悬浮填料床处理黄浦江原水及动态模拟研究

摘要

目前黄浦江上游日益受到污染,必须探索一种简便、高效的生物预处理运行方式,使原水水质有较大的改善.为了避免弹性填料生物接触氧化和生物滤池工艺运行过程中产生的填料和池底积泥及反冲洗等问题,论文首次采用悬浮填料床生物膜工艺进行微污染原水处理,并利用该工艺对黄浦江原水进行了大型的中试研究.论文分析了自然挂膜条件下的工艺启动过程,研究了1 0个工况条件下悬浮填料床对原水中污染物的去除效果.论文首次提出采用污染物填料表面负荷来判断生物预处理污染物去除能力,并采用该负荷来衡量不同因素对原水中污染物的去除效果的影响.中试运行过程中,水温对硝化效果的影响较大而对CODMn的去除影响较小.水温与氨氮填料表面负荷可进行指数关系拟合,相关系数达到0.8888.原水浊度的变化对本工艺影响较小,氨氮和CODMn去除效果基本不随浊度的变化而变化.中试气水比分别为0.56、0.38和0.28,对不同的进水氨氮浓度,池体内溶解氧浓度均有较高的水平,溶解氧不会成为硝化的限制条件.进水氨氮浓度与氨氮填料表面负荷之间关系可回归为二次函数曲线,相关系数可达到0.9515,而进水CODMn浓度与表面负荷之间基本无相关性.在低氨氮填料表面负荷运行条件下,随水力停留时间的减少,氨氮填料表面负荷逐步升高直至最大负荷值;在高负荷运行条件下,氨氮填料表面负荷维持在一定范围内,基本不随水力停留时间的改变而改变.在低温和高氨氮负荷中试运行条件下,中试装置会发生亚硝酸盐积累现象.中试装置在冬季重启动需要4天;春夏季启动在曝气4h条件下,可恢复去除效果,不需较长时间的重新挂膜过程.通过动态模拟方程,探讨了进水水量、进水水质、填料类型的变化、填料填充率的变化、反应池级数的变化和多级反应池体积不同配比的变化等对系统运行效果的影响.并利用MATLAB5.3平台,开发出了方便、实用的完全混合连续流式原水生物预处理动态仿真系统.通过对悬浮填料床预处理黄浦江原水的经济效益分析,在取水规模为现有的540万吨/d条件下,其工程总投资为49747.32万元,年运行成本为4320.27万元,每吨水处理成本为0.033元.其总投资为轻质滤料生物滤池工艺的0.91倍,运行成本为0.44倍,每单位水处理成本的0.55倍.该工艺具有较好的应用前景.

目录

文摘

英文文摘

第一章概述

1.1中国水资源与水污染现状

1.2饮用水水源污染处理技术

1.2.1微污染原水特点

1.2.2饮用水处理技术发展

1.2.3原水生物预处理技术发展

1.2.4国外生物预处理发展与研究

1.3移动床生物膜反应器(MBBR)技术

1.3.1移动床生物膜反应器发展与特点

1.3.2悬浮填料的特点

1.3.3 MBBR在污水处理中的应用

1.4原水生物预处理动力学研究

1.4.1生物膜反应动力学

1.4.2生物硝化反应动力学研究

1.5本课题研究的背景、意义和内容

1.6课题的创新点

第二章黄浦江原水水质现状及其主要问题

2.1上海市水资源及黄浦江概述

2.2黄浦江水质变化发展

2.3黄浦江原水水质

2.3.1松浦原水厂概况

2.3.2松浦原水水质

2.3.3黄浦江原水的特点分析

第三章微污染原水试验水质与工艺流程

3.1试验期间黄浦江原水水质

3.2中试试验工艺流程

3.3中试试验设备与装置

3.4中试试验用悬浮填料介绍

3.5小试工艺流程与设备

3.6混凝试验中试设备

3.7水质的分析测定

3.8微生物的分析测定

第四章悬浮填料床生物预处理黄浦江原水试验研究

4.1悬浮填料床的启动

4.2悬浮填料床的实际工况运行

4.2.1自然进水下生物膜培养

4.2.2工艺优化运行情况

4.2.3铁锰的去除效果

4.3填料生物膜生长分析

4.3.1填料上微生物计数分析

4.3.2填料上微生物生物相分析

4.4悬浮填料床生物预处理效果小结

4.5悬浮填料床生物预处理效果影响因素分析

4.5.1填料表面去除负荷

4.5.2水温对污染物去除效果影响

4.5.3气水比对污染物去除效果影响

4.5.4进水浊度对污染物去除效果影响

4.5.5进水浓度对污染物去除效果影响

4.5.6水力停留时间对污染物去除效果影响

4.6运行过程中问题及解决方法

4.6.1亚硝酸盐积累因素探讨

4.6.2进出水pH值变化的探讨

4.6.4 CODMn去除效果的探讨

4.6.5生物预处理冬季运行的探讨

第五章原水生物预处理硝化反应动力学及中试运行动态模拟

5.1悬浮填料床对氨氮的降解规律

5.2原水生物预处理硝化反应动力学

5.2.1最小基质氨氮浓度

5.2.2硝化动力学及其参数确定

5.2.3硝化反应控制因子

5.2.4悬浮填料床生物反应器动力学

5.3模型效果的验证

5.4模型的应用

5.4.1进水水量对系统的影响

5.4.2进水水质对系统的影响

5.4.3填料类型对系统的影响

5.4.4填料填充率对系统的影响

5.4.5反应池级数对系统的影响

5.4.6多级反应池不同配比对系统的影响

5.5动态模型仿真及其软件的建立

5.5.1仿真软件及开发软件MATLAB介绍

5.5.2悬浮填料床原水生物预处理仿真软件

第六章生物预处理混凝效果与小颗粒填料挂膜分析

6.1生物预处理前后原水最佳投药量

6.2生物预处理前后混凝试验中试

6.3生物预处理前后混凝效果提高分析

6.4小颗粒悬浮填料工艺的挂摸过程

第七章处理黄浦江原水工程设计方案建议及经济效益分析

7.1工程规模

7.2设计处理水质目标

7.3设计参数的确定

7.4工程方案的确定

7.5经济效益分析

7.6与其它工艺经济效益分析比较

7.6.1轻质滤料生物滤池运行状况

7.6.2轻质滤料生物滤池工程设计

7.6.3轻质滤料生物滤池工艺处理投资与运行费用估算

7.6.4两种中试工艺投资与运行费用经济效益比较

7.6.5与弹性立体填料工程方案的对比

第八章结论与建议

8.1结论

8.1.1黄浦江原水水质

8.1.2悬浮填料床中试运行效果

8.1.3悬浮填料床中试运行影响因素

8.1.4悬浮填料床生物预处理动力学及动态模拟

8.1.5悬浮填料床工程设计及经济效益分析

8.2建议

参考文献

结语及致谢