基于深井曝气的强化脱氮除磷工艺处理城镇污水试验研究

摘要

近年来松花江的污染非常严重，而马家沟河是松花江的一条重要支流，马家沟水质的好坏直接影响了松花江的水环境和哈尔滨人民的生活环境。在“十二·五”国家科技重大专项研究任务子课题“马家沟城镇污水深度减排技术集成与工程示范”的支持下，针对这种情况，本文通过分析马家沟中上游水质情况，并经过大量资料调研，选定本文中的深井曝气工艺来处理污水，以指导松花江水专项污水厂的设计和运行，以期解决原规划占地不足，污水厂运行效率低下的问题，为污水厂的主体工艺建设提供技术参数。本试验通过调整工艺运行参数，找出最佳工况点；通过高压强化曝气池试验模拟深井曝气的高压环境，考察压力变化条件下的污染物降解规律、溶解氧和去除单位质量的污染物消耗的空气和氧气的量；使用高通量测序的方法手段对微生物进行多样性、差异性以及种群结构的特性研究；进行示范工程工艺与传统处理工艺经济对比分析。
　　按照马家沟河中上游的现场水质给强化脱氮除磷工艺反应器进水，通过调整厌氧段缺氧段进水比参数3:1、2:1、1:1、1:2、1:3；污泥回流比为15％、30%、50%、70%、90%；硝化液回流比150%、200%、250%、300%、350%；调整曝气池中DO为2mg/L、3mg/L及4mg/L；SRT分别为7d、10d、13d、16d来考察系统对COD、氨氮、TN、TP的去除效果，得到最佳工况点为厌氧段缺氧段进水比为1:3，污泥回流比50%，硝化液回流比为200%，SRT为13d，各个处理单元的DO水平控制如下，厌氧段0.2mg/L以下，缺氧段0.3~0.5mg/L，好氧段3.0mg/L左右。这时候反应器的进水模拟马家沟的中上游实际水质情况时，反应器出水COD、氨氮、TN、TP均可达到国家一级A排放标准。
　　高压强化曝气池试验分为定压力试验和梯度压力试验。定压力试验控制高压强化曝气池在0.0Mpa-0.7Mpa之间的某个压力条件下运行，每个压力条件运行3.0h，考察 COD、NH3-N、NO3-N、TP随时间、压力变化的去除规律。梯度压力试验控制高压强化曝气池在0.0Mpa-0.7Mpa梯度压力条件下运行，每个压力状态各运行15min、20min、25min，考察每个压力运行不同时间情况下COD、NH3-N、NO3-N、TP的降解程度，并依此规律推算松花江水专项污水厂的去除效果。通过分析定压力试验中进气量、排气量、排气中氧气含量和污染物去除效果得到了去除单位质量的污染物的空气和氧气的消耗量。试验结果表明，随着压力的增加，污染物去除效果和空气、氧气的利用率都有不同程度的增加。
　　采用高通量测序的手段对试验中微生物进行了探讨分析。试验中取的污泥样本分别为基于深井曝气的强化脱氮除磷工艺中的厌氧段、缺氧段、好氧段、工艺接种污泥和好氧段污泥经高压培养后的污泥。试验中分析了各样品间的多样性和差异性，并通过门、纲、属三个水平分析了微生物的群落组成，结合样品中微生物的组成和试验现象，来更深层次地探究深井曝气工艺的特性。
　　研究中对未来的实际工程应用进行了技术经济分析，结果表明松花江水专项污水厂采用基于深井曝气工艺的强化脱氮除磷工艺。可在出水达标的基础上，缓解用地紧张的现状，采用该工艺占地约为28600m3，约是普通工艺的50%，二级处理工艺相比于其他工艺可节省占地约80%。运行成本也大大降低，一年可节约运行费用136.88万元。
　　试验研究成果应用到松花江水专项污水厂，可达到污染物深度消减，改善松花江水质，达到污水处理中溶解氧的高效利用，实现节能降耗。解决了东北地区冬季污水处理厂占地大、效率低的难题，本项目的研究成果具有良好的社会效益、经济效益和环境效益。

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第1章 绪论

1.1课题研究背景、目的及意义

1.2生物脱氮除磷原理及工艺

1.3深井曝气工艺原理及国内外研究现状

1.4课题的来源及主要内容

第2章 试验材料与试验方法

2.1 试验用水水质

2.2 试验装置及仪器设备

2.3 试验检测项目及分析方法

第3章 基于深井曝气的强化脱氮除磷工艺的启动、运行及效能分析

3.1原水水质及其变化规律分析

3.2反应器启动

3.3厌氧段缺氧段进水比对反应器污染物去除的影响分析

3.4污泥回流比对反应器污染物去除及污泥量的影响分析

3.5硝化液回流比对反应器污染物去除的影响分析

3.6 DO与SRT对反应器污染物去除的影响分析

3.7最佳工况点确定

3.8 本章小结

第4章 高压强化曝气池试验的启动运行及污染物去除影响分析

4.1 定压力试验

4.2 梯度压力试验

4.3不同压力条件下溶解氧的利用情况分析

4.4本章小结

第5章 试验中微生物种群结构的特性研究

5.1污泥样品的DNA提取与PCR扩增

5.2微生物的多样性与差异性分析

5.3微生物的群落组成分析

5.4本章小结

第6章 工程应用的技术经济分析

6.1 松花江水专项污水厂工程介绍

6.2 工艺确定原则及对比工艺介绍

6.3技术经济比较

6.4本章小结

结论

展望

参考文献

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致谢