城鎮(zhèn)污水處理A-,m-O-,n-一體化工藝研發(fā)及機理研究.pdf

1、2005年，全國廢水排放總量為524.5億噸，其中城鎮(zhèn)生活污水排放量為281.4億噸，占廢水排放總量的53.7﹪，其中小城鎮(zhèn)生活污水處理率低，污水的直接排放不僅造成小城鎮(zhèn)本身的環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，而且成為區(qū)域性水環(huán)境的重要污染源。由于小城鎮(zhèn)污水水質(zhì)主要以生活污水為主，針對這個特點，本研究選擇與小城鎮(zhèn)污水水質(zhì)相類似的上海市東區(qū)水質(zhì)凈化廠初沉池出水為研究對象，采用一體化AmO。工藝對其進行處理。經(jīng)過小試、中試試驗研究，在對該工藝運行條件和工藝

2、參數(shù)進行詳細(xì)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合分子生物學(xué)等分析手段，對工藝去除污染物的機理進行了初步探討和分析，并根據(jù)試驗結(jié)果構(gòu)建了工藝的數(shù)學(xué)模型。本論文主要分為以下四部分研究內(nèi)容及結(jié)論。 一體化A<,m>O<,n>工藝小試試驗研究內(nèi)容包括：(1)反應(yīng)器水力停留時間優(yōu)化研究。結(jié)果表明：水力停留時間為8.5h時，一體化反應(yīng)器具有良好的有機物去除和脫氮能力，超過8.5h以后，水力停留時間的延長對反應(yīng)器污染物去除效果影響不明顯。(2)系統(tǒng)污泥齡優(yōu)化

3、研究。結(jié)果表明：從污染物去除角度而言，當(dāng)外界溫度比較適應(yīng)的條件下，AmOn工藝可以采用較低的泥齡，在水溫大于20℃，泥齡為10d的情況下，COD<,Cr>、NH<,3>-N、TN、TP的平均去除率為別為66.4﹪、83.8﹪、54.7﹪、48.1﹪。(3)好氧區(qū)溶解氧濃度對反應(yīng)器處理效果影響的研究。結(jié)果表明：好氧區(qū)溶解氧濃度是控制工藝運行的關(guān)鍵參數(shù)，它不僅影響著一體化反應(yīng)器好氧區(qū)微生物各種生理活動，而且影響著厭氧/缺氧區(qū)有效容積的大小。

4、試驗表明：保持反應(yīng)器好氧區(qū)溶解氧濃度在3.0～5.0mg/L是合適的選擇。(4)懸浮填料A<,m>o<,n>一體化小試試驗研究。試驗考察了不同填料填充比在不同溶解氧濃度條件下對污染物的去除效果。結(jié)果表明：相同溶解氧濃度下，填料填充比的下降，反應(yīng)器對污染物的處理效果下降；相同填充比不同溶解氧濃度條件下，溶解氧濃度較高的工況污染物去除效果好于較低的工況，但隨著填充比下降，溶解氧濃度造成的處理效果差異減小。(5)懸浮填料活性污泥一體化A<,m

5、>O<,n>工藝研究。由于懸浮填料強化了好氧硝化效果，使得活性污泥可以選擇較低的污泥齡，利于整個系統(tǒng)的脫氮除磷效果，在懸浮填料填充比為30﹪，活性污泥齡為9d條件下，反應(yīng)器污染物去除效率分別為：COD<,Cr>：75.2﹪、NH<,3>-N：76.5﹪、TN：65.5﹪、TP：55.2﹪。 一體化A<,m>o<,n>工藝污染物去除機理研究內(nèi)容包括：(1)利用PCR-DGGE方法分析研究A<,m>O<,n>一體化污水處理系統(tǒng)中氨

6、氧化細(xì)菌和亞硝酸氧化細(xì)菌群落的結(jié)構(gòu)和多樣性特征。結(jié)果表明，工藝運行特征顯著影響菌群組成。其中，相對于AOB菌群和Nitrobacter菌屬，Nitrospira菌群結(jié)構(gòu)的改變更為明顯。同一反應(yīng)器中不同的生長方式條件能夠形成特定的硝化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢菌株。 (2)不同的初始NH<,3>-N濃度不同填充比的硝化試驗表明，單位生物膜上硝化能力有一個臨界值，超過此臨界值，必須增加生物膜的量才可以維持良好的硝化效果。不同的初始NO<,3><'-

7、>N濃度不同填充比的反硝化試驗表明，填充比較大，反硝化速率也相應(yīng)較大：在反硝化過程中NO<,3><'->-N的降解會使NO<,2><'->-N產(chǎn)生一定程度的積累，不同初始濃度不同填充比，NO<,2><'->-N濃度最大值出現(xiàn)的時間不同;單位懸浮填料生物膜的反硝化能力也存在一個臨界值，超過此臨界值，反硝化效果變差。一體化A<,m>O<,n>工藝中試試驗研究內(nèi)容包括：(1)小試試驗所確定工藝參數(shù)中試試驗驗證。結(jié)果表明：中試裝置按照小試優(yōu)化的

8、參數(shù)運行，污染物去除效果良好，在常規(guī)進水溫度條件下，對COD<,cr>和NH<,3->-N去除效率高于小試同溫度條件下的去除效率；TN去除效率中試比小試略低，但對TP去除效率高于小試裝置。當(dāng)進水溫度下降較快時，中試反應(yīng)器對COD<,cr>和NH<,3->-N去除效率影響較為明顯，尤其是硝化反應(yīng)影響幅度較大；而TN和TP的去除效率受溫度變化影響較小。(2)在系統(tǒng)前端增加了厭氧／缺氧段，使整個系統(tǒng)改為A—A<,m>O<,n>方式運行，整個系

9、統(tǒng)除對COD<,cr>的去除效率沒有明顯變化外，好氧硝化、缺氧反硝化以及除磷效果都得到明顯提高。污泥回流比的大小會對反硝化以及除磷效果造成影響，污泥回流比越大，其除磷效果越好；與此相反，污泥回流比越小的反硝化效果越好。污泥回流比的大小對COD<,cr>以及硝化效果的影響不大。 一體化A<,m>O<,n>工藝數(shù)學(xué)模型研究內(nèi)容包括：(1)活性污泥A<,m>O<,n>工藝反應(yīng)動力學(xué)方程的構(gòu)建。利用莫諾(Monod)模型對試驗數(shù)據(jù)進行

10、處理，求出其中的動力學(xué)參數(shù)。計算后得到：反應(yīng)器中有機底物值S與原水有機底物S<,o>之間的關(guān)系表達式為：100lnS+S=100lnS<,n>+S<,n>-0.264Xt。(2)A<,m>O<,n>工藝BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建。網(wǎng)絡(luò)采用雙隱含層結(jié)構(gòu)，第一隱含層包括20個節(jié)點，第二隱含層包括5個節(jié)點；選取具有代表性的進水端11個參數(shù)組成輸入層向量，輸出向量由5個主要的出水指標(biāo)參數(shù)組成。經(jīng)過計算，得到了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層各節(jié)點的聯(lián)接權(quán)值及各層閾值，