间歇曝气生物膜A2/O+BAF组合工艺强化生物脱氮除磷试验研究

作     者：张民安 

作者单位：兰州交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈永志;胡树超

授予年度：2022年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：间歇曝气双污泥系统 低C/N城市污水 硝酸盐产率 反硝化除磷脱氮 系统优化 

摘      要：防范水体富营养化的关键在于减少污水处理厂尾水中的氮、磷,A/O工艺被广泛应用于实际工程以实现高效的脱氮除磷,但其单污泥系统处理低C/N比城市污水存在不足,长泥龄的硝化菌和短泥龄的除磷菌受系统SRT(污泥龄)的限制,使工艺在运行中普遍存在释磷少、硝酸盐产率低、碳源利用率低和抗水质波动性差等问题,升级改造为反硝化除磷脱氮的双污泥系统是目前解决该问题的较好出路。试验以低C/N城市污水为处理对象,设计了间歇曝气生物膜A/O+BAF组合系统。间歇曝气A/O单元在短SRT、间歇曝气条件下运行,驯化了DPAOs(反硝化聚磷菌)进行反硝化除磷脱氮反应;BAF单元在长SRT、持续曝气条件下运行,培养了好氧生物膜进行硝化反应,组合系统实现了高效的“一碳两用目的。结果如下:(1)组合系统启动优化后运行效果良好,系统进水ρ(COD)、ρ(NH-N)、ρ(TN)和ρ(PO-P)分别为271.4、62.9、67.1和5.2 mg/L;间歇曝气A/O工况:SRT为10天、硝化液回流比为200%、厌/缺/好容积比为2:1:7、HRT为12 h及曝停比为60 min:60 min;BAF工况:HRT为3 h、进水NH-N容积负荷≤0.52 kg/m·d、进水碱度/ρ(NH-N)为8左右及ρ(DO)为3～4 mg/L;系统出水ρ(COD)、ρ(NH-N)、ρ(TN)和ρ(PO-P)分别为25.9、1.9、14.7和0.2 mg/L,满足一级A标准(GB18918-2002),厌氧区COD利用比为75.2%,最大厌氧释磷速率、最大反硝化吸磷速率、最大总吸磷速率及最大好氧吸磷速率分别为9.9、16.6、20.6和4.1 mg PO-P/(g VSS·h),DPAOs活性高达80.4%,反硝化除磷贡献率为81.8%;BAF膜生物量充足,硝酸盐产率高于93%,NH-N去除贡献率为77.3%。(2)考察了曝停比分别为60 min:80 min、60 min:60 min、60 min:40 min和60 min:20min对组合系统同步反硝化除磷脱氮影响,硝化液回流比为200%,系统HRT为15 h。前3个工况出水ρ(COD)和ρ(PO-P)分别低于30和0.3 mg/L,工况4时出水ρ(COD)和ρ(PO-P)分别升高为47.5和0.7mg/L;4个工况下出水ρ(NH-N)均低于1.6 mg/L,出水ρ(TN)分别为10.3、14.1、16.7和18.6 mg/L。DPAOs活性在前3个工况下较强(80%),工况4下较弱(40.6%),反硝化除磷贡献率分别为82.36%、84.21%、78.88%和47.3%。曝气为60 min时,曝停比较小有利于DPAOs,过大则会抑制其活性。(3)考察了硝化液回流比(R)分别为100%、200%、300%、400%和500%对组合系统同步反硝化除磷脱氮影响,曝停比为60 min:60 min,系统HRT为15 h。R=500%时出水ρ(COD)为66.1 mg/L,其余工况出水ρ(COD)均低于31 mg/L;出水ρ(NH-N)在5个工况均低于1.2 mg/L。R=200%时DPAOs活性强(81.4%),NO-N量成为除磷脱氮的限制因素,出水ρ(TN)和ρ(PO-P)为14.1和0.22 mg/L;R=300%时NO-N充足,DPAOs活性为81.2%,出水ρ(TN)和ρ(PO-P)为6.9和0.14 mg/L;R=400%时DPAOs活性为79.4%,内碳源量成为除磷脱氮的限制因素,出水ρ(TN)和ρ(PO-P)为8.1和0.19 mg/L;R=500%时DPAOs活性降低(61.1%),出水ρ(TN)和ρ(PO-P)增至20.7和0.86 mg/L;R=100%时,DPAOs活性衰减(23.4%),“一碳两用效果变差,出水进一步恶化。(4)考察了组合系统HRT缩短为12、10和8 h时的运行效果,曝停比为60 min:60 min,R=300%。HRT为12 h时,出水ρ(COD)、ρ(NH-N)、ρ(TN)和ρ(PO-P)分别为33.7、1.4、9.5和0.4 mg/L,满足一级A标准。HRT缩短为10h和8h,厌氧沿程的COD浓度差值分别为188.8和139.5 mg/L,显著小于12 h的214.2 mg/L,出水恶化;BAF运行稳定,但进水负荷增大,出水ρ(NH-N)升高为3.6mg/L(10 h)和8.8 mg/L(8 h);污泥性能恶化,SVI和f值从12 h的92.6、0.77降低为8 h的62.4、0.61。(5)采用响应面法,对多级A/O+BAF系统运行条件进行了优化,当HRT为8.5 h、进水比例为5:3:2和填料高度为1600 mm的条件下,TN和TP去除率预测值为84.88%和94.37%;验证试