高負荷好氧—厭氧地下人工土滲濾系統(tǒng)在生活污水處理中的研究與應用

【摘要】： 目前，我國中心城市的污水主要通過建設污水處理廠集中處理，其常規(guī)的工藝為活性污泥法和生物膜法。但城市污水處理廠存在建設和運行成本高，產生大量難以處置的污泥，處理過程中產生的惡臭會對周圍居民生活環(huán)境帶來不良影響等不足。對于農村和小城鎮(zhèn)來說，不僅難以承受污水處理廠建設和運行帶來的巨大經濟壓力，而且人居分散使污水的收集很困難。為了解決這一矛盾，迫切需要研究開發(fā)經濟環(huán)保、低耗高能的污水現場處理技術。 地下滲濾系統(tǒng)是污水土地處理系統(tǒng)的一種，它能夠利用土壤-植物-微生物生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力凈化污水，在處理污水的同時，污水中的營養(yǎng)物質和水還得以循環(huán)利用，由于整個系統(tǒng)居于地下，不會產生不良氣味和滋生蚊蠅，無噪音，不影響表層土地的使用，不受氣候條件限制，出水便于回用，它還有設備簡單，能耗低等優(yōu)點，體現了良好的環(huán)境和經濟綜合效益。因此，該技術正是適合我國國情的污水處理工藝技術之一。 然而，傳統(tǒng)的地下滲濾系統(tǒng)存在一些不足，如水力負荷低、占地面積大、易堵塞使用壽命短等，從而限制了其推廣使用。針對以上情況，本研究從實際運用角度出發(fā)，上述問題，開發(fā)了一種高負荷好氧—厭氧地下人工土滲濾(UARI)系統(tǒng)。實驗中設計并實施了UARI系統(tǒng)中試工程。工程中采用多層滲透性漸變的過渡結構填料和多層分散布水，使不溶懸浮物利其他污染物質充分分散，增大接觸氧化表面積，同時設計夾層曝氣，保證了系統(tǒng)內充足的氧含量，有效地提高了水力負荷、增強了處理效果、并延長系統(tǒng)的使用壽命。同時，對氮、磷等污染物質的去除機理進行了深入的研究和探討，從微生物及酶活性角度對系統(tǒng)的運行情況進行了認識，探討了本系統(tǒng)可能的堵塞原因，初步建立了污染物累積及堵塞模型。本研究得到了認識： (1)中試系統(tǒng)水力負荷達到40cm／d，CODCr、BOD5、TN、NH4+、TP、TSS的去除率分別達到了76.7～89.1％、83.3～92.5％、50.3～62.1％、65.2～79.6％、75.4～90.1％、77.0～91.3％，且各項出水指標均達到相應的污水排放標準。預處理系統(tǒng)在其中起了很重要的作用。 (2)通過對土柱進行落干和未落干NH4+、TN及TOC出水濃度的對比測定，驗證了氨氮的去除機制主要是先被截留吸附，而后在落干狀態(tài)下由微生物和氧的共同作用發(fā)生硝化反應；土柱中磷豐要無機磷的形式存在，說明污水中的水溶性磷一旦進入土壤，便很快發(fā)生物理和化學反應，轉化成一些新的磷酸鹽產物。無機磷又主要由鐵、鋁、鈣及閉蓄態(tài)磷組成，酸性土壤中又以鐵、鋁磷為主?？偭椎睦鄯e基本是從上到下逐漸減小的趨勢，在沙土混合層又有所增加。 (3)土柱堵塞發(fā)生在表層，主要原因是表層有懸浮態(tài)有機質及微生物代謝產物(胞外聚合物等)的過度積累。根據式Wi=(Wi-1+Si)(1-k)+(Yi-1+BSi)×k×R+BDi×R可計算出系統(tǒng)運行至第i天時系統(tǒng)截留的有機質含量，由式Oi％=Li×mi×Oi×A／∑Li×mi×Oi×A×100％(i=1，2，3，……)計算出表層介質對總污水過水有機物的分擔量，當Wi×O1％≥O1時得出i值即為運行至堵塞天數。該模型可用于預測系統(tǒng)壽命并指導實際工程。 (4)正常運行的系統(tǒng)中，內部微生物活動狀況良好，細菌、真菌、放線菌的量分別在10~6、10~5和10~5的數量級；厭氧菌廣泛存在于土柱中各層中，表層含量相對較低，主要是受氧氣的限制；硝化細菌、反硝化細菌的最大值都出現沙土混合層，說明增加的粘粒比單一的沙能更好的涵養(yǎng)水分，吸附營養(yǎng)物質來供給微生物生長繁殖；土柱的呼吸作用強度值和微生物量有一定的相關性，從表層往下逐漸減小，到沙土混合層時增大，之后又減小。在同一深度處，1：4比1：9土柱的呼吸作用更強，這和以上硝化細菌、反硝化細菌、有機磷細菌等情況相似，也再次說明了1：4比1：9土柱的成分、結構配置更為合理。 【關鍵詞】：土壤生態(tài)系統(tǒng) 水力負荷 堵塞 地下滲濾 人工土快濾 好氧─厭氧
【學位授予單位】：中國科學院研究生院（廣州地球化學研究所）
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 概述10-16
• 1.1 引言10-11
• 1.2 污水土地處理系統(tǒng)11-14
• 1.2.1 污水土地處理系統(tǒng)簡介11-13
• 1.2.2 地下滲濾系統(tǒng)的優(yōu)點13-14
• 1.3 本研究的立題依據和研究意義14-16
• 第二章 高負荷好氧─厭氧地下人工土滲濾系統(tǒng)處理生活污水的中試工程16-28
• 2.1 引言16
• 2.2 系統(tǒng)結構及工藝流程16-18
• 2.3 試驗方案及工作原理18-21
• 2.3.1 預處理系統(tǒng)18
• 2.3.2 地下滲濾床18-21
• 2.4 工程運行效果與分析21-26
• 2.4.1 試驗結果21-23
• 2.4.2 討論23-26
• 2.5 小結26-28
• 第三章 UARI 系統(tǒng)凈化機制及有機物積累規(guī)律和堵塞機制的研究28-49
• 3.1 引言28
• 3.2 實驗裝置簡介28-30
• 3.3 氨氮的去除30-35
• 3.3.1 實驗目的及實驗方案32-33
• 3.3.2 實驗結果33-35
• 3.4 磷的去除35-42
• 3.4.1 實驗目的及實驗方案36-37
• 3.4.2 實驗結果37-42
• 3.5 UARI 系統(tǒng)堵塞機制及有機物積累規(guī)律建模42-47
• 3.5.1 實驗目的及實驗方案42-43
• 3.5.2 實驗結果及模型的建立43-47
• 3.6 小結47-49
• 第四章 UARI 系統(tǒng)微生物活性的研究49-61
• 4.1 引言49
• 4.2 實驗材料與方法49-55
• 4.2.1 土柱中微生物的培養(yǎng)49-50
• 4.2.2 各項指標的測定50-55
• 4.3 結果與討論55-60
• 4.4 小結60-61
• 第五章 結論與建議61-64
• 5.1 主要結論61-63
• 5.2 創(chuàng)新之處63
• 5.3 后續(xù)工作63-64
• 參考文獻64-69
• 攻讀碩士學位期間所發(fā)表論文69-70
• 致謝70-72

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