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活性污泥和生物膜复合工艺的特性及运行效能研究

丁永伟  
【摘要】: 随着人们对水体富营养化认识的深化及对环境质量水平要求的不断提高,越来越多的已建和新建污水处理厂将面临不断提高处理能力及对氮、磷去除效果的问题。本课题针对这种需求,在对现有污水生物脱氮除磷理论及工艺进行详细分析的基础上,结合活性污泥和生物膜工艺各自的特性,提出了二者的复合工艺。通过理论分析和模型试验对活性污泥—生物膜复合工艺的污染物去除特性进行了较详细的研究,以期能为现有超负荷污水处理厂的扩容(技术)改造及污水生物脱氮除磷系统效率的提高提供部分理论和技术支持。 以活性污泥和淹没式生物膜工艺为对照,进行了用复合式工艺提高二者处理效率的研究,从三种工艺污染物去除性能的对比分析了复合式工艺中两相微生物的相互作用及其对系统性能的影响。在复合式工艺中,由于底物在附着相微生物(附着态生物膜)内的传质阻力大于在悬浮相微生物(悬浮态污泥)中的传质阻力,只有当需要去除的底物负荷超出某一特定范围,对应的反应器液相中的底物浓度超过某一特定临界值,使附着态生物膜内外的底物浓度梯度大于其传质阻力时,底物才能进入附着态生物膜并被去除。在本研究中,此液相临界底物浓度约为:COD=100mg/L、NH_3-N=4mg/L。液相中的底物浓度越大,附着态生物膜参与底物去除的程度也越深。因此,在复合式工艺中,载体宜放置在推流式曝气池的前2/3~3/4处,以最大程度发挥载体上生物膜对污染物的去除能力。悬浮态污泥能首先缓冲负荷变化,使在附着态生物膜上生长的敏感微生物(如硝化细菌)能够在系统中得以截留和发挥效能。由于两种不同生长形态的微生物共存,复合式工艺中微生物的种群结构和系统微环境远比两对照工艺复杂,使其更有利于协同好氧硝化和缺氧反硝化过程,当进水TN容积负荷位于0.09~0.41 kg N/m3/d之间时,活性污泥和淹没式生物膜工艺的TN平均去除率分别提高了约16%和21%。在COD容积负荷大于1.33kg COD/m3/d、NH3-N容积负荷大于0.18kg N/m3/d的工况下,溶解氧(DO)的变化对复合式工艺中附着态生物膜的活性影响明显,需维持DO大于3mg/L,以保证工艺对耗氧性污染物的去除效果。 从现有活性污泥和生物膜的理论及动力学出发,对复合式工艺的动力学特性进行了分析。在复合式工艺中,两相微生物对限制性底物的利用存在竞争,二者之间存在物质的交换,因此存在一些特有的概念,如底物被两相微


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