人工强化跌水曝气接触氧化法改善城市内河水质的试验研究 ——以保定市府河水质为例

论文摘要

随着经济的飞速发展和城市化水平的显著提高,水环境污染和水资源短缺日趋严重,城市内河污染更为突出。城市内河水质污染其形成原因一方面是上游污染物转移而来,另一方面是城市本身雨污分流不彻底造成。其危害不仅造成下游水体污染,而且影响城市市容景观甚至正常的居民生活。因此,如何改善城市内河水质,还清河道,已经引起专家学者普遍关注,而且也是政府改善城市居民生活质量的重要途径。保定市府河位于白洋淀上游,其水质直接影响白洋淀。检测表明,府河水质污染主要体现在发黑发臭、富营养化、溶解氧很低、COD、NH4+-N及浊度远远超出V类水质标准,但仍有一定自净功能,符合城市内河水质要求。以府河为研究对象,提出并试验验证了人工强化跌水曝气接触氧化法改善城市内河水质的工艺。试验研究过程中,重点考察了人工强化跌水曝气复氧效果,能否满足接触氧化需求。同时考察了低温下此工艺对COD、NH4+-N及浊度的去除效果。试验共分为两个部分,第一部分为跌水复氧效果试验,通过试验初步考察了跌水高度、水温、跌水区水深和跌水流量四个因素对跌水复氧效果的影响,并对四个因素对充氧效果的影响力大小进行了排序。第二部分为人工强化跌水曝气接触氧化系统处理城市内河水质效果试验,该部分试验考察了系统的低温启动效果并重点研究了水力停留时间、水温及溶解氧等因素对系统运行效果的影响及作用规律。跌水复氧试验结果表明,跌水曝气复氧效果会受高度、流量、水温及水深四个因素的影响,其影响力由大到小依次为:跌水高度、跌水流量、跌水区水深、水温。通过试验,初步确定了跌水复氧的经济跌水高度为0.6m;跌水最佳流量为1.0m3/h,但最终的跌水流量还要根据接触氧化系统的停留时间来确定;最适温度在1518℃之间,但因为温度对跌水复氧效果的影响很小,所以可以将温度的因素忽略不计;跌水区水深越浅,跌水复氧的效果越好。根据保定市府河河道的特点,大部分河道水深小于20cm,只有小部分河段水深在50cm左右。因此本试验按照50cm水深的最不利条件进行,溶解氧达不到要求时,通过人工充氧的方法进行补充。系统在低温且无人工干预条件下采用两段式挂膜法进行启动,启动周期约35天,挂膜启动成功后,系统对COD、NH4+-N、浊度的去除率分别可以达到72%、5%、81%。其中,挂膜第一阶段,虽然采用了高DO值,但由于氧利用率及溶解氧传质效率较低,生物膜量较少等原因,并未发生因曝气过度产生的生物膜老化脱落、出水浑浊等现象。由于在极低水温下,微生物活性很低,因此,两段式挂膜启动方法采用较长的停留时间,第一阶段为24h,闷曝时间为4h,第二阶段为12h,为微生物的生长和繁殖提供充足的时间。两段法挂膜启动,不用另外投加碳源,不用进行回流,简化了操作流程,节省了能源,具有简单易行的特点,可以在相对较短的时间内实现挂膜成功。人工强化跌水曝气接触氧化法处理城市生活污水时,极低的水温对COD及浊度去除率的影响较小,但对NH4+-N的影响较大,当温度小于5℃时,氨化菌和硝化菌基本停止生命活动,但系统仍对NH4+-N有去除,去除效果不明显。同时,系统进水水质的较大波动会导致进水有机负荷的不稳定,曝气气泡的冲刷会使少量的生物膜脱落,这些因素会对初期的微生物成长带来不利影响。系统稳定运行后当水温在415℃范围内变化时,系统对河水中COD、NH4+-N及浊度的去除率分别为66%82%、4%37%、81%92%,个别检测数据还显示,当水温低于5℃时,系统对COD的去除率低于20%,对NH4+-N基本没有去除效果,对浊度的去除率降至70%左右。当水温在1625℃范围内变化时,系统对河水中COD、NH4+-N及浊度的去除率分别为80%87%、48%68%、93%96%。当水温在2632℃范围内变化时,系统对河水中COD、NH4+-N及浊度的去除率分别为84%87%、67%70%、93%96%。系统在初春、深秋及冬季的处理效果较差,在春季、夏季和初秋的处理效果相对较好。系统在受进水水质波动、水温变化、DO值不稳等客观因素的影响下,对COD、NH4+-N及浊度的去除效果波动较大。本文通过试验得到了系统的最佳工况为:HRT=2h,水温2632℃,一级接触氧化池DO值控制在23mg/L,二级接触氧化池DO值控制在0.5mg/L以下。试验研究结果表明,采用人工强化跌水曝气接触氧化工艺解决城市内河水质污染问题,工艺路线可行,经济可靠,运行稳定,处理效果好,在春、夏、秋季处理水质效果都很好,满足白洋淀入淀水质要求,特别是对入淀十分敏感的NH4+-N,具有较好的处理效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 国内外研究现状
• 1.1.2 保定市河流及水环境概况
• 1.2 课题研究目的及主要内容
• 1.2.1 研究目的及意义
• 1.2.2 研究内容与方法
• 1.3 课题创新点
• 2 跌水曝气人工充氧接触氧化法概述
• 2.1 跌水复氧法概述
• 2.1.1 跌水复氧法原理
• 2.1.2 跌水复氧的作用
• 2.1.3 跌水复氧法研究及应用现状
• 2.2 人工充氧的方法
• 2.3 接触氧化法概述
• 2.3.1 接触氧化法的特点
• 2.3.2 接触氧化法研究及应用现状
• 3 人工强化跌水曝气接触氧化试验设计及方法
• 3.1 试验水质
• 3.2 试验分析方法
• 3.3 试验装置
• 3.4 运行方式
• 3.5 试验内容
• 4 跌水复氧效果试验
• 4.1 跌水水质
• 4.2 复氧效果检测方法
• 4.3 试验设备
• 4.4 试验方法
• 4.5 试验结果及分析
• 4.6 本章小结
• 5 人工强化跌水曝气接触氧化系统启动及影响因素分析
• 5.1 试验启动及挂膜
• 5.1.1 试验启动
• 5.1.2 生物相观察
• 5.2 启动阶段试验数据分析
• 5.2.1 挂膜期间COD 的去除效果及分析
• 4⁺-N 的去除效果及分析'>5.2.2 挂膜期间 NH₄⁺-N 的去除效果及分析
• 5.2.3 挂膜期间浊度的去除效果及分析
• 5.3 停留时间对系统处理效果的影响分析
• 5.3.1 停留时间对COD 去除效果的影响
• 5.3.2 停留时间对氨氮去除效果的影响
• 5.3.3 停留时间对浊度去除效果的影响
• 5.4 温度对系统处理效果的影响分析
• 5.4.1 温度对COD 去除效果的影响
• 5.4.2 温度对氨氮去除效果的影响
• 5.4.3 温度对浊度去除效果的影响
• 5.5 溶解氧对系统处理效果的影响分析
• 5.5.1 溶解氧对COD 去除效果的影响
• 5.5.2 溶解氧对氨氮去除效果的影响
• 5.5.3 溶解氧对浊度去除效果的影响
• 5.6 本章小结
• 6 人工强化跌水曝气接触氧化系统实施方案讨论
• 7 人工强化跌水曝气接触氧化系统应用前景
• 7.1 经济技术分析
• 7.2 本章小结
• 8 结论及建议
• 8.1 结论
• 8.2 建议
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文
• 作者简介
• 致谢