细微泥沙对污水处理系统及运行能耗的影响

【摘要】：近年来国内部分城镇污水处理厂的运行数据表明,在取消初沉池后,生化池出现较为严重的泥沙淤积,淤沙通常占其有效高度的15%～40%,与此同时伴随有活性污泥浓度MLSS的大量提高和MLVSS/MLSS值的急剧减小,许多污水厂混液的MLVSS/MLSS比值在0.3～0.5之间,远低于0.75的经验值,且污泥浓度常常高达5000～7000 mg/L,也高于2000～4000 mg/L的传统认知。这既有我国进水SS/BOD5值偏高、SS粒径偏小的原因,又与我国排水体制落后、预处理段效果佳密切相关。论文在全面综述污水处理系统无机物及泥沙累积现状的基础上,以体积平均径(D[4,3])分别为198μm、72.0μm、118.6μm(分别对应2#、3#、4#系统,1#为空白对照)的石英砂模拟进水中的细微泥沙,利用实验室SBR系统研究了不同粒径的细微泥沙对活性污泥性质、污泥产率和污水处理效果的影响,并进一步从经济的视角理论分析了细微泥沙对污水处理系统运行能耗和成本的影响,喝示了细微泥沙对污水处理系统不可忽视的负面作用。论文主要研究结论如下：①在SBR运行36天后,按粒径递增顺序,污泥浓度从启动初期的3450mg/L右分别提高至7898、5389、3742 mg/L, MLVSS/MLSS则从0.67左右分别下降为0.33、0.48、0.59。随着系统MLSS提高和MLVSS/MLSS值的下降,污泥混合夜SVI和CST值也出现明显下降,掺入泥沙粒径为19.8μm的2#反应器污泥特性变化最为明显,在运行36d后其SVI和CST值较之空白对照组分别降低了70.1%和57.1%。②小粒径泥沙对出水浊度有一定影响,1#-4#系统出水背景浊度值分别为6.8、.1、7.2和6.4NTU,36d后出水浊度分别变为6.1、13.3、9.8和5.6NTU。而细微泥沙对出水中COD、TP、TN的浓度和去除率无明显影响。③针对我国进水SS/BOD5值偏高且不稳定的特点,对广泛运用的德国ATV污泥产率公式进行“泥沙归趋特性修正”。在引入悬浮系数ω后建立式,1#～4#反应器修正公式计算值与实测值的相对误差分别为5.2%、8.4%、8.9%、3.5%。基于修正污泥产率公式,拆解有机和无机部分,建立了f值预测表达式算值与实测值的相对误差分别为0.7%、18.3%、12.6%、4.4%。较之国内室外排水设计规范和德国ATV公式的YT、f计算值,上述两个修正公式计算值误差更小、更符合实际情况。④以微生物菌体和EPS为主体的传统活性污泥浓度越高,其对应系统的氧传质系数就越低,当传统污泥浓度为5500mg/L、7900mg/L、10000 mg/L、12000 mg/L时,其对应系统的氧传质系数较之3685mg/L的空白污泥分别下降了8.8%、22.5%、42.3%和54.4%；而细微泥沙(泥沙浓度≤4213mg/L时)带来的活性污泥浓度提高,对系统氧传质系数无明显影响,当含沙污泥浓度为7898、5389、3742mg/L时(MLVSS≈2506mg/L),其对应系统的氧传质系数较之3685mg/L的空白污泥分别下降了2.7%、3.6%、-0.9%。⑤泥沙淤积后,生化反应器有效容积不断减小。基于污泥负荷恒定,需提高传统污泥浓度来保证污水处理效果,在这个过程中系统氧传质系数KLa不断减小,直接增加了曝气系统能耗,其中粒径越大,这个效果就越明显。同时搅拌小试验证明：悬浮泥沙较多的2#和3#反应器污泥的搅拌混合能耗较1#和4#反应器提高了25%。⑥大粒径泥沙主要提高生化单元曝气系统能耗和清淤成本,小粒径泥沙主要提高生化单元搅拌、推流和混合能耗。 【关键词】：污水处理 细微泥沙 粒径 污泥特性 污泥产率 能耗
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-11
• 1 绪论11-35
• 1.1 我国水环境污染现状11
• 1.2 城市污水处理厂现状11-15
• 1.2.1 污水厂的建设和工艺现状11-12
• 1.2.2 污水厂设计现状12-14
• 1.2.3 污水厂运行现状14-15
• 1.3 生化处理系统中的无机悬浮固体及细微泥沙15-24
• 1.3.1 无机悬浮固体的来源16-20
• 1.3.2 无机悬浮固体及细微泥沙的迁移转化和归趋特性20-22
• 1.3.3 影响无机悬浮固体及细微泥沙的运行参数22-24
• 1.4 细微泥沙对活性污泥特性的潜在影响24-27
• 1.4.1 对污泥活性的潜在影响24-25
• 1.4.2 对污泥粒径的潜在影响25
• 1.4.3 对污泥沉降性能的潜在影响25-26
• 1.4.4 对污泥脱水性能的潜在影响26-27
• 1.5 无机悬浮固体及细微泥沙对活性污泥产率的潜在影响27-29
• 1.6 细微泥沙对污水处理系统的潜在影响29-32
• 1.6.1 设备磨损与堵塞29-30
• 1.6.2 减小水力停留时间或污水处理能力30
• 1.6.3 增加剩余污泥产量和处理处置难度30
• 1.6.4 增加能耗30-32
• 1.7 课题的提出及主要研究内容32-35
• 1.7.1 课题的提出32
• 1.7.2 主要研究内容32-33
• 1.7.3 研究目的和难点33
• 1.7.4 课题来源33-35
• 2 试验装置及研究方法35-41
• 2.1 试验条件35
• 2.1.1 试验污水35
• 2.1.2 细微泥沙35
• 2.2 试验系统35-37
• 2.2.1 试验装置35-36
• 2.2.2 运行方式36-37
• 2.3 试验内容37-38
• 2.4 测试指标与测试方法38-39
• 2.5 污泥驯化及系统启动39-41
• 3 细微泥沙对活性污泥特性的影响41-51
• 3.1 研究目的与方法41
• 3.2 实验结果与分析41-49
• 3.2.1 对污泥浓度（MLSS）的影响41-43
• 3.2.2 对MLVSS/MLSS（f）的影响43-45
• 3.2.3 对污泥絮体粒径的影响45-46
• 3.2.4 对污泥沉降性能的影响46-47
• 3.2.5 对污泥脱水性能的影响47-48
• 3.2.6 对污水处理效果的影响48-49
• 3.3 本章小结49-51
• 4 细微泥沙对活性污泥产率的影响及其计算方法51-61
• 4.1 研究目的与方法51
• 4.2 实验结果与分析51-58
• 4.2.1 实验系统的实测污泥产率计算结果51-54
• 4.2.2 现有污泥产率计算方法的预测结果54-55
• 4.2.3 现有产率计算方法与实验结果的对比验证55
• 4.2.4 修正方法及其对比验证55-57
• 4.2.5 基于修正公式推导f值预测表达式57-58
• 4.3 本章小结58-61
• 5 细微泥沙对污水处理系统运行能耗的影响61-81
• 5.1 研究目的与方法61
• 5.2 实验结果、理论预测与分析61-79
• 5.2.1 两种排泥方式下细微泥沙对污水处理系统的影响分析61-64
• 5.2.2 对污水处理系统氧传质系数的影响64-65
• 5.2.3 对曝气充氧能耗的影响65-75
• 5.2.4 对推流和搅拌能耗的影响75-77
• 5.2.5 清淤工程77-79
• 5.3 本章小结79-81
• 6 结论与建议81-85
• 6.1 结论81-83
• 6.2 建议83-85
• 致谢85-87
• 参考文献87-93
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文93

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