發(fā)的分步進水-交替缺氧好氧工藝是否能適用于低含碳廢水的處理,成為其進一步推廣使用的關鍵問題之一。同時,該工藝的長期運行的穩(wěn)定性,也是其進一步應用的基礎。針對這兩個問題,本部分試驗表明：分步進水-交替缺氧好氧工藝對于C/N為5：1和3：1的廢水也有90%的脫氮效率,在C/N為5：1的情況下穩(wěn)定運行兩個多月,顆粒污泥性能穩(wěn)定(SVI為20 ml/g)。說明該工藝能適用于低含氮廢水,并具有長期運行穩(wěn)定性,可以做進一步推廣使用研究。 3.硝化顆粒污泥的培養(yǎng) 在活性污泥法脫氮工藝中,由于硝化菌生長速率低,對外界環(huán)境很敏感,硝化過程往往成為脫氮過程的限速步驟。污泥的顆粒化可以確保高濃度硝化菌存留,并增強系統(tǒng)抵御外界不利因素的影響,被認為是有效提高系統(tǒng)硝化速率的策略之一。目前,使用合成無機廢水培養(yǎng)硝化顆粒污泥提高硝化速率的研究已有許多相關報道。然而,這些研究幾乎都是針對低于500mgN/l氨氮的處理,而高氨氮廢水含氮濃度多是遠遠高于這個濃度的。本研究在兩個平行SBR反應器(N1和N2)中培養(yǎng)出的顆粒污泥能夠在6h停留時間內(nèi)完全去除1000mgN/l的氨氮,并具有很好的沉降性和穩(wěn)定性(SVI為10-15ml/g)。雖然具有非常相似的污泥濃度和優(yōu)勢菌群,兩個反應器的硝化顆粒污泥顯示了不同的生長過程：N1反應器的硝化顆粒污泥經(jīng)歷了小顆粒破裂為絮體而又自發(fā)絮凝為大顆粒污泥的過程,而N2反應器的硝化顆粒污泥經(jīng)歷了顆粒粒徑逐步由小變大的過程。這表明硝化顆粒污泥具有比混合菌顆粒污泥更靈活的生長模式,因此具有更好的穩(wěn)定性和更優(yōu)的發(fā)展前景。針對其中的一個反應器中的硝化顆粒污泥粒徑演變過程,適用于混合菌群顆粒污泥的經(jīng)驗模型很好地顯示了硝化顆粒污泥粒徑演變規(guī)律。 4.硝化顆粒污泥負荷耐受能力測試 硝化菌的脆弱敏感性及其在前期試驗中高負荷的耐受能力,使探究其負荷耐受極限成為很有意義的課題。而其能否由完全硝化順利轉(zhuǎn)化為短程硝化(為高氨氮廢水處理技術(shù)-厭氧氨氧化和短程硝化反硝化提供反應介質(zhì)),成為其進一步推廣使用的關鍵問題之一。針對這兩個問題,本研究采取縮短周期時間(N1)和增加進水濃度(N2)的負荷增加策略,對兩個反應器的硝化顆粒污泥分別進行了負荷耐受試驗和短程硝化轉(zhuǎn)化試驗。試驗結(jié)果表明,在200天的運行中,N1、N2反應器中的硝化顆粒污泥在極高負荷情況下(N1反應器運行周期由360min縮短至190min, N2反應器進水濃度由1000 mg/l增加到1700 mg/l)顯示了很好的硝化效果(99%硝化率),卓越的穩(wěn)定性(SVI為10-15 ml/g),顆粒污泥粒徑分別達到468μm和490μm。硝化菌的顆�；�使得大量硝化菌固定在系統(tǒng)內(nèi),硝化菌抗抑制能力大大提高,是硝化顆粒污泥在極高負荷下能穩(wěn)定運行的主要原因。通過調(diào)節(jié)pH值由7.5-8.5降低到7.0-8.0,兩個反應器成功實現(xiàn)了硝化產(chǎn)物由完全硝化向短程硝化的轉(zhuǎn)化。N1、N2反應器中顆粒污泥性能穩(wěn)定,粒徑分別達到863μm和757μm, SⅥ都為10 ml/g左右。值得注意的是,N1反應器中硝化顆粒污泥污泥濃度的暫時降低導致了顆粒污泥中有機成分和氨氮降解率的波動,而N2反應器始終保持了穩(wěn)定的有機成分和氨氮降解率。經(jīng)分析,N1中硝化顆粒污泥的比污泥負荷在一個月內(nèi)由0.58升高到1.08kg NH4+-N kg-1VSS·d-1,導致系統(tǒng)負荷增長過快,是導致系統(tǒng)性能波動的主要原因。通過沉降時間的調(diào)整,N1反應器中硝化顆粒污泥處理能力和有機成分在一個月內(nèi)得到了恢復。DGGE分析結(jié)果表明,負荷增長方式和硝化進程都會影響硝化顆粒污泥優(yōu)勢菌種的種類。短程硝化的順利實現(xiàn),說明硝化顆粒污泥可以作為實現(xiàn)短程硝化的穩(wěn)定技術(shù)推廣使用。(本部分內(nèi)容已在ICOSSE會議上發(fā)表,USA,2011.1) 創(chuàng)新點： 1.本研究開發(fā)的好氧顆粒污泥分步進水-交替缺氧好氧工藝具有很高的脫氮效率和穩(wěn)定性,并可適用于低碳氮比的廢水,具有很廣的應用前景。 2.通過不同脫氮模式反應速率的比較發(fā)現(xiàn),顆粒密度是除了顆粒污泥粒徑大小之外的另一個不可忽視的基質(zhì)降解速率影響因素,而這個因素常常被以前的研究忽略了。 3.本研究培養(yǎng)的硝化顆粒污泥能承受的氨氮負荷可達3.8kgNH4+-Nm-3d-1,這么高的負荷在目前的硝化顆粒培養(yǎng)中鮮有報道。 4.在相同的操作條件下,兩個反應器中的硝化顆粒污泥在硝化性能和顆粒特性相似的情況下表現(xiàn)出了不同的形態(tài)、大小發(fā)展模式。這表明硝化顆粒污泥具有比混合菌顆粒污泥更為靈活的生長模式,因而系統(tǒng)更穩(wěn)定,應用前景更好。 5.基于硝化顆粒污泥粒徑大小的顆粒生長模型,很好地揭示了具有穩(wěn)定粒徑增長的硝化顆粒污泥生長規(guī)律。
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：X703

【共引文獻】

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本文編號：2603471