昆船工业区生活污水处理站曝气池水深与曝气效果关系的研究

论文摘要

在好氧生物处理中,氧的供给是一个很重要的环境条件。因此,曝气成为进行生物处理的核心环节。目前最广泛采用鼓风曝气供氧,即鼓风机所提供的压缩空气通过安装在曝气池内的曝气器（扩散器）以气泡的形式转移到池水中,为微生物生化反应提供所需要的溶解氧,同时起到曝气池混合液的搅拌作用,保证污水的充分混合,使活性污泥处于悬浮状态,有利于泥、水、气三相的充分接触,保证活性污泥充分利用水中的溶解氧来分解有机污染物和含N、P的营养物,因此,曝气效果的好坏会极大地影响生物处理系统的效率。同时,曝气又是一个高耗能的过程,因而它在污水处理成本中占有很大的比重。此外,污水生化处理中,处理构筑物—曝气池内的水深也直接影响着污水处理的成本。因此,有必要探索曝气池水深与曝气效果之间的关系,寻找曝气池适宜的运行水深,使其运行在最佳状况下,进而使整个污水处理系统达到处理效率高、投资省、运行费用低的目的。为此,本课题以昆明船舶工业区生活污水处理站中的安装有膜片盘式微孔曝气器的曝气池为基础展开研究。该曝气池池深为7.5米,水深7.2米。针对曝气池的启动及稳定过程,通过观察活性污泥的特性以及曝气池运行状况的变化,分析曝气池启动过程以及完成的标志;在生活污水处理站稳定运行期间,通过定期对COD、BOD5、SS、TN、TP等各项指标的检测,来判断曝气池对其处理效果及此处理效果占整个污水处理站的处理效果的百分比;然后就曝气池水深与曝气效果的关系,在两个曝气池内分别设置5个监测点,其中1#曝气池内监测点的位置分别在水深6.7米、4.7米、2.7米、1.2米和0.2米处,而2#曝气池内监测点的位置分别在水深6.7米、5.1米、3.4米、1.7米及0.2米处,通过研究氧转移速率、MLSS、SV、SVI、COD去除率及COD去除—污泥负荷在不同监测点处的变化规律,寻找此类生活污水站中曝气池适宜的运行水深。最后计算曝气系统在此水深下的运行成本并将其与现有条件下的曝气系统的运行成本进行比较。以上研究为昆明船舶工业区生活污水处理站的运行提供经验数据,并为类似生活污水处理系统的设计、建设和运行,提供曝气池深度方面的可靠、有效的数据和工程实践经验。通过对曝气池的启动及稳定过程进行研究,实验结果表明:采用自然培菌的方法,通过近3个半月的污泥培养,可顺利完成工艺中的微孔曝气池的启动。此时,1#与2#微孔曝气池的污泥浓度分别达到1 288.8 mg/L和2 275.0mg/L,且镜检生物相丰富。在微孔曝气池的启动前期氨氮的去除率不高,这是由于在此期间曝气池内水温较低所致。曝气池出水中DO含量和pH的变化可以反映有机物的氧化和硝化作用的进程。其中COD去除量与DO增量以及NH3-N去除量与DO增量均存在较明显的负线性相关性,关系曲线方程分别为:y=-0.0128x+7.0376和y=-0.053x+5.5073。其关联度分别为R2=0.8609和R2=0.9082。NH3-N去除量与pH增量也存在明显的负线性相关性,关系曲线方程为y=-0.0056x+0.1378,关联度为R2=0.8506。在曝气池的启动后期,COD及NH3-N的去除量保持相对稳定,直至COD及NH3-N的去除率分别达到78.4%和75.7%,标志着曝气池启动过程的完成。稳定运行阶段,污水处理站对COD、BOD5、SS、TN、TP的平均去除率分别达到84.9%、91.0%、86.6%、69.2%和72.6%,其中曝气池对它们的平均去除率分别为69.3%、67.0%、57.7%、26.1%、79.8%,分别占总去除率的51.0%、32.8%、38.9%和21.6%,而曝气池对TP的去除率要高于整个生活污水站对其的去除率。通过对曝气池水深与曝气效果的关系进行研究,综合比较两个曝气池的实验结果,可得:各个监测点处的氧转移速率随着水深的增加而逐渐变大;对7.2米水深的曝气池,在单位时间内转移到每一层水体中氧量随着深度的增加而增大,在1#曝气池中,传递至6.7米水深附近水层中的氧量最大,为1.32kgO2/h,2#曝气池中传递至6.7米水深附近水层中的氧量最大,为1.29kgO2/h;在水深4.7米～5.1米之间,污泥浓度保持最大,相应地,活性污泥微生物量最多,有利于有机物降解反应的进行。同时在此水深范围内,污泥沉降比最大,污泥体积指数均小于100mL/g,说明此处污泥的结构紧密、凝聚、沉淀性能好,此外,COD的去除率也最高。同时还得出在曝气池不同水深处的污泥体积指数比较稳定的状态下,污泥沉降比与污泥浓度之间的关系为线性关系,1#曝气池中,不同水深处的污泥沉降比与污泥浓度的关系曲线为y=175.56x-1674.9,其关联度为R2=0.945,2#曝气池中,不同水深处的污泥沉降比与污泥浓度的关系曲线为y=144.77x-851.47,其关联度为R2=0.9194。然而在1#和2#微孔曝气池中,COD去除—污泥负荷的变化趋势不同,1#池中的趋势为先增大再减小,2#池中为逐渐增大。在1#池中,水深4.7米处COD去除—污泥负荷的值最大,为0.56kgCOD/kgMLSS·d,而2#池中在水深6.7米处,其值达到最大,为3.1kgCOD/kgMLSS·d。综上所述,可得如下结论:在昆船生活污水处理站中的7.2米水深并已安装微孔曝气器的曝气池中,水深4.7米～5.1米之间的曝气效果最佳。假定工程中将曝气池建成5.0米水深,与现有水深下的曝气池比较,在电费方面,每年可以节省3.6万元。处理每方水的曝气费用仅为0.146元。建议此类生活污水处理站的微孔曝气池的适宜水深为5.0米。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 曝气方式概述
• 1.2.1 常规曝气方式概述
• 1.2.2 射流曝气
• 1.2.3 纯氧曝气
• 1.2.4 深井曝气
• 1.2.5 无泡曝气
• 1.3 鼓风曝气应用综述
• 1.3.1 鼓风曝气在国内城市污水处理厂的应用概述
• 1.3.2 鼓风曝气在国外城市污水处理厂的应用概述
• 1.3.3 鼓风曝气设备类型
• 1.4 研究的目的与内容
• 1.4.1 研究的目的与意义
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 本研究创新点
• 第二章 曝气的理论基础
• 2.1 氧转移原理
• 2.1.1 菲克（Fick）定律
• La'>2.1.2 双膜理论与氧总转移系数K_La
• 2.2 影响氧转移的因素
• 2.2.1 水温
• 2.2.2 水流形态
• 2.2.3 污水水质
• 2.2.4 污泥浓度
• 2.2.5 水深
• 2.2.6 污水需氧量
• 2.3 氧转移速率的计算
• 2.4 膜片微孔曝气器的溶氧充氧过程
• 2.5 曝气设备充氧性能主要评价指标
• 第三章 实验组织与实施
• 3.1 实验时间及地点
• 3.2 污水来源及进水水质参数
• 3.3 昆船工业区生活污水处理站工艺简介
• 3.4 实验设施及仪器
• 3.5 实验方法
• 3.5.1 微孔曝气池中污泥的培养
• 3.5.2 微孔曝气池对昆船工业区生活污水的处理
• 3.5.3 微孔曝气池水深与曝气效果的关系研究
• 3.6 实验检测指标的理论依据与检测方法
• 第四章 微孔曝气池启动及稳定过程的研究与分析
• 4.1 概述
• 4.2 微孔曝气池启动过程研究
• 4.2.1 微孔曝气池中活性污泥的培养
• 4.2.2 微孔曝气池启动过程中污泥特性及生物相
• 4.2.2.1 污泥增长及物理特性变化
• 4.2.2.2 污泥生物相
• 4.2.3 COD去除效果的变化
• 4.2.4 氨氮去除效果的变化
• 4.2.5 曝气池进出水DO和pH的变化
• 4.3 微孔曝气池稳定运行阶段研究
• 4.3.1 COD的去除情况
• 5的去除情况'>4.3.2 BOD₅的去除情况
• 4.3.3 SS的去除情况
• 4.3.4 TN的去除情况
• 4.3.5 TP的去除情况
• 4.4 本章小结
• 第五章 微孔曝气池深度与曝气效果关系的研究
• 5.1 概述
• 5.2 微孔曝气池中水深变化对氧转移速率的影响
• 5.3 微孔曝气池中水深变化对污泥性能的影响
• 5.3.1 微孔曝气池中混合液污泥浓度随水深的变化
• 5.3.2 微孔曝气池中污泥沉降比随水深的变化
• 5.3.3 微孔曝气池中污泥体积指数随水深的变化
• 5.3.4 微孔曝气池中不同水深处污泥沉降比与污泥浓度之间的关系
• 5.4 微孔曝气池中水深变化对COD去除-污泥负荷的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 技术经济成本分析
• 6.1 概述
• 6.2 两种水深条件下曝气系统的运行成本比较
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文目录