污水的土壤滲濾法處理工藝運行與模擬研究

【摘要】： 土壤滲濾法是一種充分利用土壤中的動物、植物、微生物以及土壤的物理、化學(xué)特性的污水就地處理技術(shù)。本課題通過現(xiàn)場試驗與實驗室模擬相結(jié)合,旨在研究不同工況條件下的運行效果,根據(jù)碳、氮、磷去除效果的影響因素和去除機理,建立反應(yīng)動力學(xué)模型,并探討最佳的工藝設(shè)計和運行條件,提出工藝運行中的保障措施。 現(xiàn)場試驗結(jié)果表明,土壤滲濾系統(tǒng)經(jīng)過3個月的啟動調(diào)試后逐漸成熟?！疤柲芷貧?沉淀”的預(yù)處理工藝起到初步降解有機物的作用,其去除率低于35.2%。各工況條件下系統(tǒng)最終出水的化學(xué)需氧量(COD)濃度均小于40 mg l~(-1),總?cè)コ蕿?0.6%～75.8%,其中水溫是影響COD總?cè)コ实囊粋€主要因素?？偭?TP)、酚類和鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)的去除率分別達到57.7%～100.0%、35.2%～100.0%和36.4%～59.6%。溶解氧提高為進水的1～3倍、UV_(254)下降了13.5%～67.2%,有利于水生生物生存、繁衍以及生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。 實驗室試驗結(jié)果表明,除溫度的影響以外,復(fù)合土壤的組成及本身的理化性質(zhì)、廢水的水質(zhì)情況、水力負荷、土壤層有效高度等都會影響碳、氮、磷的去除效果。其中,復(fù)合土壤本身的性質(zhì)對COD和TP去除效果的影響最大;隨著復(fù)合土壤碳氮比的增大,反硝化作用也會顯著增強。廢水的水質(zhì)情況是影響總氮(TN)去除效果的最主要因素;而在高濃度COD和TP進水條件下,各自出水始終能夠維持在較低范圍內(nèi)。水力負荷對COD和TP去除效果的影響不大;但是高水力負荷比低水力負荷對TN去除的影響更大。較高的水力負荷還會引起硝態(tài)氮(NO_3~--N)和亞硝態(tài)氮(NO_2~--N)出水濃度劇增,本研究中土壤滲濾系統(tǒng)的最佳水力負荷為8.0×10~(-2) m~3 m~(-2) d~(-1)。0.50 m的土壤層有效高度完全可以滿足去除COD的需要;但并不足以保證完全的反硝化進程和TP的高效去除。另外,土壤滲濾系統(tǒng)對氨氮(NH_4~+-N)的吸附作用很強,去除率受到以上因素的影響很小。 各污染物去除機理的研究表明,COD的降解包括非生物吸附和生物降解作用,其中非生物吸附過程滿足Temkin吸附等溫式,生物降解作用占COD總?cè)コ实?7.7%～71.9%。NH_4~+-N的非生物吸附和生物降解作用所占比重因進水濃度的高低而異;NO_2~--N的積累和不足均會影響硝化反應(yīng)進程,其出水濃度應(yīng)盡量控制在0.10 mg l~(-1)～0.25 mg l~(-1)范圍內(nèi);土壤碳氮比是反硝化作用的限制性因素。TP的靜態(tài)吸附過程滿足Freundlich吸附等溫式,氫氧化合物鐵(Fe_0)的含量與TP去除率之間存在很大的相關(guān)性。 以Eckenfelder一級反應(yīng)動力學(xué)模型為基礎(chǔ),通過添加或修正溫度、水力負荷、進水濃度、土壤層有效高度和復(fù)合土壤性質(zhì)等影響因素項,建立COD、TN和TP的去除模型,可以預(yù)測土壤滲濾系統(tǒng)的出水水質(zhì),模擬值與實測值的誤差可以分別控制在5 mg l~(-1)、5.0 mg l~(-1)和0.15 mg l~(-1)以內(nèi)。從模型的角度分析,系統(tǒng)降解能力的極限值是決定COD去除率的關(guān)鍵,水力負荷對TN和TP出水濃度的影響很大。另外,通過對上述關(guān)鍵因素的調(diào)控,土壤滲濾系統(tǒng)對污染物的去除效果可以明顯提高。 【關(guān)鍵詞】：土壤滲濾法 污染物去除 生物降解 吸附 影響因素 模型
【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 土壤滲濾法污水凈化工藝及其研究現(xiàn)狀10-16
• 1.1.1 工藝簡介10-11
• 1.1.2 污染物凈化機理11-13
• 1.1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2 土壤滲濾法工藝運行中的主要問題及其緩解措施16-20
• 1.2.1 土壤堵塞16-18
• 1.2.2 氧氣供給不足18-20
• 1.2.3 預(yù)處理工藝20
• 1.3 土壤滲濾法的優(yōu)勢和本課題的研究目的20-22
• 1.3.1 土壤滲濾法的優(yōu)勢20-21
• 1.3.2 本課題的研究目的21-22
• 第二章 試驗設(shè)計和研究方法22-30
• 2.1 試驗設(shè)計22-23
• 2.2 試驗方法23-26
• 2.2.1 現(xiàn)場試驗23-24
• 2.2.2 實驗室動態(tài)試驗24-26
• 2.2.3 實驗室靜態(tài)試驗26
• 2.3 試驗器材與分析方法26-27
• 2.3.1 主要試劑26-27
• 2.3.2 主要儀器27
• 2.3.3 檢測指標(biāo)與分析方法27
• 2.4 數(shù)據(jù)處理27-29
• 2.4.1 污染物的去除率及波動27-29
• 2.4.2 模型評價29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 第三章 土壤滲濾法工藝處理混合污水現(xiàn)場試驗研究30-44
• 3.1 滲濾性和水量平衡30
• 3.1.1 滲濾性30
• 3.1.2 水量平衡30
• 3.2 啟動調(diào)試階段的研究30-32
• 3.3 預(yù)處理工藝與水質(zhì)修復(fù)效果之間的關(guān)系32-33
• 3.3.1 對碳、氮、磷的去除效果32-33
• 3.3.2 對濁度、溶解氧等的影響33
• 3.4 各工況條件下污染物的去除效果33-43
• 3.4.1 COD的去除33-36
• 3.4.2 氮的轉(zhuǎn)化和降解36-38
• 3.4.3 磷的去除38-39
• 3.4.4 進出水中有機物的種類和含量變化39-41
• 3.4.5 其他水質(zhì)指標(biāo)的變化41-43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 第四章 影響土壤滲濾法工藝碳、氮、磷去除效果的因素44-59
• 4.1 主要影響因素44
• 4.2 復(fù)合土壤本身的性質(zhì)44-50
• 4.2.1 復(fù)合土壤基本配比44-45
• 4.2.2 不同的土壤組成45-47
• 4.2.3 常用填料47-50
• 4.3 廢水水質(zhì)情況50-52
• 4.3.1 系統(tǒng)對碳、氮、磷的極端耐受濃度50-51
• 4.3.2 廢水的C:N對去除效果的影響51-52
• 4.4 水力負荷52-56
• 4.4.1 最佳水力負荷52-54
• 4.4.2 不同系統(tǒng)之間的差異54-55
• 4.4.3 不同系統(tǒng)的敏感程度55-56
• 4.5 土壤層有效高度56-58
• 4.6 本章小結(jié)58-59
• 第五章 土壤滲濾法工藝碳、氮、磷的去除機理研究59-76
• 5.1 COD的降解機理59-61
• 5.1.1 非生物吸附和生物降解59-60
• 5.1.2 COD的極限降解能力60-61
• 5.2 氮的轉(zhuǎn)化機理61-66
• 5.2.1 NH_4~+-N的吸附降解61-62
• 5.2.2 NO_2~--N的變化與硝化反應(yīng)進程的關(guān)系62-65
• 5.2.3 反硝化作用的限制因素65-66
• 5.3 磷的去除機理66-74
• 5.3.1 土壤本身的除磷作用66-68
• 5.3.2 磷的穿透曲線68-69
• 5.3.3 土壤磷的形態(tài)變化69-70
• 5.3.4 植物、填料和底部基質(zhì)的除磷作用70-71
• 5.3.5 Fe元素的除磷作用71-74
• 5.4 本章小結(jié)74-76
• 第六章 土壤滲濾法工藝污染物去除的反應(yīng)動力學(xué)模型和模擬研究76-91
• 6.1 COD去除的反應(yīng)動力學(xué)模型及其模擬76-85
• 6.1.1 模型推導(dǎo)76-80
• 6.1.2 模擬的準確性80
• 6.1.3 模型參數(shù)對系統(tǒng)的影響80-82
• 6.1.4 不同系統(tǒng)之間模型參數(shù)的差別82
• 6.1.5 COD去除情況的預(yù)測82-85
• 6.2 TN去除的反應(yīng)動力學(xué)模型及其模擬85-87
• 6.2.1 模型推導(dǎo)85-86
• 6.2.2 模擬的準確性86-87
• 6.2.3 TN去除情況的預(yù)測87
• 6.3 TP去除的反應(yīng)動力學(xué)模型及其模擬87-89
• 6.3.1 模型推導(dǎo)87-88
• 6.3.2 模擬的準確性88-89
• 6.3.3 TP去除情況的預(yù)測89
• 6.4 本章小結(jié)89-91
• 第七章 結(jié)論與建議91-93
• 7.1 結(jié)論91-92
• 7.2 建議92-93
• 參考文獻93-102
• 附錄102-110
• 圖表標(biāo)題索引110-112
• 碩士期間發(fā)表論文情況112-113
• 致謝113-114

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