上王村污水处理工程设计改造及新型赤泥填料开发研究

【摘要】：我国农村水环境恶化已相当严重，水质恶化造成的水质型缺水，己经对农村人民生活用水构成了严重威胁。农村分散型污水处理工程的大规模建设发展已是大势所趋。 本文以西安市长安区滦镇的上王村分散型农村污水处理工程为依托展开多项研究。对上王村这种以农家乐为主业的农村生活污水水质指标及排放特征进行了较详尽的调查研究，对该项目一期工程处理污水的各项指标进行了长期监测，研究总结了一期工程在设计、施工、运行各方面的问题。并在此基础上分析提出对工程进行二期改扩建的设想，完成了厌氧折流板反应池等五部分处理工艺改扩建设计，预计建成后的上王村分散型农村污水处理示范工程排水可达到国家城镇污水处理厂二级排放标准。同时针对一期工程监测期间除磷效果差的问题，结合赤泥这种具有良好吸附特性的工业废料，对赤泥进行了新型湿地填料的造粒化研究，旨在开发出一种高效、廉价的除磷吸附填料，最终达到“以废治废”的目的。研究结果如下： 1、在一年的监测周期内，上王村污水处理一期工程对上王村排出污水中COD、动植物油降解效果明显，平均去除率均在40%以上；对氮、磷等指标去除效率较低，平均去除率分别为13.5%、26.2%。全年除旅游旺季外，处理后污水各项指标可达城镇污水处理厂二级排放标准，此种分散型污水处理技术适于在我国农村或偏远地区普遍推广应用； 2、上王村污水处理一期工程对污水处理效果未达预期主要由于以下问题：污水管路系统不完善、缺乏有效的预处理设施、人工湿地建设面积不足、工程施工质量未达标、无有效的运行管理机制等。在二期工程和其他类似设计中应重视预处理设施的加强设计和制定良好的运行管理机制； 3、根据粘土烧制陶粒造粒的方法经过一定改良后亦适合于赤泥造粒制取人工湿地填料。造粒的一般步骤包括原料处理、配比混料、加水搅拌、造粒成型、预热焙烧和冷却等，其中原料的配比和焙烧制度是影响造粒赤泥性能的关键所在。拜耳法赤泥因其塑性成型性能良好和焙烧温度范围较宽，更适合于工业化制备人工湿地填料； 4、制备新型湿地吸附填料时所需赤泥在原料中配比宜控制在60%~75%之间。两种赤泥造粒配方中均应包括的组分有：激活剂、发泡剂、溶剂组分、硅铝调节剂，烧结法赤泥制备中还必需加入硅酸钠类粘结剂。在烧制过程中两种赤泥的预热温度宜为600℃，预热时间应在30min以上。拜耳法赤泥的焙烧温度宜在1060~1120℃之间，烧结法赤泥应严格控制在1060~1100℃之内，焙烧时间均为20min。 5、制备的新型湿地填料除磷效果与其自身吸水率、气孔率成一定的正比关系，还与赤泥在配方中的含量有关。经试验甄选出的拜耳法赤泥填料最优除磷吸附容量为2.17mg/g，烧结法赤泥填料为2.76mg/g，在满足使用强度的基础上，两种新型湿地填料均保留了赤泥原料大部分的除磷效果； 6、原态拜耳法赤泥在20℃时对磷酸盐溶液的平衡吸附时间约为420min，平衡吸附容量为5.38mg/g。拜耳法赤泥对磷酸盐的吸附行为可由准一、二级动力学模型描述，相关系数分别为0.946和0.971，准二级动力学模型能更好的描述其吸附过程； 7、原态拜耳法赤泥在吸附磷酸盐时受溶液pH值影响很大且二者成反比关系；水溶液中共存的其他离子对拜耳法赤泥的吸附行为有不同的影响：SO42-和NO3-对赤泥吸附性能没有太大影响；Cl-和HCO3-对赤泥的吸附有一定的不利影响。 【关键词】：农村污水 分散型污水 湿地填料 赤泥造粒 竞争吸附
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-12
• 1 绪论12-25
• 1.1 我国农村水污染12-13
• 1.1.1 我国农村水污染现状12-13
• 1.1.2 我国农村排放污水特征13
• 1.2 分散型污水处理技术13-15
• 1.2.2 分散型污水处理技术介绍13-14
• 1.2.3 分散型污水处理技术研究现状14
• 1.2.4 分散型污水处理技术处理农村污水的优越性14-15
• 1.3 人工湿地污水处理技术15-19
• 1.3.1 人工湿地介绍15-16
• 1.3.2 人工湿地分类及特点16-17
• 1.3.3 人工湿地国内外应用现状17
• 1.3.4 人工湿地存在的问题及研究热点17-19
• 1.4 赤泥吸附剂研究现状19-22
• 1.4.1 赤泥产生及性质19-20
• 1.4.2 赤泥的综合利用研究20-21
• 1.4.3 赤泥吸附除磷的研究21-22
• 1.4.4 赤泥吸附剂造粒化研究22
• 1.5 课题研究背景22-25
• 1.5.1 课题来源及课题研究基础22-23
• 1.5.2 课题研究技术路线图23
• 1.5.3 课题研究基本内容23-24
• 1.5.4 课题研究必要性及意义24-25
• 2 上王村污水处理一期工程运行效果研究25-50
• 2.1 上王村污水处理示范工程介绍25-26
• 2.1.1 上王村简介25
• 2.1.2 上王村周边环境污染情况25-26
• 2.1.3 污水处理示范工程设立26
• 2.2 上王村生活污水排放特征调研26-29
• 2.2.1 调研的目的和方法26-27
• 2.2.2 污水排放基础设施建设状况27
• 2.2.3 生活污水组成及水量、水质特征研究27-29
• 2.3 上王村污水处理一期工程介绍29-31
• 2.3.1 一期工程工艺概况29
• 2.3.2 各单元主要功能和设计参数29-31
• 2.4 上王村污水处理一期工程污水水质监测研究31-44
• 2.4.1 水质监测条件和方法31-32
• 2.4.2 一期工程进出水水温、pH 值、无机盐等变化32-34
• 2.4.3 一期工程对 COD 去除效果研究34-39
• 2.4.4 一期工程对 BOD 去除效果研究39
• 2.4.5 一期工程对磷酸盐去除效果研究39-40
• 2.4.6 一期工程对氨氮、硝酸盐氮等去除效果研究40-43
• 2.4.7 一期工程对动植物油去除效果研究43
• 2.4.8 一期工程处理上王村生活污水效果评价43-44
• 2.5 上王村污水处理一期工程问题总结研究44-50
• 2.5.1 污水管路系统不完善45-46
• 2.5.2 缺乏有效的预处理设施46-47
• 2.5.3 人工湿地建设面积不足47
• 2.5.4 工程施工质量未达到要求47-48
• 2.5.5 缺乏有效的运行管理机制48-50
• 3 上王村污水处理二期改扩建工程研究设计50-58
• 3.1 二期工程工艺设计及指标50-52
• 3.1.1 设计改造思路50
• 3.1.2 二期工程设计水量水质50-51
• 3.1.3 二期工程工艺流程图及增加工艺概况51-52
• 3.1.4 各工艺阶段设计出水水质指标52
• 3.2 上王村污水处理二期工程各工艺设施设计52-56
• 3.2.1 化粪池设计52-53
• 3.2.2 截流井、格栅设计53
• 3.2.3 隔油沉砂池设计53-54
• 3.2.4 水解酸化池设计54
• 3.2.5 ABR 池（厌氧折流板反应器）设计54-55
• 3.2.6 人工湿地改扩建设计55-56
• 3.2.7 氧化塘改造设计56
• 3.3 二期工程现场施工图56-58
• 4 新型湿地填料赤泥的造粒工程化研究58-86
• 4.1 山西铝厂赤泥的基本特征58-59
• 4.1.1 山西铝厂赤泥的化学组成58
• 4.1.2 山西铝厂赤泥的粒度分析58-59
• 4.2 赤泥造粒制备方法研究59-63
• 4.2.1 赤泥造粒理论依据59-60
• 4.2.2 赤泥造粒所需原料组分分析60-61
• 4.2.3 赤泥造粒原料配比分析61-62
• 4.2.4 赤泥造粒焙烧制度分析62-63
• 4.3 造粒赤泥制备63-67
• 4.3.1 造粒材料及仪器63
• 4.3.2 造粒原料配方设计63-66
• 4.3.3 造粒赤泥胚体成型66-67
• 4.3.4 造粒焙烧及冷却制度67
• 4.4 造粒赤泥性能研究67-78
• 4.4.1 造粒赤泥性能测定方法67-69
• 4.4.2 造粒赤泥焙烧前后表观性能变化69
• 4.4.3 造粒赤泥吸水率、气孔率及体积密度69-71
• 4.4.4 造粒赤泥抗水力冲击性能71-73
• 4.4.5 晶体结构分析（XRD）73-75
• 4.4.6 扫描电镜分析（SEM）75-78
• 4.5 造粒赤泥吸附除磷试验78-84
• 4.5.1 试验材料及仪器78
• 4.5.2 除磷吸附试验方法78-79
• 4.5.3 第一种设计配方造粒赤泥的除磷效果79-80
• 4.5.4 第二种设计配方造粒赤泥的除磷效果80-82
• 4.5.5 其他尝试性配方造粒赤泥的除磷效果82-83
• 4.5.6 不同粒径造粒赤泥的除磷效果83-84
• 4.6 综合试验结果分析及最优化配方选择84-86
• 5 拜耳法赤泥吸附磷酸盐影响因素研究86-98
• 5.1 试验材料试剂及仪器86-87
• 5.1.1 试验材料86-87
• 5.1.2 试剂及药品87
• 5.1.3 试验仪器87
• 5.2 拜耳法赤泥对磷酸盐吸附试验研究87-90
• 5.2.1 拜耳法赤泥的动力学吸附试验87-88
• 5.2.2 拜耳法赤泥的动力学拟合分析88-90
• 5.3 pH 值对拜耳法赤泥吸附行为影响研究90-91
• 5.4 水中其他共存离子对拜耳法赤泥吸附行为影响研究91-97
• 5.4.1 Cl~-对拜耳法赤泥吸附行为影响91-93
• 5.4.2 SO_4~(2-)对拜耳法赤泥吸附行为影响93-94
• 5.4.3 NO_3-对拜耳法赤泥吸附行为影响94-95
• 5.4.4 HCO_3-对拜耳法赤泥吸附行为影响95-97
• 5.5 试验小结97-98
• 6 结果与讨论98-101
• 6.1 结果与讨论98-100
• 6.2 研究展望100-101
• 致谢101-102
• 参考文献102-107
• 附录 攻读硕士学位期间科研成果107

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