生物膜对城市污水处理厂营养物去除系统硝化的强化效果

【摘要】：目前,城市污水处理厂生物脱氮除磷工艺多采用A2/O及其改进型活性污泥工艺,此类工艺的弊端在于功能菌对污泥龄的要求与实际运行的偏离。这种情况在低温条件下更为严重,由于硝化菌对温度更为敏感,生长速率更低,因此,二者的偏离更大,这是造成我国北方地区城市污水处理厂冬季脱氮效果差的主要原因。为了维持低温下的脱氮(硝化)效果,污水处理厂一般采取降低污泥负荷、延长污泥龄和增加污泥回流等措施,但这无疑会降低系统的处理能力和除磷效率、增加运行费用。通过在活性污泥系统中投加悬浮填料,形成附着态和悬浮态微生物共存体系,可在不延长污泥龄的条件下增加系统中硝化菌浓度,在维持除磷能力和效果的前提下,提高脱氮效果。近年来,这种方法已逐渐被应用于国内外城市污水处理厂的升级改造,并取得了一定的效果。然而有关生物膜和活性污泥中硝化菌的份额以及对硝化的贡献鲜为报道。本研究针对西安市第四污水处理厂二期在好氧段投加悬浮填料的A2/O工艺(简称填料-A2/O工艺),分夏季和冬季两个阶段监测好氧区不同形态的氮的沿程变化和生物膜与活性污泥的最大比硝化速率,计算硝化菌所占份额及投加填料后系统增加的生物量,探讨活性污泥与生物膜中硝化菌对硝化的贡献,最后探讨不同SCOD/NH4+-N下生物膜的生长情况以确定填料的投加位置。论文获得的主要研究结果如下:(1)夏季平均水温23.0℃,氨氮在好氧区第三个廊道末即减小为3.7mg/L,达到了一级A排放标准,可见好氧区夏季约有2/5容积富余。活性污泥AUR和NUR分别为4.43mg NH4+-N/g VSS·h和4.73mg NO2--N/g VSS·h,生物膜AUR和NUR为2.95 mg NH4+-N/g VSS·h和3.77mg NO2--N/g VSS·h,活性污泥中硝化菌的份额约为生物膜的2倍;且活性污泥生物量3859mg/L,生物膜为1530mg/L(填料),折算至整个好氧区生物膜生物量为67 mg/L。温度较高时,活性污泥中硝化菌发挥主要作用,生物膜对系统硝化无强化作用。(2)冬季低温平均水温14℃,活性污泥AUR和NUR分别为3.16mg NH4+-N/g VSS·h和3.39mg NO2--N/g VSS·h,生物膜AUR和NUR为3.63mg NH4+-N/g VSS·h和4.17mg NO2--N/g VSS·h,生物膜上硝化菌所占的份额稍高于活性污泥。冬季生物膜生物量为3690mg/L(填料),活性污泥的生物量为3187mg/L,生物膜膜厚平均为130μm。折算至整个好氧区生物膜生物量为162 mg/L。当投加的填料占硝化总容积的4.4%时,生物膜对系统硝化的贡献约占5.5%,而活性污泥为94.5%。生物膜对系统硝化有一定的强化作用,但与国外同类工程相比生物膜贡献量相对较小,原因为系统的负荷较小,填料区氨氮浓度较低,随着污水处理厂负荷的提高,生物膜的贡献将逐渐提高。(3)A2/O好氧区沿程SCOD/NH4+-N值分别为4.8、3.9、3.0、3.0,在好氧区第三个廊道SCOD/NH4+-N为3.0,生物膜AUR为3.87mg NH4+-N/g VSS·h,NUR为4.88mg NO2--N/g VSS·h,生物量为2854mg/L(填料),此时生物膜对系统硝化的贡献最大,故可考虑将填料区设置在A2/O好氧区第三个廊道。 【关键词】：城市污水处理 A2/O 悬浮填料 硝化活性 生物量
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1. 绪论9-21
• 1.1 水体污染及N、P的危害9-10
• 1.2 低温生物脱氮除磷10-12
• 1.3 生物膜-活性污泥复合工艺12-18
• 1.3.1 基本原理及优缺点12-13
• 1.3.2 国内外研究现状13-18
• 1.4 投加填料-A~2/O工艺工程应用实例18
• 1.5 课题研究内容及意义18-21
• 1.5.1 课题研究意义18-19
• 1.5.2 研究内容19-21
• 2. 工程概况及试验材料与方法21-29
• 2.1 西安市第四污水处理厂概况21-23
• 2.2 填料23-24
• 2.3 检测项目及方法24-29
• 2.3.1 检测方法及设备24-25
• 2.3.2 最大比硝化活性测定25-27
• 2.3.3 生物膜生物量测定及微生物形态观测27-29
• 3. 填料-A~2/O系统处理效果及夏季生物膜硝化过程的贡献29-35
• 3.1 填料-A~2/O系统处理效果29
• 3.2 宏观分析投加填料与整个好氧区的容积比29-30
• 3.3 夏季A~2/O好氧区不同形态氮的沿程变化30-31
• 3.4 夏季生物膜与活性污泥对系统硝化的贡献31-33
• 3.4.1 生物量计算31
• 3.4.2 生物膜与活性污泥中硝化菌所占的份额31-33
• 3.5 小结33-35
• 4. 冬季生物膜中硝化菌对A~2/O工艺硝化过程的贡献35-47
• 4.1 冬季A~2/O好氧区沿程各种形态氮的变化35-36
• 4.2 冬季生物膜与活性污泥中硝化菌对硝化的贡献36-42
• 4.2.1 生物膜检测及生物量计算36-38
• 4.2.2 生物膜与活性污泥中硝化菌所占的份额38-41
• 4.2.3 生物膜和活性污泥对硝化的贡献41-42
• 4.3 不同温度下生物膜对系统硝化贡献的对比42-43
• 4.4 不同温度下填料生物膜生物量的变化43-44
• 4.5 小结44-47
• 5. 不同SCOD/NH_4~+-N下填料生物膜的生长情况47-53
• 5.1 宏观分析A~2/O各段容积47
• 5.2 填料生物膜挂膜阶段47-49
• 5.3 好氧区沿程SCOD、NH_4~+-N变化49-51
• 5.4 不同SCOD/NH_4~+-N下生物膜生物量及硝化速率51-52
• 5.5 小结52-53
• 6. 结论53-55
• 致谢55-57
• 参考文献57-63
• 附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文63

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