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活性污泥法是目前应用最广泛的城市污水处理技术,但实际运行中存在曝气能耗高、处理效率低的问题,并且饱受污泥膨胀的困扰。污泥膨胀具有发生频率高,产生危害大等特点。为了节约曝气能耗、合理的利用污泥膨胀、改善污水处理效果,本课题组彭永臻教授在国内外首次提出“污泥微膨胀节能理论和方法”。即人为地控制活性污泥污水处理系统在低溶解氧浓度条件下运行,使其发生丝状菌污泥膨胀,控制膨胀程度不会导致污泥流失。利用丝状菌比表面积大,抗低氧和降解低浓度有机物的能力强等特点,达到改善出水水质,节能的目的。本论文在介绍该方法发现过程的基础上,研究了污泥微膨胀的启动方法、污泥微膨胀的稳定维持方法和微膨胀状态下污染物的去除特性,以及低氧污泥微膨胀状态下短程硝化反硝化的启动,并初步探讨了一下微膨胀节能的原理及其沉降性等特点。本研究采用模拟生活污水,在小试SBR工艺中,主要考察了各种运行条件对引发丝状菌污泥微膨胀的作用和对污泥沉降性的影响。研究发现,在SBR工艺中,单独利用低溶解氧很难实现污泥微膨胀,低溶解氧协同0.05kgCOD/(kgMLSS·d)的低负荷能在短期内启动污泥微膨胀。研究发现当SBR中活性污泥处于微膨胀状态时,当负荷在0.05～0.10kgCOD/(kgMLSS·d) ,DO在0.2~0.7mg/L之间时,DO的波动可显著影响污泥沉降性;当负荷处于0.10～0.20kgCOD/(kgMLSS·d),DO在0.3~0.7mg/L之间时,SVI可在150~200mL/g内保持稳定;当负荷处于0.20～0.25kgCOD/(kgMLSS·d),DO0.2~0.7mg/L之间时,污泥仍可以维持在微膨胀范围内,但是存在较大波动;当负荷大于0.25kgCOD/(kgMLSS·d)时,靠单独降低DO已经无法维持污泥微膨胀状态。低溶解氧延时曝气不易有效地控制污泥沉降性能,且容易造成能量的浪费和污泥絮体的分解。在SBR反应器中,当负荷在0.25~ 0.35KgCOD/(KgMLSS·d),DO为0.3~0.6mg/L之间时,骤然降低温度运行对污泥沉降性影响不大。温度的骤降在短期内可以影响污泥的活性,导致系统脱氮除磷及COD去除效果恶化。但是SBR对温度骤降的适应性较强,能在几天之内恢复原来的活性。进水pH在中性左右或偏酸性有利于污泥微膨胀的维持,pH过高会改善沉淀效果。SBR工艺在污泥微膨胀状态下运行时存在着显著的SND现象,可去除20%的总氮。在DO为0.45mg/L,C/N为3.33~8.32时,SND率随着C/N的升高而线性升高。但是当C/N超过8.32时,SND率增加速度减缓。在C/N =8.32,DO在0.2~0.4mg/L的情况下,SND率随DO的升高而升高,但是当DO超过0.4mg/L时,SND率开始下降。在C/N=8.32,pH在7.6~8.4的情况下,SND率随着pH的增加先上升后下降,当pH处于8.0时,SND率达到最高。在低溶解氧活性污泥微膨胀状态下,通过合理控制曝气时间(在突越点时停止曝气)和负荷(0.20~0.25kgCOD/(kgMLSS·d)),可以实现在常温(24±1℃)、中性略偏碱(7.5~8.0)条件下短程硝化反硝化的启动。低溶解氧曝气条件可以使系统中富集少量的聚磷菌,在没有设厌氧段的情况下仍然保持了86.08%的高除磷率。在污泥微膨胀条件下,当好氧阶段平均溶解氧浓度在0.361~0.689mg/L时,虽然调节曝气量对处理污水(以完全硝化作为处理指标)所需能耗影响不大,但是当DO过低时,由于延长了曝气时间,反而造成了能量的浪费。对同样的污泥来说,MLSS对SVI影响显著。在MLSS处于2483~5991mg/L范围内,SVI随着MLSS的增大而逐渐降低。当MLSS过低或过高时,SVI值相当,都较低。当污泥处于过度膨胀状态时,可以通过提高负荷和DO两条途径对膨胀进行控制。