EGSB-A/O系统处理城市污水的工艺特性及机理研究

【摘要】： 本论文采用小试规模的EGSB-A/O系统处理城市污水。工艺设计的主要目的是在EGSB反应器中实现厌氧氨氧化、甲烷化及反硝化作用的耦合。对工艺特性及机理的研究集成了理化指标、微生物活性、扫描电镜和菌群结构分析等多种实验手段。经过260 d的运行,主要的研究结论如下： (1)利用EGSB-A/O组合工艺处理城市污水时,在接种厌氧颗粒污泥和活性污泥的EGSB反应器中能够实现稳定的厌氧氨氧化、甲烷化和反硝化反应耦合。氨氮和亚硝酸盐的同时稳定去除可视为EGSB反应器启动完成的标志。在本实验条件下,启动所需时间约为45 d。运行初期,EGSB对COD和硝酸盐的去除作用显现较快,反应器中以反硝化与甲烷化反应为主导；氨氮和亚硝酸盐的去除从无到有,厌氧氨氧化反应随启动进程逐渐增强。污泥颜色由黑色到棕褐色的转变可作为启动完成的参考标志。 (2)常温下,EGSB-A/O小试系统对城市污水的处理效果良好。出水的COD、氨氮、TN和TP的均值分别为34、4.150、13.650和0.69 mg/L。各项理化指标均可达到城镇污水处理厂一级(B)排放标准。EGSB反应器具有污染物去除速率高、稳定性好和占地面积小等优点。A/O对正P和TP的平均去除率分别为77.5%和73.9%。 (3)影响EGSB反应器运行效能的主要因素有：HRT、进水基质浓度、有机(容积)负荷、(出水)回流比、液体上升流速、溶解氧和温度。根据一系列的工况对比可得,本EGSB反应器的HRT不宜少于2 h,回流比则不宜大于400%。在正常运行情况下,EGSB反应器能够有效缓和DO的不利影响。 (4)采用灰色关联分析法对EGSB反应器的主要影响因素进行了定量比较。结果显示：在HRT、进水基质浓度、有机(容积)负荷、液体上升流速和温度之中,优先级最高的因素是液体表面上升流速。在工艺调控中,应首先考虑在合理的范围调整内出水的回流比。 (5)初步建立本EGSB反应器的反应动力学模型。Grau二阶动力学模型可以较好的拟合主要污染物降解规律,所得到的COD和TN去除的动力学方程分别为：和。 (6)HRT和污泥回流比是影响A/O除磷效果的主要因素。出水回流是联系EGSB和A/O的重要纽带。在整个运行过程中,平均的亚硝氮与氨氮去除速率之比为0.09,平均的硝氮与氨氮去除速率之比分别为0.71。EGSB反应器的脱氮效率同亚硝氮与氨氮负荷的比值呈正相关,而与硝氮与氨氮负荷的比值呈负相关。 (7)微生物活性指标的检测结果显示：EGSB反应器中的DHA和PHB活性普遍高于A/O体系中的。EGSB反应器的液体上升流速和有机负荷是促进其内部微生物活性提高的重要原因。通过扫描电镜对不同时期的颗粒污泥观察发现：接种前厌氧颗粒污泥中以杆菌和球菌等形似产甲烷菌的细菌占优势；运行中活性污泥中丝状菌慢慢出现在颗粒污泥表面,还有类似厌氧氨氧化菌形态的椭球菌。 (8)菌群结构分析表明：本EGSB反应器污泥中的细菌由放线菌、丙酸杆菌、梭状芽胞杆菌、绿菌属、厌氧氨氧化菌、产甲烷菌、α-变形菌、β-变形菌、Y-变形菌和6-变形菌等类群组成。菌群结构较接种用的厌氧颗粒污泥更为复杂多样。进一步证实,在EGSB反应器中确实存在厌氧氨氧化菌、产甲烷菌和反硝化菌等功能菌群。这为证明EGSB反应器在常温下处理城市污水时,能够实现稳定的厌氧氨氧化、甲烷化和反硝化的耦合提供了坚实的依据。 【关键词】：厌氧颗粒污泥膨胀床 厌氧/好氧工艺 厌氧氨氧化 甲烷化 反硝化
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 第一章 绪论14-38
• 1.1 废水脱氮除磷的工艺技术发展15-25
• 1.1.1 短程硝化反硝化16
• 1.1.2 反硝化除磷16
• 1.1.3 同步硝化反硝化(SND)16-17
• 1.1.4 厌氧反硝化17
• 1.1.5 厌氧氨氧化(ANAMMOX)17-25
• 1.2 废水厌氧生物处理研究进展及在城市污水处理中的应用25-35
• 1.2.1 厌氧生物处理反应器的发展25-28
• 1.2.2 城市污水厌氧生物处理的研究与应用28-35
• 1.3 课题来源35
• 1.4 研究内容及目的35-37
• 1.5 技术路线37-38
• 第二章 研究条件与方法38-48
• 2.1 工艺流程设计38-39
• 2.2 反应器加工安装39-40
• 2.3 污水水质40-41
• 2.4 接种污泥41
• 2.5 运行条件41-42
• 2.6 分析项目与测试方法42-48
• 2.6.1 常规理化指标的监测与分析42-43
• 2.6.2 微生物活性测定与颗粒污泥扫描电镜观察43-44
• 2.6.3 菌群结构分析44-48
• 第三章 EGSB反应器的工艺特性研究48-80
• 3.1 材料与方法48
• 3.1.1 实验装置与流程48
• 3.1.2 实验用水与污泥来源48
• 3.1.3 实验方案48
• 3.1.4 分析测试项目与测试方法48
• 3.2 结果与讨论48-78
• 3.2.1 EGSB反应器的启动特性48-57
• 3.2.2 EGSB反应器的运行效果57-67
• 3.2.3 EGSB反应器运行的影响因素67-78
• 3.3 本章小结78-80
• 第四章 EGSB反应器影响因素的灰色关联度分析与模型研究80-98
• 4.1 灰色关联度分析80-92
• 4.1.1 基本理论80-81
• 4.1.2 关联度的计算81-83
• 4.1.3 计算结果与讨论83-92
• 4.2 EGSB反应器的模型初步研究92-97
• 4.2.1 Monod动力学模型93-95
• 4.2.2 Grau二阶动力学模型95-97
• 4.3 本章小结97-98
• 第五章 A/O的工艺特性及与EGSB的关系研究98-111
• 5.1 实验材料与方法98-99
• 5.1.1 实验装置与流程98
• 5.1.2 实验用水与污泥来源98
• 5.1.3 试验方案98
• 5.1.4 分析测试项目与测试方法98-99
• 5.2 结果与讨论99-110
• 5.2.1 A/O的运行效果与特性99-101
• 5.2.2 EGSB与A/O的相互联系101-107
• 5.2.3 EGSB-A/O系统的整体效果及存在问题107-110
• 5.3 本章小结110-111
• 第六章 EGSB-A/O系统的微生物生态及反应机理研究111-128
• 6.1 实验材料与方法111-112
• 6.1.1 实验装置与流程111
• 6.1.2 实验用水与污泥来源111
• 6.1.3 分析项目与方法111-112
• 6.2 结果与讨论112-127
• 6.2.1 微生物活性测定112-115
• 6.2.2 颗粒污泥扫描电镜观察115-118
• 6.2.3 菌群结构分析118-127
• 6.3 本章小结127-128
• 第七章 结论与展望128-131
• 7.1 结论128-129
• 7.2 创新点129
• 7.3 展望129-131
• 附录1:英文缩写131-133
• 附录2:攻读博士学位期间发表论文情况133-134
• 参考文献134-144
• 致谢144-145

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