亚铁离子强化A/O生物膜工艺处理低碳源污水研究

摘要

随着我国城镇化进程的迅速加快，用水量逐日增多，水污染问题也愈加严重。近年来，居民日常生活用水及工农业生产用水等都在不断地产生和排放污废水，造成了严重的水污染问题。我国南方城市污水普遍存在低碳高氮磷的情况，由于低浓度COD难以满足脱氮除磷对碳源的需求，导致许多污水处理厂氮磷排放不达标。河源市城南污水处理厂的进水就属于典型的低C/N污水，提标改造工程完成后，主要出水指标由原来的城镇污水排放一级B标准(GB18918-2002)提高到地表水Ⅲ类水质标准(GB3838-2002)，进一步限制了污水中氮、磷的排放。
　　河源市城南污水处理厂为了完成达标排放的要求，目前采用向二沉池投加除磷药剂(PAC)的方法处理低碳源污水，这样做势必会造成污水厂运行成本高、剩余污泥产量大、污泥处理困难等问题。因此，本论文研究了一种既可以节约污水厂运行成本，又可以达到良好的同步脱氮除磷效果的处理方法。通过模拟污水厂实际工艺，采用自主设计加工的A/O生物膜反应器，提出将亚铁离子投加到反应器中强化处理低碳源污水，探究不同亚铁离子浓度对生物反应器脱氮除磷的影响以及亚铁离子的最适投加量，同时考察了在最适亚铁离子投加量下对新兴污染物的去除效果，并对亚铁离子强化低碳源污水去除作用的机理做了初步探讨。研究结果如下:
　　(1)向A/O生物膜反应器中投加不同浓度的亚铁离子，当亚铁离子投加浓度为3mg·L-1时，对各污染物的去除效果最佳，对COD、氨氮、总氮、总磷的去除率分别为94％、89％、58％、67％。其中，出水中COD、氨氮均能达到地表水Ⅲ类水质标准(GB3838-2002)，出水总氮远优于城镇污水一级A水质标准(GB18918-2002)，出水总磷可达到城镇污水一级A排放标准(GB18918-2002)。从宏观角度分析，生物反应器中有少量的亚铁离子的存在可以促进生物反应。
　　(2)在反应器进水中检测到有阿特拉津(Atrazine)、避蚊胺(Diethyltoluamide)、异丙甲草胺(Metolachlor)、乙氧喹(Ethoxyquin)、抗蚜威(Pirimicarb)、异丙隆(Isoproturon)、甲霜灵(Metalaxyl)、扑草净(Prometryn)、戊唑醇(Tebuconazole)九种农药，并且投加亚铁离子后，生物膜反应器对上述几种农药的去除率可以实现不同程度的促进作用。
　　(3)从生物膜上胞外聚合物含量变化的角度出发，对亚铁离子强化处理低碳源污水的机理进行初探，表明亚铁离子可使微生物的活性增强，促进生物体内酶的活性，使微生物对胞外聚合物的分泌量增加。其中，增加量最多的成分为蛋白质和多糖。亚铁离子对蛋白质含量的影响主要通过改变氨基酸的等电点，从而促进了蛋白质的生成。由于亚铁离子的存在促进了酶的活性，而多糖的产生也受到酶活性的控制，并且多糖中的羧基官能团可以直接结合水中的亚铁离子，因而亚铁离子的投加也会使多糖的分泌量增加。
　　(4)投加亚铁离子后，肉眼可见缺氧区和好氧区的生物膜均变厚，并且生物膜上可看到有后生动物活动。利用显微镜检测生物膜上的微生物的生长情况，发现有原生动物、菌胶团以及轮虫、线虫等微型后生动物存在，说明生物膜在有微量铁的环境中生长良好。
　　(5)投加亚铁离子对反应器出水的色度无影响，出水中总铁浓度在0.4mg·L-1左右，符合地表水Ⅲ类标准中的溶解性铁≤0.5mg·L-1的要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 低碳源污水处理现状及存在的问题

1．2．1 低碳源污水脱氮除磷方法

1．2．2 低碳源污水脱氮除磷处理工艺

1．2．3 低碳源污水处理工艺的选择

1．2．4 低碳源污水脱氮除磷存在的问题

1．3 铁离子强化脱氮除磷的研究

1．3．1 铁-氮耦合氧化还原过程

1．3．2 复合铁酶强化脱氮除磷的研究

1．3．3 亚铁离子强化脱氮除磷国内外研究进展

1．4 新兴污染物的研究现状

1．4．1 新兴污染物的危害

1．4．2 常用农药的去除

1．5 研究内容及意义

1．5．1 课题来源

1．5．2 研究内容

1．5．3 研究目的及意义

2 实验材料与研究方法

2．1 试验装置及用水水质

2．1．1 试验装置

2．1．2 试验设备

2．1．3 试验用水水质

2．1．4 试验运行方案

2．2 测试方法

2．2．1 常规指标测定方法

2．2．2 EPS的提取及测定方法

2．2．3 农药的HPLC-MS测试方法

3 不同亚铁离子投加量对反应器出水水质特性研究

3．1 生物膜的驯化过程

3．1．1 驯l化期COD的变化

3．1．2 驯化期氨氮的变化

3．2 不同浓度亚铁离子对反应器有机物的去除特性

3．3 不同浓度亚铁离子对氮的去除特性

3．3．1 氨氮去除效果的影响

3．3．2 硝态氮的转化

3．3．3 亚硝态氮的转化

3．3．4 总氮去除效果的影响

3．4 不同浓度亚铁离子对磷的去除特性

3．4．1 总磷去除效果的影响

3．4．2 正磷酸盐的去除

3．5 反应器各段对有机物、氮、磷去除效果影响的研究

3．5．1 反应器各段对有机物的去除

3．5．2 反应器各段对总氮的去除

3．5．3 反应器各段对氨氮的去除

3．5．4 反应器各断面对总磷的去除

3．6 本章小结

4 投加亚铁离子对低碳源污水中新兴污染物的去除效果研究

4．1 污水厂进水典型农药新兴污染物的种类和含量

4．2 A／O生物膜反应器检测农药结果

4．2．1 除草剂新兴污染物在反应器各断面的分布特征

4．2．2 杀菌剂、杀虫剂类新兴污染物在反应器各断面的分布特征

4．3 投加亚铁离子对新生污染物的去除效果

4．4 本章小结

5 投加亚铁离子对反应器中生物膜的影响

5．1 对生物膜上微生物EPS的影响

5．1．1 缺氧区生物膜上EPS各成分的变化

5．1．2 好氧区生物膜上EPS各成分的变化

5．2 生物膜上微生物特性研究

5．3 生物膜上铁积累的影响

5．4 本章小结

6 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果