厌氧-低氧序批式反应器处理城市污水的研究

摘要

在厌氧-低氧序批式反应器(SBR)中，研究了不同丙酸/乙酸比例对除磷脱氮效果及对过程中的微生物代谢物聚羟基烷酸(PHA)和糖原生物转化的影响。研究结果表明：不论碳源为纯乙酸还是丙酸和乙酸的混合酸，系统中都发生了同时生物除磷脱氮现象，且在低氧阶段没有亚硝酸盐的大量积累；随着进水丙酸/乙酸碳摩尔比的增加，系统中厌氧末磷的释放量减少、PHA的合成量降低，PHV和PH2MV的代谢量占PHA的比例增大、PHB的代谢量占PHA的比例逐渐减小，低氧末出水磷含量降低、硝态氮的累积减少，胞内糖原的代谢量减少。提高进水中丙酸/乙酸比例，有助于提高厌氧-低氧生物除磷脱氮效果。 对厌氧-低氧生物除磷脱氮SBR反应器充水比的研究结果显示：随着充水比的增加，系统中厌氧末磷的释放量逐渐增加，PHV的合成量减少，PHA和PH2MV的合成量增加，糖原的代谢量增加；低氧末磷的剩余量减少，硝态氮的累积增加。充水比大则除磷效果较好，充水比小则脱氮效果较好。通过技术经济比较，充水比为0.5较适合厌氧—低氧生物除磷脱氮系统，且能获得较佳的除磷脱氮效果。 3个厌氧-低氧SBR中分别以单一城市污水(SBR-A)、城市污水和乙酸钠(SBR-B)、城市污水和剩余污泥发酵后产生的短链脂肪酸(SBR-C)为碳源的研究结果表明：采用厌氧-低氧SBR工艺处理城市污水是可行的。通过比较3个SBR反应器的除磷脱氮效果发现，外加发酵液作为补充碳源的SBR-C系统TN、总磷(TP)、COD去除效果最佳，无外加碳源的SBR-A系统TN、TP、COD去除效果略差。通过对3个SBRs中一个厌氧和低氧反应周期内反硝化产生的温室气体N2O的初步研究发现，在厌氧段3个反应器中均无N2O产生；在低氧段，3个反应器中N2O产生速率的顺序为SBR-B＞SBR-A＞SBR-C。由本研究得出，厌氧-低氧除磷脱氮SBR工艺比厌氧-好氧除磷脱氮SBR工艺可节省约25％的曝气量，发酵后的污泥比未发酵污泥脱水后的泥饼含水率约降低1.8％，剩余污泥经过厌氧发酵后约减量22％。因此，用污水处理厂剩余污泥碱性条件下产生的短链脂肪酸能够代替化学合成的乙酸钠，作为城市污水厌氧．低氧高效生物除磷脱氮的补充碳源。 在丙酸和乙酸作为混合碳源的人工合成污水中，随着丙酸/乙酸比例的增加，系统中反硝化聚磷菌在与反硝化聚糖菌的竞争过程中成为了优势菌群。通过动力学的研究发现：PHV是一种更加慢速氧化的内碳源，减慢碳源被氧气直接氧化的速率，使其更接近于低氧氨氧化速率，从而有利于低氧段反硝化的持续进行。因此，提高厌氧段PHV的合成量可能是提高厌氧．低氧同时除磷脱氮系统中除磷脱氮效果的一个重要途径。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章课题研究背景和依据

1.1生物脱氮除磷的机理

1.1.1生物脱氮机理

1.1.2生物除磷机理

1.2国内外研究现状和发展动态述评

1.2.1生物除磷脱氮传统工艺

1.2.2厌氧氨氧化

1.2.3短程硝化反硝化

1.2.4同时硝化反硝化

1.2.5反硝化除磷

1.2.6同时硝化反硝化除磷

1.2.7增强生物除磷的代谢途径

1.2.8增强生物除磷的动力学

1.3课题来源及研究目的和意义

1.3.1课题来源

1.3.2研究目的和意义

第2章研究内容、技术路线和方法

2.1研究内容

2.2技术路线

2.3试验设置与运行

2.3.1试验装置的选择

2.3.2试验设置与运行方法

2.4分析方法

2.4.1短链脂肪酸(SCFA)的测定

2.4.2 PHA的测定

2.4.3糖原的测定

2.4.4一氧化二氮(N2O)的测定

2.4.5污泥含磷量的测定

2.4.6污泥含水率的测定

2.4.7常规指标的测定

第3章进水丙酸／乙酸比例对厌氧-低氧生物除磷脱氦系统的影响

3.1试验方法

3.2结果与讨论

3.2.1厌氧-低氧生物除磷脱氮系统的驯化过程

3.2.2驯化稳定后4个SBRs在一个运行周期内的变化特征

3.2.3丙酸／乙酸比例对同时硝化反硝化率和总氮(TN)去除率的影响

3.2.4丙酸／乙酸比例对PHA转化的影响

3.2.5 PHA各组分低氧降解与同时硝化反硝化率关系

3.2.6丙酸／乙酸比例对糖原代谢的影响

3.2.7丙酸／乙酸比例对COD去除率及磷释放、吸收和去除率的影响

3.2.8 SOP去除率与PHA转化的关系

3.3厌氧-低氧系统中反硝化菌群的研究

3.3.1试验目的和方法

3.3.2试验结果与讨论

3.4本章小结

第4章厌氧-低氧生物除磷脱氦系统的动力学研究

4.1低氧段NH4+-N的降解动力学

4.2低氧段PHB降解动力学

4.3低氧段PHV降解动力学

4.4低氧段PH2MV降解动力学

4.5本章小结

第5章充水比对厌氧-低氧生物除磷脱氮系统的影响

5.1试验方法

5.2结果与讨论

5.2.1不同的充水比对短链脂肪酸利用的影响

5.2.2不同的充水比对糖原转化的影响

5.2.3不同的充水比对PHA转化的影响

5.2.4充水比的改变对硝化、反硝化及氮去除的影响

5.2.5充水比的改变对磷的释放和吸收及去除率的影响

5.2.6充水比的改变对pH变化的影响

5.3本章小结

第6章厌氧-低氧序批式反应器处理投加不同比例发酵液城市污水的试验研究

6.1试验方法

6.1.1污泥来源

6.1.2城市污水来源及主要成分

6.1.3剩余污泥碱性条件下发酵生产短链脂肪酸

6.1.4剩余污泥发酵液中氮和磷的回收

6.1.5厌氧-低氧污水除磷脱氮SBR反应器设置及运行

6.2结果与讨论

6.2.1三个SBR的驯化过程

6.2.2三个SBR中含氮物质的生物转化比较

6.2.3三个SBR中COD及磷的生物转化比较

6.2.4城市污水中发酵液加入量对系统的影响

6.2.5三个SBR中反硝化气体产物N2O的比较

6.2.6发酵液作为城市污水补充碳源的减量化和资源化研究

6.3本章小结

第7章结论与建议

7.1结论

7.2不足与建议

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果