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生活污水排放量占我国废水排放总量的三分之二以上,但许多污水属于低碳氮比(C/N)污水,因而存在碳源不足的问题,导致传统生物脱氮除磷工艺的处理效果受到影响,出水水质无法满足越来越严格的排放标准。此外,采用传统活性污泥法的污水处理厂还面临着能耗过高的问题。短程硝化反硝化技术不仅能显著减少脱氮过程中对碳源的需求,改善处理效果,还能节省大量曝气,有效降低曝气能耗,因而具有很高的研究和应用价值。但是生活污水短程硝化反硝化方面的研究还有许多不足需要完善。 针对上述问题,本研究以实际生活污水为研究对象,常温条件下,分别在接种全程硝化污泥的SBR和A/O反应器中开展短程硝化反硝化研究。在SBR反应器中,主要考察以交替好氧缺氧运行模式实现短程硝化反硝化的可行性以及短程硝化反硝化实现后系统的反应特性。研究结果表明,不论好氧缺氧时间比是1∶1还是1∶2,系统均能实现稳定的短程硝化,SBR1和SBR2启动时间分别是47天(94个周期)和59天(118个周期),表明交替运行方式是一种适合于生活污水有效的短程硝化实现方式。 短程硝化实现后,考察了系统的反应特性。结果表明,长时间以交替好氧缺氧运行方式可提高SBR系统比氨氧化速率,SBR1和SBR2第200天的比氨氧化速率分别到达11.54和10.45 mgNH4+-N/(gVSS·h),分别是最初值的205%和188%,比氨氧化速率的提高大幅度减少了好氧反应时间,强化了短程硝化反硝化节能降耗的效果。氨氮去除率基本维持在100%,总氮去除率较传统好氧缺氧模式有所提升,因此交替好氧缺氧运行模式在实现短程硝化的同时可在一定程度上改善系统的处理效果。通过向SBR投加外加少量碳源乙酸钠,有效改善了系统总氮去除效果,系统出水中氨氮、总氮和化学需氧量(COD)三个指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准中的要求。此外,通过47天的恢复实验证明了交替好氧缺氧实现短程硝化反硝化系统的稳定性。 系统以交替好氧缺氧方式实现短程硝化过程中发生了污泥膨胀现象。分析原因,认为交替缺氧好氧运行方式、较长的泥龄以及较低的有机负荷是导致污泥膨胀的主要原因,而交替好氧缺氧运行方式是导致污泥膨胀的直接原因。缺氧段较长时会加速污泥膨胀的过程。此外,短程硝化实现后系统硝化菌群结构发生了变化,AOB的含量有小幅度上升,而NOB的数量则出现明显下降。表明该方法能有效抑制NOB的生长。 与此同时在A/O反应器中开展以低溶解氧和控制氨氮负荷两种实现短程硝化反硝化的研究,从启动和运行等方面对比两种方式的优势和劣势。研究结果表明,通过低DO(0.5mg/L)和控制DO/NH4+-N(0.07)两种方式在A/O反应器中成功启动短程硝化。以DO/NH4+-N作为控制指标能有效避免低溶解氧实现短程硝化过程中氨氮出水严重恶化的情况,保证了氨氮去除效果,且亚硝酸盐积累率更高,短程硝化更为稳定。两种通过控制溶解氧实现短程硝化的途径均可改善系统TN的去除效果,全程硝化阶段系统的TN率在55%左右,而短程硝化阶段TN去除率上升至60%以上。COD去除效果始终较好,受溶解氧变化的影响较小。 此外,研究还发现,系统氨氧化速率受溶解氧的影响非常明显,低溶解氧时(0.5mg/L)系统的比氨氧化速率只有3.89 mgNH4+-N/(gVSS·h),较高溶解氧时(2mg/L)的5.8 mgNH4+-N/(gVSS·h)下降了33%,为保证氨氮去除效果不得不延长水力停留时间。因此,以DO/NH4+-N作为控制指标实现短程硝化较单纯控制低DO更有优势。总结和比较了低DO和控制DO/NH4+-N两种实现短程硝化反硝化的优缺点,表明后者可有效克服前者的缺点,是一种适合于处理实际生活污水A/O工艺的短程硝化实现方法。