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清潩河是淮河的二级支流,70%的流域面积位于许昌市境内,许昌市的污水排放对清潩河流域水环境具有重要影响。许昌是我国最大的发制品产业集聚区。发制品行业的典型特征为“高耗水、高污染”,其废水COD排放量在清潩河流域所有工业行业中仅次于造纸业和纺织业位居第三,氨氮排放量在造纸业之后位居第二,是流域主要污染行业之一。发制品产业集聚区综合污水不仅包括假发废水,还包括了其他工业废水和居民生活污水,成分复杂,水质水量不稳定,本研究依托集聚区屯南污水处理厂A2/O工艺,通过现场小试和中试试验,探索运用A2/O工艺处理此类综合废水的合理性及最佳运行条件,同时辅以工程运行,将理论知识应用于实际工程。为优化A2/O工艺对集聚区综合污水的处理效果,本研究以实际污水为研究对象,以A2/O反应器为基础,考察了系统对污染物的去除效果及作用机制。通过调控水力停留时间(HRT)、混合液回流比(R)、污泥回流比(r)、污泥龄(SRT)和溶解氧(DO)等运行条件,寻找最佳运行参数。同时,以向缺氧区投加Na2S2O3进一步考察了系统的脱氮除磷效果并运用分子生物学手段分析了系统中微生物群落的变化情况。此外,通过对A2/O反应器的改良,形成了一套“厌氧-缺氧-好氧-缺氧”运行模式的改良型A2/O工艺。从污染物整体去除效果和沿程变化情况分析了它的优势与不足,对比了 A2/O工艺改良前后活性污泥中微生物群落结构的变化情况。研究设计了中试规模的A2/O装置,考察在5个不同工况条件下对污染物的处理效果,并依托屯南污水处理厂A2/O水处理工程,探索了不同季节下MLSS、DO等条件对脱氮除磷效果的影响。本研究主要结论如下:(1)在A2/O运行参数优化试验中,对比分析了 HRT为24h、16h和10h条件下的处理效果,结果表明HRT为10h条件下有利于除磷,但不利于COD的降解和TN的去除;24h条件下除磷效果不及16h,两者对COD的去除和脱氮效果接近。通过考察混合液回流比(R)为100%、200%和300%时的处理效果,发现R的改变对COD、NH4+-N和TP的去除效果影响不大,而随着R的增大,系统对TN的去除率由57.82%分别上升为66.86%及76.27%;在污泥回流比(r)的影响研究中,将r分别控制在50%、75%和100%,发现当r过低时,污泥易沉积在二沉池,不利于系统对COD的去除,当r过高时,会携带较多的NO3--N进入厌氧池进而影响释磷作用,系统随着r的增加对TP的去除率从86.11%分别降为84.41%、81.88%。设置污泥龄(SRT)为8d、11d、15d和20d考察去除效果,发现SRT为8d时对TP的去除率达到91.35%,但不利于对COD、NH4+-N和TN的去除,11d时TN去除效果仍很差,15d和20d时对TN的去除率分别为74.25%和72.15%,但在20d时除磷率下降至56.60%。溶解氧方面,通过维持好氧池DO平均浓度为4.0mg/L、3.0mg/L、2.0mg/L和1.0mg/L,分析了 DO对污染物去除的影响,结果表明DO浓度对COD的去除影响较小,随着DO浓度值的下降TN去除率有所提高,当DO浓度下降至1.0mg/L左右时,除磷效果迅速恶化,如仅需保证较高的脱氮率,系统可控制在低DO条件下运行。最终确定了最佳运行参数为:HRT为16h、混合液回流比为200%、污泥回流比为75%、SRT约15d、DO 2.0mg/L以上。在此基础上探索了投加Na2S2O3对A2/O系统脱氮的强化效果并分析了其微生物群落变化情况,发现投药对COD和NH4+-N的去除基本没有影响,TN的平均去除率从投药前的68.29%提高至76.26%,主要依赖于系统氢噬胞菌属(Hydrogenophaga)的迅速增殖,其中的螺纹氢噬胞菌(H.taeniospiralis)和类黄氢噬胞菌(H.pseudoflava)可以在厌氧条件下以硝酸盐为电子供体进行反硝化作用,Sulfuritale可以利用硫源进行反硝化脱氮。(2)在改良型A2/O效果验证试验中,研究了在200%、150%和100%的内回流比条件下系统对污染物的去除效果,表明改良型A2/O工艺相对传统A2/O工艺提高了脱氮率,在200%内回流比条件下脱氮率由70.45%提高至73.90%,后置缺氧区反硝化功能不明显,但有效的避免了内回流携带DO至前端缺氧区,强化了前端缺氧反硝化作用。改良型A2/O工艺对COD、NH4+-N和TP的去除效果与传统A2/O工艺接近。从微生物群落结构角度分析,反应器改良后系统中的陶厄氏菌属(Thauera)迅速繁殖,该菌是隶属于红环菌科(Rhodocyclaceae)的反硝化细菌,随着内回流比下降,脱氮效果逐渐变差,而陶厄氏菌属(Thauera)比例从19.59%降为5.92%、6.13%,说明脱氮效果与该菌的数量紧密相关。此外,改良A2/O系统中丛毛单胞菌(Comamonadacecae)的数量更具优势,有利于实现短程硝化-反硝化作用。(3)中试试验对水力停留时间和混合液回流比进行了优化,HRT选取了16h、12h和10h,混合液回流比选取了 200%和100%,并不断调控系统中的MLSS,结果表明,各工况条件下系统对COD和NH4+-N的去除效果较好,HRT对TN去除的影响不及内回流比影响大,各工况下出水PO43--P浓度均超过了 0.5mg/L,须辅以化学除磷。同时,依托许昌市屯南污水处理厂A2/O工艺,考察了不同季节条件下MLSS、DO等参数间的互相作用,发现MLSS夏季明显低于冬季,冬春交际气温上升时,MLSS过高会造成系统DO水平急剧下降,导致系统对COD和NH4+-N的去除效果变差。系统对PO43--P的去除主要通过生物除磷和化学除磷相结合,能保证出水PO43--P浓度稳定达标。