微孔曝气变速氧化沟处理城市污水技术研究

【摘要】：微孔曝气氧化沟将鼓风曝气技术与氧化沟工艺相结合，具有供氧效率高、工艺简单、运行灵活方便等特点，在城市污水处理厂得到了广泛的应用。提高微孔曝气氧化沟的节能效率和除污性能对污水处理具有重大意义。针对目前常规微孔曝气氧化沟曝气区和推流区（非曝气区）的流速相同，推动能量消耗大的问题，提出了一种新型的微孔曝气变速氧化沟，通过改变沟道断面尺寸，以达到改变沟道流速的目的。 在西安市第四污水处理厂建立了一套配备有厌氧选择池的微孔曝气变速氧化沟中试试验系统，用于处理实际的城市污水，处理能力为50m3/d。经过两年的现场试验研究，得出如下结论： （1）新型微孔曝气变速氧化沟实现了变速节能运行。采用CFD模拟、示踪法和ADV流速仪现场测定三种方法对变速氧化沟内的流态进行测定分析，结果表明三者流速分布吻合较好，沟宽比值与所对应的流速反比值接近，实现了变速运行。 （2）当推流区和曝气区断面水平平均流速控制在0.15m/s和0.07m/s时，未发生污泥沉积现象，远小于目前氧化沟设计规定的0.3m/s流速，在较低的推流速度下，形成的絮体尺度大于常规氧化沟。上述表明：低速氧化沟不仅水力节能，且有利于在沟内形成较大的污泥絮体，为同步硝化-反硝化（SND）创造了良好的微环境条件。 （3）当HRT为14h、SRT为15d、水温15~28℃、平均有机负荷为0.07kgBOD5/kgMLSS·d（氧化沟规程中要求0.04~0.11kgBOD5/kgMLSS·d）的条件下，COD、NH3-N和TN的各项出水水质指标均能达到GB18918-2002中的一级A排放标准，TP能达到一级B排放标准结果，且部分时段能达到一级A排放标准。 （4）循环型氧化沟的A/O容积比由曝气区末端（曝气区向推流区过渡断面）的DO浓度控制。当曝气区末端的溶解氧浓度分别为1.5、1.2、0.9、0.6和0.3mg/L时,对应的氧化沟A/O容积比为0、0.3、1.8、4.0和9.7，出水氨氮浓度分别为0.21、0.16、0.25、7.33和17.15mg/L,出水硝氮浓度为25.33、19.22、9.23、6.11和1.07mg/L。DO浓度控制在0.9mg/L时，出水TN浓度最低，对应的由SND对脱氮贡献率为36%。 （5）污泥中微丝菌的存在对氧化沟脱氮除磷有一定影响。通过对微丝菌含量高的浮泥和含量低的混合液的最大比硝化、反硝化和释磷吸磷速率进行测定，结果表明微丝菌含量较高的浮泥的最大比氨氧化和最大比亚硝酸盐氧化速率分别为1.15mgNH4+-N/gVSS·h和0.87mgNO2--N/gVSS·h，而混合液的速率分别为2.05mgNH4+-N/gVSS·h和与1.65mgNO2--N/gVSS·h；浮泥最大比反硝化(快速、慢速，内源)速率分别为8.37、2.49和0.53mgNO3--N/gVSS·h，混合液最大比反硝化速率分别为4.98、1.94和1.07mgNO3--N/gVSS·h；此外，两者的释磷和吸磷也存在较大差异，前者的最大比释磷和吸磷速率分别为0.64和1.06mgPO43--P/gVSS·h，后者为2.86和2.63mgPO43--P/gVSS·h。以上结果说明微丝菌含量高的污泥其硝化能力较弱，而反硝化能力较强（对碳源的利用能力较强；厌氧释磷阶段，污泥中的微丝菌会和聚磷菌竞争易降解有机物，减少了聚磷菌的可利用碳源，对后续除磷有一定的影响。 （6）VFA的组成对释磷吸磷有一定的影响。分别以乙酸和丙酸作为基质测定各自最大比释磷和吸磷速率，其中乙酸的最大比厌氧释磷、好氧吸磷和反硝化吸磷速率分别为4.29、3.66、1.93mgPO43--P/gVSS·h；丙酸为2.60、1.44、0.83mgPO43--P/gVSS·h；另外，对上述两种基质在厌氧环境下的△P/△HAC和△P/△HPr的比值测定，其值分别为0.305和0.006。上述结果表明乙酸为基质更有利于聚磷菌的释磷和吸磷。 （7）不同电子受体对磷去除有重要影响。以氧、硝氮和亚硝氮为吸磷阶段电子受体时，其吸磷速率大小依次为9.72、4.32、3.98mgPO43--P/gVSS·h；且硝氮、亚硝氮消耗量和吸磷量有良好的线性关系，硝氮和亚硝氮在缺氧区的吸磷速率/硝氮消耗量比值分别为0.96和0.49mgPO43--P/mgN。氧作为电子受体吸磷能力最强，但硝氮和亚硝氮在缺氧阶段可作为电子受体，其中硝氮作为电子受吸磷能力更强。 通过中试变速氧化沟系统分区理论的研究和桂林七里店污水厂的微孔曝气氧化沟系统进行诊断，建议将七里店污水厂微孔曝气氧化沟现有的一个A:O运行模式改造为两个分段A:O供氧模式（A:O容积比调整为1:1.2），并提高氧化沟出水口DO浓度到0.5mg/L以上，，可抑制二沉池中氨氮和磷酸盐的释放，改善出水水质。 【关键词】：氧化沟 微孔曝气 变速 脱氮 除磷
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703.1
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-12
• 1 绪论12-34
• 1.1 生物去除污染物机理13-20
• 1.1.1 生物除碳原理14-15
• 1.1.2 生物脱氮原理15-17
• 1.1.3 生物除磷理论17-19
• 1.1.4 生物脱氮与除磷相互影响19-20
• 1.2 氧化沟工艺20-25
• 1.2.1 氧化沟发展20-23
• 1.2.2 氧化沟工艺特征23-25
• 1.3 氧化沟流态研究现状25-29
• 1.3.1 水力特征25-26
• 1.3.2 推流能耗26-27
• 1.3.3 工艺结构特征27
• 1.3.4 流速测定27-28
• 1.3.5 流态模拟28-29
• 1.4 氧化沟工艺运行中所存在问题及策略29-32
• 1.4.1 温度对污染物去除效果的影响及对策29-31
• 1.4.2 DO 对生物脱氮除磷的影响31
• 1.4.3 A/O 比与交替频率对系统影响31-32
• 1.5 课题来源及其价值32-34
• 1.5.1 课题来源32
• 1.5.2 课题研究的意义32-33
• 1.5.3 技术路线33-34
• 2 试验材料与方法34-67
• 2.1 微孔曝气变速氧化沟开发原理34-40
• 2.1.1 构想背景34-35
• 2.1.2 VODF 氧化沟技术35-40
• 2.2 装置设计、加工和安装40-45
• 2.2.1 选择池40-41
• 2.2.2 氧化沟41-44
• 2.2.3 二沉池44
• 2.2.4 安装44-45
• 2.3 系统调试45-47
• 2.3.1 厌氧池调试45-46
• 2.3.2 氧化沟调试46-47
• 2.3.3 二沉池调试47
• 2.4 试验用水与运行工况47-51
• 2.5 分析项目及检测方法51-64
• 2.5.1 常规51-52
• 2.5.2 VFA52
• 2.5.3 污泥形态52-54
• 2.5.4 污泥活性54-55
• 2.5.5 流态55-63
• 2.5.6 在线监测设备63-64
• 2.6 SND 脱氮率计算方法64-67
• 2.6.1 SND 脱氮率方法分析64-65
• 2.6.2 中试 SND 脱氮率计算方法65-67
• 3 VODF 反应器内流态研究67-87
• 3.1 研究背景67-68
• 3.2 研究方法68-70
• 3.2.1 CFD 模拟网格划分68
• 3.2.2 流速测定点布点68-70
• 3.3 结果与分析70-85
• 3.3.1 CFD 模拟70-78
• 3.3.2 示踪实验78-80
• 3.3.3 现场流速实测80-83
• 3.3.4 涡流点分析83-85
• 3.3.5 VODF 流态节能分析85
• 3.4 结论85-87
• 4 VODF 中试运行效果及工艺特征分析87-102
• 4.1 研究背景87
• 4.2 结果与讨论87-101
• 4.2.1 污染物去除效果87-91
• 4.2.2 流速对絮体形成的影响91-92
• 4.2.3 通过曝气区末端 DO 控制强化 SND92-96
• 4.2.4 DO 控制和大絮体形成对脱氮除磷影响96-98
• 4.2.5 A/O 比和交替频率对脱氮除磷的影响98-100
• 4.2.6 低 DO 浓度运行下的节能分析100-101
• 4.3 结论101-102
• 5 VODF 中试系统生物脱氮影响因素分析102-116
• 5.1 研究背景102-103
• 5.2 结果与分析103-114
• 5.2.1 A:O 容积比调整对中试脱氮效果恢复103-105
• 5.2.2 活性污泥脱氮能力恢复105-107
• 5.2.3 M.Parvicella 对硝化和反硝化能力的影响107-112
• 5.2.4 M.Parvicella 的去除对活性污泥沉降性能的影响112-113
• 5.2.5 活性污泥恢复后污泥结构及其沉降性能评价113-114
• 5.3 结论114-116
• 6 VODF 中试系统生物除磷影响因素研究116-131
• 6.1 前言116-117
• 6.2 结果与讨论117-129
• 6.2.1 温度对生物除磷的影响117-119
• 6.2.2 VFA 组成对 EBPR 的影响119-123
• 6.2.3 氧化沟吸磷影响因素123-127
• 6.2.4 微丝菌对 EBPR 的影响127-129
• 6.3 小结129-131
• 7 七里店污水厂微孔曝气氧化沟工艺诊断131-151
• 7.1 试验现场概况及研究方法131-133
• 7.1.1 工程概况131
• 7.1.2 诊断方法131-133
• 7.2 工艺分析133-143
• 7.2.1 污染物的沿程变化133-138
• 7.2.2 DO 沿程梯度变化138
• 7.2.3 活性污泥特性分析138-141
• 7.2.4 污泥静沉实验测定和分析141-143
• 7.3 问题诊断143-145
• 7.3.1 分区设置不合理143
• 7.3.2 供氧量不足143-144
• 7.3.3 氧化沟出水 DO 低144-145
• 7.4 改造方案145-148
• 7.4.1 氧化沟分区改造146-147
• 7.4.2 改善二沉池水质147-148
• 7.4.3 进水方式提高运行效率148
• 7.5 改造预期效果148-149
• 7.6 总结149-151
• 8 结论与建议151-154
• 8.1 结论151-152
• 8.2 建议152-153
• 8.3 论文创新点153-154
• 致谢154-155
• 参考文献155-170
• 攻读博士学位期间所发表论文和参与课题170

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