侧向流曝气生物滤池处理生活污水的特性及其除磷脱氮效能研究

【摘要】： 从20世纪80年代以来,曝气生物滤池在全世界污水处理领域得到了广泛的研究和使用。目前,为中小城镇开发低耗、高效的城市污水处理工艺是我国污水处理技术研究领域亟待解决的重大课题。本研究是在吸取传统曝气生物滤池运行机理的基础上,将污水以侧向流方式引入曝气生物滤池,开发并制作了侧向流曝气生物滤池(LBAF)反应器,为解决这一问题提供了新的思路。它的特点是滤池整体采用推流方式,曝气方式及填料填装方式灵活,可针对不同的处理要求,通过改变曝气位置、强度和填料填装方式,实现在同一滤池内完成厌氧和好氧反应。本文主要研究了LBAF反应器的水力混合特性;以及不同运行模式对去除生活污水中有机物、悬浮物、磷和氮的影响;研究了采用改性沸石吸附除磷的方法,并对其除磷机理进行了研究;通过分析测定滤池内生物量、生物活性、微生物分布,探讨了LBAF反应器中的生物膜特征。 水力学混合特性试验表明,LBAF反应器的流态介于全混流和平推流之间,偏于平推流。经理论分析得出,该流态有利于生物种群的空间分布,保证了反应器的容积利用率,提高了处理效能。应用扩散模型,建立了LBAF的水力混合模型为: LBAF同步硝化与反硝化运行试验表明,LBAF反应器运行稳定,抗冲击负荷能力较强;COD、SS、氨氮、总氮和总磷的去除率随水力负荷增加而下降,但SS、COD平均去除率下降幅度较小;氨氮、总氮平均去除率随水力负荷的增加变化较明显;总磷的去除率低且变化较小。气水比从7:1升高到10:1时,COD的去除率有一定提高,气水比大于10:1后,COD的去除率增加缓慢,并趋于稳定;气水比从7:1增加到10:1时,SS的去除率变化较小,当气水比超过10:1会造成出水SS增加;当气水比由7:1增加到10:1时,氨氮的去除率可显著提高,而总氮的去除率在气水比7:1增加到10:1时增加不多,气水比大于10:1后总氮的去除率增加更不明显;气水比7:1增加到10:1时,滤池对磷的去除率有所提高,但气水比大于10:1后,总磷去除率变化不大。通过对滤池内含氮化合物的空间分布、生物耗氧速率以及底物转化速率和微生物数量的监测表明,侧向流曝气生物滤池内存在同步硝化与反硝化。 试验中将水头损失增高而导致出水氨氮浓度突升的运行点作为运行的终点,开始进行反冲洗。由此得出的运行周期较传统的BAF长,这得益于“S”形小阻力槽的作用和LBAF反应器填料采用从进口到出口的粒径级配由大到小的放置方式,这提高了整个滤池的纳污能力。因此,LBAF在运行过程中水头损失增加缓慢,不易堵塞。 LBAF前置反硝化工艺运行试验表明,LBAF前置反硝化工艺具有较好的除碳、脱氮效果。溶解氧是限制前置反硝化工艺在LBAF中去除TN的关键因素。由于缺氧/好氧区容积比为1:6.4时比容积比为1:4.0时的溶解氧高,因此采用缺氧/好氧区容积比为1:4.0,更有利于反应器前段反硝化反应的完成。当回流比从1:1上升到2:1时,TN的去除率变化不大。回流比的改变对COD和NH3-N的去除效果影响不大。 通过对同步硝化反硝化脱氮工艺和前置反硝化脱氮工艺的比较研究表明,如果没有脱氮要求,尤其是当原水中COD浓度较低时,可采用同步硝化反硝化工艺。如果有脱氮要求,应采用前置反硝化工艺。如果原水COD浓度较高,即使没有脱氮要求,仍可选择前置反硝化工艺。由于回流水的稀释,前置反硝化工艺去除COD、NH3-N和TN的稳定性远高于同步硝化反硝化工艺。改性沸石吸附除磷试验是针对沸石的结构特征,将破碎至0.3～0.6mm的沸石,按质量比沸石:硫酸镁:硫酸铝为2:2:l,用NaOH调节pH至8,搅拌30min,蒸发成固态物质,将此固态物质在300℃下恒温焙烧1h,制得改性沸石吸附剂,将制得的改性沸石置于吸附柱中吸附污水中的磷。改性沸石饱和后,采用30mL5%NaOH+30mL5%Na2CO3溶液作为再生液,使改性沸石再生。改性沸石反复再生4次后,吸附容量基本维持稳定。改性沸石小型吸附动态试验表明,在流速为0.41m/h,初始磷酸盐浓度分别为6.4mg/L和3.5mg/L时,运行至穿透点的累计处理水量分别为518.4倍吸附剂体积和1022.3倍吸附剂体积;在初始磷酸盐浓度为6.4mg/L,流速为0.35m/h时,运行至穿透点的累计处理水量为653.3倍吸附剂体积。 通过对改性沸石吸附除磷机理的探讨认为,在吸附过程中,离子交换作用力、色散力和毛细力共同作用产生对污水中磷的吸附。 通过对LBAF反应器中填料表面生物量和生物活性的测定可知,反应器运行周期内生物量从A段到B段呈明显的减少趋势,异养菌也逐渐转变自养菌,滤池的生物膜活性变化不大。对生物膜和生物相的观察表明,由A段到B段生物膜逐渐变薄,颜色也由黑灰色向浅褐色转变。生物相则沿水流方向,随着有机物质的降解完成了从低级向高级的转变,形成较为完整的食物链体系。在滤池内不同位置的生物膜上都生长着与其污水水质相适应的优势菌种,能够较好地完成污水处理的任务。 【关键词】：生活污水 侧向流曝气生物滤池 生物膜 改性沸石 吸附
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：X703
【目录】：

• 中文摘要3-6
• 英文摘要6-14
• 1 绪论14-32
• 1.1 水环境污染及其治理14-16
• 1.1.1 水环境污染与水资源短缺14-15
• 1.1.2 水污染治理及污水资源化15-16
• 1.2 生物膜法污水处理技术16-19
• 1.2.1 生物膜法反应器类型及技术现状16-17
• 1.2.2 生物膜法净化污水机理17-19
• 1.3 曝气生物滤池技术19-29
• 1.3.1 曝气生物滤池的产生和发展19-20
• 1.3.2 曝气生物滤池的原理和工艺特点20
• 1.3.3 曝气生物滤池的类型和工作原理20-23
• 1.3.4 曝气生物滤池的应用和研究现状23-29
• 1.3.5 传统曝气生物滤池存在的问题29
• 1.4 课题的提出、研究目的、意义及方法29-32
• 1.4.1 课题的提出29
• 1.4.2 课题研究的目的与意义29-30
• 1.4.3 课题研究的内容30
• 1.4.4 研究方法30-32
• 2 反应器与试验设计32-42
• 2.1 侧向流曝气生物滤池（LBAF）32-37
• 2.1.1 侧向流曝气生物滤池（LBAF）的结构32-36
• 2.1.2 侧向流曝气生物滤池（LBAF）的特点36
• 2.1.3 侧向流曝气生物滤池（LBAF）的运行模式36-37
• 2.2 试验材料与方法37-42
• 2.2.1 试验地点37
• 2.2.2 试验用水37
• 2.2.3 试验流程37-38
• 2.2.4 试验仪器与分析方法38-42
• 3 LBAF 反应器的水力混合特性研究42-56
• 3.1 反应器流动模型42-44
• 3.1.1 理想流动模型42
• 3.1.2 实际流动模型42-44
• 3.2 LBAF 反应器的水力混合特性试验44-51
• 3.2.1 试验方法44
• 3.2.2 LBAF 反应器中整池的水力混合特性44-49
• 3.2.3 LBAF 反应器中前后两段的水力混合特性49-50
• 3.2.4 LBAF 反应器中分层的水力混合特性50-51
• 3.3 LBAF 反应器水力混合特性对滤池处理效能的影响51-53
• 3.4 本章小结53-56
• 4 无回流LBAF 反应器处理生活污水的效能研究56-102
• 4.1 LBAF 反应器的挂膜启动56-58
• 4.1.1 挂膜方法56
• 4.1.2 启动期间 LBAF 的运行情况56-58
• 4.1.3 挂膜启动完成标志58
• 4.2 LBAF 反应器对去除污染物的运行结果58-62
• 4.2.1 LBAF 反应器去除有机物运行结果58-59
• 4.2.2 LBAF 反应器去除SS 的运行结果59-60
• 4.2.3 LBAF 反应器去除NH3-N 的运行结果60
• 4.2.4 LBAF 反应器去除TN 的运行结果60-61
• 4.2.5 LBAF 反应器去除TP 的运行结果61-62
• 4.3 影响 LBAF 反应器运行性能的主要因素分析62-81
• 4.3.1 气水比对运行性能的影响62-68
• 4.3.2 水力负荷对运行性能的影响68-71
• 4.3.3 滤池长度对运行性能的影响71-75
• 4.3.4 污染物负荷对运行性能的影响75-79
• 4.3.5 温度对运行性能的影响79-81
• 4.4 LBAF 反应器除磷脱氮机理分析81-88
• 4.4.1 污水生物除磷脱氮技术概论81-83
• 4.4.2 LBAF 反应器脱氮机理分析83-86
• 4.4.3 LBAF 除磷机理分析86-88
• 4.5 LBAF 反应器的运行周期及反冲洗88-94
• 4.5.1 LBAF 反应器运行周期试验88-92
• 4.5.2 LBAF 反应器的反冲洗92-94
• 4.6 LBAF 反应器有机物去除动力学94-99
• 4.6.1 模型的建立94-96
• 4.6.2 模型的数学分析96
• 4.6.3 模型的求解96-98
• 4.6.4 模型的预测98-99
• 4.7 本章小结99-102
• 5 前置反硝化LBAF 反应器处理生活污水的效能研究102-114
• 5.1 前置反硝化 LBAF 反应器处理生活污水的运行结果102-104
• 5.1.1 前置反硝化 LBAF 反应器去除有机物的运行结果102-103
• 5.1.2 前置反硝化 LBAF 反应器去除氨氮的运行结果103
• 5.1.3 前置反硝化 LBAF 反应器去除总氮的运行结果103-104
• 5.2 运行条件对前置反硝化 LBAF 效能的影响104-111
• 5.2.1 回流比对前置反硝化 LBAF 效能的影响104-105
• 5.2.2 缺氧/好氧区容积比对前置反硝化 LBAF 效能的影响105-107
• 5.2.3 滤池长度对前置反硝化 LBAF 效能的影响107-111
• 5.2.4 碳源对前置反硝化 LBAF 效能的影响111
• 5.3 LBAF 的同步硝化反硝化和前置反硝化工艺比较111-112
• 5.4 本章小结112-114
• 6 改性沸石吸附除磷的效能及机理研究114-134
• 6.1 曝气生物滤池除磷的方式114-115
• 6.1.1 侧向流曝气生物滤池中的生物除磷现象114
• 6.1.2 曝气生物滤池中的化学除磷114-115
• 6.2 改性沸石吸附除磷的运行条件试验115-127
• 6.2.1 沸石的结构特征与理化性能115-116
• 6.2.2 试验水质116
• 6.2.3 改性沸石吸附性能静态试验116-124
• 6.2.4 改性沸石吸附性能动态试验124-126
• 6.2.5 改性沸石对其他污染物的吸附126-127
• 6.3 改性沸石的脱附再生127-129
• 6.3.1 脱附再生方法127-128
• 6.3.2 再生对穿透曲线的影响128-129
• 6.4 改性沸石吸附除磷的机理探讨129-132
• 6.4.1 改性沸石吸附作用力构成129-130
• 6.4.2 改性沸石吸附除磷过程模型130
• 6.4.3 改性沸石处理污水前后的成分分析130-132
• 6.5 本章小结132-134
• 7 LBAF 反应器中生物膜的特征134-144
• 7.1 LBAF 反应器中微生物量的时空分布特征134-136
• 7.2 LBAF 反应器中生物膜活性特征136-137
• 7.3 LBAF 反应器中微生物空间分布特征137-142
• 7.3.1 LBAF 中出现的微生物及菌群分布特点137-141
• 7.3.2 LBAF 中微生物相的特征141-142
• 7.4 本章小结142-144
• 8 结论144-146
• 致谢146-148
• 参考文献148-158
• 附录158

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前置反硝化—曝气生物滤池处理生活污水实验研究    白慧玲

印染纺织废水深度处理研究    徐绮坤

两段式曝气生物滤池处理含石油废水的试验研究    韩祯

一体式反硝化曝气生物滤池处理以工业废水为主的城镇污水之脱氮除磷性能研究    郭福荣

水解酸化—序批式活性污泥法—曝气生物滤池处理中药废水研究    刘斌

基于水头损失解析的BAF过滤模式及反冲洗控制研究    陈京英

两级曝气生物滤池在小区生活污水处理中的应用    敖阳