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1、中国图书分类号：X703.1国际图书分类号：628.2工学硕士学位论文低温污水曝气生物滤池处理技术中试试验研究硕 士 研 究 生：王燕妮导师：张景成 副教授申 请 学 位：学 科、专 业：所 在 单 位：答 辩 日 期：授予学位单位：工学硕士市政工程市政环境工程学院2007年7月哈尔滨工业大学Classified Index：X703.1U.D.C.: 628.2A Dissertation for the Degree of M. Eng.THE STUDY ON TREATMENTOF LOW-TEMPERATURE SEWAGE INBIOLOGICAL AERATED FILTERCa
2、ndidate：Supervisor：Academic Degree Applied for：Specialty：Affiliation:Date of Defence：Degree-Conferring-Institution：Wang YanniAssoc. Prof. Zhang JingchengMaster of EngineeringMunicipal EngineeringSchool of Muni.&Env.EngJuly, 2007Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要我国东北地区冬季气候寒冷，城市污水水温最低可达 4
3、7，寒冷的气候条件对污水的生物处理极为不利。目前，这些地区虽然采取了一定的措施来保证低温污水处理达标排放,但这些措施不仅会增加工程投资和运行费用，而且污水处理效果也很难得到保证。为了保证低温污水出水效果更好，本试验采用低温菌种利用曝气生物滤池工艺处理低温生活污水。通过中试试验，研究了低温菌种曝气生物滤池的挂膜启动、对污染物的去除效能及影响因素，最终确定了工艺运行的最佳控制参数和反应动力学模型；比较了低温菌挂膜和自然挂膜曝气生物滤池处理低温污水的效果，研究了反应器内生物膜的生态结构和微生物的种群组成及分布。试验结果表明：水温 13左右时曝气生物滤池利用低温菌悬液挂膜，18 天左右就可以完成。挂膜
4、过程中当CODcr的去除率达到 77左右，NH4 +-N的去除率达到 31%左右并且呈直线增长时挂膜就已完成。当进水水温为913、水力负荷为 1.6 m3/(m2h）、气水比为 5：1 时，反应器出水中各污染物的浓度均优于国家规定的排放标准。通过试验确定了水力负荷应控制在1.6 m3/(m2h）左右，有机负荷应在 3.71 15kgCODcr/（ m3d）范围内，NH4 +-N负荷应保持在 0.610.70 kgNH4 +-N/（m3d）范围内较为合适。研究了利用低温菌种曝气生物滤池工艺处理大庆市生活污水的反应动力学模型可表示为： ln(CC0)=-74 . 1652 AQC 00.9607H
5、 。进水水力负荷不同时，反应器沿程污染物去除规律不同。当水力负荷为 2.4 m3/（m2h）时，反应器对CODcr和NH4 +-N的去除率均与滤层高度呈正相关；当水力负荷为 1.6 m3/（ m2h）时，CODcr的去除率仅与滤池下部滤层高度呈正相关性，且大部分的CODcr在这高度被去除；而NH4 +-N的去除率与滤层高度无一致的相关性。在所有水力负 荷 下 SS 的 去 除 率 均 与 填 料 高 度 无 相 关 性 ， 70% 80% 以 上 的 SS 均 被900mm以下的滤料所截留。曝气生物滤池采用气水联合反冲洗，试验确定了反冲洗条件。通过比较低温菌种挂膜和自然挂膜两种方式处理大庆市生
6、活污水表明：两种方式反应器出水中污染物的浓度差别不大。试验研究了反应器中的生物膜形态结构特征和微生物的种群组成及分布。稳态运行时，曝气生物滤池中-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文生物膜沿水流方向厚度减小，表面粗糙和伸展起伏程度下降，颜色逐渐变浅。反应器内的微生物有细菌类、真菌类、原生动物、后生动物、寡毛类等微生物，并且微生物种群有沿反应器高度变化的趋势。本文以处理水量为 10000m3/d的生活污水为例进行经济分析表明：曝气生物滤池工艺工程总投资和运行成本均优于生物接触氧化工艺。关键词低温污水；上流式曝气生物滤池；低温菌- II -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractIts col
7、d in winter of northeast in our country and sometimes the lowesttemperature of sewage can reach to 47. Its disadvantage for biologicaltreatment of sewage. At present, we have taken some measures to make low-temperature sewage conform to the discharging standards, but the measuresincreased project in
8、vestments. Moreover, the processing effect of sewage couldtconform to the discharging standards.We adopted cold-adapted microorganisms and sued biological aerated filter totreat the low-temperature sewage. The experiment investigated many problemssuch as start-up of biological aerated filter by cold
9、-adapted microorganisms, thetreatment efficiency for pollutants and some effect factors. At last, the studyfound the best controlling parameters and the dynamics model. The experimentalso made the comparision between cold-adapted microorganisms and naturalmicroorganisms, and investigated biofilm pat
10、tern and characteristics ofmicroorganism population in BAF.The experiment demonstrated that it took about 18 days to complete the start-up under the condition of about 13 with the cold-adapted microorganisms asseed. When the removal efficiency of CODcr and NH4 +-N respectively reached toabout 77 and
11、 31%, and the removal efficiency of NH4 +- N growing withLinear, the start-up of BAF have been completed. The concentration of pollutantsin effluent completely excelled the requirement of discharging standards, underthe condition that the influent temperature varied between 9 13 , thehydraulic load
12、was 1.6 m3/(m2h） , the proportion of aerated intensity andsewage intensity was 5:1. The experiment demonstrated that it was suitable thatthe hydraulic load was about 1.6 m3/(m2h), the organic load was at the scope of3.7115kgCODcr/（m3d）and the NH4 +-N load varied between 0.610.70kgNH4 +-N/（m3d）.And w
13、e found the dynamics model equation of BAF thattreated domestic sewage by using cold-adapted microorganisms, which expressedln(CC0)=-74 . 1652 AQC 00.9607H . The removal rules of pollutants varied following thewater flow direction in BAF, under different hydraulic load conditions. The- III -哈尔滨工业大学工
14、学硕士学位论文removal efficiency of CODcr and NH4 +-N have positive correlation with theheight of filter, for hydraulic load being 2.4 m 3/（m2h）.When hydraulic loadwas 1.6 m3/（ m2h） , the removal efficiency of CODcr only have positivecorrelation with the height of lower section in filter and the great mass
15、 of CODcrwere removed at this section. However, the removal efficiency of NH4 +-N haveno correlation with the height of filter. Under all hydraulic load operated duringthe experiment, removal efficiency of SS have no correlation with the height offilter, and up to 70%80% of SS was captured in the fi
16、rst 900mm. BAF adoptedair-water backwash, the backwashing parameters had been decided during theexperiment.The experiment demonstrated that the concentration of pollutants in effluentwas similar in the two filters. The experiment studied biofilm pattern and thecharacteristics of microorganism popula
17、tion in BAF. The thickness of biofilm inBAF is thiner, the surface of biofilm is smoother, the extension and fluctuation ofbiofilm becomes smaller and the colour of biofilm changes shallower followingthe water flow direction, when the reactor was at the state of stable operating.There were many kind
18、s of microorganism in BAF, such as bacterium, fungi,protozoan, metazoan, and oligochaetes. And the characteristics of microorganismpopulation changed gradually along reactor height.With the example of 10000m3/d sewage treatment project, the results of theeconomic analysis showed that the total inves
19、tments and the operating cost ofBAF was excelled the biological oxidation.Keywords low-temperature sewage；up-flow biological aerated filter(UBAF)；cold-adapted microorganisms- IV -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目录摘要 . IAbstract .III第 1 章 绪论 .11.1 水资源与水环境的现状 .11.2 低温污水处理研究状况 .21.3 曝气生物滤池的工作原理 .31.4 曝气生物滤池的特点 .31.4.1
20、结构特点 .41.4.2 运行方面的特点 .41.4.3 微生物的特点 .51.4.4 工艺特点 .51.5 曝气生物滤池在污水处理中的应用 .61.5.1 曝气生物滤池在国外的应用及研究状况 .61.5.2 曝气生物滤池在国内的应用及研究状况 .71.6 曝气生物滤池的发展趋势 .81.7 课题的来源及研究目的与内容 .81.7.1 课题的来源 .81.7.2 课题研究的目的和意义 .81.7.3 课题的研究内容 .9第 2 章 处理工艺的选择及试验材料与方法 .102.1 处理工艺的选择 .102.2 试验材料 .102.2.1 试验流程 .102.2.2 试验装置 .112.2.3 主要
21、试验设备 .122.3 试验条件 .132.3.1 试验用水水质 .132.3.2 水质分析项目与方法 .132.4 本章小结 .14-V-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第 3 章 低温菌种BAF处理生活污水的效能研究 .153.1 低温菌种挂膜试验 .153.1.1 低温菌种的筛选 .153.1.2 低温菌种的扩大培养 .153.1.3 低温菌种的挂膜培养 .163.2 低温菌种曝气生物滤池抗冲击负荷能力的研究 .193.2.1 水力负荷对污染物去除效果的影响 .193.2.2 有机负荷对污染物去除效果的影响 .253.2.3 NH 4 + -N负荷对污染物去除效果的影响 .293.3 曝气
22、量对处理效果的影响 .303.3.1 曝气量对CODcr去除效果的影响 .313.3.2 曝气量对NH 4 + -N去除效果的影响 .323.3.3 曝气量对SS去除效果的影响 .333.3.4 最佳曝气量的确定 .343.4 滤层高度对处理效果的影响 .353.4.1 滤层高度对CODcr去除效果的影响 .353.4.2 滤层高度对NH 4 + -N去除效果的影响 .363.4.3 滤层高度对SS去除效果的影响 .373.5 低温污水曝气生物滤池反应动力学模型的建立 .383.6 曝气生物滤池的反冲洗 .413.6.1 反冲洗机理 .413.6.2 反冲洗方式 .423.6.3 反冲洗条件
23、.423.7 本章小结 .44第 4 章 低温菌种挂膜与自然挂膜相比较 .464.1 挂膜时间的比较 .464.1.1 自然挂膜的启动 .464.1.2 挂膜时间的比较 .484.2 出水水质的比较 .484.3 出水中所含微生物的比较 .494.4 生物膜的形态结构特征 .504.5 曝气生物滤池中微生物的种群组成及分布 .524.6 本章小结 .54- VI -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第 5 章 经济分析 .555.1 工程总投资估算 .565.2 运行成本估算 .575.3 本章小结 .58结论 .59参考文献 .61哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明 .66哈尔滨工业大学硕士学
24、位论文使用授权书 .66哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理 .66致谢 .67- VII -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章 绪论水，作为人类生活和生产所需的一种不可替代的资源，是社会持续发展的重要支柱。近百年来，由于全球经济高速发展、人口爆炸性的增长，水污染问题日益突出，水质的恶化使人类的生存受到严重的威胁。水污染问题已引起全世界各国政府的关注，治理水环境污染的课题已被列入世界环保组织的日程。世界各国都在开发利用新技术、新工艺进行废水处理与回用，以解决水资源危机。1.1 水资源与水环境的现状地球虽然有 70.8%的面积被水所覆盖，但是淡水资源却极其有限。据统计，人类真正能够利用的仅占地球
25、总水量的 0.26%，而且分布不均匀。约65%的水资源集中在不到 10 个国家，而约占世界人口总数 40%的 80 个国家和地区严重缺水。据联合国公布的统计数据，全球目前有 11 亿人生活缺水，26 亿人缺乏基本的卫生设施。缺水已成为一个全球性的问题 1。同时，水污染也进一步吞噬着可供消费的水资源，并危害人类的健康。联合国的调查显示，全世界每年排放的污水达 4000 多亿吨，造成 50000 多亿吨水体被污染，致使数百万人死于饮水不洁所引起的疾病 2。目前，水资源短缺与水环境污染已成为二十一世纪全球水资源所面临的两大严峻的问题，而这种情况在占世界半数以上人口，科学技术和经济发展水平较低的发展中
26、国家更为严重 3。中国是一个缺水严重的国家。淡水资源总量为 28000亿 m3，占全球水资源的 6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但是人均只有 2300m3，仅为世界平均水平的 1/4、美国的 1/5，在世界上名列 121 位，是全球 12 个人均水资源最贫乏的国家之一。我国现实可用的淡水资源量仅为 11000 亿m3左右，人均可用水资源量约为 900m3，并且分布极不均衡。自 2000 年以来，由于干旱缺水，已有 150 座城市先后开始限时定量供水，严重影响了城市的可持续发展。据统计，全国 669 座城市中有 400 座常年供水不足，其中有 110 座严重缺水，缺水量达到 16
27、00 万t/d，60 亿t/a。而我国生活污水排放量正以每年约 10 亿吨的速度增加 4。近几年来随着现代工业化和城市建设的发展，我国城市的环境污染，特别是水污染已扩展到各个领域，水资源问题也日趋紧张。目前我国水污染状-1-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文况是 5：七大江河水系均受到不同程度的污染，尤其以海河和辽河流域污染严重；主要湖泊氮、磷污染严重，富营养化问题突出；东海和渤海近海海域污染较重；大部分城市和地区地下水水质受到污染，部分城市局部地段水质有恶化趋势。综合考虑我国地表水资源质量现状，符合地表水环境质量标准、类标准的只占 25.4%，符合类标准的占 20.9%，属于、类及劣类标准的占 53.7%。如果将类标准也作为污染统计，则我国河流长度将有 74.6%被污染，约占监测河流长度的 2/3。我国 10%的城市地下水水质日趋恶化，在 118 座接受调查的大城市中，97%的城市浅层地下水受到污染，其中 40%的城市受到严重污染。可见，我国水环境污染状况非常严重！水体的污染和水体的富营养化问题，不仅给生态环境造成了严重的危害，而且给经济带来了严重的损失。因此，解决水污染的问题已迫在眉睫！1.2 低温污水处理研究状况由于微生物对环境温度非常敏感