不同间歇曝气工况下关中农村生活污水主要污染物去除特征的研究

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陕西省关中地区水资源匮乏,农田灌溉用水占比较大。随着城镇化的发展,关中农村生活污水排放量增加,而多数村落距地表水体较远,污水排放借助农灌水渠,加之农村污水治理存在投资少、运行费难以保证、管理技术弱等问题。针对关中地区的特点和农村污水治理的瓶颈,本文提出关中农村生活污水采用弱化氮磷去除、就地就近利用、回灌农田的处理模式,研究间歇曝气工艺设计和运行参数对污染物去除效率的影响,提出优化的设计和运行参数。这样既实现有机物的去除,消除恶臭,又保留氮磷营养元素,回灌农田,减少化肥和水资源消耗,同时间歇曝气节约能耗,减少运行支出,对解决当前关中农村水环境问题具有现实意义。本课题以实际生活污水为处理对象,以普通活性污泥为接种污泥,采用小试连续流反应器,在常温条件下成功启动并实现了连续流间歇曝气反应器的稳定运行。在此基础上,研究了污泥负荷、曝气时间、曝气频率(即好氧-缺氧交替频率)等重要运行参数对系统COD、TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N及TP去除的影响,获得了连续流间歇曝气系统对N、P及COD的去除特征,进一步提出了以污水处理后农灌回用为目标(实现COD良好去除效果的同时,弱化氮磷去除)的工程设计及运行参数,旨在为关中农村生活污水就近就地利用提供依据,所得成果如下:(1)研究得到了不同污泥负荷对连续流间歇曝气系统出水COD、TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N及TP去除的影响。随着间歇曝气工况污泥负荷从0.1 kg COD/(kg污泥·d)增加到0.8 kg COD/(kg污泥·d),COD去除率从82%降低到72%,NH4+-N去除率从75%降低到17%,TN去除率从12%增加到41%,TP去除率从20%增加到32%。结果表明,COD去除率、NH4+-N去除率随着污泥负荷的增加而降低,TN去除率、TP去除率随着污泥负荷的增加而增加;间歇曝气工况下硝化作用减弱,反硝化作用加强。间歇曝气有利于抑制污泥膨胀问题发生,污泥沉降性较好。(2)研究得到了不同间歇曝气工况对连续流间歇曝气系统出水COD、TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N及TP去除的影响。随着曝气时间从8 h增加到24 h,COD去除率从82%增加到92%,TP去除率从29.6%增加到34.9%,TN去除率从55.8%降低到23.2%;曝气频率的改变影响反应器混合液中DO浓度。结果表明,随着曝气时间的延长,COD和TP的去除率均提升,而随着曝气频率的增加,混合液DO浓度增加,COD去除率增加,但释磷作用受到抑制,TP的去除率降低。(3)反硝化速率(NUR)的研究结果表明:在反硝化过程中,低温及高DO浓度都会抑制反硝化细菌活性,导致反硝化速率降低;延长间歇曝气工艺中停止曝气阶段的时间有利于反硝化脱氮进程,并且NUR随着停止曝气阶段初始NO3--N浓度的升高而升高。(4)选择污泥负荷0.3 kg COD/(kg污泥·d)、曝气时间为16 h和高曝气频率(停-曝时间1.33-2.67),COD、TN、TP去除率分别达到89.9%、28.4%、30.7%,实现强化COD去除,弱化氮磷去除的目的,可作为实际工程应用的设计和运行参数。
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