高密度沉淀池与BAF组合工艺处理城市生活污水的研究

摘要

本论文通过对青岛麦岛污水处理厂现有以高密度沉淀池(MULTIFLO)与高效曝气生物滤池(BIOSTYR)为主的污水处理工艺的系统化研究，分析了其在以生活污水为主的典型城市污水实际生产应用中的处理效能，结合典型城市生活污水水质条件，提出了具有较好实用性的强化一级处理化学絮凝模型； 通过对青岛麦岛污水处理厂Biostyr曝气生物滤池系统的研究，考察了不同工艺运行条件与参数对系统硝化效能的影响，分析Biostyr曝气生物滤池内的硝化特性；通过对曝气生物滤池内生物膜上微生物活性、含量及组分的分析，探讨曝气生物滤池的反应机理； 通过对生物载体表面生物膜的形态和结构特征的观测与分析，并运用PCR分子生物学技术手段，利用构建的16S rDNA基因文库，对青岛麦岛污水处理厂Biostyr曝气生物滤池中滤料表面生物膜内的细菌多样性进行了系统发育分析，从微观角度分析曝气生物滤池的净化机理。 为高密度沉淀池(MULTIFLO)与高效曝气生物滤池(BIOSTYR)组合污水处理技术的普及应用提供了可靠的技术参数。 研究结果表明，在青岛麦岛污水处理厂典型生活污水水质条件下，投加FeCl3絮凝剂和阴离子助凝剂(PAM)的高密度沉淀池对CODcr、BOD5、SS和TP去除率分别达到73.52％、78.80％、91.01％、83.37％；利用多元线性回归法和人工神经网络可以对高密度沉淀池化学絮凝过程与结果进行有效模拟分析并可以达到较好的预测效果。 利用F检验模型效果，发现多元非线性模型均在置信度水平a=0.1上显著，模型有效；神经网络模型选择为具有一个隐含层的三层BP网络分别选用LOGSIG和TANSIG作为传递函数进行模型演算。多元线性回归模型的预测值与实际值的相对误差的平均值为10.7％，而传递函数为TANSIG、LOGSIG的神经网络模型相对误差平均值是9.4％和9.7％，神经网络的模型效果要好于多元非线性模型。 同时，研究结果表明不同水力负荷、有机负荷、氨氮负荷和气水比条件下曝气生物滤池处理效能呈现出不同的变化趋势。 通过对Biostyr曝气生物滤池在不同参数下的稳定运行，研究了水力负荷、有机负荷、氨氮负荷和气水比对曝气生物滤池处理性能的影响，得出了在本试验条件下的最佳运行参数：最佳水力负荷范围为56-81m3/m2．h；最佳有机负荷范围为2.2-3.3kg/(m3．d)；最佳氨氮负荷范围为0.4-0.8kg/(m3．d)；最佳气水比为5：1。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1我国水资源概况

1.2城市生活污水的来源和主要污染物

1.2.1城市生活污水来源

1.2.2城市生活污水污染物的分类

1.3城市生活污水的处理

1.3.1城市生活污水的处理现状

1.3.2城市生活污水的处理方法

1.3.3目前城市生活污水的处理工艺存在的问题

1.4城市生活污水化学强化一级处理

1.4.1化学强化一级处理中絮凝剂的发展

1.4.2化学强化一级处理中沉淀池技术的发展

1.5曝气生物滤池在污水处理中的应用综述

1.5.1曝气生物滤池的工作原理

1.5.2曝气生物滤池的工艺特点

1.5.3曝气生物滤池在污水处理中的应用及研究状况

1.5.4曝气生物滤池存在的主要问题

1.6课题的提出

1.6.1课题背景

1.6.2研究的目的

1.6.3研究的意义

1.6.4研究的内容

2高密度沉淀池处理效能

2.1麦岛厂工程概况

2.1.1工艺流程图

2.1.2进、出水水质

2.2高密度沉淀池介绍

2.2.1混凝池

2.2.2絮凝池

2.2.3沉淀和污泥浓缩池

2.2.4 MULTIFLO-300初沉池设计参数

2.2.5 MULTIFLO-300混凝剂的选择

2.3高密度沉淀池对污染物的去除效果

2.4高密度沉淀池处理污染物的机理

2.4.1 CEPT处理污染物的机理

2.4.2污水中磷的去除

2.4.3混凝剂投加量的确定

2.4.4混凝剂投加量控制的问题

2.5本章小结

3高密度沉淀池絮凝模型研究

3.1絮凝投药优化控制概况

3.1.1烧杯试验法

3.1.2人工给定投加率法

3.1.3模拟装置法

3.1.4前馈数学模型法

3.1.5单因子流动电流控制法

3.1.6透光率脉动法

3.1.7开环与闭环复合控制法

3.1.8神经网络模型

3.2多元非线性回归模型

3.2.1多元回归分析

3.2.2多元线性回归模型求解方法

3.2.3多元非线性回归模型建立步骤

3.3神经网络模型

3.3.1人工神经网络法

3.3.2基本原理

3.2.3混凝神经网络模型的建立

3.3混凝模型的实现

3.4本章小结

4曝气生物滤池处理效能及影响因素研究

4.1曝气生物滤池介绍

4.1.1曝气生物滤池结构

4.1.2曝气生物滤池工艺参数

4.2曝气生物滤池工艺的处理效能

4.2.1 COD去除效果

4.2.2 NH3-N去除效果

4.2.3 VN去除效果

4.2.4 SS去除效果

4.3曝气生物滤池处理效能影响因素

4.3.1水力负荷的影响

4.3.2有机负荷的影响

4.3.3氨氮负荷的影响

4.3.4气水比的影响

4.4本章小结

5曝气生物滤池细菌群落与脱氮机理研究

5.1生物脱氮原理

5.1.1氨化作用

5.1.2硝化作用

5.1.3反硝化作用

5.2生物膜的形态结构特征

5.3生物膜的生物多样性分析

5.3.1 16S rDNA序列分析技术

5.3.2 16S rDNA序列的PCR扩增

5.3.3材料和试剂

5.3.4实验方法

5.3.5实验结果

5.3.6生物膜内的细菌功能分析

5.4曝气生物滤池中的氮流失及分析

5.4.1氮流失

5.4.2脱氮效能优化

5.5本章小结

6曝气生物滤池反冲洗特性研究

6.1反冲洗理论

6.2反冲洗方式

6.3反冲洗周期

6.4反冲洗特性研究

6.4.1反冲洗对COD去除效果的影响

6.4.2反冲洗对氨氮去除效果的影响

6.4.3反冲洗对SS去除效果的影响

6.5本章小结

7结论

7.1本文主要结论

7.2创新点

参考文献：

致谢

发表的学术成果、主要科研成果