微纳米曝气强化碳纤维浮床对城市河道水体处理效果

发布时间：2017-09-07 23:21

  本文关键词：微纳米曝气强化碳纤维浮床对城市河道水体处理效果

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【摘要】：人工浮床技术是一种传统的应用非常广泛的生物-生态修复技术,在城市河道水体修复中,曝气技术与人工浮床的组合工艺应用非常普遍,但是传统曝气技术存在增氧效率低、能耗高等缺点,微纳米曝气作为一种新型的曝气技术,对比传统曝气技术具有效率高、充氧能力强的优势,但对于微纳米曝气与人工浮床的结合工艺仍尚待研究,因此本文将微纳米曝气技术与碳纤维人工浮床技术耦合,达到用微纳米曝气技术强化碳纤维浮床对城市水体处理的目的。本课题来源于北京市科委重点项目,结合了“大兴区新凤河南湖路桥至孙村闸水质改善项目”,通过对新型生态浮床组合工艺的小试实验,为其在工程项目中的应用实施提供理论依据与数据支撑。本文首先对这一组合工艺与传统曝气强化人工浮床组合工艺的启动情况和水处理效果进行对比,再对微纳米曝气人工浮床组合工艺的工艺参数进行优化和筛选；最后研究了微生物制剂BABRC-1的添加对浮床反应器出水效果和浮床碳纤维填料表面微生物群落结构变化。经过44 d连续稳定运行,微纳米曝气浮床系统出水COD_(Cr)、氨氮去除率均达到60%以上,表明浮床反应器启动成功。经过一段时期的稳定运行,微纳米曝气浮床反应器出水COD_(Cr)、氨氮、TP平均浓度为63.36 mg·L~(-1).24.49 mg·L~(-1).1.41 mg·L~(-1),去除率分别达到71.35%、71.08%和44.38%。而传统曝气人工浮床反应器启动成功经历了38 d左右,比微纳米曝气浮床反应器晚了大约6 d。反应器启动过程表明,微纳米曝气碳纤维浮床反应器对模拟河道水质中COD_(Cr)、氨氮、TP均有更好的去除效果,挂膜启动更迅速。在微纳米曝气浮床反应器工艺参数优化实验中,首先研究了进水污染浓度负荷变化对浮床系统水处理效果影响,该实验结果表明,反应器出水COD_(Cr)口TP去除率随着进水污染浓度负荷下降而出现明显下降,而出水氨氮去除率随着进水浓度负荷下降逐渐上升。分析对比高中低三种浓度负荷条件下微纳米曝气浮床系统均有很好的水处理效果,其中高浓度进水水质COD_(Cr)、氨氮、TP平均浓度分别为101.64 mg·L~(-1)、36.00 mg·L~(-1)、2.02 mg·L~(-1),平均去除率分别为90.24%、91.54%、48.34%。但结合实际考察河道排污口水体化学需氧量较高的情况,因此,本实验中选用高浓度负荷水体作为考察浮床反应器水处理效果的实验用水。HRT变化对浮床系统水处理效果影响实验结果表明,微纳米曝气浮床反应器出水水质受HRT的变化影响比较明显,随着HRT的不断提高,浮床系统COD_(Cr)去除率先增加后趋于平缓,水体中氨氮去除率呈现缓慢上升趋势；TP去除率则不断提高。当HRT为1d时,浮床系统对COD_(Cr)、氨氮、TP各水质指标的去除率基本达到较高的水平,分别为85.1%、71.2%、43.5%。综上所述可知,选择HRT为1d对微纳米曝气浮床反应器的稳定高效运行更适合。气水比条件优化实验中,发现浮床系统对COD_(Cr)和TP的去除率随着气水比的增加先上升后下降,气水比为4：1时,TP去除率取得最大值为46.7%。在气水比为4：1和6：1时,COD_(Cr)均保持较高的去除率,进一步上升的时候,去除率出现下降。而氨氮的去除率随气水比的增加先上升后趋于平稳,气水比为4：1时,去除率为92.1%,之后随着气水比的增加氨氮去除率并没有明显的变化,同时考虑到提高气水比大大增加了能耗,因此微纳米曝气浮床反应器的稳定高效运行最佳气水比条件为4：1。考察了间歇曝气不同时间段对反应器出水效果的影响,对比8h(每天0：00-8：00),16h(每天16：00-次日8：00)和连续曝气三个时间条件。实验结果表明,微纳米曝气浮床反应器水处理效果受曝气时间影响非常明显,反应器出水COD_(Cr)、氨氮和TP去除率随着曝气时间延长而逐渐增加,其中间歇曝气时间为16 h时,各项污染物指标COD_(Cr)、氨氮和TP的去除率分别达到78.56%、61.44%和45.15%,浮床系统去污能力良好,并且在能耗方面相比连续曝气可以节约33%左右,因此认为间歇曝气16h在实际工程中具有一定可行性。微生物制剂BABRC-1的水处理效果强化研究中表明,在菌剂投加比例为8 g·m-3时,微纳米曝气浮床反应器对COD_(Cr)、氨氮去除率提升较大,分别达到95.61%、96.42%,对TP去除率基本没有明显的影响。分析了微生物制剂BABRC-1投加前后对碳纤维填料表面微生物群落结构和组成。发现Pseudoxanthomonas(假黄色单胞菌属)、Ottowia、 Flavobacterium(黄杆菌属)等脱氮菌属丰度明显提高,因此进一步说明了微生物制剂对水中氨氮去除率有增强的作用。
【关键词】：微纳米曝气 碳纤维浮床 城市河道 水处理 BABRC-1制剂
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52;TQ051.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-33
• 1.1 研究背景15-17
• 1.1.1 城市水体污染现状15-17
• 1.1.2 城市河道水体污染原因分析17
• 1.2 城市河道水体修复技术17-23
• 1.2.1 物理技术17-20
• 1.2.2 化学技术20
• 1.2.3 生物-生态修复技术20-23
• 1.3 微纳米曝气发生装置23-26
• 1.3.1 微纳米气泡净水机理24
• 1.3.2 微纳米气泡发生机理和分类24-25
• 1.3.3 微纳米气泡发生技术国内外研究现状25-26
• 1.4 生态浮床26-28
• 1.4.1 生态浮床国内外研究进展26-27
• 1.4.2 碳纤维生态浮床概述27-28
• 1.5 微生物制剂28-30
• 1.5.1 微生物制剂概况28-29
• 1.5.2 微生物制剂研究现状29-30
• 1.6 研究目的及内容30-31
• 1.6.1 课题研究目的30
• 1.6.2 课题研究内容30-31
• 1.7 研究技术路线31-33
• 第二章 微纳米曝气装置气泡特性研究33-39
• 2.1 实验材料与方法33
• 2.1.1 实验设备33
• 2.1.2 检测方法33
• 2.1.3 实验方法33
• 2.2 结果与分析33-37
• 2.2.1 微纳米气泡悬浮时间测量33-34
• 2.2.2 有效气液混合比34
• 2.2.3 微纳米气泡尺寸分布测量34-37
• 2.3 本章小结37-39
• 第三章 不同曝气方式与碳纤维生态浮床组合去污能力对比39-47
• 3.1 实验材料与方法39-42
• 3.1.1 实验设备与材料39-40
• 3.1.2 实验水质40-41
• 3.1.3 常规水质指标检测方法41
• 3.1.4 实验方法41-42
• 3.2 结果与分析42-46
• 3.2.1 两种曝气方式对水体中COD去除效果对比42-43
• 3.2.2 两种曝气方式对水体中NH_4~+-N的去除效果对比43-44
• 3.2.3 两种曝气方式对水体中TP的去除效果对比44-46
• 3.3 本章小结46-47
• 第四章 不同因素对微纳米曝气浮床系统的水处理影响研究47-65
• 4.1 实验材料与方法47
• 4.1.1 实验水质47
• 4.1.2 实验设备47
• 4.1.3 实验方法47
• 4.2 结果与分析47-63
• 4.2.1 不同HRT条件对微纳米曝气浮床系统处理效果影响48-50
• 4.2.2 不同气水比条件对微纳米曝气浮床系统处理效果影响50-54
• 4.2.3 不同进水污染物浓度对微纳米曝气浮床水体处理效果研究54-60
• 4.2.4 连续曝气与间歇曝气60-62
• 4.2.5 浮床反应器的生物相62-63
• 4.3 本章小结63-65
• 第五章 微生物制剂BABRC-1对生态组合浮床的强化性能研究实验65-77
• 5.1 实验材料与方法65-67
• 5.1.1 实验设备与材料65
• 5.1.2 实验水质65-66
• 5.1.3 微生物群落结构分析方法66-67
• 5.1.4 实验方法67
• 5.2 结果与分析67-74
• 5.2.1 不同菌剂投加量对生态浮床强化效果对比67-70
• 5.2.2 菌剂强化作用下微生物群落结构分布70-74
• 5.3 本章小结74-77
• 第六章 结论与展望77-79
• 6.1 结论77-78
• 6.2 展望78-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-85
• 研究成果及发表的学术论文85-87
• 导师和作者简介87-88
• 北京化工大学专业学位硕士研究生学位论文答辩委员会决议书88-89

【参考文献】

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