城市污水厂污泥水处理及生物添加强化脱氮中试研究

摘要

城市污水处理厂污泥处理过程产生的废水(简称污泥水)具有氨氮浓度高、碳氮比低的特点,虽然其水量仅占进水量的1％～3%,但氮负荷却高达进水的15%～25%。现有的处理方式为将该废水回流至进水井进行循环处理,由此造成污水处理系统的实际氮负荷高于设计负荷,出水水质不达标。本研究探讨对污泥水进行单独处理,同时富集硝化菌,并对污水处理系统进行生物添加,从而达到既处理污泥水又增强污水处理系统硝化能力的双重目的的可行性。进行了污水处理系统(主流)的无接种快速启动和运行研究,污泥水处理系统(侧流)的接种启动和运行的研究,利用侧流系统富集的硝化菌对主流系统进行生物添加强化硝化技术的研究。主要结论如下:
　　(1)城市污水处理厂活性污泥系统的自培养启动与进水中的悬浮物含量密切相关。通过微生物计数统计,经初沉池处理后的污水中所含细菌总量仅占原水细菌总数8.8%,原水中有91.2%的细菌在初沉池随悬浮物的沉淀而去除。利用未经初沉池处理的原水进行自培养启动试验,经11d后反应器内可形成良好的活性污泥, MLSS可达到2000mg/L以上，出水COD达到50mg/L以下,15d后出水氨氮和亚硝酸盐氮浓度低于检测限,硝酸盐氮浓度稳定在25mg/L以上，完成硝化菌培养。
　　(2)通过接种初沉污泥进行活性污泥系统的启动,运行9d后,出水中COD浓度低于50mg/L,出水中氨氮浓度低于1mg/L。初沉污泥中的细菌总数可高达1.70×1010cells/mL,可以作为城市污水处理厂快速启动的接种污泥。此外,当处理系统活性污泥流失时,可利用初沉污泥随时进行接种,便于活性污泥系统的日常维护和稳定运行。
　　(3)采用假连续流O/A工艺可对污泥水(侧流)进行高效处理,同时富集硝化菌。控制系统的SRT为15d,HRT为32h,经过64d的运行后达到稳定。在稳定状态下,进水氨氮负荷平均达到0.484kgNH4+-N/(m3?d),出水氨氮和亚硝酸盐氮浓度稳定在5mg/L以下,污泥中AOB(氨氧化菌)总数(以Nitrsomonas europaea/Nitrosococcus mobilis和Nitrosospira之和计)可达108.82～108.86cell/mL, NOB总数(以Nitrobacter和Nitrospira之和计)可达108.58～108.63cell/mL,折算为处理每升污泥水产生35.2mg的硝化菌。AOB的优势菌由接种时的氨氧化螺旋菌(Nitrosospira)转变为氨氧化单胞菌(Nitrsomonas europaea/Nitrosococcus mobilis), NOB(亚硝酸盐氧化菌)未发现明显变化;污泥的最大比氨氧化速率(AUR)为12.43 mgNH4+-N/( gMLSS·h),最大比亚硝酸盐氧化速率(NUR)为13.18mg NO2--N/( gMLSS·h)。
　　(4)A2/O工艺(主流)中各区容积比是影响其脱氮除磷性能的重要因素。在水力停留时间10.1h的条件下,当厌氧区、缺氧区和好氧区的容积比为1:2:7.1时,出水中 COD、氨氮、总氮和磷酸盐浓度的平均值分别为16.98mg/L、0.81mg/L、24.75mg/L和2.45mg/L,对COD、氨氮、总氮和磷酸盐的去除率分别达91.4%、97.8%、54.4%和27%;当厌氧区、缺氧区和好氧区的容积比为1:1.7:2.4时,出水中COD、氨氮、总氮和磷酸盐浓度的平均值分别为28.92mg/L、5.95mg/L、21.97mg/L和0.41mg/L,对COD、氨氮、总氮和磷酸盐的去除率分别达88.4%、84.4%、59.8%和85%;缩短好氧区水力停留时间,将导致硝化效果下降,从而使得污泥回流中的硝酸盐浓度降低,减小了反硝化菌在厌氧区与聚磷菌对有限基质的竞争,同时,由于厌氧区水力停留时间的延长,有利于原水中颗粒态有机物的水解产生 VFA,使聚磷菌进行充分释磷,达到提高系统除磷能力的目的;缺氧区水力停留时间的延长,为反硝化菌提供了充足的反硝化时间,提高系统脱氮效果。
　　(5)利用侧流富集的硝化菌进行生物添加后,主流系统活性污泥的AUR和NUR分别由添加前的2.61 mgNH4+-N/(gMLSS?h)和2.38mgNO2--N/(gMLSS?h)提高至添加后的5.32 mgNH4+-N/(gMLSS?h)和3.81mgNO2--N/(gMLSS?h),系统的氨氧化和亚硝酸氧化能力均得到了增强,相应的氨氮去除率提高30%以上。
　　(6)生物添加后,A2/O系统的除磷能力也得到提高,PO43-的去除率由生物添加前的63.44%提高到添加后的89.15%,生物添加对生物除磷有一定的促进作用。
　　中试试验结果证明利用城市污水处理厂产生的污泥水富集硝化菌并对污水处理系统进行生物添加,可以实现强化污水处理系统的硝化能力和优化微生物种群的双重目的。

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1 绪 论

1.1 污水生物脱氮除磷理论及研究现状

1.2 厌氧-缺氧-好氧（A2/O）工艺

1.3 污泥水富集硝化菌及强化硝化技术

1.4 课题背景

2 中试装置和分析方法

2.1 中试装置设计、加工与安装

2.2 清水试验

2.3 中试系统主要设备仪器和分析方法

2.4 试验污水

3 A2/O（主流）系统的启动与运行

3.1 前言

3.2 启动研究

3.3 系统运行

4 侧流系统的启动与运行

4.1 前言

4.2 侧流系统启动与运行

4.3 试验结果与讨论

4.4 小结

5 生物添加强化脱氮工艺中试研究

5.1 前言

5.2 结果与讨论

5.3 小结

6 结论

致谢

参考文献

攻读博士学位期间论文和发明