双侧沟式一体化OCO工艺处理生活污水研究

【摘要】：OCO工艺最初由丹麦Puritek A/S公司开发,由于装置形似英文字母"OCO"而得名,集厌氧、缺氧和好氧于一体,装置结构紧凑、占地面积小,为生物脱氮和除磷提供适宜的反应环境,可以同时去除COD、氮和磷,运行费用低且便于实施在线监测和自动控制。OCO工艺已在丹麦、法国、瑞典等国家得到了广泛应用。然而国际上有关OCO及其运行参数方面的文献依然很少,且该工艺在我国也很少应用。近年来,该工艺引起了我国的科研人员的研究兴趣,不少学者结合城市污水生物处理的特点,不断研发并推出各种基于OCO的改进工艺。 本论文在对前期系列一体化OCO污水处理工艺进行对比研究的基础上,设计了双侧沟式一体化OCO工艺,探讨了反应器内水力混合特性以及各运行工况对污水处理效果的影响,并构建了动力学模型和BP神经网络预测模型。 (1)介绍了一体化OCO工艺第一代到第四代反应器研发概况,包括：侧沟式一体化膜泥法OCO工艺、中心岛式一体化OCD工艺、中心岛式一体化OCO工艺、侧沟式一体化OCO工艺。系统地介绍了反应器设计参数、工艺特点,对反应器削减COD、脱氮除磷的运行效果进行比较,并在总结前几代一体化OCO工艺优缺点的基础上,设计了双侧沟式一体化OCO污水处理工艺。 (2)以脉冲进样法对双侧沟式一体化OCO反应器进行水力特性试验,通过理想反应器的E(t)函数的组合来模拟反应器的停留时间分布,获得了反应器全混流所占比例为86.8%,平推流所占比例为13.2%；以连续进样法对该反应器的水力特性进行试验,并根据质量守恒定律建立水力模型进行分析,试验结果表明反应器内的液流流型为整体全混流和局部推流。上述结果与理论假设相符,所得反应器的水体流动特性符合设计的意图。 (3)研究了溶解氧(DO)、水力停留时间(HRT)、进水COD/TN质量比(简称C/N比)、进水COD/TP质量比(简称C/P比)、污泥龄(SRT)等因素对工艺处理生活污水效果的影响,并找出适宜运行工况和运行参数：好氧区DO控制在2.0mg/L左右,可以保持缺氧区和厌氧区DO分别低于0.5mg/L和0.1mg/L; SRT为12d, HRT控制在12h(即进水流量为20L/11):C/N比为8：1左右,C/P比为50：1左右。为期60天的稳定运行结果表明,双侧沟式一体化OCO工艺对COD.NH4+-N、TN和TP具有很好的去除效果,去除率分别为95%、99%、81%和90%。 (4)对双侧沟式一体化OCO工艺进行了生化动力学分析,推导了反应器生物脱氮削碳的动力学方程,并经过试验数据分析,求解出适合于反应器脱氮削碳的动力学参数；构建了出水水质的BP神经网络数学模型,并对工艺处理污水效能进行预测,预测结果与试验结果相吻合。 (5)对双侧沟式一体化OCO工艺进行了放大试验(放大4倍)的初步研究,水力特性试验表明,反应器的全混流比为80.6%,平推流比为19.4%,反应器液流流型为整体全混流和局部推流；且在本试验装置进行了生活污水的试运行试验研究,结果表明,好氧区DO为2.0mg/L左右,SRT为12d,HRT控制在12h,C/N比为8：1左右,C/P比为50：1左右时,COD.NH4+-N、TN和TP的去除率分别为94%、99%、81%和93%。 双侧沟式一体化OCO工艺能有效去除污水中碳、氮和磷等污染物而无需化学试剂辅助处理,本研究为该工艺在我国的推广应用提供了理论依据。 【关键词】：一体化OCO工艺 侧沟式沉淀池 水力特性 脱氮除磷 生活污水 神经网络模型
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X799.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-36
• 1.1 课题来源13
• 1.2 研究目的与意义13-15
• 1.3 污水生物脱氮除磷机理与研究进展15-24
• 1.3.1 污水生物脱氮机理与研究进展15-20
• 1.3.2 污水生物除磷机理与研究进展20-24
• 1.4 污水生物脱氮除磷工艺简介24-31
• 1.4.1 SBR及改良工艺24-25
• 1.4.2 A/O、A~2/O及改良工艺25-27
• 1.4.3 环流循环污水处理工艺27-31
• 1.5 一体化生物反应器的研究现状31-33
• 1.5.1 一体化装置的特征和研究现状31-32
• 1.5.2 一体化生物反应器的存在的主要问题及发展趋势32-33
• 1.6 课题的提出33-34
• 1.7 主要研究内容34-36
• 第2章 实验材料与装置设计36-45
• 2.1 试验装置设计36-41
• 2.1.1 反应器设计计算36-38
• 2.1.2 试验装置及工艺原理38-41
• 2.2 试验水质的配制与检测方法41-42
• 2.3 标准曲线的绘制42
• 2.4 活性污泥的驯化和装置的启动42
• 2.5 主要仪器与试剂42-43
• 2.6 城镇污水处理厂污染物排放标准43-44
• 2.7 本章小结44-45
• 第3章 一体化OCO艺污水处理工艺研究概况45-60
• 3.1 侧沟式一体化膜泥法OCO工艺45-48
• 3.1.1 试验方法46
• 3.1.2 不同条件对COD去除效果的影响46-47
• 3.1.3 不同条件对总氮去除效果的影响47
• 3.1.4 侧沟式一体化膜泥法OCO工艺的优缺点47-48
• 3.2 中心岛式一体化OCD工艺48-51
• 3.2.1 试验方法48-49
• 3.2.2 不同条件对COD去除效果的影响49-50
• 3.2.3 不同条件对氮去除效果的影响50
• 3.2.4 不同条件对总磷去除效果的影响50-51
• 3.2.5 系统的优缺点51
• 3.3 中心岛式一体化OCO工艺51-55
• 3.3.1 试验方法52-53
• 3.3.2 不同条件对COD去除效果的影响53
• 3.3.3 不同条件对氮去除效果的影响53-54
• 3.3.4 不同条件对总磷去除效果的影响54-55
• 3.3.5 系统的优缺点55
• 3.4 侧沟式一体化OCO工艺55-59
• 3.4.1 试验方法56
• 3.4.2 不同条件对COD去除效果的影响56-57
• 3.4.3 不同条件对氮去除效果的影响57
• 3.4.4 不同条件下总磷去除效果57-58
• 3.4.5 系统的优缺点58-59
• 3.5 本章小结59-60
• 第4章 双侧沟式一体化OCO工艺水力学特性研究60-65
• 4.1 反应器流态模型60-61
• 4.2 水力混合特性试验61-64
• 4.3 本章小结64-65
• 第5章 双侧沟式一体化OCO工艺参数优化试验研究65-90
• 5.1 DO对脱氮除磷效果的影响65-69
• 5.1.1 试验方法65
• 5.1.2 结果与分析65-69
• 5.2 HRT对脱氮除磷效果的影响69-73
• 5.2.1 试验方法69-70
• 5.2.2 结果与分析70-73
• 5.3 C/N比对脱氮除磷效果的影响73-79
• 5.3.1 试验方法73
• 5.3.2 结果与分析73-79
• 5.4 C/P比对脱氮除磷效果的影响79-82
• 5.4.1 试验方法80
• 5.4.2 结果与分析80-82
• 5.5 污泥龄对脱氮除磷效能的影响研究82-85
• 5.5.1 试验方法83
• 5.5.2 结果与分析83-85
• 5.6 工艺稳定运行60天脱氮除磷效能85-88
• 5.6.1 试验方法85-86
• 5.6.2 结果与分析86-88
• 5.7 本章小结88-90
• 第6章 双侧沟式一体化OCO工艺动力学分析与BP神经网络模型构建90-113
• 6.1 动力学模型的假设90-95
• 6.1.1 COD降解动力学分析90-92
• 6.1.2 氨氮降解动力学分析92-93
• 6.1.3 总氮降解动力学分析93-95
• 6.2 BP神经网络模型仿真模拟与预测95-112
• 6.2.1 数据预处理95
• 6.2.2 主元分析降维95-97
• 6.2.3 BP神经网络训练97-98
• 6.2.4 仿真结果98-112
• 6.3 本章小结112-113
• 第7章 双侧沟式一体化OCO工艺放大试验初步研究113-120
• 7.1 放大装置设计113-114
• 7.2 放大装置的水力混合特性研究114-116
• 7.2.1 混流比试验114-115
• 7.2.2 水力过程的建模试验115-116
• 7.3 放大试验装置除磷脱氮效能的初步试验研究116-119
• 7.3.1 试验方法116
• 7.3.2 结果与分析116-119
• 7.4 本章小结119-120
• 第8章 结论120-123
• 8.1 结论120-121
• 8.2 创新点121
• 8.3 建议121-123
• 参考文献123-134
• 致谢134-135
• 博士期间已发表或待发表论文135-136
• 博士期间承担的科研及研发平台建设项目136

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