催化填料研制及其变速生物滤池处理城市污水性能研究

【摘要】： 生物滤池是废水处理生物膜法的重要工艺之一，其关键技术是微生物附着生长的填料，核心内容是运行性能。论文围绕研制具有刺激微生物生长及利于微生物附着的生物催化填料，以及以生物催化填料为载体的生产性缺氧变速生物滤池处理城市污水的性能进行了试验研究，得到以下结论： (1)通过填料烧制正交试验及微生物挂膜对比试验，获得了生物催化填料的生产性最佳配比和烧制工艺，成功地研制出一种新型多孔生物催化填料，与普通陶粒和高炉渣相比，其表面粗糙度高、表面微孔有效孔容大、挂膜时间短且挂膜率高，因此更适合微生物附着和增殖，是一种理想的废水生物处理填料。 (2)对生物膜法微生物附着填料的物理特性评价指标进行了分析，指出填料表面孔结构分布是影响多孔填料表面微生物附着特性最主要的物理参数，提出以表面微孔有效孔容及其相应的微孔均值孔径和表面分数维值组成的指标体系表征填料的物理特性，为评价多孔填料的优劣提供了新思路。 (3)论文首次应用分形理论及分数维概念定量表征了多孔填料表面粗糙度，实现了多孔填料表面粗糙度的描述从定性发展为定量，从表观概述发展为微观分析。论文以本研究中采用的填料为例，计算出了其分数维值分别为：生物催化填料2.70～2.78，普通陶粒2.75，高炉渣2.53。 均值孔径是本论文以统计学理论为基础提出的一个描述多孔填料微孔结构分布的新参数，它有效克服了中值孔径和平均孔径难以突出孔径分布特征以及孔径曲线使用不便的不足。 (4)本研究对生物滤池结构进行改进，在国内外首创变速流动的滤池构造，较大幅度地延长了生物滤池的冲洗周期，在一定程度上减轻了滤池易堵塞的问题。在生产性规模装置上的运行试验表明：只要每2～4周排泥一次，则滤池填料层的冲洗周期为2～4个月。 (5)以生物催化填料为载体的生产性缺氧变速生物滤池在22～28℃条件下50d左右完成启动过程；在17～27℃条件下处理城市污水，水量为485～737m~3／d，滤池HRT为7.7～5.0h(填料层HRT为3.9～2.6h)时，出水COD小于120mg／L，SS小于30mg／L，部分BOD_5略大于30mg／L(概率约为40％)。滤池对P有一定的去除效果，但出水NH_3-N浓度略有升高。滤池运行期间pH值始终保持中性。滤池填料层HRT、填料层厚度、水温等对滤池性能有重要影响。论文推导了填料层有机物的降解动力学模型为：S_出=(S_1-S_n)／П(1+K_(2i)X_it_i)+S_n，并根据试验数据得出相应的K_2值和S_n值。 重庆大学博士学位论文 （6）对缺氧变速生物滤池微生物学特性的研究表明：滤池填料层内微生物主要 以生物膜形式存在，填料层内微生物量与相应的脱氢酶活性有良好的相关性。滤池 中有机物的降解主要遵循厌氧降解途径，厌氧降解过程各类微生物生理类群之间呈 现良好的代谢平衡：硫酸盐还原菌没有对产甲烷菌形成抑制。 本研究为以催化填料缺氧变速生物滤池为主体技术的城市污水处理新工艺的工 程应用提供了依据，具有较大的实用价值。 【关键词】：主物催化填料 缺氧 变速生物滤池 城市污水
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：X799.3
【目录】：

• 中文摘要4-6
• 英文摘要6-8
• 目录8-11
• 图表目录11-19
• 1 概述19-36
• 1．1 城市污水厌氧处理19-25
• 1．1．1 厌氧消化基本理论的发展19-20
• 1．1．2 厌氧工艺的发展20-22
• 1．1．3 城市污水厌氧处理现状22-25
• 1．2 AF反应器的发展及其在城市污水处理中的应用25-33
• 1．2．1 AF反应器的发展及其应用25-29
• 1．2．2 AF反应器在城市污水处理中的应用29-31
• 1．2．3 AF填科的发展及特点31-33
• 1．3 问题的提出、研究目的与内容33-36
• 1．3．1 问题的提出33-34
• 1．3．2 研究目的与内容34-36
• 2 填料特性评价指标36-52
• 2．1 填料物理特性评价指标36-40
• 2．1．1 比表面积36-37
• 2．1．2 孔结构分布37-40
• 2．1．3 空隙率40
• 2．1．4 密度40
• 2．2 填料微生物附着特性评价指标40-41
• 2．3 多孔填料的分形特性及分数维41-50
• 2．3．1 有关分形的概念41-43
• 2．3．2 多孔填料的分形特征43
• 2．3．3 多孔填料无标度空间的确定43
• 2．3．4 多孔填料分数维值的计算43-50
• 2．3．5 多孔填料分数维的物理意义50
• 2．4 小结50-52
• 3 生物催化填料生产性研制52-83
• 3．1 生物催化填料生产工艺试验研究52-62
• 3．1．1 生物催化填料生产工艺装置及试验设计52-57
• 3．1．2 试验结果及分析57-60
• 3．1．3 填料烧制工艺条件的机理分析60-62
• 3．2 生物催化填料挂膜特性试验研究62-82
• 3．2．1 生物催化填料静态挂膜试验62-68
• 3．2．2 生物催化填料动态挂膜试验68-73
• 3．2．3 生物催化填料与陶粒、高炉渣挂膜特性比较73-82
• 3．3 小结82-83
• 4 填料表面物理特性对生物膜附着性能的影响分析83-92
• 4．1 填料表面粗糙度的影响83-87
• 4．2 填料表面微孔特性的影响87-90
• 4．3 填料比表面积的影响90-91
• 4．4 小结91-92
• 5 催化填料缺氧变速生物滤池试验装置及启动92-108
• 5．1 试验流程、构筑物及试验方法92-99
• 5．1．1 试验流程与装置92-95
• 5．1．2 试验污水水质95-96
• 5．1．3 试验安排96
• 5．1．4 试验测试项目与方法96-99
• 5．2 催化填料缺氧变速生物滤池的启动99-107
• 5．2．1 启动过程与结果100-104
• 5．2．2 影响因素分析104-107
• 5．3 小结107-108
• 6 催化填料缺氧变速生物滤池处理城市污水性能研究108-145
• 6．1 试验结果109-112
• 6．2 结果分析与讨论112-134
• 6．2．1 滤池进出水水质特点112-113
• 6．2．2 COD衡算与污泥的增长及截留113-117
• 6．2．3 水力停留时间及有机物容积负荷对反应器运行结果的影响117-121
• 6．2．4 反应器构造对反应器运行结果的影响121-126
• 6．2．5 温度及pH值对反应器运行结果的影响126-130
• 6．2．6 滤池对其它污染物的去除效果分析130-134
• 6．3 催化填料缺氧变速生物滤池处理城市污水机理分析及动力学模型研究134-143
• 6．3．1 有机物去除机理分析134-136
• 6．3．2 有机物降解动力学模型研究136-143
• 6．4 小结143-145
• 7 催化填料缺氧变速生物滤池微生物学特性探讨145-160
• 7．1 生物膜特性探讨145-150
• 7．1．1 生物膜表现性状145
• 7．1．2 生物量分布特点145-148
• 7．1．3 生物膜活性研究148-150
• 7．2 生物膜微生物构成探讨150-159
• 7．2．1 试验方法151-155
• 7．2．2 细菌计数结果及分析155-159
• 7．3 小结159-160
• 8 结论与建议160-163
• 8．1 结论160-161
• 8．2 建议161-163
• 致谢163-164
• 参考文献164-174
• 附录：174-182
• A． 量纲分析174-176
• B． 填料孔结构分布测试数据176-181
• C． 作者在攻读博士学位期间发表的论文目录181-182
• D． 作者在攻读博士学位期间参加的科研项目及得奖情况182

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