臭氧化对污泥特性的影响及同步污泥减量工艺研究

论文摘要

为实现水资源的可持续利用,必须加大污水处理率,保护水环境。就目前应用广泛的活性污泥法而言,在去除有机物的同时,也会产生大量的剩余污泥。目前传统的污泥处理处置方法成本较高,且传统的处理方法很难满足日益严格的环保法律法规。因此,剩余污泥的处理处置已经成为污水处理厂运行中的一大难题。为实现污水处理和污泥减量两大问题同时解决,结合MBR和臭氧各自的优点,开展了化学法和生物法相结合的污泥减量技术研究,对污泥臭氧化的特点及其对MBR运行效能的影响进行了考察。在不同臭氧浓度和不同作用时间下,系统地考察了臭氧化破解污泥对污泥混合液各项指标（MLSS、MLVSS、SCOD、TN、NH3-N、TP、pH、SOUR）的变化,并根据各指标的变化规律对臭氧化污泥反应的机理进行了探讨。并选取臭氧浓度和作用时间为主要影响因素,以混合液中SCOD的溶出量（ΔSCOD）为衡量臭氧化破解污泥效率的指标进行了36组实验,利用统计学对实验结果进行二元线性回归分析,建立了臭氧化破解污泥反应的数学模型。在此基础上,考察了MBR臭氧化同步污泥减量工艺（臭氧投加量为0.025 gO3/gSS）和对比工艺（MBR不加臭氧）相同条件下长期运行60 d的污泥产量和出水水质。研究结果表明:（1）臭氧具有很好的溶解细胞的作用,臭氧化后的污泥SCOD大大提高,重新作为底物供微生物生长,能实现污泥减量。在臭氧浓度为40.25 mg·L-1的作用过程中,SCOD从开始的7 mg·L-1增加到306.7 mg·L-1,增长了43倍。混合液中TN、TP也在臭氧化作用下产生升高的现象。（2）臭氧化使得污泥混合液pH和污泥活性（SOUR）均有下降的趋势,但在低臭氧浓度0.03 gO3/gSS时,SOUR从9.92 mgO2/gVSS·h下降为6.45mgO2/gVSS·h,微生物活性仅下降了35%。（3）以臭氧浓度（C）和作用时间（t）为自变量,以ΔSCOD为因变量建立的反应数学模型为ΔSCOD= k0×C4.106×t1.276。且影响臭氧化破解污泥反应效率的因素的大小顺序为:臭氧浓度>作用时间。（4）在运行的60 d内,两系统除取样外均未向外排泥,对比工艺污泥浓度从开始的6284 mg·L-1增加到11410 mg·L-1,污泥浓度增长了5126 mg·L-1。而臭氧化同步污泥减量工艺从开始的6223 mg·L-1增加到6736 mg·L-1,污泥浓度只增长了513 mg·L-1。对比工艺的污泥产率系数Yobs为0.1147,臭氧化同步污泥减量工艺的污泥产率系数Yobs为0.0096,均大大小于传统的活性污泥工艺的污泥产率系数。而臭氧化同步污泥减量工艺的污泥产率接近于污泥零排放。（5）臭氧化同步污泥减量工艺膜出水COD、NH3-N、TP质量浓度均高于对比工艺。其中TP约高出一倍,但维持在3.5 mg·L-1以下。臭氧化对COD和NH3-N的去除效果影响不大,平均去除率分别为92.43%和95.7%。本文所采用的臭氧化同步污泥减量工艺不同于传统的臭氧溶胞技术中的污泥回流,臭氧直接加入到MBR中,不需要建臭氧反应池,节约占地面积和基建费用。MBR臭氧化同步污泥减量工艺的提出并实验证明其具有一定的可行性,这对该技术的工业推广具有重要的现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 提高污水处理率是保护水环境的有效手段
• 1.1.2 剩余污泥是活性污泥法的瓶颈
• 1.1.3 污泥减量化的意义
• 1.2 剩余污泥减量化技术的基础
• 1.3 剩余污泥减量化技术的研究进展
• 1.3.1 基于强化隐性生长的减量化技术
• 1.3.2 基于解偶联生长的减量化技术
• 1.3.3 微型动物捕食
• 1.4 臭氧化污泥减量技术的理论基础
• 1.4.1 臭氧的性质
• 1.4.2 臭氧在水溶液中的反应机理
• 1.4.3 臭氧化污泥减量的原理
• 1.5 臭氧化污泥减量技术的研究进展
• 1.5.1 臭氧化污泥的性状变化
• 1.5.2 臭氧化污泥减量效果的影响因素
• 1.5.3 污泥臭氧化对出水水质的影响
• 1.6 课题来源、研究内容和技术路线
• 1.6.1 课题来源
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 技术路线
• 1.7 本研究的创新点
• 1.8 小结
• 第2章 材料与方法
• 2.1 装置及仪器
• 2.1.1 装置
• 2.1.2 仪器
• 2.1.3 药剂
• 2.2 材料
• 2.2.1 污泥
• 2.2.2 废水
• 2.2.3 臭氧
• 2.3 方法
• 2.3.1 污泥臭氧化静态实验
• 2.3.2 MBR臭氧化同步污泥减量工艺实验
• 2.3.3 分析指标和测定（表征）方法
• 2.3.4 数据处理图象绘制
• 第3章 臭氧对活性污泥性状的影响及机理分析
• 3.1 污泥臭氧化效率的影响因素
• 3.2 MLSS、MLVSS和SCOD的变化
• 3.2.1 MLSS和MLVSS的变化
• 3.2.2 SCOD的变化
• 3-N和TN的变化'>3.3 NH₃-N和TN的变化
• 3.4 TP的变化
• 3.5 pH的变化
• 3.6 SOUR的变化
• 3.7 污泥臭氧化的机理分析
• 3.8 小结
• 第4章 臭氧化破解污泥反应数学模型及因素程度分析
• 4.1 衡量臭氧化破解污泥效果指标的选取
• 4.2 臭氧化破解污泥数学模型的建立
• 4.2.1 SCOD溶出量的变化特征
• 4.2.2 数学模型的建立
• 4.3 小结
• 第5章 MBR臭氧化同步污泥减量工艺的运行效能
• 5.1 同步污泥减量的可行性分析
• 5.2 臭氧化对污泥产量的影响
• 5.3 臭氧化出水水质的影响
• 5.3.1 臭氧化对出水COD的影响
• 3-N的影响'>5.3.2 臭氧化对出水NH₃-N的影响
• 5.3.3 臭氧化对出水 TP的影响
• 5.4 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果