一体化改进A2/O工艺处理农村分散式生活污水试验研究

摘要

在我国大部分农村地区，农村生活污水未经处理就直接排放到环境中导致农村水环境日趋恶化，因此，根据我国农村生活污水具有分散式、量小且变化系数大的特点以及各地区农村经济条件，开发适宜农村生活污水的处理技术日益迫切。本文在课题组已有研究的基础上，将改进A2/O工艺与生物膜相结合，采用一体化折流板反应器(IBBR)，以生活污水为处理对象，通过反应器在不同水力停留时间（HRT）、不同填料工况、不同硝化液回流比以及不同曝气模式时的试验研究，分析不同工况下反应器对CODCr、NH3-N、TN、TP、SS的去除效果，以确定该反应器处理生活污水的最优运行控制条件。
　　主要研究结果和结论如下:
　　(1)在不同HRT时IBBR处理生活污水的试验研究中，IBBR内部填料结构为兼氧单元、厌氧单元及好氧单元上半部悬挂填料（反应器膜片数共计为120片），下半部均为活性污泥区域，反应器运行条件为连续进水、连续曝气、硝化液回流比为100％、污泥回流比为100％。HRT分别为24h、18h、12h、6h的比较中，当HRT为18h时，IBBR对CODCr和SS的去除效果较好，在进水CODCr、SS浓度分别为179.4～351.9mg/L、28～197mg/L时，CODCr及SS平均去除率分别为83.8％、91.1％，出水CODCr浓度和出水SS浓度均达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准的要求;HRT为18h时，该反应器对TN及TP平均去除率分别为26.3％、34.6％。
　　(2)在对微生物生长方式及增加填料数量时，IBBR处理效能的试验研究中，反应器的运行条件为连续进水、连续曝气、HRT为18h、硝化液回流比为100％、无污泥回流;工况A时，反应器内部各单元微生物为附着+悬浮生长，填料悬挂至反应器各单元的上半部，填料膜片总数为120片;工况B时，反应器内部各单元微生物为附着生长，填料悬挂至反应器各单元的上半部，填料膜片总数为120片;工况C时，反应器内部各单元微生物为附着生长，填料悬挂至反应器各单元的底部，长度近似有效水深，填料膜片总数为240片。三种工况的运行效果相比，反应器在工况C时，反应器对生活污水的处理效果最好，此时，当进水CODCr浓度为176～257mg/L时，出水CODCr浓度为21～44mg/L，反应器对CODCr的平均去除率为84.9％，出水CODCr浓度达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准的要求;IBBR对TN及TP的平均去除率分别为21.2％及28.1％。反应器在工况B时，其对CODCr、TN及TP的去除效果较工况C差，且其对CODCr、TN及TP的平均去除率并不是工况C的一半，即微生物生长方式相同，生物膜片总数增加一倍时，反应器对污染物的去除效果并不呈相应倍数增加。反应器在工况A时，其对生活污水的处理效果较工况B好，出水CODCr浓度可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B排放标准的要求，即相同膜片数时，反应器内部各单元微生物生长方式为悬浮+附着方式时，其对生活污水的处理效果较微生物为单纯的附着方式时的处理效果好。
　　(3)在两种不同填料工况下回流比对IBBR处理效能影响的试验研究中，反应器的运行条件为连续进水、连续曝气、HRT为18h，无污泥回流，回流比为变化参数。工况a时，反应器填料悬挂在各单元上半部，膜片总数为120片，反应器内部各单元微生物以附着方式生长，探讨了回流比为600％、400％、200％及100％时IBBR对生活污水的处理效果;工况b时，反应器填料悬挂至各单元底部，膜片总数为240片，反应器内部各单元微生物以附着方式生长，探讨了回流比为400％、300％、200％及100％时IBBR对生活污水的处理效果。结果显示，工况a在回流比为400％时对生活污水有较好的处理效果，IBBR对CODCr、NH3-N、TN、TP的平均去除率分别为66.9％、10.8％、11.9％、16.6％，较大及较小的回流比条件对生活污水中污染物的去除不利;工况b在回流比为400％时对生活污水有较好的处理效果，IBBR对CODCr、NH3-N、TN、TP的平均去除率分别为88.9％、92.5％、50.7％、47.7％，出水CODCr浓度及出水NH3-N浓度均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准的要求;相同回流比条件下，工况b中填料数量为工况a的两倍，工况b污染物去除效果比工况a的效果好。
　　(4)在对不同曝气模式时IBBR处理效能影响的试验研究中，反应器内部填料结构为填料悬挂至各单元底部，膜片总数为240片，反应器内部各单元微生物以附着方式生长，反应器的运行条件为连续进水、HRT为18h、硝化液回流比为400％、无污泥回流。结果显示，间歇曝气模式时，曝气百分数为0.5、0.67、0.75的比较中，IBBR在曝气百分数为0.75时的去除效果最好，其对CODCr、NH3-N、TN、TP的平均去除率分别为85.2％、78.2％、39.1％、31.1％;IBBR在连续曝气模式时，对CODCr、NH3-N、TN、TP的平均去除率分别为85.6％、83.1％、37.1％、39.0％;IBBR在曝气百分数为0.75的间歇模式与连续曝气模式时，反应器出水CODCr、NH3-N浓度均分别达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A、一级B排放标准的要求;考虑节能降耗因素，曝气百分数为0.75的间歇模式时曝气装置每天停曝6h，可降低系统能耗，为IBBR最佳曝气模式，若采用适应IBBR运行工艺要求的电器设备，IBBR运行1d消耗的电量约为1.1KW·h。
　　(5)IBBR稳定运行一年后，兼氧单元、厌氧单元和好氧单元填料上分别附着有灰黑色、黑色、土黄色的均匀而厚实的生物膜且其厚度随着膜片离水面距离的增加而加厚，兼氧单元和厌氧单元的生物膜颜色随着膜片离水面距离的增加而加深。反应器各单元填料上生物膜中分布有大量的氮循环菌，各单元氮循环菌的数量差异较大，兼氧单元生物膜中氨化细菌较其他氮循环菌在数量上占优势;厌氧单元与兼氧单元、好氧单元相比，其生物膜中反硝化细菌数量多;好氧单元生物膜中氮循环菌以反硝化细菌数量最少。
　　采用该IBBR处理农村生活污水的试验研究表明，该技术能有效去除污水中的CODCr、NH3-N、SS，反应器出水清澈透明;且IBBR具有占地面积小、运行及管理简单、基建及运行费用相对较低、实现了设备及装置的一体化等特点，在农村生活污水的处理中具有较好的应用前景。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 农村分散型生活污水的特点

1．2．1 农村生活污水组成特点

1．2．2 农村生活污水排放特点

1．3 国内外农村生活污水处理技术研究现状

1．3．1 农村生活污水处理技术选择原则

1．3．2 农村生活污水处理技术

1．4 一体化反应器的研究进展

1．5 课题简介

1．5．1 课题来源

1．5．2 课题研究内容

1．5．3 研究方法和技术路线

1．5．4 研究目的及意义

2 不同HRT对IBBR处理效能的影响

2．1 材料与方法

2．1．1 试验装置

2．1．2 试验用水

2．1．3 试验仪器设备和测试方法

2．1．4 反应器运行工艺流程

2．1．5 试验方法

2．2 结果与讨论

2．1．1 不同HRT对CODCr去除效果的影响

2．1．2 不同HRT对TN去除效果的影响

2．1．3 不同HRT对TP去除效果的影响

2．1．4 不同HRT对SS去除效果的影响

2．1．5 IBBR运行过程中各单元pH值的变化

2．2．6 IBBR运行过程中各单元污泥特性及生物膜长势

2．3 本章小结

3 微生物生长方式及不同填料条件对IBBR处理效能的影响

3．1 材料与方法

3．1．1 试验装置

3．1．2 试验用水

3．1．3 试验仪器设备和测试方法

3．1．4 反应器运行工艺流程

3．1．5 试验方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 不同工况时，IBBR对CODCr去除效果

3．2．2 不同工况时，IBBR对TN去除效果

3．2．3 不同工况时，IBBR对TP去除效果

3．3 本章小结

4 两种不同填料工况下回流比对IBBR处理效能的影响

4．1 材料与方法

4．1．1 试验装置

4．1．2 试验用水

4．1．3 试验仪器设备和测试方法

4．1．4 反应器运行工艺流程

4．1．5 试验方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 不同回流比对CODCr去除效果的影响

4．2．2 不同回流比对NH3-N去除效果的对比

4．2．3 不同回流比时TN去除效果的影响

4．2．4 不同回流比对TP去除效果的影响

4．3 本章小结

5 曝气模式对反应器处理效能的影响

5．1 材料与方法

5．1．1 试验装置

5．1．2 试验用水

5．1．3 试验仪器设备和测试方法

5．1．4 反应器运行工艺流程

5．1．5 试验方法

5．2 结果与讨论

5．2．1 不同曝气模式对CODCr去除效果的影响

5．2．2 不同曝气模式对NH3-N去除效果的影响

5．2．3 不同曝气模式对TN去除效果的影响

5．2．4 不同曝气模式对TP去除效果的影响

5．3 本章小结

6 IBBR稳定运行时技术特性及能效分析

6．1 分析测试方法

6．1．1 培养基的配置

6．1．2 氮循环菌数量的测定方法

6．2 处理效果分析

6．2．1 污染物去除效果分析

6．2．2 填料上生物膜长势

6．2．3 生物膜上氮循环菌分布初探

6．3 能耗分析

6．4 IBBR工艺特点

6．5 本章小结

7 结论与建议

7．1 结论

7．2 创新点

7．3 建议

致谢

参考文献

附录 每毫升稀释液的细菌近似值

攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文及研究成果