论文题目：生物膜法强化型五箱一体化工艺脱氮除磷与实时控制研究
摘要：近年来,随着我国城镇化的不断加快,乡镇生活污水氮磷排放量持续增加,而我国城市污水处理厂脱氮除磷工艺普遍具有占地面积大,基建和运行费用高等特点,并不适宜乡镇生活污水处理,因此研究开发出适用于我国乡镇的中小型生活污水脱氮除磷工艺已迫在眉睫。本课题借鉴A~2/O和UNITANK等工艺的优点,并针对传统活性污泥脱氮除磷工艺中泥龄的矛盾,结合生物膜法有利于生长世代较长微生物的特点,提出了生物膜法强化型五箱一体化工艺。工艺反应器主体是一个被分隔成五个单元的箱体,五个单元池依次水力相通,通过周期交替进水出水,实现污泥和混合液的周期性回流,通过控制各单元池的状态变化,在时间和空间序列上均形成缺氧/厌氧和好氧状态的交替,以获得有利的脱氮除磷条件。本文探究了工艺脱氮除磷效能,强化了脱氮除磷过程,并建立了实时控制策略。主要研究结果如下:（1）分别通过生物膜的好氧培养驯化和反应器的脱氮除磷能力培养驯化,可实现生物膜法强化型五箱一体化反应器的快速启动。在传统运行方式下,控制水温为27（±1）℃左右,工艺悬浮态污泥龄宜控制为13 d左右,水力停留时间宜控制为12~16 h。在此工况下,出水水质均能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。（2）适当降低反应器各单元池好氧期的曝气强度,一方面可节省曝气带来的电耗,另一方面可强化池内的同步硝化反硝化作用。将反应器各单元池（1#、2#、3#、4#和5#池）好氧期的气水比分别由40、20、15、20、40降低至30、15、10、15、30时,在试验进水COD、NH4+-N、TN、TP平均浓度分别在194.5 mg/L,23.1 mg/L,31.1 mg/L,3.72 mg/L的条件下,出水COD、NH4+-N、TN、TP浓度平均为26.5 mg/L,2.1 mg/L,8.3 mg/L,0.43 mg/L。与曝气强度优化前相比,TN去除率提高了7.5%,且工艺运行一个周期大约可节省26%的曝气量,表明本工艺有良好的节能减排效果。（3）温度降低将影响工艺出水水质,适当延长HRT可保证工艺出水水质达标。通过试验研究,水温为20℃和10℃时,宜分别延长HRT为13~17 h和16~18h可保证出水水质达到一级A标准。（4）通过对工艺实时控制参数进行研究,发现状态参数（DO、ORP、pH）曲线及其导数曲线上有着较为明显的脱氮除磷特征点:（1）反硝化反应结束时,ORP曲线出现拐点,ORP导数曲线上出现最大值点;pH曲线上出现最大值点,dpH/dt绝对值趋近于0。（2）厌氧释磷结束时,dORP/dt和dpH/dt绝对值均趋近于0。（3）硝化反应结束时,DO曲线进入第二个平台期,dDO/dt趋近于0;ORP曲线进入第一个平台期,dORP/dt绝对值趋近于0;pH曲线出现最小值点,dpH/dt绝对值趋近于0。（4）好氧吸磷结束时,dORP/dt绝对值趋近于0。并基于这些规律和反应器各单元池的控制目标,建立了本工艺可采用的阶段转换实时控制策略。生物膜法强化型五箱一体化工艺具有明显的节能效应与稳定高效的脱氮除磷效果,且占地面积少、运行能耗低、自动化水平高、操作管理方便,在拟建的中小城镇污水处理厂中具有较好的使用推广价值。
关键词：一体化工艺;脱氮除磷;同步硝化反硝化;实时控制;节能降耗
学科专业：环境工程（专业学位）
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 生物脱氮除磷理论及工艺
1.2.1 传统生物脱氮除磷理论
1.2.2 新型生物脱氮除磷理论
1.2.3 我国污水处理厂脱氮除磷工艺
1.2.4 活性污泥与生物膜复合工艺
1.3 污水生物处理实时控制技术
1.3.1 污水生物处理实时控制原理
1.3.2 实时控制参数
1.3.3 实时控制策略
1.4 本研究课题的提出
第二章 试验方法与研究内容
2.1 工艺试验装置
2.2 工艺传统运行方式及其电气控制
2.3 试验水质及测定方法
2.4 研究内容
第三章 反应器的启动与脱氮除磷效能研究
3.1 反应器的启动
3.1.1 生物膜的好氧培养驯化
3.1.2 反应器脱氮除磷能力的培养驯化
3.2 反应器各单元池MLSS分布分析
3.3 悬浮态污泥龄对于处理效果的影响
3.4 水力停留时间(HRT)对于处理效果的影响
3.4.1 不同HRT下COD去除效果分析
3.4.2 不同HRT下NH_4~+-N去除效果分析
3.4.3 不同HRT下TN去除效果分析
3.4.4 不同HRT下TP去除效果分析
3.4.5 HRT对处理效果的影响小结
3.5 本章小结
第四章 强化脱氮除磷过程研究
4.1 反应器各单元池好氧期曝气强度优化研究
4.1.1 不同气水比下1~#池(或5~#池)好氧期的水质变化情况
4.1.2 不同气水比下2~#池(或4~#池)好氧期的水质变化情况
4.1.3 不同气水比下3~#池好氧期的水质变化情况
4.1.4 反应器最优曝气强度小结
4.2 曝气强度优化后的污染物去除效果
4.3 水温对于处理效果的影响
4.4 本章小结
第五章 工艺实时控制研究
5.1 工艺实时控制参数研究
5.1.1 1~#池水质及状态参数的变化规律
5.1.2 2~#池水质及状态参数的变化规律
5.1.3 3~#池水质及状态参数的变化规律
5.1.4 4~#池水质及状态参数的变化规律
5.1.5 5~#池水质及状态参数的变化规律
5.1.6 DO、ORP、p H变化规律小结
5.2 工艺阶段转换实时控制策略的分析与建立
5.2.1 建立工艺阶段转换实时控制策略的要点
5.2.2 阶段转换实时控制策略的建立
5.3 本章小结
第六章 结论与建议
6.1 结论
6.2 建议
参考文献
致谢
硕士期间研究成果