应用动力学模型在活性污泥法处理工业废水中的风险分析研究

论文摘要

由于生产工艺的改进新增了一股高COD浓度的工业废水(其平均COD为400mg/l,最大值为2000mg/l),如建设新的处理系统将耗费千万的资金和占用大量土地。公司计划拟继续使用原有的延时曝气活性污泥法生活污水处理系统(BTS)进行处理,但在正式运行之前,必须对采用这种生活污水处理系统处理工业废水进行可行性研究。本文通过采用活性污泥的动力学模型和模拟,预测和分析了处理效果,并对可能产生的危害性后果进行了风险分析。此外,还探讨了将风险置于可控程度范围内的控制措施和条件。从现场的运行数据来看,原有的生活污水系统运行较为稳定,系统的处理负荷仍有一定的余量。为了建立生活污水和工业废水中COD的降解动力学模型,作者在实验室内通过SBR的运作方式分别进行了单独的生活污水和工业废水以及两者混合状态下的模拟试验,从而获得了不同条件下的COD降解动力学参数,进而对其最终降解情况进行了分析和预测。研究结果表明:(1)生活污水的降解性能良好,经过18小时曝气后,仅剩下不可降解COD约为26.0±12.0 mg/l。(2)工业废水中异丙醇成分的降解性能较好,其动力学参数和生活污水较为接近;但工业废水本身的生物降解性与生活污水和异丙醇相比较差,其动力学参数与二者相差也较大。这可能主要归结于其组分比较复杂。试验和模拟结果还显示,曝气18小时以后,工业废水中可降解部分COD基本上完全降解,剩余的不可降解COD约占原COD的11.40%。由于工业废水COD中含有23%的高分子环氧树脂,该部分为不可降解COD组分,因此部分环氧树脂可能被活性污泥所吸附、并可通过排泥得到去除。(3)将工业废水与生活污水混合后进行处理后发现,混合废水中COD去除速度介于两者单独处理时COD去除速度之间。试验和模拟结果表明:一般情况下,混合废水中可降解COD可以在原系统设定的水力停留时间内基本降解完毕;而在极端情况下,大量高COD浓度工业废水的引入可能对活性污泥产生较强的抑制作用,导致混合废水中COD的降解速度明显减缓,需要在比原系统水力停留时间(21小时)更长的曝气时间(模拟显示为48小时)条件下才能达到完全降解。从模拟所采用的模型来看,传统的静态模型在实际工作中仍具有一定的应用价值,其模拟精度较为满意,而且具有参数少、计算简单的优点,更加适合企业应用和实际问题的解决。其中,Eckenfelder模式和McKinney模式的模拟精度较高,其平均相对误差约为10%,而Monod模式的平均相对误差一般在20%以上。利用风险分析矩阵对采用现有生活污水处理系统处理生活污水和工业废水混合废水进行潜在风险因素进行分析后可知,其可能的危害性后果主要有“超标排放”,“污泥中毒”和“环境残留”。其风险评估结果分别为:“超标排放”和“污泥中毒”的风险度为中等,“环境残留”的风险度为低风险。但如采取相应控制措施以后(如监测工业废水原水、暂存高COD工业废水、混合其它低浓度废水、延长曝气时间等),“超标排放”和“污泥中毒”的风险度将由中等风险变为低风险。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 活性污泥法简介
• 1.1.1 活性污泥法
• 1.1.2 活性污泥系统的主要运行方式
• 1.1.3 延时曝气活性污泥法特点
• 1.2 活性污泥法动力学模型简介
• 1.2.1 酶促反应动力学公式（米—门公式）（Michaelis—Menton公式）
• 1.2.2 莫诺德（Monod）模式
• 1.2.3 Eckenfelder模式
• 1.2.4 McKinney模式
• 1.3 风险和风险分析
• 1.4 本课题的研究目的
• 第二章 试验设计和研究方法
• 2.1 试验设计
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 生活污水现场数据
• 2.2.2 工业废水相关数据
• 2.2.3 实验室模拟试验
• 2.2.4 实验室模拟试验步骤
• 2.2.5 风险分析
• 2.3 试验器材与分析方法
• 2.3.1 主要试剂
• 2.3.2 主要仪器及辅助用品
• 2.3.3 检测指标与分析方法
• 2.4 数据处理
• 2.4.1 动力学参数试验数据处理
• 2.4.2 混合废水试验拟合
• 2.4.3 模型评价
• 2.5 本章小结
• 第三章 现场污水处理系统的设计与运行
• 3.1 生活污水处理系统
• 3.1.1 现场概况
• 3.1.2 设计参数
• 3.1.3 系统组成
• 3.2 生活污水处理系统运行
• 3.2.1 运行参数设置
• 3.2.2 系统运行状况
• 3.3 本章小节
• 第四章 现场生活污水处理系统有机物去除模型与机理研究
• 4.1 生活污水COD来源以及组分分析
• 4.2 污泥浓度分析
• 4.3 生活污水COD去除的反应动力学模型及其模拟
• 4.3.1 模型推导与动力学参数的求取
• 4.3.2 COD去除情况模拟
• 4.3.3 模拟的准确性
• 4.4 模型比较与讨论
• 4.5 本章小节
• 第五章 现场活性污泥法系统处理工业废水过程中有机物去除模型与机理研究
• 5.1 工业废水COD组分分析
• 5.2 工业废水COD生物降解性讨论
• 5.3 工业废水COD去除机理分析
• 5.4 工业废水COD去除的反应动力学模型及其模拟
• 5.4.1 异丙醇废水试验和模拟
• 5.4.2 工业废水试验和模拟
• 5.4.3 模拟的准确性
• 5.5 模型比较与讨论
• 5.6 本章小节
• 第六章 现场系统处理工业废水的风险性分析
• 6.1 风险分析流程和方法
• 6.1.1 风险分析流程
• 6.1.2 风险分析方法
• 6.2 处理工业废水的风险
• 6.3 混合废水COD去除机理分析
• 6.4 混合废水COD去除试验与模拟
• 6.4.1 一般情况分析
• 6.4.2 极端情况分析
• 6.5 混合废水处理风险性分析
• 6.6 混合废水处理风险的应对措施和系统工艺优化的建议
• 6.7 本章小节
• 第七章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 致谢