Orbal氧化沟强化生物脱氮的中试研究

摘要

由于氮磷等植物性营养盐引起的水体富营养化问题仍然是当今世界各国面临的主要水体污染问题之一。随着经济社会的发展，我国的污水处理事业得到了不断的发展，污水处理率逐年升高，但是水体富营养化问题依然严重。从整体上来说，我国污水厂运行管理水平较低，运行成本偏高，处理效果较差；同时对于新技术的开发能力和引进技术的吸收水平较低。逐步推广和发展污水脱氮除磷技术，实现已建成污水处理厂的脱氮除磷运行和节能改造，开发高效的脱氮除磷新技术显得尤为重要。
　　本文采用目前在国内城市污水处理厂中得到广泛使用的Orbal型氧化沟为研究对象，采用有效容积为330升的中试系统分别研究了典型城市污水和低碳比的生活污水条件下，强化脱氮的控制条件和节能运行策略，分析了Orbal氧化沟生物脱氮的机理，旨在为污水处理厂的改造提供参考数据。同时针对生活污水碳氮比低、反硝化过程碳源不足的特点，首次提出并成功实现了常温条件下，控制低溶解氧实现实际生活污水短程硝化的理论方法。
　　采用Orbal氧化沟处理城市污水的试验过程中，分别考察了不同溶解氧浓度、不同碳氮比和不同污泥回流比条件下，系统的总氮去除效果，提出了限量曝气，降低外沟道溶解氧，强化外沟内同时硝化反硝化作用实现强化脱氮和节能运行的方法。在水力停留时间为16.5小时，污泥浓度为3000mg/L，污泥回流比为100％，外沟，中沟和内沟DO分别为0.4mg/L，1.5mg/L和2.5mg/L的条件下，实现总氮去除率平均达到75.2%，出水总氮浓度在10mg/L以下。
　　采用Orbal氧化沟处理实际生活污水的过程，研究了在原水低碳氮比条件下，实现Orbal氧化沟强化脱氮的控制方法：采取低溶解氧，高污泥浓度和控制适当的污泥回流比实现利用内碳源的同时硝化反硝化作用；在原水平均碳氮比为2.75，水力停留时间控制在16.5小时，污泥浓度控制在5500mg/L，污泥回流比为150%的条件下，通过控制外沟，中沟和内沟的溶解氧分别为0.1，0.4和0.7mg/L，实现了平均总氮去除率达到72.1%。随着总氮去除的加强，系统成功克服了主要由于污水水质引起的非丝状菌膨胀；同时在低溶解氧运行过程中，未发生丝状菌膨胀。
　　对于中试系统中同时硝化反硝化生物脱氮的发生机理进行了探讨。采用批次正交试验对于新的微生物菌种（自养反硝化，异养硝化和好氧反硝化菌）对于同时硝化反硝化过程的作用做了定性评价。结果显示，这些能够进行非常规代谢途径的微生物对于系统脱氮的影响可以忽略不计。而由于点源曝气和低溶解氧运行导致的各类宏观和微观的缺氧环境的存在，导致普通异养菌的反硝化作用的显著发生，是系统内总氮损失的主要原因。
　　为了实现低碳氮比生活污水的高效脱氮，在小试SBR系统中进行了生活污水的短程硝化研究。在反应温度23℃和平均溶解氧浓度为0.32mg/L条件下，成功实现了实际生活污水的短程硝化：亚硝酸盐积累率在90%以上，氨氮去除率在80%以上。利用反应过程中DO和pH的特征点，成功实现了对于短程硝化系统的曝气时间控制。对于曝气时间的在线控制，不仅可以节省曝气能耗，提高反应器运行效率，最重要的是对于稳定短程硝化系统具有特别意义。结合DO和pH的在线曝气时间控制，在系统内平均溶解氧达到1.5mg/L的条件下，仍然稳定维持了95%以上的亚硝酸盐积累率，氨氮去除率接近100%。
　　本研究采用中试试验模型，在同实际城市污水处理厂基本相同的工况条件下，首次系统地研究了Orbal氧化沟处理典型城市污水和低碳氮比的生活污水的强化脱氮过程，获得大量有价值的数据资料；尤其提出了低溶解氧，高污泥浓度运行的脱氮运行和节能控制方法，旨在对于实际污水厂的升级改造提供参考。同时，创新地提出了常温条件下控制低溶解氧实现生活污水的短程硝化的理论方法，大大拓展了短程硝化理论方法的实现条件和应用范围，推进了低碳氮比污水的脱氮研究工作。

目录

高守有

博士论文

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摘 要

Abstract

第1章 绪 论

第2章 试验材料与方法

第3章 Orbal氧化沟处理城市污水的研究

第4章 Orbal氧化沟处理生活污水的研究

第5章 Orbal氧化沟生物脱氮的机理研究

第6章 常温低溶解氧生活污水短程硝化系统的研究

结 论

参考文献

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致 谢

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