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《哈尔滨工业大学》 2018年
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A/O-MBR+O_3溶胞组合工艺污泥减量及强化脱氮效能与机制研究

张健  
【摘要】:缺氧/好氧膜生物反应器(A/O-MBR)是将传统的A/O活性污泥水处理工艺和膜分离技术结合而发展起来的一种新兴的污水处理工艺,该工艺具有构造简单、占地面积小和自动化程度高等优点,但其仍存在一定问题有待解决,如污泥减量效果有限和脱氮效果有待进一步提高。针对A/O-MBR存在的问题,本研究将臭氧(O_3)溶胞-隐性生长技术应用于A/O-MBR,研发了一种污泥产量低同步污水高效脱氮的新型A/O-MBR+O_3溶胞组合工艺,主要分析了O_3溶胞对污泥特性的影响,考察了A/O-MBR+O_3组合工艺的污泥减量效果和污水处理效果,解析了A/O-MBR+O_3组合工艺强化脱氮机制。O_3溶胞对污泥特性影响研究表明:进气臭氧浓度、臭氧投加量和臭氧溶胞污泥反应器运行方式是影响污泥溶胞效率的关键因素,当进气臭氧浓度为57.9mg/L、臭氧投加量为66.0 mgO_3/gSS、臭氧溶胞污泥反应器连续式运行条件下,污泥溶胞率为23.3±1.4%。臭氧溶胞污泥过程中,污泥特性发生了明显变化:污泥混合液悬浮固体浓度(MLSS)从5986±274 mg/L下降至4471±169 mg/L,p H从6.9±0.1下降到5.7±0.1,污泥沉降性得到改善,污泥比表面积增大;污泥活性明显降低;污泥液相中化学需氧量(COD)浓度从31.2±4.5 mg/L升高至1510.2±95.3 mg/L,污泥液相中总氮(TN)浓度从5.1±0.3 mg/L升高至121.6±9.8 mg/L,其中有机氮占68.0%,污泥液相中总磷(TP)浓度从0.7±0.1 mg/L升高至34.7±1.4 mg/L,其中正磷酸盐(PO_4~(3-)-P)占95.1%;污泥液相中蛋白质浓度、多糖浓度和挥发性脂肪酸(VFAs)浓度均有不同程度增加;污泥固相中磷含量和形态分布变化不大,污泥液相中增加的TP中,83.8%来自于污泥固相中的无机磷(IP)。臭氧溶胞污泥液相中的TP可以通过磷酸铵镁法进行去除,优化条件下,TP去除率为51.6%。A/O-MBR+O_3溶胞组合工艺运行效能及出水化学强化除磷研究表明:与A/O-MBR相比,A/O-MBR+O_3溶胞组合工艺的污泥产量减少48.4%,产生显著的污泥减量效果。A/O-MBR+O_3溶胞组合工艺的COD、氨氮(NH_4~+-N)、TN和TP的去除率分别达91.9%、97.2%、79.9%和19.0%,经过A/O-MBR+O_3溶胞组合工艺处理后,进水中的TN仅有28.5%排放至环境中,低于A/O-MBR(42.1%),表明臭氧溶胞剩余污泥回流可以强化A/O-MBR+O_3溶胞组合工艺脱氮效果。A/O-MBR+O_3溶胞组合工艺出水的TP中,96.9%为PO_4~(3-)-P,仅有3.1%为有机磷,PAC能够有效去除A/O-MBR+O_3溶胞组合工艺出水中的TP,除磷后出水中的TP浓度为0.41±0.05 mg/L,达到了《国家城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A排放标准。A/O-MBR+O_3溶胞组合工艺强化脱氮机制研究表明:与A/O-MBR相比,A/O-MBR+O_3溶胞组合工艺中污泥的耗氧速率(SOUR)和反硝化速率分别提高了13.8%和20.8%,有利于该组合工艺中微生物对回流臭氧溶胞剩余污泥混合液中有机物的降解和TN的去除;与A/O-MBR相比,A/O-MBR+O_3溶胞组合工艺中溶解性微生物产物(SMP)浓度和微生物胞外聚合物(EPS)浓度分别升高了7.3%和10.9%,有利于该组合工艺脱氮效果的提升;臭氧溶胞剩余污泥液相中含有一定量的剩余碳源,具有强化脱氮潜力;A/O-MBR+O_3溶胞组合工艺中与脱氮相关菌属的相对丰度高于A/O-MBR,如Haliangium、Dechloromonas、Ferruginibacter、Thermomonas和Flavobacterium,是A/O-MBR+O_3溶胞组合工艺强化脱氮的生物学基础。综上,A/O-MBR+O_3溶胞组合工艺实现了污泥原位减量同步污水高效脱氮,对污泥的资源化利用和A/O-MBR的推广应用具有重要意义。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:X703

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