（模式识别与智能系统专业论文）生活污水分散式处理装置处理能力研究.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘要 随着农村经济的发展，农村水资源污染越来越严重，水环境状况日益恶化，农村 村落乡镇的污水出路以及公共卫生安全等问题逐渐显现。农村畜禽养殖、水产养殖、 农药及化肥等面源污染也极为严重，此外，农村还存在商业污水、乡镇小企业生产废 水、村民生活污水和废弃物的污染等问题，均对农村饮用水安全和居民生存环境构成 严重威胁。 污水处理方式可以分为集中式污水处理和分散式污水处理。集中式污水处理系统 一直是市政工程中的标准处理系统，也是绝大多数城市污水处理的选择方式。而“分散” 的概念在上个世纪末才开始受到人们的注意和研究。目前农村大多仍然比较落后，农 村基础设施建设远远落后于城镇建设，缺乏必要的污水收集系统和污水处理设施。因 此我国农村村落的污水处理，只能走小型化、就地化、分散式处理的道路。 本文以光大水务有限公司( 济南) 沉砂池进水为原水，通过双级厌氧罐+ 生物滤池 工艺对其进行处理，参照城镇污水处理厂污染物排放标准( g b18 918 2 0 0 2 ) ，研究双级 厌氧罐+ 生物滤池工艺对生活污水的处理情况。 研究了在控制流量不变的条件下，就系统的水力停留时间对生活污水中c o d m t n 、n h 3 - n 、t p 、s s 去除率的影响，从而确定出试验的最佳水力停留时间为2 0 小时， 并在此基础上考察了系统对c o d 盯、t n 、n h 3 n 、t p 的去除效果。结果表明：生活污 水经双级厌氧罐+ 生物滤池工艺处理后，出水的各项指标均满足城镇污水处理厂污染物 排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 二级标准要求。 分析了双级厌氧罐及生物滤池等单体对生活污水中各污染指标的去除能力，结果 表明：温度越高，双级厌氧罐对污水中c o d c r 的去除效果越明显，最高去除率可达到 7 0 。双级厌氧罐对生活污水中的t p 和n h 3 n 去除率较低。双级厌氧罐对c o d 和 s s 的去除率的相关性趋于一致，c o d c r 得到去除的同时s s 也得到去除7 5 以上。生 物滤池对c o d 盯、s s 、t n 、n h 3 - n 、t p 均有不同的去除率，且去除效果良好。 对滤池水力负荷变化进行研究，结果表明：随水力负荷( 4 0 0 c m d 一、6 0 0 e m d 、 8 0 0 c m d - 1 、1 0 0 0 c m d 一、1 2 0 0 c m d 以) 的增大，s s 、c o d 、n h 3 n 和t p 的去除率，总 体趋势都是按照由大到小的规律变化的，如果不考虑其他因素影响，仅从系统处理效 山东建筑大学硕士学位论文 果的角度选择水力负荷，最佳水力负荷的范围大约为不大于4 0 0 c m d ，但是，考虑到滤 池的实用性及厌氧罐的处理能力现将滤池的水力负荷定为6 0 0c m d 。 关键词：农村生活污水，无动力，厌氧，生物滤池，生态处理 l l 山东建筑大学硕士学位论文 d e c e n t r a l i z e ds e w a g et r e a t m e n tp l a n tc a p a c i t ys t u d y l uw e n j i e ( c o l l e g eo fe n v i r o n m e n t a la n dm u n i c i p i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yz h a n gk e f e n g a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fr u r a le c o n o m y , r u r a la r e a sb e c o m em o r ea n dm o r es e r i o u s w a t e rp o l l u t i o n , w a t e r , e n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n sw o r s e n i n gi nr u r a lv i l l a g e sa n dm a r k e t t o w n so ft h es e w a g eo u t l e tp r o g r e s s i v ep u b l i ch e a l t hs e c u r i t yi s s u e so u t s t a n d i n g r u r a l l i v e s t o c ka n dp o u l t r y , a q u a c u l t u r e ，p e s t i c i d e sa n dc h e m i c a lf e r t i l i z e r s ，s u c ha sn o n p o i n t s o u r c ep o l l u t i o ni sa l s ov e r ys e r i o u s ，i na d d i t i o n ，t h e r ea r es t i l lc o m m e r c i a ls e w a g ei nr u r a l a r e a s ，t o w n s h i pw a s t e w a t e ro fs m a l le n t e r p r i s e s ，t h ev i l l a g e r sl i v i n gs e w a g ea n dw a s t e p o l l u t i o n , b o t hi nr u r a ld r i n k i n gw a t e rs a f e t ya n ds u r v i v a lo ft h ep o p u l a t i o np o s eas e r i o u s t h r e a tt ot h ee n v i r o n m e n t s e w a g et r e a t m e n tm e t h o d sc a nb ed i v i d e di n t oc e n t r a l i z e da n dd e c e n t r a l i z e ds e w a g e t r e a t m e n t ，s e w a g et r e a t m e n t c e n t r a l i z e ds e w a g et r e a t m e n ts y s t e mh a sb e e nt h es t a n d a r do f m u n i c i p a le n g i n e e r i n gt r e a t m e n ts y s t e m s ，b u ta l s ot h ev a s tm a j o r i t yo fu r b a ns e w a g e t r e a t m e n to p t i o n s a n d ”d e c e n t r a l i z e d ”c o n c e p ti nt h el a s tc e n t u r yb e g a nt ob ep e o p l e s a t t e n t i o na n dr e s e a r c h a tp r e s e n t ，m o s tr u r a la r e a sa r es t i l lr e l a t i v e l yb a c k w a r d ，r u r a l i n f r a s t r u c t u r el a g sf a rb e h i n dt h ec i t i e sa n dt o w n s ，t h el a c ko ft h en e c e s s a r ys e w e r a g ea n d s e w a g et r e a t m e n tf a c i l i t i e s t h e r e f o r es e w a g et r e a t m e n ti nr u r a lv i l l a g e sc a no n l yt a k et h e s m a l l e r , l o c a l l y - b a s e d ，d i s t r i b u t e dp r o c e s s i n g i nt h i sp a p e r , e v e r b r i g h tc o ，l t d ( j i n a n ) s e t t l i n gp o n dw a t e rf o rt h er a ww a t e rt h r o u g h t h et w o - s t a g ea n a e r o b i ct a n k + b i o l o g i c a lf i l t e rt e c h n o l o g yt od e a lw i t ht h e m ，i nt h el i g h to f u r b a ns e w a g et r e a t m e n tp l a n tp o l l u t a n te m i s s i o n ss t a n d a r d s ( g b18 918 - 2 0 0 2 ) ，r e s e a r c h t w o s t a g ea n a e r o b i ct a n k + b i o l o g i c a lf i l t e rp r o c e s so nt h et r e a t m e n to fd o m e s t i cs e w a g e s t u d i e dt h ec h a n g ei nt h ec o n t r o lo ff l o wc o n d i t i o n s ，t h es y s t e mo fh y d r a u l i cr e t e n t i o n t i m eo fs e w a g ei nc o d c r ，t n ，n h s n ，t p , s sr e m o v a lr a t et od e t e r m i n et h eb e s tt e s to f i i i 山东建筑大学硕士学位论文 h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m eo f2 0h o u r s ，a n do nt h i sb a s i sas y s t e m a t i cs t u d yo fc o d = , t n ， n h 3 - n ，t pr e m o v a le f f i c i e n c y t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：d o m e s t i cs e w a g eb yat w o s t a g e a n a e r o b i ct a n k + b i o l o g i c a lf i l t e rp r o c e s s ，t h ew a t e ro ft h ei n d i c a t o r so fu r b a ns e w a g e t r e a t m e n tp l a n t st om e e te m i s s i o ns t a n d a r d ( g b18 918 2 0 0 2 ) s e c o n d a r ys t a n d a r d s a n a l y s e dt h et w o - s t a g ea n a e r o b i ct a n ka n dt h eb i o l o g i c a lf i l t e r , s u c ha sm o n o m e r so f t h ep l a c eo fs e w a g ec a p a c i t y , r e s u l t ss h o wt h a t ：t h eh i g h e rt h et e m p e r a t u r e ，t w o s t a g e a n a e r o b i ct a n kf o rs e w a g er e m o v a lc o d c rm o r eo b v i o u s ，t h em a x i m u mr e m o v a lr a t ec a nb e a c h i e v e d7 0 t w o - s t a g ea n a e r o b i cs e w a g et a n ko nt h et pa n dn h 3 - nr e m o v a lr a t el o w e r t w o - s t a g ea n a e r o b i ct a n kt 0t h ec o d c ra n ds sr e m o v a lr a t eo ft h ec o r r e l a t i o nl i n e ，c o d c r h a sb e e nr e m o v e da tt h es a m et i m es sh a sb e e nr e m o v e da b o v e7 5 c h a n g e si nh y d r a u l i cl o a d i n go nt h ef i l t e rs t u d yr e s u l t ss h o wt h a t ：w i mt h eh y d r a u l i c l o a d i n g ( 4 0 0 e r n d - 1 ，6 0 0 c m d q , 8 0 0 c m d - 1 , 1 0 0 0 e m d - l , 1 2 0 0 e r n d 。1 ) i n c r e a s e s ，s ；，c o d ， n h 3 - na n dt pr e m o v a lr a t e s ，t h eo v e r a l lt r e n do fd e s c e n d i n gi na c c o r d a n c ew i t hh el a wo f c h a n g e ，i fw ed on o tt a k ei n t oa c c o u n to t h e rf a c t o r s ，f r o mt h ep e r s p e c t i v eo fs y s t eno p t i o n s t od e a lw i t ht h ee f f e c to fh y d r a u l i cl o a d i n g , t h eb e s th y d r a u l i cl o a d i n gt h es c o p eo ：n o tm o r e t h a na b o u t4 0 0 c m d ，h o w e v e r , t a k ei n t oa c c o u n tt h ep r a c t i c a l i t ya n da n a e r o b i cf i r ec a nn o w f i l t e rt h ep r o c e s s i n gp o w e ro ft h eh y d r a u l i cl o a da s6 0 0c m d k e yw o r d s ：r u r a ls e w a g e ，n op o w e r ，a n a e r o b i c ，b i o f i l t e r ，e c o l o g i c a lt r e a ta e n t i v 原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究取得的 成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不舍其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得山东建筑大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明 的法律责任。 学位论文作者签名：生垒叁：日期丝呈! 壁鱼：) 1 ， 学位论文使用授权声明 本学位论文作者完全了解山东建筑大学有关保留、使用学位论文的规定，即：山 东建筑大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅。本人授权山东建筑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、缩印或其它手段保存、汇编学位论文。 保密论文在解密后遵守此声明。 c 学位论文作者签名一生垒量：日期堡! ：2 鱼：兰：l 导师签名： ：益互盖举 日期兰兰21 2 时吸附不能进行。 对于l a n g m u i r 方程，表达式为： 并+ 眺 眨2 ， i 5 7 + l 剥h 心2 式中 山东建筑大学硕士学位论文 q ：达到吸附平衡时固体表面的吸附量； c ：达到吸附平衡时介质中溶质的浓度； q o ：饱和吸附量； a ：常数。 从相关系数大小来看，f r e u n d i l c h 方程更适合描述黄褐土、下蜀黄土和蛙石的磷素 吸附等温曲线，而l a n g m u i r 方程似乎更适合描述砂子、碎石、粉煤灰和矿渣的磷素吸 附等温曲线。从l a n g m u i r 等温吸附方程可以看出：供试填料磷素理论饱和吸附量依次 为矿渣 粉煤灰 黄褐土 碎石 下蜀黄土 砂子。矿渣、粉煤灰净化磷素的能力较强， 其次为黄褐土、碎石、下蜀黄土和砂子净化磷素的能力较弱【3 9 1 。 2 、填料对磷吸附的理论分析及吸附量 下面是几种常用的填料对总磷的吸附量，见表2 2 。 表2 2 填料对总磷的吸附量( 以氧化物计，g l 【g ) l 填料砂子 碎石 黄褐土下蜀黄土 矿渣 粉煤灰 l t p 吸附量o 2 8 1 7 81 8 1 1 5 63 7 l3 5 8 2 4 2 微生物 自然界中碳、氮、磷等元素的循环离不开微生物的活动。同样，滤池处理污水时， 有机物的降解和转化也主要是由微生物活动来完成的。滤池中的微生物是极其丰富的， 这为滤池污水处理系统提供了足够的分解者。不同的生存环境，滤池中微生物群落结 构和活力也不一样。另外，李科得等发现，微生物的数目和种类与污水净化效果也有 一定的关系。污水中的b o d 和c o d 的去除率与微生物的数目都有较明显的相关性； 污水n h 3 - n 的去除率与硝化细菌和反化细菌数量的相关性极其显著；而磷元素的去除 率则与聚磷菌数目呈正相关。 2 5 水生植物在污水处理中的应用研究 水生植物通过自身的生长协助滤池内的物理、化学、生物等作用去除滤池中的营 养物质 4 0 l 。植物还可以延长水在滤池内的停留时间、沉淀悬浮颗粒、为微生物的生长 提供可依附的表面，还有输送氧气到根区、提高水在土壤中的传导等作用【4 。 山东建筑大学硕士学位论文 2 5 1 水生植物的功能 植物在污水处理中起着非常重要的作用，不但直接摄取利用污水中的营养物质、吸 收富集污水中的重金属等有毒有害物质；而且输送氧气到根区，提供根区微生物生长、 繁殖和降解对氧的需求；还能维持和加强人工湿地系统内的水力学传输【4 2 1 。 植物还有其自身的生态美学价值，既具有美观可欣赏性，也能改善周围景观。近 几年来，人工湿地植物在完成去污任务的同时，也体现出它的经济价值。黄时达 4 3 】等 在利用人工湿地系统处理四川黔江地区自岩煤矿坑酸性污水和生活污水的研究中指出 灯心草是适宜的湿地植物，不但因为灯心草具有较高的污染净化能力，而且也用于编 织草席出售，具有一定的经济价值。 2 5 2 水生植物的选择原则 ( 1 ) 适地适种 不同地区环境背景不同，存在地域差异和特殊性，这是污水处理系统中植物选择 要考虑的重要因素。植物选择要做到因地制宜，最起码要使所选植物能在该地区正常 生长，适合当地的条件。另外，所选植物要根据当地水文地貌要求设计，而且还要融 入污水处理系统中，成为系统景观的一部分。因此，选择物种要遵循适地适种原则。 ( 2 ) 耐污能力强 大多数水生植物对于污染有一定的适应性，会产生一定的抗性，并且这种抗性在一 定程度上具有遗传性。不同水生植物耐污能力相差较大，所以要选择耐污能力强的植物， 既保证植物的正常生长，且提高了人工湿地的污染物净化能力，如：芦苇、香蒲、灯心 草等耐污能力均较强，对水体中的亚硝态氮、氨态氮、硝态氮和磷等均有较好去除效果。 ( 3 ) 净化能力强 净化能力是污水处理系统中水生植物要考虑的重要因素。水生植物的净化能力要 强，即单位面积的污染物去除率要高，可以从两方面考虑，一方面是植物的生物量较大， 另一方面是植物体内污染物的浓度较高。黄时达等比较了芦苇、灯心草和菖蒲三种植物 的污染物净化能力，发现芦苇去除能力最强，c o d 的去除率达到4 2 4 6 。高吉喜等 选择了7 种水生植物，研究发现，慈姑和菱白的综合净化率最高。袁东海等比较了石菖蒲、 灯心草和蝴蝶花三种植物的氮、磷净化能力，发现石菖蒲氮、磷净化能力最强，其次为 灯心草和蝴蝶花。 山东建筑大学硕士学位论文 ( 4 ) 根系发达，经济和观赏价值高 发达的庞大根系是水生植物应用于污水处理系统的重要因素之一。其一，发达的 植物根系可以分泌较多的分泌物，为微生物的生存创造良好的条件，促进根际的生物 降解，提高其净化能力。其二，植物的根系在固定床体表面、笼络土壤和保持植物与 微生物旺盛生命力等方面发挥着重要作用，对保持处理系统的稳定性具有重要意义。 a n d e r s o n 等人的研究表明，植物根际的分泌物可以促进微生物转化，加速污染物的生 物降解。a d e o c k 等研究了水麦冬和芦苇两种植物的地上、地下和总的生物量组织中营 养成份的含量，结果表明水麦冬具有较发达的根系和较高的地下生物量，对氮、磷的 去除效果是芦苇的5 倍。 水生植物的选择考虑经济和观赏价值，主要基于以往人工湿地植物选择主要侧重于 净化效果，较少顾及经济效益和观赏价值，所选用的植物多局限于喜旱莲子草和宽叶香 蒲等，但因其经济价值不高、景观效果欠佳等原因，难以在湿地中广泛应用。 ( 5 ) 重视物种间的合理搭配 为了增强污水处理系统的污染物净化能力和景观效果，可以选择一种或几种水生植 物作为优势种搭配栽种。根据环境和植物群落的特征，在空间分布和时间分布上进行安 排，使生态系统高效运转，形成稳定可持续利用的生态处理系统。 总括以上内容，在选择植物时既要考虑地带性、地域性、季节性种类，还要选择经 济价值高、用途广以及与处理系统景观相结合的种类，尽可能从当地选择耐污力强、净 化效果好、对恶劣环境适应能力强的物种，做到一项投入多处收益。另外，在水生植物 选择方面，还应考虑多个物种的合理搭配，单一物种的净化能力总是有限的【4 l 】。 2 5 3 水生植物对污水污染物的去除研究 根据相关资料研究显示，有植物与没植物的湿地污水处理系统，以及不同植物组 合的湿地污水处理系统，对污水的去处率会产生不同的效果。有人研究了芦苇、菱白 和穿心莲子草三种植物构成的潜流型人工湿地污水处理系统，b o d 5 、c o d 、t n 、t p 的去除率分别达到8 5 7 0 一- 8 0 4 4 ，7 6 3 6 7 0 2 0 ，4 9 3 4 - - 4 0 4 5 和2 9 3 9 1 6 1 8 ，而无植物系统分别为7 7 1 3 ，6 7 3 1 ，3 8 6 9 和1 0 2 5 ，说明有植物系统 优于无植物系统。研究发现大型湿地植物的可溶性无机磷吸附量为1 8 1 8g m - 2 y r 一， 其中芦苇地上部分的吸磷量大约6 7 9 m - 2 y r ，通常湿地植物吸收的磷小于城市污水负 山东建筑大学硕士学位论文 荷的5 。所以，营养物的植物吸收只是在低负荷系统具有数量上的重要性。研究同时 发现，不同植物种类以及植物体不同的部位其吸收能力都不相同，此外，在植物体的 不同生长期其氮、磷含量也不相同。 山东建筑大学硕士学位论文 3 1 研究的主要目的与内容 3 1 1 研究的主要目的 第三章试验装置与试验方法 1 根据农村生活污水分散处理工艺与设备的特点，优选农村污水分散处理的工艺 与设备，并提出与之适应的技术评估指标体系与评估方法，为制定农村生活污水分散 处理工艺与设备的技术评估指南提供技术支持。 2 发展和探索与我国国情经济水平、区域特点、自然条件、环境目标相适应的典 型污水分散处理工艺和行之有效的运行管理模式，实现农村保护环境和可持续发展的 目标。 3 1 2 主要研究内容 本研究中装置采用厌氧一好氧工艺提高反应器效率，降低能耗，使出水水质符合 城镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 二级水质标准。内容包括： 在平稳运行阶段，通过改变进水量，了解水力停留时间( h r t ) 与污染物去除效率 的关系。 研究装置对污水中c o d 盯的去除能力。 研究装置对污水中t p 的去除能力。 研究装置对污水中t n 、n h 3 n 的去除能力。 分析装置各单体的去除能力。 3 2 双级厌氧罐+ 生物滤池 3 2 1 试验装置 1 试验装置示意如图3 1 所示 山东建筑大学硕士学位论文 流量控制器1 8 取样口2 4 取样口3 。取样口 图3 1 试验装置流程图 一号和二号厌氧罐内悬挂弹性填料，生物滤池采用碎石作为填料，碎石填料中间 加入厚1 0 c m 的活性炭层，对二级厌氧滤池出水进行处理，增强有机物和悬浮物的去除 效果。试验进行时，污水首先进入1 稃厌氧罐底部，通过配水孔均匀布水，进水向上流 经过弹性填料，停留一段时间后溢流至2 群厌氧罐，2 撑厌氧罐内水流情况同l 撑厌氧罐一 致。由于反应器内有悬浮状态的厌氧污泥和附着在填料上的厌氧污泥，通过厌氧污泥 的作用对原水的有机物进行去除。2 撑厌氧罐的溢流出水从生物滤池的底部进入池体。污 水中的各项检测指标在厌氧微生物、兼性微生物、好氧微生物及水生植物的共同作用 下得到一定程度的去除。 2 设备单体详图 、 d n 5 0 排水管构造同配水管相同 一囊一 黼黼潮瓣潍性炭粼粼瓣黼 ) oooooooooooooooooooo 劁劁劁劁烈岗劁劁劁这 d n 5 0 配水管( 其上对开d l o 配水孔) “ 图3 2 生物滤池结构详图 山东建筑大学硕士学位论文 t ： 蛆 n n n 1i 一q 一 甚l 一一一 _ 1 0 s 自 o 厂b 暑 厂7 _ 三 o 、o q 。 、 r7 一8 导 4 0 04 0 00 4 0 04 0 04 0 0 3 2 2 工艺设计参数 图3 3 厌氧罐构成详图 1 4 坭斗 1 3项盖 1 2穿孔出永渠 1 1 进永接管 1 0进水接管 9 配永器 8 罐底 7支架支檬 6填科支架 5配永主管 4出水管 3 荀体 2诏气营 1人孔与人孔盏 序号名称 系统的水力停留时间h r t 为1 9 h 。 前两级厌氧罐制作材料为玻璃钢，每级厌氧滤池的尺寸为巾1 2 m x 3 m ，总有效容 积为5 0 m 3 。 厌氧滤池内设弹性立体填料，填料高度为2 5 m 。 立体弹性填料是继各种硬性类填料、软性类填料和半软性填料后的第四代高效节 能填料。与硬性类蜂窝填料相比，孔隙可变性大，不堵塞，运行管理方便；与软性类 填料相比，材质寿命长，不粘连结团；与半软性填料相比，表面积大、挂膜迅速、造 价低廉。 山东建筑大学硕士学位论文 最后一级厌氧生物滤池尺寸为1 2 m x 0 9 m x l 0 m ，有效容积1 o m 3 ，采用碎石为填 料，填料层高度为0 7 m ，其中活性炭层高度约o 1 m 。 3 2 3 工艺设计特点 ( 1 ) 厌氧发酵是在许多反映阶段由不同的微生物完成的，多级串联有利于在每个 反应设备内维持某些微生物所必需的生态条件，从而充分发挥各类微生物的作用。此 外，多级串联可保持级与级之间的绝对推流状态，由此可消除短流所引起的对出水水 质的不良影响。 ( 2 ) 由于较高的污泥浓度和长达1 0 0d 以上的泥龄，厌氧滤池( a f ) 具有良好的 运行稳定性，较能承受水质或水量的冲击负荷，在常温下能处理城市污水等低浓度有 机废水。 ( 3 ) 反应器内污泥产率低，运行启动快。 3 3 试验地点 整个实验过程在光大水务( 济南) 有限公司水质净化一厂钟式沉砂池旁边进行。 钟式沉砂池内污水水面高度距地面4 米，恰能够满足装置的水头需求。 3 4 检测项目、测定方法及主要仪器 本研究的分析项目有：色度、c o d c r 、b o d 5 、p h 、n h 3 - n 、t n 、t p 、磷酸盐、 s s 。采用的分析方法与主要仪器如下 4 4 1 ： ( 1 ) 化学需氧量：采用重铬酸钾法( c o d c ，) ( 2 ) 生化需氧量：采用标准5 日生化法( b o d 5 ) ( 3 ) p h ：使用酸度计直接测定 ( 4 ) n h 3 n ：采用纳氏试剂分光光度法 ( 5 ) t n ：采用过硫酸钾氧化一紫外分光光度法 ( 6 ) t p 分光光度法 ( 7 ) 磷酸盐：分光光度法 ( 8 ) s s ：采用干热恒重法 ( 9 ) 水温：直接采用水银温度计测量反应器中的水温 山东建筑大学硕士学位论文 4 1 进水水质分析 第四章装置去除能力分析 该试验用水采用光大水务( 济南) 有限公司水质净化一厂( 该厂进水9 0 为生活 污水) 沉砂池出水。用水水质指标见表4 1 ，单位：m g l 表4 1 实验用水水质指标一览表 指标c o d c ，n h 3 - n t pt ns s 数值 2 3 0 3 0 02 6 3 53 5 4 1 3 6 4 42 0 0 2 4 0 4 2 厌氧工艺可行性分析 通过查阅国内外相关资料，了解国内外对农村污水分散处理的研究进展，充分借 鉴现有的及相关的研究成果，并在此基础上，进行更进一步深入研究。通过大量的调 查研究各地区农村农村现状、社会经济发展水平、人们生活习惯、地区气候差异等因 素，充分掌握生活污水排放收集的特点，为研究农村污水分散处理技术的研究打下坚 实基础。 随着经济的发展，城市化进程的加快以及人民生活水平的提高，城市废水的排放 量逐年增加，水污染状况日趋严重，已成为经济可持续发展的严重障碍。治理污染， 改善水环境已成为人们的迫切要求，尤其最近十几年，各地先后建造了不同规模不同 工艺的污水处理厂，但总体看来，由于城市废水的自身特点，绝大多数污水厂均采用 好氧生物处理工艺，运行费用昂贵，造成许多城市污水厂建得起、用不起的尴尬局面。 厌氧生物处理作为一种既有效、简单又费用低廉的污水处理技术把废水的处理和能源 的回收利用相结合。因此，从微生物过程的基本特征出发，分析应用厌氧生物处理技 术净化城市废水的可行性具有一定的现实意义。 在好氧微生物对有机物进行分解稳定的过程中，分子态氧是不可缺少的电子受体， 为保证好氧生物处理的效率和速度，必须供给充足的氧。无论采用鼓风曝气还是机械 曝气，都需要消耗能量。相反，厌氧微生物的生命活动不需要外界提供能量它们是借 有机物的分解所释放的能量生存的，而且有机物分解放出的大部分能量还将贮存在厌 氧分解的最终产物c h 4 中，使厌氧分解成为一个生成能量的过程 2 9 1 。显然，厌氧生物 处理在节约能耗并能产生能量这一点上所具备的优越性是减轻污染，缓解能源短缺， 山东建筑大学硕士学位论文 提高城市污水处理普及率的一个有效途径。 理论和实践均表明，在好氧生物处理过程中约有7 0 转化了的有机物形成了生物 细胞体，根据1 9 细胞体的氧当量为14 2 计算，其剩余污泥产量为0 5k g v s s k ：o d 击除量。而在厌氧生物处理过程中，被处理的有机物绝大部分转化为气体最终产物 转化为细胞体的有机物不足1 5 ，故剩余污泥量约为( 01 0 2 ) k g v s s k g c o d 去除量， 仅为好氧生物处理的( 2 0 4 0 ) 。且剩余污泥脱水性能好，浓缩时可不使用脱水剂，故 剩余污泥处理要容易得多。且厌氧法所产生的污泥高度无机化，可用作农田肥料或作 为新运行的废水处理厂的种泥出售。剩余污泥的处理及处置在整个城市废水处理投资 中占有相当大的比例，据报道，采用活性污泥法处理城市废水时，用于污泥处理的费 用约占总费用的( 4 0 5 0 ) 。由于资金短缺。我国在建设城市废水处理厂时往往不能做 到同时建设污泥处理设施，遗留下来的污泥常常造成二次污染。采用厌氧生物处理技 术大大减轻了剩余污泥处理处置的负担，由于城市废水有机物浓度很低，剩余污泥的 绝对量少，常常会因出水带走少量悬浮固体而无需排放剩余污泥。厌氧生物处理技术 用于净化生活污水是完全可行的，经济有效的1 4 5 。 4 3 最佳水力停留时间的确定 控制已确定的运行参数( 流量、温度) 不变，改变水力停留时间为1 2 h 、1 9 h 、2 4 h 、 3 0 h 。观察不同h r t 对c o d 、s s 、n h 3 - n 去除率结果见图4 1 4 4 。 击除幸 口c o d l 。0 4 s s “ 图4 1 水力停留时间为1 2 1 a 时，c o d ，s s 、n h 3 - n 去除率匿 山东建筑大学硕士学位论文 图4 2 水力停留时间为1 9 h 时，c o d 、s s n i 1 3 - n 去除率目 图4 3 水力停留时间为2 4 1 1 时，c o d 、s s 、n h 3 - n 去除半图 圈4 0 水力停留时间为3 0 h 时，c o d 、s s ，n h 3 - n 去除率图 根据以上图示，绘出不同水力停留时间对检测指标去除率的影响曲线如图4 5 所 山东建筑大学硕士学位论文 1 21 92 43 0 h r t ( h ) 图4 5 不同水力停留时间对检测指标去除率的影响 从图4 5 可以看出c o d 、s s 的去除率随h r t 的增大而增大，氨氮的去除率在h r t 为1 9 h 时最大。但是，当h r t 超过1 9 h 后氨氮去除率逐渐降低。水力停留时间长，水 中的有机物、悬浮物被微生物降解的时间就长，从而c o d 、s s 的去除率就高。当h r t 到3 0 h 时，生物滤池内的溶解氧明显增大，可达到1 3 9 l ，水中的有机氮大部分转化 为氨氮，使水中氨氮升高，从而氨氮去除率下降。综合各检测指标去除率及装置处理 能力等因素考虑，系统水力停留时间取1 9 h 为佳。 4 4 装置对c o d c ，的去除能力分析 。 不同温度下，系统出水c o d c ，结果见表4 2 ，其中c o d c r 单位为m g l ，温度单位 表4 2 不同温度、不同取样口出水c o d c ，变化 温度 编号 1 5 1 81 8 2 l2 1 2 42 4 2 7 1 4 取样口 2 0 l 1 9 11 9 3 1 8 91 8 5 1 8 01 8 l 1 7 8 2 。取样口 1 4 3 1 4 01 4 1 1 3 91 3 7 , - 一1 3 21 3 5 1 3 2 3 4 取样口9 1 8 98 7 8 58 3 8 27 6 7 5 由表4 2 可知，在无任何增温措施的自然条件下，温度越高，系统对污水中c o d c ， 的去除越明显，最高去除率可达到8 0 。有研究显示，厌氧、好氧微生物在5 3 5 c 温 度范围内，温度每升高5 1 0 生化速率提高1 2 倍。因此，本装置中温度升高时， 相同取样口处c o d c r 呈降低趋势，c o d c ，去除率明显提高m 。 舌； 加 们 9 6 褂篮书 山东建筑大学硕士学位论文 4 5 装置对t p 的去除能力分析 试验运行过程中，对不同取样口水样中t p 含量进行定期测定，现任意取其中5 次实验结果来代表整个试验过程不同取样口水样中t p 含量变化如表4 3 所示。 表4 3 不同取样口水- 9 4 - q t p 含量变化表单位m g l 进水 18 取样点 2 。取样点 3 4 取样点 3 1 53 2 33 2 42 4 5 3 5 9 3 7 23 7 2 2 8 9 2 9 83 0 43 0 52 3 4 3 4 5 3 5 2 3 5 22 5 3 3 3 83 4 83 4 9 2 4 8 根据以上数据绘出实验过程水样中t p 含量变化曲线图如图4 6 所示 进水1 # 取样点2 # 取样点3 # 取样点 取样点 图4 6 不同取样口出水t p 的含量变化 由图4 6 可知，厌氧罐内t p 含量有所升高，原因是聚磷菌在厌氧条件下有释放 h 3 p 0 4 的功能。t p 在生物滤池内有较大幅下降，究其原因有：填料的物理化学作用、 水生植物的同化吸收和微生物的过剩摄取。本试验用普通碎石作为填料，填料对磷的 去除能力相对有限。水生植物对磷的同化吸收只占全部去除量很小一部分，约2 5 。 可见，本装置中对除磷作用较大的是附着在碎石填料上的聚磷菌的过剩摄取，同时， 植物根系及附近微生物的降解吸收作用也可大大增强生物滤池介质的拦截吸收功能从 整体上改善了t p 的去除效梨4 7 1 。 4 6 装置对n h 3 n 的去除分析 试验运行过程中，对不同取样口水样中n h 3 - n 含量进行定期测定，现任意取其中 2印钙巧踮 4 3 3 3 3 3 3 3 2 一je一嘲钮(1h 山东建筑大学硕士学位论文 6 次实验结果来代表整个试验过程不同取样口水样中n h 3 n 含量变化如表4 4 所示。 表4 4 不同取样口水样中n h 3 - n 含量变化单位m g l 进水 1 4 取样点 2 。取样点3 ”取样点 3 1 13 1 23 1 92 8 5 2 9 2 2 9 32 9 92 9 1 3 3 9 3 3 93 4 53 0 8 3 1 43 1 43 2 12 9 5 2 8 9 2 9 o2 9 82 8 4 3 2 73 2 7 3 3 52 9 8 根据以上数据绘出实验过程水样中n h 3 0 n 含量变化曲线图如图4 7 所示 o 凹 占 删 钿 酶 骣 + 氨氮l + 氨氮2 氨氮3 _ 扣氨氮4 + 氨氮5 + 氨氮6 进水 1 # 取样点2 # 取样点3 # 取样点 取样口 图4 7 不同取样口出水n h r n 的含量变化 由上图可以看出：厌氧罐内n h 3 n 含量小幅升高，原因是由厌氧及兼性微生物将 一小部分有机氮分解成无机氮( 主要是n h 3 n ) 引起的。生物滤池中氮元素转化的主 要过程为：有机氮的氨化、硝化、反硝化、微生物的氨同化作用、微生物的硝态氮同 化作用、水生植物吸收、阳离子吸附交换、有机氮物理沉降作用等。水生植物对脱氮 效果的影响有诸多原因，除了植物本身对各种形式氮尤其是硝态氮有直接的吸收作用 外，通过根际效应对脱氮效果的改善作用更大【4 8 】。例如植物根系巨大表面积会附着大 量微生物，并增强和维持介质的水力传输；植物为根区好氧微生物输送氧气，促进硝 化细菌的生长。污水中的硝态氮在生物滤池中的缺氧区完成反硝化反应，达到脱氮的 目的。 山东建筑大学硕士学位论文 4 7 本章小结 当水力停留时间取1 9 h 时，系统出水中c o d c ，可降低为7 5 m g l ，最高去除率可达 到7 5 。并且，随温度的升高，系统对污水中c o d c r 的去除越明显。本试验用普通碎 石作为填料，填料对磷的去除能力相对有限。水生植物对磷的同化吸收只占全部去除 量很小一部分，约2 5 。对除磷作用较大的是附着在碎石填料上的聚磷菌的摄取， 同时植物根系及附近微生物的降解吸收作用也可大大增强生物滤池介质的拦截吸收功 能从整体上改善了t p 的去除效果。生物滤池中氮元素转化的主要过程为：有机氮的氨 化、硝化、反硝化、微生物的氨同化作用、微生物的硝态氮同化作用、水生植物吸收、 阳离子吸附交换、有机氮物理沉降作用等。水生植物对脱氮效果的影响有诸多原因， 除了植物本身对各种形式氮尤其是硝态氮有直接的吸收作用外，通过根际效应对脱氮 效果的改善作用更大。 山东建筑大学硕士学位论文 第五章各装置单体去除能力分析 5 1 双级厌氧罐对污水中各污染指标的去除研究 5 1 1 双级厌氧罐对污水水中有机物的去除研究 温度在1 5 2 0 时双级厌氧罐对有机物的去除见表5 1 所示。 表5 11 5 2 0 ( 2 时双g o l 氧罐对有机物的去除单位m g l c o d 编号 l23 4 56 进水 2 1 22 5 62 6 12 3 l2 0 92 3 4 1 4 取样口 1 8 12 3 12 2 62 0 71 7 52 0 8 2 。取样口 1 3 61 6 91 7 21 6 l1 3 41 6 7 温度在2 0 - - , 2 5 。c 时双级厌氧罐对有机物的去除见表5 2 。 表5 22 0 2 5 时双级厌氧罐对有机物的去除单位m g l c o d 编号 123456 进水2 2 42 6 72 7 12 4 02 1 72 3 6 l 。取样口 1 9 22 4 12 3 52 1 51 7 82 1 0 2 。取样口 1 4 41 7 61 7 81 6 71 3 91 7 2 由表表5 1 、表5 2 可以看出：温度越高，双级厌氧罐对污水中c o d c ，的去除越明 显，最高去除率可达到6 0 。有研究显示，厌氧、好氧微生物在5 3 5 温