金属氧化物复合滤料曝气生物滤池处理生活污水实验研究

【摘要】：曝气生物滤池（BiologicalAerated Filter, BAF）是近年来受到广泛关注的污水处理工艺，具有占地面积小、处理效率高、运行管理方便等特点，已成为目前污水处理领域的热点课题。滤料作为曝气生物滤池的过滤和微生物附着的载体，对于其运行效能具有重要的影响，深入研究具有特定性能的滤料对于BAF的推广应用具有重要的理论价值。 本实验利用课题组前期研制的具有离子释放能力（OH-和Ca2+）的金属氧化物复合滤料-钢渣基复合滤料和矿渣基复合滤料为滤料，以BAF为依托，考察了动态过滤条件下钢渣基复合滤料曝气生物滤池（BiologicalAerated Filter with Steel slag-based compositemedia, SBAF）和矿渣基复合滤料曝气生物滤池（Biological Aerated Filter with Blastfurnace slag-based composite media, BBAF）的挂膜特性及运行效果，分析了两种金属氧化物复合滤料BAF的过滤除磷效能；探讨了滤料的离子释放特性对有机物、氨氮去除效果的影响；系统研究了有机负荷、水力负荷和气水比对两组BAF处理性能的影响；进而考察了金属氧化物复合滤料BAF处理实际生活污水的运行效果。 研究结果表明，采用接种挂膜启动方式启动时，SBAF和BBAF分别需要15d和22d即可完成挂膜启动，且COD和氨氮的去除率均高于90%；由于滤料能够释放OH-，致使初始阶段反应器内pH值较高，自然挂膜则分别需要23d和25d才能完成启动，且对COD和氨氮的处理效果不好。 滤料具有的释放碱度和钙离子的特性，使反应器在挂膜启动初期除磷率达到90%以上，随着运行时间的延长，滤料的离子释放能力下降，但两种滤料曝气生物滤池除磷率仍能分别稳定在40%和35%左右，高于传统单级曝气生物滤池除磷率。 生物膜成熟后测定滤料表面生物膜的微生物数量和活性，发现钢渣基复合滤料和矿渣基复合滤料生物膜的细菌总数分别为3.43×109个/mg滤料和1.04×109个/mg滤料；对微生物进行镜检发现，两曝气生物滤池内生物相分布明显，生物种类多样。金属氧化物复合滤料的理化特性对微生物生长并无抑制作用。 稳定运行实验结果表明，两组BAF对COD、NH3-N和磷具有较好的去除效果，平均去除率分别达到88.36%、95.7%、40.7%和81.68%、89.35%、31.2%。滤料释放的碱度促进反应器硝化反应的进行，SBAF和BBAF出水平均硝酸盐氮浓度分别为26.16mg/L和21.84mg/L，出水亚硝酸盐氮浓度为1.76mg/L和1.62mg/L。 考察曝气生物滤池的影响因素的实验结果表明，提高进水有机负荷，SBAF对COD、氨氮去除效果基本稳定，而BBAF则呈现先升高后降低的变化趋势，BBAF受有机负荷的影响较大；随着水力负荷的增加，SBAF对COD、氨氮的去除率先升高后下降，BBAF对COD、氨氮的去除率则随着水力负荷的升高而逐渐降低；SBAF和BBAF对COD、氨氮的去除率随着气水比的增加先增大后减小。 在本实验条件下，SBAF和BBAF对磷的去除效果基本不受有机负荷和水力负荷变化的影响，而受气水比影响较大：当气水比由1升高到5时，SBAF和BBAF对磷的去除率分别由34.32%、27.73%升高到47.47%和35.21%，曝气量增大，可以提高磷酸盐反应的速率，促进磷酸盐沉淀的生成。气水比增高可以促进两组BAF除磷效能。 通过影响因素实验，得出两组BAF以去除模拟生活污水中COD、NH3-N和磷为目标的最佳运行参数为：SBAF在水力负荷0.15m3/(m2·h)，气水比3:1，有机负荷2.1kgCOD/(m3·d)；BBAF在水力负荷0.10m3/(m2·h)，气水比3:1，有机负荷2.1kgCOD/(m3·d)时运行效果最好。在此基础下，考察了两组BAF处理生活污水的性能。实验结果表明，两组BAF对于COD和氨氮均具有较好的效果，但要低于对模拟生活污水的处理效果，并且反冲洗周期缩短。通过延长反冲洗时间，提高反冲洗强度则可以有效地提高SBAF和BBAF对实际生活污水污染物的去除效果，同时，反冲洗周期由5d可延长至7d。两种金属氧化物复合滤料BAF处理生活污水是可行的，且对磷的去除效果高于传统滤料BAF。 【关键词】：金属氧化物复合滤料 曝气生物滤池 硝化作用 除磷 有机负荷 水力负荷 气水比
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-13
• 第一章 绪论13-31
• 1.1 研究背景13-15
• 1.1.1 我国水环境污染的现状13-14
• 1.1.2 污水处理现状及主要处理方式14-15
• 1.2 曝气生物滤池及其发展15-25
• 1.2.1 曝气生物滤池的应用及其主要工艺形式15-18
• 1.2.2 曝气生物滤池运行的原理及工艺特点18-20
• 1.2.3 曝气生物滤池的优势20-22
• 1.2.4 曝气生物滤池处理效能的影响因素22-25
• 1.3 曝气生物滤池滤料的研究及发展25-28
• 1.3.1 滤料研究现状25-26
• 1.3.2 金属氧化物复合滤料的研究26-28
• 1.4 课题的提出及研究目的28-31
• 第二章 实验材料和方法31-39
• 2.1 实验滤料31-34
• 2.1.1 金属氧化物复合滤料表观性状及理化特性31-32
• 2.1.2 金属氧化物复合滤料性能32-34
• 2.1.3 滤料的微观结构34
• 2.2 技术路线34-35
• 2.3 试验装置35-36
• 2.4 工艺设计36
• 2.5 试验用水36-37
• 2.6 测定指标和方法37-39
• 2.6.1 水质指标37
• 2.6.2 微生物指标37-39
• 第三章 金属氧化物复合滤料曝气生物滤池启动特性39-49
• 3.1 自然挂膜启动特性40-42
• 3.2 接种挂膜启动特性42-44
• 3.3 启动过程中金属氧化物复合滤料 BAF 磷去除效果44-46
• 3.3.1 启动方式对磷去除效果的影响44-45
• 3.3.2 除磷机理分析45-46
• 3.4 启动阶段生物相分析46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 金属氧化物复合滤料 BAF 污染物去除特性49-57
• 4.1 COD 去除效果49-50
• 4.2 氨氮去除效果50-52
• 4.3 磷去除效果52-53
• 4.4 滤料表面微生物活性和生物量分布53-55
• 4.5 本章小结55-57
• 第五章 运行条件对金属氧化物复合滤料曝气生物滤池除污染效能的影响57-73
• 5.1 有机负荷对污染物去除效果的影响57-62
• 5.1.1 对 COD 去除的影响57-59
• 5.1.2 对氨氮去除的影响59-60
• 5.1.3 对磷去除的影响60-62
• 5.2 水力负荷对污染物去除效果的影响62-66
• 5.2.1 对 COD 去除的影响62-64
• 5.2.2 对氨氮去除的影响64-65
• 5.2.3 对磷去除的影响65-66
• 5.3 气水比对污染物去除效果的影响66-71
• 5.3.1 对 COD 去除的影响67-68
• 5.3.2 对氨氮去除的影响68-70
• 5.3.3 对磷去除的影响70-71
• 5.4 本章小结71-73
• 第六章 金属氧化物复合滤料 BAF 处理实际生活污水效能73-79
• 6.1 试验条件与运行模式73-74
• 6.1.1 运行模式73-74
• 6.1.2 原水水质74
• 6.2 金属氧化物复合滤料 BAF 处理实际生活污水效能74-77
• 6.2.1 SBAF 和 BBAF 对污染物的处理效能74-76
• 6.2.2 反冲洗对 SBAF 和 BBAF 处理效能的影响76-77
• 6.3 本章小结77-79
• 第七章 结论及建议79-81
• 7.1 结论79-80
• 7.2 建议80-81
• 参考文献81-87
• 致谢87-89
• 附录89-90

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