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我国城镇生活污水结构中碳氮比水平较低,污水处理厂在采用活性污泥法处理废水时,一方面常面临因碳源不足导致脱氮除磷效果不佳,或添加外碳源而产生更多待处理污泥,增加污水厂额外运行费用的困境;另一方面二沉池产生的剩余污泥本身含有大量有机质,有机物结构不仅存在于细胞内部,也包括部分胞外聚合物等。因此,研究如何实现剩余污泥中有机物转化为补充生物除磷和反硝化反应的碳源,以及如何利用先进技术实现污水厂高效低能的设备运行则具有相当重要的意义。针对以上背景与现状,本文研究超声波破解剩余污泥回流作污水生物处理的外碳源,以强化污水设备脱氮除磷的效率。根据吴江某污水处理厂现实工程背景,基于响应面Box-Behnken设计模型,本文主要研究内容与结论如下:1.首先介绍了污水处理工艺的技术原理和响应面法的理论体系与设计基础,阐述了剩余污泥破解后做污水生物处理法外加碳源的可行性分析。根据超声波破解剩余污泥的影响因子进行单因素试验,对指定试验指标BOD5与VFA进行分析筛选出对实验结果影响最显著的三个因子分别为:声能密度、作用时间与振动幅度。采用Box-Behnken设计法进行三因素三水平实验室小试研究,拟合生成非线性二次3D数学模型。分析模型得出当声能密度为159W/L,作用时间为10min,超声振幅为设计值的92.46%时,BOD5浓度达到最大值1504.7 mg/L;当声能密度为200W/L,作用时间为8.22min,振幅为88.4%时,响应值VFA浓度达到最大287.255mg/L。2.根据小试研究结果,将优化后设备参数投入吴江污水处理厂进行超声波污泥静态处理试验与设备调试运行研究,结果显示:超声波裂解剩余污泥后,污泥上清液中SCOD、TN与TP浓度增加明显。将剩余污泥30%处理后回流至倒置A2O工艺缺氧段发现,回流污泥并未对工艺运行造成不良影响,出水CODcr、SS、TN与NH3-N浓度均符合城镇污水排放标准系统运行良好。3.对污水厂南北两沟进行污泥回流对比实验,第一阶段实验采用南沟回流30%处理后剩余污泥,北沟无回流液,结果显示南沟与北沟的出水水质均达到了城镇污水排放标准,其中南沟对COD、NH3-N、TN与TP的去除率均高于北沟,分别提高了8%、8%、35%与36%。第二阶段实验采用南沟回流30%处理后剩余污泥,北沟回流100%未处理污泥液,研究发现南沟对COD、NH3-N、TN与TP的去除率也均高于北沟,相比提高了5%、2%、9%与12%。通过两组实验的对比可以认为污泥中含有的大量有机质仅靠自身回流无法大幅度提高脱氮除磷效率,而经超声波破解后的污泥可以释放更多优质碳源为系统反应所用,有效提高污水处理效率。4.最后,经超声波处理后的剩余污泥能够实现产出减量20%的效果。现场通过单位进水量产生的剩余污泥量进行对比,发现超声波设备正常运行的月份污泥产量均值为0.637 kg/m3,而设备停运的月份污泥产量在0.79 kg/m3-0.81 kg/m3。