含盐生活污水脱氮除磷的特性及优化控制

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随着含盐污水的产生途径和产生量日益增多,环境保护对含盐污水的处理要求也不断提升。含盐污水的处理已经不仅仅局限于有机污染物的去除。防止富营养化为目标的营养污染物的去除和可持续工艺的开发已经成为含盐污水处理的新的要求。围绕实际工程设计和应用要求,本文采用序批式活性污泥法(SBR)工艺、强化生物除磷(EBPR)工艺、和改良的开普敦大学(MUCT)工艺以及一系列小试系统,针对含盐污水的生物脱氮和除磷过程的微生物特性和控制特异性进行研究,首次将含盐污水氮磷去除、优化控制和节能降耗等新理论引入含盐污水的处理,发现了一些有价值的研究热点和应用前景,研究主要结论如下:   在SBR中研究了含盐污水的生物脱氮的特性,确定了不同进水盐度和抑制时间对两类硝化种群的影响和控制手段,研究了利用盐度抑制实现种群优化的可行性。研究结果发现盐度对AOB和NOB都有抑制作用,但AOB比NOB有更强的盐度耐受能力,即使是10g/L盐度长期驯化后的NOB对盐度耐受能力与AOB相比仍然较弱;进水盐度越高,系统转变为短程硝化的时间就越短,抑制时间越长,短程硝化维持的时间也就越久;选择进水盐度7.6g/L作为最佳抑制盐度进行种群优化实验,在经过4个月的抑制和淘洗之后,通过FISH手段检测表明NOB(Nitrobacter spp)已被淘洗出了系统。较高的盐度和较长的抑制时间是进行种群淘汰的两个必要因素。   研究了模糊控制应用在含盐污水处理中的可行性和特异性,考察了利用在线控制对含盐污水生物脱氮过程的优化控制。在SBR法处理含盐污水硝化反硝化过程中当盐度大于5g/L时DO曲线不再呈现出较好的平台和规律性;不同盐度下的pH曲线具有相似的规律。在SBR法处理含盐污水的过程中DO不适宜作为自控参数,只有尽量避免大范围高盐度的冲击才能以pH作为自控参数。在5g/L盐度抑制结合以pH作为在线控制控制参数的控制在系统中应用后,系统可以通过在线控制维持稳定的短程硝化,结合排泥后可以在三个月内实现系统的种群优化,将NOB淘洗出系统。因此,盐度抑制结合模糊控制可以作为快速实现和维持系统短程硝化并实现种群优化的有效手段。   全面考察了盐度对普通和耐盐EBPR系统在不同盐度抑制下的除磷特性,同时利用高富集的菌种和配水进行了深入了机理性研究,考察了盐度对聚磷菌新陈代谢的影响。实验结果表明,未经盐度驯化的普通EBPR系统,其磷去除率,放磷和吸磷速率都随着盐度的增加而降低,7.5g/L以上盐度对磷去除率和放磷吸磷都有严重抑制。聚磷菌在厌氧受到抑制后受到影响最大的是对外碳源的吸收和利用。在好氧条件下收到盐度抑制后,生长速率受到影响最大。PAOs的生长在5g/L的盐度时就受到抑制,在15g/L盐度时就已经完全停止。实际除磷过程中要避免普通EBPR除磷系统直接接触高盐度污水。经过10g/L盐度长期驯化的耐盐活性污泥可以较好的适应含盐环境,盐度驯化是提高含盐污水EBPR系统生物除磷的有效手段。   亚硝酸盐的质子态产物游离亚硝酸(FNA)是PAOs和GAOs代谢过程的真正抑制剂。厌氧条件下,FNA对PAOs的外碳源吸收利用和内源物质转化能力都有不利影响,对GAOs的内源物质转化能力影响较小;GAOs会生成更多的PHV来代替PHB从而减少能量的消耗。FNA会直接抑制微生物的生长抑制。当FNA的浓度仅为到1.5×10-3mgN-HNO2/L时,GAOs的生长速率已经下降至50%;当生物生长被完全抑制时,PHA的降解和糖原合成仅仅降低为最初水平的50%左右。FNA对微生物的合成代谢的抑制要大于分解代谢。FNA对于PAOs和GAOs厌氧和好氧代谢能力的不同抑制作用会逐渐导致EBPR系统中PAOs逐渐失去竞争优势而被GAOs所淘汰。   通过优化C/N和C/P比和水力停留时间等参数优化了革新MUCT工艺处理10g/L含盐生活污水的去除率,其中C/P=80~120,C/N=7-10,HRT在25h左右最有利于氮磷的去除,优化后的革新MUCT工艺氮、磷平均去除率分别达到87%和72%;并结合丝状菌污泥微膨胀节能理论研究了含盐污水处理过程中耐盐污泥丝状菌污泥膨胀的发生和控制方法,发现耐盐污泥在长期低溶解氧条件下同样会发生丝状菌污泥膨胀;盐度降低会促进丝状菌的大量生长,导致污泥膨胀加剧;大幅度提高盐度是抑制耐盐污泥膨胀的有效方法;膨胀状态下的系统出水浊度大大降低,悬浮物数量明显减少,水质清澈,且系统对氮和磷的去除效率有所提高,对COD的去除率基本无影响。提出可以利用污泥微膨胀提高含盐污水处理效率的方法。
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