多點(diǎn)進(jìn)水階段分離活性污泥污水處理工藝——試驗(yàn)研究和模型建立.pdf

1、本文設(shè)計(jì)并研究了厭氧/缺氧/好氧多相生物工藝——多點(diǎn)進(jìn)水階式工藝(PITSF)，用以處理動(dòng)態(tài)的生活污水，在連續(xù)流多箱系統(tǒng)中通過(guò)改變曝氣模式和流程達(dá)到有機(jī)物濃度的動(dòng)態(tài)變化。PITSF工藝在控制上類似SBR工藝，空間上類似AA/O工藝。事實(shí)上，PITSF工藝更像常見的多箱工藝，比如AA/O或者UCT工藝，但是該工藝在沒(méi)有混合液回流設(shè)備的情況下也能夠達(dá)到混合液自動(dòng)回流的目的，另外該工藝的污泥回流量也較小。PITSF工藝中的流向通過(guò)進(jìn)水位置的不

2、同來(lái)改變。這是PITSF工藝和其它常見工藝的主要區(qū)別。因此，PITSF工藝能夠達(dá)到節(jié)能的目的，另外還包括結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間，操作靈活，容易維護(hù)和管理等優(yōu)點(diǎn)。交替控制能夠?qū)崿F(xiàn)每個(gè)池不同的厭氧/缺氧/好氧狀態(tài)，從而達(dá)到去除有機(jī)物和強(qiáng)化脫氮除磷的目的。PITSF工藝不是一種穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的工藝，因?yàn)槭艿讲煌乃ψ饔?，不同的污泥濃度以及進(jìn)水的波動(dòng)等。
　　PITSF設(shè)備是由一個(gè)長(zhǎng)方體的盒子組成，通過(guò)隔板分成了6個(gè)反應(yīng)池。前5個(gè)池子的尺寸為(2

3、80×240mm)，都配有攪拌器和曝氣裝置，用來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的厭氧/缺氧/好氧狀態(tài)。最后一個(gè)池子是沉淀池。該研究中主要用到的設(shè)備包括:實(shí)驗(yàn)裝置（860×535×905mm），蠕動(dòng)泵，攪拌器，PLC可編程控制器，LCD顯示屏，進(jìn)水電磁閥，出水電磁閥，曝氣電磁閥，排泥電磁閥，PVC管等。PITSF設(shè)備的有效水深為700mm，總深為900mm，一個(gè)完整的周期包括上、下半周期，上半周期分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ階段，下半周期分為Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ階段。根據(jù)不同的生物反

4、應(yīng)，進(jìn)水被打進(jìn)缺氧和厭氧池，在每一階段內(nèi)都可以實(shí)現(xiàn)AA/O工藝的作用。每個(gè)階段的運(yùn)行時(shí)間通過(guò)生化反應(yīng)來(lái)確定，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定的階段Ⅰ,Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ和Ⅵ的運(yùn)行時(shí)間分別為3，2.5，2，3，2.5，2小時(shí)。
　　污泥培養(yǎng)階段
　　該研究所用的污水來(lái)自無(wú)錫分校的檢查井。種泥取自無(wú)錫污水處理廠。經(jīng)過(guò)39天的污泥培養(yǎng)，PITSF能夠達(dá)到較高穩(wěn)定的去除效率，COD、NH4+-N、TN、TP的去除率分別達(dá)到87％、92％、76％、8

5、9％以上。
　　工藝參數(shù)的優(yōu)化
　　水力停留時(shí)間HRT，污泥齡SBR，曝氣量，污泥回流比對(duì)PITSF工藝性能的影響較大，因此，本文對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行了研究?jī)?yōu)化。結(jié)果顯示，延長(zhǎng)HRT能夠提高COD，NH4+-N，和TN的去除效果，但是高于18h后對(duì)去除效果影響較小。最優(yōu)污泥齡為13d，HRT為15-18d，水/氣比為10％，污泥回流比為35％。優(yōu)化后工藝的處理效果為COD，91％;NH4+-N，93％;TN，77％;TP，90.3

6、％。能夠滿足排水標(biāo)準(zhǔn)A。
　　PITSF工藝營(yíng)養(yǎng)物去除的離線分析
　　在固定的時(shí)間控制下，本文研究了PITSF每個(gè)反應(yīng)池中工作機(jī)構(gòu)，運(yùn)行時(shí)間，營(yíng)養(yǎng)物的生物去除反應(yīng)。通過(guò)分析在每一個(gè)階段中完成主要的生物反應(yīng)研究了該工藝的設(shè)計(jì)特色。這意味著在同一個(gè)反應(yīng)池中有若干的反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，涉及到厭氧釋磷，缺氧反硝化，好氧硝化以及同步硝化反硝化等。該研究中進(jìn)水各指標(biāo)分別為:COD、NH4+-N、NO2--N、NO3--N、TN、TP濃度平均值

7、分別為202mg/L、29.4mg/L、0.98mg/L、0.12mg/L、49.7mg/L、3.32mg/L，水溫介于7～26℃。
　　1.反應(yīng)池在階段Ⅰ和階段Ⅱ是完全混合的，在階段Ⅲ中它是作為SBR反應(yīng)池。1＃反應(yīng)池主要進(jìn)行了缺氧反硝化，厭氧釋磷以及好氧硝化和吸磷作用。
　　2.反應(yīng)池在兩個(gè)半周期中采用了不同的進(jìn)水方式，在階段Ⅰ進(jìn)行了厭氧釋磷反應(yīng)，在階段Ⅱ進(jìn)行了好氧硝化，吸磷以及同步硝化反硝化作用，在階段Ⅲ進(jìn)行了缺氧反硝

8、化作用。
　　3.反應(yīng)池在上下半周期中的狀態(tài)是對(duì)稱的，在階段Ⅰ進(jìn)行了好氧硝化，有機(jī)物去除，吸磷以及同步硝化反硝化作用，在階段Ⅱ進(jìn)行了缺氧反硝化作用，在階段Ⅲ進(jìn)行了厭氧釋磷反應(yīng)。
　　4.反應(yīng)池在階段Ⅰ處于缺氧狀態(tài)，進(jìn)行了同步硝化反硝化作用，在階段Ⅱ和階段Ⅲ，4#池處于厭氧狀態(tài)，進(jìn)行了厭氧釋磷，還有反硝化作用，它能夠改善釋磷速率，存貯PHA，使其在5#反應(yīng)池能夠直接利用。
　　5.反應(yīng)池在上半周期處于好氧狀態(tài)，主要進(jìn)行硝

9、化、吸磷以及有機(jī)物降解反應(yīng)。5#反應(yīng)池的主要作用是保證出水的穩(wěn)定性。
　　固定時(shí)間控制系統(tǒng)中，COD、NH4+-N，TN和TP的去除率分別達(dá)到90.09％±1.03，94.33±2.13％，78.83±0.89％和90.67±2.21。經(jīng)過(guò)三個(gè)月的運(yùn)行，出水可滿足中國(guó)污水排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。
　　PITSF工藝在線監(jiān)測(cè)參數(shù)的分析(ORP，pH以及DO)
　　在該研究中，實(shí)時(shí)控制被證明可以用來(lái)

10、對(duì)PITSF工藝進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化，主要的參數(shù)包括:pH，DO，OPR以及NH4+-N，NO3--N，TN以及TP。曝氣過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出:DO和pH的拐點(diǎn)能夠用來(lái)指示硝化反應(yīng)的結(jié)束，尤其是在pH變化線上的“氨谷”。好氧狀態(tài)下，2#反應(yīng)池中DO的拐點(diǎn)能夠用來(lái)區(qū)分同步硝化反硝化反應(yīng)的發(fā)生。通過(guò)對(duì)缺氧狀態(tài)下反應(yīng)池的分析得出，ORP和pH的拐點(diǎn)能夠用來(lái)區(qū)分反硝化反應(yīng)的結(jié)束。另外，該研究發(fā)現(xiàn)，dORP/dt變化線存在谷點(diǎn)，它可以用來(lái)確定同步反硝

11、化以及反硝化除磷的反應(yīng)。通過(guò)對(duì)厭氧狀態(tài)下反應(yīng)池的分析得出，ORP降到了最低，在釋磷結(jié)束的時(shí)候，它變得平坦。結(jié)果顯示，盡管在釋磷結(jié)束時(shí)，ORP和pH都會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)，但是釋磷結(jié)束的時(shí)候它們都變得平坦，并沒(méi)有觀察到特別明顯的特征點(diǎn)。因此，本文采用dORP/dt和dpH/dt來(lái)確定厭氧釋磷的終點(diǎn)。在該研究中建立了有效可行的實(shí)時(shí)控制策略，通過(guò)控制DO，pH以及ORP參數(shù)來(lái)提高PITSF的處理效果。
　　通過(guò)同步硝化反硝化和短程硝化強(qiáng)化營(yíng)養(yǎng)物去

12、除
　　在本文研究中，通過(guò)維持第一個(gè)好氧池中的溶解氧在1.4mg/L以下，可以實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化或者異養(yǎng)硝化作用。在PITSF工藝中探究了影響該過(guò)程的幾個(gè)因素（DO，C/N比以及pH）。實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后的參數(shù)值分別為，DO為1.3mg/L，COD/N比為7.21，pH為7.14，同步硝化反硝化速率達(dá)到65-69.7％，TN，NH4+-N，COD，TP的去除率分別為76.7％，94％，85.3％和90.4％，滿足污水排放A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

13、　　該研究中，長(zhǎng)期（8個(gè)月）運(yùn)行PITSF工藝，在該過(guò)程中通過(guò)檢測(cè)亞硝酸鹽探究短程硝化的機(jī)理，主要考慮了較低的DO和HRT。結(jié)果顯示:在低DO(0.5-0.8mg/L)和低HRT的條件下，能夠強(qiáng)化亞硝酸鹽累積速率(NAR)。另外，13d的HRT對(duì)于亞硝酸鹽的累積非常重要，為保證一定的NAR，DO值不能低于0.2-0.3mg/L。
　　對(duì)于工程應(yīng)用來(lái)說(shuō)，PITSF工藝是一種高效的工藝流程，這主要是因?yàn)?最后一個(gè)好氧池中能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的

14、(94％)的短程硝化反應(yīng)，考慮到較低的碳源需求和曝氣能耗，其對(duì)于低COD的生活污水來(lái)講是非常有利的。
　　通過(guò)電鏡掃面(SEM)觀察了顆粒污泥的形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。種泥的SEM照片顯示，由于微生物表面被一些物質(zhì)覆蓋，因此難以區(qū)分微生物的形狀。在低DO值和低HRT下的結(jié)果顯示厚的球形細(xì)胞和小的桿狀細(xì)胞（NOB，AOB是桿狀和球形的）較絲狀細(xì)菌和其他細(xì)菌多，在污泥中是優(yōu)勢(shì)菌種，保證了亞硝酸鹽的累積速率。
　　在該研究中用PCR進(jìn)行了

15、AOB的定量，并分析了AOB數(shù)量與營(yíng)養(yǎng)鹽去除的相關(guān)性。結(jié)果顯示，AOB是主要的硝化細(xì)菌，NAR較高而微生物NOB較少，在AOB濃度分別達(dá)到7.7×107cells/g與MLSS5.28×108cells/g時(shí)，分別響應(yīng)于其全硝化與亞硝化反應(yīng)。
　　在低C/N比和低溶解氧條件下，TN，NH4+-N，TP的去除率分別達(dá)到了84.2％，97.2％和94.1％。該去除率與添加碳源，(3.5-4)mg/L的溶解氧狀況下的去除率基本相等。實(shí)驗(yàn)

16、結(jié)果還顯示，等污泥體積指數(shù)(SVI)低于150mL/g時(shí)，不會(huì)發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象。
　　利用ASM2d-Ex數(shù)學(xué)模型對(duì)PITSF工藝模擬
　　本文利用一個(gè)擴(kuò)展的活性污泥數(shù)學(xué)模型對(duì)PITSF工藝中的亞硝酸鹽，硝酸鹽等進(jìn)行了模擬。該模型與其它模型的主要區(qū)別在于:兩階段的硝化反應(yīng)，多階段的反硝化，同時(shí)考慮了磷的去除。本研究中，通過(guò)物理化學(xué)方法確定COD組分（可生物降解的和不可生物降解的），利用呼吸速率(OUR)確定COD中的生物組分