曝气生物滤池处理城市生活污水的特性研究及工艺改良

【摘要】： 水体污染是我国面临的重要环境问题,随着经济的发展和人们生活水平的持续提高,污染日益严重的水源水和人们对污水处理要求的不断提高之间的矛盾也日益明显。曝气生物滤池作为一种生物膜和活性污泥双重作用的生物反应器,在城市污水二级处理中有较好的应用前景。 本文对曝气生物滤池进行全方位的研究,首先研究的是滤料选择评价,针对现有市场上各类不同的陶粒,分析研究10种不同陶粒滤料的结构特性参数包括比表面积、孔容积、联通率以及表面特征参数及机械性能参数等,以及吸附特性参数碘吸附参数、亚甲基蓝吸附参数和单宁酸吸附参数,并根据吸附参数研发出新的特性参数:单位吸水率及生物相容性用来反映陶粒在实际应用过程的参数,此两种参数有着较好的适应性并对进行平行试验有着很好的可重复性。通过实际废水研究不同性能的陶粒对废水各项指标的处理效果,通过单项指标的评价,指出孔容积、2-50nm的孔容积、单位吸水率与处理效果都有较好的相关性,进而建立针对处理城市污水用陶粒滤料的综合性能评价值(SICE值),它可以作为陶粒选择、评价依据,为推进我国BAF滤料标准的制定和BAF工艺技术的规范化发展提供指导。 在太平污水厂建立中试研究模型,摸索曝气生物滤池在实际应用中的运行参数等,首先确定了曝气生物滤池的流态方式,不同启动方式对反应器的影响,指出采用人工投菌的方式无论在启动时间还是在后续的运行效果上都优于自然富集培养以及活性污泥启动。随后对反应器沿程高度的各项指标去除情况,指出不同高度位置对BOD5、氨氮、总氮、总磷的去除量是不同的。通过调整不同运行参数,摸索进水水力负荷和气水比及温度等关键控制因素对去除效果的影响,指出在气水比为6:1,上升流速为3.0m/s时,处理效果最好,通过摸索适合中国实际情况的曝气生物滤池设计参数,为其应用建立坚实的理论指导及相关标准,最后研究了反冲洗对整个系统运行带来的影响,当运行时间为20日时需要进行反冲洗、反冲洗强度为气反冲10 L/(m~2·s),水反冲强度为4 L/(m~2·s)时、反冲洗时间为15min时,系统恢复快、效果好。 微生物作为BAF系统的重要组成部分,其功能及活性影响着曝气生物滤池的处理效果。本文研究了生物膜的形成机理,指出截留、吸附等因素与生物膜的形成息息相关,同时研究了不同时间段微生物种群特征,指出投加菌剂后土著微生物与外加微生物的演替规律,同时分析了曝气生物滤池微生物群落多样性及活性,解析不同高度的微生物群落结构解变化,结合不同高度去除污染物的情况,探讨不同类型微生物在系统内存在的位置,为曝气生物滤池的设计及稳定高效运行提供微生物方面的依据。 最后根据上述研究成果,有针对性的对陶粒进行改性,研发出适宜去除水中SS及胶体物质的涂铁改性陶粒,此种陶粒通过对原有陶粒表面进行化学沉积改性,使其表面积及表面Zeta电位及pH值发生改变,该种陶粒对水中悬浮物及胶体有很好的去除效果。同时还通过增加生物活性物质及改变原料的成分配比,调整烧成制度,研制更适于微生物生长的生物促进陶粒,此种陶粒能够促进微生物生长繁殖,使原本生态位较窄不易繁殖的好氧反硝化菌和反硝化除磷菌得以迅速的生长繁殖。并结合此两种新型填料研发更适宜实际工程使用的改良型工艺:两段式曝气生物滤池,它采用两段式进水,第一阶段利用涂铁/铝改性陶粒迅速去除水中SS及COD,第二阶段利用生物促进陶粒,可以更好的去除水中的总氮和总磷;该工艺能够达到城市污水厂一级B要求,是一种有着广泛应用前景的BAF工艺。 【关键词】：曝气生物滤池(BAF) 评价参数 处理效果 生物菌群 群落演替 新型陶粒
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-19
• 第1章 绪论19-41
• 1.1 概述19-24
• 1.1.1 中国水污染现状19-21
• 1.1.2 国家提高污水厂处理要求21
• 1.1.3 污水厂面临的问题21-22
• 1.1.4 现有污水厂工艺22-24
• 1.2 曝气生物滤池的发展与工艺原理24-30
• 1.2.1 曝气生物滤池的起源与发展24-26
• 1.2.2 曝气生物滤池的主要形式26-28
• 1.2.3 曝气生物滤池的工艺原理28-30
• 1.2.4 曝气生物滤池优点30
• 1.3 曝气生物滤池的研究现状与问题30-36
• 1.3.1 曝气生物滤池的研究现状30-32
• 1.3.2 曝气生物滤池在国内研究与应用现状32-35
• 1.3.3 曝气生物滤池的问题35-36
• 1.4 陶粒滤料36-38
• 1.4.1 滤料发展36
• 1.4.2 陶粒滤料的优点36-37
• 1.4.3 陶粒应用现状37-38
• 1.5 本课题研究目的及主要内容38-41
• 1.5.1 课题来源38
• 1.5.2 本课题研究的目的和意义38-39
• 1.5.3 研究的主要内容39
• 1.5.4 实验方案39-41
• 第2章 试验材料与方法41-49
• 2.1 试验装置与设计41-42
• 2.1.1 陶粒评价体系实验装置41-42
• 2.1.2 曝气生物滤池模拟实验装置42
• 2.2 试验材料42-45
• 2.2.1 试验用陶粒42-44
• 2.2.2 试验用水44
• 2.2.3 试验设备44
• 2.2.4 试验菌种44-45
• 2.2.5 新型陶粒的研制材料45
• 2.3 实验分析方法45-49
• 2.3.1 陶粒性能45-46
• 2.3.2 水质46-47
• 2.3.3 微生物非培养技术试验方法47-49
• 第3章 陶粒滤料优选及评价体系的建立49-78
• 3.1 陶粒的特征参数分析49-55
• 3.1.1 比表面积与孔容积49-50
• 3.1.2 孔径分布50-53
• 3.1.3 连通率与连通孔容积53
• 3.1.4 陶粒显微结构特征53-55
• 3.2 陶粒性能参数55-58
• 3.2.1 表面特征参数55-57
• 3.2.2 机械性能参数57-58
• 3.3 陶粒吸附特征参数58-62
• 3.3.1 陶粒吸附特点58-59
• 3.3.2 吸附指标的选择59-60
• 3.3.3 碘吸附值60-61
• 3.3.4 亚甲兰吸附值61
• 3.3.5 单宁酸吸附值61-62
• 3.4 单位吸水率与生物相容性62-64
• 3.4.1 单位吸水率——陶粒孔隙反映参数62-63
• 3.4.2 生物相容性63-64
• 3.5 陶粒特征参数之间的关系64-66
• 3.6 出水指标及其去除效果66-69
• 3.6.1 COD66-67
• 3.6.2 氨氮67
• 3.6.3 总氮67-68
• 3.6.4 SS68-69
• 3.6.5 总磷69
• 3.7 陶粒反应器出水水质的影响因素分析69-72
• 3.7.1 出水水质与陶粒吸附参数之间的关系70
• 3.7.2 出水水质与陶粒性能参数之间的关系70-71
• 3.7.3 出水水质与陶粒结构特性参数之间的关系71-72
• 3.8 陶粒单项性能评价指标72-75
• 3.9 陶粒综合评价指标75-77
• 3.10 本章小结77-78
• 第4章 BAF 运行效果及参数优化78-113
• 4.1 曝气生物滤池流态研究78-82
• 4.1.1 理想流态模型78-79
• 4.1.2 实际流动模型79-80
• 4.1.3 BAF 实际流态80-82
• 4.2 曝气生物滤池启动研究82-91
• 4.2.1 自然富集培养启动83-84
• 4.2.2 活性污泥接种启动84-86
• 4.2.3 人工投菌启动86-87
• 4.2.4 三种启动方式的比较87-91
• 4.3 滤速对BAF 运行效果的影响91-96
• 4.3.1 滤速对SS 去除率的影响92-93
• 4.3.2 滤速对有机物(COD、BOD)去除率的影响93-94
• 4.3.3 滤速对总氮和氨氮去除率的影响94
• 4.3.4 滤速对总磷去除率的影响94-95
• 4.3.5 最适宜滤速95-96
• 4.4 气水比对BAF 运行效果的影响96-100
• 4.4.1 气水比对SS 去除率的影响96-97
• 4.4.2 气水比对COD/BOD 去除率的影响97-98
• 4.4.3 气水比对氨氮、总氮去除率的影响98-99
• 4.4.4 气水比对总磷去除率的影响99
• 4.4.5 最佳气水比的确定99-100
• 4.5 温度对BAF 运行效果的影响100-102
• 4.6 反应器中水质沿高度变化102-107
• 4.6.1 SS 沿高度变化规律102-103
• 4.6.2 COD/BOD 沿高度变化规律103-104
• 4.6.3 氨氮沿高度变化规律104
• 4.6.4 总氮沿高度变化规律104-105
• 4.6.5 总磷沿高度变化规律105-106
• 4.6.6 DO 沿高度变化规律106-107
• 4.6.7 有效高度的确定107
• 4.7 反冲洗对BAF 去除效果的影响107-112
• 4.7.1 运行周期的确定108-109
• 4.7.2 反冲洗形式的确定109
• 4.7.3 反冲洗条件的确定109-111
• 4.7.4 反冲洗时间的确定111-112
• 4.8 本章小结112-113
• 第5章 BAF 微生物特性及其演替规律研究113-131
• 5.1 曝气生物滤池生物膜形成机理113-116
• 5.1.1 截留吸附作用113-114
• 5.1.2 电荷吸引作用114-115
• 5.1.3 粘液物质的存在115
• 5.1.4 共价键结合115-116
• 5.2 微生物量与活性116-120
• 5.2.1 微生物量116-118
• 5.2.2 微生物活性118-119
• 5.2.3 微生物量与生物活性关系119-120
• 5.3 生物膜中生物相构成120-124
• 5.3.1 反应器内生物膜中菌胶团组成及特点120-121
• 5.3.2 反应器内生物膜中原生动物组成及特点121-123
• 5.3.3 反应器内生物膜中藻类123-124
• 5.4 细菌多样性变化分析124-130
• 5.4.1 不同时期细菌多样性变化规律124-127
• 5.4.2 不同填料高度细菌多样性变化127-130
• 5.5 本章小结130-131
• 第6章 新型载体及BAF 新工艺的研发131-152
• 6.1 涂铁陶粒的研发131-136
• 6.1.1 化学沉积法改性132
• 6.1.2 沉积条件的摸索132-134
• 6.1.3 改性后滤料研究134-136
• 6.2 生物促进性陶粒的研发136-143
• 6.2.1 生物促进性陶粒的原料选择136-138
• 6.2.2 电气石的生物促进作用138-142
• 6.2.3 生物促进性陶粒研制与筛选142-143
• 6.3 两段式多点进水曝气生物滤池143-151
• 6.3.1 两段式多点进水曝气生物滤池优势分析144-146
• 6.3.2 A、B 段进水比例的确定146-148
• 6.3.3 回流比的确定148-151
• 6.4 本章小结151-152
• 结论152-154
• 参考文献154-166
• 附表166-169
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果169-172
• 致谢172-173
• 个人简历173

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