蚯蚓生物滤池处理城市合流污水工艺性能研究

【摘要】： 基于目前我国小城镇经济发展水平及水污染治理的要求,高效、节能、生态平衡和环境友好的污水处理工艺成为研究的热点。新型蚯蚓生物滤池组合工艺在污水生物处理反应器中引入蚯蚓等物种,延长和扩展了原有的微生物代谢链,丰富了系统的微生物多样性,在污水处理过程中同步实现污泥的减量化和稳定化,适宜用于小城镇的污水处理。 本文以蚯蚓生物滤池为主要研究对象,“厌氧水解-高负荷生物滤池”作为其处理城市污水的预处理,在中试试验(处理污水量100m~3/d)的基础上,分别考察了以石英砂和陶粒为滤料的蚯蚓生物滤池处理城镇合流污水的工艺性能。主要研究内容包括蚯蚓生物滤池在污水-污泥同步处理的过程中实现的水质净化效果和污泥处理效果及其影响因素;运用PCR-SSCP(聚合酶链式反应-单链构象多态性)技术分析了蚯蚓生物滤池内的微生物的多样性及其功能微生物种群;从蚯蚓对污泥有机质的消化量及其体内的SOD(超氧化物歧化酶)和CAT(过氧化氢酶)含量变化,考察蚯蚓对生物滤池的适应性;最后,与常规活性污泥法工艺进行技术经济比较。 试验结果表明: 1.在进水水温7～28.6℃,有机负荷为0.46～0.93kgBOD_5·m~(-3)·d~(-1),有机物、SS和氨氮进水平均浓度分别为58.57～78.30mg/L,29.60～38.40mg/L,24.31～36.19mg/L,18.62～24.21mg/L的条件下,石英砂蚯蚓生物滤池和陶粒蚯蚓生物滤池对“厌氧水解-高负荷生物滤池”预处理的城市合流污水的出水具有较好的有机物、SS和氨氮去除效果。 2.石英砂蚯蚓生物滤池对COD、BOD_5、SS及氨氮最终出水水质及去除率范围分别为28.94～32.87mg/L,47.26%～57.55%;12.80～15.60mg/L,54.78%～59.29%;7.47～9.10mg/L,62.06%～77.90%;11.29～14.69mg/L,21.01%～52.58%。 3.陶粒蚯蚓生物滤池对COD、BOD_5、SS及氨氮最终出水水质及去除率范围分别为21.17～28.66mg/L,50.64%～64.73%;10.4～15.0mg/L,55.99%～66.36%;7.2～9.77mg/L,57.18%～76.25%;7.64～11.30mg/L,35.53%～67.67%。 4.陶粒蚯蚓生物滤池对COD、BOD_5及氨氮的去除率比石英砂蚯蚓生物滤池分别高约15.07%,7.39%和49.70%;对SS的去除率约低6.39%。二者对TN和TP的去除效果均不明显。 5.试验中,蚯蚓生物滤池的有机负荷为0.46～0.93kgBOD_5·m~(-3)·d~(-1),是普通生物滤池的4～7倍,这主要归因于蚯蚓生物滤池中,蚯蚓直接对有机物的降解作用,较大的滤料比表面积保持的高额的微生物量以及由于蚯蚓的存在而使系统微生物活性的提高。根据计算蚯蚓生物滤池中生物膜量为14.67kg/(m~3石英砂),是普通生物滤池的2～4倍。所用的石英砂和陶粒两种滤料的的比表面积分别是普通生物滤池滤料的5.25×10~4和9.84×10~4倍。 6.在有机负荷为0.46～0.93kgBOD_5·m~(-3)·d~(-1)的条件下,蚯蚓生物滤池处理城市污水的有机负荷对有机物和SS去除效果的影响均呈线性负相关关系;对氨氮去除率的影响均呈二项式分布。有机负荷对TN和TP的影响不显著。试验结果表明,石英砂蚯蚓生物滤池适宜的有机负荷范围为0.78～0.90kgBOD_5/m~3·d,陶粒蚯蚓生物滤池适宜的有机负荷范围为0.85～0.93kgBOD_5/m~3·d。 7.在水力负荷2.4～6.72m~3·m~(-2)·d~(-1)条件下,蚯蚓生物滤池水力负荷对有机物和SS去除效果的影响均呈线性负相关关系;对氨氮去除率的影响均呈二项式分布。水力负荷对TN和TP的影响不显著。试验结果表明,石英砂蚯蚓生物滤池最佳水力负荷范围为4.8～6.0m~3·m~(-2)·d~(-1),陶粒最佳的水力负荷范围为4.8～5.5m~3·m~(-2)·d~(-1)。 8.温度对蚯蚓生物滤池有机物的去除符合二项式分布;对氨氮去除符合Sigmoidal方程式,石英砂和陶粒滤池氨氮去除速率最小和最大分别为34.852和83.273;26.705和58.570。温度对TN和TP的影响不显著。综合试验结果,石英砂滤床的最佳温度范围为15～24℃左右,陶粒滤床的最佳温度范围为18～26℃左右。在极端气温条件下,陶粒滤料较石英砂滤料具有较好的缓冲作用,利于蚯蚓的生长繁殖。 9.蚯蚓生物滤池在净化污水的过程中具有同步处理污泥的功能,对污泥具有一定的减量化和稳定化作用。试验条件下,石英砂蚯蚓生物滤池对污泥减量率分别为43.4%、44.7%、39.5%、38.2%和39.2%。陶粒蚯蚓生物滤池污泥减量率分别为45.8%、48.2%、41.2%、40.5%和42.2%,分别高出石英砂蚯蚓生物滤池5.5%,7.8%,4.3%,6.0%,7.6%。 10.试验条件下,蚯蚓生物滤池进泥为生物膜污泥,其平均VSS/SS值为58.2%～63.3%,石英砂滤池中VSS/SS值与VSS总减量率分别为44.8%～48.1%和48.9%～60.9%。陶粒滤池出泥的VSS/SS值与VSS总减量率分别为42.1%～46.1%和52.9%～65.5%,可以看出,蚯蚓生物滤池对生物膜污泥具有较好的污泥稳定化作用,可达到常规污泥好氧消化15天后的效果。比较得出,陶粒蚯蚓生物滤池对生物膜污泥的稳定化程度略高于石英砂蚯蚓生物滤池。对蚯蚓生物滤池进出泥的VFA含量、SVI值的变化及放置实验变化趋势也同样证明了上述结论。 11.PCR-SSCP的试验结果表明,蚯蚓滤池系统中出现频率较高的微生物多为芽孢杆菌,约占43.3%,且多数为不可培养菌,这些菌对环境的适应能力较强,是系统中的功能微生物。 12.蚯蚓的对污泥中有机质的消化量是影响污泥减量化和稳定化的关键参数。各工况条件下,石英砂滤池和陶粒滤池中,蚯蚓的有机消化量(OM)变化范围分别为(1.41～5.26)mgOM/g蚯蚓和(2.51～8.48)mgOM/g蚯蚓,陶粒中蚯蚓的消化量显著高于石英砂中蚯蚓的消化量。在相同摄食量前提下陶粒中蚯蚓能够有效利用污泥中的有机质成分,用以自身生物量的合成以及呼吸、生殖等一系列的生命活动。 13.随着水力负荷由2.4m~3·m~(-2)·d~(-1)增大到6.72m~3·m~(-2)·d~(-1),蚯蚓通过体内的SOD和CAT酶的协调作用来抵御外界环境胁迫而仍能发挥较好的作用。对蚯蚓生物滤池中的蚯蚓与生长在牛粪中的人工养殖蚯蚓相比,蚯蚓生物滤池中蚯蚓体壁组织结构会受到较大程度的损伤。在滤池相同的工况条件(进水水质、水力负荷、外界温度、湿度、光照强度)下,陶粒滤料中蚯蚓体壁的角质层、表皮层及环肌层所受的损伤程度都要比石英砂中的小。 14.与常规活性污泥法相比,蚯蚓生物滤池组合工艺处理城市废水工程投资可节约36%左右,处理成本可节约41.33%左右,具有工程造价低、运行成本低、管理要求低和资源化程度高的特点,适宜于我国南方小城镇经济发展的现状及污水处理的要求。 【关键词】：蚯蚓生物滤池 同步处理 污泥减量化与稳定化 蚯蚓适应性 技术经济分析
【学位授予单位】：同济大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TU992.3
【目录】：

• 摘要6-9
• ABSTRACT9-18
• 第1章 引言18-38
• 1.1 我国小城镇水污染及污水处理现状18-25
• 1.1.1 我国小城镇污水处理的紧迫性及要求18-20
• 1.1.2 小城镇污水处理应用工艺及发展趋势20-25
• 1.2 蚯蚓生物滤池研究进展25-35
• 1.2.1 蚯蚓特性及其在环境保护中的应用25-32
• 1.2.2 蚯蚓生物滤池研究成果32-35
• 1.3 研究目的与意义35-36
• 1.3.1 课题来源35
• 1.3.2 研究目的与意义35-36
• 1.4 主要研究内容与技术路线36-38
• 1.4.1 主要研究内容36
• 1.4.2 技术路线36-38
• 第2章 试验材料与方法38-54
• 2.1 气候条件38-39
• 2.1.1 温度条件38-39
• 2.1.2 降水情况39
• 2.1.3 光照39
• 2.2 试验装置与材料39-49
• 2.2.1 试验工艺流程与装置39-43
• 2.2.2 试验材料43-45
• 2.2.3 试验方法45-46
• 2.2.4 进水规模及进水水质46-49
• 2.3 分析方法49-54
• 2.3.1 常规水质指标49-50
• 2.3.2 硝化速率测试方法50-51
• 2.3.3 污泥指标分析51-52
• 2.3.4 微生物多样性分析52
• 2.3.5 蚯蚓指标分析52-54
• 第3章 蚯蚓生物滤池水质净化性能及其影响因素54-94
• 3.1 有机负荷对蚯蚓生物滤池污染物去除效果的影响54-70
• 3.1.1 有机负荷对石英砂滤池处理效果的影响54-61
• 3.1.2 有机负荷对陶粒滤池处理效果的影响61-68
• 3.1.3 蚯蚓生物滤池与普通生物滤池有机负荷的比较68-70
• 3.2 水力负荷对污染物去除率的影响70-76
• 3.2.1 水力负荷对有机物去除效果的影响71-72
• 3.2.2 水力负荷对SS去除效果的影响72-73
• 3.2.3 水力负荷对氨氮去除效果的影响73-74
• 3.2.4 水力负荷对其他污染物去除效果的影响74-76
• 3.3 滤床温度对蚯蚓生物滤池污染物去除速率的影响76-79
• 3.3.1 温度对有机物去除效果的影响76-77
• 3.3.2 温度对氨氮去除效果的影响77-78
• 3.3.3 温度对其他污染物去除效果的影响78-79
• 3.4 石英砂和陶粒滤池净化污水效果比较79-92
• 3.4.1 污染物去除比较79-87
• 3.4.2 有机负荷去除比较87-88
• 3.4.3 蚯蚓有机负荷比较88-90
• 3.4.4 硝化效果比较90-92
• 3.5 本章小结92-94
• 第4章 蚯蚓生物滤池污泥减量化与稳定化性能94-119
• 4.1 研究目的94
• 4.2 试验方法94-98
• 4.2.1 减量化计算方法94-95
• 4.2.2 稳定化衡量指标95-97
• 4.2.3 污泥形貌及元素组成分析97-98
• 4.3 蚯蚓生物滤池污泥减量化效果及其影响因素98-105
• 4.3.1 蚯蚓生物滤池污泥减量化效果98-100
• 4.3.2 污泥减量化效果影响因素分析100-105
• 4.4 蚯蚓生物滤池污泥稳定化效果及其影响因素105-109
• 4.4.1 蚯蚓生物滤池污泥稳定化效果105-107
• 4.4.2 污泥放置试验107-108
• 4.4.3 污泥稳定化影响因素分析108-109
• 4.5 蚯蚓生物滤池污泥形貌、元素组成及其粒径分析109-117
• 4.5.1 污泥表面特征109-112
• 4.5.2 污泥元素组成112-116
• 4.5.3 污泥粒径116-117
• 4.6 本章小结117-119
• 第5章 蚯蚓生物滤池微生物多样性分析119-132
• 5.1 研究目的119
• 5.2 材料与方法119-123
• 5.2.1 试验材料119-120
• 5.2.2 PCR-SSCP实验方法120-123
• 5.3 PCR-SSCP结果及分析123-130
• 5.3.1 基因组DNA的PCR扩增123
• 5.3.2 SSCP图谱获得及分析123-127
• 5.3.3 微生物群落结构多样性分析127-129
• 5.3.4 微生物多样性与有机物去除率的关系129
• 5.3.5 微生物群落结构聚类分析129-130
• 5.4 本章小结130-132
• 第6章 蚯蚓生物滤池中蚯蚓适应性研究132-146
• 6.1 研究目的132
• 6.2 试验方法132
• 6.3 不同工况条件下蚯蚓生理特征变化对比132-140
• 6.3.1 蚯蚓摄食和排泄量比较133-136
• 6.3.2 蚯蚓呼吸率136-137
• 6.3.3 蚯蚓体内酶的变化137-140
• 6.4 蚯蚓生物滤池中蚯蚓体壁损伤比较及分析140-144
• 6.4.1 蚯蚓角质层显微结构141-142
• 6.4.2 蚯蚓表皮层的显微结构142
• 6.4.3 蚯蚓环肌层显微结构142-143
• 6.4.4 蚓体壁组织损伤原因分析143-144
• 6.5 本章小结144-146
• 第7章 蚯蚓生态滤池技术经济分析146-156
• 7.1 常规活性污泥法与蚯蚓生物滤池组合工艺设计146-148
• 7.1.1 设计要求146
• 7.1.2 工艺流程146-147
• 7.1.3 主要构筑物设计参数147-148
• 7.2 常规活性污泥法工程投资及运行成本概算148-150
• 7.2.1 估算依据148
• 7.2.2 单项构筑物的工程造价计算148-149
• 7.2.3 污水处理成本计算149-150
• 7.3 蚯蚓生物滤池组合工艺工程投资及运行成本概算150-153
• 7.3.1 估算依据150
• 7.3.2 单项构筑物的工程造价计算150-152
• 7.3.3 污水处理成本计算152-153
• 7.4 两种工艺经济、环境及社会效益比较153-155
• 7.4.1 经济技术分析153-154
• 7.4.2 蚯蚓生物滤池推荐的工艺参数154
• 7.4.3 环境效益分析154-155
• 7.4.4 社会效益分析155
• 7.5 小结155-156
• 第8章 结论与建议156-160
• 8.1 结论156-158
• 8.2 进一步研究的方向158-160
• 致谢160-161
• 参考文献161-169
• 附录169-182
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果182

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处理渗滤液的不同填料生物滤池微生物群落结构分析    戴淑萍;谢冰;

生物滤池处理恶臭气体和废水的同步试验研究    郭静;朱珂;刘学欣;石磊;

BIOSMEDI生物滤池处理微污染源水    邹伟国;李春森;万毅峰;郑一宁;

生物滤池对重金属锰、砷的去除效果研究    熊晓丽;张粲;杨宏;

ZLG膜——生物中水专用一体化处理机    

石化废水臭气的生物处理及微生物群落结构研究    谢冰;米文秀;徐亚同;

复合水解反应池—生物滤池处理工艺——一种经济适用型小城市污水处理工艺    马金;张晓健;虞荣松;石伟龙;

伊宁县建生物滤池污水处理厂    通讯员陈咏梅

农村生活污水处理技术指南——西南篇    镇建

专家呼吁用清洁技术擦亮清洁世界    通讯员 郜玉环　王祥峰

军队专家走出生活污水处理新路    田兆运 张建明

不能稳定达标问题何在？    詹爱华

生物法脱除含硫恶臭技术问世    记者 郭薇

上海加快推进资源节约型农业    本报记者 黄勇娣

南林大专家给污水“净身”    唐萍

废弃蚝壳“净化”红树林    黄青山　实习生 李仕昭 通讯员　侯帼豪

绿色港城高唱节约曲    本报记者 邱岩

水解沉淀—前置反硝化生物滤池工艺处理城市污水效能研究    李雨霏

适用于微污染水源水的农村饮水浸没式超滤组合工艺研究    张伟

亚硝化细菌应用于生物滤池及反渗透深度处理城市污水现场中试研究    杨波

EM技术在水处理领域的系统应用研究    王平

河道底泥资源化—新型陶粒滤料的研制及其应用研究    刘贵云

缺氧变速生物滤池污水处理系统混合智能控制研究    冯裕钊

BAF工艺处理高浓度尿素废水试验研究    闫立龙

工业规模生物过滤系统处理白肋烟加工尾气的研究    舒明

城市尾水输移河流—新沂河生态修复技术研究    郑在洲

生物固锰除锰工艺中锰氧化菌群结构功能及锰代谢机制分析    赵焱

新型分层蚯蚓生物滤池对生活污水处理效果的研究    戴一琦

生物滤池工艺系统处理微污染水源水中试试验    赵博

生物滤池—生态砾石床联用处理硝酸盐微污染地表水研究    高建文

蚯蚓生物滤池中蚯蚓对新环境的氧化应激反应研究    张斐斐

生物滤池处理微污染水源水的试验研究    梁娟

红鳍东方鲀循环水养殖系统生物滤池内可培养微生物的多样性研究    陈珠

炭砂生物滤池工艺在饮用水深度处理中的应用研究    张路

低温贫营养水源水吸附滤料生物滤池处理效能研究    刘强

复合生物滤池处理高氮低碳废水中试研究    管硕

磷回收强化厌氧/好氧交替式生物滤池除磷    张顺