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论文以开发高效、低能耗的粪便污水处理技术为目标,针对粪便污水高氮高有机浓度的特征,采用新型高效的“ASBR-SBBR”组合处理工艺处理粪便污水,并对该组合工艺的最佳运行工况进行了深入研究。对于低温下ASBR反应器处理效能降低的问题,采用增加反应器污泥浓度及延长停留时间有效地改善了低温ASBR反应器的处理效能。并对粪便污水厌氧出水NH4+-N浓度较高(500~600mg/L)、可生化性较差(BOD5/COD=0.2)的特点,探讨了有机负荷、NH4+-N浓度、水温等对SBBR反应器脱氮效能的影响;采用将部分原水接入SBBR反应器的方法,解决了脱氮过程碳源不足的问题,并且在SBBR反应器中实现了高效的同步硝化反硝化脱氮,进一步通过提高挂膜密度等途径,强化了SBBR反应器的低温脱氮能力。此外,针对ASBR-SBBR反应器出水残留的难生物降解有机物和色度,比较了臭氧氧化和活性炭吸附工艺对其的处理效能。研究得出如下主要结论:
1) 有机负荷和水温对ASBR反应器处理效能的影响试验表明:当反应器水温为35℃、容积负荷为10.0 kgCOD/m3·d、HRT为24h时,进水COD为16000mg/L,出水COD为2600mg/L,COD去除率为86.4%,反应器处理效果良好;冬季试验表明:当15℃时,COD去除率下降为54%,此时,将MLSS从30g/L增加40g/L,可使COD去除率升至63%,当HRT延长至48h时,其COD去除率为77%。
2) SBBR和SBR反应器处理效能对比试验研究表明:SBBR反应器(挂膜装填密度为30%)处理粪便污水厌氧出水COD去除率为86.3%,NH4+-N去除率为99.2%, TN去除率为84.5%;而SBR反应器的COD去除率为87.9%,NH4+-N去除率为97.6%, T-N去除率为75.7%,SBBR反应器的脱氮效能优于SBR反应器。
3) SBBR反应器处理粪便污水厌氧出水试验研究表明:当有机负荷为0.4 kgCOD/m3·d,HRT为12h,挂膜密度30%及水温为25℃时,可使COD为2600mg/L,NH4+-N为500mg/L及T-N为500mg/L的进水,出水COD为350mg/L,NH4+-N为7mg/L,T-N为80mg/L,COD去除率为86.3%,NH4+-N去除率为99.2%, T-N去除率为84.5%,在SBBR反应器中实现了高效的同步硝化反硝化脱氮。
4) 氨氮对SBBR反应器处理粪便污水厌氧出水效能的影响试验结果表明:当反应器中NH4+-N浓度≥200mg/L时,NH4+-N去除率从98.4%下降为48.3%,硝化速率从8.2mg/L·h下降为4.05mg/L·h;NH4+-N对硝化菌产生了有明显的抑制作用,当SBBR反应器有机负荷≤0.6kgCOD/m3·d,排水比≤1/4时,可使反应器中NH4+-N浓度≤200mg/L,避免NH4+-N对硝化过程的抑制。
5) 对于粪便污水厌氧出水中碳源不足的问题,试验结果表明:在25℃时,将8%原水直接进入SBBR反应器,使处理水的BOD/TN为3.2左右,有效地提高了脱氮的效率,并且最终出水TN小于20mg/L,达到了国家排放标准的要求。
6) 冬季低温对SBBR反应器处理粪便污水厌氧出水效能的影响试验结果表明:当反应器水温从25℃下降到13℃左右时,反应器内微生物的活性随之下降,其脱氢酶含量从8.21μgTF/mgMLSS·h下降到3.29μgTF/mgMLSS·h,SBBR反应器出水的TN从56. 3mg/L上升到81.2mg/L,T-N去除率从89.2% 下降为80%。将8%原水直接进入SBBR反应器,并将反应器挂膜密度由30%增至45%,可使反应器TN的去除率提高到92.8%。
7) 活性炭能够很好地吸附粪便污水生化处理出水中残留的难降解的COD,其吸附容量q为150mg/g,该吸附过程符合Langmuir和Freundlich方程。
上述研究结果,将为粪便污水处理的工程实践提供科学的依据,具有重要的指导意义。