严重受污染河道水处理工艺的研究及重金属对其处理效果的影响

论文摘要

河道水的原位处理或旁路处理法,适用于受污染相对较轻的河道水。对于以深圳布吉河为代表的中国南部城市河道水,其污染严重、水量较大,而且富含氮、磷,尤其是C/N比较低,这类河道水的治理适合采用异地处理法。河道水异地处理法的处理效果完全取决于污水处理厂的工艺技术和运行状况。因此,探索适合于河道水处理的新工艺,或比较、选择合理的生物处理工艺并集成其他技术开展河道水的治理研究,是非常有探索价值和现实意义的,这也是本论文的目的之一。本论文探索并优化了HYBAS工艺处理河道水的工作条件。综合河道水处理效果和经济性两方面来考虑,优化后的HYBAS工艺条件为：内回流点位定在A1缺氧段,内回流比200%,外回流比75%～100%,HRT为11h, MLSS为2500～3500mg/L,通过添加甲醇调整C/N为4,首选填料为安能填料。试验结果表明解决河道水脱氮问题的关键在于提高C/N。实验过程中还考察了其它工艺（A2/O工艺、倒置A2/O工艺和A/O工艺）对河道水的处理效果,并对这些工艺的河道水处理效果进行了比较,得到这些工艺对不同污染物去除能力的排序。各反应器脱氮能力的排序为：倒置A2/O反应器>A2/O反应器>HYBAS反应器>A/O反应器；总磷去除能力的排序为：A2/O反应器>倒置A2/O反应器>HYBAS反应器>A/O反应器：COD去除能力的排序为：A/O反应器>倒置A2/O反应器>HYBAS反应器>A2/O反应器；氨氮去除能力的排序为：HYBAS反应器>倒置A2/O反应器>A/O反应器>A2/O反应器。本论文系统地研究了重金属对活性污泥水处理效果的影响。通过间歇试验的方式考察了部分重金属对河道水处理效果的影响,发现它们的短期抑制浓度为：60mg/L Ni2+、70mg/L Cd2＋、90mg/L Cr3+、90mg/L Cu2＋、80mg/L Pb2+。当重金属浓度高于短期抑制浓度时,间歇试验中的氨氮或COD或两者的去除效果受到明显抑制,短时间内的氨氮或COD浓度不会随着处理时间的延长而降低。向连续运行的HYBAS反应器一次性添加抑制浓度的重金属冲击负荷,或持续添加60mg/LNi2+,氨氮、总氮、COD的去除率初期因受到Ni2+负面影响而出现下降,但此后均能恢复。此外,实验过程中还考察了前期经过Ni2+驯化的活性污泥当再次受到Ni2+冲击时的水处理效果。本实验研究了部分高浓度重金属（Cd2+、Cr3+、Cu2+、Pb2+、Ni2+）作用下的EPS变化情况。在HYBAS反应器进水中添加重金属冲击负荷,活性污泥微生物细胞和填料生物膜微生物细胞分泌的EPS含量均明显升高,升高幅度和所添加的重金属毒性强弱有关,随着运行时间的延长,EPS含量逐渐下降,但是添加冲击负荷530h后仍未降至添加冲击负荷前的水平。在重金属冲击负荷试验中,开始阶段的EPSs百分含量下降较快（相应地,EPSb百分含量上升较快）,随着反应时间的延长,EPSs百分含量逐渐趋于稳定；此外,重金属的毒性作用越强,EPSs百分含量下降的幅度越大（相应地,EPSb百分含量的升高幅度越大）。开始阶段的填料生物膜和活性污泥EPS的C/P均快速下降,此后,随着反应时间的延长而趋于稳定。此过程中,活性污泥EPS的C/P下降速度和下降幅度均超过填料生物膜,且重金属的毒性作用越强,这种差距越明显。向连续运行的HYBAS反应器持续添加60mg/L Ni2+,活性污泥微生物细胞和填料生物膜微生物细胞分泌的EPS含量出现相似的变化,二者均在添加Ni2+后短期升高,随后大幅下降,降至低于未添加Ni2+时对应的EPS含量水平,此后随着微生物细胞对Ni2+的适应,二者的EPS含量均恢复至加Ni2+前的水平；填料生物膜EPSs、EPSb受重金属的影响程度小于活性污泥,而且更易恢复。当受Ni2+影响的EPS趋于稳定时,填料生物膜EPSs和活性污泥EPSs的百分含量均较未添加Ni2+时略有下降（相应地,二者EPSb的百分含量较未添加重金属时略有上升）。分析结果还显示,HYBAS反应器好氧池活性污泥的沉降性能和EPS的组成和含量有关。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 我国河道水污染现状及处理意义
• 1.2 河道水治理技术的研究现状
• 1.2.1 河道水的原位处理法
• 1.2.2 河道水的旁路处理法
• 1.2.3 河道水的异地处理法
• 1.3 重金属对水处理效果影响的研究进展
• 1.4 课题背景
• 1.5 研究目的和意义
• 1.6 课题的技术路线和研究内容
• 1.6.1 技术路线
• 1.6.2 研究内容
• 第二章 实验实施方案与分析测试方法
• 2.1 实验实施方案
• 2.1.1 实验装置
• 2.1.2 实验方案
• 2.2 分析和测试方法
• 2.2.1 EPS的提取和测定方法
• 2.2.2 填料生物膜量的测定方法
• 2.2.3 常规指标的分析方法和相关设备
• 第三章 采用HYBAS工艺处理河道水的研究
• 3.1 悬浮填料的选择
• 3.1.1 悬浮填料的作用
• 3.1.2 悬浮填料的优选
• 3.1.3 悬浮填料的生物学特性
• 3.1.4 悬浮填料性能总结
• 3.2 对HYBAS工艺进行优化的研究
• 3.2.1 反应器启动
• 3.2.2 工艺参数对反应器运行效果的影响
• 3.2.3 外加碳源对总氮去除效果的影响
• 3.2.4 反应器的再启动特性研究
• 3.2.5 混凝剂对HYBAS反应器出水水质的影响
• 3.3 HYBAS反应器的河道水处理效果与EPS的关系
• 3.3.1 河道水处理效果与EPS的关系
• 3.3.2 好氧区的污泥沉降性能与污泥EPS间的关系
• 3.3.3 进水BOD/TN对活性污泥EPS的影响
• 3.4 小结
• 第四章 HYBAS工艺与其它常见工艺处理河道水效果的比较
• 2/O工艺处理河道水的效果'>4.1 采用A²/O工艺处理河道水的效果
• 4.1.1 工艺改造方案及操作方法
• 2/O工艺运行效果'>4.1.2 A²/O工艺运行效果
• 2/O工艺处理河道水的效果'>4.2 采用倒置A²/O工艺处理河道水的效果
• 4.2.1 工艺改造方案及操作方法
• 2/O工艺运行效果'>4.2.2 倒置A²/O工艺运行效果
• 4.3 采用A/O工艺处理河道水的效果及强化脱氮的研究
• 4.3.1 工艺改造方案及操作方法
• 4.3.2 A/O工艺运行效果
• 4.4 不同工艺对河道水处理效果的比较
• 4.4.1 不同工艺处理河道水的效果
• 4.4.2 结果与分析
• 4.5 小结
• 第五章 重金属冲击负荷对HYBAS反应器的影响
• 5.1 重金属离子的浓度确定
• 2+离子浓度的确定'>5.1.1 Ni²⁺离子浓度的确定
• 2+离子浓度的确定'>5.1.2 Cd²⁺离子浓度的确定
• 3+离子浓度的确定'>5.1.3 Cr³⁺离子浓度的确定
• 2+离子浓度的确定'>5.1.4 Cu²⁺离子浓度的确定
• 2+离子浓度的确定'>5.1.5 Pb²⁺离子浓度的确定
• 5.1.6 不同重金属对河道水处理效果影响的比较
• 5.1.7 小结
• 5.2 重金属离子冲击负荷对HYBAS反应器处理效果的影响
• 2+冲击负荷对HYBAS反应器处理效果的影响'>5.2.1 Ni²⁺冲击负荷对HYBAS反应器处理效果的影响
• 2+冲击负荷对HYBAS反应器处理效果的影响'>5.2.2 Cd²⁺冲击负荷对HYBAS反应器处理效果的影响
• 3+冲击负荷对HYBAS反应器处理效果的影响'>5.2.3 Cr³⁺冲击负荷对HYBAS反应器处理效果的影响
• 2+冲击负荷对HYBAS反应器处理效果的影响'>5.2.4 Cu²⁺冲击负荷对HYBAS反应器处理效果的影响
• 2+冲击负荷对HYBAS反应器处理效果的影响'>5.2.5 Pb²⁺冲击负荷对HYBAS反应器处理效果的影响
• 5.2.6 不同重金属冲击负荷对河道水处理效果影响的比较
• 5.2.7 小结
• 2+对连续运行状态下的HYBAS反应器的影响'>第六章 持续添加Ni²⁺对连续运行状态下的HYBAS反应器的影响
• 2+对SBR小试运行效果的影响'>6.1 持续添加Ni²⁺对SBR小试运行效果的影响
• 2+对活性污泥去除污染物能力的影响'>6.1.1 Ni²⁺对活性污泥去除污染物能力的影响
• 2+对活性污泥沉降、浓缩性能的影响'>6.1.2 Ni²⁺对活性污泥沉降、浓缩性能的影响
• 2+对污泥EPS的影响'>6.1.3 Ni²⁺对污泥EPS的影响
• 2+对污泥性能影响的分析'>6.1.4 Ni²⁺对污泥性能影响的分析
• 2+冲击时的水处理效果'>6.1.5 驯化后的污泥再次经受Ni²⁺冲击时的水处理效果
• 6.1.6 小结
• 2+对HYBAS反应器的影响'>6.2 持续添加Ni²⁺对HYBAS反应器的影响
• 2+持续作用下的HYBAS反应器处理效果'>6.2.1 Ni²⁺持续作用下的HYBAS反应器处理效果
• 2+持续作用下的污泥EPS和沉降性能的变化情况'>6.2.2 Ni²⁺持续作用下的污泥EPS和沉降性能的变化情况
• 6.2.3 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 攻读博士期间完成的学术论文
• 致谢