曝气生物滤池处理城市纳污河道废水的运行特性及生物学研究

论文摘要

本文选择污染严重、具有典型流域内污染代表性的济南市小清河支流全福河（上游称窑头大沟）作为研究示范区域,采用以上流式曝气生物滤池（BAF）废水处理工艺为主,并集成化学除磷技术,以实际纳污河道废水为处理对象,以达到净化水质和污水回用的目的,并对曝气生物滤池的运行特性及主要影响因素、微生物生态学特征、底物去除动力学以及BAF后置化学除磷技术进行了试验研究和理论探讨。BAF挂膜启动试验结果表明,BAF去除有机污染物挂膜较迅速,挂膜启动约15天后,有机物去除率能稳定在75%以上;BAF硝化细菌的挂膜有明显的滞后现象,大约在挂膜启动30天左右时,反应器才逐渐具有一定的硝化能力。曝气生物滤池运行特性试验表明,水力负荷、气水比和填料高度对BAF处理效果有较大影响。对于COD和NH3-N的去除,当气水比为3:1,水力负荷为1.2 m3/（m2·h）时,二者均能达到最佳去除效果。出水COD在50mg/L以下,去除率可以达到80%以上;出水NH3-N浓度在10mg/L以下,去除率可以达到80%以上;大部分COD在靠近进水端填料层内得到去除,而硝化作用主要集中在BAF的出水端附近。BAF对悬浮物（SS）有较高且稳定的去除能力,且受水力负荷、气水比的影响较小,出水浊度能稳定在5 NTU以下。BAF具有较强的再启动恢复能力;在低温条件下,BAF去除NH3-N的效果受到影响,但出水COD仍可达标,悬浮物的去除受影响不大,即使在较低温度下,出水浊度仍可在10 NTU以下,除浊效果较好。BAF微生物学研究表明,曝气生物滤池的活性生物量受营养基质浓度的影响较大,在有机物浓度较高的进水端生物量丰富,而出水端附近的生物量较少。生物膜活性与生物量不完全成正相关,由于生物膜中存在营养基质扩散的限制,尽管生物量增加,但生物膜活性有时反而会降低。进水端附近大约40cm厚的填料内,生物量和生物活性较高,大部分的有机物在这一段得到去除;随着水流向出水端流动,生物量和生物活性总体呈降低趋势,但硝化细菌逐渐大量生长,这对于NH3-N的硝化有着重要的意义。本研究在Monod公式的基础上,并假设BAF为总体近似推流、局部完全混合的生物反应器,推导了BAF底物去除动力学模型,并根据试验结果确定了模型常数。结果表明,曝气生物滤池对底物的去除动力学模型可描述为一级反应。本试验中,在进水水质和滤料一定的情况下,模型常数K仅为水力负荷v的函数。动力学模型揭示了曝气生物滤池处理纳污河水的机理,对于工程设计和处理效果预测均具有指导意义。试验采用后置化学混凝法除磷,混凝剂筛选试验表明,聚合硫酸铁（PFS）是理想的化学除磷混凝剂。当PFS投加量为35 mg/L时,总磷和磷酸盐的去除率分别达到86%和91%以上,出水总磷浓度可降低到0.38 mg/L,磷酸盐浓度可以在0.20 mg/L以下。应用PFS在去除污水中总磷的同时,对BAF出水的COD和浊度都有不同程度的降低,COD可由约80 mg/L降低到44 mg/L,浊度可由3.5NTU降低到大约1.1 NTU,出水水质得到进一步改善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 曝气生物滤池技术概况
• 1.2.1 曝气生物滤池发展的背景和特点
• 1.2.2 曝气生物滤池的工作原理
• 1.2.3 BAF主要的工艺形式
• 1.3 曝气生物滤池应用和研究现状
• 1.4 课题的提出及意义
• 1.5 课题研究目的与研究内容
• 1.5.1 课题的研究目的
• 1.5.2 课题的研究内容
• 第二章 BAF处理效果试验研究
• 2.1 试验装置与测试方法
• 2.1.1 试验装置与工艺流程
• 2.1.2 试验仪器与设备
• 2.1.3 试验水质
• 2.1.4 试验方法
• 2.1.5 测定方法
• 2.2 BAF的挂膜与启动
• 2.2.1 挂膜启动试验方法
• 2.2.2 挂膜启动阶段BAF对COD和SCOD的去除效果
• 3-N的去除效果'>2.2.3 挂膜启动阶段BAF对NH₃-N的去除效果
• 2.3 BAF对COD的去除效果及影响因素
• 2.3.1 BAF对COD的处理效果
• 2.3.2 水力负荷对COD去除效果的影响
• 2.3.3 气水比对BAF处理COD效果的影响
• 2.3.4 BAF对COD去除效果的沿程变化
• 3-N的处理及主要影响因素'>2.4 BAF对NH₃-N的处理及主要影响因素
• 3-N的处理效果'>2.4.1 BAF对NH₃-N的处理效果
• 3-N的影响'>2.4.2 水力负荷对BAF去除NH₃-N的影响
• 3-N的影响'>2.4.3 气水比对BAF去除NH₃-N的影响
• 3-N处理效果的沿程变化'>2.4.4 BAF对NH₃-N处理效果的沿程变化
• 2.5 BAF对SS的处理及主要影响因素
• 2.5.1 BAF的除浊效果
• 2.5.2 水力负荷和气水比对BAF除浊效果的影响
• 2.5.3 BAF对SS去除的沿程变化
• 2.6 BAF对总磷的去除效果
• 2.7 BAF的启动恢复
• 2.8 冬季低温条件下BAF的运行效果
• 2.9 BAF反冲洗
• 2.10 本章小结
• 第三章 曝气生物滤池微生物学研究
• 3.1 试验方法与仪器
• 3.1.1 生物膜的剥落
• 3.1.2 脂磷法测生物量
• 3.1.3 TTC-脱氢酶活性的测定方法
• 3.1.4 SS和VSS的测定
• 3.1.5 生物膜样品的提取与制备
• 3.1.6 EPS的提取与测定
• 3.1.7 细胞疏水性分析
• 3.1.8 试验仪器和试验方法
• 3.2 生物量与填料高度的关系
• 3.3 TTC-脱氢酶活性的沿程变化
• 3.4 有机物浓度对生物活性的影响
• 3.5 EPS沿滤池高度的分布
• 3.6 EPS对生物活性的影响
• 3.7 EPS对细胞疏水性的影响
• 3.8 本章小结
• 第四章 曝气生物滤池底物去除动力学
• 4.1 曝气生物滤池动力学理论模型的推导
• 4.2 动力学模型系数的确定
• 4.3 本章小结
• 第五章 BAF后置化学除磷技术研究
• 5.1 试验仪器与试验方法
• 5.1.1 试验仪器
• 5.1.2 试验方法
• 5.2 混凝除磷药剂的筛选
• 5.3 PFS投加量对除磷效果的影响
• 5.4 PFS混凝出水COD及浊度
• 5.5 本章小节
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表