新型生物膜反应器修复城市地表水的研究

论文摘要

针对地表水的污染状况,人们采用了不少修复方法,其中利用生物膜方法进行地表水修复具有效率高的特点。而生物膜活性的高低,往往与生物膜载体密切相关。目前国内外大多采用生物陶粒作为生物膜载体,但其存在流态和反冲洗的问题,并且结构复杂,操作管理不便。本课题采用蜂窝陶瓷作为生物膜载体,制成气升式内循环生物膜反应器并用来修复受污染的城市河道地表水。实验分别考察了不同条件下反应器的启动挂膜特性,结果表明蜂窝陶瓷非常有利于形成生物膜。通过该新型生物膜反应器处理受污染的地表水,考查了HRT与NH4+-N去除率之间的关系,并确定了最佳HRT为50min,此时反应器对NH4+-N、TP、CODCr、TOC、NO2--N、浊度的去除率分别为82.8～95.8%,2.1～45.6%,4.3～56.7%,6.6～37.7%,26.1～60.3%,10.9～80.8%,对难于生物降解的有机物UV254的去除率为3.7%～35.7%。此反应器与厌氧陶粒滤池组合连用,可最终去除水中总氮。实验中还重点考察了各种因素对氨氮去除的影响。通过实验还发现,蜂窝陶瓷载体的特殊结构和天然水体的来源导致其生物相极其丰富。分析结果表明陶瓷载体表面易于微生物附着,蜂窝增加了传质效果,这是该反应器能高效去除氨氮的主要原因。在实验室研究的基础上,将反应器进行放大研究,为工程实际应用提供了运行数据和参数。此外还将该新型生物膜反应器与流化床反应器在挂膜和去除氨氮效果方面做了比较研究,证明该反应器在水体修复方面,具有出水水质好、动力消耗低的特点。此外还分别将该新型生物膜反应器扩展应用于较高氨氮浓度水体的处理和城市污水处理厂出水的深度处理,均取得了较好的效果。实验证明,作为修复地表水的一种新型生物膜反应器具有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 水资源现状
• 1.1.1 水资源短缺
• 1.1.2 水环境污染
• 1.1.3 上海河道水污染状况
• 1.2 地表水处理技术
• 1.2.1 常规处理技术
• 1.2.2 深度处理技术
• 1.2.3 预处理技术
• 1.2.3.1 吸附预处理技术
• 1.2.3.2 化学氧化预处理技术
• 1.2.3.3 生物氧化预处理技术
• 1.2.3.4 生物接触氧化法
• 1.3 水源水与生物接触氧化
• 1.3.1 水源水生物接触氧化与处理工艺的特点
• 1.3.2 生物接触氧化工艺在水源水预处理上的优势和局限性
• 1.3.3 国内外在该方向的研究现状及应用情况
• 1.4 课题研究的目的及意义
• 1.5 课题研究的主要内容
• 1.6 本课题研究的创新点
• 1.7 课题研究方法
• 第2章 新型生物膜反应器及修复对象
• 2.1 实验装置
• 2.1.1 新型生物膜反应器
• 2.1.2 蜂窝陶瓷填料
• 2.2 反应器氧传递性能
• 2.2.1 原理与方法
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.3 待修复地表水介绍
• 2.4 本章小结
• 第3章 蜂窝陶瓷载体的挂膜特性
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 实验方法
• 3.1.2 检测项目及分析方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 自然挂膜连续运行方式挂膜及氮的转化
• 3.2.2 低温间歇运行挂膜和启动
• 3.2.3 运行方式对挂膜的影响
• 3.2.4 不同停留时间（HRT）对挂膜的影响
• 3.2.5 挂膜过程中生物相的变化
• 3.3 本章小结
• 第4章 生物膜反应器修复地表水
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 实验方法
• 4.1.2 检测项目及分析方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 反应器对氨氮的去除效果随停留时间的变化
• 4.2.2 反应器对有机污染物的去除效果
• 4.2.3 反应器中亚硝酸盐氮的变化
• 4.2.4 反应器对总磷的去除效果
• 4.2.5 反应器对浊度的去除效果
• 4.2.6 生物组合工艺对地表水的反硝化研究
• 4.3 本章小结
• 第5章 地表水中氨氮去除效果的影响因素
• 5.1 水力停留时间对氨氮去除的影响
• 5.2 pH 值与氨氮去除之间的关系
• 5.3 水温对氨氮去除的影响
• 5.3.1 间歇运行温度对反应器的影响
• 5.3.2 连续运行温度对反应器的影响
• 5.3.3 温度对生物膜的影响
• 5.4 进水氨氮质量浓度对氨氮去除的影响
• 5.5 溶解氧对氨氮去除的影响
• 5.5.1 曝气强度对反应器氨氮去除的影响
• 5.5.2 溶解氧对反应器氨氮去除的影响
• 5.5.3 溶解氧对生物膜的影响
• 5.6 载体结构的影响
• 5.7 本章小结
• 第6章 水体修复过程中生物膜的生长与生物相的分析
• 6.1 贫营养环境微生物
• 6.2 生物膜特征与除污染机理分析
• 6.2.1 生物膜特征
• 6.2.2 生物膜除污染机理
• 6.3 生物接触氧化法除氨氮过程机理分析
• 6.4 二级基质利用
• 6.5 生物膜生物相组成和生物群落
• 6.5.1 生物相随停留时间的变化
• 6.5.2 生物膜的形态
• 6.5.3 溶解氧的不同造成生物相的不同
• 6.5.4 载体的上部和下部生物相的不同
• 6.5.5 陶瓷蜂窝孔内部和陶瓷外部生物相的不同
• 6.5.6 厌氧段生物相
• 6.5.7 三相流化床的生物相
• 6.6 本章小结
• 第7章 反应器形式的放大与比较
• 7.1 反应器的放大
• 7.2 IAL-CHS 反应器与流化床在挂膜和氨氮去除方面的比较
• 7.3 本章小结
• 第8章 新型生物膜反应器用于其他废水的处理
• 8.1 生物膜反应器对氨氮浓度高的水体的处理效果
• 8.2 生物膜反应器用于城市污水处理厂出水的深度处理
• 8.3 本章小结
• 第9章 结论和建议
• 9.1 软体动物的影响及控制
• 9.2 生物反应器优点、缺点和开发的前景
• 9.2.1 IAL-CHS 生物反应器优点
• 9.2.2 IAL-CHS 生物反应器的缺点
• 9.3 对生物反应器的开发的建议
• 9.4 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士研究生期间发表的学术论文及专利