城市垃圾焚烧厂垃圾储坑渗滤液生物处理技术研究

论文摘要

随着经济发展和城市化进程加快，城市生活垃圾（MSW）快速增长，对生态环境的压力日益加剧，MSW的减量化、资源化和安全处置成为现代城市发展的热点环境问题。垃圾焚烧技术是实现MSW减量化的重要手段，但MSW在城市垃圾焚烧厂（MSWIP）的处理过程中存在渗滤液的二次污染问题，该渗滤液具有机污染浓度高、毒性大和可生化性好的特点，是典型的高浓度有机废水。受国家高新技术开发基金的资助，以温州临江垃圾焚烧厂的垃圾储坑渗滤液为研究对象，采用新型序批式UASB—无污泥持留序批式反应器（WSBR），工艺，进行了工艺参数优化、MSWIP垃圾渗滤液降解机理分析、混合菌种动力学研究和反应器理论模型建立等多方面的研究。 基于生物筛选理论和反应工程学原理，提出了无污泥持留序批式反应器的构想，结合序批式UASB组成MSWIP垃圾渗滤液的生物处理工艺，运行结果表明：该工艺TOC、BMP、BOD5、COD的去除率分别为98.0％、98.8％、99.2％和97.3％；对TN和TP的去除率分别93.5％和73.6％；对SS和总残渣的去除率分别为98.2％和97.7％，工艺出水中金属浓度低于国家污水综合一级排放标准。序批式UASB具有良好的脱碳效能，在HRT=8d、序批周期8h的条件下，平均容积COD负荷为5.61kgCOD／（m3·d），平均容积产气率2.75L／（L·d），平均COD去除率为90.1％。WSBR能稳定实现节能型脱氮，在温度30℃、HRT=4d，曝气比率0.33、序批周期12h的条件下，氨氮、总氮和COD去除率分别为97.7％、91.2％和70.2％；平均氨、总氮和COD容积负荷分别为0.26kgN／（m3·d）、0.29kgN／（m3·d）和1.42kgCOD／（m3·d）；脱氮70％以上由短程硝化反硝化贡献，50.7％的COD通过反硝化过程去除。 针对MSWIP垃圾渗滤液降解机理研究空白的现状，结合常规分析、分子量分布和GC-MS分析，研究了MSWIP垃圾渗滤液的生物降解机理，结果表明：有机碳降解在厌氧中处于优先顺序，在WSBR内则落后于其它还原性物质；MSWIP垃圾渗滤液在生物处理过程中存在受限步速，Mw为2.14×104g／mol和Mw为236g／mol的有机物降解是MSWIP垃圾渗滤液厌氧降解的第一和第二受限步速；Mw为1623g／mol的有机物降解是WSBR中受限步速。生物处理过程中

论文目录

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• 同济大学学位论文原创性声明
• 摘要
• ABSTRACT
• 术语符号说明
• 第1章 引论
• 1.1 城市生活垃圾焚烧厂（MSWIP）垃圾渗滤液
• 1.1.1 我国城市生活垃圾（MSW）处理现状
• 1.1.2 MSWIP的二次污染问题
• 1.1.3 MSWIP垃圾渗滤液特性
• 1.1.4 MSWIP垃圾渗滤液的处理难点
• 1.2 垃圾渗滤液的厌氧处理技术
• 1.2.1 有机物厌氧消化原理研究进展
• 1.2.2 厌氧反应器研究进展
• 1.2.3 厌氧技术在渗滤液处理中的应用
• 1.2.4 垃圾渗滤液厌氧处理工艺比较
• 1.3 垃圾渗滤液的生物脱氮技术
• 1.3.1 生物脱氮理论与工艺
• 1.3.2 生物脱氮技术在垃圾渗滤液处理中的应用
• 1.3.3 垃圾渗滤液脱氮工艺比较
• 1.4 研究思路和研究内容
• 1.4.1 研究思路
• 1.4.2 研究工作的技术路线
• 1.4.3 研究目的和意义
• 1.4.4 研究内容
• 第2章 实验材料、方法与设备
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 研究对象
• 2.1.2 混合菌接种物
• 2.2 实验装置
• 2.2.1 序批式UASB装置
• 2.2.2 无污泥持留序批式反应器（WSBR）装置
• 2.2.3 厌氧呼吸速率测定装置
• 2.2.4 好氧呼吸速率测定装置
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 序批式UASB的启动与运行
• 2.3.2 WSBR的启动与运行
• 2.3.3 常规水质分析
• 2.3.4 金属分析
• 2.3.5 分子量质量分布
• 2.3.6 分子量摩尔分数分布
• 2.3.7 低分子有机物构成
• 2.3.8 污泥结构分析
• 2.3.9 BMP测定
• 2.3.10 好氧降解速率测定
• 2.3.11 厌氧降解速率测定
• 2.3.12 WSBR内混合菌群的生长速率测定
• 2.3.13 WSBR内混合菌群的氨氧化速率测定
• 2.3.14 WSBR内混合菌群的反硝化速率测定
• 2.4 分析仪器
• 2.5 测试用试剂
• 2.5.1 厌氧基础营养液
• 2.5.2 好氧基础营养液
• 2.5.3 特种试剂
• 第3章 序批式UASB处理MSWIP垃圾渗滤液的脱碳研究
• 3.1 序批式UASB的启动
• 3.2 序批式UASB的参数优化
• 3.2.1 负荷率对反应器处理效能的影响
• 3.2.2 序批周期对反应器处理效能的影响
• 3.3 序批式UASB的运行特性
• 3.3.1 进水pH对反应器处理效能的影响
• 3.3.2 产气组分与COD去除率的关系
• 3.4 序批式UASB内的污泥结构
• 3.4.1 污泥分布与稳定性
• 3.4.2 污泥性状
• 3.5 小结
• 第4章 WSBR处理MSWIP垃圾渗滤液厌氧出水的研究
• 4.1 WSBR的基本特点和理论基础
• 4.1.1 WSBR的基本特点
• 4.1.2 微生物基础
• 4.1.3 经济性基础
• 4.1.4 反应工程基础
• 4.2 WSBR的技术要点和操作过程
• 4.2.1 WSBR反应器的技术要点
• 4.2.2 WSBR反应器的操作过程
• 4.3 WSBR反应器的启动
• 4.4 WSBR处理MSWIP垃圾渗滤液厌氧出水的运行参数优化
• 4.4.1 变HRT对WSBR运行性能的影响
• 4.4.2 变曝气比率对WSBR运行性能的影响
• 4.4.3 变温对WSBR运行性能的影响
• 4.4.4 变周期对WSBR运行性能的影响
• 4.5 WSBR的周期运行特性
• 4.5.1 pH的周期变化
• 4.5.2 DO的周期变化
• 4.5.3 ORP的周期变化
• 4.5.4 COD的周期变化
• 4.5.5 氮素的周期变化
• 4.6 WSBR反应器内的污泥特性
• 4.7 小结
• 第5章 MSWIP垃圾渗滤液在生物处理过程中的特性变化
• 5.1 对营养盐及有机污染物的去除
• 5.2 对金属的去除
• 5.3 表观性质变化
• 5.4 可生物降解性变化
• 5.5 可物化处理性能变化
• 5.5.1 可物理分离性能的变化
• 5.5.2 可化学氧化性能的变化
• 5.6 污染物分子质量分布与组成变化
• 5.7 低分子有机物组分变化
• 5.8 小结
• 第6章 MSWIP垃圾渗滤液的厌氧降解动力学
• 6.1 厌氧降解速率测试中生物量的确定
• 6.2 MSWIP垃圾渗滤液COD浓度对厌氧降解速率的影响
• 6.3 温度与MSWIP垃圾渗滤液厌氧降解动力学常数的关系
• max,an与温度的关系'>6.3.1 MSWIP垃圾渗滤液U_max,an与温度的关系
• i,an与温度的关系'>6.3.2 MSWIP垃圾渗滤液K_i,an与温度的关系
• s,an与温度的关系'>6.3.3 MSWIP垃圾渗滤液K_s,an与温度的关系
• an的影响'>6.4 pH对MSWIP垃圾渗滤液U_an的影响
• 6.5 小结
• 第7章 WSBR内混合菌群脱氮动力学研究
• 7.1 混合菌的生长
• 7.2 氨氧化和反硝化速率测定中生物量的确定
• 7.3 混合菌亚硝酸盐反硝化动力学
• 7.3.1 亚硝酸盐浓度对亚硝酸盐反硝化速率的影响
• 7.3.2 温度与亚硝酸盐反硝化动力学常数的关系
• 7.3.3 pH对亚硝酸盐反硝化速率的影响
• 7.3.4 碳氮比对亚硝酸盐反硝化速率的影响
• 7.4 混合菌氨氧化动力学
• 7.4.1 氨氮浓度对氨氧化速率的影响
• 7.4.2 温度与氨氧化动力学常数的关系
• 7.4.3 pH对比氨氧化速率的影响
• 7.4.4 混合菌群的DO亲和力及耗氧速率
• 7.5 小结
• 第8章 WSBR的理论建模和模型模拟
• 8.1 模型假设
• 8.2 氨氮的降解和亚硝酸菌的生长模型
• 8.2.1 好氧细菌筛选因子的产生
• 8.2.2 亚硝酸菌比生长速率模型的简化
• 8.2.3 WSBR氨氮降解和亚硝酸菌生长模型
• 8.3 亚硝氮的产生、降解及反硝化菌的生长模型
• 8.3.1 缺氧细菌筛选因子的产生
• 8.3.2 反硝化菌比生长速率模型的简化
• 8.3.3 亚硝氮的产生、降解和反硝化菌生长模型
• 8.4 模型极限分析
• 8.5 模型模拟与实际运行结果比较
• 8.5.1 变温模拟对比
• 8.5.2 变HRT模拟对比
• 8.5.3 变曝气比率模拟
• 8.5.4 变周期模拟
• 8.6 小结
• 第9章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 英文缩略语一览
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果