复合填料床渗滤系统对城市生活污水处理效果的研究

论文摘要

污水土地处理法是利用土壤及生存于该环境中的植物、动物、尤其是微生物的相互依赖共同作用的生态学方法，以同时实现对污水中污染物“处理”与“利用”的两大个功能，达到污水的充分净化以及水、土地资源的循环再生和有效利用。土地毛细管渗滤处理系统特别适用于污水管网不完备的地区，是一项处理分散排放的污水的实用技术。被输送到渗滤场的污水先经布水管分配到砾石层中，然后在土壤毛细管的作用下上升至填料区，通过土壤的物理、化学、微生物的生化作用和植物的吸收和利用得到处理和净化。该系统运行稳定，可靠，抗冲击负荷能力强，对BOD5、氮、磷去除率高；维护简便，基建投资少，运行费用低；整个系统在地下，不会散发臭味，地面草坪还可美化环境；污水的储存、输送等过程均在地下进行，热损失较少，在冬季仍能保持一定温度，维持基本的生化反应，保证较稳定的去除效果。但其对总氮的去除效果不显著；占地面积较大。本课题针对上海市郊新城市化地区污水量小、分布散，污泥处理处置困难，污水处理设施滞后等问题，研究了土地毛管渗滤系统对城镇污水的处理。从土壤与煤渣分层填料，土壤、煤渣与草炭分层和混合填料，煤渣渗滤柱反应器三个方面研究了土地毛细管渗滤系统对污水中有机物、氨氮、总氮和总磷等的去除效果；比较了不同填充介质对各类污染物质的去除效果；研究了不同运行工况（进水方式、水力负荷等）对不同污染物质去除的影响，并确定推荐的运行方式；为该技术的实际应用提供了工艺设计参数和运行管理方案。本课题主要得出以下研究结论：1.研究表明，与传统土壤毛细管渗滤系统相比较，土壤与煤渣分层装填的土地毛管渗滤系统不易堵塞、对生活污水处理效果显著；从去除不同污染物性能的综合比较来看，采用土壤与煤渣分层装填的填料构造，改善了土壤的水力渗透性能，对生活污水具有良好的处理效果，污水中有机物、氨氮、悬浮物和磷的去除率较高，在水力负荷0.1m／d条件下对TP和SS的去除率可达80%以上。2.连续运行方式与运行周期为2天（1天进水，一天落干）的间歇运行方式相比，总体上连续运行方式比间歇运行方式的处理效果较好一些。COD平均去除率增加约10%;NH3-N平均去除率增加不大;TN平均去除率增加约8%;TP平均去除率增加约14%。3.系统稳定运行后对总氮的去除效果不明显。结果表明装置底部的厌氧环境和碳源不足,反硝化效率不高,使出水总氮浓度仍然较高。在排放要求较高的场合,需要考虑后续的脱氮补充工艺,或对系统进行改良以提高脱氮能力。4.为提高土地毛细管渗滤系统对TN的去除效果,在土壤中添加草炭后,构成土壤、煤渣与草炭的分层和混合填料,在水力负荷0.1m/d的条件下,试验结果表明,添加草炭并未明显提高系统对TN的去除效果。5.土壤、煤渣与草炭分层和混合系统的进水中添加1g/L的葡萄糖,连续运行两个月后,试验结果表明,系统的TN去除率提高到50%,而且COD的去除率也有大幅提高。结果表明,溶解性的碳源能被微生物很好的吸收并提高系统对污染物的去除率。6.对土壤和煤渣分层系统中的不同高度处填料的SS和含水率的分析可知,煤渣高于土壤,因此,有必要将煤渣作为填料,观测煤渣反应器对于污染物的去除效果。结果表明,煤渣对NH3-N, COD, TP, SS的去除率均>70%,尤其对于有机物的去除具有效果好,耐冲击性的特点,试验结果说明煤渣对于有机质的去除符合一级反应动力学模型,反应的动力学常数为0.0147。7.在较高的水力负荷0.4m/d的条件下,煤渣反应器对于生活污水中的污染物去除效果如下:反应器对COD的去除效果稳定且>80%,与0.2m/d相比差别不大;对NH3-N的去除率达到99%以上,说明煤渣对氨氮具有很好的吸附性能;反应器对TP的去除率在较高水力负荷条件下,下降明显,TN的去除率也不足20%,表明较高的水力负荷会影响填料与污水的接触,从而影响系统对TP和TN的处理效果。8.土地毛管渗滤系统对生活污水具有较好的处理效果。在0.1m/d水力负荷下运行时,能满足其出水污染物指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的二级排放标准:而在小于0.1m/d的较低水力负荷下运行时,处理效果则更好。土地毛管渗滤系统集污水和污泥处理于一体,具有能耗低、运行稳定、产泥量少和管理方便的优势,适合我国中小城镇现有的经济和社会条件,符合可持续发展需要。本工艺具有一定的技术经济竞争优势,社会、环境效益显著,在小城镇和新城市化地区具有良好的实际应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 课题来源
• 1.1.1 上海市郊新城市化地区污水处理现状
• 1.1.2 上海市郊新城市化地区污水处理面临的问题和对策
• 1.2 课题背景
• 1.2.1 国外研究进展
• 1.2.2 国内研究进展
• 1.3 研究目标与内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.4 研究技术关键与创新点
• 1.4.1 技术关键
• 1.4.2 创新点
• 第2章 土地毛细管渗滤系统对生活污水的处理效果
• 2.1 土壤与煤渣填料床小试
• 2.2 进水水质和测定方法
• 2.2.1 进水水质
• 2.2.2 监测项目及方法
• 2.3 试验条件的确定
• 2.3.1 适宜水力负荷的确定
• 2.3.2 适宜湿干比的确定
• 2.4 土壤与煤渣填料床中试
• 2.4.1 试验装置
• 2.4.2 试验水质
• 2.4.3 试验方法
• 2.4.4 监测项目及方法
• 2.4.5 试验结果及分析
• 2.5 连续进水条件下，中试装置对生活污水的季节性处理效果
• 2.5.1 试验水质
• 2.5.2 试验方法
• 2.5.3 监测项目及方法
• 2.5.4 试验结果
• 2.5.5 试验结果的讨论
• 2.6 添加草炭的小试系统对城市生活污水的处理效果
• 2.6.1 试验装置与方法
• 2.6.2 试验结果与讨论
• 2.7 本章小结
• 第3章 煤渣渗滤柱对城市生活污水的处理效果
• 3.1 煤渣的物理和化学性质
• 3.2 试验装置与方法
• 3.2.1 试验装置
• 3.2.2 试验方法
• 3.3 试验水质和测试方法
• 3.3.1 试验的进水水质
• 3.3.2 监测项目及方法
• 3.4 试验结果
• 3.4.1 NH3-N的去除效果
• 3.4.2 TN的去除效果
• 3.4.3 COD的去除效果
• 3.4.4 TP的去除效果
• 3.4.5 SS的去除效果
• 3.4.6 填料和系统出水的pH值变化
• 3.5 煤渣处理城市生活污水中有机质的动力学探讨
• 3.5.1 煤渣处理有机质的数学模型
• 3.5.2 生物反应动力学模式简介
• 3.5.3 煤渣处理有机质的反应动力学
• 3.6 不同高度层煤渣的呼吸强度
• 3.7 较高水力负荷下煤渣对生活污水的处理效果
• 3.7.1 试验水质和测试方法
• 3.7.2 试验结果
• 3.8 本章小结
• 第4章 结论及建议
• 4.1 结论
• 4.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 个人简历 在读期间发表的学术论文及研究成果