SBBR污水处理系统氧化亚氮排放试验研究

【摘要】：氧化亚氮(N2O)气体是引起全球气候变化的一种重要的温室气体,它的温室气体效能是CO2的300倍之多,并且对臭氧层具有破坏作用。N2O的排放源主要分为两类:自然排放源和人为排放源。据研究表明,人为排放源是导致温室气体上升的主要原因,减少人为活动中产生的N2O排放显得越来越迫切,而污水处理过程中产生的N2O排放在人为产生的温室气体排放中占主导地位。污水的生物处理,垃圾渗滤液以及工业废水中排放的N2O已经受到了各国的学者以及政治决策者们越来越多的重视,据估算这部分N2O的排放量占全球人为活动产生的N2O排放总量的10%之多。如果不采取有力的减排措施,人类和自然生态系统将因为无法适应未来气候的剧烈变化而付出高昂的环境和经济代价。污水处理N2O的产生与水处理过程中的很多环节密切相关,其排放通量非常的不稳定,主要取决于具体的运行参数和环境条件。国内外关于SBR反应器中N2O排放的相关研究已经比较成熟,而基于SBR水处理系统上发展形成的SBBR水处理系统生物脱氮过程中N2O的排放目前还缺乏比较系统全面的研究。该文采用SBBR水处理系统处理生活污水,从实际工程运行的角度研究了SBBR处理系统中N2O气体的排放特性与挂膜密度、水力负荷、曝气方式、溶解氧、温度等运行条件之间的关系,从而得到既能够满足处理水质要求又能够达到N2O减排效果的最佳运行参数,同时提出SBBR水处理系统N2O减排的优化措施。主要的研究内容及结果如下:①挂膜密度对SBBR系统中水处理效能及N2O气体排放的影响。当挂膜密度从15%增加到70%时,出水COD浓度从52.12mg/L下降到28.77mg/L,去除率从73.2%上升到85.6%;出水TN浓度在挂膜密度为50%达到最低,为19.14mg/L,去除率为65.6%,但是当挂膜密度达到70%时,高挂膜密度使得反应器内基质的传递受到阻碍,出水TN浓度略有升高。N2O的排放量随挂膜密度的增加而增加,在挂膜密度为70%时排放速率最大,挂膜密度为15%时排放量最低,最低排放量为0.89mg,转化率为1.55%,但此时水质处理效果较差。②水力负荷对SBBR系统中N2O气体排放及水处理效能影响。结果表明,N2O的排放与HRT和排水比λ呈现出很高的线性关系。当HRT一定时,随着负荷的升高(排水比λ从1/4升高到2/3),出水COD浓度升高,去除率下降,N2O气体的排放量和转化率升高;当排水比λ一定时,随着负荷的降低(HRT从8h增加到12h),出水COD、TN浓度均有下降,去除率升高,N2O气体的排放量和转化率随之升高。N2O的排放量在0.89mg到1.68mg之间,转化率在1.36%到2.56%之间。研究发现,当HRT或排水比λ不是定量时,反应器内N2O的排放随水力负荷的变化情况没有明显的规律可循,相同水力负荷下不同HRT和排水比λ的组合对N2O的排放有一定的影响。③曝气方式对SBBR系统中水处理效能及N2O气体排放的影响。结果表明,当曝停比分别采用6h:3h、3h:1.5h、2h:1h和1h:0.5h时,对水质处理效果并没有明显的影响,出水COD浓度在47.13mg/L到54.57mg/L之间浮动,出水TN浓度略有上升,从18.39mg/L上升到21.39mg/L,去除率从70.5%下降到65.7%;曝气方式对N2O气体的排放有很大影响,连续曝气时N2O气体的排放量比间歇曝气时的排放量更大,转化率更高,排放量在曝停比为1h:0.5h时最低,为0.98mg,转化率为1.57%。N2O气体的排放主要集中在曝气阶段,连续曝气时排放速率呈现出先升高再降低的趋势,而间歇曝气时的排放与曝停比有关,停曝阶段基本没有N2O产生。④DO对SBBR系统中水处理效能及N2O气体排放的影响。结果表明,DO浓度是生物脱氮过程中控制N2O排放的一个非常重要的因素。当DO浓度从2mg/L上升到5mg/L时,出水COD从47.11mg/L下降到32.74mg/L,去除率从77.3%上升到84.2%;出水TN浓度从17.41mg/L上升到27.39mg/L,去除率从66.4%下降到45.9%。N2O的排放随DO的升高逐渐降低,排放量从0.94mg下降到0.58mg,转化率从1.83%下将到1.12%。⑤温度对SBBR系统中水处理效能及N2O气体排放的影响。结果表明,在本试验的研究范围内温度对SBBR水处理系统中COD的去除没有非常明显的影响,出水COD的浓度在32.94mg/L到35.76mg/L之间浮动;当温度从20℃升高到30℃,TN的去除率随着温度的升高有所升高,出水浓度从17.31mg/L降到14.94mg/L,去除率从62.5%上升到67.6%;当温度过高(35℃)时去除率略有下降,TN出水浓度升到15.39mg/L,去除率为66.7%。温度越高,N2O气体排放越高,20℃时排放量最低,为0.41mg,转化率为0.99%。根据上述研究结果,提出了以下SBBR水处理系统N2O气体减排优化的措施:避免好氧段过度曝气的发生;控制反硝化阶段C/N比不宜过低;要控制系统中酶活性的抑制物对酶活性的抑制作用;实施良好的在线监控以动态的监测微生物的活动及N2O排放情况,避免环境条件突发性的改变;其他措施,例如:采取间歇曝气的方式,采用低N2O排放的新型工艺,延长SRT等。 【关键词】：SBBR 低碳 氧化亚氮 污水处理 运行参数
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-24
• 1.1 国内外有关于N_2O气体排放的研究10-15
• 1.1.1 国内外有关温室气体排放的监测及减排目标10-11
• 1.1.2 N_2O气体的产生途径及危害11-12
• 1.1.3 N_2O气体的产生机理12-15
• 1.2 污水生物脱氮工艺的发展及N_2O气体排放研究现状15-20
• 1.2.1 污水生物脱氮工艺15-17
• 1.2.2 SBBR水处理工艺17-19
• 1.2.3 污水处理系统中N_2O气体排放的研究现状19-20
• 1.3 课题来源、研究目的、研究内容及技术路线20-24
• 1.3.1 课题来源20-21
• 1.3.2 研究目的21
• 1.3.3 研究内容21-22
• 1.3.4 技术路线22-24
• 2 试验材料与测试方法24-28
• 2.1 试验装置24
• 2.2 试验水质24-25
• 2.3 测试项目及方法25-27
• 2.3.1 测试项目25
• 2.3.2 N_2O的计算方法25-27
• 2.4 测试仪器27-28
• 3 SBBR处理生活污水N_2O气体排放的影响因素研究28-64
• 3.1 SBBR处理生活污水挂膜启动试验研究28-30
• 3.1.1 试验设计28
• 3.1.2 试验结果及分析28-30
• 3.2 挂膜密度对SBBR系统中N_2O气体排放及水处理效能影响的研究30-34
• 3.2.1 试验设计30-31
• 3.2.2 试验结果及分析31-34
• 3.3 水力负荷对SBBR系统中N_2O气体排放及水处理效能影响的研究34-49
• 3.3.1 试验设计34-35
• 3.3.2 试验结果分析35-46
• 3.3.3 HRT与排水比 λ 对N_2O排放量及转化率影响的方差分析46-49
• 3.4 曝气方式对SBBR系统中N_2O气体排放及水处理效能影响的研究49-53
• 3.4.1 试验设计49
• 3.4.2 试验结果及分析49-53
• 3.5 DO对SBBR系统中N_2O气体排放及水处理效能影响的研究53-57
• 3.5.1 试验设计54
• 3.5.2 试验结果及分析54-57
• 3.6 温度对SBBR系统中N_2O气体排放及水处理效能影响的研究57-61
• 3.6.1 试验设计57-58
• 3.6.2 试验结果及分析58-61
• 3.7 本章小结61-64
• 4 SBBR水处理系统N_2O的减排与优化64-70
• 4.1 避免好氧段发生过度曝气64-65
• 4.2 控制系统中的C/N比65
• 4.3 控制系统中酶活性的抑制物65-66
• 4.4 建立良好的在线监控系统66-67
• 4.5 其他N_2O减排的措施67-68
• 4.6 本章小结68-70
• 5 结论与建议70-74
• 5.1 结论70-72
• 5.2 建议72-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-84
• 附录84
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文84
• B. 作者在攻读硕士学位期间申报与获批的专利84
• C. 作者在攻读硕士学位期间参加的相关科研项目84

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