（市政工程专业论文）硅基复合滤料AO生物滤池对生活污水的脱氮机理研究.pdf

j s t u d yo nn i t r o g e nr e m o v a lo fm u n i c i p a lw a s t e w a t e r i na o b i o f i l t e rw i t hs i l i c o n - - b a s e dc o m p o s i t em e d i ap r o c e s s l i uz h e n l i a n g u n d e rt h es u p e r v i s i o no f p r o f 妇翰n z h e n at h e s i ss u b m i t t e dt ot h eu n i v e r s i t yo fj i n a n i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g u n i v e r s i t yo f j i n a n j i n a n ，s h a n d o n g ，p r c h i n a m a y2 5 ，2 0 1 1 56唧5 38舢8川川-y i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：毛陋 日 期：五驰u 二驾，l 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保 存论文和汇编本学位论文。 口公开口保密(年，解密后应遵守此规定) 论文作者签名a 鼾导师签名： l 济南大学硕士学位论文 目录 摘要v a b s t r a c t v l l 第一章绪论l 1 1 课题研究提出的背景1 1 2 论文选题的目的和意义3 1 3 课题创新点4 1 4 课题研究方案5 1 4 1 技术路线5 1 4 2 研究目标5 1 4 3 主要研究内容5 第二章国内外研究动态7 2 1 生活污水处理技术7 2 1 1 传统活性污泥法工艺8 2 2 2 新型活性污泥法工艺1 l 2 2 曝气生物滤池1 3 2 3 生物滤料1 5 2 3 1 沸石的改性研究1 6 2 3 2 沸石滤料脱氮1 7 2 4 生物滤池脱氮1 8 第三章实验设计2 1 3 1 实验材料及工艺流程2 l 3 1 1 实验装置及流程2 1 3 1 2 原水水质2 3 3 2 实验方法2 3 3 2 1 挂膜方式2 3 3 2 2 实验操作方法2 4 3 2 3 实验分析方法2 4 ， 石睾基复合滤料a o 生物滤池对生活污水的脱氮机理研究 镕 i i 第四章硅基复合滤料制备及其性能测试2 5 4 1 硅基复合滤料制各2 5 4 1 1 原料2 5 4 1 2 制备过程2 6 4 2 硅基复合滤料性能测试分析2 7 4 2 1 外观观察2 7 4 2 2 物理性能2 7 4 2 3 微观表征2 9 4 2 4x r d 实验研究3 0 4 2 5 硅基复合滤料s e m - e d s 分析3 l 4 3 静态吸附实验3 l 4 3 1 静态吸附曲线研究3 1 4 3 2 静态进水氨氮浓度变化研究3 4 4 3 3 硅基复合滤料的解吸研究3 5 4 4 本章小结3 6 第五章硅基复合滤料a o 生物滤池挂膜研究3 9 5 1 硅基复合滤料 0 生物滤池挂膜方式3 9 5 2 挂膜期间系统c o d 的变化情况3 9 5 3 挂膜期间系统氨氮的变化情况4 l 5 4 挂膜期间系统总氮的变化情况4 2 5 5 挂膜期间系统硝酸盐氮的变化情况4 4 5 6 生物相分析4 6 5 7 本章小结4 9 第六章硅基复合滤料a o 生物滤池处理生活污水脱氮研究5 l 6 1 硅基复合滤料a o 生物滤池最优运行工况研究5 1 6 2 硅基复合滤料a o 生物滤池对污染物的去除研究5 4 6 2 1 最优工况下氨氮去除研究5 4 6 2 2 最优一r ：况下总氮去除研究5 5 6 2 3 最优工况卜硝酸盐氮变化研究5 6 济南大学硕l - 学位论文 6 2 4 最优工况下c o d 去除研究5 7 6 2 5 最优工况下总磷去除研究5 8 6 3 硅基复合滤料a o 生物滤池脱氮分析5 9 6 3 1 硅基复合滤料a o 生物滤池工艺脱氮理论5 9 6 3 2 硅基复合滤料a o 生物滤池工艺脱氮影响因素分析6 6 6 4 本章小结6 9 第七章结论与建议7 1 7 1 结论7 1 7 2 建议7 2 参考文献7 5 致谢8 1 附录8 3 济南大学硕上学位论文 摘要 实验以天然沸石为原料，添加活化剂和粘合剂研制硅基复合滤料，并对其进行物 化性能表征，对比天然斜发沸石发现，硅基复合滤料在孔隙率、比表面积以及破碎率 和磨损率等性能上都有了较大的改善，硅基复合滤料各项指标均符合国家轻集料及 其试验方法( g b t 1 7 4 3 1 1 9 9 8 ) 标准，可以作为良好的生物滤池滤料使用。 实验对硅基复合滤料的吸附性能和解吸性能进行了研究，结果表明滤料的氨氮吸 附性能很好，硅基复合滤料对氨氮的静态吸附容量高达1 4 9 9 0 4 8 m g g ，而天然斜发沸 石的氨氮吸附容量仅为3 4 8 2 7 2m g g 。硅基复合滤料对氨氮的静态吸附作用是物理吸 附和化学吸附两种作用协同完成的。解吸实验发现该滤料的平均解析容量可达 2 2 1 2 3 6 m g l ，说明硅基复合滤料不仅性能优越而且有较强的再生能力和抗冲击能力。 系统挂膜历时4 3 天，好氧柱挂膜周期要比缺氧柱短，好氧柱挂膜约2 7 天，而缺 氧柱挂膜需4 3 天。系统挂膜后期好氧柱出水硝酸盐氮浓度高达8 m g l ，缺氧柱出水 硝酸盐氮浓度仅为2 m g l ，系统各段滤柱内滤料表面、断面均被一层厚厚的微生物膜 所覆盖，在生物膜内生物种类丰富，结构完整，存在大量原后生动物。 实验以气水比、水力停留时间和系统刚流比为控制参数，通过正交试验确定硅基 复合滤料a o 生物滤池运行工艺的最优运行工况为c 3 a 2 8 2 ，即当系统气水比为2 ：1 ， 水力停留时间控制在1 5 h ，好氧柱回流比为3 ：1 时，硅基复合滤料a o 生物滤池工艺 对污水的脱氮效果最好。在此工况下，系统出水总氮浓度平均约为1 6 9 5 m g l ，去除 率高达7 5 7 8 ；氨氮出水浓度小于5 m g l ，氨氮的去除率平均约9 1 2 8 ；c o d 出 水浓度可降至1 2 3 0 m g l 左右，系统对污水c o d 的去除率高达9 3 9 0 ，系统出水各 项指标均符合国家城镇污水排放一级标准； 系统稳定运行期间，考察了回流比、水力停留时间和气水比对系统脱氮作用的影 响。实验发现氨氮的去除主要受水力停留时间和好氧柱气水比的影响，随着系统气水 比和水力停留时问的增加，系统氨氮的去除率不断增加，而系统回流比对氨氮的去除 影响很小；回流比、水力停留时间和户e 水比三种因素对总氮的去除影响都很大，随着 系统回流比和水力停留时间的增加，系统总氮的去除旱现出稳步的增加趋势，随着好 氧滤池气水比的增加，系统总氮的去除率呈现出先增加后降低的趋势。 碎基复合滤料a o 生物滤池对牛活污水的脱氮机理研究 实验依据硅基复合滤料a o 生物滤池工艺最优运行工况下对污水的脱氮实验结 果，分段分滤池对污水脱氮机理进行了研究分析。结果表明硅基复合滤料a o 生物 滤池工艺的脱氮是多种微生物协同降解的作用下联合硅基复合滤料的离子交换性能 和吸附作用共同完成的。缺氧柱内既发生着传统的反硝化脱氮作用，又有新型的厌氧 i 氨氧化脱氮作用，好氧柱主要发生硝化细菌的脱氨作用。 关键词：硅基复合滤料；污水脱氮；硝化反硝化；厌氧氨氧化；a o 生物滤池 济南大学硕+ 学位论文 a b s t r a c t c o m p a r e dt ot h en a t u r a le l i n o p i l o l i t e ，t h es i l i c o n - b a s e dz e o l i t em e d i am a d eb yn a t u r a l c l i n o p i l o l i t ea n da d h e s i v eh a si m p r o v e di np o r o s i t y ，a n dt h es u r f a c ea r e a , r a t ea n dw e a l r a t e p a r a m e t e r so fs i l i c o n - b a s e dz e o l i t em e d i aa r el i n ew i t ht h en a t i o n a l m e d i as t a n d a r d ( g b t17 4 31 19 9 8 ) ，a n dt h es i l i c o n - b a s e dz e o l i t em e d i ai sag o o du s ea s m e d i ai nb i o l o g i c a lf i l t e r s t h er e s e a r c ho nt h ea d s o r p t i o na n dd e s o r p t i o np e r f o r m a n c eo fs i l i c o n - b a s e dz e o l i t e m e d i af i n d st h a tt h e ya r ei m p r o v e dal o ta n di t ss t a t i ca d s o r p t i o nc a p a c i t yo fa m m o n i ac a n b eu pt o14 9 9 0 4 8 m g g ，w h i l et h a to fn a t u r a lc l i n o p t i l o l i t ei so n l y3 4 8 2 7 2 m g g t h eh i g h s t a t i ca m m o n i aa d s o r p t i o nc a p a c i t yo fs i l i c o n - b a s e dz e o l i t em e d i ai sp h y s i c a la d s o r p t i o n a n dc h e m i c a la d s o r p t i o nt h er e s u l to fj o i n ta c t i o n t h ee x p e r i m e n ta b o u td e s o r p t i o n p e r f o r m a n c eo fs i l i c o n b a s e dz e o l i t ef i n d st h a ti t sd e s o r p t i o nc a p a c i t yo f a m m o n i ac a nb e u pt o2 2 12 3 6 m g l ，w h i c hi n d i c a t e si ti sn o to n l ys u p e r i o ri np e r f o r m a n c eb u t a l s os t r o n gi n r e g e n e r a t i o na b i l i t ya n di m p a c t r e s i s t a n c e t h ew h o l es y s t e ms t a r t - u pl a s t s4 3d a y s ，a n dt h ea e r o b i cb i o f i l mi se a s i e ra n df a s t e ri n t h e c u l t i v a t i o na n db r e e d i n go fm i c r o o r g a n i s m ，w h i c hi sp r o v i d e db yt h a ts t a r t - u po f a e r o b i cb i o f i l t e ro n l yt a k e s2 7d a y sw h i l et h a to fa n o x i cb i o f i l t e rw i l ln o tb es u c c e s s f u lu n t i l 4 3d a y s a tt h ee n do fs t a r t - u p ，t h ee f f l u e n tn i t r a t en i t r o g e nc o n c e n t r a t i o no fa e r o b i c b i o l o g i c a lf i l t e rc a nb eu pt oa b o u t8 m g lw h i l et h a to fa n o x i cb i o f i l t e ri so n l y2 m g lo rs o ， a n di nt w ob i o f i l e r sb o t ht h es u r f a c ea n di n t e r i o ro fm e d i aa r ec o m p l e t e l yc o v e r e d 、析t l la t h i c kt r a n s p a r e n tl a y e ro fb i o f i l mr i c hi ns p e c i e s ，w h i c hp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h e d e g r a d a t i o no fp o l l u t a n t s c o n d i t i o n so ft h eo p e r a t i o na r es t u d i e du s i n gt h r e e f a c t o r ( g a s - w a t e rr a t i o ，h y d r a u l i c r e t e n t i o nt i m ea n da e r o b i cb i o f i l t e rr e t u r ns y s t e mr e f l u xr a t i o ) a n dt h e r e l e v e lo r t h o g o n a l d e s i g nm e t h o da sg u i d e db yr e m o v a lr a t e t h eo p t i m i z e dc o n d i t i o n sa r e e s t a b l i s h e da s f o l l o w s ：g a s w a t e rr a t i o2 ：1 ，h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ( h r t ) 1 5 h ，a e r o b i cb i o f i l t e rr e t u r n s y s t e mr e f l u xr a t i o3 ：1 u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ，t h ee f f l u e n tq u a l i t yo fa o b i o f i l t e r s p r o c e s s i sr e l a t i v es t a b l ea n de x c e l l e n t ，a n dt o t a ln i t r o g e nc o n c e n t r a t i o n ，a m m o n i a v i l 硅苯复合滤料a o 乍物滤池对乍活污水的脱氮机理研究 c o n c e n t r a t i o na n dc o dc o n c e n t r a t i o na r e16 9 5 m g l ，2 3 4 m g la n d 12 3 0 m g l ， r e s p e c t i v e l y ，w h i l et h er e m o v a le f f i c i e n c i e so ft o t a ln i t r o g e n ，a m m o n i aa n dc o d a r eu pt o 7 5 7 8 ，91 2 8 a n d9 3 9 0 t h er e s u l ts h o w st h a tt h ee f f l u e n tq u a l i t ym e e t si - c l a s s c r i t e r i as p e c i f e di nt h ed i s c h a r g es t a n d a r do fp o l l u t a n t sf o rm u n i c i p a lw a s t e w a t e r t r e a t m e n tp l a n t ( g b18 918 - 2 0 0 2 ) t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e st h er e m o v a le f f e c to fn i t r o g e no fa ob i o f i l t e r sp r o c e s sa t d i f f e r e n tg a s w a t e rr a t i o s ，h r t ，a n da e r o b i cb i o f i l t e rr e t u r ns y s t e mr e f l u xr a t i o s t h e r e s u l t ss h o wt h a tf o rt h em u n i c i p a lw a s t e w a t e r , t h ea b i l i t yo fa m m o n i ar e m o v a lc h a n g e s 、析t hg a s w a t e rr a t i oa n dh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ( h r t ) w h i l er e t u r ns y s t e mr e f l u xr a t i o h a sn oe f f e c to na m m o n i ar e m o v a l ；a n dt h ea b i l i t yo fa m m o n i ar e m o v a li sa f f e c t e dm a i n l y b yg a s - w a t e rr a t i oa n dh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ( h r t ) a l lt h e s et h r e ef a c t o r sh a v eg r e a t i n f l u e n c eo nt o t a ln i t r o g e nr e m o v a l w i t ht h ei n c r e a s eo fr e t u r ns y s t e mr e f l u xr a t i oa n d h r t ，t o t a ln i t r o g e nr e m o v a lr a t er i s e ss t e a d i l y ，w h i l ei tp r e s e n t st h et r e n do ff i r s ti n c r e a s e t h e nd e c r e a s e 、析t i lt h ei n c r e a s eo f g a s - w a t e rr a t i o t h ep a p e ra n a l y z e sp r i n c i p l eo fa m m o n i ar e m o v a li nd i f f e r e n tb i o f i l t e r so fa o b i o f i l t e r sw i t hs i l i c o n - b a s e dz e o l i t em e d i ab a s e do nt h er e s u l t su n d e rt h eo p t i m i z e d c o n d i t i o n s a l lt h er e s e a r c h e sa n da n a l y s e sr e v e a lt h a th i 曲n i t r o g e nr e m o v a lo fa o b i o f i l t e r sp r o c e s si st h ec o n s e q u e n c eo ft h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nb i o d e g r a d a t i o no fm a n y k i n d so fm i c r o o r g a n i s m sa n di o ne x c h a n g ep r o p e r t ya n da d s o r p t i o no fs i l i c o n b a s e dz e o l i t e m e d i a t h er e s u l t ss h o wt h a tb o t ht r a d i t i o n a ld e n i t r i f i c a t i o na n da n a e r o b i ca m m o n i u m o x i d a t i o n ( a n a m m o x ) o c c u ri na n o x i cb i o f i l t e r , a n dn i t r o b a c t e r i ap l a y sa ni m p o r t a n tr o l e i nt h et r a d i t i o n a la u t o t r o p h i cn i t r i f i c a t i o nf o ra m m o n i ar e m o v a li na e r o b i cb i o f i l t e r k e yw o r d s ：s i l i c o n b a s e dc o m p o s i t em e d i a ；n i t r o g e nr e m o v a l ；n i t r i f i c a t i o n d e n i t r i f i c a t i o n ；a n a n u n o x ；a ob i o f l i l t e r 济南大学硕e 学位论文 1 1 课题研究提出的背景 第一章绪论 国家环保部在2 0 1 0 年5 月3 1 日公布的全国环境统计公报【1 】中显示，2 0 0 9 年，中国地表水污染依然较重，七大水系总体为轻度污染，湖泊富营养化问题突 出，近岸海域总体为轻度污染。2 0 0 9 年，全国废水排放总量为5 8 9 2 亿吨，比上 年增加3 o ；化学需氧量排放量为1 2 7 7 5 万吨，比上年下降3 3 ；氨氮排放量 为1 2 2 6 万吨，比上年下降3 5 。污水中的污染物指标比去年有所减少，但是氮 污染依然是我国污水处理中需要面对的难题。 淡水环境中全国地表水氮污染依然较重。七大水系总体为轻度污染，浙闽区 河流为轻度污染，西北诸河为轻度污染，西南诸河水质良好，湖泊( 水库) 富营 养化问题突出。在我国七大水系当中，松花江、淮河为轻度污染，黄河、辽河为 中度污染，海河为重度污染。在我国2 6 个国控重点湖泊( 水库) 中，满足i i 类水 质的1 个，占3 9 ；i 类的5 个，占1 9 2 ；类的6 个，占2 3 1 ；v 类的5 个，占1 9 2 ；劣v 类的9 个，占3 4 6 。主要污染指标为总氮和总磷。营养状态 为重度富营养的1 个，占3 8 ：中度富营养的2 个，占7 7 9 6 ；轻度富营养的8 个，占3 0 8 ；其他均为中营养，占5 7 7 。 表1 12 0 0 9 年重点湖库水质类别 t a b l e1 1w a t e rq u a l i t yo fk e yl a k e 术三湖是指太湖、滇池和巢湖。 ； 硅基复合滤料加生物滤池对生活污水的脱氦机理研究 i 表1 22 0 0 6 2 0 0 9 全国废水和氨氮排放量年际变化 t a b l e1 2i n t e r a n n u a lv a r i m i o n so fa m m o n i ai nw a s t e w a t e ro f2 0 0 6 2 0 0 9 2 0 0 9 年废水中氨氮排放量为1 2 2 6 万吨，比上年减少3 5 。其中，工业氨氮排 放量2 9 - 3 万吨，占氨氮排放量的2 3 9 ，比上年增加5 6 ；生活氨氮排放量9 5 3 万 吨，占氨氦排放量的7 6 1 ，比上年减少5 1 。从我国2 0 0 9 年环境年度汇报可以看 出，我国虽然在环保工作同期相比有所进展，但环境保护任务依然艰巨，水体污染情 况依旧严重，国家颁布的城镇污水处理厂排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 2 1 对于水体 中主要污染物氮磷的控制提出了更严格的要求，如表1 3 。 g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 表1 3 基本控制项目最高允许排放浓度( 日均值) 单位m g l t a b l e1 3t h em a x i m u ma l l o w a b l ee m i s s i o nc o n c e n t r a t i o n ( d a y a v e r a g e ) i nb a s i cc o n t r o lp a r a m e t e r 一级标准 序号基本控制项目 一奶标准 三级标准 a 标准b 标准 l 化学需氧量( c o d ) 5 06 01 0 01 2 0 9 2 生化需氧量( b o d ) 1 02 03 06 0 9 3 悬浮物( s s ) 1 02 03 05 0 4 动植物油 l352 0 5 石油类 1 351 5 6 阴离f 表面活化刺 o 5l25 7 总氮( 以n 计) 1 52 0 8 氨氮( 以n 计)5 ( 8 )8 ( 1 5 1 2 5 ( 3 0 ) 总磷( 以 2 0 0 5 年1 2 月3 1 口前建设的 11 535 9 p 计) 2 0 0 6 年l ，l1 日起建设的 o 5 135 l o 色度( 稀释倍数)3 03 04 05 0 1 1 p h 6 9 1 2 粪大肠卤群( 个l ) 1 0 31 0 4 1 0 4 注：f 列情况f 按去除率指标执行：当进水c o d 犬f3 5 0 m g l 时，去除率应大y - 6 0 ； b o d 大干1 6 0 m g l 时，去除率应大于5 0 。 括号外数值为水温 1 2 。c 时的控制指标，括号内数值为水温耋1 2 c 时的控制指标。 济南大学硕卜学位论文 山东为我国经济发展人口大省，最新水质监测数据【3 1 表明：山东省主要城市虽然 重点供水水源地水质改善较大，但是河流水质污染仍很严重，监测河段无一达到一类 标准。山东省水文水资源勘测局对山东省1 7 个主要城市河流水6 7 个河段的检测结果 显示，没有一个河段水质可以达到一类标准，而二类水质监测河段也仅有4 个，三类 水质监测河段有6 个，四类水质监测河段有8 个，五类水质监测河段有7 个，劣五类 水质监测河段高达4 2 个。检测河段主要污染物为氮磷有机物及化学需氧量的超标。 近年来发生在我国各地的以水体营养化为主的水花水质灾害更是备受人们关注。 水体富营养化影响水体的水质，阻碍了水中植物的光合作用，造成溶解氧的过饱和状 态，影响水下生物的生存和繁殖。溶解氧的过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物 有害，造成鱼类大量死亡。世界上很多国家已经爆发了以水体富营养化为主体的水华 水质灾害。我国的太湖吲以及我国最南端的高原淡水“母亲湖 异龙湖【5 l 等均已 产生了严重的水体富营养化现象。而引起水体富营养化的罪魁祸首主要是水体中过多 的氮磷元素的超负荷积累。因此在污水处理中对于水体中氮磷的去除越来越备受人民 关注。 按照国家国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要提出了“十一五 期间， 将有3 0 0 0 多亿资金投向污水处理设施建设。单位国内生产总值能耗要求降低2 0 左 右，主要污染物排放总量减少1 0 的约束性指标。加强我国对河流水体氮源污染的有 效控制，实现国家经济与环境的可持续发展，实现人与自然，人与环境的协调发展， 贯彻落实科学发展观。本课题就是在此背景下提出的。 1 2 论文选题的目的和意义 针对上文提到的一系列的问题和国家近年来对污水排放提出的新的严格的要求， 人们在氮污染的问题上进行了不懈的探讨研究和实践工作。目前处理污染河水中的脱 氮问题主要采用生物法【6 。1 1 1 。而生物滤池法作为一种生物处理方法正越来越备受人们 关注。曝气生物滤池【1 2 d7 1 是自8 0 年代的发展起来的一种污水处理方法，该方法占地 面积小，节省了后续二次沉淀池，基建投资少，处理效果好。许多国内外工程实例1 1 7 珊j 表明曝气生物滤工艺的占地面积相对于传统的活性污泥法a o 工艺可节省6 7 ，基 建投资也一次性减少1 0 ，在保证处理效果的情况下，运行实际管理费用相比传统j 艺节省2 0 ，是我固传统活性污泥法工艺的理想替代品。生物滤池的生物降解性能的 硅幂复合滤料a o 生物滚池对隹活污水的脱氮机理研究 优劣很大程度上取决于滤料的特性，滤料的研究和开发在b a f 工艺中至关重要。目 前，净水工艺广泛采用的过滤介质活性炭价格昂贵，再生困难，吸附氨氮效果不理想， 因此开发出一种适于生物滤池特点的经济高效滤料，将关系到生物滤池这种先进工艺 的应用推广，而沸石在我国储量大，是一种廉价的非金属矿物，去除废水中的氨氮效 率高、工艺简单、易再生，失效后的沸石可用浓盐水逆流再生重复使用，处理成本低， 因而开发沸石作为生物滤池的滤料是一条高效、经济的途径。 天然沸石【2 l 】是一簇架状结构的、多孔含水的碱或碱士金属铝硅酸盐矿物，其结构 基础是硅( 铝) 氧四面体，沸石内部结构呈空穴或笼状，这些笼或环在三度空间以不同 方式连接组合，又形成了沸石的一维、二维、三维孔道体系。这一特殊的结构使得沸 石具有良好的离子交换的吸附性能。天然沸石虽然性能优越，但由于其天然性，仍然 存在很多问题。天然沸石的孔道易被其它杂质阻塞，相互连通性差，处于交换位上的 交换离子不统一，其结合性有强有弱，导致其交换能力较差等。因此有必要对天然沸 石进行改性实验。 本实验在天然斜发沸石的基础上，通添加改性活化剂对沸石进行结构上的改性 2 2 - 2 4 】，研发一种新型硅基复合滤料，使得该滤料的内部结构更加疏松，孔隙率和比表 面积更大，从而提高其滤料本身的离子交换性能和吸附能力，强化生物滤池的脱氮作 用。实验将好氧生物滤池与缺氧生物滤池相结合，采用新型硅基复合滤料对生活污水 的脱氮效果进行了分析研究。本实验方案不仅节省了后续沉淀池( 二沉池) ，缩短了 系统的启动时间，降低了基建投资，而且污泥产率低，抗冲击负荷能力强，有效的减 少了污泥膨胀等问题的产生，并将新型滤料的离子交换性能和吸附能力同缺氧好氧生 物滤池相结合，在污水脱氮处理中取得了令人满意的结果，具有良好的社会应用前景。 i 3 课题创新点 实验以天然斜发沸石为原料，通过活化、球磨、筛选、添加成孔剂和粘合剂、搅 拌、成型、养护等一系列工序制取硅摹复合滤料，研究了硅基复合滤料对于氨氮的吸 附效果，并通过质量浓度与吸附黾的朗格缪尔曲线( l a n g m u i r ) 和f r e u n d l i c h 曲线， 分析了硅基沸石滤料对氨氮的去除机理。 实验以硅摹复合滤料为填料，采用a o 生物滤池工艺对生活污水脱氮进行了研 究分析，依据实验结果对a o 生物滤池各反应器的脱氮机理进行了探讨分析，并对硅 济南大学硕上学位论文 基复合滤料的离子交换和吸附性能在污水脱氮中的作用进行了研究。 1 4 课题研究方案 1 4 1 技术路线 ( 1 ) 实验以缺氧生物滤池和好氧生物滤池为模型，以硅基复合滤料为填料，采 用各段进出水的c o d 浓度、氨氮浓度、总氮浓度、总磷浓度以及色度浊度等指标表 征系统出水水质情况，考察不同反应器污水的脱氮处理情况。 ( 2 ) 实验以气水比、回流比、水力停留时间( h r t ) 为因素，采用三因素三水 平的正交试验方法确定试验运行的最优条件，以各段滤池污染物的去除情况作为指 标，分析好氧生物滤池气水比、系统回流比及溶解氧条件变化对系统脱氮效果的影响。 ( 3 ) 实验以最优运行工况下硅基复合滤料a o 生物滤池工艺对污水污染物的去 除数据作为依据，计算分析各段滤池在污水脱氮中所起的作用，并探讨分析系统高效 脱氮的机理。 1 4 2 研究目标 实验首先研发一种硅基复合滤料，并通过静态试验和动态试验表征滤料的可行 性：其次通过控制影响系统脱氮效果的三个影响因子，实现不同影响因子间的正交试 验，确定出硅基复合滤料a o 生物滤池工艺对生活污水脱氮的最佳运行工况条件；再 次通过实验解释证明硅基复合滤料的优越性，为硅基复合滤料的实际应用提供实验依 据；最后根据最优运行工况下硅基复合滤料a o 生物滤池工艺对生活污水的脱氮情 况，分析各段滤池在污水脱氮中的作用，并依据实验结果对系统脱氮机理进行探讨分 析。 1 4 3 主要研究内容 试验研究内容包括硅基复合滤料的制备及其性能测试、硅基复合滤料a 0 生物滤 池= 艺的挂膜研究和稳定运行研究。挂膜期间分析研究缺氧滤池与好氧滤池挂膜过程 中系统脱氮以及其他污染物的去除变化情况，考察分析缺氧滤池挂膜与好氧滤池挂膜 的不同点；稳定运行期间，通过控制系统广毛水比、系统 口1 流比和水力停留时间来确定 5 - 辞基复合滤料a o 生物滤池对乍活污水的脱氮机理研究 系统稳定运行时期对生活污水脱氮的最佳运行条件，以最佳运行条件下系统的脱氮效 果探讨分析系统各段反应器在污水脱氮过程中所起的作用以及系统各段的脱氮机理。 济南大学硕上学位论文 第二章国内外研究动态 2 1 生活污水处理技术 随着我国经济的快速发展，人们生活水平的不断提高，人们对生活质量的要求也 越来越高，而水资源作为人们生命活动中不可缺少的一种元素，它的质量越来越引起 人们的关注。2 0 0 9 年，全国废水排放总量为5 8 9 2 亿吨，比上年增加3 o ；废水中 氨氮排放量为1 2 2 6 万吨。其中，生活氨氮排放量9 5 3 万吨，占氨氮排放量的7 6 1 。 由此可以看出，目前在我国污水当中，生活污水占了相当一大部分，而污染水体中的 氮磷富营养化问题显得尤为重要，怎样从生活污水源头去控制水体中氮磷的含量对于 控制解决我国水体富营养化问题有着重要的意义。目前我们对于城市污水中氮磷的去 除主要采用物理、化学和生物处理法，将污水中的各种污染物加以分解转化为无毒无 害的物质，从而使污水得到净化的过程。 物理处理法【6 i 是一种通过吸附、沉淀及过滤等物理作用分离、刚收废水中不溶解 的呈悬浮状态的污染物( 包括油膜和油珠) ，以实现系统对污水中污染物的去除，可 分为重力分离法、离心分离法和筛滤截留法等。以热交换原理为基础的处理法也属于 物理处理法。化学处理法通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体 状态的污染物或将其转化为无害物质的废水处理法。 在化学处理法中，以投加药剂产生化学反应为基础的处理单元是：混凝、中和、 氧化还原等；而以传质作用为基础的处理单元则有：萃取、汽提、吹脱、吸附、离子 交换以及电渗析和反渗透等。 生物处理法通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的 有机污染物，转化为稳定、无害的物质的废水处理法。生物接触氧化是一种新型的生 物处理法，用生物接触氧化工艺在生物反应池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部 填料，并以一定的流速流经填料。在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在 生物膜上微生物的新陈代谢的作用下，污水中有机污染物得到去除，污水得到净化。 最后，处理过的废水排入生物接触氧化处理系统与生活污水混合后进行处理，氯消毒 后达标排放。生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法工 艺，其特点是在池内设置填料，池底曝气对污水进行充氧，并使池体内污水处f 流动 状态，以保证污水同浸没在污水中的填料充分接触，避免生物接触氧化池中存在污水 7 硅基复合滤料o 生物滤池对生活污水的脱氮机理研究 与填料接触不均的缺陷。生物接触氧化具有污水处理时间短、处理构筑物体积小，占 地面积小、出水水质稳定，容积负荷高，耐冲击负荷能力强、不会发生污泥膨胀等优 点，但此种处理方法生物膜不能人工脱落，只能依靠其自身自行脱落，剩余污泥不易 排走，滞留在滤料之间容易引起水质恶化，堵塞反应器，影响污水处理效果。 面对水体污染的不断扩大，工业经济发展带来的水污染问题，一次次爆发的水体 富营养化水质灾害越来越引起社会的关注，研究人员在借鉴引进国际先进的脱氮除磷 技术基础上，不断研发新的工艺加强了对水体氮磷含量的控制。目前我国各大污水厂 对于氮磷的控制处理主要是采用运行稳定，管理简单，经济有效地生化处理，如传统 活性污泥法工艺、新型活性污泥工艺及曝气生物滤池法等工艺。 2 1 1 传统活性污泥法工艺 活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物处理技术，具体为向生活污水中注入 空气进行鼓风曝气，每天保留沉淀物，并及时更换污水。从而使污水中形成一层黄褐 色的絮体，这种絮体就是活性污泥，它由一群微生物构成，微生物对污水进行生化处 理，而污泥絮体易于沉淀与水分离，从而达到水体净化。 图2 1 活性污泥法的基本流程系统( 传统活性污泥法系统) f i g 2 1t r a d i t i o n a la c t i v a t e ds l u d g es y s t e m 1 经预处理后的污水；2 活性污泥反应器一曝气池；3 从曝气池流出的混合液：4 二次沉淀 池；5 处理水；6 污泥井；7 回流污泥系统；8 剩余污泥；9 来自空压机站的空气；l o 曝气系统与 空气扩散装置 活性