高负荷好氧——厌氧地下人工土渗滤系统在生活污水处理中的研究与应用

摘要

目前，我国中心城市的污水主要通过建设污水处理厂集中处理，其常规的工艺为活性污泥法和生物膜法。但城市污水处理厂存在建设和运行成本高，产生大量难以处置的污泥，处理过程中产生的恶臭会对周围居民生活环境带来不良影响等不足。对于农村和小城镇来说，不仅难以承受污水处理厂建设和运行带来的巨大经济压力，而且人居分散使污水的收集很困难。为了解决这一矛盾，迫切需要研究开发经济环保、低耗高能的污水现场处理技术。
　　 地下渗滤系统是污水土地处理系统的一种，它能够利用土壤-植物-微生物生态系统的自净能力净化污水，在处理污水的同时，污水中的营养物质和水还得以循环利用，由于整个系统居于地下，不会产生不良气味和滋生蚊蝇，无噪音，不影响表层土地的使用，不受气候条件限制，出水便于回用，它还有设备简单，能耗低等优点，体现了良好的环境和经济综合效益。因此，该技术正是适合我国国情的污水处理工艺技术之一。
　　 然而，传统的地下渗滤系统存在一些不足，如水力负荷低、占地面积大、易堵塞使用寿命短等，从而限制了其推广使用。针对以上情况，本研究从实际运用角度出发，上述问题，开发了一种高负荷好氧-厌氧地下人工土渗滤(UARI)系统。实验中设计并实施了UARI系统中试工程。工程中采用多层渗透性渐变的过渡结构填料和多层分散布水，使不溶悬浮物和其他污染物质充分分散，增大接触氧化表面积，同时设计夹层曝气，保证了系统内充足的氧含量，有效地提高了水力负荷、增强了处理效果、并延长系统的使用寿命。同时，对氮、磷等污染物质的去除机理进行了深入的研究和探讨，从微生物及酶活性角度对系统的运行情况进行了认识，探讨了本系统可能的堵塞原因，初步建立了污染物累积及堵塞模型。本研究得到了认识：
　　 (1)中试系统水力负荷达到40 cm/d，CODCr、BOD5、TN、NH4+、TP、TSS的去除率分别达到了76.7～89.1％、83.3～92.5％、50.3～62.1％、65.2～79.6％、75.4～90.1％、77.0～91.3％，且各项出水指标均达到相应的污水排放标准。预处理系统在其中起了很重要的作用。
　　 (2)通过对土柱进行落干和未落干NH4+、TN及TOC出水浓度的对比测定，验证了氨氮的去除机制主要是先被截留吸附，而后在落干状态下由微生物和氧的共同作用发生硝化反应；土柱中磷主要无机磷的形式存在，说明污水中的水溶性磷-旦进人土壤，便很快发生物理和化学反应，转化成一些新的磷酸盐产物。无机磷又主要由铁、铝、钙及闭蓄态磷组成，酸性土壤中又以铁、铝磷为主。总磷的累积基本是从上到下逐渐减小的趋势，在沙土混合层又有所增加。
　　 (3)土柱堵塞发生在表层，主要原因是表层有悬浮态有机质及微生物代谢产物(胞外聚合物等)的过度积累。根据式Wi=(Wi-1+Si)(1-k)+(Yi-1+BSi)×k×R+BDi×R可计算出系统运行至第i天时系统截留的有机质含量，由式Oi％=Li×mi× Oi×A/ΣLi×mi× Oi×A×100％(i=1，2，3，……)计算出表层介质对总污水过水有机物的分担量，当Wi×O1％≥O1时得出i值即为运行至堵塞天数。该模型可用于预测系统寿命并指导实际工程。
　　 (4)正常运行的系统中，内部微生物活动状况良好，细菌、真菌、放线菌的量分别在106、105和105的数量级；厌氧菌广泛存在于土柱中各层中，表层含量相对较低，主要是受氧气的限制；硝化细菌、反硝化细菌的最大值都出现沙土混合层，说明增加的粘粒比单一的沙能更好的涵养水分，吸附营养物质来供给微生物生长繁殖；土柱的呼吸作用强度值和微生物量有一定的相关性，从表层往下逐渐减小，到沙土混合层时增大，之后又减小。在同一深度处，1∶4比1∶9土柱的呼吸作用更强，这和以上硝化细菌、反硝化细菌、有机磷细菌等情况相似，也再次说明了1：4比1∶9土柱的成分、结构配置更为合理。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 概述

1.1引言

1.2污水土地处理系统

1.2.1污水土地处理系统简介

1.2.2地下渗滤系统的优点

1.3本研究的立题依据和研究意义

第二章 高负荷好氧—厌氧地下人工土渗滤系统处理生活污水的中试工程

2.1引言

2.2系统结构及工艺流程

2.3试验方案及工作原理

2.3.1预处理系统

2.3.2地下渗滤床

2.4工程运行效果与分析

2.4.1试验结果

2.4.2讨论

2.5小结

第三章 UARI系统净化机制及有机物积累规律和堵塞机制的研究

3.1引言

3.2.实验装置简介

3.3氨氮的去除

3.3.1实验目的及实验方案

3.3.2实验结果

3.4磷的去除

3.4.1实验目的及实验方案

3.4.2实验结果

3.5 UARI系统堵塞机制及有机物积累规律建模

3.5.1实验目的及实验方案

3.5.2实验结果及模型的建立

3.6小结

第四章 UARI系统微生物活性的研究

4.1引言

4.2实验材料与方法

4.2.1土柱中微生物的培养

4.2.2各项指标的测定

4.3结果与讨论

4.4小结

第五章 结论与建议

5.1主要结论

5.2创新之处

5.3后续工作

参考文献

攻读硕士学位期间所发表论文

致谢