（环境工程专业论文）土地处理系统污染物去除特性及流态优化研究.pdf

r 一 c i a s s j f i e di n d e x ； x z q 垒 u d c ：一 d i s s e r t a t i o nf o rt h em a s t e rd e g r e ei ne n g i n e e r n g s t u d i e so np o l l u t a n t sr e m o v a l p e r f o r m a n c ea n df l o wp a t t e r n o p t i m i z a t i o no fl a n dt r e a t m e n t s y s t e m c a n d i d a t e ：q mx l a s u p e r v i s o r ： p r o f g u o y i l i n g a c a d e m i cd e g r e ea p p l i e df o r ：m a s t e ro fe n g i n e e r i n g s p e c i a l t y ： e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ： j u n e2 0 1 0 u n i v e r s i t y ：q i n g d a ot e c h n o l o g i c a lu n i v e r s i t y 广 - - 污 缓 逝 2 4 结果分析8 2 4 1 启动挂膜阶段。8 2 4 2 水力负荷对c o d 。，去除效果的影响1 0 2 4 3 进水水质对c o d 。，去除效果的影响1 1 2 5 结论。1 3 第3 章水力特性理论及试验方法研究1 4 3 1 停留时间分布1 4 3 1 1 停留时间分布的定量描述1 4 3 1 2 停留时间分布的试验测定1 5 3 1 3 停留时间分布的数学表征1 8 3 2 非理想流动模型1 9 3 2 1 阶式c s t r 模型1 9 3 2 2 分散模型2 1 3 2 3 移位对数正态分布模型2 4 3 3 试验装置2 4 3 3 1 试验流程2 4 3 3 2 试验装置及材料2 5 3 4 试验方法研究2 6 3 4 1 试验条件示踪剂可行性筛选2 6 3 4 2 静态试验3 1 青岛理工大学工学硕士学位论文 3 4 3 动态试验。3 3 3 5 本章结论3 8 第4 章土地处理系统结构优化 3 9 4 1 正交试验理论3 9 4 1 1 试验设计方法3 9 4 1 2 试验结果分析方法3 9 4 2 正交试验法结构优化4 1 4 2 1 确定试验因素和水平4 1 4 2 2 确定试验方案4 2 4 3 结果分析4 2 4 3 1 理论停留时间4 2 4 3 2 直观分析法4 2 4 3 3 方差分析法4 5 4 4 最优方案的试验验证及数据分析4 8 4 5 本章小结4 9 第5 章土地处理系统水力流态模型拟合。5 1 5 1 相似度评价指标5 1 5 2 阶式c s t r 模型5 1 5 2 1 模型公式5 1 5 2 21 s t 0 i p t 软件模型拟合5 2 5 2 3 拟合结果分析5 3 5 3 分散模型5 4 5 3 1 模型公式5 4 5 3 21 s t o p t 软件模型拟合5 4 5 3 3 拟合结果统计5 5 5 4 双参数模型5 6 5 4 1 模型构建5 6 5 4 2l s t o p t 软件模型拟合5 7 5 4 3 拟合结果统计5 7 5 5 移位对数正态分布模型5 8 5 5 1 模型5 8 5 5 21 s t o p t 软件模型拟合5 8 5 5 3 拟合结果统计5 8 5 6 模型拟合结果对比5 9 5 7 本章小结6 4 第6 章结论6 5 6 1 土地处理系统污染物去除特性研究一6 5 6 2 土地处理系统水力特性试验方法研究6 5 6 3 土地处理系统结构优化试验研究6 6 6 4 土地处理系统水力流态模型6 6 参考文献 i i 攻读 致谢 i l l 青岛理工大学工学硕士学位论文 摘要 近年来，污水土地处理作为污水二级处理工艺及深度处理工艺的代用技术， 以其基建投资少，运行费用低，处理效果好，得到迅速发展。 传统的污水土地处理系统以土壤作为介质，普遍存在水力负荷低、易堵塞等 问题，为进一步提高水力负荷，现采用陶粒和碎石替代土壤作为填料，对土地处 理系统污染物去除特性进行研究。研究发现，污水可生化性是土地处理系统c o d 去除效果的主要影响因素，随着可生化性的降低，c o d 去除效果下降。t p 和n h 3 n 的去除主要依靠填料的吸附作用，吸附趋于饱和后，t p 和n h 3 n 的去除率降低。 污水土地处理系统的水力特性直接影响其污染物处理效果，这种影响主要由 停留时间不同造成。研究污水土地处理系统的水力特性，可以了解土地处理的停 留时间分布，有助于加强对系统物理形态的理解，是设计参数的选择以及结构优 化的基础。 本试验采用示踪试验的方法对土地处理系统的水力特性进行研究。第一阶段 从静态试验和动态试验两个方面对试验方法的准确性及试验仪器的适用性进行探 讨，为土地处理系统水力特性研究选择合适的试验方法及匹配的试验仪器。第二 阶段从填料层高度、流向、进水方式、出水方式四个因素入手，运用正交试验的 方法进行土地处理系统的结构优化，最终达到提高污水土地处理系统处理效率的 目的，为污水土地处理系统的设计和深入研究提供理论支持和技术参数。研究发 现流向和填料层高度是土地处理系统水力特性的主要影响因素。上向流平均停留 时间与理论值较为接近，死区百分率较小且流型更接近与活塞流，是首选方案。 随着填料层高度的增加，死区百分率有减小的趋势，且活塞流的体积效率增大， 填料层高度5 4 c m 较3 4 c m 更优。其它因素的影响较小，通过验证试验确定5 4 c m 填料 层高度上向流横向进水纵向出水和5 4 c i l l 填料层高度上向流纵向进水纵向出水 为最优方案。 在示踪试验研究的基础上，寻找能够重现土地处理系统水力流态特征的非理想 流动模型。研究发现，分散模型、阶式c s t r 模型对土地处理系统的拟合具有各 案性，不能很好的拟合土地处理系统的流动特征。在分散模型基础上引入移位时 滞参数，建立双参数模型，对双参数模型和移位对数正态分布模型进行研究发现， l i 青岛理工大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t r e c e n t l y ，l 觚da p p l i c a t i o na sa l t e m a t i v et e c h n o l o g yo fs e c o n d a r ) ，s e w a g et r e a t m e n t p r o c e s sa i l da d v a n c c dt r e a t m e n tt e c h n o l o g y ，h a v ed e v e l o p e dr 刁【p i d l y f o r1 0 wc a p i t a l i n v e s t m e n t ，l o wo p e r a t i n ge x p e n s ea n dg o o dt r e a t m e n te f i e c t t h et r a d i t i o n a lw a s t e w a t e rl a n da p p l i c a t i o ns y s t e mu s e ss o i la sm e d i u m ，w h i c hh a s t h ep r o b l e m so fl o w e r h y d r a u l i cl o a d i n g ，e a s yt oj 锄a n ds oo n i no r d e rt os o l v et h e s e p r o b l e m s ，c e r 跏l i s t ea n dr u b b l ew e r e u s e da sf i l l e r s t 0 r e p l a c et h es o i l ，觚d t h e n p o l l u t a n t sr e m 0 v a lp e 哟加a i l c ew 勰s t u d i e d nw a sf o u n dt h a tt h eb i o d e 伊a d a b i l i t yw a s t h em a i l lf a c t o r0 fl 卸d 叩p l i c a t i o ns y s t e mf o rc o dr e 】皿o v a le f i c i e n c y 趾dw i t ht h e r e d u c t i o n0 fb i o d e 舯d a b i l i t y ，c o dr e m o v a le f ! f i c i e n c yd e c r e a s e d t h er e m o v a lo ft p 柚dn h 3 - nm a i n l yd e p e n d e do nt h ea d s 0 印t i o n0 ff i l l e r 孤dw h e na d s o 叩t i o n sr e a c ht 0 s a t u r a t i o n ，r e m o v a lr a t e sd e c r e a s e d h y d r a u l i cc h a r a c t e r i s t i c s0 fw a s t e w a t e rl a i l da p p l i c a t i o ns y s t e md i r e c t l ya f ! f e c t st h e t h et r e a t m e n te f f i c i e n c y ，w h i c hm a i n l yc a u s e db yt h ed i 虢r e n tr e s i d e n c et i m e s t u d y i n g t h eh y d r a u l i cc h a r 拟e r i s t 斌0 ft h el a n da p p l i c a t i o ns y s t e m ，w h i c hi sm eb a s i so fd e s i 印 p 踟e t e r sc h o i c ea n ds t l l j c t u r a l lo p t i m i z a t i o n ，c a ns t r e n 舒h e nt h eu n d e r s t a n d i n go ft h e r e s i d e n c et i m ed i s t r i b u t i o n0 fl a n da p p l i c a t i o na i l dt h ep h y s i c a lf 0 加o ft h es y s t e m h y d r 踟l i cc h a r a c t e r i s t i c so fl a n da p p l i c a t i o ns y s t e mw e r es t u d i e db yt r a c c r e x p e r i m e n t a lm e t h o d s t h ef i r s tp h a s e ，a c c u r a c yo ft e s tm e t h o d s 觚da p p l i c a b i l i t yo f i n s t m m e n t sw e r ed i s c l l s s e d 舶ms t a t i ct e s t sa n dd y n a m i ct e s t s ，t of i i l dt h ea p p r o p r i a t e t e s tm e t h o d 锄dm a t c h i n gt e s ta p p a r a t u sf o r t h es t u d y0 ft h eh y d r a u l i cc h a r a c t e r i s t i c so f t h el a n da p p l i c a t i o ns y s t e m t h es e c o n dp h a s e ，f 如mf o u rp a r a m e t e r so fm e d i ah e i 曲t ， n o wd i r e c t i o n ，i i l n o ww a ya i l do u t n o ww a y w eu s et h em e t h o d0 fo n h o g o n a lt 0 0 p t i m i z es t m c t u r e0 fl a l l da p p l i c a t i o ns y s t e m ，u l t i m a t e l yt 0i m p r 0 v et h ee 筋c i e n c y0 f l a n da p p l i c a t i o ns y s t e m 龃dp r o v i d et h e o r e t i c a ls u p p o n 锄dt e c h n i c a lp 绷e t e r sf o r d e s i g na n di n - d e p t hs t u d y i tw a sf o u n dt h a tt h ef l o wd i r e c t i o na n dm e d i ah e i g h tw e r e t h em a i nf a c t o r s0 f h y d r a u l i cc h a r a c t e r i s t i c s0 ft h el 孤da p p l i c a t i o ns y s t e m t h ea v e m g e r e s i d e n c et i m e so ft h eu p w a r dn o ww e r ec l o s e rt 0t h et h e o r e t i c a lv a l u e s ，t h ep e r c e n t a g e o fd e a dw 硒s m a l l e ra i l df l o wp a t t e m sw e r ec l o s e rt op l u gf 1 0 w s 0u p w a r df l o ww a st h e i n i t i a lw a y w i t ht h ei n c r e a s ei nh e i g h to ft h em e d i a ，p e r c e n t a g eo fd e a dz o n et e n d st 0 i i l d i 彘r e n tw i t ht h ec a s e ，s ot h e yc o u l dn o ts i m u l a t ew e ut h ef l o wp a t t e mc h a r a c t e r i s t i c s o fl 觚dt r e a t m e n ts y s t e m o nt h eb a s i s0 fd i s p e r s i o nm o d e l ，ih a v ei n t r o d u c c ds h i f t d e l a yp a r a 】e t e r 锄de s t a b l i s h e d t 、) i ，o - p a r a 】【l l e t c r m o d e l r e s e a r c h i n g 0 nt h e 觚o p a r a m e t e rm o d e la i l dt h es h i f t0 ft h e1 0 9 - n o m a ld i s t r i b u t i o nm o d e l ，i tw 硒f o u n d t l l a tt h et 、0m o d e l su n d e rt h ed i 虢r e n tc o n d i t i o n so ff l o wp r o p e n i e s0 fl a n da p p l i c a t i o n s y s t e m sh a da9 0 0 ds i m u l a t i o ne f 盹c t k i e yw o r dl a n da p p l i c a t i o ns y s t e m ；p o l l u t a n t sr e m o v a lp e r f o 姗a n c e ；h y d r a u l i cp a t t e m ； t r a c e r ；c o n s t m c t i o n0 p t i i i l i z a t i o n ；m o d e l 青岛理工大学工学硕士学位论文 第1 章绪论 污水土地处理系统是在人工控制下将污水投配到土地上，利用土壤一植物一 微生物组成的生态系统的自我调控和人工调控机制对污染物进行一系列的物 理、化学和生物的净化过程，使污水水质得到不同程度改善，并通过系统营养 物质和水分的循环利用，促使绿色植物生长繁殖，从而实现污水的无害化、稳 定化和资源化的生态系统工程【1 1 。 1 1 土地处理系统的主要特征 土地处理不仅是一种净化污水的有效方法，也是一种既安全又能产生经济 效益的灌溉措施，其特点如下： ( 1 ) 基建投资费用低 土地处理作为一种自然生态处理方法，可以利用闲置土地、荒山、坑塘洼 地等廉价土地，同时该工艺又具有工程简单、附加构筑物少等特点，工程造价 低廉。一般其投资只有常规处理的1 3 1 2 ，据资料介绍一级标准建设费用 一般为2 0 0 0 元m 3 ，二级标准建设费用一般为1 2 0 0 元m 3 。 ( 2 ) 能耗低、运行费用低 土地处理系统的处理过程主要依靠自然净化，无需曝气供氧，无需投加化 学药剂，大大节约了能耗。青岛试点村污水站调查显示，东大寨土地处理系统 日运行费用o 3 7 元m 3 ，前韩村o 2 4 元m 3 ，西松园0 1 6 元m 3 【5 1 。 ( 3 ) 处理效果好 土地处理系统对污染物具有较好的处理效果。青岛试点村污水站调查显 示，东大寨出水水质指标除s s 外均能达到g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 一级a 标准，西松 园出水水质可达g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 一级b 标准【5 1 。 ( 4 ) 运行管理简便，可实现无人值守 土地处理系统利用自然净化功能，设备简单，可以省去传统工艺的附加设 施，实现无人值守。青岛试点村污水站调查显示，东大寨、前韩村和西松园采 用污水土地处理工艺，污水站可实现全自动运行，无需人工值剞5 1 。 ( 5 ) 间接产生社会效益和生态环境效益 青岛理工大学工学硕士学位论文 土地处理系统可以与农业相结合，在系统顶部耕作层种植瓜果蔬菜、农作 物、观赏植物等，另外，中水回用浇灌农田，做到了土地的用而不占与综合利 用，实现了社会效益和环境生态效益的统一。 土地处理将环境生态效益放在首位，严格遵循整体优化、循环再生、区域 分异三大原则，在减轻水体污染、减少污水处理费用的同时，又起到缓解了水 资源短缺问题，达到社会、经济、环境生态效益的统一。 1 2 土地处理系统的发展现状 污水土地处理系统作为一种投资少、能耗低、成本低的现代废水处理新技 术在许多国家得到了运用和发展。澳大利亚把多种处理工艺进行结合，开发了 污水土地处理复合系统，日本利用土壤一植物生态系统开发了地下毛管渗滤 法，在农村的实际应用中也取得了很好的效果。随着污水土地处理系统研究的 深入，其在技术领域已经趋于成熟，但在系统设计等方面还缺乏理论支持。 在污水土地处理系统中水力负荷是重要的设计参数，它直接影响系统的优 劣。但传统的污水土地处理系统以土壤作为介质，普遍存在水力负荷小、处理 效率低等问题。张金炳以人工土壤作为过滤介质，对人工快渗系统污染物净化 效果进行了研究。随后，齐明亮等学者进行研究发现，细砂颗粒小，给水度小， 持水度大，相应设计水力负荷小，中砂设计水力负荷中等，粗砂设计水力负荷 略大【1 1 。上述研究在一定程度上提高了水力负荷，但仍未从根本上解决土地处 理系统水力负荷低的问题。 污水在土地处理系统中的流动状态对污染物处理效率有很大的影响，这种 影响主要由各流体元素的停留时间不同造成。系统的内部结构直接影响停留时 间分布和污染物处理效率。w a l k e r ( 1 9 9 8 ) 和p e r s s o n ( 1 9 9 9 ) 研究发现湿地 的形状和比例是设计方面需要重点考虑的因素，为减小不完全混合区，停留时 间分析已经被用到人工湿地形状的研究中( k o s k i a h o ，2 0 0 3 ) 。停留时间分布的 分析被用于优化进口( s h i l t o na n dp r a s a d ，1 9 9 6 ) 和出口结构( k o n y h ae ta 1 ，1 9 9 5 ) 以及污染物处理效率( t a 柚db r i 伊a l ，1 9 9 8 ) 【矧。上述研究为系统优化提供支 持，但仍不具有土地处理系统结构整体优化的完整性，不能为系统设计提供必 要的理论准备。 2 方法对土地处理系统进行结构优化，进一步减小水力死区，提高反应器的有效 容积，最终达到提高污水土地处理系统处理效率的目的，为土地处理系统的设 计和深入研究提供理论支持和技术参数。 停留时间分布模拟在水处理反应器仿真领域占有重要地位，是反应器仿真 的必须阶段。现阶段在示踪试验的基础上，利用1 s t o p t 软件为土地处理系统 寻找适合的水力流态模型，为反应器仿真建立基础。 1 3 2 研究内容 试验研究的具体内容如下： 1 ) 土地处理系统污染物去除特性研究。 现采用陶粒和碎石替代土壤作为填料，对土地处理系统污染物去除效果及 其主要影响因素进行研究。 2 ) 土地处理系统水力特性试验方法的研究。 土地处理系统的水力特性研究是反应器结构优化的基础，现阶段通过静态 与动态试验完成对示踪试验试验材料及匹配的试验设备的选择，确定水力特性 试验研究的方法。 3 ) 用正交试验法进行反应器构造优化研究。 3 青岛理工大学工学硕士学位论又 从填料层高度、水流流向、进水方式以及出水方式四个因素入手，运用正 交试验的方法进行土地处理系统的结构优化，确定各因素对反应器的影响等 级，选择最优组合方案。 4 ) 用非理想流动模型对土地处理系统的水流流动特性进行模拟。 在现有示踪试验的基础上，利用1 s t o p t 软件为土地处理系统寻找适合的 水力流态模型。 4 青岛理工大学工学硕士学位论文 第2 章土地处理系统污染物去除特性研究 2 1 试验装置 2 1 1 试验流程 采用两套结构相同的滤柱进行平行试验，滤柱分别采用陶粒和碎石作为填 料。滤柱由p v c 板制成，直径与高度分别为o 5 m 和1 2 m ，填料层的有效高 度为o 6 m ，填料上面覆盖0 1 5 m 厚的粘土。 工艺流程如图2 1 所示，由污水桶进水，污水由恒流泵抽入反应器底部， 经穿孔板布水后向上流动，经顶部集水管收集后出水。 醛世 卜污水桶2 一恒流泵3 一碎石垫层4 一穿孔板5 一填料层6 一集水管7 一土壤层 图2 1 污染物去除特性试验研究装置示意图 f i g 2 - 1d i a 伊锄o fe x p e r i m e n t a ld e v i c eo f t h es t u d yo np o l l u t a n t sr e m o v a l 2 1 2 试验材料 1 污水桶：体积为2 8 l 的污水桶4 个。 2 恒流泵：d h l a 型电脑恒流泵。 3 碎石垫层：粒径为1 3 c m 的碎石。 4 填料层：粒径为6 。8 m m 的陶粒和粒径为1 0 c m 的碎石作为填料。 5 集水管：集水管由f 2 0 m m 的p v c 管制成，管上开孔，孔径为6 m m ，间距2 c m ， 与垂线呈4 5 。交错排列。 2 2 试验用水 5 青岛理工大学工学硕士学位论文 2 2 1 人工配制污水 1 污水来源 采用自来水配制人工污水，其成份为葡萄糖2 2 0 m g l ，尿素4 0 m g l ， ( n h 4 ) 2 c 0 3 2 9 m g l ，k h 2 p 0 4 2 1 m g l ，营养盐液i 各1 0 1 i l u 2 8 l ，微量元素和生 长因子营养盐液i i1 m u 2 8 l 。 表2 1 营养盐液组成 t a b 2 1c 0 m p o s i t i o n0 fn u t r i e n ts o l u t i o n 成分 浓度g l 成分 浓度僭l 营养盐液c a c l 2 1 6 5 m g s 0 4 1 6 5 i f e c l 3 1 6 5 n a c l1 1 o e d l a2 0 z n s 0 4 7 h 2 0 0 4 营养盐液 n a 2 8 4 0 7 o 4n i s 0 4o 4 i i m n s 0 4 h 2 0 0 4 ( n h 4 ) 6 m 0 7 0 2 4 4 h 2 0 0 4 c u s 0 4 5 h 2 0 o 4 酵母膏 1 5 2 污水水质 对配制的人工污水，每隔1 天进行一次水质监测，监测数据如表2 2 所示。 水样于室温下放置1 天、2 天，c o d c r 变化率分别为3 7 、6 1 ，其它指标 工目蓝眦杰f i ，：士盐：廿靼由 t 潺出氩工和毕i i 编 币j 疆：工：盐山山岳毪审 表2 2 人工污水水质变化 t a b 2 2c h a i l g eo fa n i f i c i a lw a s t e w a t e ri nw a t e rq u a l i t y 趄测时间 指标 配置当天放置一天放置两天 c o d 湘胡， 2 2 6 82 1 8 52 1 3 o t p 舭 4 7 34 7 94 4 2 n h 3 - n m g l 1 1 5 41 1 6 51 1 8 5 2 2 2 实际污水 1 污水来源 采用青岛市某污水厂a 沉池和b 沉池出水作为试验进水。该污水厂二级 处理工艺采用a b 法，其主要工艺流程如图2 2 所示。a 段为高负荷段，停留 时间较短，可提高b 段可生化性。经a 段后残留于污水中的有机物在b 段继 续氧化，以获得稳定的处理效果。 6 f i g 2 3c h a n g eo f w a s t e r w a t e rq u a l i t y 试验期间，a 沉池与b 沉池出水的c o d 指标如图2 3 所示。污水厂a 沉 池出水的c o d c r 平均浓度为1 5 0 m g l ，日平均变化率为1 0 3 ：b 沉池出水 的c o d c r 平均浓度为4 6 m g l ，日平均变化率为2 1 2 。污水的其它水质参数 变化范围见表2 3 。 表2 3 实际污水水质范围 1 a b 2 - 3t l l ew a t e rq u a l i t ys c o p e0 ft h e 拟u a lw a s t e w a t e r b o d 5 t p n h 3 一n 指标 | m 兽凡| m 罟阢| 础扎 a 沉池出水 3 7 6 7 4 51 0 2 1 b 沉池出水1 2 2 14 56 1 4 2 3 试验方法 2 3 1 试验过程 试验分为两个阶段，启动挂膜阶段和试验运行阶段。挂膜阶段，系统采用 自然挂膜启动，待出水稳定后，认为挂膜阶段完成。试验运行阶段，通过改变 7 青岛理工大学工学硕士学位论文 水力负荷和进水水质，对土地处理系统的处理效率进行研究。 系统在常温下运行，采用2 4 h 连续进水，各阶段的具体运行条件如表2 4 所示。 表2 4 运行条件 r a b 2 - 4o p e m t i n gc o n d i t i o n s 运行阶段 嘉善污煳u 德盏鬟，恐器 ：淼a 启动 三人玮水篓二翼薹浆慧 挂膜阶段 试验 运行阶段 2 3 2 水质监测方法 化学需氧量( c o d ) 指标监测采用重铬酸钾法； 五日生化需氧量( b o d ) 指标监测采用稀释接种法； 总磷( t p ) 指标监测采用钼锑抗分光光度法； 氨氮( n h 3 n ) 指标监测采用纳式试剂分光光度法； 温度采用温度计直接测定。 2 4 结果分析 2 4 1 启动挂膜阶段 1 不同填料的启动挂膜时间 试验i ，在1 0 c m 3 ( c m z d ) 的水力负荷下，采用人工污水作为试验进水， 对两种填料的启动挂膜阶段进行研究。结果如图2 4 所示，两种填料的启动挂 膜时间有一定差异。在进水开始2 0 d 后碎石填料的c o d 去除率已达8 8 ，且 保持稳定，认为已完成挂膜，但此时陶粒填料的c o d 去除率只达7 8 ，且仍 在增加，认为挂膜阶段仍未完成。 填料的物化性质直接影响反应器的启动挂膜周期。填料的表面粗糙度越高 越能促进细菌的吸附和生长，有利于缩短挂膜时间，所以粗糙度是生物膜初期 形成的主要影响因素。一般认为碎石填料表面较为粗糙，微生物容易附着，并 8 青岛理工大学工学硕士学位论文 口出出偾r 毗 l 稚工曲职生高a 撅y 士 讪，t ，l 。舳二年i 址“瞄i 口蚀幅 一 w l 1 ：。，了j i，护：hji 叫伙胜h j _ 一 _ 一 匿 u 匿霞霞霞冀 主要原因。 9 0 舞 瓣石u 篮 - 一 凸7 0 o 一勤。阮霞 o 6 0 57l o1 31 61 82 02 22 4 运行时间d 图2 4 挂膜阶段c o d c r 去除率 f i g 2 - 4c o d c r r e m o v a lo ff i l mf o 衄a t i o ns t a g e 2 t p 去除效果 如图2 5 所示，t p 的出水浓度旱卜升趋势，陶粒填料t p 的出水浓度维持 在2 m g l 左右，碎石填料t p 出水浓度维持在3 - 4 m l 。 土地处理系统中磷的去除主要依靠填料吸附作用、沉淀作用和微生物的聚 出，- 田，nil t l 工1 删玄胁f 甚吐m 茸仃抽山正kr ，八他善l “斗弘硼址他 工上 物，部分磷酸根与其产生化学沉淀而被固定。但随着试验的进行，填料吸附趋 于饱和，皿的去除率下降。 49 3 n h 3 n 去除效果 1 41 9 运行时间d 图2 5 启动挂膜阶段口去除效果 f i g 2 5t pr e m o v a lo ff i l mf o 册a t i o ns t a g e 9 6 5 4 3 2 l 0 ，l雹(王ll 青岛理工大学工学硕士学位论文 如图2 6 所示，n h 3 n 去除效果呈下降趋势，出水浓度不断升高，并最终 超过进水氨氮浓度。 土地处理系统为兼性厌氧环境，硝化反应较弱，不能有效去除氨氮。前期 氨氮的去除主要依靠填料的吸附作用，当吸附饱和后不能得到很好的氨氮去除 效果。但该环境下，部分有机态氮( 尿素) 可以通过氨化作用转化为氨氮，使 出水氨氮浓度大于进水。 运行时间d 2 4 图2 6 启动挂膜阶段n h 3 n 去除效果 f i g 2 6n h 3 - nr e m o v a lo ff i l mf 0 姗a t i o ns t a g e 2 4 2 水力负荷对c o d c r 去除效果的影响 试验i i 、i i i ，以人工污水作为试验进水，在1 5 c m 3 ( c m 2 d ) 和2 0 c m 3 ( 锄2 d ) 的水力负荷下，两种填料的c o d 流入流出浓度随时间的变化如图2 7 所示。 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0 0 水力负荷l5 c m 3 ( c m 2 d ) 2 73 03 33 63 9 运行时间d 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0 0 水力负荷2 0 c m 3 ( c m 2 d ) 上卜 + 试验i 进水 ) - 试验陶粒出水 + 试验i 碎石出水 4 95 25 55 8 运行时间d 图2 7 不同水力负荷下的c o d c r 去除效果 f i g 2 - 7c o d c rr e m o v a la td i f c e r e n th y d r a u l i cl o a d i i l 笋 在水力负荷为1 5 c m 3 ( c m 2 d ) 时，陶粒和碎石填料都有较高的c o d 去除 1 0 筋 加 坫 加 5 青岛理工大学工学硕士学位论文 效果，出水c o d 值均低于4 0 m g l ，平均去除率分别为8 6 2 ，8 4 6 。当水 力负荷提高到2 0 c i i l 3 ( 锄2 d ) 时，由于水力停留时间减小，污水与填料的接触 时间缩短，c o d 去除效果略有下降，出水c o d 值维持在5 0 m g l 左右，陶粒 和碎石填料的c o d 平均去除率分别为7 8 2 ，7 5 2 。 2 4 3 进水水质对c o d 。r 去除效果的影响 试验i i 、v ，在1 5 锄3 ( 锄2 d ) 的水力负荷下，分别以人工污水、a 沉池和b 沉池出水作为试验进水，两种填料的c o d 去除率随时间的变化如图 2 8 所示。 9 0 水8 0 槲7 0 鬻6 0 85 0 u 4 0 3 0 乖试验i i 陶粒+ 试验i i 碎石廿试验陶粒 + 试验碎石士试验v 陶粒+ 试验v 碎石 0246 81 01 2 运行时间d 图2 8 不同进水水质下的c o d c r 去除效果 f i g 2 - 8c o d c r r c m o v a la td i f f e r e n ti n f l u e n tw a t e r q u a l i t i e s 试验i i 采用人工污水作为试验进水，陶粒和碎石填料都表现出较好的 c o d 去除效果，去除率在8 0 以上。试验采用a 沉池出水作为试验进水， c o d 去除效果大幅度下降，陶粒和碎石填料的平均c o d 去除率分别为5 4 2 ， 4 5 6 ；试验v 采用b 沉池出水作为试验进水，陶粒和碎石填料的平均c o d 去除率只有4 8 5 ，4 2 4 。不同进水水质下，c o d 去除率存在较大差异，尤 其是试验i i 与试验、v ，c o d 去除率相差近一倍，原因分析如下。 1 温度影响分析 试验i i 与试验，水温基本相同，分别为2 0 2 7 和1 9 2 6 ；试验v ， 水温略低为1 4 1 8 。一方面，考虑试验期间水温变化不大，另一面，温度变 化与c o d 去除率变化未呈现相同的规律，试验i i 与试验在相似温度处未表 现出相近去除率。考虑现阶段温度变化未成为影响c o d 去除效果的主要因素。 2 c o d 浓度影响分析 1 1 青岛理工大学工学硕士学位论文 试验i i 、v 的水力负荷相同，进水c o d 浓度的差异成为c o d 负荷的 唯一影响因素，三组试验的平均c o d 容积负荷分别为0 1 1 k g c o d ( m 3 d ) ， o 0 8 0k gc o d ( m 3 d ) 和o 0 2 3 k g c o d ( m 3 d ) 。如图2 - 9 所示，一方面，随着 c o d 负荷的升高，c o d 去除率并未表现出减小的趋势，相反在最高的c o d 负荷处( 试验i i ) 表现出最高的c o d 去除率。另一方面，试验与试验v 的 可生化性相当，温度变化影响较小，而c o d 负荷3 5 倍的差异，未对c o d 去 除率产生较大的影响，c o d 去除率仅相差5 左右。总体来看，现阶段试验 中c o d 负荷并未成为影响c o d 去除效果的主要因素。 试验u试验i v试验v + c o d 负荷+ 可生化性+ 温度岳陶粒去除率十碎石去除率 图2 9 水质试验各因素对比图 f i g 2 9w a t e rq u a l i t yt e s tf a c t o r sc o m p a r i s o nc h a n 3 可生化性影响分析 试验i i ，采用葡萄糖控制进水c o d 指标，可生化性在三种进水中最好； 试验和试验v 进水的b o d 5 c o d c r 都不高，分别在0 4 和o 3 左右，可生化 性较差。如图7 所示，一方面，可生化性的增强，抵消了c o d 负荷升高的负 面影响，c o d 去除率与可生化性呈正相关性。另一方面，试验i i 和试验进 水的温度和c o d 负荷相近，c o d 去除率随可生化性的变化而呈现较大波动。 综合考虑，认为可生化性是影响两种填料c o d 去除效果的主要因素。 4 两种填料c o d c f 去除效果对比 两种填料的c o d 去除率如图2 1 0 所示。试验i i 、，在两种不同的水力 负荷下，陶粒的c o d 去除效果都优于碎石；试验i i 、v ，在三种不同的 进水水质下，陶粒也表现出优于碎石的c o d 去除效果。 实验室模拟试验中c o d 去除主要靠吸附和生物降解。考虑陶粒填料粒径 1 2 p越赠毋料錾咐 伯舳如加加0 5 o 5 o 5 o 5 o 5 o 4 4 3 3 2 2 l 1 o o o 0 0 0 o o 0 0 o 0 日no篡0003誊甚州j堕 一口n置一口ou凹_榷g凸oo 青岛理工大学工学硕士学位论文 小，比表面积大，能提供较好的微生物生长条件及有机物吸附降解条件，从而 表现出较好的c o d 去除效果。 2 5 结论 四陶粒去除率 口碎石去除率 n 一豇 试验i i试验m试验试验v 图2 1 0 两种填料的c o d 去除率 f 嘻2 1 0c o d r e m o v a le f f i c i e n