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多级A/O生物膜工艺+BAF处理生活污水强化脱氮除磷

多级A/O生物膜工艺+BAF处理生活污水强化脱氮除磷

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作者：赵鑫磊兰州交通大学

学位级别：硕士

随着全球水资源状况越来越复杂以及水体富营养化的不断扩散,我国环保监测部门根据我国污水处理不达标的严峻情况,加大对了水处理行业的监管力度。传统污水处理厂由于工艺简单,设备老旧导致出水不达标,政府部门严格按照最新规定对一些老... 详细信息

随着全球水资源状况越来越复杂以及水体富营养化的不断扩散,我国环保监测部门根据我国污水处理不达标的严峻情况,加大对了水处理行业的监管力度。传统污水处理厂由于工艺简单,设备老旧导致出水不达标,政府部门严格按照最新规定对一些老旧污水厂进行提标改造。鉴于我国城镇生活污水水质碳氮比较低,且大多数污水处理厂工艺都是单一的传统活性污泥法,这就会面临不同种类微生物对有机物的竞争而造成脱氮除磷不能达到理想效果,若对其进行额外的碳源投加,又会大幅增加污水处理成本,且额外生成的剩余污泥会造成二次污染。特别就北方城市而言,冬季室外气温相对较低,造成污水厂脱氮性能下降,出水氨氮浓度严重超标。因此,如何实现城镇污水处理厂的高效稳定脱氮除磷使出水水质达到更高的标准,是建设生态文明和可持续发展的关注热点。本课题采用多级A/O生物膜+BAF组合系统,其中在多级A/O的好氧池中投加悬浮填料(聚乙烯鲍尔环),填料上附着生长的生物膜具有良好的传质性,能为不同功能的微生物提供了良好的生长环境,增加了系统微生物量的同时增强了整个系统抗冲击和抵抗低温的能力,此外,生物膜也使得污泥在系统中的停留时间有所提高,进而增强系统硝化和反硝化脱氮除磷效果。由于生活污水属于典型低碳氮比(C/N)废水,所以该组合工艺采用连续流三段进水,按照不同流量分配方式进行流量分配,以提高碳源利用率,并在最前端设置厌氧格,进行充分释磷为后续聚磷提供充足的驱动力,进而增强脱氮除磷效果。BAF中从下到上依次设置生物填料层和活性炭吸附层,采用上流式运行方式,在生物填料层实现深度硝化反硝化,在活性炭吸附层完成对难降解有机物及部分氮磷的吸附去除,进而强化出水水质。此外,采用central composite响应面法设计批次试验探究HRT和曝气强度双因素交互影响下系统去除污染物的性能并对其进行优化,主要研究结论如下:(1)多级A/O生物膜+BAF组合系统启动阶段,调节水温为20℃左右,三级A/O池容比V:(V:V)=1:(1:2),三段进水流量分别为6.67、4、2 L·h,污泥回流比为100%,HRT=9h,污泥龄15d。进水NH-N、TP和COD浓度分别介于59.02～82.31mg·L、3.89～6.73mg·L和182.54～341.20mg·L之间,运行20d后多级A/O生物膜反应器和BAF出水NH-N和NO-N浓度均值分别为稳定在4.55、1.60mg·L、和7.28、5.69mg·L,系统NH-N整体去除率最终保持在98%左右;出水TP浓度均值分别为1.27和0.85mg·L,最终去除率大于89%;出水COD浓度均值分别为34.03和20.47mg·L,终端去除率超过90%,此时多级A/O生物膜+BAF组合系统完成启动。(2)按照等停留时间、等容积负荷和等污泥负荷三种不同的流量分配方式对多级A/O生物膜工艺+BAF组合系统进行三段配水,探究不同配水方式对组合系统脱氮除磷性能的影响。研究发现,当进水有机物浓度在182.54～331.20mg·L之间,按等容积负荷(Run1)、等停留时间(Run2)和等污泥负荷(Run3)进行流量分配,COD平均出水浓度分别为34.55、24.95和36.35mg·L,COD平均去除率分别可达到85.77%、89.82%和85.49%。就氮素而言,NH-N平均出水浓度分别为1.72、0.73和1.80mg·L,NH-N去除率分别为96.10%、98.14%和97.13%。平均出水TN浓度依次为14.37、9.88和13.82mg·L,TN去除率分别为81.32%、87.47%和82.70%。三种进水流量分配方式下,出水TP浓度均值依次是0.94、0.31和1.03mg·L,各自去除率依次为81.10%、94.35%和80.67%。结果表明,按照等停留时间进行流量分配时,综合出水效果最佳,各类污染物出水浓度都能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。此外,通过对沿程污染物变化研究发现,约80%左右的氮素、有机物和总磷在多级A/O生物膜系统中得到降解,BAF主要在填料层发生同步硝化反硝化完成TN的强化去除,在活性炭吸附层完成对TP和COD的吸附去除。在等停留时间(Run2)时,系统膜生物量最高,各级污染物降解去除效果最佳。(3)当起始COD、NH-N、TN和TP浓度均值依次为249.14,71.21,79.96和5.19mg·L,通过设置HRT为10h、9h、8h和7h时,COD出水平均浓度各自依次为18.30、20.05、23.59和26.68mg·L,出水NH-N平均浓度分别2.22、1.16、1.95和4.19mg·L,出水TN浓度均值依次为12.47、9.09、10.57和15.36mg·L,出水TP分别为0.91、0.31、0.

关键词：多级A/O生物膜+BAF系统流量分配方式 HRT 曝气强度 central composite响应面法

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储能磷建筑石膏集料的设计与应用研究

储能磷建筑石膏集料的设计与应用研究

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作者：廖仕雄昆明理工大学

学位级别：硕士

磷石膏是一种堆存量大,对环境造成污染的固体废弃物,随着磷肥工业的快速发展,其堆存量还会持续增加。从绿色、环保、可持续发展的角度出发,如果能合理处理磷石膏的堆存问题,将促进固体废弃物行业的健康发展。利用磷石膏生产成磷建筑石... 详细信息

磷石膏是一种堆存量大,对环境造成污染的固体废弃物,随着磷肥工业的快速发展,其堆存量还会持续增加。从绿色、环保、可持续发展的角度出发,如果能合理处理磷石膏的堆存问题,将促进固体废弃物行业的健康发展。利用磷石膏生产成磷建筑石膏是解决磷石膏资源化利用的有效方式之一,但是由于磷建筑石膏力学性能较低,制约了其广泛使用,也使得磷建筑石膏制品的附加值降低。本论文旨在开发和研究新型磷建筑石膏制品,推动磷石膏的资源化利用和提高磷建筑石膏的附加值。本文以磷建筑石膏硬化体作为基体材料,吸附石蜡制备了储能磷建筑石膏集料,用于轻骨料混凝土中。首先,采用central composite响应面法,以基体强度和石蜡保留率为主要指标,对储能磷建筑石膏集料基体进行了优化设计,并对其抗压强度、孔形、孔径分布、累计孔隙体积、微观形貌进行了测试,对相关机理进行了探究。其次,在最优配合比下制备了粒径在10-20mm之间的储能磷建筑石膏集料基体,并采用真空吸附石蜡的方法制备了储能磷建筑石膏集料并对其物相组成、相容性、热稳定性、相变温度、相变焓、微观形貌和相关作用机理,进行了研究。最后,对储能磷建筑石膏集料的应用进行了初步探索,将其以0%、25%、50%替代轻质页岩陶粒与水泥基复合成储能轻骨料混凝土,并对储能轻骨料混凝土的坍落度损失值、干表观密度、抗压强度、导热系数、热扩散系数、比热容进行研究,还分析了储能磷建筑石膏集料100%替代轻质页岩陶粒后制成的储能轻骨料混凝土物相组成、相容性、热稳定性、微观形貌和相关作用机理。得出以下结论:(1)本论文利用central composite响应面法,通过试验研究得出储能磷建筑石膏集料基体的最优工艺条件为:水膏比0.6,引气剂掺量0.66%,测得石蜡保留率为26.06%,抗压强度为4.40MPa。并采用全自动比表面及孔隙度分析仪、SEM对储能磷建筑石膏集料基体性能进行测试,得出:最优工艺的储能磷建筑石膏集料基体具有筒形大孔,在2.19-100nm孔径范围内2.5nm介孔、53.81nm、90.45nm大孔较多,在0-1000nm孔径范围内,随着石蜡不断浸入储能磷建筑石膏集料基体,其累计孔隙体积逐渐减小且几乎无可见孔隙结构;(2)对制备的储能磷建筑石膏集料,采用DSC、TG、XRD、FT-IR、SEM进行了相关测试,得出:储能磷建石膏集料石蜡保留率为31.08%,在吸热阶段的相变温度、相变焓分别为17.60℃、33.02J/g,在放热阶段的相变温度、相变焓分别为27.14℃、31.62J/g,这符合以非晶体(石蜡)为相变材料时的吸热、放热变化规律;储能磷建筑石膏集料中石蜡和集料基体之间的结合,没有产生新物质,且经过100次冷热循环后,储能磷建筑石膏集料表面没有发生剥落或者开裂,热稳定性良好。(3)随着储能磷建筑石膏集料替代轻质页岩陶粒的占比增加,储能轻骨料混凝土的坍落度损失值、干表观密度、28d抗压强度、导热系数逐渐降低,最低值分别为98mm、1524Kg/m3、8.83MPa、0.55W/(m·K),相对于轻质页岩陶粒混凝土分别下降了45.56%、17.40%、53.21%、60.28%。然后,采用XRD、TG、FT-IR、SEM对储能磷建筑石膏集料在储能轻骨料混凝土中的作用机理做了进一步的分析,结果表明:储能磷建筑石膏集料中石蜡保留在储能轻骨料混凝土中的形式是物理作用;储能磷建筑石膏集料与水泥基复合后,储能轻骨料混凝土界面过渡区有一定量的针状钙矾石与C-S-H凝胶交错生长,随着养护周期变长,钙矾石越多,并逐渐变成了与C-S-H凝胶一体的密实结构,最终改善了过渡区密实度,防止了集料内部的石蜡渗漏,同时良好的界面有效提高了储能轻骨料混凝土的力学性能。总而言之,储能磷建筑石膏集料的研发,将提高磷建筑石膏的附加值,推动磷石膏的资源化利用。同时,储能磷建筑石膏集料作为新型的储能集料与水泥基复合时在储能磷建筑石膏集料与水泥基的界面过渡区几乎没有分层,该区域内钙矾石和C-S-H凝胶交错生长能改善储能轻骨料混凝土的过渡区,省去了用纳米材料、胶水等对储能集料表面的包覆处理,进而防止储能集料中相变材料的渗漏,使储能轻骨料混凝土的力学性能得到了改善。同时本论文在储能磷建筑石膏集料机理方面进行了一些研究,所获得的研究结论有一定的研究意义和参考价值。

关键词：磷建筑石膏 central composite响应面法储能集料储能轻骨料混凝土

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