强化混凝工艺生物脱氮处理微污染水源的机理及应用研究

摘要

近年来，随着工业科技和经济市场的快速发展，大量废水未进行有效处理而直接排放，使众多湖泊、水库等饮用水水源中的氨氮含量超标，成为微污染水源。传统的净水工艺“混凝、沉淀、过滤、消毒”，难以去除这些污染物，出水水质越来越差。因此，为保障供水水质安全，应对现代水源水污染，需要研发和应用新技术、新工艺。但结合我国的实际情况，大部分净水厂都是老厂区，再引进新的构筑物、新的工艺，一方面资金投入量较大，同时也会增加相应的运行成本；另一方面，厂区的占地面积有可能会受到限制，同时还会带来管理上的麻烦。因此，改进和强化传统的水处理工艺是目前控制水厂出水水质最经济最具实效的手段，也是微污染水源处理的一个重要的发展趋势。 本课题基于前期对传统微污染水源的处理方法的调研以及综合了我国的实际情况，以对传统的混凝工艺为改造目标，研究了强化混凝耦合生物脱氮的改造方法。试验主要研究结果表明： （1）搅拌桨桨板的长短会影响搅拌桨对水体搅拌的剧烈程度，同时会影响水体的富氧能力，搅拌桨桨板长度越长，携氧能力越强。搅拌桨桨板的长度梯度、间距以及角度，会对水体中的溶解氧浓度梯度产生影响。当搅拌桨桨板长度梯度为4，桨板长度比为5∶3∶1，桨板中心间距与池体长度比为1∶8，搅拌桨桨板与固定挡板间得夹角为90°时，可以在水体中可以形成最佳的溶解氧浓度梯度。对于本次试验，桨板长分别为10cm、6cm、2cm，搅拌桨桨板间距为3cm，夹角为90°时，可以取得最佳的试验效果。 （2）通过对方形及圆形絮凝池轴向和各个截面的速度云图及紊动动能图表征，说明新型的机械搅拌桨在轴向和横向均可以形成一定的溶解氧浓度梯度，且方形絮凝池比圆形絮凝池更有利于实际混凝及生物脱氮反应的进行。 （3）通过传统机械搅拌桨和新型机械搅拌桨在处理人工模拟天然微污染源水的对比试验，验证了利用新型机械搅拌桨在絮凝池中进行生物脱氮的可行性。以COD、NH4+-N、TN的去除率为指标，通过对pH、C/N比两个影响因素的探究，得出在pH为7.5，C/N比为5∶1时，生物脱氮的效果最好，COD、NH4+-N、TN的去除率分别为50.95%、24.67%、9.42%。 （4）在一定的PAC投加量范围内，出水COD、NH4+-N的去除率均比未投加PAC时有所提升，这说明PAC对活性污泥的去除具有协同促进作用。当PAC投加量为20mg/L时，出水浊度最低，去除率达到了90.20%。但此时COD、NH4+-N的出水浓度开始升高，说明此时PAC的投加量对活性污泥起到了一定的抑制作用。因此，最佳PAC投加量为10mg/L。 （5）当PAC投加量为10mg/L时，随着PAM投加量的增加，出水浊度、COD、NH4+-N的去除率均呈现出先增加再逐渐降低的趋势。浊度、COD、NH4+-N的去除率分别在PAM投加量为1mg/L、1mg/L、2mg/L时达到最大值。当PAM投加量为0.5mg/L，此时浊度为0.87NTU，小于1NTU，已经达到了《生活饮用水卫生标准》标准。从经济效益和处理效率考虑，最佳PAM投加量为0.5mg/L，即PAC∶PAM为20∶1。 （6）Zeta电位及污泥粒径的表征表明了PAC对污泥絮体的增长有促进作用。通过同步的去除率比对试验也可以说明，PAC改善了污泥表面结构，粒径的增长提高了污泥表面对有机物及氨氮的吸附能力。此外，随着PAC投加量的增大，活性污泥比耗氧速率呈现先增大后降低的趋势。这说明在一定的投加量范围内，PAC对活性污泥的活性起到了促进作用。 （7）当PAC投加量为10mg/L、PAM投加量为0.5mg/L时，随着污泥回流比的增加，出水浊度、COD、NH4+-N及TN的去除率均呈现出先增加再逐渐降低的趋势。在污泥回流比为20%条件下，可实现各污染物的最佳去除效果。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 混凝工艺概述

1.1.1 混凝的定义

1.1.2 混凝的机理

1.1.3 强化混凝的提出

1.1.4 强化混凝过程的影响因素

1.1.5 絮凝池的分类

1.2 微污染水源的脱氮研究概述

1.2.1 微污染水源的定义

1.2.2 微污染水源的脱氮技术

1.3 我国 微污染水源 处理工艺及现状分析

1.3.1 我国微污染水源面临的问题

1.3.2 氨氮的危害

1.3.3 我国微污染水源水处理工艺现状

1.4 课题研究的意义

1.5 课题研究的目标、内容及技术路线

1.5.1 研究目标

1.5.2 研究内容

1.5.3 技术路线

第二章 机械搅拌桨的结构设计与优化

2.1 试验部分

2.1.1 污泥浓度

2.1.2 污泥接种

2.1.3 试验絮凝池

2.1.4 主要试验仪器

2.1.5 测定方法

2.1.6 试验方法

2.2 机械搅拌桨的基本结构与功能

2.2.1 搅拌桨桨板的长度对溶解氧浓度的影响

2.2.2 搅拌桨桨板的长度梯度对溶解氧浓度梯度的影响

2.2.3 搅拌桨桨板的间距对溶解氧浓度梯度的影响

2.2.4 搅拌桨桨板的角度对溶解氧浓度梯度的影响

2.3 最优条件下絮凝池的流场模拟

2.3.1 絮凝池内的流场数值计算

2.3.2 搅拌模型的建立

2.3.3 网格划分

2.3.4 初始条件及边界条件

2.3.5 速度云图

2.3.6 紊动动能云图

2.4 絮凝池的结构形式对水流结构的影响

2.4.1 速度云图

2.4.2 紊动动能云图

2.5 本章小结

第三章 生物脱氮法处理微污染水源

3.1 试验部分

3.1.1 主要试验药剂及仪器

3.1.2 试验水样

3.1.3 测定方法

3.1.4 试验方法

3.2 pH值对同步硝化反硝化的影响

3.2.1 pH值对COD去除的影响

3.2.2 pH值对NH4+-N去除的影响

3.2.3 pH值对TN去除的影响

3.3 C/N比对同步硝化反硝化的影响

3.3.1 C/N比对COD去除的影响

3.3.2 C/N比对NH4+-N去除的影响

3.3.3 C/N比对TN去除的影响

3.4 传统和新型机械搅拌桨耦合活性污泥处理微污染水源

3.4.1 对COD去除的影响

3.4.2 对NH4+-N去除的影响

3.4.3 对TN去除的影响

3.5 本章小结

第四章 强化混凝工艺生物脱氮处理微污染水源

4.1 试验部分

4.1.1 主要试验药剂及仪器

4.1.2 试验水样

4.1.3 测定方法

4.1.4 试验方法

4.2 混凝剂投加量的影响

4.2.1 PAC投加量的影响

4.2.2 PAC+PAM投加量的影响

4.3 混凝剂对活性污泥的影响

4.3.1 Zeta电位及污泥粒径表征

4.3.2 活性污泥比耗氧速率

4.4 污泥回流的影响

4.4.1 污泥回流比对浊度去除的影响

4.4.2 污泥回流比对COD去除的影响

4.4.3 污泥回流比对NH4+-N去除的影响

4.4.4 污泥回流比对TN去除的影响

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果