低强度超声波强化污水生物脱氮除磷方法及设备研究

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环境污染和水体富营养化题目的尖锐化迫使越来越多的国家和地区制定严格的氮磷排放标准，因此，研究和开发高效、经济的生物脱氮除磷工艺及提高其效率的方法成为当前城市污水处理技术的研究重点。许多生物学方面的研究表明，低强度超声波可以有效提高酶的活性，增加细胞透性，促进细胞的生长与生物合成，因此本论文提出将低强度超声波应用于污水生物脱氮除磷工艺，通过强化微生物的活性来提高废水的脱氮除磷效率。本文对低强度超声波强化污水生物脱氮除磷的超声强度、辐照时间以及每次超声辐照处理污泥比例等工艺参数系统地进行了优化研究；研制了超声波生物活化器小试样机，并应用其进行了(AO)2SBR污水处理反应器超声强化实验研究，根据所确定的适宜超声波强化工艺参数，对(AO)2SBR反应器进行了长期强化处理，考察了超声波促进生物脱氮除磷的长效性，研究了超声波强化机制；对低强度超声波在强化污水生物脱氮除磷系统中的应用和设计进行了说明，并以某污水处理厂改造工程为例进行了技术经济分析。主要研究成果如下：低强度超声波对反硝化和除磷污泥活性的强化效果非常显著。研究表明，强度约为0.2W/cm2、辐照时间为10min的超声波对污泥的反硝化和除磷能力的强化效果最为显著，超声波对污泥反硝化速率和除磷污泥活性的强化幅度在4-5h时达到最大，16h时强化效果基本消失，为超声波应用于同步脱氮除磷工艺提供了依据；而低强度超声波对硝化污泥活性的强化效果不明显。采用强度为0.2W/cm2的超声波每隔12h对改进的(AO)2SBR反应器中一定比例的浓缩污泥超声10min，发现存在最适宜的超声污泥比例（Proportion of Irradiated Sludge，PIS）可以显著促进反应器对有机物和TP的去除效果，通过拟合可得超声波强化反应器去除COD、TP和TN的最适宜PIS分别为12.2%，13.5%和12.0%。采用0.2W/cm2强度的超声波，每隔12h取SBR反应器中12.0%~13.5%的活性污泥进行10min的辐射处理，然后再返回反应器中。通过与对照反应器的比较实验研究，考察了超声波对(AO)2SBR反应器脱氮除磷效果的长期影响。在近90天的超声强化运行中，两个反应器N、P去除率均较高并且超声波分别可以将出水TN和TP浓度比对照反应器平均再降低11.56%和32.71%。实验还验证了超声波提高反应器稳定性及其对冲击负荷的耐受能力，长期超声对反应器脱氮除磷的强化效果十分显著。在超声波强化机制研究中，用光电比浊法研究发现超声波对聚磷菌（phosphorus-accumulating microorganisms，PAOs）的生长有非常明显的促进效果，与对照组相比最多可提高29.6%。通过PAOs酶促反应动力学实验，发现PAOs以醋酸钠为底物的脱氢酶反应属于高浓度底物抑制型反应，超声波可以提高PAOs的酶反应活性，并减小底物对酶活性的抑制。超声处理还可使菌液中核酸和蛋白质的量明显上升，即超声波增加了细胞通透性，分析是通过对细胞膜功能的改变来增加其通透性。超声波的处理还可以提高活性污泥胞内聚合物含量以及硝酸盐还原酶活性。采用PCR-DGGE方法对超声和对照反应器的微生物群落结构进行分析，结果表明超声波强化脱氮除磷效果可能与超声波对反应器群落结构的影响相关。考虑实际应用，以某A2/O工艺的污水处理厂为例，对该厂加装超声波生物活化器设备的工程改造进行了技术经济分析。超声波工艺所增加基建费用比重很小，但获得的环境效益十分显著，可有效防止水体富营养化，具有非常重要的意义。

低强度超声波强化污水生物脱氮除磷方法及设备研究

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