外循环三相流化床—人工湿地系统处理垃圾渗滤液研究

论文摘要

随着对污水处理研究的不断深入,越来越多新型的反应器在污水处理中获得用应,外循环三相流化床作为其中一种非常有潜力的反应器在近期被应用,以其微生物活性强,生物量大,处理能力大,抗冲击负荷能力强,占地面积小,能耗低,床内各相混合均匀,传质效果好的有点,为越来越多的人们所关注。对垃圾渗滤液的处理一直被人们所关注,因为其成分复杂,污染物浓度大,处理难度大,很多研究者对其进行处理。本论文简介了国内外应用的流化床反应器的研究成果,介绍其研究的进展情况,并总结了目前研究中存在的问题,提出了有待进一步研究的方向。首先对自主设计的外循环三相流化床的启动挂膜进行研究,主要探讨污泥投加量和碳氮比（C/N）对挂膜的影响。结果表明,温度t 20-30℃,活性炭载体粒径r0.125-0.5mm时,污泥投加量为2g·L-1比5g·L-1更有利于挂膜;C/N在8-12之间时流化床挂膜最快,C/N≥14时流化床挂膜困难,易出现污泥膨胀。在挂膜成功的基础上,研究水力停留时间（HRT）对反应器内悬浮生物量和膜生物量的影响,HRT越长悬浮生物量越大,膜生物量在HRT由1-3h时,也随HRT的增长而增加,HRT超过5h时,膜生物量随HRT增长相应减少,HRT在4-5h时,两者达到平衡。然后利用模拟废水对外循环三相流化床的最佳操作条件进行了确定,并对条件下三相外循环流化床的脱氮影响因素进行研究,研究发现,在三相外循环硫化床反应器中影响其脱氮的因素主要有C/N、pH和曝气率,当C/N为7时,反应器出水中有大量氨氮,原因是碳源不足,同时硝化反硝化不能充分进行,C/N为19时,出水氨氮含量非常低,但COD含量较高,C/N为12时,出水氨氮含量也较低,并且COD的含量较C/N为19时,有大幅度下降,相比较之下,C/N为12更合适,pH是非常重要的影响因素,在膜反应器中,适合的pH不仅能使反应器的效率发挥到极致,而且影响到膜反应器运行的成败,因为pH直接影响到膜微生物生长的好坏。研究发现,最适宜三相外循环流化床运行的pH是在7.5～8.0之间,此时的同时硝化反硝化效果最好,当pH低于7.5时,出水中NO2--N和NO3--N的含量较高,当pH高于8.0时,同时硝化反硝化的效果也远没有在7.5～8.0之间时好,但pH高于9.5时,载体上的生物膜开始脱落。在该反应器中曝气率与DO存在一个正相关关系,由于反应器中载体的流化动力是由曝气提供的,曝气率同时影响DO和流化动力,曝气率过低,动力不足,载体不能完全流化,DO不足,硝化反应受到限制。曝气率过高,对载体上生物膜冲刷会造成生物膜脱落,同时影响反硝化效果。所以实验中我们发现当曝气率为0.06m3s-1是一个最适宜的值。最后将外循环流化床和人工湿地组成系统对垃圾渗滤液进行处理,主要探讨通过该组合工艺后,出水水质的变化,结果表明,进水COD4000mgL-1、NH4+-N300 mgL-1通过外循环流化床后,COD、NH4+-N分别稳定在1500 mgL-1和150 mgL-1左右;Cd、Zn、Pb含量也均稍有下降,通过人工湿地后,COD、NH4+-N则分别下降到200 mgL-1和10 mgL-1左右。Cd、Zn、Pb的含量在分别从进水的0.12 mgL-1、3.0 mgL-1、1.4 mgL-1下降到0.01 mgL-1、0.5 mgL-1、0.1 mgL-1左右。并通过不同植被的湿地进行横向比较,发现无论何种植被的湿地,对该组合工艺的处理效果影响不大。该组合工艺用来处理垃圾渗滤液在理论上是可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 流化床反应器的研究现状
• 1.2.1 流化床反应器的分类
• 1.2.2 新型生物流化床的研究与应用现状
• 1.3 渗滤液的处理现状
• 1.3.1 垃圾渗滤液处理的研究背景
• 1.3.2 垃圾渗滤液的产生
• 1.3.3 垃圾渗滤液的特性及其影响因素
• 1.3.4 垃圾渗滤液中的主要污染物
• 1.3.5 渗滤液的危害
• 1.4 垃圾渗滤液的处理技术
• 1.4.1 生物处理法
• 1.4.2 物理化学处理法
• 1.4.3 土地处理法
• 1.5 人工湿地简介
• 1.5.1 人工湿地的概念
• 1.5.2 人工湿地的特点
• 1.5.3 人工湿地的组成
• 1.5.4 人工湿地的类型
• 1.5.5 人工湿地的作用
• 第2章 实验的研究计划及路线
• 2.1 实验研究目的
• 2.2 实验研究技术路线
• 2.2.1 技术思路
• 2.2.2 技术途径
• 2.2.3 技术路线
• 2.2.4 实验实施方案
• 第3章 外循环三相流化床载体挂膜研究
• 3.1 三相流化床技术概述
• 3.1.1 技术背景及原理
• 3.1.2 外循环三相流化床的设计特点
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 实验水质
• 3.2.2 实验装置
• 3.2.3 测定项目及方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 污泥投加量对挂膜的影响
• 3.3.2 C/N 对挂膜的影响
• 3.3.3 HRT 对悬浮生物量和膜生物量的影响
• 3.4 分析
• 3.4.1 流化体系中的生物膜特征分析
• 3.4.2 pH 对生物膜影响分析
• 3.5 小结
• 第4章 外循环三相流化床的最佳操作条件的确定
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料与方法
• 4.3 同步硝化反硝化
• 4.3.1 同步硝化反硝化的概述
• 4.3.2 同步硝化反硝化的机理
• 4.4 实验结果与讨论
• 4.4.1 外循环三相流化床中C/N 对同步硝化反硝的影响
• 4.4.2 外循环三相流化床中pH 对同步硝化反硝的影响
• 4.4.3 外循环三相流化床中曝气率对同步硝化反硝的影响
• 4.5 分析
• 4.5.1 系统硝化与反硝化特性分析
• 4.5.2 温度对同步硝化硝化的影响
• 4.6 小结
• 第5章 外循环三相流化床-人工湿地系统处理渗滤液
• 5.1 引言
• 5.2 影响人工湿地除污能力的因素研究进展
• 5.2.1 湿地植物的种类
• 5.2.2 基质类型
• 5.2.3 水流方式
• 5.3 实验材料与方法
• 5.4 结果与讨论
• 4⁺-N 去除效果'>5.4.1 外循环流化床-人工湿地对 COD 和NH₄⁺-N 去除效果
• 5.4.2 外循环流化床-人工湿地对重金属（Cd、Zn、Pb）的去除效果
• 5.5 外循环三相流化床-人工湿地系统处理垃圾渗滤液的效益分析
• 5.5.1 环境效益分析
• 5.5.2 生态效益分析
• 5.5.3 经济效益分析
• 5.6 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表论文目录