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兰州交通大学
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[硕士论文] 王谨
建筑与土木工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:氮、磷是引起水体富营养化的主要元素,同时也是我国城镇污水处理厂去除的主要污染物。近年来,我国对水环境问题高度重视,对各污水处理厂排水水质把控严格,这对水污染控制领域技术的提高既是机遇也是挑战。反硝化除磷和短程硝化技术是近年来新兴的高效脱氮除磷技术,反硝化除磷技术是反硝化聚磷菌利用硝酸盐或亚硝酸盐代替氧气为电子受体进行缺氧吸磷,实现“一碳两用”,具有节能和降低污泥产量的优点。短程硝化是将硝化仅进行到亚硝酸盐阶段,若能实现短程硝化和反硝化除磷的耦合,这将大大减少反应时间及能量损耗,从而提高经济与环境效益,也将为探索脱氮除磷技术开辟新道路。CAST工艺因具有投资少及运行费用低、选择器能防止污泥膨胀及运行灵活等优点,成为众多污水处理厂的首选工艺。此外,污泥减量技术是解决城市污水剩余污泥问题的重要途径之一,已成为国内外的研究热点。因此研究亚硝酸盐型CAST工艺的生物除磷脱氮及污泥减量具有一定的理论研究价值和工程意义。
  本研究采用CAST反应器,分四个阶段考察了亚硝酸盐型CAST工艺的生物除磷脱氮性能及污泥减量。
  第一阶段以生活污水为研究对象,考察不同条件下CAST系统的生物除磷脱氮性能,研究表明,改变进水C/P,系统COD的去除性能变化较小,当C/P=100时,总氮去除率为88%,出水磷浓度小于0.5 mg·L-1,系统具有较好的脱氮除磷性能。低C/P(50)条件下,降低回流比(12.5%或0),虽然可以节约运行费用,但系统的除磷性能却没有实质性的提高。同时发现,CAST系统短期闲置导致的污泥“饥饿”可以提高系统的除磷性能。在低温(14℃±1℃)条件下,系统除磷率较高且均在90%以上,高温短程硝化条件下,由于碳源不足导致系统除磷效果极差仅为14%,说明,低温更有利于系统磷的去除。吸磷小试发现,常温系统污泥以O2、 NO3-和NO2-为电子受体均能进行吸磷作用,而低温系统污泥以O2、 NO3-为电子受体进行吸磷,高温系统污泥则仅能以O2为电子受体进行少量吸磷。
  第二阶段采用模拟废水,考察温度对CAST工艺短程硝化脱氮除磷影响。控制温度为:22℃、25℃、28℃,研究表明,温度对系统COD及NH4+-N的去除性能影响甚微。当温度为22℃、25℃,除磷率均在85%以上,系统具有较好除磷性能。高温短程硝化(28℃)阶段,因NO2--N积累(均值为13.03 mg·L-1)致使系统除磷性能受到抑制,除磷性能迅速恶化,除磷率仅为68.7%。吸磷小试研究发现,控制温度分别为22℃、25℃、28℃,污泥以O2、NO3-为电子受体的污泥的比吸磷速率与温度呈负相关。而以NO2-为电子受体的比吸磷速率随着温度的升高几乎不变。
  研究的第三阶段,增加进水氨氮至75 mg·L-1,在实现短程硝化的基础上,考察CAST工艺的脱氮除磷性能,结果表明,短程运行期间,出水TN去除率为79%,出水TN较全程反硝化有所增加。系统出水磷浓度为1.08 mg·L-1,除磷率为89.7%,与全程硝化过程相比,除磷率提高了0.7%,但增加幅度较小,在此期间NO2--N浓度均值为8.86 mg·L-1,NO2--N积累率均值为80.33%。表明在此过程中,微生物可以抵抗由NO2--N积累而带来的毒性冲击作用,系统具有较好的反硝化除磷能力。由吸磷小试系统可知,系统最大比吸磷速率与平均比吸磷速率的变化规律相同即:好氧比吸磷速率>NO2-型比吸磷速率>NO3-型比吸磷速率。在反应器运行期间,系统污泥沉降性能较好,未出现污泥膨胀等问题。此外,实验还发现,短程硝化期间,污泥浓度与污泥比阻保持动态平衡。
  第四阶段,好氧阶段向CAST系统投加浓度分别为5、10、15、20 mg·L-1的NO2--N,考察亚硝酸盐对CAST工艺生物除磷脱氮及污泥减量的影响。研究表明,向CAST系统投加浓度分别为5、10、15 mg·L-1的NO2--N,在反应器运行初期除磷率有较大的波动,但分别经过10、6、34d的驯化后,除磷率大大提高且稳定维持在95%以上;当投加量为20 mg·L-1时,工艺除磷性能急速恶化,但污泥的亚硝酸盐型缺氧吸磷能力却显著增加,为驯化前的10.4倍,说明投加一定浓度亚硝酸盐导致的除磷性能恶化可以解除,长期投加NO2--N还有利于系统NO2-型反硝化聚磷菌的富集。实验还发现,好氧投加一定浓度亚硝酸盐系统污泥沉降性能良好且污泥浓度不断降低,这对污泥减量具有一定指导意义。
  苯酚与亚硝酸盐同属生物抑制剂,近年来关于苯酚对硝化及反硝化的抑制机理研究颇多,但对于除磷过程的抑制影响却鲜有报道。针对这一问题,本研究还考察了苯酚对EBPR系统除磷性能的抑制。
  第五阶段,实验以SBR反应器为研究对象,考察了苯酚对EBPR系统除磷的抑制影响。结果表明,苯酚浓度≤50 mg·L-1时,COD及PO43--p的去除率均在85%以上,系统具有较好的污染物去除性能;而投加高浓度苯酚(≥100 mg·L-1),反应器除磷性能大幅降低;当苯酚浓度为200 mg·L-1时,系统仅经过22个周期便丧失除磷性能,COD平均去除率降至61.3%,且在短期内难以恢复。同时发现,长期投加苯酚导致EBPR系统污泥除磷性能受到抑制,且对好氧吸磷的抑制作用大于厌氧释磷。此外,低浓度苯酚条件下(≤50 mg·L-1),因污泥对苯酚毒性逐渐适应,系统污泥微膨胀现象逐渐消失,而由高浓度苯酚引发的污泥膨胀却难以恢复。短期冲击实验表明,由投加苯酚导致的出水COD和磷浓度的波动可随着苯酚撤去而逐渐恢复,由此可知,苯酚冲击对系统除磷性能的抑制可逆。控制苯酚投加浓度为50 mg·L-1,当MLSS浓度为1500±100 mg·L-1时,系统COD去除率仅为67.1%,增加污泥浓度至3500+100 mg·L-1、4800士100 mg·L-1时,实验发现其对系统COD去除率影响甚微。当污泥浓度为1500±100 mg·L-1时,由于微生物量较少,不能抵制苯酚带来的冲击,导致系统除磷性能恶化;增加生物量,可抵制苯酚对EBPR系统的毒性冲击,污泥浓度越大,其抗击冲的的能力越强,除磷性能越好。苯酚与Cu2+耦合会加速EBPR系统除磷性的恶化速度。
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CSTPCD 北大核心
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摘要:实验采用改良型CAST工艺,以生活污水为研究对象,考察了C/P、 回流比及温度等不同运行模式对系统除磷性能的影响.结果表明,常温条件下进水C/P由50升至100,系统除磷率均值从15%迅速升至95.6%,除磷性能显著提高;继而降低C/P至75,除磷性能因进水碳源不足再度下降,除磷率均值为51.4%,且长期投加易降解碳源引发系统污泥膨胀并导致污泥大量流失.C/P较低情况下,回流比由25%降低至12.5%,除磷性能提高2.3倍,继续降低回流比至0,除磷性能反而下降;温度实验研究则表明,低温系统(14℃ ±1℃),除磷率稳定维持在90%以上,而高温短程硝化系统(27℃ ±1℃)除磷率仅为14.1%,可见低温更有利于系统磷的去除.吸磷小试发现,常温系统污泥以O2、NO-3和NO-2为电子受体均能进行吸磷,而低温系统污泥能以O2、NO-3为电子受体进行吸磷,高温系统污泥则仅能以O2为电子受体进行少量吸磷.此外,实验还发现,系统短期闲置导致的污泥"饥饿"有利于系统除磷率的提高....
摘要:采用SBR反应器考察了投加不同浓度苯酚(5、10、30、50、100、150、200 mg·L-1)对强化生物除磷工艺(EBPR)系统除磷性能的影响.结果表明,苯酚浓度≤50 mg·L-1时,COD及PO3-4-P的去除率均在85% 以上,系统具有较好的污染物去除性能;而投加高浓度苯酚(≥100 mg·L-1),反应器除磷性能大幅降低;当苯酚浓度为200 mg·L-1时,系统仅经过22个周期便丧失除磷性能,COD平均去除率降至61.3%,且在短期内难以恢复.同时发现,长期投加苯酚导致EBPR系统污泥除磷性能受到抑制,且对好氧吸磷的抑制作用大于厌氧释磷.此外,低浓度苯酚条件下(≤50 mg·L-1),因污泥对苯酚毒性逐渐适应,系统污泥微膨胀现象逐渐消失,而由高浓度苯酚引发的污泥膨胀却难以恢复.短期冲击实验表明,由投加苯酚导致的出水COD和磷浓度的波动可随着苯酚撤去而逐渐恢复,由此可知,苯酚冲击对系统除磷性能的抑制可逆....
摘要:实验采用改良型CAST工艺,考察了不同诱导模式下系统的除磷脱氮性能.结果表明,在缺氧条件下投加亚硝酸盐对系统反硝化除磷性能的抑制作用较大,投加量为5 mg·L-1时系统除磷性能变差.相比较,好氧投加亚硝酸盐的CAST系统更稳定,当亚硝酸盐投加浓度为5、10、15 mg·L-1时各工况初期除磷性能均有小幅波动,但分别经过10、6、34 d驯化后,除磷率迅速回升并稳定在95%以上,出水磷浓度均小于0.5 mg·L-1;投加量为20 mg·L-1时工艺除磷性能急速恶化,但污泥的亚硝酸盐型缺氧吸磷能力是驯化前的10.4倍,说明投加一定浓度亚硝酸盐导致的除磷性能恶化可以解除,且长期投加有利于富集以NO;为电子受体的反硝化聚磷菌.实验还发现,好氧投加一定浓度亚硝酸盐系统污泥沉降性能良好且污泥浓度不断降低,这对污泥减量具有一定指导意义....
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