外循环三相流化床-人工湿地系统处理垃圾渗滤液研究

摘要

随着对污水处理研究的不断深入，越来越多新型的反应器在污水处理中获得用应，外循环三相流化床作为其中一种非常有潜力的反应器在近期被应用，以其微生物活性强，生物量大，处理能力大，抗冲击负荷能力强，占地面积小，能耗低，床内各相混合均匀，传质效果好的有点，为越来越多的人们所关注。对垃圾渗滤液的处理一直被人们所关注，因为其成分复杂，污染物浓度大，处理难度大，很多研究者对其进行处理。 本论文简介了国内外应用的流化床反应器的研究成果，介绍其研究的进展情况，并总结了目前研究中存在的问题，提出了有待进一步研究的方向。 首先对自主设计的外循环三相流化床的启动挂膜进行研究，主要探讨污泥投加量和碳氮比(C/N)对挂膜的影响。结果表明，温度t20-30℃，活性炭载体粒径r0.125-0.5mm时，污泥投加量为2g·L-1比5g·L-1更有利于挂膜；C/N在8-12之间时流化床挂膜最快，C/N≥14时流化床挂膜困难，易出现污泥膨胀。在挂膜成功的基础上，研究水力停留时间(HRT)对反应器内悬浮生物量和膜生物量的影响，HRT越长悬浮生物量越大，膜生物量在HRT由1-3h时，也随HRT的增长而增加，HRT超过5h时，膜生物量随HRT增长相应减少，HRT在4-5h时，两者达到平衡。 然后利用模拟废水对外循环三相流化床的最佳操作条件进行了确定，并对条件下三相外循环流化床的脱氮影响因素进行研究，研究发现，在三相外循环硫化床反应器中影响其脱氮的因素主要有C/N、pH和曝气率，当C/N为7时，反应器出水中有大量氨氮，原因是碳源不足，同时硝化反硝化不能充分进行，C/N为19时，出水氨氮含量非常低，但COD含量较高，C/N为12时，出水氨氮含量也较低，并且COD的含量较C/N为19时，有大幅度下降，相比较之下，C/N为12更合适，pH是非常重要的影响因素，在膜反应器中，适合的pH不仅能使反应器的效率发挥到极致，而且影响到膜反应器运行的成败，因为pH直接影响到膜微生物生长的好坏。研究发现，最适宜三相外循环流化床运行的pH是在7.5～8.0之间，此时的同时硝化反硝化效果最好，当pH低于7.5时，出水中NO2-N和NO3-N的含量较高，当pH高于8.0时，同时硝化反硝化的效果也远没有在7.5～8.0之间时好，但pH高于9.5时，载体上的生物膜开始脱落。在该反应器中曝气率与DO存在一个正相关关系，由于反应器中载体的流化动力是由曝气提供的，曝气率同时影响DO和流化动力，曝气率过低，动力不足，载体不能完全流化，DO不足，硝化反应受到限制。曝气率过高，对载体上生物膜冲刷会造成生物膜脱落，同时影响反硝化效果。所以实验中我们发现当曝气率为0.06m3s-1是一个最适宜的值。 最后将外循环流化床和人工湿地组成系统对垃圾渗滤液进行处理，主要探讨通过该组合工艺后，出水水质的变化，结果表明，进水COD4000mgL-1、NH4+—N300mgL-1通过外循环流化床后，COD、NH4+—N分别稳定在1500mgL-1和150mgL-1左右；Cd、Zn、Pb含量也均稍有下降，通过人工湿地后，COD、NH4+—N则分别下降到200mgL-1和10mgL-1左右。Cd、Zn、Pb的含量在分别从进水的0.12mgL-1、3.0mgL-1、1.4mgL-1下降到0.01mgL-1、0.5mgL-1、0.1mgL-1左右。并通过不同植被的湿地进行横向比较，发现无论何种植被的湿地，对该组合工艺的处理效果影响不大。该组合工艺用来处理垃圾渗滤液在理论上是可行的。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1研究的背景和意义

1.2流化床反应器的研究现状

1.2.1流化床反应器的分类

1.2.2新型生物流化床的研究与应用现状

1.3渗滤液的处理现状

1.3.1垃圾渗滤液处理的研究背景

1.3.2垃圾渗滤液的产生

1.3.3垃圾渗滤液的特性及其影响因素

1.3.4垃圾渗滤液中的主要污染物

1.3.5渗滤液的危害

1.4垃圾渗滤液的处理技术

1.4.1生物处理法

1.4.2物理化学处理法

1.4.3土地处理法

1.5人工湿地简介

1.5.1人工湿地的概念

1.5.2人工湿地的特点

1.5.3人工湿地的组成

1.5.4人工湿地的类型

1.5.5人工湿地的作用

第2章实验的研究计划及路线

2.1实验研究目的

2.2实验研究技术路线

2.2.1技术思路

2.2.2技术途径

2.2.3技术路线

2.2.4实验实施方案

第3章外循环三相流化床载体挂膜研究

3.1三相流化床技术概述

3.1.1技术背景及原理

3.1.2外循环三相流化床的设计特点

3.2实验材料与方法

3.2.1实验水质

3.2.2实验装置

3.2.3测定项目及方法

3.3结果与讨论

3.3.1污泥投加量对挂膜的影响

3.3.2 C/N对挂膜的影响

3.3.3 HRT对悬浮生物量和膜生物量的影响

3.4分析

3.4.1流化体系中的生物膜特征分析

3.4.2 pH对生物膜影响分析

3.5小结

第4章外循环三相流化床的最佳操作条件的确定

4.1引言

4.2实验材料与方法

4.3同步硝化反硝化

4.3.1同步硝化反硝化的概述

4.3.2同步硝化反硝化的机理

4.4实验结果与讨论

4.4.1外循环三相流化床中C/N对同步硝化反硝的影响

4.4.2外循环三相流化床中pH对同步硝化反硝的影响

4.4.3外循环三相流化床中曝气率对同步硝化反硝的影响

4.5分析

4.5.1系统硝化与反硝化特性分析

4.5.2温度对同步硝化硝化的影响

4.6小结

第5章外循环三相流化床-人工湿地系统处理渗滤液

5.1引言

5.2影响人工湿地除污能力的因素研究进展

5.2.1湿地植物的种类

5.2.2基质类型

5.2.3水流方式

5.2.4环境因子与管理措施的影响

5.3实验材料与方法

5.4结果与讨论

5.4.1外循环流化床-人工湿地对COD和NH4+-N去除效果

5.4.2外循环流化床-人工湿地对重金属(Cd、Zn、Pb)的去除效果

5.5外循环三相流化床-人工湿地系统处理垃圾渗滤液的效益分析

5.5.1环境效益分析

5.5.2生态效益分析

5.5.3经济效益分析

5.6小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2研究展望

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间发表论文目录