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水体“富营养化”是当今世界面临的最主要的水污染问题之一。因此,研究高效、低耗、无二次污染的氮磷去除技术成为当今水处理界研究的热点。近年来,反硝化除磷现象的发现,为开发新型的生物脱氮除磷工艺提供了新方向、新思路。A2N(厌氧/缺氧/好氧,Anaerobic/Anoxic/Nitrification,简称A2N)双污泥工艺是反硝化除磷的典型工艺。为了促进双污泥反硝化除磷工艺的发展和工程应用,在大量调研国内外该领域研究现状的基础上,本文以实际城市生活污水为处理对象,分别对连续流A2N和A2NSBR双污泥反硝化除磷小试系统进行长期的试验研究。对A2N工艺反硝化除磷脱氮机理以及运行参数进行系统研究,提出改进的连续流A2N工艺,并考察了改进工艺对生活污水的处理效能。采用A2NSBR工艺联合短程硝化和反硝化除磷的技术,实现对生活污水高效、低能耗的深度处理。
在连续流A2N系统中,深入研究生物膜系统和反硝化除磷污泥特性以及A2N工艺机理的基础上,提出了连续流A2N系统快速启动的操作步骤和控制方法,以实际生活污水为进水,连续流A2N系统在较短时间内实现快速启动。
进水C/P比是影响系统磷的去除的重要因子,但是对TN和COD影响不大。进水C/P比在40-80系统氮、磷实现最佳去除效果。FISH检测和试验结果证实C/P较高时,剩余碳源过多容易导致GAO的生长。首次采用FISH技术检测长期运行的A2N系统的反硝化除磷污泥,发现Accumulibacter是主导菌群,占全菌65％以上。本研究证实出水氨氮浓度随超越比减小而减小。但是考虑到TN、TP和COD的综合因素,最优超越污泥比为30％。
针对A2N工艺的固有的设计弊端,提出了对传统A2N工艺进行改进的方法,可以保留原有工艺优势基础上,实现深度脱氮功能,系统能够实现稳定高效的脱氮除磷效果。改进前工艺TP去除率为97.9％,TN的去除率是81.9％；改进后A2N工艺,可以获得最大的脱氮除磷效率,TP、TN去除率分别是98.1％和91.3％,TN去除率比改进前提高了10％左右,其中氨氮去除率接近100％。对复合池内曝气量和HRT进行研究,发现DO为2-3mg/L和HRT为2.5h系统脱氮除磷效果最好。过量曝气和过长的HRT,导致反硝化聚磷菌向好氧聚磷菌转变,缺氧池内反硝化吸磷能力下降,引起出水TN的升高。
考察了海绵填料和碳纤维两种不同填料序批式生物膜反应器(sequencingbatch biofilm reactor,SBBR)实现短程硝化及稳定维持短程硝化效果的方法和控制策略。考虑到挂膜启动特性和亚硝酸盐积累特性,海绵填料SBBR无需高温启动短程硝化,能在挂膜期间自动实现亚硝酸盐积累,并且通过实时控制曝气时间,可以长期稳定维持常温下短程硝化,同时高DO方式运行可以保证较高的氨氧化速率,因此选择该SBBR作为A2NSBR工艺中的N-SBR。由FISH检测结果可知,短程硝化得到稳定维持是种群优化的结果,当亚硝酸盐积累率稳定维持在90％以上时,AOB得到了富集,AOB的相对百分含量达到了10～15％。
批式试验发现NO2--N浓度对缺氧吸磷有不利影响。N02--N的存在,使得比吸磷速率降低,而且随着N02--N浓度增加,出现最大比吸磷速率向后推迟的现象。反硝化除磷菌以N02--N作为电子受体吸磷需要一定时间的适应期,或者需要合成相关的转化酶。连续进水的方式,可以有效地缓解N02--N对缺氧吸磷的不利影响。
A2SBR中引入短程硝化技术,硝化阶段进行实时控制曝气时间,缺氧吸磷阶段采用连续进水的方式,研究了A2NSBR处理实际生活污水。长期稳定运行试验结果证实,A2NSBR实现了短程硝化-反硝化除磷处理实际生活污水,没有出现N02--N抑制吸磷的现象,A2NSBR脱氮除磷效果良好。出水COD、TN浓度和PO43--P浓度分别为25.01mg/L、10.08mg/L和0.34mg/L,去除率分别为89.5％、81.05％和92％。出水水质达到了国家《城镇污水厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准。