含炭生物滤池对污水处理厂尾水水质提标研究

摘要

由于我国水环境问题突出，近年来经过积极治理，水体质量得到了很大改善。然而，我国主要流域水体中的氮、磷等超标情况仍然时有发生。为了达到改善流域水体环境质量的目的，需要进一步对流域周围城镇污水处理厂提高尾水出水水质。由于尾水水质具有低C/N比和磷浓度低等特点，如何有效降低尾水中的氮磷浓度，这成为了污水提标改造工程的核心问题。
　　本课题在生物活性炭技术的基础上，搭建不同比例填料的生物炭滤池，采取自然挂膜法在填料表面形成较为成熟的生物膜，随后通过控制变量法分别考察碳源投加量、厌氧/好氧高度比和表面水力负荷对反应器去除污染物效果的影响。在较优运行参数下，研究反应器对污染物去除情况以及在不同氮负荷参数下对污染物的去除效果。并对反应器内挂膜前后的填料进行电镜扫描，初步分析了填料上的原后生动物种类以及细菌种类。得到主要结论如下:
　　(1)反应器在挂膜启动期间大概经历3个阶段，分别是挂膜初期(即0～6d)、挂膜中期(即8～20d)和挂膜后期(即22～38d)。随着挂膜时间的延长，对不同污染物的去除率有所增加。在挂膜后期，对污染物的平均去除率达到最大，COD、TN和TP的平均去除率分别为75％、20％和63％左右;
　　(2)在不同的C/N比条件下，1＃、2＃和3＃反应器对COD、NH4+-N去除率较为接近。但对于NO3--N和TN而言，2＃和3＃反应器对其去除率均高于1＃反应器，表明在河砂反应器内添加生物炭有助于反硝化脱氮;
　　(3)在不同的厌氧/好氧高度比条件下，3＃反应器对NO3--N、TN及TP的去除率都高于2＃和1＃反应器，表明添加适量铁屑有助于降低污水中的氮磷浓度;
　　(4)当表面水力负荷从0.13cm3/(cm2·min)增加到0.26cm3/(cm2·min)，1＃、2＃和3＃反应器对各项污染物的去除效果都随表面水力负荷的增大而呈现下降趋势。但2＃和3＃反应器对污染物的去除效果优于1＃反应器，表明含有生物炭的反应器比普通的河砂反应器对表面水力负荷变化的抗冲击性能更强;
　　(5)在较优工艺参数条件下，即C/N为6.30∶1、厌氧/好氧高度比为5∶5及表面水力负荷为0.13cm3/(cm2·min)时，虽然1＃、2＃、3＃和4＃反应器几乎都能较好地将模拟一级B标水质提升为一级A标水质，达到水质提标目的，但3＃和4＃反应器脱氮除磷效果明显好于1＃和2＃反应器，3＃反应器对TN和TP去除率分别为69.78％和92.11％，而4＃反应器对TN和TP去除率分别为67.20％和84.53％，两者TN和TP出水浓度满足对出水浓度要求更高的《四川省岷江、沱江流域城镇污水处理厂污染物排放标准》(DB51);
　　(6)对河砂和生物炭挂膜前后进行SEM扫描对比结果可知，挂膜前河砂表面比较光滑，而生物炭呈现出良好的孔隙结构，挂膜后河砂和生物炭均形成生物膜聚合体结构。通过镜检所得结果可知，填料表面上分布的原后生动物以肉足虫、轮虫及线虫为主;
　　(7)利用高通量测序对反应器内不同高度上的填料进行微生物分析可知，反应器中反硝化细菌主要以Betaproteobacteria为主。对于具有nirS功能基因的反硝化细菌群落的丰富度和多样性分析表明，这两者在纯砂反应器下部都是最小的，因此解释了生物炭滤池反应器对TN的去除率要大于纯砂反应器。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景

1．2 我国城镇污水处理厂提标改造要求

1．3 污水处理厂提标改造技术及研究进展

1．3．1 高效纤维滤池

1．3．2 连续流砂滤池

1．3．3 纤维转盘滤池

1．3．4 生物活性炭技术

1．4 课题的提出及其意义

1．5 研究内容及技术路线

1．6 本章小结

第2章 实验材料和分析方法

2．1 实验材料和装置

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验装置

2．1．3 实验主要仪器及药品

2．2 实验水质及检测分析方法

2．2．1 实验水质

2．2．2 检测分析方法

2．2．3 数据处理

2．3 原后生动物镜检和微生物种类检测方法

2．3．1 原后生动物镜检

2．3．2 微生物种类检测方法

2．4 本章小结

3．1 挂膜方法

3．2 反应器挂膜启动

3．3 结果与讨论

3．3．1 挂膜启动期间反应器对COD去除效果

3．3．2 挂膜启动期间反应器对氮素去除效果

3．3．3 挂膜启动期间反应器对TP去除效果

3．4 本章小结

第4章 生物滤池工艺参数优化

4．1 C／N比对反应器去除污染物的影响

4．1．1 C／N比对COD去除影响

4．1．2 C／N比对氮素去除影响

4．1．3 C／N比对TP去除影响

4．2 厌氧与好氧高度比对反应器去除污染物的影响

4．2．1 厌氧与好氧高度比对COD去除影响

4．2．2 厌氧与好氧高度比对氮素去除影响

4．2．3 厌氧与好氧高度比对TP去除影响

4．3 表面水力负荷对反应器去除污染物的影响

4．3．1 不同表面水力负荷对COD去除影响

4．3．2 不同表面水力负荷对氮素去除影响

4．3．3 不同表面水力负荷对TP去除影响

4．4 本章小结

第5章 较优参数下反应器对污染物去除效果

5．1 反应器对COD去除效果

5．2 反应器对氮素去除效果

5．2．1 反应器对NH4+-N去除效果

5．2．2 反应器对NO3ˉ-N去除效果

5．2．3 反应器对TN去除效果

5．2．4 反应器出水NO2ˉ-N积累情况

5．3 反应器对TP去除效果

5．4 较高氮负荷下反应器对各个污染物的去除

5．4．1 反应器对COD的去除效果

5．4．2 反应器对氮素的去除效果

5．4．3 反应器对TP的去除效果

5．5 本章小结

第6章 反应器内微生物分析

6．1 反应器内填料挂膜前后电镜扫描结果

6．2 反应器内原后生动物镜检结果

6．3 反应器内微生物群落分析

6．3．1 微生物群落多样性分析

6．3．2 微生物群落结构分析

6．4 反硝化功能菌分析

6．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果