活性污泥法-人工湿地联合处理城市污水研究

摘要

本文针对我国南方城市污水有机污染物浓度偏低，氮磷含量相对较高，水质、水量随季节变化的特点，采用活性污泥法与人工湿地相结合的联合处理工艺，分别在100m<'3>/d规模的生产性试验和10000m<'3>/d规模的示范工程中，以实际城市污水为处理对象进行研究。试验重点考察了原水水质水量特征、污染物存在形态及去除规律、不同工艺条件下碳源分配情况，确定了高效生物反应器在不同季节时段的运行模式；研究了不同构型人工湿地中污染物的去除效率及池型、填料、负荷、温度、植物对其的影响，计算了反应动力学参数，确定了适宜的湿地构型及负荷调控方法；在此基础上提出了基于q-t曲线图的双向输入/输出联合调控模式，确定了活性污泥法.人工湿地联合处理工艺及负荷分配。示范工程依据试验结果，针对实际水质变动情况灵活调控，考察了工程规模的联合处理工艺对各种污染物质的去除情况。 试验原污水平均COD、NH<'+><,4>-N、TN、TP为129mg/L、25.6mg/L、31.5mg/L、3.38mg/L，C/N值和C/P值为4.3和39.5，脱氮除磷所需碳源严重不足。在不同的季节，原水水质有较大变化，雨季原水污染物浓度只有旱季浓度60％左右，春、夏季暴雨时原水污染物浓度接近排放标准。因此，生物反应器需要根据水温的变化、水质的波动、降雨的多寡采用不同的运行模式，才能在有限碳源条件下实现最大限度的脱氮除磷。 通过不同季节多种工艺的比较，确定了高效生物反应器运行模式：春季时段采用改良型A<'2>/O工艺，夏季晴天/小雨时段采用预缺氧+倒置A<'2>/O工艺，夏季连续暴雨时段采用多点进水工艺，秋季时段采用低氧/常氧交替运行的倒置A<'2>/O工艺，冬季时段采用常规倒置A<'2>/O工艺。通过分析各种工艺中有机物、氮、磷的去除规律，比较其碳源分配情况，说明碳源能否合理分配及充分利用是评价工艺优劣的重要标准。 人工湿地系统对COD、NH<,4><'+>-N、TN、TP的去除效率受负荷明显影响，随着水力负荷和面积负荷增加，湿地对污染物的去除效率呈下降趋势，同时污染物面积去除量的增量随着面积负荷的增加逐渐减少。另外，随着水温的升高，湿地对NH<,4><'+>-N、TN的去除效率明显上升，模拟小试试验还证明，湿地系统总氮面积去除量与进水硝态氮的比例成正的线性关系，提高进水中硝态氮比例有利于总氮的去除。生物量大的湿地植物对污染物的吸收总量最高，单位干重的氮磷含量不能作为评价植物污染物吸收能力的主要指标。在较低污染物浓度水平条件下，湿地对污染物的去除可以用一级推流动力学模型近似模拟。在相同负荷条件下，潜流湿地对COD和TP的去除效率高于表面流湿地及潜流/表面流组合湿地，页岩和钢渣的应用明显提高了湿地对磷的去除能力。表面流湿地对NH<,4><'+>-N的去除效率高于潜流湿地和组合流湿地，在硝态氮比例大于0.25时，潜流湿地对总氮的去除优于表面流湿地。组合流湿地的优势在于其去除效率受温度的影响最小。整体来说，采用页岩和钢渣作为基质的潜流湿地最适宜于城市污水的深度处理，其COD、NH<,4><'+>-N、TN、TP的面积反应速率常数分别为0.32m/d、0.065 m/d、0.176 m/d、0.29 m/d。 根据试验结果，总结了活性污泥法/人工湿地联合处理的方法和原则，利用q-t曲线图进行设计和调控，提出了双向输入/输出的活性污泥法.人工湿地联合调控模式，并进行了实例分析。示范工程生物反应器通过改良型A<'2>/O工艺、预缺氧+倒置A<'2>/O工艺、局部低氧倒置A<'2>/O工艺的切换运行，使出水水质稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准，部分指标达到一级A标准。在水力负荷为0.3m/d～0.35m/d条件下，示范工程人工湿地系统出水COD、BOD、NH<,4><'+>-N、TP可以达到《地表水环境质量标准》，TN浓度可以下降到7mg/L左右。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.1.1我国水环境现状

1.1.2选题背景

1.2脱氮除磷原理及工艺

1.2.1生物脱氮基本原理

1.2.2生物除磷基本原理

1.2.3城市污水脱氮除磷工艺

1.2.4城市污水脱氮除磷研究进展

1.3人工湿地污水净化技术

1.3.1人工湿地的定义及组成

1.3.2人工湿地的分类及特点

1.3.3人工湿地的研究进展

1.4研究目的及内容

1.4.1研究目的及意义

1.4.2研究内容及技术路线

第2章试验材料和方法

2.1试验地点和原水水质

2.1.1水温和pH值

2.1.2有机物和SS

2.1.3氮和磷

2.1.4C／N和C／P

2.2试验装置

2.2.1交互式反应器

2.2.2人工湿地系统

2.3测试项目及方法

2.3.1物理记录项目

2.3.2化学分析项目

2.3.3微生物镜检项目

第3章交互式反应器运行模式研究

3.1不同模式运行时段划分

3.1.1运行时段划分依据

3.1.2各时段水质特征及工艺要求

3.2冬季时段运行模式

3.2.1工艺流程

3.2.2试验工况

3.2.3结果分析

3.2.4小结

3.3春季时段运行模式

3.3.1工艺流程

3.3.2试验工况

3.3.3结果分析

3.3.4小结

3.4夏季时段运行模式

3.4.1工艺流程

3.4.2试验工况

3.4.3晴天／小雨时段结果

3.4.4连续降雨时段结果

3.4.5小结

3.5秋季时段运行模式

3.5.1工艺流程

3.5.2试验工况

3.5.3结果分析

3.5.4小结

3.6本章结论

第4章人工湿地处理系统研究

4.1试验条件

4.1.1进水水质

4.1.2试验工况

4.2有机物的去除效果及影响因素

4.2.1潜流湿地

4.2.2表面流湿地

4.2.3潜流／表面流组合湿地

4.2.4小结

4.3氨氮的去除效果及影响因素

4.3.1潜流湿地

4.3.2表面流湿地

4.3.3潜流／表面流组合湿地

4.3.4小结

4.4总氮的去除效果及影响因素

4.4.1潜流湿地

4.4.2表面流湿地

4.4.3潜流／表面流组合湿地

4.4.4氮的形态对总氮去除的影响

4.4.5小结

4.5磷的去除效果及影响因素

4.5.1潜流湿地

4.5.2表面流湿地

4.5.3潜流／表面流组合湿地

4.5.4小结

4.6湿地植物对氮和磷的吸收

4.6.1植物性状比较

4.6.2植物对去除氮、磷的贡献

4.7本章结论

第5章联合系统调控模式

5.1总体原则

5.2目标污染物的确定

5.3湿地出水水质标准

5.3.1有机物

5.3.2氨氮

5.3.3总氮

5.3.4总磷

5.4湿地进水水质要求

5.5处理水量要求

5.5.1进水水质全年定值

5.5.2增大湿地处理水量比例的调控方法

5.6联合调控方法

5.7实例分析

5.7.1处理工艺

5.7.2工艺评估

5.7.3工艺调控

5.7.4总磷校核

5.7.5工艺确定及负荷分配

5.8本章结论

第6章联合处理示范工程

6.1概况

6.2设计参数

6.3进水水质水量

6.4运行模式

6.5出水水质

6.6本章结论

第7章结论和建议

7.1结论

7.2建议

致谢

参考文献

附录

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果