污泥內(nèi)碳源開發(fā)強(qiáng)化生物脫氮工藝技術(shù)與優(yōu)化控制結(jié)題摘要

城市污水有機(jī)碳源的缺乏成為提高脫氮除磷效果的瓶頸。利用污水處理廠污泥內(nèi)碳源替代外加碳源，可控制處理成本，提高出水水質(zhì)。為解決污泥內(nèi)碳源開發(fā)和應(yīng)用過程中存在的揮發(fā)酸產(chǎn)量受限，脫水性能惡化等瓶頸問題，本項(xiàng)目系統(tǒng)研究污泥內(nèi)碳源開發(fā)技術(shù)及其優(yōu)化控制策略，開發(fā)了經(jīng)濟(jì)高效應(yīng)用內(nèi)碳源強(qiáng)化脫氮除磷的新工藝和新方法。研究結(jié)果表明在污泥發(fā)酵過程中投加亞硝酸鹽，可以在促進(jìn)污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的同時實(shí)現(xiàn)高效脫氮，其主要機(jī)理在于亞硝酸鹽對微生物的破壁作用，同時發(fā)酵系統(tǒng)內(nèi)揮發(fā)酸及時消耗，底物抑制作用降低，也有利于提高內(nèi)碳源開發(fā)效率；在此基礎(chǔ)上開發(fā)了內(nèi)碳源強(qiáng)化消化污泥脫水液的連續(xù)流工藝以及內(nèi)碳源強(qiáng)化低碳氮比廢水脫氮的序批式工藝，以上工藝應(yīng)用污泥內(nèi)碳源為替代碳源，顯著提高了低碳氮比廢水的總氮去除效果。項(xiàng)目系統(tǒng)還開發(fā)了強(qiáng)化污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的新技術(shù)及考察了其作用原理，試驗(yàn)結(jié)果表明適宜的堿性條件、發(fā)酵系統(tǒng)投加鎂粉和氯化鈉均可提高污泥發(fā)酵產(chǎn)酸過程中的揮發(fā)酸產(chǎn)量，提高污泥內(nèi)碳源的開發(fā)效率。同時項(xiàng)目提出了提高發(fā)酵污泥脫水性能和降低溫室氣體產(chǎn)量的控制方法和策略。 2100433B

污水中氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)去除是城市污水處理和再生水回用的核心問題之一。隨著我國污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，城市污水有機(jī)碳源的缺乏成為提高脫氮除磷效果的瓶頸。利用污水處理廠污泥內(nèi)碳源替代外加碳源，可有效控制處理成本，提高出水水質(zhì)，是可持續(xù)的污水處理工藝技術(shù)。但目前全流程的內(nèi)碳源開發(fā)與城市污水生物脫氮的耦合工藝仍存在諸多理論和應(yīng)用的問題，亟待進(jìn)一步深入研究解決。.本項(xiàng)目的研究涉及污泥內(nèi)碳源開發(fā)、技術(shù)應(yīng)用及其優(yōu)化控制等重要環(huán)節(jié)。研究對象為污水廠主處理區(qū)污水和高氨氮污泥消化液，涵蓋污水處理廠外源和內(nèi)源氮輸入兩種情況。研究內(nèi)容和主要創(chuàng)新點(diǎn)包括發(fā)酵污泥類型對強(qiáng)化生物脫氮的影響；發(fā)酵過程中有機(jī)物和氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)釋放規(guī)律以及對反硝化的影響，發(fā)酵系統(tǒng)和生物脫氮系統(tǒng)的相互影響等。同時研究污泥發(fā)酵內(nèi)碳源開發(fā)系統(tǒng)和生物脫氮系統(tǒng)的耦合優(yōu)化運(yùn)行；進(jìn)一步探索污泥內(nèi)碳源強(qiáng)化城市污水處理廠脫氮除磷的綜合策略。

本項(xiàng)目選取目前污水處理廠普遍采用的生物脫氮工藝----A/O工藝和SBR工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究，研究生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹的發(fā)生條件、影響因素、作用機(jī)理和微生物特性，考察其對生物脫氮效果和有機(jī)物降解效果的影響。主要研究內(nèi)容包括生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹發(fā)生的環(huán)境因素研究、生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹機(jī)理研究、生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹的分子生物學(xué)研究以及生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹的控制方法研究四個方面。研究取得的成果主要包括以下幾個方面。 一是明確了低C/N比生活污水在生物脫氮過程中環(huán)境因素對絲狀菌污泥膨脹的影響過程。確定了在不加外碳源的情況下A/O工藝處理實(shí)際低C/N生活污水較優(yōu)運(yùn)行條件，確定了以乙酸鈉作為外加碳源時A/O工藝處理實(shí)際低C/N生活污水的最低碳源投加量。 二是明確了A/O工藝處理實(shí)際低C/N生活污水時低氧絲狀菌污泥微膨脹的發(fā)生條件。在有機(jī)負(fù)荷(F/M)為0.28 kg/(kgMLSS?d)，溶解氧為0.5mg/L時，系統(tǒng)的SVI能穩(wěn)定維持在250mL/g以下，系統(tǒng)的曝氣能耗可節(jié)省約40%。明確了A/O工藝H.hydrossis絲狀菌惡性膨脹的發(fā)生及膨脹機(jī)理與原因。在低氧條件運(yùn)行過程中，發(fā)生由H.hydrossis型絲狀菌引起的惡性污泥膨脹，分析了其快速生長的主要原因。 三是確定了針對A/O工藝H.hydrossis絲狀菌污泥膨脹的有效控制方法。將A/O反應(yīng)器的好氧區(qū)由三格室增加到五格室，使水流接近推流式流態(tài)；同時，逐漸提高溶解氧至2mg/L，能有效控制污泥膨脹。 四是明確了針對SBR工藝H.hydrossis絲狀菌污泥膨脹的有效控制方法。維持有機(jī)負(fù)荷為0.37 kg/(kgMLSS?d)，采取完全好氧運(yùn)行模式，能夠較好地控制H.hydrossis絲狀菌引起的污泥膨脹。 本項(xiàng)目共發(fā)表論文SCI 3篇，EI 7篇，申請專利4項(xiàng)，在國際會議做分組報告3項(xiàng)，培養(yǎng)博士研究生2名，碩士研究生7名，培養(yǎng)本科生3名。 2100433B

生物脫氮工藝作為目前城市污水處理廠最普遍應(yīng)用的一種活性污泥處理工藝，絲狀菌污泥膨脹問題時有發(fā)生，并逐漸成為制約脫氮效果的一個重要難題。當(dāng)前國內(nèi)外對于生物脫氮工藝污泥膨脹的關(guān)注不多，對其發(fā)生機(jī)理缺少統(tǒng)一認(rèn)識，更缺少有效的控制方法。本項(xiàng)目將專門針對這一現(xiàn)狀展開，研究生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹發(fā)生的環(huán)境因素（包括水質(zhì)條件、運(yùn)行條件以及反應(yīng)器類型），建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫；采用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)，檢測和鑒定生物脫氮過程中絲狀菌污泥膨脹的菌群特征，分析其結(jié)構(gòu)與功能的差異以及在不同環(huán)境中的變化特點(diǎn)；在此基礎(chǔ)上深入研究生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹機(jī)理；并進(jìn)一步研究其有效的控制方法，開發(fā)防治污泥膨脹的生物脫氮改進(jìn)工藝。通過本項(xiàng)目的研究，確定生物脫氮過程絲狀菌污泥膨脹的致因，進(jìn)一步完善現(xiàn)有的活性污泥膨脹理論和生物脫氮理論，為解決城市污水處理廠生物脫氮過程發(fā)生的污泥膨脹問題，改善生物脫氮效果提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。