基于碳源有效利用與曝氣模式調(diào)控的氧化溝強(qiáng)化脫氮技術(shù)研究.pdf

1、氧化溝是一種常見的城市污水處理工藝，具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、耐沖擊負(fù)荷、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)氧化溝采用表面曝氣設(shè)備，具有點(diǎn)式曝氣的特征，脫氮效率在工藝運(yùn)行過程中易受溶解氧不足或過量以及供氧分區(qū)調(diào)控困難的影響；而氧化溝等速運(yùn)行的方式，又存在著系統(tǒng)能耗高的問題。與此同時，我國污水處理廠普遍存在進(jìn)水碳源不足的問題，氧化溝工藝在運(yùn)行過程中面臨著新的挑戰(zhàn)。因此有必要對氧化溝工藝曝氣模式及碳源利用機(jī)制進(jìn)行深入研究，為實(shí)現(xiàn)氧化溝工藝強(qiáng)化脫氮與節(jié)能降

2、耗奠定理論與技術(shù)基礎(chǔ)。本課題是國家水體污染控制與治理科技重大專項的部分研究內(nèi)容，針對目前氧化溝工藝碳源利用與運(yùn)行調(diào)控強(qiáng)化脫氮理論與技術(shù)存在的問題，開展顆粒態(tài)碳源轉(zhuǎn)化與釋放特性研究，分析曝氣模式對氧化溝工藝脫氮性能影響和機(jī)制，評價開孔方案對氧化溝流態(tài)調(diào)節(jié)作用與節(jié)能效應(yīng)，并將研發(fā)理論與技術(shù)成果應(yīng)用于三項實(shí)際污水處理工程，驗(yàn)證了理論與技術(shù)的可行性與實(shí)施效果。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對污水處理廠進(jìn)水碳源組分進(jìn)行解析，指出了城市污水具有

3、顆粒態(tài)碳源含量高、碳源種類差、生物降解速率低等特點(diǎn)，從而導(dǎo)致初沉池中碳源流失嚴(yán)重，系統(tǒng)中碳源利用效率低的問題。通過擴(kuò)大傳統(tǒng)初沉池污泥斗容積延長污泥在初沉池底部的停留時間、增設(shè)污泥回流系統(tǒng)與淘洗單元等措施構(gòu)建活性初沉池中試系統(tǒng)，分析污泥停留時間、污泥回流比、淘洗強(qiáng)度對系統(tǒng)碳源轉(zhuǎn)化與釋放的影響，開展顆粒態(tài)碳源轉(zhuǎn)化與釋放特性研究。研究結(jié)果表明，活性初沉池系統(tǒng)有利于Paludibacter、Macellibacteroides、Ruminoco

4、ccaceae等水解發(fā)酵細(xì)菌的繁殖與富集，可實(shí)現(xiàn)污泥中顆粒態(tài)碳源向溶解性碳源的高效轉(zhuǎn)化，淘洗單元通過破碎污泥粒徑、促進(jìn)發(fā)酵產(chǎn)物釋放等途徑強(qiáng)化顆粒態(tài)碳源轉(zhuǎn)化?；钚猿醭脸叵到y(tǒng)最佳運(yùn)行工況為污泥停留時間5d、污泥回流比10％、淘洗強(qiáng)度152s-1，系統(tǒng)出水溶解性COD（SCOD）與VFAs可分別提高57mg/L和22mg/L，顯著改善污水中碳源種類，提高城市污水中快速易生物降解有機(jī)物的含量，從而促進(jìn)生物系統(tǒng)的脫氮除磷性能。⑵針對傳統(tǒng)氧化溝點(diǎn)式

5、曝氣模式供氧缺陷以及脫氮效率低的問題，對比分析了點(diǎn)式曝氣模式與連續(xù)曝氣模式對系統(tǒng)脫氮性能的影響，結(jié)果表明，在相同曝氣面積與曝氣量的條件下，兩種曝氣模式均具有較好的硝化效果，氨氮去除率達(dá)到98%以上。然而，兩種曝氣模式下系統(tǒng)出水TN濃度分別為5.3mg/L和11.1mg/L，連續(xù)曝氣模式對TN的去除效果明顯高于點(diǎn)式曝氣模式。對兩種曝氣模式脫氮機(jī)制進(jìn)行分析，研究發(fā)現(xiàn)無論哪種模式，氧化溝曝氣區(qū)末端均存在一段較長的好氧延伸區(qū)，從而影響氧化溝好氧

6、-缺氧分區(qū)比例。相比較而言，同樣的曝氣量與曝氣區(qū)域，連續(xù)曝氣模式使得好氧區(qū)域集中，在氧化溝內(nèi)提供了更大的缺氧區(qū)體積，提高了系統(tǒng)脫氮效果。更重要的是不同的曝氣模式影響了系統(tǒng)微生物種群結(jié)構(gòu)，高通量測序分析結(jié)果表明，兩種曝氣模式下微生物種群分布存在顯著性差異。連續(xù)曝氣模式相對集中的缺氧區(qū)域有利于反硝化細(xì)菌的富集，反硝化細(xì)菌的相對豐度達(dá)到1.55%，明顯高于點(diǎn)式曝氣模式下系統(tǒng)中反硝化細(xì)菌含量（1.12%），從而強(qiáng)化了系統(tǒng)反硝化脫氮性能。⑶通過在

7、微孔曝氣氧化溝缺氧區(qū)廊道彎道處開設(shè)孔洞、設(shè)置設(shè)擋水墻與導(dǎo)流板等措施，提出了開孔變速氧化溝流態(tài)調(diào)節(jié)理論與技術(shù)。采用CFD模擬與現(xiàn)場流態(tài)測定的方法對開孔變速氧化溝流態(tài)進(jìn)行分析研究，結(jié)果表明二者流速分布吻合較好，開孔方案可實(shí)現(xiàn)較好的變速運(yùn)行效果。在氧化溝流速為0.15m/s時，其開孔廊道流速可提高至0.25m/s。開孔變速方案通過提高氧化溝缺氧區(qū)廊道流速，減少氧化溝系統(tǒng)推進(jìn)器功率，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)器節(jié)能21.6%。⑷研發(fā)的活性初沉池碳源轉(zhuǎn)化與釋放技術(shù)