新型纖維掛膜填料污水處理研究

【摘要】：隨著最嚴格水資源管理制度的實施,全國范圍內(nèi),節(jié)水減排和水生態(tài)環(huán)境修復任務更加艱巨,污水處理廠提標改造勢在必行。研究開發(fā)新型污水處理材料、工藝、技術以及強化現(xiàn)有工藝的處理能力形勢迫切。生物膜法污水處理技術在治理點源污染和面源污染的實際應用中獲得了普遍認可,對掛膜填料的改進研究受到了廣泛關注。聚丙烯腈基的活性碳纖維(PAN-ACF)和活性碳纖維氈(PAN-ACFF)具有比表面積高、生物親和性好、化學性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)異性能,作為生物膜法掛膜填料的相關研究倍受期待。 1.以PAN-ACF填料為生物膜載體,對模擬生活污水和化工廢水進行了小試實驗。PAN-ACF用量為40g,比表面積為1200m2·g-1。(1)在模擬生活污水小試實驗中,考察了水力停留時間(HRT)和回流比(R)對COD、 NH4+-N、TN去除率的影響。首先測試了HRT為16、12、8、4、2h時的污染物去除率,當HRT為8h時的去除率最高；設定HRT為8h,調(diào)節(jié)R為1:2、1:1、2:1、4:1,COD、NH4+-N、TN去除率在R為1：1時達到最大值,分別為94.8%、98.0%、62.2%,填料貢獻力為1.99(gCOD·d-1)·g-1、0.20(gNH4+-N·d-1)·g-1、0.12(gTN·d-1)·g-1。測試了HRT為8h、R為1：1時4種濃度下填料生物膜抗有機負荷沖擊能力,當進水COD濃度為1478.3～1652.4mg·L-1時,填料貢獻力最大,為6.43(g·d-1)·g-1。(2)在化工廢水小試實驗中,進水COD為1900±50mg·L-1, BOD/COD為0.3,考察了DO和HRT對COD去除率的影響,HRT分別為20、15、10、5h,DO分別為3.0、4.0、5.0、6.0mg·L-1。結(jié)果表明,當13hHRT19h、5.0mg·L-1DO6.0mg·L-1時,COD去除率高于75%；當進水COD為1851.3～1947.3mg·L-1, HRT為15h、DO為6.0mg·L-1時,COD去除率最高,平均為75.3%,單位質(zhì)量填料貢獻力為6.1(gCOD·d-1)·g-1。 小試實驗還發(fā)現(xiàn), PAN-ACF負載生物膜的生物相非常豐富；PAN-ACF表面含有大量的親水、親脂活性官能團,有利于提高生物親和性；填料負載生物量大,掛膜后質(zhì)量增加了6倍多；填料干燥后仍可重復使用,使用壽命長。 2.以PAN-ACFF和超細丙綸、滌綸纖維為原材料,制作了外夾層包裹內(nèi)芯的復合填料(CFF)。以CFF為生物膜載體,對生活污水進行了中試實驗。(1)制作了“環(huán)狀毛圈+超細纖維網(wǎng)布+PAN-ACFF內(nèi)芯”的纖維絲復合填料,比表面積為1450+100m2.g-1,填料束干重為70g.m-1。(2)將活性污泥法與生物膜法進行了整合,制作了“初沉池+預缺氧池+厭氧池+缺氧池1+缺氧池2+好氧池+二沉池”的改進型UCT反應器(MUCT),總有效體積0.54m3,體積比V預缺氧池：V厭氧池：V缺氧池：V好氧池=1：1：2：5。設置了“好氧池到第二缺氧池”(R1)、“二沉池到第一缺氧池”(R2)、“第一缺氧池到預缺氧池”(R3)三套回流系統(tǒng)。缺氧池、厭氧池MLSS為2.5土0.5g·L-1,好氧池MLSS為1.5+0.5g.L-1。反應池放置了CFF填料,總質(zhì)量為3.36kg,填料束投放數(shù)量為T預氣氧池：T厭氧池：T缺氧池：T好氧池為2：2：4：16。(3)考察了進出水污染物濃度。設定了三種工況：HRT為12、8、6h,分段進水比為1：9、2：8、3：7,R1為200%、300%、400%,R2=R3為20%、40%、60%,厭氧池、缺氧池、好氧池、二沉池的污泥停留時間(SRT)分別為6、10、10、7d。在工況3時,COD、NH4+-N和TP去除效果最好,進水日負荷分別為1384.8±80.4、113.3±8.9、25.1±2.5g.d-1,去除率分別為93.2±0.8%、87.4±2.1%和90.2+3.7%。出水的COD濃度達到了GB18918-2002一級B標準,NH4+-N接近一級B標準,TP達到了二級標準。填料貢獻力為384.2±23.5(gCOD·d-1)·kg-1、29.5±2.6(gNH4+-N·d-1)·kg-1和6.8±0.9(gTP·d-1)·kg-1。(4)考察了MUCT生物膜反應器中含氮化合物濃度變化規(guī)律。三種工況下,NO3--N和NO2--N進水濃度低,出水濃度高,在工況1時累積率最高,在工況3時累積率最低。三種工況中NH4+-N的凈去除百分比分別為31.4%、52.7%、78.0%。 中試實驗認為,MUCT生物膜反應器對污染物有較好的去除能力,在常溫下實現(xiàn)了N02--N的高累積率；CFF不需定期反沖洗,在清水中漂洗、浸泡后可重復使用。 3.以CFF為生態(tài)基對生活社區(qū)納污人工湖進行了水生態(tài)功能修復工程實驗。初步形成了“纖維絲復合填料+人工曝氣+EM菌劑”的生態(tài)基技術,人工湖的水質(zhì)在較短時間內(nèi)由GB3838-2002劣五類提升為五類。 總之,論文嘗試性的制作了活性碳纖維填料和纖維絲復合填料,并以其作為微生物掛膜載體分別進行了應用研究,達到了預期效果；制作的MUCT生物膜反應器具有穩(wěn)定的污染物去除能力,機理分析和工藝參數(shù)改進還有待進一步深入。 【關鍵詞】：掛膜載體 活性炭纖維 生物膜法 污水處理 纖維絲復合填料 有機纖維
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要6-10
• ABSTRACT10-21
• 符號和縮略詞說明21-22
• 第一章 緒論22-50
• 1.1 水資源及污水生物治理技術22-27
• 1.1.1 水資源22
• 1.1.2 我國水資源現(xiàn)狀22-24
• 1.1.3 我國水環(huán)境污染治理現(xiàn)狀24-26
• 1.1.4 污水生物處理技術26-27
• 1.2 水體氮磷污染及生物脫氮除磷技術27-31
• 1.2.1 水體氮磷污染27-29
• 1.2.2 生物法水體氮磷去除原理29-31
• 1.3 微生物脫氮除磷典型工藝及理論31-38
• 1.3.1 微生物脫氮除磷典型工藝31-36
• 1.3.2 微生物脫氮新理論36-38
• 1.4 生物膜法污水處理技術工藝38-40
• 1.4.1 生物膜法特點38-39
• 1.4.2 生物膜法污水處理工藝優(yōu)缺點39
• 1.4.3 生物膜移動床和固定床反應器39-40
• 1.5 生物膜法掛膜填料40-44
• 1.5.1 掛膜填料的特征40-41
• 1.5.2 掛膜填料的功能分類41
• 1.5.3 纖維絲掛膜填料41-42
• 1.5.4 碳纖維材料掛膜填料42-44
• 1.6 生物膜法污水處理技術存在的問題及發(fā)展趨勢44-46
• 1.6.1 生物膜法污水處理技術存在的問題44-45
• 1.6.2 生物膜法污水處理技術的發(fā)展趨勢45-46
• 1.7 論文研究的目的內(nèi)容意義與創(chuàng)新點46-49
• 1.7.1 論文研究的目的46
• 1.7.2 論文研究的主要內(nèi)容46-47
• 1.7.3 論文研究的意義47-48
• 1.7.4 論文的創(chuàng)新點48-49
• 1.8 技術路線49-50
• 第二章 活性碳纖維掛膜填料污水處理小試實驗50-74
• 2.1 小試實驗污水處理掛膜填料50-52
• 2.1.1 活性碳纖維材料制備50-51
• 2.1.2 活性碳纖維填料制作51-52
• 2.2 小試污水處理裝置52-53
• 2.3 PAN-ACF處理模擬生活污水小試實驗53-62
• 2.3.1 模擬生活污水特征53
• 2.3.2 測試指標及分析方法53-54
• 2.3.3 掛膜啟動54-55
• 2.3.4 模擬生活污水處理實驗結(jié)果與討論55-62
• 2.4 PAN-ACF處理化工廢水小試實驗62-70
• 2.4.1 化工廢水特征62-63
• 2.4.2 反應條件控制63
• 2.4.3 測試指標及分析方法63
• 2.4.4 化工廢水處理實驗結(jié)果與討論63-70
• 2.5 PAN-ACF填料性能總結(jié)70-72
• 2.5.1 PAN-ACF填料的優(yōu)點70-71
• 2.5.2 PAN-ACF填料的缺點71-72
• 2.6 小結(jié)72-74
• 第三章 纖維絲復合填料生活污水處理中試實驗74-96
• 3.1 纖維絲復合填料的設計與制作74-78
• 3.1.1 纖維絲復合填料外火層74-76
• 3.1.2 纖維絲復合填料內(nèi)芯76-77
• 3.1.3 纖維絲復合填料制作77-78
• 3.2 MUCT生物膜反應器制作及工藝參數(shù)78-82
• 3.2.1 MUCT生物膜反應器設計制作78-81
• 3.2.2 MUCT生物膜反應器工藝參數(shù)設計81-82
• 3.3 中試實驗污水特征82
• 3.4 測試指標及分析方法82
• 3.5 中試實驗結(jié)果及討論82-95
• 3.5.1 纖維絲復合填料負載生物膜觀察82-84
• 3.5.2 MUCT生物膜反應器中COD,NH_4~+-N和TP去除情況84-86
• 3.5.3 MUCT生物膜反應器中NO_3~--N和NO_2~--N濃度累積情況86-89
• 3.5.4 NH_4~+-N,NO_3~--N,NO_2~--N轉(zhuǎn)化規(guī)律分析89-90
• 3.5.5 進水COD/NH_4~+-N和COD-P與污染物去除率關系分析90-91
• 3.5.6 MUCT工藝分析91-92
• 3.5.7 COD,NH_4~+-N,TN,NO_x~--N和TP去除率分布范圍統(tǒng)計92-94
• 3.5.8 纖維絲復合填料的再利用性分析94-95
• 3.6 小結(jié)95-96
• 第四章 纖維絲復合填料社區(qū)人工湖水處理工程實驗96-104
• 4.1 生態(tài)技術96-97
• 4.2 工程實驗背景97
• 4.3 工程水體特征97-98
• 4.4 工程目標和實施思路98-99
• 4.5 工程實驗填料99
• 4.6 工程實施過程99-100
• 4.6.1 設施安裝99
• 4.6.2 改進措施99-100
• 4.7 工程實驗結(jié)果與討論100-103
• 4.7.1 水質(zhì)達標通過驗收100-102
• 4.7.2 填料貢獻力估算102-103
• 4.8 小結(jié)103-104
• 第五章 結(jié)論和展望104-106
• 5.1 結(jié)論104
• 5.2 展望104-106
• 參考文獻106-119
• 致謝119-120
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文及科研成果120-121
• 作者和導師簡介121-123
• 附件123-124

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