回流式生物膜组合工艺处理生活污水试验研究

【摘要】：本文提出了一种回流式生物膜法组合工艺,其以传统的接触氧化法和BAF为基础,同时设置缺氧段,在必要时进行硝化液回流以强化脱氮。该工艺按污水流经次序分为缺氧段(A段)、接触氧化段(O段)‘和BAF段(B段),其中,前两段装填多面空心球填料,而BAF段装填陶粒填料。应用该反应器系统对生活污水进行处理试验,研究了各污染物去除效果及影响因素,确定了该工艺的最优运行参数,并对该工艺中各污染物的去除机理进行了分析,对COD去除动力学模型进行了推导和验证,同时,还对系统的反冲洗机理、方式及强度进行了试验研究。 通过不同试验条件下的污染物去除试验,最终确定出了该生物膜组合工艺在处理生活污水时的最优工艺参数为：水力停留时间(HRT)为6.5 h；O、B段溶解氧(DO)浓度分别控制在3-4 mg／L和6-7 mg/L；回流比为150%。在最优工艺参数条件下,当进水COD平均负荷和氨氮平均负荷分别为290.8 mg/L和42.2mg/L时,反应器对COD、氨氮、总氮及浊度的平均去除率分别为90.83%、98.97%、76.27%及88.66%,此时,反应器出水COD、氨氮、总氮及浊度分别为22～31 mg/L,0.2～0.75 mg/L、9.6～13.3 mg/L及6-10 NTU,其均值分别为26.4 mg/L、0.43 mg/L、11.15 mg/L、7.8 NTU,均满足GB18918-2002中所规定的一级A要求,且可满足部分城市杂用水(GB/T18920-2002)和景观用水(GB/T18921-2002)的标准。反应器对总磷的去除效果较差,其平均去除率仅为37.98%,出水总磷浓度为1.4-1.9 mg/L。 试验结果表明,HRT、DO、R、水温、进水有机负荷和氨氮负荷对污染物的去除均有不同程度的影响。HRT对氨氮的去除影响较大,随着HRT的减小系统氨氮去除率大大降低；O段DO的变化对各项污染物去除的影响较小,而B段DO的变化对氨氮的去除影响较大,当B段DO低于6 mg/L时,该段氨氮去除率大大降低；受回流比变化影响最大的指标是总氮去除,其去除率随回流比的增大呈现先升高后降低的趋势；在HRT为6.5 h时,系统对COD和氨氮的去除率均随水温升高呈现增高趋势,但在HRT为4.25 h时,系统对COD的去除随水温升高有所增高,而此时氨氮的去除率并未明显受到水温变化的影响；进水COD负荷对A-O段COD和氨氮的去除均有影响,前者随进水COD负荷的增加呈现先增加后略有降低的趋势,而后者大体上随COD负荷的增加呈降低趋势；进水COD负荷对B段反应器污染物去除的影响并不明显；A-O段氨氮去除率受其进水氨氮负荷影响较大,该段出水氨氮浓度随进水氨氮负荷的增加呈线性增加趋势。 通过理论推导及试验推求,最终确定了A-O段反应器和B段反应器的COD去除动力学模型分别为：C=C0e-(-0.117R2+0.2958R-0.0037T12+0.1559T1+0.2361)h1和C=C1e-(0.0861R2-0.2837R+0.1834T22-0.5895T2+0.8856)h2；整个系统的COD去除动力学模型为：C2=C0e0.1377R2-0·.2789R-0．0205T2-0.019T-13904。 通过分析及试验验证分别确定了A-O、B段反应器的反冲洗方式及强度。A-O反应器的反冲洗方式和强度：先气、水同时冲洗,再单独用水反冲洗；确定气-水同时反冲洗时的气冲洗强度为12 L／(m2·s),水冲洗强度为4 L／(m2·s),冲洗时间5min,单独水冲洗阶段的水冲洗强度4 L／(m2·s),时间9 min。B反应器的反冲洗方式及强度：先单独气冲洗,再气-水同时反冲洗,最后单独用水漂洗；确定单独气洗阶段的反冲洗强度为18 L／(m2·s),时间4 min,气、水同时冲洗阶段的气洗强度18 L／(m2·s),水冲洗强度为4 L／(m2·s),时间8 min,单独水冲洗阶段的反冲洗强度为4 L／(m2·s),时间3 min。 试验研究表明,该工艺可实现对COD、氨氮、总氮和悬浮物的有效去除,同时对总磷也有一定的去除效果,且该工艺具有占地面积小、操作简单、抗冲击负荷能力强、处理出水水质稳定、尤其是脱氮效果较好等优点,验证了该工艺在分散式污水处理与回用中的可行性。 【关键词】：生物膜法 生活污水 回流 脱氮 动力学模型 反冲洗
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 引言14-15
• 1 绪论15-26
• 1.1 污水回用必要性15
• 1.2 污水回用方式与技术15-24
• 1.2.1 集中式回用16-18
• 1.2.2 分散式回用18-24
• 1.3 本文研究目的及研究内容24-26
• 1.3.1 研究目的24
• 1.3.2 研究内容24-26
• 2 试验系统设计及试验方法26-34
• 2.1 试验装置及填料26-28
• 2.1.1 试验装置26-27
• 2.1.2 试验填料27-28
• 2.2 试验水质及试验方法28-29
• 2.2.1 试验水质28
• 2.2.2 试验检测项目及分析方法28-29
• 2.3 试验启动及挂膜29-32
• 2.3.1 挂膜期间水质29
• 2.3.2 挂膜方法29-30
• 2.3.3 挂膜成熟标志30-32
• 2.4 试验运行32-34
• 3 试验分析34-92
• 3.1 水力停留时间对系统污染物去除效果的影响34-43
• 3.1.1 HRT对COD去除的影响35-36
• 3.1.2 HRT对氨氮去除效果的影响36-38
• 3.1.3 HRT对TN去除效果的影响38-40
• 3.1.4 HRT对TP去除效果的影响40-41
• 3.1.5 HRT对浊度去除效果的影响41-42
• 3.1.6 最佳HRT的确定42-43
• 3.2 溶解氧对反应器中污染物去除效果的影响43-57
• 3.2.1 A-O段溶解氧变化对污染物去除效果的影响44-51
• 3.2.2 B段溶解氧变化对污染物去除效果的影响51-57
• 3.3 回流比对系统污染物去除效果的影响57-65
• 3.3.1 回流比对COD去除效果的影响58-59
• 3.3.2 回流比对氨氮去除效果的影响59-60
• 3.3.3 回流比对TN去除效果的影响60-61
• 3.3.4 回流比对TP去除效果的影响61-63
• 3.3.5 回流比对浊度去除效果的影响63-64
• 3.3.6 最佳回流比的确定64-65
• 3.4 其他因素对处理效果的影响65-79
• 3.4.1 延长HRT对回流系统中的污染物去除效果的影响65-71
• 3.4.2 进水COD负荷对反应器处理效果的影响71-75
• 3.4.3 氨氮负荷对反应器氨氮去除的影响75-77
• 3.4.4 温度对反应器处理效果的影响77-79
• 3.5 氮平衡分析79-80
• 3.6 污染物去除机理分析80-91
• 3.6.1 有机物去除机理分析81-84
• 3.6.2 氨氮去除机理分析84-85
• 3.6.3 总氮去除机理分析85-88
• 3.6.4 除磷机理88-89
• 3.6.5 浊度去除机理89-91
• 3.7 小结91-92
• 4 污染物去除动力学模型推导92-108
• 4.1 模型推导92-96
• 4.1.1 建模方法及基本假设92-94
• 4.1.2 模型公式推导94-96
• 4.2 COD去除动力学模型96-106
• 4.2.1 参数确定96-105
• 4.2.2 模型检验105-106
• 4.3 小结106-108
• 5 生物膜组合工艺的处理效果及系统反冲洗108-117
• 5.1 反应器处理效果108-110
• 5.2 工艺特点110-111
• 5.3 系统反冲洗111-115
• 5.3.1 A-O段反冲洗111-113
• 5.3.2 B段反冲洗113-115
• 5.4 小结115-117
• 6 结论与建议117-120
• 结论117-118
• 建议118-120
• 参考文献120-135
• 攻读博士学位期间发表的论文135-136
• 致谢136

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