综合污水处理厂深度脱氮的优化运行与微生态机理研究

发布时间：2020-05-13 02:18

【摘要】：城镇污水高标准的排放是经济社会发展的必然需求,特别是对于总氮(TN)排放标准日趋严格,在一些重点流域和地区,均颁布了更加严格的地方排放标准。综合污水处理厂(WWTP)因通常含有大量工业废水,造成其深度脱氮更加困难。随着严格排放标准的颁布和实施,许多污水处理厂都面临着提标改造,目前主流的改造措施增加三级生物脱氮处理,大幅增加了投资及运行成本。A2/O+A/O的双缺氧强化脱氮工艺,已应用于宜兴综合污水处理厂(YXWTP,7.5万吨/天),但仍未充分发挥其脱氮的效率,仍存在较大的优化空间。本研究以实际运行的YXWTP为对象,通过全过程诊断分析和中试调控研究,识别出A2/O+A/O工艺深度脱氮的限制因素和潜力空间。借助于新一代高通量测序技术和宏基因组学研究,从微观层面全面揭示其微生态特征和机理,为工艺的优化调控提供理论支撑。针对综合污水C/N、B/C低的特征,水解酸化能有效改善其碳源结构提高B/C比,有利于反硝化脱氮。水解酸化污泥中高丰度的硫酸盐还原菌(SRB)(16.82%-18.26%),有利于后续生化单元中硫自养反硝化反应的发生。YXWTP的全流程诊断结果表明,Nitrospira、Nitrosomonas在不同时期均成为优势AOB和NOB菌,amoA基因的高效表达(mRNA/DNA=0.43-1.43),保证了硝化反应完全,NH4+-N平均去除率达到99%,硝化反应不是影响脱氮的限制因素。四个潜在的反硝化单元中,前缺氧区(PRAN)和厌氧区(ANA)针对回流污泥的反硝化反应完全,ANA区末端NO3--N平均浓度为0.33mg/L,缺氧区(AN)对TN去除率的贡献影响最大(55.7%-60.8%),挖掘后缺氧区(POAN)的反硝化潜能是实现深度脱氮的重要途径。不同功能单元之间的微生物群落总体相似,但其反硝化基因表达活性不同,AN单元中narG基因的表达显著高于PRAN和POAN单元,证明了其脱氮贡献影响大。不同时期的微生物变化导致了不同的脱氮效果,1月的微生物群落的多样性和OUT显著高于8月份,反硝化菌以Dechloromonas、Comamonadaceae、Thauera等异养菌为优势菌,导致1月的TN去除率(78.8%)明显高于8月(70.8%)。11月样本中,证实了 YXWTP混合营养反硝化的存在,硫自养菌Thiobacilus成为排名第三的绝对优势菌(5.61%),也存在高丰度的异养反硝化菌Dechloromonas(2.35%)。宏基因组学检测到反硝化基因narG主要分布在Thiobacillus和Decholormonas中,qPCR分析表明与氮去除相关的功能基因得到积极的表达,表达活性的顺序为:nirSnarGnorBnapAnriKnosZ,基因nirS的丰度和表达均显著高于nirK,证实nirS是NO2--N还原的关键参与者。基于全流程诊断和中试优化试验,提出了深度脱氮的关键控制因子和优化策略。实际应用结果表明,通过优化控制策略并在POAN区投加碳源(20mg/L),出水TN浓度为1.06-5.8mg/L(平均值3.6mg/L),平均去除率高达89.1%,直接运行成本增加0.07元/吨。投加碳源改变了微生态系统的生态位,反硝化菌的优势种群和生长速率发生变化,抑制了自养反硝化菌的生长,如Thiobacillus等硫自养反硝化菌消失,大幅提高了适宜乙酸的反硝化菌丰度,如Chromatiaceae_Uncultured(3.1%)、Thauera(2.5%)、Hyphomicrobium(1.8%)成为优势菌。
【图文】：

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Ａ排放标准要求。综合污水进入粗细格栅、沉砂等预处理后，直接进入水解酸化逡逑池预处理，后续进入生化单元处理，水解酸化池设有超越管，综合污水可超越水逡逑解酸化池直接进入生化处理单元。具体工艺流程如图２．１。逡逑１］逡逑开发区逦＠邋＾邋＾用水用户逡逑—鼓风机房加药间Ｌ＿Ｊ￣邋ｆｔｌｍ＇ｓｌ逡逑逦逦［＇邋Ｉ逦２邋．邋５Ｈ吨／＋逡逑窘逦—邋［１邋＿Ｌ邋逦邋＿—逦＾逦ＴＩ，邋＿＿邋＿逡逑ｒ邋粗格＝２邋多模式配水邋一逦５邋ｗ邋＾逦＆逡逑［j澕埃隋澹靛卧诵绣尉啊ｅ危掊危渝危掊危赏馀佩义闲右唬拷黄兀卞逡诲澹珏濉鲥澹粒粒吧晃勰唷澹浮插澹掊亍冢垮义希珏謇醴浚采埃唬掊螢靛卫醴浚插卫醴浚垮危″危冲问义侠у纬劐宄劐危卞危撸五危郏恚苠危郏撸蓿叔危邸辏咤义希龋蝈澹慑澹慑义戏寄噱挝勰噱义洗逃噱位у义稀鰈Z泥Ｉ邋厂ＷＷ．逡逑—ｍ逦４ｅ＊ｉ＇ｓ］邋—■逦水鹏一－外运逡逑图２．１宜兴综合污水厂（ＹＸＷＴＰ）的工艺流程逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｆｌｏｗ邋ｃｈａｒｔ邋ｏｆ邋ＹＸＷＴＰ逡逑水解酸化池共设有８组，采用脉冲布水形式，脉冲设计流量：Ｑｍａ＾ｌＪｍＶｓ，逡逑通过快速高压的脉冲布水，使得厌氧污泥悬浮于水解生化池的中间层，与污水进逡逑行水解酸化反应，底部设有排泥管定期重力排泥。设计规模为１０万吨／天，单格逡逑尺寸：ＬｘＷｘＨ＝２３ｍｘｌ５ｍｘ８．３ｍ，实际水力停留时间：５ｈ。逡逑２．２．２样品采集及水质检测逡逑（１）常规水质检测逡逑综合污水的进水取自沉砂池后，水解酸化池出水取自水解酸化池末端的出水逡逑渠

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入城镇下水道水质标准》（ＣＪ３４３－２０１０）标准，再排入综合污水处理厂处理。高比逡逑例的工业废水大幅度增加了其污水处理的难度。工业废水中主要是以化工类、纺逡逑织印染类、太阳能光伏类为主（图２．２），，其中化工类废水涉及１８家企业、废水总逡逑量１．２８万吨／天，占排污单位总数的４７％、排放量占工业废水总量的４０％。印染逡逑类废水尽管只包含４家排放企业，但由于其耗水量大其废水规模总量８０００吨／天，逡逑占工业废水总量的２５％。光伏类废水主要来自４家排放企业，光伏废水规模为逡逑６４００吨／天，占工业废水总量的２０％。除此之外，食品加工和机械加工类排放企逡逑业数量少、废水产生量２０００－２５００吨／天，分别占工业废水总量的６．３％、７．８％。逡逑■Ａ逡逑６／0逦８％食品加工逡逑图２．２工业废水中不同废水类型的水量比例逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ邋ｔｙｐｅｓ邋ｉｎ邋ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ逡逑从工业废水的特征来看，化工废水中以协联生物、汉光生物、雅克化工为代逡逑表的生物化工，其废水产生量大巨大（占化工废水７５
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

【参考文献】