超声波—缺氧/好氧处理城市污泥的示范工程研究

摘要

随我国的污水处理产业得到了快速发展，污水处理能力及处理率增长迅速，带来了污泥产量的迅速增加。然而，我国污泥处置的发展相当滞后，缺少污泥安全处置处理的有效方法，污泥造成的二次污染问题日显突出，污泥的问题已到了不容忽视的地步，研究开发污泥安全处理处置新技术已经迫在眉睫。
　　本文根据项目前期实验室小试试验结果，进行了超声波-缺氧/好氧和缺氧/好氧消化城市污泥的实验室中试对比试验，在此基础上，设计并完成一套示范工程装置，通过在广州某污水处理厂现场的示范工程试验，建立了超声波-缺氧/好氧工艺处理城市污泥的动力学模型，并通过年成本法估算出示范工程装置处理城市污泥的费用。
　　首先利用自主设计实验室半连续中试装置，对比研究了超声波-缺氧/好氧和缺氧/好氧消化城市污泥的效果。研究表明，经25天的消化稳定后，两种工艺消化城市污泥都达到稳定状态，超声波预处理城市污泥VSS去除率达到51.98％，未经超声波处理城市污泥VSS去除率42.98％。两种工艺消化的污泥TCOD以及污泥上清液中的SCOD、TP和NH3-N的变化趋势相似，但经超声波-好氧/缺氧消化的污泥上清液中硝态氮和亚硝态氮浓度较传统好氧/缺氧消化的高，说明经超声波处理后，污泥中的硝化细菌的活性增强，硝化反应加快。
　　其次设计了一套超声波-缺氧/好氧消化污泥的示范工程装置，并在广州某一污水处理厂现场进行了3个月的示范工程试验。试验结果表明，经过20天左右的驯化，该工艺系统达到稳定状态，日均处理污泥量为0.25m3(含水率以99％计)，排泥的VSS浓度去除率达到50％以上，TCOD的去除率大于53％，排泥上清液中的SCOD低于80 mg/L。根据试验中对排泥上清液中氮素形态变化分析显示，系统稳定前污泥中反硝化作用加强，系统稳定后反硝化作用稍有减弱。
　　最后根据示范工程试验结果，建立了超声波-缺氧/好氧工艺处理城市污泥的动力学模型，并估算出示范工程装置处理城市污泥的费用。依据微生物动力学模型的理论基础、增长速率模型（Monod模型）、微生物底物利用速率模型、物料平衡分析以及实验数据的分析，超声波-缺氧/好氧处理城市污泥反应器动力学模型方程为:X1=0.291(S0-S1)/1+0.212θ(g/L)。通过现场的示范工程装置造价和示范工程运行的经济成本进行分析，运用年成本法推算出利用超声波-缺氧/好氧工艺处理每吨污泥（含水率为99％计）为122.35元。
　　本文的研究结果为城市污泥超声波-缺氧/好氧工艺的实际推广和应用提供了实验依据。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究课题来源、目的和意义

1．1．1 研究课题的来源

1．1．2 研究的目的和意义

1．2 城市污泥产生和组成

1．2．1 城市污泥的产生

1．2．2 城市污泥的特性

1．3 城市污泥常用处理和处置技术

1．3．1 物理化学方法

1．3．2 生物处理方法

1．4 污泥消化技术

1．4．1 厌氧消化工艺

1．4．2 好氧消化工艺

1．4．3 好氧／缺氧消化工艺

1．5 超声波处理城市污泥研究现状

1．5．1 超声波原理和特性

1．5．2 超声波空化影响因素

1．5．3 超声波处理污泥研究现状

1．6 本课题前期研究总结

1．7 本课题的研究目标、内容和创新之处

1．7．1 研究目标

1．7．2 研究内容

1．7．3 创新之处

第二章 实验室中试试验

2．1 实验室中试实验装置

2．1．1 超声波圆桶处理装置结构

2．1．2 消化器构造

2．2 试验运行方法

2．3 试验指标的检测

2．3．1 试验指标分析及方法

2．3．2 试验样品的预处理

2．3．3 试验标准曲线的绘制

2．3．4 试验用泥的基本特性分析

2．4 试验结果及分析

2．4．1 TSS、VSS的变化

2．4．2 污泥TCOD和污泥上清液中SCOD变化

2．4．3 污泥上清液中TP变化

2．4．4 污泥上清液中氨氮、亚硝态氮和亚硝酸亚氮变化

2．5 本章小结

第三章 示范工程试验

3．1 示范工程试验装置

3．1．1 消化装置

3．1．2 超声波处理装置

3．2 示范工程试验方法

3．3 试验指标的检测

3．4 试验结果及分析

3．4．1 TSS，VSS以及VSS去除率变化

3．4．2 污泥TCOD和污泥上清液中SCOD变化

3．4．3 污泥上清液中氮素的变化

3．5 本章小结

第四章 超声波-缺氧／好氧工艺的动力学模型研究

4．1 动力学模型的理论基础

4．1．1 微生物群体的增长速率(Monod模型)

4．1．2 底物利用速率(Lawrence模型)

4．1．3 微生物增长与有机底物降解

4．2 连续处理污泥动力学参数的确定

4．3 本章小结

第五章 超声波-缺氧／好氧处理城市污泥技术的能效和经济分析

5．1 试验装置造价分析

5．1．1 中试实验装置的造价分析

5．1．2 示范工程装置的造价分析

5．2 示范工程运行的经济成本

5．2．1 动力费用

5．2．2 人工费用

5．2．3 设备折旧费用

5．2．4 检修费用

5．2．5 其他费用

5．2．6 年运行成本

5．2．7 每吨污泥运行成本

5．3 环境和效益分析

5．4 本章小结

结论和建议

结论

建议

参考文献

攻读硕士期间发表的文章和专利

声明

致谢