BAF强化人工湿地工艺处理生活污水试验研究

【摘要】： 人工湿地技术作为一种生态的污水处理方式,以其廉价、易于管理、具有良好环境效益的优势得到广泛的应用,当前人工湿地的主要问题是系统的脱氮能力差,尤其是硝化反应率低。曝气生物滤池在废水处理上已得到较多的应用,该工艺有机物容积负荷高、水力负荷大、水力停留时间短、能耗及运行成本低,同时该工艺对有机物和氨氮处理效果较好,出水水质较好,主要用于微污染水、生活污水、预处理水等的深度处理上。本课题提出了BAF强化人工湿地处理生活污水工艺和灰漠土作为人工湿地基质填料,解决湿地硝化能力差以及氮、磷污染物去除效率低的难题,为湿地的广泛应用提供技术支持。 本课题主要包括以下研究内容：①潜流人工湿地处理生活污水的试验研究；②BAF处理生活污水的试验研究；③强化工艺处理生活污水的试验研究；④强化工艺污染物反应动力学研究。通过研究得出以下结论： (1)湿地对污染物的去除效果随着运行水位的升高而提高,在本试验条件下,湿地运行水位在65cm处污染物去除效果优于其他水位,适于本试验湿地的水力负荷为0.8×10-2m3／(m2·h)。相同条件下,垂直流人工湿地污染物去除效果高于水平流湿地10%左右,说明垂直流在去除效果上具有优势。 (2)pH值是硝化过程的重要影响参数,适于本试验的pH值为9.0左右。COD／N对湿地COD的去除效果影响较小,而对对氨氮的去除效果影响则较大。复合湿地对污染物的去除效果较稳定,对COD平均去除率为75.93%,出水浓度主要受进水浓度影响；对氨氮的平均去除率为25.05%,对总氮的去除率总体不高,平均去除率为26.44%；对TP的平均去除率为74.14%。 (3)Langmuir等温方程比Freudlich等温方程能更好地拟合基质对磷的等温吸附效果,灰漠土对磷的理论饱和吸附量(G0)为688.18mg／kg,炉渣对磷的理论饱和吸附量(G0)为521.58mg／kg。基质对磷的吸附量均随溶液pH值的增加而增加,在酸性或弱碱性环境下,基质对磷的吸附量随pH值的变化较缓慢,在碱性环境下,基质对磷的吸附量随pH值升高迅速增加。同时,溶液中阴离子的存在削弱基质对磷吸附效果,阳离子存在可增强基质对磷吸附效果。 (4)气水比和水力负荷是影响BAF处理效果的主要因素,气水比为3：1及水力负荷1.28m3／(m2·h)运行条件下,既可保持BAF对有机物和氨氮的有效去除,又不浪费动力消耗。BAF作为单独处理单元对有机物和氨氮的去除率分别达到65.43%和69.25%,但对TN和TP的去除效果不太理想,分别为9.97%和10.41%。 (5)强化工艺对各污染物的去除效率较BAF及人工湿地工艺单独工艺均有提高,其中对氨氮与总氮的提高幅度较大,主要是因为强化工艺发挥了各单独工艺在处理不同形态氮素污染物上的优势,并采用了合理的组合方式,使两种处理工艺实现了优势互补,实现污染物的有效去除。 (6)对污染物沿程形态的研究表明污染物变化规律各有差异。COD在湿地中呈现沿程递减规律,且湿地前段对有机污染物的去除占主导作用。湿地中前1／2段是氨氮去除起主导作用,但水平流湿地后段氨氮浓度出现小幅回升,这可能是因为相对于水平流来说垂直流湿地中污染物更容易向下转移流出,而水平潜流湿地不容易直接流出,导致在湿地后端有机氮的分解释放,氨氮浓度回升。 (7)建立了强化系统污染物去除动力学模型,通过与实测数据的对比,验证了建立模型对系统出水COD、氨氮和总氮模拟的有效性,其理想模拟分别为65%、80%和100%。通过模拟结果的对比,证实了模型对系统的模拟效果,但建立的模型仍不具有工程设计功能,有待进一步研究以期完善。 综上所述,BAF强化人工湿地处理工艺的特征在于将BAF组成的硝化段和潜流湿地组成的反硝化段进行整合,污水首先通过配水系统进入BAF,通过曝气去除有机物及强化硝化作用,最后流经潜流湿地中进行反硝化作用,实现氮的高效去除。 【关键词】：BAF GDS 人工湿地 强化工艺 生活污水 反应机理
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-21
• 第一章 绪论21-37
• 1.1 人工湿地概述22-27
• 1.1.1 人工湿地的概念22
• 1.1.2 人工湿地的分类22-24
• 1.1.3 人工湿地构成要素及作用24-27
• 1.1.4 人工湿地处理技术的特点27
• 1.2 人工湿地的研究现状及研究趋势27-32
• 1.2.1 人工湿地技术的发展28
• 1.2.2 人工湿地的研究现状28-30
• 1.2.3 人工湿地的研究趋势30-32
• 1.3 人工湿地强化技术研究及强化系统的提出32-35
• 1.3.1 人工湿地强化技术研究32-34
• 1.3.2 BAF污水处理技术34-35
• 1.3.3 BAF强化人工湿地处理系统的提出35
• 1.4 研究目的和研究内容35-37
• 1.4.1 研究目的及意义35
• 1.4.2 研究内容35-36
• 1.4.3 创新性36-37
• 第二章 人工湿地处理生活污水试验研究37-52
• 2.1 人工湿地的构建与运行37-39
• 2.1.1 人工湿地构建37-38
• 2.1.2 试验水质38
• 2.1.3 试验方法38-39
• 2.2 水质测定方法39-40
• 2.3 人工湿地影响因素研究40-48
• 2.3.1 水利条件对湿地去除效果的影响40-45
• 2.3.2 pH对人工湿地去除效果的影响45-46
• 2.3.3 COD/N比对人工湿地运行效果的影响46-48
• 2.4 人工湿地对生活污水的处理效果研究48-51
• 2.4.1 人工湿地对有机物的去除效果48-49
• 2.4.2 人工湿地对氨氮的去除效果49-50
• 2.4.3 人工湿地对TN的去除效果50
• 2.4.4 人工湿地对TP的去除效果50-51
• 2.5 本章小结51-52
• 第三章 湿地基质除磷及去污性能研究52-62
• 3.1 试验材料与方法52-54
• 3.1.1 试验材料52-53
• 3.1.2 试验方法53
• 3.1.3 基质去污性能比较试验53-54
• 3.2 基质对磷的吸附性能研究54-58
• 3.2.1 磷的吸附平衡时间及吸附速率54-55
• 3.2.2 磷的吸附等温线分析55-57
• 3.2.3 磷吸附的影响因素研究57-58
• 3.3 湿地基质的去污性能研究58-60
• 3.3.1 出水pH值58-59
• 3.3.2 对有机物的去除59
• 3.3.3 对氨氮的去除59-60
• 3.3.4 对TP的去除60
• 3.4 本章小结60-62
• 第四章 曝气生物滤池处理生活污水试验研究62-76
• 4.1 试验装置与工艺路程62-64
• 4.1.1 试验装置62-63
• 4.1.2 工艺流程63-64
• 4.2 试验方法64-65
• 4.2.1 BAF的挂膜64-65
• 4.2.2 改变BAF的曝气量65
• 4.2.3 改变BAF的进水量65
• 4.2.4 BAF在最佳运行条件下的处理效果65
• 4.3 BAF处理生活污水的影响因素研究65-72
• 4.3.1 气水比对BAF处理效果的影响65-69
• 4.3.2 水力负荷的对处理效果的影响69-72
• 4.4 BAF对生活污水的处理效果研究72-75
• 4.4.1 BAF对有机物处理效果72-73
• 4.4.2 BAF对氨氮的处理效果73
• 4.4.3 BAF对TN处理效果73-74
• 4.4.4 BAF对TP处理效果74-75
• 4.5 本章小结75-76
• 第五章 强化工艺处理生活污水试验研究76-94
• 5.1 强化工艺组成及试验过程76-78
• 5.1.1 强化工艺组成76-77
• 5.1.2 试验水质77
• 5.1.3 试验过程77-78
• 5.2 强化工艺对生活污水的处理效果研究78-81
• 5.2.1 强化工艺对有机物的处理效果78
• 5.2.2 强化工艺对氨氮及总氮的处理效果78-80
• 5.2.3 强化工艺对TP的处理效果80-81
• 5.3 BAF对人工湿地的影响81-83
• 5.3.1 BAF对湿地处理效果的影响81
• 5.3.2 BAF对湿地溶解氧的影响81-83
• 5.4 强化工艺中污染物沿程分布规律研究83-93
• 5.4.1 有机污染物沿程分布规律研究83-87
• 5.4.2 强化工艺中氮形态分布及转化规律研究87-92
• 5.4.3 强化工艺中TP分布研究92-93
• 5.5 本章小结93-94
• 第六章 强化工艺反应动力学研究94-113
• 6.1 工艺机理探讨94-96
• 6.1.1 BAF处理污染物机理94
• 6.1.2 人工湿地处理污染物机理94-96
• 6.2 强化工艺中污染物反应动力学研究96-112
• 6.2.1 污水处理数学模型96-98
• 6.2.2 强化工艺动力学模型98-108
• 6.2.3 强化工艺污染物去除模拟结果分析108-112
• 6.3 本章小结112-113
• 第七章 结论113-115
• 7.1 结论113-114
• 7.2 建议114-115
• 参考文献115-123
• 致谢123-124
• 研究成果及发表的学术论文124-125
• 作者和导师简介125

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