泡沫陶瓷填料曝气生物滤池在微污染源水处理中的应用研究

摘要

目前水源水污染日益严重，传统的常规净水工艺系统难以与之相适应，不能有效地去除原水中溶解性有机物、氨氮以及亚硝酸氮等污染物，特别是无法去除预氯化和出水加氯产生的消毒副产物，因而近年来曝气生物滤池(Biological Aerated Filter，简称BAF)处理工艺由于具有处理出水水质好、体积小、水力负荷大、水力停留时间短、所需基建投资少、管理方便等特点在去除微染污源水方面越来越得到重视，应用潜力很大。 填料是曝气生物滤池技术成功与否的最核心部位，它决定了曝气生物滤池能否高效运行。泡沫陶瓷填料是一种经高温烧成，体内含有大量彼此相通并与材料表面也相贯通的孔道结构的陶瓷填料，与普通陶瓷填料相比，具有比表面积大、孔隙率高，耐腐蚀、价格低廉等特点，因而适合用作曝气生物滤池微污染源水处理工艺的填料。开展此项课题研究能为泡沫陶瓷填料曝气生物滤池工艺在我国微污染源水处理中应用打下一个良好的基础，对于饮用水源污染日益严重，人们对饮用水水质的要求将更加严格，传统净水工艺难以满足要求的今天有相当重要的意义。 本文采用φ15mm柱形泡沫陶瓷填料、025mm环型泡沫陶瓷填料作为φ150mm曝气生物滤池的填料载体去除微染污源水，考察了泡沫陶瓷填料的传质性能，曝气生物滤池上下流式两种不同工艺对微染污水源水COD<,Mn>和氨氮去除效果的影响；探索了水力停留时间、填料高度、气水比、水温等因素对曝气生物滤池工艺处理COD<,Mn>和氨氮效果的影响。 φ15mm柱形泡沫陶瓷填料上流式BAF，在体积气水比为1:1、常温下，水力停留时间分别为100 min、70 min、50 min时对COD<,Mn>的平均去除率为61％、57％、60％，对氨氮的平均去除率分别为66％、92％、74％；φ15mm柱形泡沫陶瓷填料下流式BAF，在体积气水比为1:1、常温下、水力停留时间为100min、70min、50min时对COD<,Mn>的平均去除率分别为71％、62％、73％，对氨氮的平均去除率分别为90％、95％、93％；对025mm环形泡沫陶瓷填料下流式BAF进行微染污源水实验，在体积气水比为1:1、温度为16～21℃、水速23L/h时BAF对COD<,Mn>的去除率为72％～84％，氨氮的去除率为85％～1005％；环形泡沫陶瓷填料的抗有机负荷能力强，当进水COD<,Mn>浓度从16.0mg/L变化到4.0mg/L时，出水COD<,Mn>浓度基本维持2.5mg/L左右。气水比、填料高度和水温的增加可以改善泡沫陶瓷填料BAF对微污染源水的处理效果。 下流式φ15mm柱形泡沫陶瓷填料曝气生物滤池的传质系数受进水流速与曝气空气强度影响。在曝气量较低的情况时，进水水速越大，氧的传质系数越大。在曝气量较高的情况时，进水水速越大，氧的传质系数越小。上流式曝气生物滤池与下流式曝气生物滤池的氧传质数相比，上流式曝气生物滤池比下流式曝气生物滤池要大，传质效果要好。 φ15mm柱形泡沫陶瓷填料曝气生物滤池中COD<,Mn>降解满足二级反应动力学方程；其反应动力学符合二级指数衰减模型。 试验根据Monod方程提出的生物接触氧化动力学模型进行试验模拟，得到了动力学方程。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第一章绪论

1.1我国饮用水源的污染及污水处理现状

1.2微污染水源水的性质及危害

1.3我国城市饮用水常规处理技术

1.4曝气生物滤池

1.4.1曝气生物滤池技术

1.4.2曝气生物滤池的主要结构形式

1.4.3曝气生物滤池工艺技术特点

1.4.4曝气生物滤池生物膜净化机理

1.4.5曝气生物滤池工艺运行条件的控制

1.5曝气生物滤池工艺的核心-填料

1.5.1曝气生物滤池填料分类及其挂膜的特点

1.5.2填料的选择基本条件

1.5.3曝气生物池污水处理填料技术研究成果

1.5.4泡沫陶瓷的应用研究进展

1.6曝气生物池在微污染源水处理技术的研究进展

1.7本论文的研究内容与意义

第二章曝气生物滤池试验装置及测试方法

2.1泡沫陶瓷填料特性

2.2实验工艺

2.3废水来源

2.4测试方法

2.4.1水样CODMn的测定

2.4.2水样氨氮的测定(GB7479-87)

2.4.3溶解氧

2.4.4氧传递系数的测定

2.4.5生物膜量的测定

2.5试验仪器

2.5.1分光光度计

2.5.2 pH计

2.5.3便携式溶氧仪

第三章泡沫陶瓷填料的传质性能

3.1氧传递系数的确定

3.2充氧实验数据与结果讨论

3.2.1 φ15mm柱形泡沫陶瓷填料不同气速水速下溶解氧随时间变化关系

3.2.2 φ15mm柱形泡沫陶瓷填料下流式曝气生物滤池氧传递系数确定

3.2.3 φ15mm柱形泡沫陶瓷填料上流式曝气生物滤池氧传递系数确定

3.3小结

第四章BAF对微污染源水主要污染物的处理效果

4.1φ15MM柱形泡沫陶瓷上流式BAF微污染水主要污染物的处理效果

4.1.1φ15mm柱形泡沫陶瓷填料BAF的启动与挂膜

4.1.2微污染源水中CODMn的去除

4.1.3微污染源水中NH4+-N的去除

4.1.4气水比对CODMn、氨氮的去除影响

4.1.5 φ15mm柱形泡沫陶瓷BAF对CODMn和NH4+-N的去除率沿填料层进水深度的变化

4.1.6小结

4.2 φ15MM柱形泡沫陶瓷填料下流式BAF微污染源水的处理效果

4.2.1微染污源水中CODMn的去除

4.2.2微污染源水中NH4+-N的去除

4.2.3气水比对CODMn、氨氮的去除情况

4.2.4 φ15mm柱形泡沫陶瓷填料下流式BAF内污染物的去除填料层进水深度的变化规律

4.2.5生物膜量的测定结果与讨论

4.2.6小结

4.3 φ25MM环形泡沫陶瓷填料下流式BAF微污染源水的处理效果

4.3.1微染污源水中CODMn的去除

4.3.2微染污源水中NH4+-N的去除

4.3.3曝气生物滤池进水浓度对CODMn和NH4+-N去除率的影响

4.3.4环形泡沫陶瓷填料对CODMn和NH4+-N的去除沿填料层进水深度变化

4.3.5曝气生物滤池含氧量沿程的变化

4.3.6结论

第五章填料处理污水实验的动力学探讨

5.1速度方程反应级数的确定

5.2经验速率方程的建立

5.3 MONOD方程的模拟

5.4 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

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