庭院式分散污水生态处理工艺与一体化装置研究

【摘要】：分散污水总量多、水质波动大、集中管理难度高,已成为当前环境污染的首要问题之一。由于收集系统建设困难,达标处理技术模式缺乏,目前有关分散污水处理技术的研究尚不成熟,缺乏相关标准和规范,配套装置更是少见,为此,本研究拟在构建生物-生态耦合处理工艺的基础上,通过调控预处理与核心处理单元的负荷分配,优化全系统工艺参数,研制一种以地下渗滤为核心的低耗无人值守的庭院式分散污水处理一体化装置。具体研究内容和结论如下:首先,通过工艺比对和技术筛选,确定了生物-生态耦合工艺,即:水解酸化(HA)预处理单元+地下渗滤(SWIS)核心处理单元。该耦合工艺以污染负荷分配为关键联接因子,具有无(微)能耗、出水水质稳定等特点,为后续研制基于此工艺的一体化装置奠定了基础。在此基础上,通过模拟实验,确定了HA预处理工艺启动、稳定阶段的主要参数及其可控范围,即:搅拌速度为10~20r·min-1,2hHRT4h;在进水负荷波动条件下,考察了HA的抗冲击能力,结果表明:稳定运行的HA受负荷波动影响较小。对主要污染指标削减阈值的实验结果显示:在常规进水水质条件下,SS削减率大于91%、CODcr削减率为42%-65%、NH4+-N削减率大于43.8%、TN削减率大于36.4%,即可满足核心处理工艺SWIS进水水质要求;SS、CODcr对运行参数变化的响应敏感,可作为保证SWIS进水水质的指示性指标,适宜的工艺参数范围是3hHRT3.5h、搅拌速度为15~20r·min-1;HA单元对NH4+-N、TN去除率不能达到理想阈值,可采取在SWIS厌氧区补加碳源的措施(补加原污水:原污水=1:3)强化削减。随后,以污染负荷分配为原则,将HA和SWIS进行工艺耦合,通过理论计算和试验验证的方法,确定了CODcr污染负荷在HA和SWIS间合理分配的理论负荷分配率范围为0.4~0.6。利用二次回归正交试验确定了耦合工艺的最佳参数,其中试验因素为干湿比、HL、HRT及搅拌速度,评价指标为CODcr、NH4+-N、TN、TP去除率,结果表明:试验因素对出水水质的影响次序不同(CODcr:DO干湿比HLHRT;NH4+-N:HRTDOHL干湿比;TN:HRTDOHL干湿比;TP:HLDOHRT干湿比);在最优工况(干湿比1.6,HL=0.15m3·m-2·d-1,HRT=2.5h,搅拌速度=15r·min-1)条件下,CODcr、NH4+-N、TN和TP去除率分别可达92.0%、78.6%、65.0%和92.7%,出水满足国家GB/T18921-2002景观水回用标准和GB18918-2002一级B标准。最后,以上述研究结果为依据,设计并研制了基于HA-SWIS耦合的一体化处理装置i-SWIS,该装置具有结构紧凑、投资少、无(微)能耗、高效率、无人值守等特点,设备投资不高于5000元,吨水处理成本仅为0.27元,适用于管网不配套区域污水处理场合,为我国分散污水处理提供了一种新颖的技术选择。 【关键词】：分散污水 水解酸化 污水地下渗滤 削减率 一体化装置
【学位授予单位】：沈阳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第1章 绪论14-28
• 1.1 研究背景与意义14-17
• 1.1.1 分散污水定义与特征14
• 1.1.2 分散污水的环境危害14-15
• 1.1.3 分散污水处理技术需求与技术难点15-17
• 1.1.4 研究意义17
• 1.2 分散污水处理技术分类17-19
• 1.2.1 常规处理技术17-18
• 1.2.2 生态处理技术18
• 1.2.3 联合处理技术18
• 1.2.4 小型组合处理设备18-19
• 1.3 分散污水生态处理技术研究现状19-22
• 1.3.1 构筑湿地工艺及其过程管理19
• 1.3.2 稳定塘工艺与区域分异特征19-20
• 1.3.3 地表漫流与快渗工艺及其适用性20
• 1.3.4 慢渗工艺与污水灌溉20-21
• 1.3.5 污水地下渗滤工艺及其装置化21-22
• 1.3.6 分散污水生态处理技术存在的主要问题22
• 1.4 分散污水一体化处理装置研究现状22-25
• 1.4.1 一体化生物净化槽23
• 1.4.2 膜生物反应器23-24
• 1.4.3 小型生物滤池24
• 1.4.4 组合式生态桶24
• 1.4.5 可模块化生态处理装置24-25
• 1.4.6 分散污水一体化处理装置设计的关键问题25
• 1.5 研究内容、方案及技术路线25-28
• 1.5.1 研究内容25-26
• 1.5.2 研究方案与技术路线26-28
• 第2章 水解酸化（HA）预处理单元工艺运行参数试验研究28-48
• 2.1 试验材料与方法28-29
• 2.1.1 水解酸化（Hydrolytic Acidification, HA）单元试验装置28-29
• 2.1.2 试验用水水质29
• 2.1.3 分析仪器与检测方法29
• 2.2 HA工艺污染物的去除机理29-30
• 2.2.1 SS的去除机理29-30
• 2.2.2 CODcr的去除机理30
• 2.2.3 氮的去除机理30
• 2.2.4 TP的去除机理30
• 2.3 HA工艺的启动30-34
• 2.3.1 启动期COD的变化规律31-32
• 2.3.2 启动期VFA的变化规律32-33
• 2.3.3 启动期p H的变化规律33-34
• 2.4 HA工艺稳定运行条件34-43
• 2.4.1 负荷波动对HA工艺运行稳定性的影响34-37
• 2.4.2 搅拌速度对水解酸化工艺运行稳定性的影响37-40
• 2.4.3 停留时间对水解酸化工艺运行稳定性的影响40-43
• 2.5 不同污染负荷削减比例条件下HA运行参数的响应43-47
• 2.5.1 HA运行参数对大于 91%SS削减率的响应44-45
• 2.5.2 HA运行参数对 42％-65%CODcr削减率的响应45
• 2.5.3 HA运行参数对大于 43.8%NH_(4~+)-N削减率的响应45-46
• 2.5.4 HA运行参数对大于 36.4%TN削减率的响应46-47
• 2.6 本章小结47-48
• 第3章 HA-地下渗滤（SWIS）组合工艺的参数协调性48-76
• 3.1 试验材料与方法48-53
• 3.1.1 地下渗滤（SWIS）装置48-50
• 3.1.2 SWIS基质组成50-52
• 3.1.3 试验用水水质52
• 3.1.4 分析仪器与检测方法52-53
• 3.1.5 试验设计及统计分析53
• 3.2 HA-SWIS组合工艺流程及其负荷分配53-57
• 3.2.1 组合工艺流程54-55
• 3.2.2 HA工艺削减污染物负荷阈值55
• 3.2.3 SWIS削减污染物负荷阈值55-56
• 3.2.4 污染物负荷在HA和SWIS间分配的合理范围56-57
• 3.3 稳定条件下HA-SWIS出水水质与关键参数间的响应关系57-70
• 3.3.1 基于水质指标评价的HA-SWIS单因素试验58-61
• 3.3.2 基于水质指标评价的HA-SWIS多因素正交试验61-64
• 3.3.3 各因素对CODcr去除率的影响及其二次回归拟合64-65
• 3.3.4 各因素对NH_(4~+)-N去除率的影响及其二次回归拟合65-67
• 3.3.5 各因素对TN去除率的影响及其二次回归拟合67-69
• 3.3.6 各因素对TP去除率的影响及其二次回归拟合69-70
• 3.4 HA-SWIS组合工艺参数优化70-74
• 3.4.1 约束条件的筛选与确定70
• 3.4.2 基于回归分析的最优工况求解70-71
• 3.4.3 试验验证与参数修正71-72
• 3.4.4 进一步优化处理效果72-74
• 3.5 本章小结74-76
• 第4章 基于HA-SWIS的一体化装置（i-SWIS）设计与结构优化76-86
• 4.1 i-SWIS设计理念与原则76-77
• 4.1.1 单元工艺间的水力联系76-77
• 4.1.2 单元工艺间的负荷联系77
• 4.1.3 单元工艺间的能量联系77
• 4.2 i-SWIS空间结构优化与组装77-83
• 4.2.1 各单元结构的参数设计78-81
• 4.2.2 空间最小化原则下各单元功能的链接与镶嵌81
• 4.2.3 耗能单元穿越设计与结构实现81
• 4.2.4 i-SWIS试制、组装与调试81-83
• 4.3 i-SWIS经济技术性分析83-86
• 4.3.1 投资成本估算83-85
• 4.3.2 运行成本估算85
• 4.3.3 经济可行性分析85-86
• 第5章 结论与建议86-88
• 5.1 结论86-87
• 5.2 建议87-88
• 参考文献88-94
• 附录94-98
• 附录 1：i-SWIS设计图94-95
• 附录 2：i-SWIS样机辅助设计图95-97
• 附录 3：i-SWIS样机现场图97-98
• 在学期间研究成果98-99
• 致谢99-100

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