【摘 要】
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我国城市污水处理厂进水往往碳氮比（C/N）较低,要实现深度脱氮,通常需要添加外部碳源以弥补反硝化碳源的不足。活性污泥法是当前应用最为广泛的废水处理方法,具有技术成熟、操作简单、处理效果好等优点,但利用该工艺处理废水会产生大量的剩余污泥。目前,剩余污泥的处理已占到污水处理厂总运行成本的25～65%。如何经济高效地提高废水脱氮效果,降低剩余污泥处理处置成本已成为污水处理厂面临的两大挑战。因此,本文研究
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我国城市污水处理厂进水往往碳氮比（C/N）较低,要实现深度脱氮,通常需要添加外部碳源以弥补反硝化碳源的不足。活性污泥法是当前应用最为广泛的废水处理方法,具有技术成熟、操作简单、处理效果好等优点,但利用该工艺处理废水会产生大量的剩余污泥。目前,剩余污泥的处理已占到污水处理厂总运行成本的25～65%。如何经济高效地提高废水脱氮效果,降低剩余污泥处理处置成本已成为污水处理厂面临的两大挑战。因此,本文研究了预处理条件对污泥内碳源释放的影响,并在此基础上进一步分析了利用预处理剩余污泥内碳源强化反硝化脱氮情况。此外,还分析了该过程对污泥减量和污泥脱水性能的影响,以及在该基础上的技术应用和经济适用性。主要研究结果如下:（1）预处理过程中,预处理温度（50、60、70、80、90℃）、pH（9、10、11、12、13）、时间（15、30、45、60、90、120 min）对剩余污泥内碳源释放有重要影响。加热温度对剩余污泥预处理效果的影响中,处理时间为120 min,温度在50～80℃范围内,碳源释放量随温度上升逐渐增加;当处理温度由80℃增加至90℃时,溶解性COD（SCOD）浓度仅提高了0.36%,而铵态氮（NH4+-N）和总磷（TP）浓度分别提高了16.32%、29.48%。初始pH对预处理效果的影响中,在预处理温度为80℃,处理时间为120 min条件下,初始pH在9～11范围内,碳源释放量随pH上升逐渐增加。当pH>11时,释放量迅速增加,pH值从12升高至13时,SCOD提高了24.52%,而NH4+-N和TP浓度分别提高了70%、71.70%。处理时间对预处理效果的影响中,预处理时间在15～60 min范围内,各组碳源释放量随时间的延长逐渐增加;当预处理时间从60 min延长至120 min时,污泥破解率仅增加了2.42%,NH4+-N和TP浓度增加了6.70%和20.67%。因此,从内碳源释放、营养物质溶出和节能角度方面考虑,选定最佳预处理条件为pH=12、处理温度和时间分别为80℃和60 min。（2）利用热预处理、碱预处理、热碱联合预处理污泥内碳源强化反硝化脱氮时。脱氮过程主要分为2个阶段:第一阶段（0～9 d）为适应阶段,出水硝态氮（NO3--N）浓度随时间的变化逐渐升高;第二阶段（9～23 d）为稳定阶段,出水NO3--N保持在一定范围内波动,其中利用热预处理污泥内碳源强化反硝化脱氮时,在第9～23 d,NO3--N去除率在54.45～75.78%范围内波动;碱预处理污泥内碳源强化反硝化脱氮时,在第9～23 d,NO3--N去除率在40.07～47.73%范围内波动;热碱联合预处理污泥内碳源强化反硝化脱氮时,在第9～23 d,NO3--N去除率在50.91～59.40%范围内波动。出水亚硝态氮（NO2--N）浓度总体上呈现一个先上升后下降的趋势,出水NH4+-N浓度随时间的延长呈逐渐降低趋势。（3）预处理剩余污泥内碳源强化反硝化脱氮反应过程运行23 d后,其中热预处理组中污泥混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）减量效率为25.64%,污泥比阻（SRF）为1.95×1012 m/kg;碱预处理组中污泥MLVSS减量效率为24.72%,污泥SRF值为3.16×1012 m/kg;热碱联合预处理组中污泥MLVSS减量效率为27.77%,污泥SRF值为2.50×1012 m/kg。胞外聚合物（EPS）分析结果表明,剩余污泥内碳源强化反硝化脱氮反应后,热预处理、碱预处理、热碱联合预处理组EPS浓度分别从原来的54.30mg/VSS降至32.45、36.44、32.58 mg/VSS,其中与污泥脱水性能密切相关的松散结合型胞外聚合物（LB-EPS）从原来的4.88 mg/VSS分别降至3.08、3.09、3.29 mg/VSS。（4）本文基于在同一反应装置内同时实现发酵和反硝化提出了“氮营养物去除-污泥减量-磷资源回收”的新概念,从资源回收和利用的角度解决污水处理厂进水碳源不足、剩余污泥难处理两大难题。通过经济性分析得到,在该系统中,将1 t含水率为95%的剩余污泥热预处理后作为碳源,可节约52.39 RMB。
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