活性污泥法—人工湿地联合处理城市污水研究

【摘要】： 针对我国南方城市污水有机污染物浓度偏低，氮磷含量相对较高，水质、水量随季节变化的特点，采用活性污泥法与人工湿地相结合的联合处理工艺，分别在100m~3／d规模的生产性试验和10000m~3／d规模的示范工程中，以实际城市污水为处理对象进行研究。试验重点考察了原水水质水量特征、污染物存在形态及去除规律、不同工艺条件下碳源分配情况，确定了高效生物反应器在不同季节时段的运行模式；研究了不同构型人工湿地中污染物的去除效率及池型、填料、负荷、温度、植物对其的影响，计算了反应动力学参数，确定了适宜的湿地构型及负荷调控方法；在此基础上提出了基于q-t曲线图的双向输入／输出联合调控模式，确定了活性污泥法-人工湿地联合处理工艺及负荷分配。示范工程依据试验结果，针对实际水质变动情况灵活调控，考察了工程规模的联合处理工艺对各种污染物质的去除情况。 试验原污水平均COD、NH_4~+-N、TN、TP为129mg／L、25.6mg／L、31.5mg／L、3.38mg／L，C／N值和C／P值为4.3和39.5，脱氮除磷所需碳源严重不足。在不同的季节，原水水质有较大变化，雨季原水污染物浓度只有旱季浓度60％左右，春、夏季暴雨时原水污染物浓度接近排放标准。因此，生物反应器需要根据水温的变化、水质的波动、降雨的多寡采用不同的运行模式，才能在有限碳源条件下实现最大限度的脱氮除磷。 通过不同季节多种工艺的比较，确定了高效生物反应器运行模式：春季时段采用改良型A~2／O工艺，夏季晴天／小雨时段采用预缺氧+倒置A~2／O工艺，夏季连续暴雨时段采用多点进水工艺，秋季时段采用低氧／常氧交替运行的倒置A~2／O工艺，冬季时段采用常规倒置A~2／O工艺。通过分析各种工艺中有机物、氮、磷的去除规律，比较其碳源分配情况，说明碳源能否合理分配及充分利用是评价工艺优劣的重要标准。 人工湿地系统对COD、NH_4~+-N、TN、TP的去除效率受负荷明显影响，随着水力负荷和面积负荷增加，湿地对污染物的去除效率呈下降趋势，同时污染物面积去除量的增量随着面积负荷的增加逐渐减少。另外，随着水温的升高，湿地对NH_4~+-N、TN的去除效率明显上升，模拟小试试验还证明，湿地系统总氮面积去除量与进水硝态氮的比例成正的线性关系，提高进水中硝态氮比例有利于总氮的去除。生物量大的湿地植物对污染物的吸收总量最高，单位干重的氮磷含量不能作为评价植物污染物吸收能力的主要指标。在较低污染物浓度水平条件下，湿地对污染物的去除可以用一级推流动力学模型近似模拟。 在相同负荷条件下，潜流湿地对COD和TP的去除效率高于表面流湿地及潜流／表面流组合湿地，页岩和钢渣的应用明显提高了湿地对磷的去除能力。表面流湿地对NH_4~+-N的去除效率高于潜流湿地和组合流湿地，在硝态氮比例大于0.25时，潜流湿地对总氮的去除优于表面流湿地。组合流湿地的优势在于其去除效率受温度的影响最小。整体来说，采用页岩和钢渣作为基质的潜流湿地最适宜于城市污水的深度处理，其COD、NH_4~+-N、TN、TP的面积反应速率常数分别为0.32m／d、0.065m／d、0.176m／d、0.29m／d。 根据试验结果，总结了活性污泥法／人工湿地联合处理的方法和原则，利用q-t曲线图进行设计和调控，提出了双向输入／输出的活性污泥法-人工湿地联合调控模式，并进行了实例分析。示范工程生物反应器通过改良型A~2／O工艺、预缺氧+倒置A~2／O工艺、局部低氧倒置A~2／O工艺的切换运行，使出水水质稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准，部分指标达到一级A标准。在水力负荷为0.3m／d～0.35m／d条件下，示范工程人工湿地系统出水COD、BOD、NH_4~+-N、TP可以达到《地表水环境质量标准》，TN浓度可以下降到7mg／L左右。 【关键词】：活性污泥法 人工湿地 短程硝化反硝化 碳源分配 联合处理
【学位授予单位】：同济大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-16
• 第1章 绪论16-48
• 1.1 研究背景16-19
• 1.1.1 我国水环境现状16-17
• 1.1.2 选题背景17-19
• 1.2 脱氮除磷原理及工艺19-36
• 1.2.1 生物脱氮基本原理19-22
• 1.2.2 生物除磷基本原理22-24
• 1.2.3 城市污水脱氮除磷工艺24-28
• 1.2.4 城市污水脱氮除磷研究进展28-36
• 1.3 人工湿地污水净化技术36-45
• 1.3.1 人工湿地的定义及组成36-39
• 1.3.2 人工湿地的分类及特点39-41
• 1.3.3 人工湿地的研究进展41-45
• 1.4 研究目的及内容45-48
• 1.4.1 研究目的及意义45-46
• 1.4.2 研究内容及技术路线46-48
• 第2章 试验材料和方法48-61
• 2.1 试验地点和原水水质48-53
• 2.1.1 水温和pH值48-49
• 2.1.2 有机物和SS49-50
• 2.1.3 氮和磷50-52
• 2.1.4 C/N和C/P52-53
• 2.2 试验装置53-59
• 2.2.1 交互式反应器54-57
• 2.2.2 人工湿地系统57-59
• 2.3 测试项目及方法59-61
• 2.3.1 物理记录项目59
• 2.3.2 化学分析项目59-60
• 2.3.3 微生物镜检项目60-61
• 第3章 交互式反应器运行模式研究61-129
• 3.1 不同模式运行时段划分61-65
• 3.1.1 运行时段划分依据61-62
• 3.1.2 各时段水质特征及工艺要求62-65
• 3.2 冬季时段运行模式65-81
• 3.2.1 工艺流程65-67
• 3.2.2 试验工况67
• 3.2.3 结果分析67-80
• 3.2.4 小结80-81
• 3.3 春季时段运行模式81-96
• 3.3.1 工艺流程81-83
• 3.3.2 试验工况83-85
• 3.3.3 结果分析85-95
• 3.3.4 小结95-96
• 3.4 夏季时段运行模式96-112
• 3.4.1 工艺流程97-98
• 3.4.2 试验工况98-99
• 3.4.3 晴天/小雨时段结果99-109
• 3.4.4 连续降雨时段结果109-111
• 3.4.5 小结111-112
• 3.5 秋季时段运行模式112-127
• 3.5.1 工艺流程113
• 3.5.2 试验工况113-114
• 3.5.3 结果分析114-126
• 3.5.4 小结126-127
• 3.6 本章结论127-129
• 第4章 人工湿地处理系统研究129-163
• 4.1 试验条件129-130
• 4.1.1 进水水质129
• 4.1.2 试验工况129-130
• 4.2 有机物的去除效果及影响因素130-136
• 4.2.1 潜流湿地130-132
• 4.2.2 表面流湿地132-134
• 4.2.3 潜流/表面流组合湿地134-136
• 4.2.4 小结136
• 4.3 氨氮的去除效果及影响因素136-143
• 4.3.1 潜流湿地136-139
• 4.3.2 表面流湿地139-141
• 4.3.3 潜流/表面流组合湿地141-142
• 4.3.4 小结142-143
• 4.4 总氮的去除效果及影响因素143-153
• 4.4.1 潜流湿地143-145
• 4.4.2 表面流湿地145-147
• 4.4.3 潜流/表面流组合湿地147-149
• 4.4.4 氮的形态对总氮去除的影响149-152
• 4.4.5 小结152-153
• 4.5 磷的去除效果及影响因素153-158
• 4.5.1 潜流湿地153-155
• 4.5.2 表面流湿地155-156
• 4.5.3 潜流/表面流组合湿地156-158
• 4.5.4 小结158
• 4.6 湿地植物对氮和磷的吸收158-161
• 4.6.1 植物性状比较159-160
• 4.6.2 植物对去除氮、磷的贡献160-161
• 4.7 本章结论161-163
• 第5章 联合系统调控模式163-184
• 5.1 总体原则163-164
• 5.2 目标污染物的确定164-165
• 5.3 湿地出水水质标准165-171
• 5.3.1 有机物166
• 5.3.2 氨氮166
• 5.3.3 总氮166-170
• 5.3.4 总磷170-171
• 5.4 湿地进水水质要求171-173
• 5.5 处理水量要求173-176
• 5.5.1 进水水质全年定值173-174
• 5.5.2 增大湿地处理水量比例的调控方法174-176
• 5.6 联合调控方法176-178
• 5.7 实例分析178-183
• 5.7.1 处理工艺178
• 5.7.2 工艺评估178-179
• 5.7.3 工艺调控179-181
• 5.7.4 总磷校核181-182
• 5.7.5 工艺确定及负荷分配182-183
• 5.8 本章结论183-184
• 第6章 联合处理示范工程184-195
• 6.1 概况184
• 6.2 设计参数184-186
• 6.3 进水水质水量186-188
• 6.4 运行模式188-190
• 6.5 出水水质190-194
• 6.6 本章结论194-195
• 第7章 结论和建议195-200
• 7.1 结论195-198
• 7.2 建议198-200
• 致谢200-201
• 参考文献201-210
• 附录A 示范工程工艺流程210-211
• 附录B 示范工程主要设备211-212
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果212

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