基于固相反硝化和吸附除磷的低碳源污水脫氮除磷技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國地表水體和地下水體中氮磷污染的問題日漸突出，提高污水廠的污染物排放標準成為控制水污染最直接有效的方法。污水中有機物的濃度是保證污水處理廠脫氮除磷效果、氮磷污染物達標排放的關(guān)鍵。但是，我國城鎮(zhèn)污水低碳源化的發(fā)展趨勢給污水廠的脫氮除磷帶來了更大的壓力和挑戰(zhàn)。作者在全面評述現(xiàn)有低碳源污水解決方案的基礎(chǔ)上，認為導(dǎo)致現(xiàn)有解決方案工藝流程復(fù)雜、運行控制要求高、運行條件苛刻，應(yīng)用局限性較強等系列問題的原因不僅僅是工藝技術(shù)的問題，還存在方法的問

2、題，研究新的脫氮除磷方法更為重要。目前，固相反硝化脫氮和動態(tài)吸附除磷是近年來頗受關(guān)注的污水脫氮除磷新技術(shù)，可以從根本上解決生物脫氮和除磷對進水碳源的依賴，為低碳源污水的脫氮除磷處理提供了新的思路和方法。
　　為促進固相反硝化和動態(tài)吸附除磷工藝的研究和發(fā)展，尤其是促進其在低碳源污水同步脫氮除磷中的實際應(yīng)用。本論文以低碳源污水為研究對象，結(jié)合連續(xù)流和間歇試驗，進行了固體碳源材料的篩選和除磷吸附材料的制備研究。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了固相反硝

3、化濾池(SPDB)工藝和除磷吸附床(PRAB)工藝，考察了兩種工藝的脫氮除磷效果及其影響因子。同時，為拓寬這兩種工藝的應(yīng)用范圍，首次構(gòu)建了混凝沉淀-硝化濾池-固相反硝化濾池-除磷吸附床(CS-BAF-SPDB-PRAB)和序批式生物膜反應(yīng)器-固相反硝化濾池-除磷吸附床(SBBR-SPDB-PRAB)兩套組合工藝，重點研究了BAF和SPDB之間工況的匹配和SBBR運行參數(shù)的優(yōu)化，并從微生物群落結(jié)構(gòu)的角度深入分析了運行參數(shù)對脫氮性能影響的機

4、理。最后，在上述研究的基礎(chǔ)上，考察了兩套組合工藝在處理低碳源生活污水實際應(yīng)用中的脫氮除磷表現(xiàn)。得到了以下主要試驗結(jié)論：
　　①固體碳源材料的類型、理化性質(zhì)及填充方式均對反硝化效果有明顯的影響。材料類型方面，在相同分子量條件下，PCL的可生物降解性和反硝化性能均優(yōu)于PBS；在理化性質(zhì)方面，PCL的可生物降解性能和反硝化性能隨分子量的增加而降低，而PCL材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)對反硝化的影響程度大于PCL分子量的影響；在填充方式上，顆

5、粒堆積的填充方式在低HRT條件的脫氮效率要明顯優(yōu)于斜板折流的填充方式。在除磷吸附材料方面，在聚氨酯泡沫和多孔水化硅酸鈣混合液的體積比2.56:1的條件下，在多孔水化硅酸鈣混合液中各成分的含量為：水性聚氨酯濃度100 g/L,水化硅酸鈣12 g,水性聚氨酯50 ml時，制備的除磷吸附材料具有最佳的除磷效果。
　?、谠赟PDB中，HRT和進水ρ(CODCr)對硝酸鹽去除率的交互效應(yīng)極顯著(P<0.001)，而進水ρ(NO3-N)和進水

6、ρ(CODCr)、HRT和進水ρ(NO3-N)對硝酸鹽去除率的交互效應(yīng)不顯著(P>0.05)。同時，構(gòu)建的硝態(tài)氮去除率預(yù)測模型的預(yù)測值與實測值吻合良好，相對誤差小，可以準確預(yù)測SPDB對低碳源污水的脫氮效果。此外，預(yù)測模型獲得的最佳運行條件為：HRT3.5 h,進水ρ(NO3--N)14.73 mg/L,和進水ρ(CODCr)15.00 mg/L。在該條件下，SPDB的最大硝態(tài)氮去除率可達99.23％。
　?、墼赑RAB中，HRT

7、、進水ρ(PO43-P)、溫度、初始pH值，HRT與進水ρ(PO43-P)、溫度、初始pH值的交互作用以及進水ρ(PO43-P)和溫度、初始pH值的交互作用對磷酸鹽的去除具有顯著影響(P＜0.05)，而溫度和初始pH值的交互作用對磷酸鹽的去除影響不顯著。同時，磷酸鹽去除率的預(yù)測模型極顯著，模型預(yù)測值與實測值吻合良好，可以準確預(yù)測PRAB的除磷效果。此外，預(yù)測模型獲得的最佳運行條件為：HRT為79.77 min，進水ρ(PO43--P)為

8、1.70 mg/L，溫度為34.04℃，pH為9.68。在該條件下，PRAB對磷酸鹽的去除率可以達到93.46%。
　?、茉贑S-BAF-SPDB-PRAB組合工藝的BAF-SPDB單元中，為了同時獲得理想的硝化和反硝化效果，BAF進水中的C/N比應(yīng)控制在3:1；氣水比應(yīng)設(shè)定為4:1，BAF和SPDB的HRT分別為3.5 h和1.5h，溫度應(yīng)該維持在20℃以上。同時，宏觀運行參數(shù)對BAF和SPDB處理效果的影響和微觀微生物群落的動

9、態(tài)變化直接相關(guān)。在BAF中，氨氧化菌(Candidatus Nitrospira defluvii)和亞硝酸鹽氧化菌(Nitrosomonas sp.Nm47)的組成、數(shù)量與活性隨氣水比、溫度和進水氨氮負荷的變化直接決定了 BAF中硝化效果的好壞，而SPDB中固體碳源降解反硝化微生物Pseudomonas sp、Myxobacterium AT3-03和異養(yǎng)反硝化菌Dechloromonas agitate、Thauera aminoa

10、romatica、Comamonas granuli和Rubrivivax gelatinosus的群落結(jié)構(gòu)的變化直接決定了SPDB中有機碳源的釋放和反硝化效能的優(yōu)劣。
　?、菰赟BBR-SPDB-PRAB組合工藝中，SBBR單元在運行周期時間為3 h/周期，曝氣量為3.8 m3/(h·m3)的條件下不僅可實現(xiàn)穩(wěn)定的硝化效果和較高的脫氮效率，同時還可顯著提高容積去除效率和降低能耗。同時，SBBR具有很強的抗低溫能力。在10℃的低溫

11、條件下，SBBR對氨氮的平均去除率可維持在82.7%。SBBR系統(tǒng)中對硝化作用起主導(dǎo)作用的微生物為亞硝化單胞菌(Nitrosomonas)和硝化螺旋菌(Nitrospira)；陶厄氏菌屬(Thauera)細菌是該系統(tǒng)中的主要反硝化菌；Bacteroidetes為SBBR系統(tǒng)中主要的聚磷菌；Trichococus和Saprospiraceae uncultured是SBBR系統(tǒng)中的主要有機物降解菌。
　　⑥CODCr濃度為149~1

12、85.3 mg/L，氨氮為25.6-38.5 mg/L，總磷3.52-7.76 mg/L的低碳源生活污水經(jīng)CS-BAF-SPDB-PRAB組合工藝處理后，NH4+-N和TN和TP的平均去除率分別高達97.6%、91%和97%，出水NH4+-N、TN、TP和CODCr的平均濃度分別為0.77 mg/L、3.3 mg/L、0.16 mg/L和15.0 mg/L，遠低于一級A標。
　?、咴谏钗鬯?CODCr為93~140mg/L、N

13、H4+-N為34~36 mg/L、TN為41~45mg/L、TP為3.7~7.8的條件下，SBBR-SPDB-PRAB組合工藝在最佳的運行條件下，對TN和TP的平均去除率可分別達到90%和95.6%，出水TN和TP平均濃度分別為4.23 mg/L和0.21 mg/L。出水CODCr平均值為25mg/L，遠低于一級A標。
　?、咴谏钗鬯腃ODCr為93~140mg/L、NH4+-N為34~36 mg/L、TN為41~45mg/L