A2O工艺反硝化除磷的实现及性能的研究

工学硕士学位论文A2/O工艺反硝化除磷的实现及性能的研究曹雪梅哈尔滨工业大学2007年7月中国图书分类号：TU992.3国际图书分类号：628.356工学硕士学位论文A2/O工艺反硝化除磷的实现及性能的研究硕士研究生：曹雪梅导师：彭永臻教授申请学位：工学硕士学科、专业：市政工程所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2007年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TU992.3U.D.C.:628.356ADissertationfortheDegreeofM.Eng.THESTUDYONTHEREALIZATIONANDPERFORMANCEOFDENITRIFYINGPHOSPHORUSREMOVALINA2/OPROCESSCandidate：CaoXuemeiSupervisor：Prof.PengYongzhenAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MunicipalEngineeringAffiliation:SchoolofMuni.&Env.EngDateofDefence：July,2007Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要-I-摘要为促进A2/O工艺的研究发展，尤其是促进其在低C/N比污水处理中的应用，本课题以人造生活污水为处理对象，结合连续流模型试验，首次全面系统地研究了A2/O工艺中实现反硝化除磷脱氮的可行性、各运行工况及进水条件等对工艺运行效果的影响作用以及pH、ORP在反应器内的变化规律，并对ORP能否作为反硝化除磷过程的控制参数进行了探讨。在此基础上，考察了通过低溶解氧控制的方法实现短程硝化的可能性以及短程反硝化除磷的可行性，并对亚硝酸盐对反硝化除磷的影响进行了研究。在稳定运行A2/O反硝化除磷系统之后，首先探讨了进水COD/TN对A2/O工艺反硝化除磷脱氮的影响作用。研究结果表明A2/O反硝化除磷系统比较适合于处理COD/TN为4～7的生活污水，而该比值较符合我国生活污水的C/N比值，这将使A2/O工艺在我国的推广应用前景更加广阔。A2/O系统长期的运行结果表明，进水COD/TN、SRT和MLSS，混合液回流比和污泥回流比都会影响A2/O系统的脱氮除磷效果。当COD/TN控制为6.45左右、SRT控制为15d、混合液回流比和污泥回流比分别为300%和60%、厌氧池、缺氧池和好氧池中的MLSS维持在3000mg/L～3800mg/L之间，且三个反应器中MLSS值较接近（比例接近1:1:1），系统的脱氮除磷效果能够同时达到昀佳状态。在上述试验基础上，推导建立了A2/O系统反硝化除磷动力学模型。另外对缺氧区与好氧区容积比值对A2/O反硝化除磷系统的脱氮除磷的影响进行了研究。发现当缺氧区与好氧区容积比增大时，系统的出水效果变好。同时增加缺氧区与好氧区容积比时，应适当调整内循环回流比，使缺氧区有足够的电子受体，否则发生二次释磷现象。厌氧和缺氧池中ORP的绝对值大小与厌氧放磷和缺氧吸磷效果存在一定的相关关系，可以通过ORP的在线检测很好地指示系统厌氧放磷和缺氧吸磷的程度。而且缺氧区昀后格室硝态氮浓度和该格室的ORP值之间存在一定的相关性，硝态氮浓度越高，ORP值越高，可以通过ORP值大小动态判断系统内循环回流量是否充足，从而做出是否增加或是否降低内循环回流量的判断。因此，提出了ORP和DO的联合监测与控制可有效地实现A2/O系统运行过程的稳定。另外，pH值可以作为一个指示反应状态的参数，但不考虑其作为A2/O工艺的控制参数。哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-II-通过将好氧区溶解氧控制在0.5～0.7mg/L之间，在A2/O工艺中成功启动短程硝化反硝化，NO2-/(NO2-+NO3-)高达89.8%，出水水质达到国家一级排放标准。在好氧区短程硝化的条件下，系统维持着反硝化除磷现象，但反硝化除磷在总吸磷中的百分比较全程硝化时有所下降，平均缺氧段磷去除率为44%。针对短程硝化中所产生的亚硝酸盐对除磷的影响的研究结果显示，在本试验中所涉及的缺氧区亚硝酸盐浓度(5mg/L)对反硝化除磷不抑制；同时证明亚硝酸盐可以作为反硝化除磷的电子受体；本试验所涉及的亚硝酸盐浓度对好氧吸磷速率有抑制作用，分析认为是由于亚硝酸盐对PAO有毒害作用造成的。关键词反硝化除磷；反硝化聚磷菌（DPAOs）；A2/O工艺；COD/TN;短程硝化Abstract-III-AbstractInordertoacceleratetheinvestigationdevelopmentofA2/Oprocess,inparticulartoacceleratetheapplicationofA2/OprocessforthelowC/Nwastewatertreatment,thecontinuousmodeldynamicexperimentoperatedwithartificialmunicipalwastewaterwascarriedout.ThefeasibilityofintroducingdenitrifyingphosphorusremovaltoA2/OprocessandtheeffectofdifferentoperationalfactorsandinfluentcharacteristicsontheA2/Osystemwerestudiedsystematicallyforthefirsttime，simultaneouslythevariationofpHandORPinthissystemweresystematicallyinvestigated，andfurthertoverifythefeasibilityofORPasaprocesscontrolparameter.Basedonthis,thefeasibilityofintroducingshortcutnitrificationtoA2/OprocesswheredenitrifyingphosphorusremovalexistedbylowDOcontrolmethod,andtheeffectofnitriteondenitrifyingphosphorusremovalwasinvestigatedsimultaneously.AfterstableoperationofdenitrifyingphosphorousremovalinA2/Oprocess,firstly,theeffectofinfluentCOD/TNonthenitrogenandphosphorusremovalwasdiscussed.TheresultsshowedthattheA2/OdenitrifyingphosphorusremovalprocesshaspotentialforthedomesticwastewatertreatmentwithalowinfluentCOD/TNratio.TheCOD/TNofthemunicipalwastewaterrangedamong4~7incommon,sotheA2/Odenitrifyingphosphorusremovalprocesshasagoodprospectforthemunicipalwastewatertreatment.Ontheotherhand,itcanbefoundoptimizinganoxicbiologicalphosphorusremovalintheA2/Osystemwasdependentonsomeparameters:COD/TNratio,sludgeretentiontime(SRT),MLSS,sludgereturnratioandinternalreturnratio.TheinfluentCOD/TNratioaround6.45,theSRTof15days,thesludgereturnratioof60%,theinternalreturnratioof300%,MLSSaround3000~3800mg/L(MLSSanaerobic:MLSSanoxic:MLSSaeration≈1:1:1),weredeterminedasoptimalforthephosphorusandnitrogenremovalinthesystem.Basedonresultsofexperimentalresearchandanalysis,thedynamicsmodelsofdenitrifyingphosphorusremovalinA2/Oprocesswereestablished.Furthermore,theinfluenceofvolumeratioofanoxiczonetoaerobiczoneondenitrifyingphosphorusremovalinA2/Oprocesswasinvestigated.Theresults哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-IV-showedwhenthevolumeratioofanoxiczonetoaerobiczoneincreased,theeffluentqualityofthesystemgotbetter.However,whenthevolumeratioofanoxiczonetoaerobiczoneincreased,internalrecirculationratioshallbeadjusted,otherwisethenitrateconcentrationwouldnotbeenoughinanoxiczone,andphosphoruswouldbereleasedagain.ItwasfoundthatabsolutevalueofORPwassomehowrelatedwiththephosphorusreleaseanduptake.WithonlinemonitoringORPvariation,thedegreeofthephosphorusreleaseandanoxicphosphorusuptakecanbeindicatedcorrectly.FurthermorethenitrateconcentrationofthefinallatticeofanoxiczonewassomehowrelatedwiththeORPofthislattice,thehigherthenitrateconcentration,thehighertheORP,thereforeitwaspossibletoestimatewhethertheinternalrecirculationratiowasenoughornotdynamicallywithonlinemonitoringORPvariation,consequentlythejudgement—whethertoincreaseinternalrecirculationratioornot,couldbemade.So,thecontrolofORPcombinedwithDOwillstabilizetheoperationofA2/Osystem.ThemeasuredpHcanreflectthereactionstate,butitisnotconsideredasacontrolparameterintheA2/Osystem.TheshortcutnitrificationwassuccessfullyachievedbycontrollingDOamong0.5～0.7mg/LinA2/Oprocess,NO2-/(NO2-+NO3-)wentupto89.8%,theeffluentqualitym