污泥转移SBR工艺的除磷机制与运行控制研究.pdf
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1、苏州科技学院硕士学位论文 摘 要 I 摘摘 要要 针对现行序批式间歇活性污泥法(SBR)及其衍生工艺容积利用率低、充水比 不高和运行稳定性能差等缺陷,课题组研发了污泥转移 SBR 工艺,它是由一个连 续运行的前置生物选择器和多个并联的 SBR 池组成的,采用污泥回流的方式增加 了 SBR 池在反应阶段的活性污泥总量,从而提高了其去除污染物的能力;减少了 SBR 池在沉淀阶段的活性污泥总量,进而提高了其相应的充水比和容积利用率。新 工艺在实验室规模条件下处理校内生活污水的试验结果表明: (1)通过污泥回流的方式实现了在并联运行的SBR池之间连续稳定的污泥转移 利用。污泥转移量15%、30%和40
2、%下单个SBR池中的平均活性污泥总量比传统SBR 工艺分别提高了7.21%、24.46%和30.01%左右。 (2)污泥转移可改善污泥的沉降性能,有污泥转移时的沉降性能明显优于传 统 SBR 工艺。污泥转移量 0%、15%、30%和 40%下的平均污泥沉降指数分别为 222 mL g-1、208 mL g-1、96 mL g-1和 94 mL g-1左右。 (3)污泥转移量对SBR的充水比和处理能力影响显著。在污泥转移量0%、15%、 30%和40%下,系统的充水比分别为30%、39%、45%和56%,有污泥转移时的日处理 量比传统SBR工艺分别提高了30%、50%和86%左右。 (4)生物除
3、磷的单因素试验获得了在运行控制过程中污泥转移量、运行模式、 曝气进水阶段的DO浓度和污泥龄(SRT)对系统除磷影响较大。正交试验确定了除 磷 的 最 优组合:污泥转移量 为 30% 、 SRT 为5d和 曝气进水阶段 DO 浓度为 2.0mg L-1-3.0mg L-1;影响除磷效果的主要因素分别为污泥转移量SRT曝气进水 阶段DO浓度。 (5)污泥转移量和生物选择器中NO3-浓度对生物选择器的厌氧释磷影响较大。 静态释磷试验结果表明, 通过污泥转移可改善系统的释磷能力。 污泥转移量15%、 30% 和40%的释磷总量分别为17.82mg L-1、29.85mg L-1和30.35mg L-1
4、;平均比释磷速率分 别为7.00mgTP (gMLSS h)-1、11.17mgTP (gMLSS h)-1和8.83mg TP (gMLSS h) -1。 (6)污泥转移量对系统吸磷影响显著。污泥转移量30%和40%的吸磷效果明显 优于15%,污泥转移量30%的吸磷效能最佳。 (7)通过对磷的物料衡算可知,强化生物除磷起主要作用,同化除磷次之,也 存在反硝化除磷过程。 苏州科技学院硕士学位论文 摘 要 II 关键词:关键词:污泥转移,SBR 工艺,生物除磷,除磷机制,运行控制 Master Dissertation of Suzhou University of Science and Te
5、chnology Abstract III AbstractAbstract The Sludge-Shifting SBR Process is put forward to resolve the problems of the low utilization of the working volume of the reactor, low water filling ratio, insufficient stability in the existing SBR and its derivative process by our research group, and it cons
6、ists of a continuously running preposed bio-selector and multi-SBRs, aimed to improving the pollutant removal ability of SBR through increasing biomasses in the reaction stage and raising corresponding water filling ratio and utilization of the working volume of the reactor through decreasing biomas
7、ses in the settling stage by means of returning sludge. The updated process was tested for campus wastewater treatment in the laboratory scale, the results show that: (1) The continuous and stable sludge shifting and utilization were achieved among multi-SBRs by means of returning sludge. Compared w
8、ith the traditional SBR, the average biomasses under 15%, 30% and 40% of the sludge shifting volumes were increased by 7.21%, 24.46% and 30.01%, respectively. (2) The sludge shifting could improve the settling performance of the sludge. The settling performance with sludge shifting was significantly
9、 better than the traditional SBR. When the sludge shifting volumes were 0%, 15%, 30% and 40%, the sludge Volume Indexes were 222 mL g-1、208 mL g-1, 96 mL g-1 and 94 mL g-1, respectively. (3) The water filling ratio and processing capacity were significantly affected by the sludge shifting volumes. W
10、hen the sludge shifting volumes were 0%, 15%, 30% and 40%, the water filling ratios were 30%, 39%, 45% and 56%, respectively. Compared with the traditional SBR, the daily processing capacities were increased by 30%, 50% and 86%, respectively. (4) The phosphorus removal was significantly affected by
11、the sludge shifting volume, operation mode, DO concentration in the aeration effluent stage and SRT in the single-factor experiment of biological phosphorus removal during the period of operation control. The orthogonal test was determined that the optimal combination of the phosphorus removal was t
12、hat the sludge shifting volumes were 30%, SRT was 5 and DO concentrations in the aeration effluent stage were 2.0mg L-1-3.0mg L-1, and the major factors of the phosphorus removal were the sludge shifting volumeSRTDO concentration in the aeration effluent stage, respectively. (5) The anaerobic phosph
13、orus release was significantly affected by the sludge Master Dissertation of Suzhou University of Science and Technology Abstract IV shifting volume and NO3- concentration in the bio-selector. The result of static phosphorus release showed that sludge shifting could improve the ability of phosphorus
14、-release, the total phosphorus release amounts were 17.82mg L-1, 29.85mg L-1 and 30.35mg L-1 respectively when the sludge shifting volumes were 15%, 30% and 40%. The average specific phosphorus release rates were 7.00mgTP (gMLSS h)-1, 11.17mg TP (gMLSS h) -1 and 8.83mgTP (gMLSS h) -1 respectively. (
15、6) The phosphorus uptake was significantly affected by the sludge shifting volume. The phosphorous removing effects under the 30% and 40% of sludge shifting volumes were significantly better than the one under the 15% of sludge shifting volumes. And the phosphorous removing effects under the 30% of
16、sludge shifting volumes were best. (7) Based on the mass balance, Enhanced biological phosphorus removal played critical role and assimilation phosphorus removal took second place in this system, and denitrifying phosphorus removal was also existed. Key words: sludge shift, SBR, biological phosphoru
17、s removal, phosphorus removal mechanism, operational control 苏州科技学院硕士学位论文 目录 V 目目 录录 摘要摘要 . I AbstractAbstract III 第一章第一章 绪论绪论1 1.1 课题来源课题来源 .1 1.2 选题依据选题依据 .1 1.3 生物除磷理论生物除磷理论 2 1.3.1 传统生物除磷机理.2 1.3.2 反硝化除磷机制 5 1.3.3 生物除磷的影响因素 .5 1.4 1.4 生物除磷工艺生物除磷工艺 .8 1.4.1 连续流工艺 8 1.4.2 间歇式工艺 9 1.5 1.5 污泥转移污泥转移
18、SBRSBR 工艺工艺 . 13 1.5.1 污泥转移 SBR 工艺系统及其原理 . 13 1.5.2 污泥转移 SBR 工艺的特点 . 13 1.5.3 污泥转移 SBR 工艺的前期研究情况 14 1.6 1.6 课题的目的与意义课题的目的与意义 . 14 1.7 1.7 课题的研究内容课题的研究内容 . 15 第二章第二章 试验设备、材料与方法试验设备、材料与方法 16 2.1 2.1 试验装置与设备试验装置与设备 . 16 2.1.1 试验装置与操作 16 2.1.2 试验设备与仪器 17 2.22.2 试验材料试验材料 . 17 2.2.1 试验接种污泥 17 2.2.2 试验水质 1
19、8 2.3 2.3 试验方法试验方法 18 2.3.1 试验工况的设置 18 2.3.2 试验监测项目 19 2.3.3 试验分析方法 22 第三章第三章 试验结果与分析试验结果与分析 . 26 3.1 3.1 污泥转移规律及特性研究污泥转移规律及特性研究 . 26 3.1.1 系统的污泥转移规律 . 26 3.1.2 污泥转移 SBR 工艺的沉降性能的探讨 28 3.1.3 不同污泥转移量对系统处理能力的影响 30 苏州科技学院硕士学位论文 目录 VI 3.1.4 小结 30 3.2 3.2 运行控制条件对系统除磷的影响运行控制条件对系统除磷的影响 31 3.2.1 不同污泥转移量对系统除磷
20、的影响 31 3.2.2 不同运行模式对系统除磷的影响 . 33 3.2.3 曝气进水阶段 DO 对系统除磷的影响 35 3.2.4 不同 SRT 对系统除磷的影响 . 36 3.2.5 生物脱氮除磷的多因素分析 . 37 3.2.6 小结 39 3.3 3.3 生物选择器的释磷研究生物选择器的释磷研究 . 40 3.3.1 污泥转移量对生物选择器中磷释放的影响 40 3.3.2 其它因素对生物选择器中磷释放的影响 42 3.3.3 厌氧释磷反应动力学研究 . 43 3.3.4 小结 44 3.4 SBR 主反应器磷的吸收研究主反应器磷的吸收研究 . 44 3.4.1 污泥转移量对 SBR 反
21、应器磷的吸收的影响 . 44 3.4.2 SBR 反应器中 TP 的沿程变化 45 3.4.3 系统中 TP 的去除途径 46 3.4.4 小结 48 第四章第四章 结论与建议结论与建议 49 4.1 4.1 结论结论 49 4.2 4.2 建议建议 50 参考文献参考文献 51 致谢致谢 . 59 个人简历个人简历 60 苏州科技学院硕士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 课题来源 本课题来源于江苏省自然科学基金项目 “具有污泥转移的SBR工艺中污泥的强化 除磷特性研究”,“项目编号:BK2011315”和住建部科技计划项目“活性污泥法的 污泥转移技术研究”,“项目编号:201
22、0-K6-26”。 1.2 选题依据 水体富营养化问题仍然是当今世界亟待解决的环境难题之一。近年来,随着工业 化和城市化进程的加快世界各地的海洋、湖泊、水库和其它城市水体均遭受到不同程 度的富营养化危害。据第十三届世界湖泊大会统计,截止到2009年,我国受富营养化 污染的湖泊面积已达到8700平方公里左右,较过去的近40年里增长了60倍左右;太湖 和巢湖的大部分区域已达中度富营养化程度, 鄱阳湖和洞庭湖也面临着富营养化的危 害;以太湖为例,上世纪80年代太湖水主要以二类水为主,而2000年以后主要以五类 和劣五类为主,水华面积占全湖的33%以上1。由此可见,控制和治理水体富营养化 污染已成为国
23、内外广大科研工作者的研究课题之一。 研究表明,促使水体发生富营养化的物质包括有机碳、磷(P)、氮(N)、钾 (K)、铁(Fe)等营养物。其中,有机碳经过污水处理系统后可基本去除,除N和P 外的其它营养物质相对于富营养化在形成过程中的消耗水平极少, 不构成富营养化的 关键原因2。N和P是构成受纳水体富营养化的关键物质,其中P是主要的限制性因子 3。可见,在有效控制和缓解水体富营养化污染的过程中,应优先选择控制P的排放 总量。 迄今为止,去除污废水中磷的方法主要有物理除磷法、化学除磷法、生物除磷法 和生化除磷法等。物理除磷法主要是利用吸附、电解、电渗析等物理手段去除污废水 中的磷,但因其处理费用高
24、和技术复杂而很少被应用;化学除磷法主要是投加某些可 溶性的金属阳离子(Ca2+、A13+或Fe3+)盐与磷酸根发生化学反应,形成金属磷酸盐 沉淀, 最终通过固液分离达到去除污废水中过量磷的目的, 但其存在着二次污染隐患、 处理成本高和污泥产量大等缺点;生物除磷法主要是利用除磷微生物对磷的吸收, 最 终通过排放剩余污泥达到除磷的目的; 生化除磷法主要是将化学絮凝除磷和生物除磷 相结合,从而达到除磷的目的4,5。生物除磷技术因其具有操作方便、处理成本低和 二次污染小等优势而成为近年来国内外运用最广泛的除磷手段。 苏州科技学院硕士学位论文 第一章 绪论 2 1.3 生物除磷理论 学术界曾有两种不同的
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- 污泥 转移 SBR 工艺 机制 运行 控制 研究
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