生物滤池—生态砾石床联用处理硝酸盐微污染地表水研究

论文摘要

近年来,我国的重点湖库富营养化问题依然非常严重,几大主要的城市内湖基本都处于富营养化状态,如杭州西湖、昆明滇池等。大型湖泊目前主要的治理措施包括流域截污纳管、底泥疏浚、渔业调控、湖滨湿地恢复及引水工程等。其中引水工程主要是指从外部引入大量清洁水作为补充水源,从而改善湖泊的水体状况,目前引水工程已经成为一种重要的水质保持手段,在工程实践中得到了越来越多的应用。但是引水水源往往也会受到流域面源的污染,普遍存在硝酸盐氮含量偏高的问题,这是我国湖泊治理引水方案中存在的一个共性问题,亟待开展针对性的科学研究。本研究围绕硝酸盐微污染引水的治理,采用生物滤池-生态砾石床联用工艺和外加乙醇作为有机碳源的方式进行了一系列反硝化效能试验。发现在C/N（CODcr/NO3--N）=6:1,水力负荷为2m3/（m2·h）,水温为16℃的条件下,采用接种挂膜方式,历时约16天NO3--N的去除率就达到80%以上。C/N对于生物滤池-生态砾石床工艺反硝化运行是一个重要的参数,研究结果表明,在水力负荷为4m3/（m2·h）,水温为2025℃,C/N为6:1的条件下,在生物滤池-生态砾石床中,NO3--N去除率不足60%,出水NO2--N积累量达到0.29mg/L,系统内的有机碳源不足。当C/N提高到8:1时NO3--N平均去除率在77.7%左右,生物滤池出水中NO2--N平均浓度为0.18mg/L,生态砾石床出水NO2--N平均浓度在0.10mg/L左右,可见此时碳源仍然是反应器反硝化的限制条件。当C/N为10:1时,生物滤池-生态砾石床中硝酸盐氮去除率都达到90%以上,整个反应器出水NO2--N浓度在0.05mg/L以下,并且出水CODcr与进水相近,碳源的加入并未引入碳污染。因此为了在反硝化过程中取得较好的NO3--N去除率和降低NO2--N的积累,以乙醇作为外加碳源应使C/N约为10。对于210℃的低温条件下,生物滤池-生态砾石床反硝化脱氮效能受到严重抑制,在水温1317℃范围内,可以实现60%的NO3--N的去除率。当温度升至20℃的条件下,生物滤池-生态砾石床中,NO3--N去除率高于90%,出水NO2--N积累量低于0.05mg/L,温度不再是反应器脱氮效能的影响因素。在水温为2025?C,进水负荷在8m3/（m2·h）以下时,生物滤池-生态砾石床对NO3--N的去除率均能达到90%以上,当水力负荷增加到10m3/（m2·h）时,生物滤池-生态砾石床对硝酸盐氮的去除率下降到67%左右,出水亚硝酸盐氮积累达到0.12mg/L,经过核算,反应器在水力负荷8m3/（m2·h）达到了最大脱氮能力。反应器单位时间内水头损失随着温度的增加而增加,反冲洗频率随着温度的增加而逐渐频繁,水温在25℃以上时,反冲洗频率基本上为2天一次,本试验采用气水联合三段反冲洗的方式,实施反冲洗后,系统的反硝化效能大约经过90min内可以恢复到反冲洗前的水平。反应器在停运30天后,在未投加菌种的情况下,反应器可在重新启动14天后达到稳定状态,反硝化性能良好。此外,在碳源充足条件下对脱氮生物滤池进行了基于Monod方程的反硝化动力学模拟,模拟值与实测值具有良好的吻合度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 地表水脱氮的技术
• 1.2.1 物化技术
• 1.2.2 反硝化技术
• 1.3 生物滤池技术综述
• 1.3.1 生物滤池发展历史
• 1.3.2 生物滤池主要形式
• 1.3.3 生物滤池的应用
• 1.4 研究目的与意义
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 研究目的与意义
• 1.5 研究内容与技术路线
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 技术路线
• 第二章 试验材料与方法
• 2.1 试验装置与仪器
• 2.1.1 试验装置
• 2.1.2 试验设备与仪器
• 2.2 实验用水水质
• 2.3 主要常规分析项目
• 第三章 生物滤池-生态砾石床工艺挂膜启动
• 3.1 实验现象
• 3.2 实验结果分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 生物滤池-生态砾石床脱氮效能的研究
• 4.1 不同C/N 对系统的影响
• 3^--N 和N0₂^--N 的影响'>4.1.1 不同C/N 对系统脱除N0₃^--N 和N0₂^--N 的影响
• 4⁺-N 的影响'>4.1.3 不同C/N 对系统脱除NH₄⁺-N 的影响
• 4.1.4 不同C/N 条件下反应器内CODcr 的变化情况
• 4.2 不同温度条件下对反应器脱氮效能的影响
• 3^--N 和N0₂^--N 的影响'>4.2.1 不同温度条件下对系统脱除N0₃^--N 和N0₂^--N 的影响
• 4⁺-N 的影响'>4.2.2 不同温度条件下对系统脱除NH₄⁺-N 的影响
• 4.3 不同水力负荷下对反应器脱氮效能的影响
• 3^--N 的影响'>4.3.1 不同水力负荷条件下对反应器脱除N0₃^--N 的影响
• 2^--N 的影响'>4.3.2 不同水力负荷条件下对反应器脱除N0₂^--N 的影响
• 4⁺-N 的影响'>4.3.3 不同水力负荷条件下对反应器脱除NH₄⁺-N 的影响
• cr 的影响'>4.3.4 不同水力负荷条件下对反应器脱除COD_cr的影响
• 4.4 不同水质指标沿程变化
• 4.4.1 不同C/N 比条件下水质指标沿程变化
• 4.4.2 不同水力负荷条件下污染物沿程变化
• 4.5 反冲洗
• 4.5.1 运行周期的确定
• 4.5.2 反冲洗强度的确定
• 4.5.3 反冲洗对生物滤池处理效能的影响
• 4.6 重新启动
• 3^--N 浓度变化'>4.6.1 重新启动时期反应器出水N0₃^--N 浓度变化
• 2^--N 浓度变化'>4.6.2 重新启动时期反应器出水N0₂^--N 浓度变化
• 4⁺-N 浓度变化'>4.6.3 重新启动时期反应器出水NH₄⁺-N 浓度变化
• 4.7 本章小结
• 第五章 生物滤池反硝化动力学研究
• 5.1 反应模型的建立
• 3^--N 降解动力学方程'>5.2 N0₃^--N 降解动力学方程
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 主要结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表和录用的论文
• 附件