城镇污水处理厂进水碳源利用潜力及分配策略研究

摘要

传统城镇污水处理厂预处理系统由于仅承担部分有机物的降解功能，大量非溶解性有机物需经好氧单元降解，造成较高的好氧处理负荷，增加了污水处理厂的运行能耗。同时，非溶解性有机物一般不能直接有效地满足生物脱氮除磷对碳源的需求，为了提高生物脱氮除磷的效率，尤其是总氮的降解效率，往往需要投加大量的甲醇或乙酸钠等易降解碳源，进一步增加了污水处理厂的运行成本。此外，传统的污泥厌氧消化系统有机物降解率及甲烷产量低，不利于污泥中潜在能源的降解。 针对上述问题，本论文以青岛市海泊河污水处理厂进水为研究对象，首先采用化学强化一级处理（CEPT）工艺对污水处理厂进水中的非溶解性有机物进行高效截留，被截留的非溶解性有机物一部分经水解酸化降解为优质碳源补充到生物脱氮除磷单元，另一部分通过厌氧消化的方法产甲烷进行生物质能源的回收。在此基础上，针对所研究污水水质以及试验结果，探讨CEPT所截留的非溶解性有机物按照以上两种途径进行分配的策略。受限于试验时间，化学强化初沉污泥经水解酸化降解为优质碳源的部分试验由课题组其他同学完成，本论文主要研究了化学强化初沉污泥厌氧消化产甲烷潜力以及碳源分配策略，本文主要研究结果如下： （1）以三氯化铁、硫酸铝和聚合硫酸铁作为混凝剂，进行CEPT混凝剂优选试验，结果表明最佳混凝剂为三氯化铁；混凝剂投加量对有机质截留效果影响的试验结果表明，化学强化一级处理中 FeCl3最佳投加量为 20mgFe3+/L，此时COD截留率为60.1%，SS、PO43--P和TN降解率分别为65.3%、87.4%和23.1%；其他因素对有机碳源截留效果影响的试验结果表明，搅拌时间是影响混凝试验效果最主要的因素。COD 截留率的最佳水平条件分别为：三氯化铁投加量为20mgFe3+/L，搅拌速率为60r/min，搅拌时间宜控制在8min以上。 （2）化学强化初沉污泥厌氧消化试验结果表明，在中温和高温两种温度条件下，化学强化初沉污泥单位VSS累积产甲烷量较普通初沉污泥高。 中温厌氧消化条件下：化学强化初沉污泥30mgFe3+/L组单位VSS累积产甲烷量最高，达397.63mL/gVSS，较普通初沉污泥提高了51.1%；化学强化初沉污泥最大比产甲烷速率较普通初沉污泥高，其中化学强化初沉污泥 20mgFe3+/L组最大比产甲烷速率最大，比普通初沉污泥高30.7%。 高温厌氧消化条件下：化学强化初沉污泥20mgFe3+/L组单位VSS累积产甲烷量最高为350.93mL/gVSS，比普通初沉污泥提高了25.3%；化学强化初沉污泥最大比产甲烷速率较普通初沉污泥低，其中化学强化初沉污泥 40mgFe3+/L组最大比产甲烷速率最低，为38.59mL/(gVSS·d)，较普通初沉污泥降低了19.9%。 中高温厌氧消化对比试验结果表明：化学强化初沉污泥中温厌氧消化条件下的甲烷产量和 VSS 降解率明显高于高温厌氧消化；相对于高温厌氧消化，中温厌氧消化化学强化初沉污泥30mgFe3+/L组单位VSS累积产甲烷量和VSS降解率分别提高了 24.8%、11.6%。因此，化学强化初沉污泥在本试验条件下适宜采用中温厌氧消化工艺。 （3）对污水处理厂进水碳源分配策略的分析结果表明：化学强化初沉污泥源头分配策略的比例为：41.8%用于厌氧水解酸化产酸，58.2%用于厌氧消化产甲烷，此条件可在达到生物脱氮除磷碳源需求的前提下实现厌氧消化能量回收的最大化。

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