城镇污水改进型UASB工艺处理及后续除氮系统研究

论文摘要

近年来,UASB反应器处理城镇污水已有广泛应用,但城镇污水经UASB反应器处理后COD仍较高,难以达到国家城镇污水处理厂排放标准,且出水硫化物浓度较高,研究表明经厌氧处理后出水COD有很大部分由硫化物贡献;再则厌氧生物处理对废水中的氨氮去除较少.设法改进厌氧处理工艺来降低出水COD对促进城镇污水厌氧处理的推广具有很大现实意义,再加上适当后续工艺解决出水中氨氮问题,从而使厌氧处理更好地应用于城镇污水处理。本研究探讨了加入铁刨花后UASB反应器出水硫化物去除状况和机理以及UASB反应器整体处理性能的改善,并且研究了电化学法和吸附法两种后续工艺对UASB反应器出水氨氮的去除状况及应用可行性。主要研究结果如下:1.向UASB反应器加入铁刨花后,其出水平均COD值、硫化物、SS分别为47、8和8 mg/L,较加入铁刨花前分别减少了55、12和13 mg/L,均达到国家城镇污水厂污染物排放一级A标准。铁刨花在UASB反应器中形成Fe2+,与硫酸还原所产生的S2-反应生成FeS沉淀,从而减少了出水硫化物浓度;溶解铁离子局部形成的水合化合物导致了出水SS、色度、浊度的减小,显著改善了出水表观性状。2.电化学反应器处理UASB反应器出水,氨氮去除效率随电流密度、氯离子浓度和水力停留时间增加而提高。当电流密度为15.4 mA·cm-2时,采用水力停留时间30、60、90分钟,出水氨氮分别降至17、10、5 mg/L,相应达到国家城镇污水二级、一级B、一级A排放标准;当水力停留时间为90分钟时,采用电流密度为7.6、11.6、15.4 mA·cm-2,出水氨氮可分别达到二级、一级B、一级A标准。实际运用中应根据能耗及排放标准等情况选择适合的工艺条件。废水初始COD浓度对氨氮电化学去除有一定影响,COD含量越高,氨氮的去除速率越慢,反之氨氮去除速率越快。3.静态吸附研究中,沸石、Na-沸石及蛭石、Na-蛭石对氨氮的吸附符合Freundlich、Langmuir等温式,更适用于Langmuir等温式。沸石、Na-沸石的静态饱和吸附量分别为8.09、13.55 mg/g,远高于蛭石。沸石钠型改性显著提高其吸附容量和吸附效果,具有很高的应用价值。动态吸附吸附柱吸附率与进水氨氮浓度有关,氨氮进水浓度增大,沸石吸附达饱和的时间减短。首次提出电化学再生饱和沸石新工艺,采用电化学再生仅需3 h,而采用NaCl再生213 mg/L浓度的氨氮溶液需15 h,采用NaCl+NaOH（重量比为3:7）再生也需要3.5 h,且由于电化学过程将氨氮氧化成氮气,解决了再生废液的处理困难,实现无氨氮排放。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 英文简写一览
• 第1章 绪论
• 1.1 我国城镇污水处理的现状及存在的问题
• 1.2 城镇污水厌氧处理状况
• 1.2.1 我国城镇污水厌氧处理的必要性
• 1.2.2 厌氧生物处理工艺的分类和比较
• 1.2.3 城镇污水厌氧生物处理（UASB反应器）中存在的问题
• 1.2.3.1 UASB反应器处理城镇污水的缺陷
• 1.2.3.2 UASB反应器中硫化物的去除研究现状
• 1.3 厌氧处理出水的后续处理
• 1.3.1 电化学处理城镇污水研究现状
• 1.3.1.1 电化学法在废水处理中的应用
• 1.3.1.2 电化学法除氨氮研究现状
• 1.3.2 氨氮吸附去除研究现状
• 1.3.2.1 氨氮吸附工艺概述
• 1.3.2.2 沸石的基本性质及吸附机制
• 1.3.2.3 沸石吸附氨氮的影响因素
• 1.4 小结
• 1.5 本研究的目的和意义及内容
• 1.5.1 研究背景
• 1.5.2 研究目的和意义
• 1.5.3 研究内容
• 1.5.4 课题来源
• 第2章 实验设备及分析方法
• 2.1 试验装置与试验用水
• 2.1.1 UASB反应器装置结构及工艺流程
• 2.1.2 间歇性试验电化学装置及工艺流程
• 2.1.3 电化学再生实验装置
• 2.1.4 实验用水
• 2.1.4.1 UASB反应器实验用水
• 2.1.4.2 UASB后续系统实验用水
• 2.2 试验测试项目及分析方法
• 第3章 投加铁刨花前后UASB反应器处理城镇污水
• 3.1 概述
• 3.2 反应器启动及运行工况
• 3.3 投加铁刨花前后试验结果与讨论
• 3.3.1 加铁刨花前后出水COD值的变化情况
• 3.3.2 反应器中硫化物以及硫酸盐状况
• 3.3.2.1 硫化物处理效果分析
• 3.3.2.2 硫酸盐处理效果分析
• 3.3.3 硫化物与铁离子关系探讨
• 3.3.3.1 硫的物料衡算
• 3.3.3.2 亚铁离子浓度变化情况
• 3.3.4 SS、浊度和色度等去除效果
• 3.4 小结
• 第4章 后续电化学装置处理UASB反应器出水
• 4.1 间歇性实验
• 4.1.1 挥发实验
• 4.1.2 UASB出水在不同电流密度下的电化学处理
• 4.1.3 氯离子浓度对电化学法处理氨氮的影响
• 4.2 连续性实验
• 4.2.1 停留时间对处理效果的影响
• 4.2.2 电流密度对处理效果的影响
• 4.2.3 氯离子浓度对处理效果的影响
• 4.3 不同初始COD浓度对电化学处理的影响
• 4.3.1 间歇性实验
• 4.3.2 连续性实验
• 4.4 小结
• 第5章 氨氮吸附去除研究
• 5.1 试验目的和方法
• 5.1.1 试验目的
• 5.1.2 试验方法
• 5.1.2.1 吸附材料改性方法
• 5.1.2.2 吸附平衡时间的确定与吸附动力学机理的讨论
• 5.1.2.3 静态吸附实验
• 5.1.2.4 动态吸附实验
• 5.2 吸附平衡时间的确定及吸附动力学机制的讨论
• 5.2.1 吸附平衡时间的确定
• 5.2.2 吸附动力学机理的讨论
• 5.2.3 静态吸附实验
• 5.2.3.1 Freundlich吸附等温式
• 5.2.3.2 Langmuir吸附等温式
• 5.3 动态吸附实验
• 5.3.1 实验参数设计
• 5.3.2 吸附速率常数、吸附容量的确定
• 5.4 实际UASB反应器出水处理以及饱和沸石电化学再生
• 5.4.1 实际UASB反应器出水处理
• 5.4.2 饱和沸石电化学再生
• 5.5 小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 附录
• 致谢