污水SBR系统对Cd、Pb胁迫的响应

论文摘要

污水生物处理是改善小城镇水质、保证小城镇水环境安全的重要途径之一。提高处理效率、降低处理成本、保障处理的和谐运行是污水生物处理自始至终所追求的目标。在影响污水生物处理的因素中,重金属等有毒物质的研究工作较为薄弱。另一方面,考虑到小城镇污水自身的特点,SBR法作为小城镇污水处理的工艺,具有较强的竞争能力。由于小城镇经济能力有限,排水系统不健全,乡镇工业废水和部分径流污水时常混合排入下水道,致使水质变化过快,对污水生物处理的运行带来一定的影响,因此,最大限度地减轻外来有毒物质对生物处理的影响,己成为目前污水生物处理的基本任务之一。 试验从实际需要出发,将小城镇污水的SBR（sequencing batch reator,序批式活性污泥法）处理与重金属等有毒物质的胁迫耦合起来,通过模拟试验,研究了以Cd、Pb为代表的重金属对污水SBR系统运行的影响。考虑到目前小城镇污水处理的目标层次差异,试验设定了两种SBR运行模式,即基于COD去除的SBR工艺与基于脱氮除磷的SBR工艺。通过一系列研究,在理论上可以丰富水处理工程毒理学的内容,在实践上可为小城镇污水的深度处理提供科学依据。 试验根据典型生活污水成分及排放标准,采用分析纯化学试剂配置模拟污水,同时自行设计四套并联自制SBR反应器（单套尺寸250mm×250mm×440mm、有效容积25L）,接种某污水处理厂（氧化沟工艺）曝气池中的活性污泥,将污泥进行驯化培养,直至污泥性能较好,活性较高,从而保证SBR系统的稳定运行。 试验首先确定了两种处理目标下的SBR运行的标准时序工况。在基于COD去除的工艺中,设计运行周期240min、360min、480min等3组,每组按进水、曝气、沉淀、排水和闲置分别占整个运行周期的25%、35%、20%、15%和5%设定时段,并又分静止进水、非限制性进水加搅拌曝气、搅拌进水加搅拌曝气、搅拌进水加曝气等4种方式。综合考虑运行效率和运行成本,采用极差化转换去除指标量纲的影响,从上述组合的12种工况中确定标准时序为:运行周期240min,其中搅拌进水60min、曝气84min、沉淀48min、排水36min、闲置12min。在基于脱氮除磷的4种工艺中,确定标准时序为:运行周期600min,其中搅拌进水60min、曝气270min、停曝搅拌120min、沉淀120min、排水30min。 鉴于DO含量是SBR处理系统中一个很重要的参数,为了保证SBR系统的正常供氧水平,在标准时序的基础上,分别间隔5min和10min时段,监测了SBR系统中DO的含量,发现无论是COD去除工况,还是脱氮除磷工况,DO的动态变化都是一个三段函数,并且与污水生物处理中各功能微生物的增长、主要污染物的去除机制非常耦合。 在COD去除的标准时序工况下,设定0、0.05、0.1、0.5、1.0、2.0、3.0、5.0、7.5、10.0mgL1的外加Cd2+浓度和0、1.0、3.0、5.0、7.0、11.0、13.0、15.0、17.0、19.0、25.0、30.0、

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 文献综述
• 1.1 污水中重金属的源和汇
• 1.2 污水生物处理中重金属的正效应
• 1.2.1 痕量金属是微生物的营养物质
• 1.2.2 痕量金属为活性污泥生长所必需
• 1.3 污水生物处理中重金属的负效应
• 1.3.1 重金属对污水生物处理系统的影响
• 1.3.2 重金属对处理系统中关键生物的影响
• 1.4 污水生物处理中重金属的毒性机理
• 1.5 影响重金属生物毒性的因素
• 1.5.1 酸度对重金属毒性的影响
• 1.5.2 无机物对重金属毒性的影响
• 1.5.3 有机物对重金属毒性的影响
• 第2章 引言
• 2.1 研究目的与意义
• 2.2 主要研究内容
• 2.2.1 污水SBR系统标准时序的确定
• 2.2 2 污水SBR系统氧气传质的动力学特征
• 2.2.3 Cd、Pb对SBR系统的临界胁迫浓度的确定
• 2.2.4 Cd、Pb胁迫下COD、N去除的动力学特征
• 2.2.5 Cd、Pb胁迫下SBR系统污泥重金属的积累
• 2.3 研究技术路线
• 第3章 材料与方法
• 3.1 供试材料
• 3.1.1 活性污泥
• 3.1.2 试验配水
• 3.1.3 Cd、Pb溶液
• 3.2 试验装置
• 3.3 试验设计与方法
• 3.3.1 活性污泥驯化
• 3.3.2 基于COD去除的SBR运行工况的优化
• 3.3.3 Cd、Pb胁迫对SBR系统COD去除效率的影响
• 3.3.4 Cd、Pb胁迫对SBR系统COD去除动态的影响
• 3.3.5 基于脱氮除磷的SBR运行工况的优化
• 3.3.6 Cd、Pb胁迫对SBR系统脱氮除磷效率的影响
• 3.3.7 Cd、Pb胁迫对SBR系统氮去除动态的影响
• 3.3.8 污水SBR系统中DO的动态变化
• 3.3.9 Cd、Pb对污泥积累重金属的影响
• 3.4 测试分析方法
• 3.4.1 水质测定
• 3.4.2 污泥性能测定
• 3.4.3 Cd、Pb测定
• 3.5 数学分析方法
• 第4章 结果与讨论
• 4.1 污水SBR系统标准时序的确定
• 4.1.1 基于COD去除工艺的标准时序的确定
• 4.1.2 基于脱氮除磷工艺的标准时序的确定
• 4.2 污水SBR系统氧气传质的动力学特征
• 4.2.1 基于COD去除工艺的氧气传质的动力学特征
• 4.2.2 基于脱氮除磷工艺的氧气传质的动力学特征
• 4.3 Cd、Pb对SBR系统的临界胁迫浓度的确定
• 4.3.1 基于COD去除工艺的Cd临界胁迫浓度
• 4.3.2 基于COD去除工艺的Pb临界胁迫浓度
• 4.3.3 基于脱氮除磷工艺的Cd临界胁迫浓度
• 4.3.4 基于脱氮除磷工艺的Pb临界胁迫浓度
• 4.4 Cd、Pb胁迫下COD、N去除的动力学特征
• 4.4.1 Cd、Pb胁迫下COD去除的动力学特征
• 4.4.2 Cd胁迫下的脱氮动力学特征
• 4.4.2 Pb胁迫下的脱氮动力学特征
• 4.5 Cd、Pb胁迫下SBR系统污泥重金属的积累
• 第5章 结论与建议
• 5.1 研究结论
• 5.2 存在的不足与建议
• 参考文献
• 附录Ⅰ 缩略语表
• 附录Ⅱ 试验SBR装置
• 致谢
• 发表论文及参加课题一览表
• 发表论文
• 参加课题