排除厌氧富磷污水ERP-SBR除磷脱氮工艺研究

【摘要】：作者在全面评述除磷脱氮理论和技术的基础上,认为导致传统生物除磷脱氮系统污泥龄矛盾、基质竞争、产物抑制等系列问题的原因不仅仅是工艺技术问题,还存在方法问题,研究新的生物除磷脱氮方法更为重要。作者根据聚磷菌特有的物质转化形式,创新性地认为排除厌氧富磷污水替代好氧富磷污泥仍然可以实现生物除磷系统磷的有效去除,而且可以消除生物除磷脱氮系统控制污泥龄时的矛盾。论文对这种新的除磷方式以及相应开发的ERP-SBR新工艺进行了系统研究,主要内容包括:采用对比试验和理论推导的方式研究排除富磷污水除磷系统的除磷脱氮能力;对影响富磷污水除磷系统的主要因素包括运行工况、污泥负荷、SRT、DO、温度、污泥活性以及厌氧释磷能力等进行了试验研究;对排除的富磷污水的处置方式和磷回收潜能进行了试验研究和理论分析。得到了以下主要试验结论: 通过对SRT50d的活性污泥的厌氧释磷能力和好氧吸磷能力的研究发现,采用厌氧/好氧环境的交替变化和富磷污水的排放可以激活长污泥龄活性污泥中聚磷菌的活性。将这种长泥龄污泥按照ERP-SBR方式运行,当进水水质COD=238～639mg/L、NH3-N=25.1～51.4 mg/L、TN=29.7～58.3 mg/L、TP=5.48～11.45 mg/L时,可以保证出水COD≤43mg/L、NH3-N≤1.38 mg/L、TN≤6.02mg/L、TP≤0.27 mg/L,去除率分别为95.3%、98.9%、90.7%、98.4%,获得了比单纯除磷系统更加稳定且优异的除磷效果、比单纯生物脱氮系统更加优异的脱氮效果。 在研究富磷污水除磷机理时,论文创新性地根据聚磷菌厌氧释磷、好氧吸磷的反应机理,从计量化学的角度揭示了SRT、除磷能力和有机基质的定量关系,得出BOD/TP = 0.863 SRT + 17.2;并对聚磷菌超量吸磷能力进行了分类,认为在排水除磷系统中,磷先于好氧吸磷过程去除,聚磷菌只需要拥有超过生物基质需求量的“第一类”超量吸磷能力就可以获得优异的除磷效果,而它潜在的超过厌氧释磷量的“第二类”超量吸磷能力使排水除磷系统获得了较强的抗冲击磷负荷的能力。 在研究污泥活性时,论文对除磷脱氮活性污泥的性质进行了分阶段(厌氧/好氧)研究,首次发现厌氧污泥比好氧污泥重,厌氧污泥的VSS/MLSS比值更大,污泥龄越长VSS/MLSS比值越大;脱氢酶活性和SOUR具有不同的变化规律,前者好氧增加缺氧减少、后者厌氧增加好氧减少,作者认为厌氧阶段SOUR只能反映污泥吸氧潜能;长污泥龄系统尽管具有较低的比污泥活性,这种低活性具有较强的基质可逆性和阶段性,使ERP-SBR系统获得了较强的抗冲击负荷能力。 试验还发现ERP-SBR好氧阶段氮的损失高达脱氮总量的70%左右,成为了最 WP=6 主要的脱氮形式,在分析不同反应阶段生物脱氮率时发现,SRT与好氧脱氮率之间具有典型的线性相关关系,即 。试验结果还表明厌氧阶段吸收1分子HAc将诱导1分子磷酸盐的释放;在过量VFA存在的条件下,磷的厌氧释放经历线性快速释放、对数缓慢释放和停滞三个阶段,释磷动力学分别为: , , 。试验发现温度对聚磷菌活性的影响是通过影响有机物的水解而间接产生作用的,在8~13℃低温的条件下,当污水中VFA≥100mg/L时可以快速启动生物除磷系统,当VFA≥50mg/L时可以维持生物除磷系统的正常运行,在低温条件下采用水解/ERP-SBR方式运行时,在污水磷浓度高达10mg/L的情况下,仍然能保证出水磷酸盐≤0.5mg/L。 ERP-SBR系统排除的富磷污水相当于污水总量的5～12%,磷浓度为50～100mg/L,将这部分污水泵入化学除磷池进行处理,并按照5mg/L作为出水磷控制目标。试验发现,按照ERP-SBR方式运行可以大大减小化学除磷池的规模,而且石灰总耗量仅为城市污水后置沉淀系统的4.5%～9%,产生化学污泥含磷率为17%,相当于含73～83%磷酸盐,使化学沉积物具有较明显的回收价值。 因此,论文提出的排除富磷污水除磷方式及开发的ERP-SBR新工艺消除了生物除磷脱氮系统污泥龄矛盾,拓展了长泥龄活性污泥的应用范围,成果具有较强得创新性和重要得理论意义与实用价值。