生物造粒流化床污水处理工艺的物化—生化协同作用及工艺研究

【摘要】：生物造粒流化床是将混凝造粒固液分离工艺应用于污水处理的一种尝试。通过对装置进水进行预充氧，维持流化床内的好氧状态，使微生物在流化床内得以繁殖与富集，从而实现物化与生化耦合作用下的污染物强化去除。前期针对城市生活污水的实验研究已证明了生物造粒流化床不仅能有效去除污水中悬浮态或胶体态的污染物，而且能去除较高比例的溶解性COD、氨氮和总磷，在总水力停留时间为1~2h的条件下，达到优于强化一级处理的效果。作为一种短流程的一体化污水处理工艺，生物造粒流化床具有良好的推广应用前景。为了揭示生物造粒流化床对溶解性污染物的物化-生化协同作用，本文设计了小型实验装置，采用人工配水，针对生物造粒流化床对溶解性污染物的去除特性、流化床中的颗粒污泥特性、混凝剂对污泥中微生物生理生态的影响开展了实验和理论研究。本文的主要工作及成果如下： （1）生物造粒流化床对溶解性污染物的去除特性 在实验室条件下，建立小型生物造粒流化床装置并投入连续运行。生物造粒流化床连续操作控制条件为：PAC50mg/L，PAM3mg/L，上升流速u1mm/s，机械搅拌速度ω25rpm，回流污泥池水力停留时间2h，流化床泥层高度控制范围110cm～130cm；回流污泥池参数的控制为：平均每2个小时回流污泥0.5L至回流污泥池， SS0.82g/L，DO8mg/L。稳定运行条件下对溶解性COD、NH3-N及TP的平均去除率分别为85%、34%和46%。 （2）生物造粒流化床对溶解性污染物的去除机理研究 流化床对溶解性污染物去除过程中包括混凝、吸附和生物降解等物化和生化作用。量化溶解性COD在不同作用机理下的去除效果为：回流污泥池生化降解46%，混凝去除6%，吸附去除8%，流化床原位生化降解22%，未降解18%；溶解性NH3-N在不同作用机理下的去除效果为：回流污泥池生化降解9%，混凝去除5%，吸附去除10%，流化床原位生化降解11%，未降解65%；溶解性TP在不同作用机理下的去除效果为：回流污泥池生化降解27%，混凝去除1%，吸附去除3%，流化床原位生化降解17%，未降解52%。其中回流污泥池生化降解是完成在回流污泥池中的吸附于回流污泥中溶解性污染物的生化降解作用，因此对于附着于颗粒污泥的溶解性污染物而言，回流污泥池生化降解仍是生物降解的一部分。因此，生物降解对于溶解性COD、NH3-N和TP的总的作用分别为68%、20%和44%，说明生物降解是生物造粒流化床污染物去除的去除效果更为明显。 （3）生物造粒流化床中颗粒污泥的物理和生化特性研究 生物造粒流化床由下至上不同高度处的颗粒呈现良好的球形状态，颗粒粒径呈沿床高逐渐降低的趋势，其中，10cm、50cm、90cm三个高度的中值粒径d50依次为2.84、2.22、1.92mm。生物造粒流化床中颗粒污泥密度趋于均一，随粒径变化的趋势不明显，有效密度的范围为0.006～0.013g/cm3，远高于常规絮凝体的有效密度，说明通过生物造粒流化床操作形成的颗粒污泥具有更加紧实的构造。 对流化床中的颗粒污泥进行生化特性分析可知，DO进入流化床内不断被消耗，从入口处的8mg/L降至顶部的1.7mg/L，且主要在底部被消耗。同时沿流化床自下而上MLSS逐渐降低，但每个断面MLSS的浓度远高于常规活性污泥法。细菌计数结果表明，流化床柱体内各断面生物量均在108的数量级，与常规活性污泥法的生物量基本相当，由于流化床底部营养基质丰富，DO充足，因此微生物量最高。随着流化床高度的增加，生物量呈降低的趋势。 （4）生物造粒流化床中颗粒污泥中的微生物群落分布特性 运用FISH技术对流化床中颗粒污泥的亚硝化菌和硝化菌鉴定分析得出，在流化床10cm、50cm、90cm处AOB/DAPI和NOB/DAPI分别达到3.4%，3.9%，2.5%以及1.8%，1.8%。1.4%。表明就亚硝化菌和硝化菌的分布而言，在流化床高度上没有较大变化的。在生物造粒流化床形成的颗粒污泥中AOB、NOB占DAPI染色总菌的比例与悬浮活性污泥法中的比例基本相同；而每个高度的颗粒污泥中NOB的数量均低于AOB的数量，这可能是由于NOB具有较低的比增值速率的缘故。 从DGGE谱图可以看出，生物造粒流化床内微生物种群丰富，且因其独特的空间结构使好氧、兼性、厌氧微生物均能生长。生物造粒流化床处理工艺装置不同位置的活性污泥中微生物的结构相差不大，曝气池与流化床内微生物种群结构对比，少数细菌的种类与数量在曝气池中锐减(如兼性厌氧细菌Actinobacillus)，但总体来说相差不大，其余优势种群都是好养菌群（Actinobacillus，Arcobacter sp.，Epsilon proteobacteria和Beta proteobacteria类群）。表明在微生物对于底物变化和DO浓度改变适应性较好，工艺运行较为稳定。 为了提高生物造粒流化床的脱氮能力，针对生物造粒流化床颗粒污泥进行3个月的亚硝化细菌和硝化细菌的富集培养，运用PCR-DGGE技术鉴定出富集培养液中完全自养型硝化菌的优势菌群为Nitrosospira sp.（亚硝化螺菌）和Nitrobactersp.（硝化杆菌），且还被鉴定出异养细菌Pseudomonas sp.（假单胞菌）以及Pseudomonas aeruginosa（铜绿假单胞菌）。这些异养细菌Pseudomonas sp.为好氧反硝化菌，与自养硝化细菌起到了共生的作用。 （5）混凝剂对颗粒污泥中功能菌群的影响研究 在生物造粒流化床的操作条件基础上，利用SBR反应器进行了不投加和分别投加聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM），对活性污泥生长及其污染物降解特性的对比试验。生物量分析和FISH检测结果表明投加PAC和投加PAM不会影响活性污泥中微生物的繁殖和生长。对污染物的去除效果分析发现，投加PAC和投加PAM的反应器都要比未投加药剂的反应器COD的去除率要高；三种反应器内各种形态的氮去除效果非常接近，说明PAC和PAM对微生物的硝化作用无抑制作用；且化学除磷能够提高磷的去除率。 （6）生物造粒流化床颗粒污泥的动态稳定性研究 利用基于两个生物造粒流化床的二级串联交替运行模式研究了流化床颗粒污泥的动态稳定性。生物造粒流化床采用二级串联交替运行模式后，总的水力停留时间延长，有效处理泥床高度加倍，溶解性污染物的去除得到强化，溶解性COD、氨氮、磷在二级柱的去除率分别为10%、3%以及5%。在交替轮回的一个周期内，由于铝盐混凝剂和高分子絮凝剂投量减小，颗粒的粒径减小，反之，颗粒粒径增大。在流化床多次轮回切换，颗粒污泥多次经历“破碎——成长——再破碎——再成长”的过程中，颗粒的有效密度并未发生明显变化，且此条件下形成的颗粒污泥仍保持着紧实的结构。流化床中的颗粒能保持良好的动态稳定性。 【关键词】：生物造粒流化床 物化-生化协同作用 溶解性有机物 颗粒污泥 混凝剂
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-6
• Abstract6-13
• 1 绪论13-25
• 1.1 污水处理单元技术的发展13-19
• 1.1.1 城市生活污水中的污染物及其去除特性13-14
• 1.1.2 以沉淀单元为主体的固液分离技术14-16
• 1.1.3 以生物处理单元为主体的有机物去除技术16-17
• 1.1.4 污水脱氮除磷技术17-19
• 1.2 污水处理组合工艺的发展19-21
• 1.2.1 污水处理设施小型化和一体化的发展需求19-20
• 1.2.2 污泥颗粒化技术20-21
• 1.3 课题来源21
• 1.4 论文研究概要21-25
• 1.4.1 研究目的及意义21-22
• 1.4.2 研究内容及技术路线22-23
• 1.4.3 论文的构成23-25
• 2 研究方法25-33
• 2.1 实验装置设计25-26
• 2.2 实验条件26-27
• 2.2.1 造粒流化床实验操作条件26
• 2.2.2 生物造粒流化床实验操作条件26-27
• 2.3 样品采集方法27
• 2.4 分析方法27-33
• 2.4.1 颗粒污泥物化特性分析27
• 2.4.2 常规生物学分析27-28
• 2.4.3 分子生物学分析28-33
• 3 生物造粒流化床对溶解性污染物的去除特性33-60
• 3.1 生物造粒流化床运行特性33-39
• 3.1.1 运行操作条件的设定33-36
• 3.1.2 生物造粒流化床的启动与颗粒污泥的形成36-37
• 3.1.3 生物造粒流化床的启动运行37-39
• 3.2 生物造粒流化床的溶解性污染物的去除特性39-43
• 3.2.1 溶解性有机物的去除特性39-41
• 3.2.2 溶解性氨氮的去除特性41-42
• 3.2.3 溶解性磷的去除特性42-43
• 3.3 生物造粒流化床对溶解性污染物的去除机理研究43-58
• 3.3.1 混凝作用下溶解性污染物的迁移44-45
• 3.3.2 吸附作用下溶解性污染物的迁移45-49
• 3.3.3 流化床操作条件下对溶解性污染物的原位生化降解49-58
• 3.4 本章小结58-60
• 4 生物造粒流化床中颗粒污泥特性研究60-81
• 4.1 颗粒污泥的物理特性60-66
• 4.1.1 颗粒污泥的形成学特征60-62
• 4.1.2 颗粒污泥的粒径分布62-64
• 4.1.3 颗粒污泥的有效密度64-66
• 4.2 颗粒污泥的生物化学特性66-68
• 4.2.1 沿流化床高度的 DO 分布66-67
• 4.2.2 沿流化床高度的 SS 分布67-68
• 4.2.3 沿流化床高度的生物量分布68
• 4.3 颗粒污泥的微生物多样性68-80
• 4.3.1 微生物群落结构的空间分布68-71
• 4.3.2 微生物群落结构的演替特性71-75
• 4.3.3 颗粒污泥中亚硝化菌和硝化菌的分布75-80
• 4.4 本章小结80-81
• 5 混凝剂对颗粒污泥中功能菌群的影响研究81-93
• 5.1 PAC 和 PAM 的作用特点81-82
• 5.1.1 PAC 的作用特点81-82
• 5.1.2 PAM 的作用特点82
• 5.2 混凝剂投加对生物量和生物种群影响82-88
• 5.2.1 混凝剂投加实验82-84
• 5.2.2 混凝剂投加对活性污泥浓度的影响84-86
• 5.2.3 混凝剂投加对生物量的影响86-87
• 5.2.4 混凝剂投加对硝化细菌空间分布的影响87-88
• 5.3 混凝剂的投加对污染物去除的影响88-92
• 5.3.1 COD 的去除88-89
• 5.3.2 总磷的去除89-90
• 5.3.3 氮的去除和变化规律90-92
• 5.5 本章小结92-93
• 6 生物造粒流化床颗粒污泥的动态稳定性研究93-109
• 6.1 实验操作93-95
• 6.1.1 二级串联生物造粒流化床装置93-94
• 6.1.2 二级串联运行操作条件94-95
• 6.2 两柱串联运行条件下溶解性污染物的去除特点95-100
• 6.2.1 溶解氧的消耗95-96
• 6.2.2 溶解性有机物的降解96-97
• 6.2.3 溶解性氨氮的去除效果97-98
• 6.2.4 溶解性磷的去除效果98-100
• 6.3 流化床中颗粒污泥的动态稳定性100-108
• 6.3.1 两柱交替运行条件下颗粒污泥的形态变化100-101
• 6.3.2 颗粒污泥的粒径与密度变化101-105
• 6.3.3 颗粒污泥的破碎与恢复特性105-108
• 6.4 本章小结108-109
• 7 结论109-112
• 7.1 结论109-110
• 7.2 论文创新点110-112
• 致谢112-113
• 参考文献113-119
• 攻读学位期间发表的论文119

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

分散式生活污水污染源的治理技术与方法述评    郭永龙,武强,王焰新,蔡鹤生

原生动物捕食对低污泥龄SBR硝化性能的影响    杨晋;于莉芳;陈青青;彭党聪;

SBRI艺新DAT－IAT法及新型滗水器    张大群，王秀朵

循环式活性污泥法（CAST）的应用及其发展    ＭｅｒｖｙｎＣ．Ｇｏｒｏｎｓｚｙ,朱明权,Ｋ．Ｗｕｔｓｃｈｅｒ

高速厌氧反应器处理城市污水的现状与发展    裘湛,张之源

应用FISH法对污水生物处理系统中细菌数量的计数    朱彤;张洪军;刘建峰;野崎勉;徐成海;黄永刚;

造粒流化床颗粒污泥对溶解性有机物的吸附机理研究    李侃;王晓昌;王振;李金容;李佳育;

好氧颗粒污泥的研究进展    王建龙;张子健;吴伟伟;

高负荷氧化沟处理城市污水效果分析    张华

昆明市第三污水处理厂(ICEAS)工艺简介    陈庆星,马玉麟

浅谈SBR法的发展、特点及其在磺胺废水中的应用    郑林树,郑苏云,钱仕虎,毛小勇

某染料废水处理改造初探    王陆珠;

聚硅硫酸铝混凝性能及其影响因素分析    韦晓燕;

固体样品的荧光原位杂交方法    李斐斐;

给水厂污泥用做地下渗滤系统基质可行性的初步研究    王小玲;贺电;邹仲勋;

我国分散式生活污水生态处理综析    黄琳丽;潘晶;孙铁珩;李海波;

序批式生物膜法处理低浓度城市污水的研究    李璐;潘名宾;杨小俊;林碧花;

分散式污水生态处理系统及应用    潘晶;孙铁珩;李海波;

基于介电电泳的微尺度颗粒分离研究进展    刘顺东;张鸿雁;沈萍;崔海航;

美国水环境保护的机制与措施    汪志国;吴健;李宁;

基于介电电泳微流控芯片的微细颗粒物分离研究    崔海航;刘顺东;沈萍;张鸿雁;常志英;

β-环糊精聚合物的合成及对间苯二酚的吸附性能研究    董晓蕾;李莉;陈晴川;王杰;郭旭虹;

反渗透膜的化学清洗    孙文敏;

PTh/PVDF复合膜的原位合成及其气体渗透性的研究    李泽全;杜军;范兴;陶长元;

戊二醛交联超支化聚(胺-酯)膜的制备及渗透汽化性能    朱宝库;魏艳飞;魏秀珍;徐又一;

无机陶瓷膜处理含超细微粒乳化悬浮液工艺研究    刘有智;张红宇;谷磊;申红艳;

污水再生回用中的膜技术及其发展趋势    孙丽萍;吴珊;居江;马冬春;

高原非煤矿山增氧技术可行性分析    杨鹏;董宪伟;蔡嗣经;陈赞成;唐志新;

应用复合生物技术处理制药废水的探讨    郎咸明;赵玉彬;孔祥顺;刘峰;魏德州;祁佩时;

膜在废水处理应用中的污染及其防治    许霞;

中水灌溉对城市绿地生态系统的影响及安全性评价    王齐

腐殖酸对纳米零价铁修复污染物的抑制及抗抑制机理研究    纳曼

黑木耳多糖的分离制备及生物活性研究    宋广磊

农村分散式污水处理适用技术及机理研究    张增胜

介质恒压堵塞型油液固体颗粒污染度检测传感器的研究    卢继霞

玉米秸秆及其纤维素的改性和吸附水体镉离子的机理研究    郑刘春

辽河稠油污水处理技术研究与应用    张志东

好氧颗粒污泥-膜组合工艺低温条件下脱氮除磷效能    王玉兰

污泥吸附除磷脱氮工艺及其数学模型研究    李昂

颗粒污泥用于污水生物除磷及剩余污泥中磷回收技术研究    黄宇

不同结构水钠锰矿催化氧化对苯二酚腐殖化反应的特点    曹星辉

一种新型厌氧化反应器的研制与启动试验研究    孙延格

黄腐酸基β-环糊精醚的合成及对Cu~（2+）、Cd~（2+）的吸附性能    霍萃萌

沸石吸附与化学沉淀法联用处理氨氮废水研究    文婷

M-CASS工艺处理酒精废水实验研究    马永鹏

曝气生物滤池技术在炼油污水回用中的应用    贺兆伟

矿井水Fenton高级氧化除铁除锰效果及影响因素的实验研究    姜中堂

集成膜技术深度处理油田采油废水研究    潘振江

PVDF/PAN/有机纳米粘土杂化中空纤维超滤膜的制备与表征    郑伟萍

充氮气调稻谷储藏研究    李岩峰

升流式厌氧污泥层反应器处理城市废水的现状与发展    周琪,胡纪萃,顾夏声

小型污水处理装置的应用与发展    许劲

城市污水化学除磷的探讨    邱维,张智

膜生物反应器处理生活污水的工艺及膜材料的选择    王猛,柴晓利

天然植物单宁季铵盐改性絮凝剂的制备和性能评价    吴敏,周钰明,薛学佳

一体化生物除磷脱氮技术——反硝化除磷    杨国靖,李小明,曾光明,杨麒,谢珊,刘精今

升流式厌氧污泥床处理生活污水    周琪,袁嗣兵,竺建荣,胡纪萃,顾夏声

反硝化聚磷菌的脱氮除磷特性研究    李相昆;张杰;黄荣新;马力;鲍林林;姜安玺;

用厌氧产氢反应器出水培养好氧颗粒污泥的研究    郑煜铭;俞汉青;

采用CSTR反应器培养好氧颗粒污泥的研究    李媛;沈耀良;孙立柱;

造粒流化床颗粒污泥对溶解性有机物的吸附机理研究    李侃;王晓昌;王振;李金容;李佳育;

絮凝体形态学和密度的探讨(Ⅱ)——致密型絮凝体形成操作模式    王晓昌,丹保宪仁

造粒型高效固液分离技术用于电厂废水再生的试验研究    王晓昌!710055,袁宏林!710055,谭长鸿!710055,张效智!710086

造粒流化床技术在洗车废水回用处理中的实验研究    潘涌璋,林宇滔,金腊华,谭淑英

造粒流化床对不同形态污染物的强化去除    李志华;王振;王晓昌;李侃;李金容;李佳育;

造粒流化床技术在陶瓷废水回用处理中的试验研究    潘涌璋;师波;孟鑫鑫;

造粒流化床浓缩技术处理给水厂排泥水的中试研究    黄廷林;张刚;聂小宝;孙昕;

造粒流化床技术用于活性污泥分离浓缩的试验研究    王晓昌,袁宏林,金鹏康,韦宗俊,王恩让

造粒流化床工艺在南山煤矿矿井水净化处理工程中的应用    黄廷林;张刚;胡建坤;王健;马树江;郑继胜;

矿井水流化床处理工艺运行中存在的问题及应对措施    张刚;黄廷林;王健;

新型厌氧污水处理工艺——平流厌氧污水处理工艺    周永奎;

AB污水处理工艺在青岛市海泊河污水处理厂的应用    邱宝莲;

小城镇污水处理厂的工艺选择    周开锡;

改进型氧化沟的工程应用    涂强;朱永全;

铁路集便器污水处理技术的探讨    黄焱歆;张继杰;

适合于小城镇的污水处理工艺——百乐克(BIOLAK)污水处理工艺介绍    孙力平;

改进型氧化沟的工程应用    涂强;朱永全;

污水污泥空气气化特性的研究    李涛;解立平;吴霞;赵立新;

北天山特长隧道临时污水处理工程设计    宋健;

现场总线控制系统(DeltaV)及其在污水处理厂中的应用    孙进生;姜建国;孙铁强;杨金川;

污水处理新技术通过鉴定    实习记者 卫晓莉

小城镇污水处理工艺    

全省首家微波污水处理工艺落户余庆    陈应娥

污水处理工艺如何因地制宜?    江西省鹰潭市环保局 吴敬祖

坪北污水处理工艺节能又环保    公庆江　岳晓术

1.2万户农家实现“清爽”排水    通讯员 周密

我国污水处理技术有重大突破    傅振国

水解--曝气生物滤池污水处理工艺简介    安徽国祯环保

方式各不同关键要适路    高燕　闫艳 高杰

小城镇污水处理厂建设走向何方    

生物造粒流化床污水处理工艺的物化—生化协同作用及工艺研究    李侃

生物造粒流化床污水处理技术及理论研究    袁宏林

双污泥系统颗粒污泥的培养及脱氮除磷性能    吴蕾

硝化颗粒污泥的培养及其与四环素相互作用研究    石义静

颗粒污泥SBR中试研究及颗粒污泥氧传质机理与胞外聚合物分析    张云霞

MBR和GSBR中微生物群落生态学研究    张斌

厌氧折流板反应器（ABR）系统的特性及调控研究    徐金兰

高效厌氧反应器开发与应用研究    管锡珺

好氧颗粒污泥脱氮特性及其过程研究    王志平

分步进水序批式反应器处理猪场废水工艺研究    韩志英

生物造粒流化床颗粒污泥物理化学特性研究    邹林琳

生物造粒流化床对污染物转移转化模式研究    张斌令

生物造粒流化床一体化处理装置的自我造粒及污染物去除特性研究    张金花

生物造粒流化床分散式污水处理技术的中试试验研究    韦亮

一种新型生物造粒流化床污水处理装置的运行调控    靳兆强

生物造粒流化床的溶解氧分布规律和污染物去除特性研究    朱蕊

二级串联生物造粒流化床对污染物的去除特性研究    李忠民

污泥循环式生物造粒流化床污水处理工艺研究    刘金光

生物造粒流化床处理城市污水试验研究    杨英静

西安市雨水综合利用技术与雨水资源化研究    张康年