生物造粒流化床污水处理技术及理论研究

【摘要】：污水中的污染物按存在形态可以划分为悬浮物和溶解物,按化学性质可以划分为无机物和有机物。常规污水处理的主要目的是去除水中的所有悬浮物和有机物,通常采用以活性污泥法为主的生物处理技术和以沉淀为主的固液分离技术。因此,提高生物降解能力和强化固液分离效率是迄今污水处理技术发展的两个层面。在提高固液分离效率方面,自我造粒流化床技术是近年来发展起来的一项高效固液分离技术,通过混凝剂的合理使用和适宜的机械搅拌在高浓度悬浊液中形成大粒径、高密度的造粒颗粒(Pellets),能大幅度提高固液分离效率。在提高生物降解能力方面,生物颗粒污泥培养技术的发展受到广泛关注,由于生物颗粒污泥具有生物密度高、生物相丰富、沉降性好等优于一般生物絮体的特点,所以该技术能有效提高生物反应器的降解能力,同时有助于提高后续固液分离效率。但是,生物颗粒污泥培养周期长、控制难度大,从而影响了该技术的实际应用。 受以上两项技术的启发,论文提出了将生物处理技术与造粒流化床固液分离技术相结合的“生物造粒流化床”污水处理新工艺,借鉴造粒流化床技术使生物反应器中的松散态活性污泥转变为颗粒污泥,再通过供氧条件的合理控制使造粒颗粒污泥具有与活性污泥同样的生物降解活性,在发挥造粒流化床高效固液分离优势的同时实现有机物的生物降解,使污水中悬浮物分离和有机物生物降解得以同步完成。在国家自然科学基金项目的资助下,论文对生物造粒流化床用于城市污水处理的技术特点和理论原理进行了系统性地研究,主要工作及成果包括: (1)生物造粒流化床污水处理工艺研究 建立了生物造粒流化床污水处理中试系统,确立了合理的供氧方式及最佳操作与控制条件,在西安市某污水厂开展了对城市污水直接处理的长期运行实验。研究结果表明,生物造粒流化床用于城市污水处理,可以在一个单元内同时完成生物降解和固液分离。工艺的适宜操作条件为:PAC投量50mg/L、PAM投量5mg/L、上升流速1.32mm/s、搅拌速度10 rmp、回流比50%、排泥周期6h、泥床高度控制范围110cm~160cm。在上述操作条件下连续运行,生物造粒流化床对城市污水中SS、COD、BOD、NH_3-N、TN、TP、色度、浊度等污染物的平均去除率可分别达到95%、90%、91%、38%、42%、95%、84%、77%。 (2)生物造粒流化床中颗粒污泥的物化特性研究 研究了生物造粒流化床中颗粒污泥的形成过程和物化特性,结果表明:造粒颗粒污泥的外形多为球状,其粒径分布具有沿流化床纵向自下而上递减的趋势,下、中、上层的粒径范围分别为3mm~4mm、2mm~3mm、1mm~2mm。通过粒径和静水沉速分析,得出了造粒颗粒污泥的粒径-密度关系,结果显示,生物造粒流化床中形成的颗粒污泥的有效密度随粒径增大而降低的趋势不明显,表明其具有密实的颗粒构造,有效密度接近于10~(-2) g/cm~3数量级,比同粒径范围的常规有机絮凝体密度高出一个数量级以上,同时也高于同粒径范围的常规无机絮凝体密度,这是其具有良好固液分离效果的原因所在。 (3)生物造粒流化床中颗粒污泥的生物学特性研究 通过微生物学和分子生物学分析,可知在造粒颗粒表面及内部均富集有大量的微生物。颗粒污泥的电镜表面观察及切片内部观察结果表明,主要微生物形态为杆状菌和球状菌,前者多分布于流化床下层及颗粒污泥表面,后者多分布于流化床上层及颗粒污泥的内部。细菌计数结果表明,流化床中单位重量污泥中的细菌总数在4000万个/g到9000万个/g之间,且以好氧菌为主,好氧菌占细菌总数的97%以上、厌氧菌数量不到3%;细菌总数和好氧菌数量呈从底部到顶部递减的趋势,而厌氧菌则呈从底部到顶部递增的趋势;厌氧菌主要由反硫化菌和反硝化菌构成,前者占80%左右,后者占20%左右。DGGE分析结果表明,造粒颗粒中微生物种群具有多样性特征,优势种属有20多种,且流化床下层、中层、上层的微生物群落相似性为83.1%,说明沿层高的微生物群落演替不明显、群落结构较为稳定。 (4)生物造粒流化床的污染物去除机理探讨 结合流化床沿纵向高度的溶解氧分布、微生物群落分布、以及碳、氮、磷等污染物分布特征的分析,探讨了生物造粒流化床的污染物去除机理。总体来说,在混凝造粒和生化降解的协同作用下,床内污染物的去除包括“转移”和“转化”两个过程,前者以混凝和吸附为主,后者以颗粒污泥中的微生物作用为主。污水中属于悬浮物或胶体范畴的污染物在流化床底部通过混凝作用转移到颗粒污泥中,溶解性污染物则通过吸附逐渐转移到颗粒污泥中,然后得以生物降解和转化。生物造粒流化床内以好氧为主的环境条件有助于有机物降解和氨氮的硝化过程,床内存在的局部缺氧大环境(主要在流化床上层)以及颗粒污泥内部存在的缺氧和厌氧微环境则有助于一定程度的反硝化。流化床对磷的去除主要是混凝作用,即化学除磷。 (5)生物造粒流化床污水处理工艺的技术评价 长期连续中试运行的结果表明,生物造粒流化床用于城市污水处理,处理水的COD、TP、SS指标可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)规定的一级A标准,BOD可达到一级B标准,TN接近一级B标准,NH3-N达到二级标准。但该工艺能在一个处理单元内同时完成混凝造粒、生物处理和固液分离,总水力停留时间在1小时以内,BOD容积负荷可达到4 kgBOD/kgMLSS?d以上,不失为一种根据排水要求可供选用的高效污水处理技术。生物造粒流化床的MLSS浓度可保持在10000~15000mg/L、MLVSS可保持在5000~8000mg/L,远高于一般活性污泥法的污泥浓度,这是它实现污染物高效去除的重要原因。 【关键词】：生物造粒流化床 生物降解 颗粒污泥 固液分离 污水处理
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-16
• 1 绪论16-25
• 1.1 研究背景16-22
• 1.1.1 污水处理的技术发展16-18
• 1.1.2 问题的提出18-22
• 1.2 研究目的及内容22-23
• 1.3 课题来源23
• 1.4 论文结构23-25
• 2 生物造粒流化床的技术及理论基础25-43
• 2.1 造粒流化床技术及理论基础25-31
• 2.1.1 普通絮凝过程与絮凝体构造特征25-27
• 2.1.2 致密絮凝体的形成过程及构造特征27-28
• 2.1.3 造粒颗粒的形成过程及其构造特征28-31
• 2.2 生物颗粒污泥形成技术及理论基础31-40
• 2.2.1 生物颗粒污泥及其性质31-34
• 2.2.2 生物颗粒污泥的形成机理34-38
• 2.2.3 生物颗粒污泥技术的应用及存在的问题38-40
• 2.3 流化床生物造粒技术的基本构思40-43
• 2.3.1 基本技术构思40-41
• 2.3.2 生物造粒流化床的系统构成41-43
• 3 研究方案与实验设计43-52
• 3.1 研究方案43-44
• 3.2 实验装置及系统设计44-45
• 3.3 实验操作方法45-47
• 3.3.1 实验现场条件45-47
• 3.3.2 实验原水47
• 3.3.3 连续中试实验47
• 3.4 分析测试方法47-52
• 3.4.1 化学分析47-48
• 3.4.2 颗粒污泥物化特性分析48-49
• 3.4.3 微生物学分析49-52
• 4 生物造粒流化床污水处理工艺研究52-85
• 4.1 工艺操作条件的确定52-58
• 4.1.1 PAC、PAM 投药量及投加方式52-53
• 4.1.2 流化床上升流速与进水量53-54
• 4.1.3 机械搅拌强度54-55
• 4.1.4 回流比与进水溶解氧浓度55-56
• 4.1.5 颗粒污泥床控制及排泥方式56-58
• 4.1.6 生物造粒流化床工艺的基本操作条件58
• 4.2 生物造粒流化床的启动及污泥床的形成过程58-60
• 4.2.1 流化床的启动过程58-59
• 4.2.2 排泥周期对颗粒污泥床的影响59-60
• 4.3 生物造粒流化床的污染物去除效果60-69
• 4.3.1 SS 和浊度的去除效果61-63
• 4.3.2 有机物的去除效果63-65
• 4.3.3 氮的去除效果65-67
• 4.3.4 磷的去除效果67-68
• 4.3.5 色度的去除效果68-69
• 4.4 回流比和供氧条件对处理效果的影响69-79
• 4.4.1 调整回流比的去除效果69-74
• 4.4.2 调整供氧条件的去除效果74-78
• 4.4.3 回流比和供氧条件的影响分析78-79
• 4.5 流化床内各项水质指标的纵向分布规律79-83
• 4.5.1 溶解氧浓度的纵向分布79
• 4.5.2 SS 浓度的纵向分布79-80
• 4.5.3 有机物浓度的纵向分布80-81
• 4.5.4 NH3-N 及TN 的纵向分布81-82
• 4.5.5 TP 的纵向分布82-83
• 4.6 本章小结83-85
• 5 生物造粒流化床中颗粒污泥的特性研究85-105
• 5.1 颗粒污泥的物理学特性85-90
• 5.1.1 颗粒污泥的形态特征85-86
• 5.1.2 颗粒的粒径分布86-88
• 5.1.3 颗粒污泥的密度88-90
• 5.2 颗粒污泥的微生物学特性90-97
• 5.2.1 颗粒污泥表面的微生物分布90-91
• 5.2.2 颗粒污泥内部的微生物分布91-94
• 5.2.3 污泥床纵向的微生物分布94-97
• 5.3 颗粒污泥的微生物多样性97-103
• 5.3.1 DGGE 分析98-100
• 5.3.2 微生物多样性解析100-103
• 5.4 本章小结103-105
• 6 生物造粒流化床的污染物去除机理105-112
• 6.1 流化床对有机物的去除机理105-108
• 6.1.1 不同形态有机物的去除过程105-107
• 6.1.2 有机物去除机理分析107-108
• 6.2 流化床脱氮过程与机理108-110
• 6.2.1 NH_3-N 和TN 的物理转移过程108
• 6.2.2 NH_3-N 和TN 的生物转化过程108-110
• 6.2.3 生物造粒流化床的脱氮机理110
• 6.3 流化床除磷机理110-111
• 6.4 本章小结111-112
• 7 生物造粒流化床工艺的技术评价112-118
• 7.1 污水处理效果评价112-114
• 7.1.1 污染物去除效率评价112-113
• 7.1.2 处理水质评价113-114
• 7.2 生物造粒流化床的污泥指标及污泥负荷114-116
• 7.2.1 MLSS 和MLVSS 的纵向分布114-115
• 7.2.2 SVI 的纵向分布115
• 7.2.3 流化床的污泥负荷115-116
• 7.3 生物造粒流化床的技术应用前景116-117
• 7.4 本章小结117-118
• 8 结论及建议118-122
• 8.1 结论118-121
• 8.2 建议121
• 8.3 论文的创新点121-122
• 致谢122-123
• 参考文献123-131
• 博士期间发表的论文及其他成果131-132

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

生物造粒流化床一体化处理装置的自我造粒及污染物去除特性研究    张金花

基于吸附再生的生物造粒流化床机理研究    宋雅琼

废水生物处理中的污泥颗粒化    卢刚,郑平

好氧颗粒污泥稳定性影响因素分析    王芳;杨凤林;张兴文;张捍民;刘毅慧;周军;

利用好氧颗粒污泥实现同步硝化反硝化    白晓慧

厌、好氧周期循环下的污泥颗粒化过程    王暄,季民,杨造燕,王景峰,刘壮

极具工程化潜力的好氧颗粒污泥技术    郝晓地;陈新华;戴吉;M.de Kreuk;M.C.M.van Loosdrecht;

好氧颗粒污泥的研究现状    李玉瑛;李冰;郑西来;

好氧颗粒污泥处理啤酒废水的研究    刘莉莉;王志平;蔡伟民;

好氧颗粒污泥吸附重金属Cd(Ⅱ)的研究    杨学耀;李进;李久义;李强;

SBR工艺运行条件对好氧污泥颗粒化和除磷效果的影响    卢然超,张晓健,张悦,竺建荣

SBR系统中同步硝化反硝化好氧颗粒污泥的培养    杨麒,李小明,曾光明,谢珊,刘精今

蚯蚓生物滤池处理农村分散生活污水效果研究    尹志高;陆志波;杨健;刘静;

浅谈地埋式污水处理系统及其应用    方文秀;

东关水泥厂取水工程设计介绍    宋海兵;

宁淮高速公路景观排水设计与探讨    周光富;宋海兵;

市政道路下排水管线的位置设计分析    沈贤琴;

城市内涝原因及对策浅析    李洋;

DE氧化沟工艺微生物群落结构及其动态变化研究    马美玲;

南美白对虾养殖系统中氨氧化菌多样性研究    马少杰;赵勇;戴习林;潘迎捷;

几种杀生剂的杀菌规律与作用机理探讨    袁晓娟;吕荣湖;

微氧条件下颗粒污泥的特性及影响因素研究    朱灵峰;王哲;李新宝;吴波;明海涛;张玉萍;

四种填料对自然水体同时硝化反硝化脱氮性能的研究    刘景明;于洋;徐岩;俞晟;王爱辉;

污水处理厂设计应注意的几个问题    施昌平;

A/O-MBR处理生活污水低温启动试验研究    刘慧君;许晓毅;朱跃敏;肖瑞;

南方城市雨洪基础设施安全保障对策探析    隆万容;

长江上游三峡库区低温、低C/N城市污水中TN去除对策分析    雷晓玲;叶方剑;刘贤斌;陈文华;

石油污染滨海湿地的微生物修复实验探讨    史凤红;李舫;

加速厌氧污泥颗粒化的研究进展    王进;张振家;

五氯酚对好氧颗粒污泥与活性污泥活性影响的比较研究    李光伟;刘和;云娇;陈坚;

出水循环强化人工湿地处理效能    何连生;刘鸿亮;席北斗;朱迎波;

水体中磷的转化与循环    左梅梅;王华军;丁昭霞;

层状氢氧化镁铝的改性与成型及其对磷/氮阴离子的吸附脱除性能    邢坤

低C/N比污水间歇曝气MBR脱氮研究    陆谢娟

德兴铜矿污染土壤重金属形态分布特征及微生物分子生态多样性研究    谢学辉

超声预处理组合技术改善污水污泥厌氧消化的研究    刘畅

聚合氯化铁—腐殖酸（PFC-HA）絮体空间形貌的各向异性研究    于富玲

金属离子在好氧微生物颗粒上的界面作用    孙雪菲

严重受污染河道水处理工艺的研究及重金属对其处理效果的影响    王令

石油污染土壤的生态效应及生物修复研究    李春荣

人工快速渗滤系统污染物去除机理及动力学研究    许文来

新型IC-SBBR组合工艺在猪场废水处理中的应用研究    吴永明

武汉市内湖富营养化周年变化规律的监测及初步讨论    杨文静

优势脱氮菌的筛选及工业化应用基础研究    孙菲

城市生活污水中低温高效苯酚降解菌的生理生化机制和降解特性的研究    李凤敏

多层生物滤塔净化硫化氢废气研究    张华新

A/A/O工艺处理城市污水除磷脱氮性能试验研究    吕晶晶

A~2/O、倒置A~2/O和前置缺氧A~2/O工艺处理城市污水比较研究    侯亚辉

东平湖浮游细菌群落多样性分析    李正华

屠宰废水培养好氧颗粒污泥及其除污效果的研究    岳瑞校

双氧水、活性炭、沸石不同组合对污水深度处理的试验研究    李海洋

活性炭和膨润土强化SBR工艺脱氮性能研究    于群

DNA提取方法对活性污泥微生物多样性PCR-DGGE检测的影响    李鹏;毕学军;汝少国;

生物强化除磷机理的探讨    肖凡,顾国维

FISH/MAR技术及其在环境微生物学研究中的应用    张瑛;阮晓红;

高浊度水的结团凝聚处理方法    丹保宪仁,于泮池,王晓昌

城市污水再生回用潜力的优化分析    徐志嫱;黄廷林;王晓昌;魏红;

物化/生化集成的生物造粒流化床处理污水技术    袁宏林;王芳;刘永军;王晓昌;

造粒流化床对不同形态污染物的强化去除    李志华;王振;王晓昌;李侃;李金容;李佳育;

好氧颗粒污泥处理综合城市污水的中试研究    李志华;付进芳;李胜;刘志凯;姬晓琴;王晓昌;

高炉煤气洗涤废水的处理技术    黄廷林

自我造粒流化床中颗粒对不同吸附质的吸附特性研究    李佳育;李金容;王振;

生物造粒流化床处理城市污水试验研究    杨英静

生物造粒流化床—臭氧气浮组合工艺的应用研究    王欢

二级串联生物造粒流化床对污染物的去除特性研究    李忠民

好氧颗粒污泥实现同步硝化反硝化    杨麒,李小明,曾光明,谢珊,刘精今

固定化活性污泥吸附重金属离子的试验研究    涂勇,张洪玲

重金属废水处理技术研究现状与发展趋势    刘有才,钟宏,刘洪萍

厌氧快速吸收新工艺处理生活污水研究    刘飒,杨造燕,刘壮,陈思源

单级生物脱氮技术的进展    曹国民,赵庆祥,张彤

厌氧快速吸收有机物的启动能源研究    刘壮,杨造燕,王暄

SBR强化生物系统处理高浓度含磷废水    王景峰,王暄,田淑媛

不同有机负荷下好氧颗粒污泥的特性    王芳,杨凤林,张兴文,刘毅慧

三沟式氧化沟处理城市污水的效应    周律,钱易,杨肇健,高嵩,颜元

厌氧快速吸收有机物的两种能量来源研究    杨造燕,刘飒,陈思源

废水处理中污泥颗粒化及生物附着化作用研究    董春娟,吕炳南

农业废弃物两相厌氧处理技术的研究    丁春华,朱金华,杨虹

固定化微生物脱氮技术    杨麒,李小明,曾光明,谢珊,刘精今

五氯苯酚对厌氧颗粒污泥微生物的毒性作用    周洪波,陈坚

高温厌氧颗粒污泥的培养试验研究    冯亮,吴静,陆正禹

ABR中厌氧颗粒污泥的微生物学特性    徐金兰,黄廷林,王志盈

微氧条件下培养降解五氯酚的好氧颗粒污泥    蓝惠霞,陈中豪,陈元彩,陈荣

好氧颗粒污泥同步除磷脱氮研究的新进展    杨国靖,李小明,曾光明,谢珊,杨麒

利用好氧颗粒污泥实现同时除磷脱氮    杨国靖,李小明,曾光明,廖德祥,谭学华,吴永明,杨麒

两相颗粒污泥UASB结合离子交换工艺及模型化研究    杨虹，伦世仪

UASB反应器的探讨    管锡珺;涂剑成;

好氧颗粒污泥处理油田驱采出水的研究    孙晓君;王志平;刘莉莉;

好氧颗粒污泥处理系统    蔡伟民;

不同底物条件下好氧颗粒污泥的培养    王志平;刘莉莉;蔡伟民;

铈离子在好氧颗粒污泥上吸附行为的研究    张丽丽;黄玉峰;方亮;蔡伟民;

ABR反应器成熟颗粒污泥的分形特征    王毅力;芦家娟;刘燕;

好氧颗粒污泥处理啤酒废水的研究    刘莉莉;王志平;蔡伟民;

MBR系统污泥形态对膜污染的影响研究    李秀芬;马莉;华兆哲;陈坚;

IC厌氧技术处理造纸废水    崔延龄;

造纸黑液厌氧处理过程中颗粒污泥驯化条件的探索    张建民;李茹;

污水处理新技术通过鉴定    实习记者 卫晓莉

济南市自主创新产品认定公告    

味精行业环保达标树立典范    记者 呼跃军

连铸污水处理化学除油器常见问题和解决方法    金亚飚

双污泥系统颗粒污泥的培养及脱氮除磷性能    吴蕾

硝化颗粒污泥的培养及其与四环素相互作用研究    石义静

颗粒污泥SBR中试研究及颗粒污泥氧传质机理与胞外聚合物分析    张云霞

MBR和GSBR中微生物群落生态学研究    张斌

好氧颗粒污泥脱氮特性及其过程研究    王志平

厌氧折流板反应器（ABR）系统的特性及调控研究    徐金兰

微氧状态下EGSB反应器除污染性能研究    刘晓

微氧状态下EGSB反应器除污染性能研究    刘晓

复合式厌氧氨氧化反应器除氮性能与动力学研究    高彦宁

高效厌氧反应器开发与应用研究    管锡珺

SBR中缺氧反硝化颗粒污泥特性研究    柳顺莲

生物造粒流化床颗粒污泥物理化学特性研究    邹林琳

膨胀颗粒污泥床处理PTA废水的试验研究    侯伟忠

UASB反应器的启动及厌氧颗粒污泥的特性研究    肖本益

玉米酒精废水处理工艺研究    薛来平

厌氧氨氧化颗粒污泥的未培养和可培养细菌多样性的初步研究及新种的鉴定    肖义平

全程自养脱氮颗粒污泥培养及动力学研究    肖洋

序批式生物膜—颗粒污泥系统同步脱氮除磷研究    穆德颖

好氧颗粒污泥的培养及其实现同步硝化反硝化的研究    杨麒

SBR生物反硝化的试验研究    王浩