中低温度下厌氧处理城市污水及污泥颗粒化的研究

【摘要】：随着我国经济的发展和城市化水平的提高,城市污水排放量逐年增加。高效厌氧技术作为一种具有节约能耗和投资、回收能源、产生的剩余污泥少等优点的技术,对经济尚不够发达而污染亟待治理的我国,尤其是绝大多数没有污水处理设施的小城镇,在城市污水的处理方面显示出了很强的吸引力。 近二十年来,国内外学者通过动力学理论的研究,认识到厌氧工艺中提高污泥龄和水力停留时间(SRT/HRT)比值的重要意义,并随着对颗粒污泥和生物膜等生物固定技术的深入了解成功开发出了一系列的高效厌氧工艺,使得厌氧技术在较高温度下处理城市污水取得了巨大的成功,但将厌氧城市污水处理工艺在热带地区成功的经验,扩大到亚热带和温暖气候地区仍然面临着重大挑战。 本课题立足于国内外厌氧处理低浓度污水的最新研究成果,以普通活性污泥接种,在上流式厌氧污泥床反应器(UASB)中处理低浓度污水培育颗粒污泥。在成功培养颗粒污泥的基础上,研究两步AF+AH系统在亚热带气候下对实际城市污水的处理效果及可行性。 研究结果表明,UASB反应器中,在中低温度下(25～9℃),即使进水浓度低至100～200mgCOD/L,仍能在两个月内形成成熟的颗粒污泥,颗粒的平均粒径大于0.5mm,沉降性能好,污泥体积指数(SVI)在23.4～27.7ml/g之间;颗粒污泥的比产甲烷活性(SMA)随培养条件的不同差异较大:进水浓度100～200mgCOD/L,35℃下形成的颗粒污泥的SMA最高,为0.23gCOD/(gVSS·d);而室温(25～9℃)下形成的颗粒污泥产甲烷活性最低,仅为0.05gCOD/(gVSS·d)。将不同条件下形成的颗粒污泥混合接种至两步AF+AH系统中处理实际的城市污水,试验表明:该系统的AF部分能有效截留及水解城市污水中的悬浮性物质,提高进水的溶解性和可生化性。AH反应器中的颗粒污泥是生物降解的主体,能去除进水中33.9～93.5%的COD,其中平均有70.3%转化为甲烷,但能以气体形式回收的只占甲烷总产量的65.5%。两步AF+AH系统稳定运行情况下总的COD去除率在47.6%～98.1%之间,室温下、25℃和30℃时的平均去除率分别为77.4%、89.1%和93.5%。 研究表明亚热带气候下低浓度污水的厌氧处理中能在60天内形成颗粒污泥;以颗粒污泥接种的两步AF+AH系统对于处理城市污水十分有吸引力,即使在很低的温度和很短的HRT下也能取得高的有机物去除效果,并且产生的剩余污泥少且稳定,但对于营养物质的去出效果十分有限。 【关键词】：厌氧技术 颗粒污泥 中低温 水力停留时间 亚热带 城市污水
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 插图索引11-13
• 附表索引13-14
• 第1章 绪论14-31
• 1.1 厌氧生物处理技术的发展14-20
• 1.1.1 水解阶段14-15
• 1.1.2 发酵酸化阶段15-16
• 1.1.3 产乙酸阶段16-17
• 1.1.4 产甲烷阶段17-20
• 1.2 厌氧反应器的发展20-24
• 1.2.1 SMPA系统的观点20-21
• 1.2.2 基于SMPA系统的新型厌氧反应器21-24
• 1.2.2.1 USSB反应器21-22
• 1.2.2.2 ABR反应器22-23
• 1.2.2.3 IC反应器23-24
• 1.2.3 我国厌氧反应器研究及应用趋势24
• 1.3 我国城市污水处理现状及问题所在24-29
• 1.3.1 城市污水排放和处理现状24-25
• 1.3.2 城市污水排放量的预测25
• 1.3.3 城市污水处理技术的发展25-26
• 1.3.4 城市污水处理技术问题讨论26-27
• 1.3.5 城市污水厌氧处理的理论分析27-29
• 1.4 本研究的意义所在29-31
• 第2章 厌氧颗粒污泥的形成机理及影响因素31-41
• 2.1 颗粒污泥形成的机理学说31-34
• 2.1.1 污泥颗粒化的4步模型32-33
• 2.1.2 质子转移脱水模型33-34
• 2.2 影响颗粒化的因素34-39
• 2.2.1 接种污泥对颗粒化的影响34-35
• 2.2.2 营养物种类和浓度35-36
• 2.2.3 温度36-37
• 2.2.4 离子的影响37
• 2.2.5 水力条件37-39
• 2.3 已有的关于加速污泥颗粒化过程的研究成果39-41
• 第3章 中低温度下低浓度污水中厌氧颗粒污泥的培养41-51
• 3.1 前言41
• 3.2 试验设计、装置与操作41-50
• 3.2.1 试验方案41
• 3.2.2 材料41-42
• 3.2.3 分析方法42-44
• 3.2.3.1 测定项目及分析方法42-43
• 3.2.3.2 颗粒污泥的扫描电镜观察制样方法43
• 3.2.3.3 湿筛法测量颗粒污泥粒径43-44
• 3.2.4 反应器的启动44
• 3.2.5 污泥颗粒化进程44-46
• 3.2.6 HRT、VLR和COD去除率的变化46-47
• 3.2.7 SMA的测定47-49
• 3.2.8 污泥颗粒化的机理及影响因素49-50
• 3.3 结论50-51
• 第4章 中低温度下城市污水厌氧处理的研究51-72
• 4.1 前言51-52
• 4.2 试验52-54
• 4.2.1 试验设计、装置及启动52-54
• 4.2.1.1 试验方案设计52
• 4.2.1.2 试验装置52
• 4.2.1.3 污水52-53
• 4.2.1.4 接种污泥53
• 4.2.1.5 启动53-54
• 4.2.2 分析方法54
• 4.2.2.1 水样的处理54
• 4.2.2.2 水质分析方法54
• 4.2.2.3 颗粒污泥特性、相关参数分析方法54
• 4.3 结果与讨论54-71
• 4.3.1 COD的去除54-62
• 4.3.1.1 AF1反应器中COD的去除54-58
• 4.3.1.2 AH反应器中COD的去除58-60
• 4.3.1.3 两步AF＋AH系统总的COD去除60-62
• 4.3.2 SS的去除62-63
• 4.3.3 甲烷产量63-64
• 4.3.4 VFA的变化64-66
• 4.3.5 营养物质和大肠杆菌的去除66-67
• 4.3.5.1 氮的去除66
• 4.3.5.2 磷的去除66
• 4.3.5.3 大肠杆菌的去除66-67
• 4.3.6 污泥特性67-71
• 4.3.6.1 形态67-68
• 4.3.6.2 比产甲烷活性(SMA)68-69
• 4.3.6.3 粒径分布69-70
• 4.3.6.4 污泥的有机物含量及沉降性能的变化70
• 4.3.6.5 反应器内的污泥停留时间70-71
• 4.4 结论71-72
• 第5章 城市污水厌氧处理的后处理工艺72-77
• 5.1 稳定塘后处理工艺73
• 5.1.1 稳定塘去除病源微生物73
• 5.1.2 稳定塘去除营养物73
• 5.2 活性污泥法后处理73-74
• 5.2.1 活性污泥法的生物除氮74
• 5.2.2 活性污泥法的生物除磷74
• 5.3 人工湿地后处理74-75
• 5.4 全程自养脱氮75-76
• 5.5 厌氧、好氧结合工艺的特点76-77
• 结论与展望77-80
• 1 结论77-79
• (1) 厌氧颗粒污泥的培养过程77-78
• (2) 中低温度下城市污水的厌氧处理78-79
• 2 展望79-80
• 参考文献80-91
• 致谢91-92
• 附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录92-93
• 附录B COD微波消解滴定法93-95
• 附录C VFA的滴定分析法95-96
• 附录D 碱度的分步滴定分析法96-97
• 附录E 厌氧颗粒污泥的比产甲烷活性测定97-98

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