陈藻厌氧沼液处理及氮磷资源化利用技术研究

摘要

太湖因富营养化问题导致蓝藻频繁暴发。蓝藻的及时打捞与收集是迅速减少水体中蓝藻的常用手段，但是由于无法采取有效措施进行处理，大多打捞后的蓝藻变为陈藻。陈藻引起空气污染，且容易引发二次污染，因此对陈藻的处理处置亟待解决。对陈藻进行厌氧消化产沼气处理是一种优势明显的处理方式，但厌氧发酵所排出的沼液仍含有较高的COD及氮磷量，无法直接排放，必须采取合理的技术手段对沼液进行处理达到国家排放要求。本课题针对陈藻厌氧发酵后沼液的水质特点，将生物和生态处理工艺相结合，充分发挥两者的优势，开发出了维护管理方便、处理效果稳定、污水资源利用率高的沼液处理装置。
　　 本文重点考察了“好氧处理+水生蔬菜人工湿地”组合工艺对陈藻厌氧沼液的处理效果，分析了工艺运行特性及净化机理，主要结论如下:
　　 沼液有机物含量高并且种类丰富，平均可生化率达到42.4％，但纤维素平均含量达到155.44 mg/L，为进一步降低COD提供了难度。沼液氮磷含量高，NH4+-N是沼液中氮的主要存在形态，氮主要存在于酰胺类有机物中。沼液中藻毒素经过厌氧反应器作用，绝大部分被去除，对后续好氧处理及湿地处理影响甚微。好氧反应器对沼液的处理效果受到水力负荷、容积负荷和充氧效果的影响。接触氧化池水力停留时间大于8h时，COD及NH4+-N的去除率稳定，分别达到65％与40％以上，出水中氮主要以氨氮形式存在，B/C为0.49。基于保证去除率及节省能源，生物接触氧化池的适宜水力停留时间为8h，DO值控制为3～4mg/L，采用组合填料。氧化沟水力停留时间大于24h时，COD与NH4+-N去除率分别达到80％与90％以上，出水水质稳定，出水中氮主要以NO3--N形式存在。氧化沟的适宜水力停留时间为24h，控制好氧区DO为1.5～1.8mg/L，缺氧区建议为＜0.5mg/L。氧化沟泥龄取18d，MLSS取3600～5000mg/L。
　　 运行期间水生空心菜人工湿地负荷小于0.10m3/(m2·d)时，对好氧生物反应器出水中TN及TP的去除效率均达到95％以上。进行了空心菜的氮磷吸附性能及空心菜对不同形态氮的吸附性能小试研究，结果表明空心菜具有很好的氮磷吸收能力，吸收量分别为0.19mg/(g·d)与1.72mg/(g·d)，且对氨氮的吸收能力大于对硝氮的吸收能力。人工湿地中氮磷的去除途径以空心菜的吸附作用为主。评价和分析了湿地不同区域的硝化潜力，处理生物接触氧化池出水的水生蔬菜人工湿地前端的硝化潜力最大，其硝化潜力沿水流方向逐渐减小。而处理氧化沟水的水生蔬菜人工湿地中端硝化潜力最大，前端其次，后端最小。人工湿地空心菜每月产量为25475kg/公顷。
　　 氧化沟组合工艺对COD、NH4+-N、TN、TP的去除率分别为:84％、99％、95％、97％，出水平均浓度分别为:40.10mg/L、0.60mg/L、3.16mg/L、0.18mg/L。生物接触氧化组合工艺对COD、NH4+-N、TN、TP的去除率分别为:85％、99％、96％、97％，出水平均浓度分别为:37.66mg/L、0.61mg/L、2.77mg/L、0.19mg/L。两种组合工艺出水均能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准(GB18918-2002)，并可产出水生蔬菜，实现氮磷的资源化利用。
　　 研究表明:“好氧处理+水生蔬菜人工湿地组合工艺”组合工艺具有节能、高效和简易的特点，适用于陈藻厌氧发酵后沼液的处理。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 “陈藻”处理概况

1．2．1 陈藻分布现状及处理概况

1．2．2 陈藻处理技术概述

1．3 厌氧沼液处理技术概况

1．3．1 生化处理法

1．3．2 生态处理法

1．3．3 农业资源化利用

1．4 生物接触氧化工艺

1．4．1 生物接触氧化法技术原理

1．4．2 生物接触氧化法的特点

1．4．3 生物接触氧化法填料的种类与特性

1．4．4 影响生物接触氧化工艺处理效果的主要因素

1．4．5 生物接触氧化法的应用现状

1．5 氧化沟工艺

1．5．1 氧化沟技术原理

1．5．2 氧化沟的特点

1．5．3 氧化沟主要工艺形式

1．5．4 氧化沟发展前景

1．6 人工湿地技术

1．6．1 人工湿地的应用与发展

1．6．2 人工湿地的净化机理

1．6．3 人工湿地废水处理系统的特点

1．7 本课题研究的目的、意义及内容

1．7．1 研究目的及意义

1．7．2 研究内容

第二章 试验装置与分析方法

2．1 试验装置设计

2．1．1 试验原水

2．1．2 工艺流程及试验装置

2．2 检测项目及分析方法

2．2．1 常规分析项目与方法

2．2．2 藻毒素分析方法及步骤

2．2．3 多糖、蛋白质及纤维素的测定

2．2．4 有机成分分析(GC-MS)

第三章 陈藻厌氧沼液水质特征分析

3．1 水温

3．2 pH值

3．3 氨氮、硝态氮与总氮

3．4 沼液的化学需氧量

3．5 沼液理化性质分析

3．6 沼液中有机物分析

3．7 沼液藻毒素含量

3．8 水质特征分析

第四章 好氧生物反应器处理陈藻厌氧沼液效能研究

4．1 好氧反应器的启动

4．1．1 好氧反应器的启动方式

4．1．2 启动实验结果及分析

4．1．3 生物膜及活性污泥生长情况

4．1．4 小结

4．2 好氧生物反应器处理沼液效能分析

4．2．1 生物接触氧化池运行效能分析

4．2．2 氧化沟运行效能分析

4．2．3 小结

4．3 好氧生物反应器工艺特性研究

4．3．1 生物接触氧化池处理效能的影响因素分析

4．3．2 氧化沟运行影响因素分析

4．4 好氧生物反应器出水有机物成分分析(CC-MS)

4．5 本章小结

第五章 水生蔬菜型人工湿地工艺特性研究

5．1 试验方法

5．1．1 试验材料

5．1．2 试验方法

5．2 空心菜去除氮磷的动力学试验研究

5．2．1 空心菜去除TP的动力学试验

5．2．2 空心菜去除TN的动力学试验

5．2．3 空心菜去除NH4+-N的动力学试验

5．3 空心菜生长速率试验研究

5．4 湿地硝化反硝化潜力研究

5．4．1 湿地硝化潜力

5．4．2 湿地反硝化潜力

5．5 人工湿地对污染物的去除效果

5．5．1 人工湿地对COD的去除作用

5．5．2 人工湿地的脱氮效果

5．5．3 人工湿地的除磷效果

5．6 水生蔬菜人工湿地经济效益分析

5．7 小结

第六章 组合工艺对污染物的去除效果

6．1 组合工艺对COD的去除效果

6．2 组合工艺对NH4+-N的去除效果

6．3 组合工艺对TN的去除效果

6．4 组合工艺对TP的去除效果

6．5 小结

第七章 结论及建议

7．1 结论

7．2 问题及建议

致谢

参考文献