高负荷好氧—厌氧地下人工土渗滤系统在生活污水处理中的研究与应用

【摘要】： 目前，我国中心城市的污水主要通过建设污水处理厂集中处理，其常规的工艺为活性污泥法和生物膜法。但城市污水处理厂存在建设和运行成本高，产生大量难以处置的污泥，处理过程中产生的恶臭会对周围居民生活环境带来不良影响等不足。对于农村和小城镇来说，不仅难以承受污水处理厂建设和运行带来的巨大经济压力，而且人居分散使污水的收集很困难。为了解决这一矛盾，迫切需要研究开发经济环保、低耗高能的污水现场处理技术。 地下渗滤系统是污水土地处理系统的一种，它能够利用土壤-植物-微生物生态系统的自净能力净化污水，在处理污水的同时，污水中的营养物质和水还得以循环利用，由于整个系统居于地下，不会产生不良气味和滋生蚊蝇，无噪音，不影响表层土地的使用，不受气候条件限制，出水便于回用，它还有设备简单，能耗低等优点，体现了良好的环境和经济综合效益。因此，该技术正是适合我国国情的污水处理工艺技术之一。 然而，传统的地下渗滤系统存在一些不足，如水力负荷低、占地面积大、易堵塞使用寿命短等，从而限制了其推广使用。针对以上情况，本研究从实际运用角度出发，上述问题，开发了一种高负荷好氧—厌氧地下人工土渗滤(UARI)系统。实验中设计并实施了UARI系统中试工程。工程中采用多层渗透性渐变的过渡结构填料和多层分散布水，使不溶悬浮物利其他污染物质充分分散，增大接触氧化表面积，同时设计夹层曝气，保证了系统内充足的氧含量，有效地提高了水力负荷、增强了处理效果、并延长系统的使用寿命。同时，对氮、磷等污染物质的去除机理进行了深入的研究和探讨，从微生物及酶活性角度对系统的运行情况进行了认识，探讨了本系统可能的堵塞原因，初步建立了污染物累积及堵塞模型。本研究得到了认识： (1)中试系统水力负荷达到40cm／d，CODCr、BOD5、TN、NH4+、TP、TSS的去除率分别达到了76.7～89.1％、83.3～92.5％、50.3～62.1％、65.2～79.6％、75.4～90.1％、77.0～91.3％，且各项出水指标均达到相应的污水排放标准。预处理系统在其中起了很重要的作用。 (2)通过对土柱进行落干和未落干NH4+、TN及TOC出水浓度的对比测定，验证了氨氮的去除机制主要是先被截留吸附，而后在落干状态下由微生物和氧的共同作用发生硝化反应；土柱中磷丰要无机磷的形式存在，说明污水中的水溶性磷一旦进入土壤，便很快发生物理和化学反应，转化成一些新的磷酸盐产物。无机磷又主要由铁、铝、钙及闭蓄态磷组成，酸性土壤中又以铁、铝磷为主。总磷的累积基本是从上到下逐渐减小的趋势，在沙土混合层又有所增加。 (3)土柱堵塞发生在表层，主要原因是表层有悬浮态有机质及微生物代谢产物(胞外聚合物等)的过度积累。根据式Wi=(Wi-1+Si)(1-k)+(Yi-1+BSi)×k×R+BDi×R可计算出系统运行至第i天时系统截留的有机质含量，由式Oi％=Li×mi×Oi×A／∑Li×mi×Oi×A×100％(i=1，2，3，……)计算出表层介质对总污水过水有机物的分担量，当Wi×O1％≥O1时得出i值即为运行至堵塞天数。该模型可用于预测系统寿命并指导实际工程。 (4)正常运行的系统中，内部微生物活动状况良好，细菌、真菌、放线菌的量分别在10~6、10~5和10~5的数量级；厌氧菌广泛存在于土柱中各层中，表层含量相对较低，主要是受氧气的限制；硝化细菌、反硝化细菌的最大值都出现沙土混合层，说明增加的粘粒比单一的沙能更好的涵养水分，吸附营养物质来供给微生物生长繁殖；土柱的呼吸作用强度值和微生物量有一定的相关性，从表层往下逐渐减小，到沙土混合层时增大，之后又减小。在同一深度处，1：4比1：9土柱的呼吸作用更强，这和以上硝化细菌、反硝化细菌、有机磷细菌等情况相似，也再次说明了1：4比1：9土柱的成分、结构配置更为合理。 【关键词】：土壤生态系统 水力负荷 堵塞 地下渗滤 人工土快滤 好氧─厌氧
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（广州地球化学研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 概述10-16
• 1.1 引言10-11
• 1.2 污水土地处理系统11-14
• 1.2.1 污水土地处理系统简介11-13
• 1.2.2 地下渗滤系统的优点13-14
• 1.3 本研究的立题依据和研究意义14-16
• 第二章 高负荷好氧─厌氧地下人工土渗滤系统处理生活污水的中试工程16-28
• 2.1 引言16
• 2.2 系统结构及工艺流程16-18
• 2.3 试验方案及工作原理18-21
• 2.3.1 预处理系统18
• 2.3.2 地下渗滤床18-21
• 2.4 工程运行效果与分析21-26
• 2.4.1 试验结果21-23
• 2.4.2 讨论23-26
• 2.5 小结26-28
• 第三章 UARI 系统净化机制及有机物积累规律和堵塞机制的研究28-49
• 3.1 引言28
• 3.2 实验装置简介28-30
• 3.3 氨氮的去除30-35
• 3.3.1 实验目的及实验方案32-33
• 3.3.2 实验结果33-35
• 3.4 磷的去除35-42
• 3.4.1 实验目的及实验方案36-37
• 3.4.2 实验结果37-42
• 3.5 UARI 系统堵塞机制及有机物积累规律建模42-47
• 3.5.1 实验目的及实验方案42-43
• 3.5.2 实验结果及模型的建立43-47
• 3.6 小结47-49
• 第四章 UARI 系统微生物活性的研究49-61
• 4.1 引言49
• 4.2 实验材料与方法49-55
• 4.2.1 土柱中微生物的培养49-50
• 4.2.2 各项指标的测定50-55
• 4.3 结果与讨论55-60
• 4.4 小结60-61
• 第五章 结论与建议61-64
• 5.1 主要结论61-63
• 5.2 创新之处63
• 5.3 后续工作63-64
• 参考文献64-69
• 攻读硕士学位期间所发表论文69-70
• 致谢70-72

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