活性污泥和生物膜复合工艺的特性及运行效能研究

论文摘要

随着人们对水体富营养化认识的深化及对环境质量水平要求的不断提高,越来越多的已建和新建污水处理厂将面临不断提高处理能力及对氮、磷去除效果的问题。本课题针对这种需求,在对现有污水生物脱氮除磷理论及工艺进行详细分析的基础上,结合活性污泥和生物膜工艺各自的特性,提出了二者的复合工艺。通过理论分析和模型试验对活性污泥—生物膜复合工艺的污染物去除特性进行了较详细的研究,以期能为现有超负荷污水处理厂的扩容（技术）改造及污水生物脱氮除磷系统效率的提高提供部分理论和技术支持。以活性污泥和淹没式生物膜工艺为对照,进行了用复合式工艺提高二者处理效率的研究,从三种工艺污染物去除性能的对比分析了复合式工艺中两相微生物的相互作用及其对系统性能的影响。在复合式工艺中,由于底物在附着相微生物（附着态生物膜）内的传质阻力大于在悬浮相微生物（悬浮态污泥）中的传质阻力,只有当需要去除的底物负荷超出某一特定范围,对应的反应器液相中的底物浓度超过某一特定临界值,使附着态生物膜内外的底物浓度梯度大于其传质阻力时,底物才能进入附着态生物膜并被去除。在本研究中,此液相临界底物浓度约为:COD=100mg/L、NH3-N=4mg/L。液相中的底物浓度越大,附着态生物膜参与底物去除的程度也越深。因此,在复合式工艺中,载体宜放置在推流式曝气池的前2/33/4处,以最大程度发挥载体上生物膜对污染物的去除能力。悬浮态污泥能首先缓冲负荷变化,使在附着态生物膜上生长的敏感微生物（如硝化细菌）能够在系统中得以截留和发挥效能。由于两种不同生长形态的微生物共存,复合式工艺中微生物的种群结构和系统微环境远比两对照工艺复杂,使其更有利于协同好氧硝化和缺氧反硝化过程,当进水TN容积负荷位于0.090.41 kg N/m3/d之间时,活性污泥和淹没式生物膜工艺的TN平均去除率分别提高了约16%和21%。在COD容积负荷大于1.33kg COD/m3/d、NH3-N容积负荷大于0.18kg N/m3/d的工况下,溶解氧（DO）的变化对复合式工艺中附着态生物膜的活性影响明显,需维持DO大于3mg/L,以保证工艺对耗氧性污染物的去除效果。从现有活性污泥和生物膜的理论及动力学出发,对复合式工艺的动力学特性进行了分析。在复合式工艺中,两相微生物对限制性底物的利用存在竞争,二者之间存在物质的交换,因此存在一些特有的概念,如底物被两相微

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 活性污泥和生物膜复合工艺的提出
• 1.2.1 污水处理厂扩容（技术）改造的思路
• 1.2.2 提高污水生物处理工艺脱氮除磷效率的思路
• 1.2.3 活性污泥和生物膜复合工艺的概念和应用展望
• 1.3 国内外相关技术研究和发展现状
• 1.3.1 活性污泥和生物膜复合工艺的发展历史
• 1.3.2 活性污泥和生物膜复合工艺的研究现状
• 1.3.3 活性污泥和生物膜复合工艺的应用现状
• 1.3.4 存在的问题与不足
• 1.4 本课题研究的目的和内容
• 1.4.1 研究的目的
• 1.4.2 研究的内容
• 第2章 用复合式工艺提高活性污泥/生物膜工艺处理效率的研究
• 2.1 本试验装置及方法
• 2.1.1 试验装置及器材
• 2.1.2 试验用水特性
• 2.1.3 试验启动及方法
• 2.1.4 水质分析方法
• 2.1.5 间歇试验方法
• 2.2 工艺处理效果分析
• 2.2.1 悬浮态污泥浓度（MLSS）
• 2.2.2 COD的去除效果
• 3-N的去除效果'>2.2.3 NH₃-N的去除效果
• 2.2.4 TN的去除效果
• 2.2.5 TP的去除效果
• 2.2.6 污泥中微生物相的变化
• 2.2.7 污泥表观产率
• 2.3 溶解氧对工艺处理效能的影响
• 2.3.1 DO对COD去除率的影响
• 3-N去除率的影响'>2.3.2 DO对NH₃-N去除率的影响
• 2.3.3 DO对TN去除率及TN转化的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 复合式工艺的理论及数学模式分析
• 3.1 活性污泥工艺数学模型的发展现状
• 3.1.1 基本模型
• 3.1.2 中级模型
• 3.1.3 ASM系列模型
• 3.2 生物膜工艺数学模型的发展现状
• 3.2.1 反应—扩散动力学模型
• 3.2.2 Capdeville生物增长动力学及表面反应模型
• 3.2.3 生物膜数学模型的新思路及发展方向
• 3.3 复合式工艺数学模型
• 3.3.1 生物膜—活性污泥串联组合模型
• 3.3.2 基本模型与反应—扩散模型的复合模型
• 3.3.3 基于ASM1 模型的复合模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 厌氧/缺氧/复合好氧工艺性能的试验研究
• 4.1 试验装置和方法
• 4.1.1 试验装置
• 4.1.2 生物膜载体
• 4.1.3 试验用水特性
• 4.1.4 试验方法
• 4.1.5 复合式系统的平均SRT和悬浮态污泥的SRT
• 4.1.6 水质分析方法
• 4.1.7 两相微生物最大硝化速率的测定方法
• 4.1.8 好氧状态下两相微生物最大COD去除速率的测定方法
• 4.1.9 统计学分析方法
• 4.2 连续流试验结果
• 4.2.1 悬浮态污泥浓度（MLSS）
• 4.2.2 载体上生物膜的数量
• 4.2.3 悬浮态污泥SRT对COD去除的影响
• 4.2.4 悬浮态污泥SRT对NH 3-N去除的影响
• 4.2.5 悬浮态污泥SRT对TN去除的影响
• 4.2.6 悬浮态污泥SRT对TP去除的影响
• 4.2.7 悬浮态污泥SRT对TN、NH 3-N和TP去除率的影响
• 4.3 两相微生物对COD和NH3 -N去除的动力学模式
• 4.3.1 两相微生物硝化速率和COD去除速率动力学模式的建立
• 4.3.2 两相微生物的最大硝化速率和最大COD去除速率
• 4.4 污泥特性
• 4.4.1 污泥沉降特性
• 4.4.2 污泥产率
• 4.5 本章小结
• 第5章 复合式工艺中污泥减量的理论分析
• 5.1 活性污泥工艺的污泥产率
• 5.2 复合式工艺的污泥产率
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 复合式工艺的示范工程
• 山东广饶污水处理厂
• 江苏句容污水处理厂
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明
• 哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书
• 哈尔滨工业大学博士学位涉密论文管理
• 致谢
• 个人简历