厌氧膨胀床处理城镇污水工艺和机理研究

论文摘要

厌氧处理工艺以其低能耗、建设和运行费用省、污泥产量低、占地面积少、能产生甲烷气体为能源回收提供可能等特点而成为一种可持续的污水处理技术。在我国一些气候适合的地区，利用厌氧工艺处理城镇污水将是一项很有吸引力的技术。厌氧处理与合适的后续处理相结合，不仅可以削减有机污染负荷，还可进一步净化城镇污水并达到严格的排放标准。本课题立足于目前的现状，研究了低能耗、易管理的厌氧膨胀床+接触氧化及厌氧膨胀床+土地处理组合工艺。通过小试实验研究了以颗粒污泥和矿化垃圾分别作为厌氧膨胀床生物载体处理城镇污水的效果，研究了进水COD波动、温度突变、进水SS等对反应器稳定性的影响；以中试装置及组合工艺研究了处理实际城镇污水的效果及机理，分析了颗粒污泥的特性，并对厌氧膨胀床的水力学特征和组合工艺能耗进行了探索。 以颗粒污泥与矿化垃圾分别作为厌氧膨胀床的污泥载体，对比研究了低浓度高上升流速和高浓度低上升流速两种启动方式，出水COD、颗粒污泥的生成量及粒径等表明，低浓度高上升流速启动要比高浓度低上升流速方式快10d使出水低于100mg／L。颗粒污泥床只需要45d顺利启动，矿化垃圾床需要55d才能成功启动。评价城镇污水厌氧可生化性的结果表明，厌氧处理可能达到的处理效率为81.5％；城镇污水中的悬浮物能通过吸附、拦截及降解作用较好地去除悬浮物，CODSS去除率稳定在60％左右。停留时间增加，COD去除率提高，停留时间（X）与有机负荷去除量（Y）的关系为：对颗粒污泥床反应器，Y=0.2619Ln（X）+2.1662；对矿化垃圾床反应器，Y=0.2715Ln（X）+1.9799。在系统长期运行时，厌氧膨胀床对进水COD变化有较好的适应能力。当温度发生变化，会对厌氧膨胀床系统的稳定性带来影响，但随着系统的逐步适应，会逐渐降低温度变化带来的影响。增加回流比、提高水流上升速度，可有效提高厌氧膨胀床降解效果。由于单位体积中颗粒污泥床比矿化垃圾床生物量要丰富，在面对温度变化、有机负荷冲击和水力负荷冲击时，颗粒污泥膨胀床适应能力较强；而由于在单位体积内矿化垃圾的Ca2+、Mg2+等阳离子要比颗粒污泥床反应器多，矿化垃圾膨胀床对磷的去除效果较好。 在现场建立了中试装置，具体探讨了低温下厌氧膨胀床启动和二次启动特性，并进一步考察了上升流速、停留时间、温度和碱度对厌氧膨胀床处理城镇污水的效果。在处理低温或常温的城镇污水时，当进水水力停留时间HRT为6hr，污泥膨胀床对进水中的COD去除率可达80—90％，实现了仅用厌氧膨胀床工艺一次性处理就能使出水COD值达到城镇污水二级排放标准的要求。在进行二次

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• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 城镇污水处理技术的发展和二级好氧生物处理的特点
• 1.2 城镇污水厌氧处理应用研究
• 1.2.1 城镇污水厌氧处理研究概述
• 1.2.2 城镇污水厌氧处理应用研究的反应器
• 1.2.3 城镇污水厌氧处理应用研究的主要问题及研究现状
• 1.3 厌氧反应器动力学模型研究
• 1.4 厌氧处理出水的后处理
• 1.5 问题的提出与研究内容
• 1.5.1 问题的提出及研究思路
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 试验的工艺流程、设备和试验方法
• 2.1 试验设备与材料
• 2.2 实验测试项目
• 2.2.1 最大比产甲烷速率测定
• 2.2.2 胞外聚合物（ECP）的测定
• 2.2.3 辅酶F420含量的测试
• 2.2.4 颗粒污泥的物理性质测定
• 2.2.5 COD、氮、磷的测定
• 第三章 厌氧膨胀床小试试验结果及分析
• 3.1 厌氧膨胀床小试装置启动研究
• 3.2 厌氧膨胀床小试装置处理模拟城镇污水研究
• 3.2.1 回流比对去除效果的影响
• 3.2.2 停留时间、容积负荷和水力负荷对去除效果的影响
• 3.2.3 冲击负荷对反应器稳定运行的影响
• 3.2.4 厌氧膨胀床后续接触氧化处理脱氮除磷的初步研究
• 3.3 厌氧膨胀床处理城镇污水适应性研究
• 3.3.1 系统对温度变化的适应性
• 3.3.2 系统对进水COD变化的适应性
• 3.3.3 系统对悬浮态COD的去除
• 3.3.4 城镇污水厌氧可生化性研究
• 3.4 小结
• 第四章 厌氧膨胀床中试试验结果及分析
• 4.1 厌氧膨胀床中试装置接种启动与运行
• 4.1.1 接种驯化期
• 4.1.2 稳定运行期
• 4.1.3 二次启动
• 4.2 工艺运行参数优化及影响因素分析
• 4.2.1 上升流速
• 4.2.2 水力停留时间
• 4.2.3 温度
• 4.2.4 碱度
• 4.3 本章小结
• 第五章 厌氧膨胀床污泥性状分析
• 5.1 反应器启动期污泥形态的变化与影响因素
• 5.1.1 污泥粒径变化
• 5.1.2 污泥活性
• 5.1.3 污泥中的金属元素
• 5.2 反应器稳定运行时污泥形态和性质变化
• 5.2.1 粒径变化
• 5.2.2 污泥总量变化
• 5.2.3 不同高度污泥量的变化
• 5.2.4 颗粒污泥产甲烷活性的变化
• 5.2.5 颗粒污泥结构的变化
• 5.2.6 颗粒污泥中辅酶的变化
• 5.2.7 颗粒污泥中胞外聚合物的变化
• 5.3 小结
• 第六章 厌氧膨胀床出水后续处理试验结果及分析
• 注：括号内数据为水温小于12℃时的控制指标。
• 6.1 接触氧化后续处理研究
• 6.1.1 接触氧化池的实验装置设计
• 6.1.2 接触氧化池的启动
• 6.1.3 停留时间对氨氮去除的影响
• 6.1.4 容积负荷对氨氮去除的影响
• 6.1.5 温度对氨氮去除的影响
• 6.2 土地法后续处理研究
• 6.2.1 复合垂直流土地处理系统实验装置设计
• 6.2.2 复合垂直流土地处理系统启动阶段
• 6.2.3 工况研究
• 6.2.4 硝化作用探讨
• 6.2.5 反硝化作用探讨
• 6.2.6 动力学研究
• 6.3 小结
• 第七章 厌氧膨胀床水力模型及组合工艺能耗分析
• 7.1 厌氧膨胀床反应器水力模型研究
• 7.1.1 RTD模型的引入
• 7.1.2 RTD模型的建立方法
• 7.1.3 试验内容
• 7.1.4 数据的无量纲化处理与分析
• 7.1.5 试验结果
• 7.2 厌氧膨胀床+后续处理组合系统能耗研究
• 7.3 本章小结
• 第八章 结论与建议
• 8.1 结论
• 8.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 个人简介
• 在读期间发表的学术论文与研究成果