磁絮凝分离—生物滴滤组合工艺处理小城镇污水研究

【摘要】：随着小城镇现代化进程的加快，环境问题随之产生。据统计，目前在全国范围内90%以上小城镇水环境均出现了不同程度的污染，且有恶化趋势，如果不及时采取有效的措施加以遏制，势必会出现小城镇的水环境持续恶化的现象。因此，对小城镇污水的处理具有十分重要的意义。本文基于已有研究，针对小城镇污水的特点，提出了磁絮凝分离-生物滴滤组合工艺，该组合工艺能够实现工艺间的互补，具有处理效果好、抗冲击能力强、流程简单、管理方便等特点，相关研究成果能够为小城镇污水处理事业的发展提供一定的技术参考。本研究的内容以组合工艺运行参数优化及除污机制研究为主线，主要包括磁絮凝分离系统影响因素及效能的考察、生物滴滤池的运行效果分析以及组合工艺的污泥性质和产泥规律分析，此外，研究中还通过与传统工艺对比，对组合工艺的经济性进行了分析。 研究中通过Design-Expert软件对磁絮凝分离过程的混凝剂投加量、pH、磁种（Fe3O4）、助凝剂的投加量等因素进行了分析研究，结果表明不同参数对混凝效果的影响呈现出：混凝剂的投加量磁种的投加量 pH助凝剂的投加量。通过软件的拟合预测，运行良好的磁絮凝分离系统对生活污水COD的去除率最高可达69.9%， TP的去除率最高可达到98.9%。此外，对磁性絮体结构的观察表明，磁种的投加不会增加处理水的浊度，反之能够作为絮凝过程的凝聚核，强化混凝去除的效果。 生物滴滤池供氧方式为自然通风，节省能耗。采用自然挂膜的方式启动，以提高系统的抗冲击能力，启动期为25d左右。在生物滴滤池稳定运行后，对系统的沿程DO进行观测，生物滴滤池内DO呈现两段高、中间低的趋势。波动范围为1.0~2.3mg/L。在水力负荷分别为1.5、3.0、4.0、5.0m3/(m2·d)下，研究系统对COD、NH4+-N的去除率变化规律，确定了最优的水力负荷为3m3/(m2·d)。ORP是反映生化反应氧化或还原的程度综合指标，对污水生物处理系统ORP的观测，能够综合反映水中的反应变化情况。在变化的水力负荷下，DO与氧化还原电位（ORP）也随之变化，但是二者的变化趋势不完全一致。为了进一步提高生物滴滤池对TN的去处效果，对其进行了改型优化，增设缺氧段滤池。当硝化液的回流比为150%时，生物滴滤池系统对TN的去除率以到达75.8%，对COD及NH4+-N的去除率均维持在85%左右。对生物滴滤池能生物量的计算表明，其污泥浓度最高时可以达到4200mg/L。对整个系统而言，改型后两级处理工艺对主要污染物COD、NH4+-N、TN、TP的去除率分别为90%、88%、76%、95%以上，系统的出水COD低于45mg/L、NH4+-N低于5mg/L、TN低于15mg/L、TP低于0.5mg/L，达到GB18918-2002出水的Ι级A标准。 系统的排泥包括化学污泥和生物污泥两部分，其中化学污泥占大部分，产泥率为0.25~0.29kg/m3，其含水率仅为95.5%~97.5%。当生物段进水的COD在150~220mg/L范围内波动时，其产泥率维持在0.0005kg/kgCOD左右，同时产泥量会出现周期性骤然增大的现象。此外，对组合工艺的工程经济性分析表明，与传统的污水处理工艺相比，组合工艺无论是药剂费用还是能耗费用都相对较低，尤其是生物处理段的能耗，仅占到传统工艺能耗的16%~29%。 【关键词】：小城镇污水 磁絮凝 生物滴滤 脱氮除磷 响应曲面法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 小城镇污水处理的课题背景11
• 1.2 小城镇污水的特点及处理技术研究现状11-14
• 1.2.1 小城镇污水处理国外研究现状12
• 1.2.2 小城镇污水处理国内研究现状12-13
• 1.2.3 小城镇污水处理技术的选择13-14
• 1.3 磁絮凝分离技术的研究与应用14-16
• 1.3.1 磁絮凝的机理15
• 1.3.2 磁絮凝过程的影响因素15-16
• 1.3.3 磁絮凝分离技术在环境工程领域的研究与应用16
• 1.4 生物滴滤池的研究与应用16-19
• 1.4.1 生物滴滤池的发展16-17
• 1.4.2 生物滴滤池在环境工程领域的应用17-19
• 1.4.3 生物滴滤池与传统污水处理工艺的比较19
• 1.5 课题意义及研究内容19-23
• 1.5.1 课题研究的目的和意义19-20
• 1.5.2 研究内容20-21
• 1.5.3 技术路线21-23
• 第2章 实验材料与方法23-32
• 2.1 引言23
• 2.2 工艺流程23-24
• 2.3 实验材料24-25
• 2.3.1 进水水质24
• 2.3.2 生物滴滤池填料性质24
• 2.3.3 实验仪器设备24-25
• 2.4 实验方法25-29
• 2.4.1 磁絮凝分离系统的构建及运行25-27
• 2.4.2 生物滴滤池的启动与稳定运行27
• 2.4.3 分级实验方法27-28
• 2.4.4 生物膜的特征分析28-29
• 2.5 分析与计算方法29-32
• 2.5.1 水质分析方法29-30
• 2.5.2 污泥组分及性质的分析方法30
• 2.5.3 计算方法30-32
• 第3章 磁絮凝分离系统的构建与运行32-48
• 3.1 引言32
• 3.2 磁絮凝分离单元参数的单因素研究32-35
• 3.2.1 酸溶粉煤灰混凝剂的最佳投量32-33
• 3.2.2 pH对混凝效果的影响33-34
• 3.2.3 磁种的投量对混凝效果的影响34-35
• 3.2.4 助凝剂的投加对混凝效果的影响35
• 3.3 响应曲面法对各因素间交互作用的分析35-43
• 3.3.1 各因素交互作用对COD去除效果的影响36-39
• 3.3.2 各因素交互作用对TP去除效果的影响39-43
• 3.4 磁性污泥的分析研究及循环利用效果43-45
• 3.4.1 磁性絮体结构的变化43-44
• 3.4.2 磁性污泥循环利用实验44-45
• 3.5 磁絮凝分离对水中溶解性有机物（DOM）的去除45-47
• 3.5.1 磁絮凝分离对水中DOC的去除效果45-46
• 3.5.2 磁絮凝分离对水中UV-254的去除效果46-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第4章 生物滴滤池系统的运行与优化48-64
• 4.1 引言48
• 4.2 生物滴滤池启动期间的运行效果48-52
• 4.2.1 生物滴滤池的启动48-49
• 4.2.2 启动期间生物滴滤池溶解氧（DO）的变化49-50
• 4.2.3 启动期间COD的去除50
• 4.2.4 启动期间NH_4~+-N的去除50-52
• 4.3 生物滴滤池的稳定运行52-56
• 4.3.1 稳定运行期间沿程溶解氧的变化52-53
• 4.3.2 变负荷条件下氧化还原电位（ORP）的变化53-54
• 4.3.3 变负荷条件下生物滴滤池对COD的去除54
• 4.3.4 变负荷条件下生物滴滤池对NH_4~+-N的去除54-55
• 4.3.5 最优水力负荷条件下生物滴滤池的运行效果55-56
• 4.4 生物滴滤池的优化改型56-62
• 4.4.1 优化改型后生物滴滤池的DO浓度和ORP的分布情况57-58
• 4.4.2 生物滴滤池的回流比对反硝化作用的影响58-60
• 4.4.3 生物滴滤池内附着生物量的计算60-61
• 4.4.4 生物滴滤池内不同高度填料SEM分析61-62
• 4.5 本章小结62-64
• 第5章 组合工艺的效能及经济性64-74
• 5.1 引言64
• 5.2 组合工艺中Fe~(3+)及DOM的变化的去除效果64-68
• 5.2.1 投加Fe_3O_4后系统运行中各单元出水Fe~(3+)变化64-65
• 5.2.2 组合工艺各级出水的DOM三维荧光特性65-68
• 5.3 系统污泥的产生与分析68-71
• 5.3.1 磁絮凝分离的化学污泥68-69
• 5.3.2 生物滴滤池产泥量的规律69-70
• 5.3.3 生物滴滤池的污泥组分分析70-71
• 5.4 工程经济性分析71-72
• 5.5 本章小结72-74
• 结论74-76
• 参考文献76-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果83-85
• 致谢85

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