基于懸浮載體的生物膜與活性污泥復(fù)合工藝脫氮除磷性能的研究.pdf

1、缺氧/好氧(anoxic/oxic，A/O)和厭氧/缺氧/好氧活性污泥工藝(anaerobic/anoxic/oxic，A2/O)已被廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)污水處理廠的脫氮除磷。然而，在這些工藝的脫氮過(guò)程中，通常采用提高硝化液回流比的方式來(lái)提高系統(tǒng)的脫氮效率，這樣會(huì)增加回流過(guò)程中的動(dòng)力能耗。此外，進(jìn)水碳源不足、低溫環(huán)境下硝化效果差等問(wèn)題，對(duì)系統(tǒng)的脫氮除磷性能造成不利影響。隨著對(duì)氮、磷排放要求的不斷提高，一些已建的污水處理廠需要進(jìn)行改造來(lái)提高脫氮

2、除磷效率。由于生物膜與活性污泥復(fù)合工藝(Integrated Fixed-film andActivated Sludge，IFAS)較易構(gòu)建，僅需向活性污泥工藝的好氧反應(yīng)器內(nèi)加入懸浮載體即可，不需新建構(gòu)筑物，節(jié)約建設(shè)成本。因此，本論文分別對(duì)IFAS工藝能否在較低的硝化液回流比條件下獲得較好的脫氮效果、低溫條件下的運(yùn)行情況以及處理低碳源污水時(shí)的脫氮除磷性能進(jìn)行了考察，并結(jié)合分子生物學(xué)技術(shù)探究污染物去除與微生物群落組成之間的內(nèi)在聯(lián)系及降解

3、機(jī)理，以期為現(xiàn)有污水處理廠的改造、提高工藝的脫氮除磷效率、降低運(yùn)行成本提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)以移動(dòng)床生物膜好氧反應(yīng)器和活性污泥好氧反應(yīng)器為參照，對(duì)比考察了IFAS好氧反應(yīng)器對(duì)COD、NH4+-N和TN的去除性能。結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水COD、NH4+-N和TN的平均濃度分別為130、38.0和42.0 mg/L時(shí)，三組反應(yīng)器對(duì)COD的去除性能大致相同，而IFAS好氧反應(yīng)器的硝化效率高于其它兩組反應(yīng)器

4、，且具有較強(qiáng)的抗負(fù)荷能力。當(dāng)水力停留時(shí)間(HRT)和溶解氧(DO)分別控制在5-6 h和2-3 mg/L、載體填充比例(PR)為30％時(shí)，IFAS好氧反應(yīng)器出水COD和NH4+-N能夠達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，而系統(tǒng)對(duì)TN的去除效率較低，需與缺氧反應(yīng)器結(jié)合運(yùn)行來(lái)提高脫氮效率。
　　(2)針對(duì)IFAS好氧反應(yīng)器脫氮效率低的問(wèn)題，將其與缺氧反應(yīng)器結(jié)合形成缺氧/好氧復(fù)合工藝(A/O-

5、IFAS)，并對(duì)比考察了A/O-IFAS工藝與A/O活性污泥工藝在不同硝化液回流比(R=100％、200％、300％)條件下的脫氮性能。結(jié)果表明，A/O-IFAS工藝能夠提高同步硝化反硝化(SND)性能，使出水NH4+-N和TN在R=200％時(shí)達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，而A/O活性污泥工藝出水中NH4+-N和TN在R=200％和300％時(shí)未能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，證明A/O-IFAS工藝能夠在較低的硝化液回流比條件下

6、獲得較好的脫氮效果。聚合酶鏈?zhǔn)綌U(kuò)增-變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)結(jié)果顯示，硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌能夠共存于A/O-IFAS工藝的好氧反應(yīng)器中，在二者的共同作用下，促使SND反應(yīng)的發(fā)生。針對(duì)低溫環(huán)境活性污泥工藝脫氮性能差的問(wèn)題，對(duì)比考察了A/O-IFAS工藝和A/O活性污泥工藝在低溫(8-12℃)條件下的脫氮性能，并采用熒光原位雜交(FISH)技術(shù)，分別對(duì)19-23℃和8-12℃條件下兩組工藝中硝化菌群的相對(duì)豐度的變化情況進(jìn)行了分析

7、。結(jié)果表明，與溫度條件為19-23℃時(shí)相比，兩組工藝活性污泥中硝化菌群的相對(duì)豐度在8-12℃時(shí)大幅降低，而A/O-IFAS工藝中生物膜上硝化菌群的相對(duì)豐度沒(méi)有明顯變化，使得A/O-IFAS工藝在低溫條件下仍保持較高的硝化性能。當(dāng)進(jìn)水NH4+-N和TN平均濃度為53.7和70.7 mg/L時(shí)，活性污泥工藝出水NH4+-N和TN平均濃度分別為12.7和21.8 mg/L，A/O-IFAS工藝出水中NH4+-N和TN平均濃度分別為1.2和12

8、.9 mg/L，滿(mǎn)足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的冬季排放標(biāo)準(zhǔn)(NH4+-N＜8 mg/L，TN＜15 mg/L)。
　　(3)針對(duì)進(jìn)水碳源不足，導(dǎo)致系統(tǒng)脫氮除磷效率降低的問(wèn)題，考察了厭氧/缺氧/好氧復(fù)合工藝（A2O-IFAS）處理低碳源(C/N:3.0-3.4)污水時(shí)的脫氮除磷性能。研究發(fā)現(xiàn)，在A2O-IFAS工藝的缺氧反應(yīng)器內(nèi)存在反硝化除磷現(xiàn)象。采用分流進(jìn)水的方式對(duì)A2O-IFAS工藝

9、進(jìn)行改造，將一部分污水分流進(jìn)入到缺氧反應(yīng)器內(nèi)，為反硝化除磷作用提供更多的碳源，使反硝化除磷效率提高了23.3％，TN和TP的平均去除率分別提高了25.8％和41.2％。當(dāng)工藝的污泥齡（SRT）控制在8天時(shí)，出水NH4+-N、TN和TP的濃度均能夠達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。
　　(4)將A2O-IFAS工藝應(yīng)用于某城鎮(zhèn)污水處理廠的污水處理，并與該廠原有的活性污泥工藝進(jìn)行了比較研究

10、，考察了A2O-IFAS工藝在工程應(yīng)用中的脫氮除磷性能，結(jié)合分子生物學(xué)中的PCR-DGGE和FISH技術(shù)對(duì)兩組工藝中的微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，探究了脫氮除磷性能與微生物群落組成之間的內(nèi)在聯(lián)系。PCR-DGGE和FISH結(jié)果表明，硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌和聚磷菌在A2O-IFAS工藝中的種類(lèi)和相對(duì)豐度均高于活性污泥工藝，使得A2O-IFAS工藝在脫氮除磷方面更具優(yōu)勢(shì)。當(dāng)進(jìn)水COD、NH4+-N、TN和TP濃度分別為109-302 mg/L、