污泥减量系统中水蚯蚓除污释污特性的研究

摘要

剩余污泥产量随着污水处理率提高而大幅增加。处理与处置剩余污泥的费用约占污水处理厂运行费用的40％～60％，源头削减污泥产量意义重大。由于经济、高效，近年来水蚯蚓污泥减量技术得到业界青睐。 在水蚯蚓污泥减量系统中，水蚯蚓的存在会影响系统的生态平衡，进而影响系统中污染物的去除;系统中污染物的胁迫会影响水蚯蚓的生长和繁殖，进而降低水蚯蚓对污泥的减量效能。污泥减量系统中水蚯蚓摄食污泥、吸收和释放污染物的影响及其机理，迄今尚不清楚。本论文研究了污泥减量系统中污染物胁迫对水蚯蚓的影响，探索了水蚯蚓吸收与释放污染物的动力学特性。主要研究结果如下: 1)考察了铬对水蚯蚓呼吸速率的影响。结果表明，在温度为22℃、pH=8.0、DO浓度为3.5～4.5 mg·L-1的正常条件下，水蚯蚓呼吸速率的最大值为81.72 mg·g-1·h-1·L-1。存在铬时，低浓度Cr(Ⅵ)(0.325 mg·L-1)可促进水蚯蚓呼吸速率，其呼吸速率为158.38 mg·g-1·h-1·L-1，约为对照组的两倍;高浓度Cr(Ⅵ)（0.650 mg·L-1）会抑制水蚯蚓呼吸速率，此时呼吸速率仅为43.70 mg·g-1·h-1·L-1，降至对照组的1/2。 2)试验了铬对水蚯蚓的急性毒性。结果表明，Cr(Ⅵ)对水蚯蚓的安全浓度(SC)为0.325mg L-1;此浓度下水蚯蚓的超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase，SOD)活性为4.49 U·mg-1，而对照组水蚯蚓的SOD活性为2.37U·mg-1。Cr(Ⅵ)浓度超过SC时，虽然水蚯蚓的SOD活性开始下降，但直到Cr(Ⅵ)浓度为96 hLC50(2.56 mg L-1)，SOD活性仍呈被诱导状态。Cr(Ⅵ)浓度达到72 hLC50(3.40 mg L-1)后，SOD活性受到抑制而迅速下降;Cr(Ⅵ)浓度继续提高到37.64 mg L-1时，SOD活性降至最低点。Cr(Ⅵ)浓度为SC时，Cr(Ⅵ)会对水蚯蚓产生刺激作用，污泥减量率达48.0％，比对照提高4.7％。 3)检测了水蚯蚓对铬的富集作用。结果表明，在水蚯蚓28天的生活周期中，0～15天，体内Cr含量明显上升;第15天，体内Cr含量最大，为59.08μg g-1 dw;15～28天，体内Cr含量下降，第28天体内Cr含量为31.09μg g-1 dw。拟合结果表明，双箱动力学模型适用于表征水蚯蚓对Cr的富集（吸收与排出）过程，水蚯蚓对Cr的富集速率常数K1为10.849，排出速率常数K2为0.196。水蚯蚓对Cr的吸收能力(BCF)为55.35，15-28天水蚯蚓对Cr的生物富集系数(BAFs)从0.97降至0.68。 4)研究了水蚯蚓对有机污染物的释放性能。通过对水蚯蚓体内污染物的动态监测和拟合，得到水蚯蚓对总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)的释放速率常数分别为3.671、23.683、9.023 d-1;水蚯蚓消化污泥过程中的TOC、TN和TP释放速率分别为:0.211 mg·g-1·d-1、0.115 mg·g-1·d-1和0.0045 mg·g-1·d-1。 5)优化了生产性“水蚯蚓-微生物共生系统”（简称共生系统）的运行工况。结果表明，共生系统的剩余污泥产率为0.051 kg·kg-1COD，仅为常规系统的25％左右;共生系统的污泥沉降性能改善，出水SS浓度降低，COD去除率提高8.7％;共生系统的氨氮浓度提高，可通过调整运行方式解决;共生系统的出水TP稳定在0.5mg·L-1，去除率高达95％。校验结果表明，FCASM3模型及“水蚯蚓-微生物共生系统”传递模型可以较好地表征污水处理厂UNITANK工艺去除营养物质的过程;通过分析，得出浙江某污水处理厂UNITANK工艺的最佳运行条件为:氧传输速率50d-1、污泥停留时间5d、进水流量7500 m3 d-1。

目录

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致谢

论文说明

摘要

第1章 引言

1．1 剩余污泥处理处置研究现状

1．2 水蚯蚓污泥减量技术研究进展

1．2．1 水蚯蚓污泥减量主要工艺

1．2．2 水蚯蚓污泥减量工艺参数

1．2．3 水蚯蚓污泥减量反应器

1．2．4 水蚯蚓对污染物的吸收与释放

1．2．5 水蚯蚓对重金属的富集作用

1．2．6 水蚯蚓污泥减量工程试验

1．3 本课题的研究意义与内容

1．4 技术路线图

第2章 污泥减量系统中工艺条件对水蚯蚓呼吸速率的影响

2．1 材料和方法

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验设备及测定原理

2．1．3 试验方法

2．2 结果与讨论

2．2．1 水蚯蚓干湿比

2．2．2 水质对水蚯蚓呼吸速率的影响

2．2．3 水蚯蚓投加量对呼吸速率的影响

2．2．4 温度对水蚯蚓呼吸速率的影响

2．2．5 pH对水蚯蚓呼吸速率的影响

2．2．6 DO对水蚯蚓呼吸速率的影响

2．3 小结

第3章 重金属胁迫对水蚯蚓的影响

3．1 试验材料和方法

3．1．1 试验材料

3．1．2 试验设备及试剂

3．1．3 试验方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 铬对水蚯蚓的急性毒性

3．2．2 铬胁迫对水蚯蚓呼吸速率的影响

3．2．3 铬胁迫对水蚯蚓SOD的影响

3．2．4 铬胁迫对水蚯蚓污泥减量的影响

3．3 小结

第4章 水蚯蚓对重金属的富集与排出动力学研究

4．1 材料与方法

4．1．1 水蚯蚓及活性污泥

4．1．2 试验仪器及装置

4．1．3 铬的测定

4．1．4 生物富集模型及相关计算

4．1．5 数据处理与模型拟合优度检验

4．2 结果与讨论

4．2．1 水相和污泥相中Cr含量的变化

4．2．2 水蚯蚓及蚓粪中Cr含量的变化

4．2．3 水蚯蚓对Cr的生物富集系数

4．2．4 水蚯蚓对Cr的生物富集曲线及动力学特性

4．3 小结

第5章 水蚯蚓对有机污染物的吸收与释放规律研究

5．1 材料与方法

5．1．1 试验材料

5．1．2 试验仪器与设备

5．1．3 试验方法

5．1．4 测定项目及方法

5．2 结果与讨论

5．2．1 水蚯蚓对COD去除的影响

5．2．2 水蚯蚓对TN去除的影响

5．2．3 水蚯蚓对TP去除的影响

5．2．4 水蚯蚓所致的污染物释放规律

5．3 小结

第6章 “水蚯蚓-微生物共生系统”的工程化运行研究

6．1 材料与方法

6．1．1 工艺流程与运行参数

6．1．2 试验条件与污水水质

6．1．3 测试仪器及方法

6．2 结果与讨论

6．2．1 水蚯蚓生长繁殖状况

6．2．2 处理系统中重金属Cr的分布

6．2．3 水蚯蚓对处理系统中污泥性状的影响

6．2．4 水蚯蚓对处理系统降解SS的影响

6．2．5 水蚯蚂l对处理系统降解COD的影响

6．2．6 容积负荷对污染物去除效果的影响

6．2．7 运行方式对处理系统脱氮除磷的影响

6．3 小结

第7章 “水蚯蚓-微生物共生系统’’优化运行数值模拟研究

7．1 UNITANK工艺数值模型与模拟方法

7．1．1 工艺流程与运行参数

7．1．2 污水处理厂UNITANK工艺数值模型

7．1．3 UNITANK工艺数值模型参数校核与数值模拟

7．2 工艺参数的单因素影响模拟试验

7．3 最佳运行工况模拟试验

7．3．1 试验方案

7．3．2 试验结果

7．3 小结

8 结论与展望

8．1 主要结论

8．2 创新点

8．3 不足与展望

参考文献

作者简历

在学期间所取得的科研成果