前置反硝化人工快速渗滤系统处理生活污水的试验研究

摘要

人工快速渗滤系统(Constructed Rapid Infiltration system，CRI)由于其低成本、低耗能、易操作以及出水水质好等优点近年来得到广泛研究和应用。相关研究表明，由于反硝化反应所需的缺氧环境及有机碳源的缺乏，该系统的脱氮效率较低，因此，强化人工快渗渗滤系统的脱氮能力成为目前的研究重点。
　　本课题采用实验室构建A/O两段式人工快速渗滤系统，充分借鉴了活性污泥法中A/O工艺脱氮原理的设计思路，将传统CRI系统改进为前置反硝化CRI系统，研究了前置反硝化CRI系统对生活污水的处理性能，探讨了该系统有机物和总氮的去除机理，寻求该系统的最佳回流比条件。同时利用硝态氮在水中具有较大的溶解度对前置反硝化人工快速渗滤系统进行了改进，研究了改进型前置反硝化人工快速渗滤系统对生活污水的处理性能及其有机物和TN的去除机理，探讨了回流量不变的情况下，不同回流比条件对改进型前置反硝化人工快速渗滤系统脱氮效率的影响。最后，探讨了改进型前置反硝化人工快速渗滤系统的A段人工快速渗滤系统对硝态氮的去除动力学，构建A段人工快速渗滤系统去除硝态氮的动力学模型。
　　A/O两段式前置反硝化人工快速渗滤系统的启动试验中，系统采用阶段式自然挂膜方式，A段系统对TN的去除率稳定在35％左右，O段系统对氨氮的去除率稳定在70％左右说明挂膜成功，整个过程总共历时34d。挂膜成功后，继续运行A/O两段式前置反硝化人工快速渗滤系统，在水力负荷80(cm3/cm2·d)，回流比为100％条件下，系统对COD、NH+-N的效果较好，平均去除率分别为90.2％，79.9％。而对TN的去除率提高到40.8％。因为反硝化菌利用原废水中的有机物作为碳源将回流液中的NO3--N还原为N2，从而降低了出水的TN浓度。回流比对NH4+-N和COD的去除影响较小，而对TN的的去除影响相对较大。随着回流比从50％增加到200％，TN的去除率先由31.4％上升到40.1％再下降为33.8％。
　　通过改进运行方式，利用NO3--N在水中具有较大的溶解性，通过前面流入O段系统的污水将其中的NO3--N淋洗出来进入回流，同时在O段系统配水2h后再将消化回流液通入O段系统内加强O段系统复氧的方式加强A/O两段式前置反硝化人工快速渗滤系统的脱氮性能。试验表明:改进后的系统由于污水对NO3--N的淋洗作用，将O段系统转化的大部分NO3--N回流回A段系统进行反硝化将系统的TN去除率提高到了78％。回流比对于改进型A/O两段式前置反硝化人工快速渗滤系统对COD和NH4+-N的去除影响很小，对TN有较大的影响。试验表明:TN去除效果在水力负荷为80 cm3/(cm2·d)、回流比为75％时最好，去除率为77.4％。
　　推导出A段系统反硝化一级动力学模型:Se/S0=e-3.4301H/q2.2354，经验证，该模型可以较好的反应A段系统对NO3--N的降解规律。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 我国水资源现状

1．2 水体中氮素的来源及危害

1．2．1 水体中氮素的来源

1．2．2 水体中氮素的危害

1．3 人工快速渗滤系统概述

1．3．1 人工快速渗滤系统去除污染物的机理

1．3．2 人工快速渗滤系统处理效能影响因素

1．3．3 人工快速渗滤系统的脱氮现状

1．3．4 人工快速渗滤系统强化脱氮性能研究

1．4 课题研究内容与技术路线

2．1 试验设计

2．2 试验装置

2．2．1 模拟柱构建

2．2．2 渗滤介质的选取及理化性质分析

2．3 前置反硝化CRI系统运行方式及其改进

2．3．1 前置反硝化CRI系统挂膜及运行方式

2．3．2 改进前置反硝化CRI系统运行方式

2．4 试验监测项目

2．5 试验废水

第3章 前置反硝化CRI工艺的挂膜启动

3．1 试验结果与分析

3．1．1 第一阶段挂膜分析

3．1．2 第二阶段挂膜分析

3．2 本章小结

第4章 前置反硝化CRI工艺处理能效的研究

4．1 前置反硝化CRI系统的处理能效

4．1．1 前置反硝化CRI系统对COD的去除效果

4．1．2 前置反硝化CRI系统对NH4+-N的去除效果

4．1．3 前置反硝化CRI系统TN的去除效果

4．1．4 前置反硝化CRI系统NO3--N的变化规律

4．2 回流比对前置反硝化CRI系统处理能效的影响

4．2．1 回流比对前置反硝化CRI系统COD去除效果的影响

4．2．2 回流比对前置反硝化CRI系统NH4+-N的去除效果的影响

4．2．3 回流比对前置反硝化CRI系统TN的去除效果的影响

4．2．4 回流比对前置反硝化CRI系统出水中NO3--N的影响

4．3 本章小结

第5章 改进型前置反硝化CRI工艺处理能效的研究

5．1 改进型前置反硝化CRI系统工艺处理效能

5．1．1 出水口5开关时间及回流硝化液量的确定

5．1．2 改进型前置反硝化CRI系统对COD的去除效果

5．1．3 改进型前置反硝化CRI系统对NH4+-N的去除效果

5．1．4 改进型前置反硝化CRI系统对TN的去除效果

5．1．5 改进型前置反硝化CRI系统内NO3--N变化趋势

5．2 回流比对改进型前置反硝化CRI系统处理能效的影响

5．2．1 回流比对改进型前置反硝化CRI系统COD去除效果的影响

5．2．2 回流比对改进型前置反硝化CRI系统NH4+-N的去除的效果

5．2．3 回流比对改进型前置反硝化CRI系统TN的去除效果的影响

5．2．4 回流比对改进型前置反硝化CRI出水中NO3--N的的影响

5．3 本章小结

第6章 前置反硝化CRI系统反硝化动力学研究

6．1 反硝化模型的推导

6．2 反硝化动力学模型的验证

6．3 本章小结

第7章 结论与建议

7．1 结论

7．2 建议

致谢

参考文献

学位期间取得学术成果