低碳源污水高效低耗生物化学协同除磷技术研究

摘要

目前，城镇污水的低碳源化现象较为普遍，投加外碳源保障除磷脱氮效果已成为大多数污水厂不得不采取的措施，降低污水处理的运行成本已成为低碳源污水处理技术亟待解决的难题。生物除磷则是利用聚磷菌的好氧超量吸磷能力来实现的。前期研究发现，经好氧超量吸磷后，溶液中磷酸盐的浓度经常出现趋近于零的现象，这种情况间接表明生物主动吸磷过程是不受溶液平衡浓度限制的。基于高效低耗处理低碳源污水除磷的目标要求，在分析生物除磷和化学除磷各自优势的基础上，从满足越来越严格的污水排放要求和降低污水处理运行费用的角度出发，构建了部分好氧污泥外碳源强化厌氧释磷、侧流化学除磷、好氧磷匮乏强化生物主动吸磷的低碳源污水高效低耗生物化学协同除磷技术。围绕该技术的开发，以COD为120～213 mg/L、COD/TP为23.6的低碳源污水为对象，研究了低碳源污水侧流除磷性能、低碳源污水强化厌氧释磷方法，最后研究了低碳源污水高效低耗生物化学除磷系统中外循环好氧富磷污泥的强化厌氧释磷效果，以此结果为依据设计外循环污泥量及相应的碳源投加量，并对其处理低碳源污水的除磷效果进行了探讨，结果表明：　　①侧流除磷系统初始MLSS=3.5 g/L，采用人工调节后的低碳源校园生活污水作为处理进水同时在厌氧段投加COD=100 mg/L的混合碳源。在侧流除磷系统内分三阶段按照5%、7.5%和10%的侧流比排放厌氧段富磷污水，出水TP浓度分别为0.67、0.08和0.06 mg/L。侧流比为7.5%情况下系统运行稳定，时常出现TP浓度低于0.01 mg/L的现象，获得超低磷出水；5%侧流比下排水除磷量偏低，出水无法达标排放；10%侧流比偏高，过多的排水除磷量导致系统储磷量下降，聚磷菌活性受到影响，无法维持长久的高效除磷效果。侧流除磷技术处理出水平均TP浓度为0.07 mg/L，且经常能够获得超低磷出水，比传统生物除磷出水TP约0.25 mg/L的除磷效果更好；侧流除磷技术的铝盐投加量仅为传统生物除磷的0.42～0.85，比传统生物除磷更加低耗。　　② 研究了碳源种类对聚磷菌厌氧释磷的影响，乙酸、丙酸、葡萄糖为碳源时系统释磷平衡后的比污泥释磷率分别为26.73、16.59、6.13 mgP/gMLSS，乙酸和丙酸这类VFAs做碳源的释磷效果要远优于葡萄糖这种非VFAs为碳源；研究碳源投加方式对聚磷菌厌氧释磷的影响，发现以乙酸为碳源时一次性投加和分三次投加的释磷速率和比污泥释磷率基本保持一致，而分三次投加葡萄糖相比于一次性投加平衡释磷浓度提高了23.7%，说明分段投加对非VFAs为碳源的系统有效，而对VFAs类无明显影响，若进水碳源以VFAs为主，一次性进水更为便宜；研究丙/乙酸比例对聚磷菌厌氧释磷的影响，设置了纯乙酸、丙酸/乙酸物质的量比 0.5、1、2、纯丙酸五个梯度，发现VFAs降解速率随丙酸/乙酸比例升高而增大，丙酸/乙酸比例对一次释磷影响不大，却会影响二次释磷，进而影响最终释磷平衡浓度，乙酸占比越高，释磷平衡浓度越高，当以纯乙酸为碳源时是最高的，比污泥释磷率可达26.11 mgP/gMLSS，因此，纯乙酸一次性投加时的强化释磷效果最佳，且操作便宜。　　③ 以强化厌氧释磷池的好氧富磷污泥为研究对象，选择乙酸为碳源，研究发现在本低碳源污水高效低耗生物化学除磷系统内，好氧污泥的最大比污泥释磷率为26.01 mgP/gMLSS；研究该系统好氧富磷污泥达到最大比污泥释磷率下的最低碳源需求量，发现吸收1 mg的HAc-COD会诱导释放0.4924 mgP，从分子比的角度来看，每吸收1mol HAc约释放1molPO43-，则每1g富磷污泥能释放约26.01 mg磷，同时需要52.82mg HAc-COD。在低碳源污水高效低耗生物化学协同除磷系统中，主流SBR系统碳源浓度低设置厌氧1h，外循环污泥厌氧释磷池碳源充足厌氧2h，此运行条件下可以观察到多数时间其出水TP浓度＜ 0.01 mg/L，实现了超低磷出水的高效除磷效果，超量吸磷 108.6 mg，远高于普通侧流除磷系统的超量吸磷量。该低碳源污水高效低耗生物化学协同除磷技术处理低碳源污水达到出水超低磷排放，且相比传统生物除磷+末端化学除磷技术能节约化学药剂成本，相比普通侧流富磷污水除磷技术能节约外碳源投加量，最终实现了低碳源污水的高效低耗生物化学协同除磷。

目录

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2.1 生物除磷的机理

1.2.2 侧流除磷的研究现状

1.2.3 传统生物除磷的研究现状

1.2.4 含磷污水化学处理药剂投加量分析

1.3 低碳源污水的强化厌氧释磷技术

1.3.1 碳源种类

1.3.2 碳源浓度

1.3.3 碳源投加方式

1.4 高效低耗生物化学协同除磷技术

1.5.1 课题的提出

1.5.2 研究目的及主要内容

1.5.3 关键技术

1.5.4 课题来源

2 试验装置与研究方法

2.1.1 侧流除磷

2.1.2 传统生物除磷

2.1.3低碳源污水高效低耗生物化学协同除磷技术

2.2 主要研究内容及研究方法

2.2.1 低碳源污水侧流除磷技术的研究

2.2.2 低碳源污水强化厌氧释磷技术的研究

2.2.3 低碳源污水高效低耗生物化学协同除磷技术的除磷效果

2.3.1 试验用水

2.3.2 接种污泥

2.3.3 测试与分析方法

3 低碳源污水侧流除磷技术的研究

3.1.1 活性污泥的培养

3.1.2 富磷污泥的驯化

3.2 低碳源污水侧流除磷效果及高效低耗分析

3.2.1 侧流除磷技术的TP去除效果

3.2.2 对比传统生物除磷的高效低耗分析

3.3 本章小结

4 低碳源污水强化厌氧释磷技术的研究

4.1 碳源种类

4.1.1 对释磷过程的影响

4.1.2 对释磷量的影响

4.2 投加方式

4.2.1 对释磷过程的影响

4.2.2 对释磷量的影响

4.3 丙/乙酸比例

4.3.1 对COD降解过程的对比

4.3.2 对释磷过程的影响

4.3.3 对释磷量的影响

4.3 本章小结

5 低碳源污水高效低耗生物化学协同除磷技术的除磷效果

5.1 强化外循环富磷污泥厌氧释磷效果的研究

5.1.1 系统外循环富磷污泥最大比污泥释磷率的研究

5.1.2 最大比污泥释磷率下最低碳源需求量的研究

5.1.3 外循环污泥量的确定

5.1.4 对比侧流除磷技术的低耗分析

5.2.1 对TP的去除结果

5.2.2 对TP的去除过程

5.3 本章小结

6 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

附录

学位论文数据集

致谢