多點進水階段分離活性污泥污水處理工藝——試驗研究和模型建立.pdf

1、本文設(shè)計并研究了厭氧/缺氧/好氧多相生物工藝——多點進水階式工藝(PITSF)，用以處理動態(tài)的生活污水，在連續(xù)流多箱系統(tǒng)中通過改變曝氣模式和流程達到有機物濃度的動態(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，但是該工藝在沒有混合液回流設(shè)備的情況下也能夠達到混合液自動回流的目的，另外該工藝的污泥回流量也較小。PITSF工藝中的流向通過進水位置的不

2、同來改變。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，容易維護和管理等優(yōu)點。交替控制能夠?qū)崿F(xiàn)每個池不同的厭氧/缺氧/好氧狀態(tài)，從而達到去除有機物和強化脫氮除磷的目的。PITSF工藝不是一種穩(wěn)態(tài)運行的工藝，因為受到不同的水力作用，不同的污泥濃度以及進水的波動等。
　　PITSF設(shè)備是由一個長方體的盒子組成，通過隔板分成了6個反應(yīng)池。前5個池子的尺寸為(2

3、80×240mm)，都配有攪拌器和曝氣裝置，用來實現(xiàn)相應(yīng)的厭氧/缺氧/好氧狀態(tài)。最后一個池子是沉淀池。該研究中主要用到的設(shè)備包括:實驗裝置（860×535×905mm），蠕動泵，攪拌器，PLC可編程控制器，LCD顯示屏，進水電磁閥，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)，進水被打進缺氧和厭氧池，在每一階段內(nèi)都可以實現(xiàn)AA/O工藝的作用。每個階段的運行時間通過生化反應(yīng)來確定，本文通過實驗結(jié)果確定的階段Ⅰ,Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ和Ⅵ的運行時間分別為3，2.5，2，3，2.5，2小時。
　　污泥培養(yǎng)階段
　　該研究所用的污水來自無錫分校的檢查井。種泥取自無錫污水處理廠。經(jīng)過39天的污泥培養(yǎng)，PITSF能夠達到較高穩(wěn)定的去除效率，COD、NH4+-N、TN、TP的去除率分別達到87％、92％、76％、8

5、9％以上。
　　工藝參數(shù)的優(yōu)化
　　水力停留時間HRT，污泥齡SBR，曝氣量，污泥回流比對PITSF工藝性能的影響較大，因此，本文對這些參數(shù)進行了研究優(yōu)化。結(jié)果顯示，延長HRT能夠提高COD，NH4+-N，和TN的去除效果，但是高于18h后對去除效果影響較小。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工藝營養(yǎng)物去除的離線分析
　　在固定的時間控制下，本文研究了PITSF每個反應(yīng)池中工作機構(gòu)，運行時間，營養(yǎng)物的生物去除反應(yīng)。通過分析在每一個階段中完成主要的生物反應(yīng)研究了該工藝的設(shè)計特色。這意味著在同一個反應(yīng)池中有若干的反應(yīng)同時發(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)池在兩個半周期中采用了不同的進水方式，在階段Ⅰ進行了厭氧釋磷反應(yīng)，在階段Ⅱ進行了好氧硝化，吸磷以及同步硝化反硝化作用，在階段Ⅲ進行了缺氧反硝

8、化作用。
　　3.反應(yīng)池在上下半周期中的狀態(tài)是對稱的，在階段Ⅰ進行了好氧硝化，有機物去除，吸磷以及同步硝化反硝化作用，在階段Ⅱ進行了缺氧反硝化作用，在階段Ⅲ進行了厭氧釋磷反應(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)，主要進行硝

9、化、吸磷以及有機物降解反應(yīng)。5#反應(yīng)池的主要作用是保證出水的穩(wěn)定性。
　　固定時間控制系統(tǒng)中，COD、NH4+-N，TN和TP的去除率分別達到90.09％±1.03，94.33±2.13％，78.83±0.89％和90.67±2.21。經(jīng)過三個月的運行，出水可滿足中國污水排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)。
　　PITSF工藝在線監(jiān)測參數(shù)的分析(ORP，pH以及DO)
　　在該研究中，實時控制被證明可以用來

10、對PITSF工藝進行節(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。曝氣過程中的實驗數(shù)據(jù)分析得出:DO和pH的拐點能夠用來指示硝化反應(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的拐點能夠用來區(qū)分同步硝化反硝化反應(yīng)的發(fā)生。通過對缺氧狀態(tài)下反應(yīng)池的分析得出，ORP和pH的拐點能夠用來區(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，它可以用來確定同步反硝

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

12、除
　　在本文研究中，通過維持第一個好氧池中的溶解氧在1.4mg/L以下，可以實現(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程的幾個因素（DO，C/N比以及pH）。實驗優(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級標(biāo)準(zhǔn)。

13、　　該研究中，長期（8個月）運行PITSF工藝，在該過程中通過檢測亞硝酸鹽探究短程硝化的機理，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，能夠強化亞硝酸鹽累積速率(NAR)。另外，13d的HRT對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。
　　對于工程應(yīng)用來說，PITSF工藝是一種高效的工藝流程，這主要是因為:最后一個好氧池中能夠?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，其對于低COD的生活污水來講是非常有利的。
　　通過電鏡掃面(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)果顯示厚的球形細胞和小的桿狀細胞（NOB，AOB是桿狀和球形的）較絲狀細菌和其他細菌多，在污泥中是優(yōu)勢菌種，保證了亞硝酸鹽的累積速率。
　　在該研究中用PCR進行了

15、AOB的定量，并分析了AOB數(shù)量與營養(yǎng)鹽去除的相關(guān)性。結(jié)果顯示，AOB是主要的硝化細菌，NAR較高而微生物NOB較少，在AOB濃度分別達到7.7×107cells/g與MLSS5.28×108cells/g時，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。實驗

16、結(jié)果還顯示，等污泥體積指數(shù)(SVI)低于150mL/g時，不會發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象。
　　利用ASM2d-Ex數(shù)學(xué)模型對PITSF工藝模擬
　　本文利用一個擴展的活性污泥數(shù)學(xué)模型對PITSF工藝中的亞硝酸鹽，硝酸鹽等進行了模擬。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，同時考慮了磷的去除。本研究中，通過物理化學(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