论文部分内容阅读
A2/O工艺兼具脱氮和除磷功能,在水污染控制工程中发挥着巨大作用。但A2/O工艺由于自身多种因素的相互制衡,其脱氮除磷功能难以进一步提升,并影响到其应用范围和效益；城市合流污水C/N较低、难降解成份多和水质变化大的特点,对A2/O工艺的稳定运行也提出了新的问题。
本论文依托上海市建委2007年重大科技攻关项目《污水处理升级改造工艺技术》(建科2007-007)开展研究,通过模拟上海市白龙港污水处理厂二期升级改造工程A2/O工艺,以城市合流污水为对象,重点研究：①外源条件(温度和F/M)对A2/O系统处理功能的影响；②强化ANAMMOX(Anaerobic Ammonium Oxidation)技术对A2/O系统处理功能的提升效果；③耦合生物指标(DHA、PHB、OUR、ATP和DNA分子标记)的监控体系及其在A2/O系统中应用可行性；④极端低C/N对A2/O系统处理功能的冲击效应及适宜的修复方法。本论文的目标是通过工艺调控、监控体系优化、异常修复研究,为城市合流污水A2/O处理系统的稳定、高效运行提供相关的技术依据。主要得出如下结论：
(1)温度和F/M对A2/O系统处理功能的影响温度与A2/O工艺处理功能密切相关,季节更替对处理效果有一定影响。COD去除率在15℃～25℃范围内,由70％上升至85％,25℃以上可保证COD稳定和高效的去除效果。最佳脱氮温度范围约为25℃～30℃之间,TN去除率约70％,硝化率达95％,过高或过低的温度条件对脱氮功能均有抑制作用；温度变化对系统除磷效果影响较小,但是除磷功能易受到系统运行条件的影响,波动较大,平均去除率约50％。
COD降解最佳F/M范围0.14～0.22gBOD5/gMLSS.d;反硝化最佳F/M范围0.125～0.23gBOD5/gMLSS·d：硝化最佳F/M范围0.14～0.28gBOD5/gMLSS·d;除磷最佳F/M范围是0.14～0.23gBOD5/gMLSS·d。综合COD去除、反硝化、硝化和除磷要求,实验最佳F/M介于0.14～0.22gBOD5/gMLSS.·之间,高于A2/O的常规设计标准0.10～0.15gBOD5/gMLSS·d。因此,对处理低C/N废水的装置而言,适度提高系统的F/M可提升其处理效能。
(2)A2/O系统监控体系优化及其应用DHA、PHB、OUR、ATP和DNA分子标记分析技术优化了A2/O工艺传统监控体系,有利于从微生物生理生化活性和群落结构演替角度解析A2/O系统功能变化的过程机制,并准确和灵敏地评价A2/O系统的即时运行状态。
稳定高效的A2/O系统其对应的DHA介于30～40mgTF/gTSS.h之间,DHA含量过高和过低时出水水质恶化,DHA上限值约为60mgTF/gTSS.h左右。
稳定高效的A2/O系统中厌氧池PHB含量介于23～28mg/gMLSS之间,提高温度和F/M对RHB合成有促进作用,平均约消耗140mgPHB去除1mg磷。
A2/O实验系统的OUR值介于7.1～13.3mgO2/gMLSS.h,硝化OUR介于0.88～2.95mgO2/gMLSS.h之间。温度与OUR及硝化OUR成正相关,高F/M可增加OUR,但同时会降低系统的硝化OUR,导致硝化功能恶化。
ATP可表征活性污泥中活体微生物数量的增减,A2/O实验系统的ATP含量介于1.14～1.86mg/gMLSS,上限约为2.08mg/gMLSS,温度和F/M对ATP的影响与微生物的生长繁殖有关。
PCR-DGGE可有效分析A2/O系统中氨氧化细菌AOB(Ammonia-OxidizingBacteria)和硝化细菌NOB(Nitrite-Oxidizing Bacteria)群落结构的动态变化。温度的变化对硝化菌群落结构影响较大,低温时多样性相对丰富,高温时群落结构相对稳定,其中AOB2、AOB4和AOB6在AOB菌群中占优势种,NOB菌群以Nitrobacter为主,优势种为Nb7、Nb8和Nb9,Nitrospira优势种主要为Np2;F/M<0.15 BOD5/gMLSS.d时有利于硝化菌群的生长,F/M>0.32BOD5/gMLSS.d时适生种较少。不同F/M条件下AOB优势种为AOB2、AOB4和AOB6,Nitrobacter优势种为Nb1、Nb2、Nb4和Nb7,Nitrospira菌群优势种主要为Np6。
(3)A2/O系统强化ANAMMOX的效能在A2/O系统曝气池中通过限制DO的方式可形成NO2--N积累,强化ANAMMOX反应,提高系统脱氮能力。强化ANAMMOX反应的兼氧池NH4+-N和TN去除率分别提高15个百分点和9个百分点,而系统TN的去除率提高约7个百分点。但采用限制DO的运行方式对COD和TP的去除有一定影响,同比条件下,COD去除率下降5个百分点,TP去除率下降1.4个百分点。
ANAMMOX脱氮率约占A2/O系统TN去除率的21.9％,反应基质以NH4+-N和NO2--N为主,在反应过程中生成少量NO3-N,3者的比例约为1:1.256:0.155;
最佳反应pH约为7.8～8.0;DO对ANAMMOX有抑制作用；温度对其反应速率影响较大,从30.6℃至24.6℃变化过程中,ANAMMOX反应速率由1.47mg/L·h降低至1.175mg/L·h。 (4)低C/N冲击效应及修复技术C/N=3.5时可明显降低系统的硝化功能,C/N=1.2可使反硝化功能完全停止,同时降低COD和TP的去除功能,并导致污泥膨胀和产生“漂泥”。而采用加大回流比的方法可有效缩短修复时间,相同条件下NH4+-N去除率平均可提高20个百分点,TN去除率提高约7.4个百分点,COD去除率提高约5.4个百分点,但是该方法对修复系统除磷功能的作用不明显；提高F/M和降低SRT的修复方法可有效提高系统的处理功能,同比条件下NH4+-N去除率平均提高约5个百分点,硝化OUR提高7％,亚硝化OUR提高4.2％,TN去除率提高约4.7个百分点,COD去除率提高约7.4个百分点,TP的去除率提高约4.5个百分点。
本论文通过对A2/O工艺的技术参数选择、监控方法优化和异常问题修复等方面的研究,为保障A2/O工艺处理低C/N城市合流污水的稳定和高效运行提供了可靠的科学依据,具有良好的应用前景。