【摘要】：作為一類無動力、自適應(yīng)的污水生態(tài)處理技術(shù),地下滲濾系統(tǒng)對污水中主要污染指標(biāo)均具有良好的去除能力,但對氮的脫除效率尚需提高。本文圍繞影響地下滲濾系統(tǒng)脫氮過程的主要問題,以調(diào)控系統(tǒng)內(nèi)氧化還原環(huán)境和優(yōu)化脫氮過程營養(yǎng)比為目標(biāo),重點(diǎn)研究了地下滲濾系統(tǒng)的基質(zhì)組配方法、基質(zhì)脫氮微生物結(jié)構(gòu)特征和基質(zhì)氮還原酶活性變化規(guī)律,形成了提高系統(tǒng)脫氮效率的工藝方法,通過工程連續(xù)運(yùn)行,驗(yàn)證了上述方法的可靠性,最終建立了地下滲濾系統(tǒng)脫氮的關(guān)鍵技術(shù)。論文的主要研究成果如下。 首先,構(gòu)建了一套模擬污水地下滲濾過程的連續(xù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),通過布、散水和集水單元的結(jié)構(gòu)優(yōu)化,柱體連接方式優(yōu)化以及采用薄層粘土覆蓋內(nèi)側(cè)壁的方法,解決了以往研究中存在的水力學(xué)過程非均勻、基質(zhì)充填過程中局部塌陷、滲透系數(shù)發(fā)散和水流線路邊界短路的問題。 隨后,設(shè)計(jì)了一種用于提高污水地下滲濾系統(tǒng)脫氮效率的生物基質(zhì)。與常規(guī)基質(zhì)草甸棕壤相比,生物基質(zhì)的孔隙度、滲透性和有機(jī)質(zhì)含量均大幅提高,基質(zhì)內(nèi)的微生物生境條件優(yōu)越,氨化、硝化和反硝化微生物群落豐富。通過條件優(yōu)化實(shí)驗(yàn),獲得了可促進(jìn)地下滲濾系統(tǒng)脫氮效率的基質(zhì)層組配方法。分析了地下滲濾系統(tǒng)中脫氮微生物群落結(jié)構(gòu)分布特征,結(jié)果表明：氨化細(xì)菌的數(shù)量受基質(zhì)層深度和內(nèi)部溫度的影響較小,隨著基質(zhì)層深度增加,硝化細(xì)菌數(shù)量減少,反硝化細(xì)菌數(shù)量增加,兩者數(shù)量都隨溫度的降低而減少。地下滲濾系統(tǒng)中典型氮還原酶活性變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：脲酶活性分布主要受基質(zhì)深度、進(jìn)水氨氮濃度及環(huán)境溫度影響,與總氮去除率之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系；硝酸鹽還原酶(NAR)活性隨基質(zhì)層深度的增加而減小,受環(huán)境溫度和進(jìn)水水質(zhì)的影響較小,與氨氮和總氮去除率間的相關(guān)性均不顯著；沿基質(zhì)垂直深度上NIR的活性大小次序?yàn)椋?0cm處20cm處60cm處80cm處100cm處,且隨環(huán)境溫度升高活性增強(qiáng),在60-100cm區(qū)域內(nèi),NIR活性與系統(tǒng)總氮去除率間呈顯著正相關(guān)關(guān)系。 進(jìn)而,初步建立了描述地下滲濾系統(tǒng)微生物脫氮過程的動力學(xué)模型。模型指出：地下滲濾系統(tǒng)硝化過程符合一級動力學(xué)NE=N0e-0.4812t,溫度按照kT=0.2218×1.035(T-20)的關(guān)系影響硝化速率；反硝化過程中出水硝態(tài)氮濃度與水力停留時(shí)間(HRT)之間呈負(fù)指數(shù)關(guān)系,可描述為y=16.3475e-0.2548t,碳源是影響反硝化動力學(xué)常數(shù)的主要因子,在地下滲濾系統(tǒng)基質(zhì)層適當(dāng)深度補(bǔ)加原污水,可提高反硝化速率 同時(shí),研究了有助于地下滲濾系統(tǒng)脫氮過程的運(yùn)行參數(shù)調(diào)控方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著濕干比降低,基質(zhì)滲透率和氧化還原電位(ORP)提高,含水率和比容積降低,氨化細(xì)菌數(shù)量變化不明顯,硝化細(xì)菌數(shù)量提高,反硝化細(xì)菌數(shù)量減少；啟動期適宜的濕干比為1：3,穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)適宜的濕干比為1：1；隨著進(jìn)水水力負(fù)荷和污染負(fù)荷增加,系統(tǒng)ORP下降,適宜的表面水力負(fù)荷為0.065～0.081m3/m2·d,進(jìn)水BOD負(fù)荷不宜大于16.8g BOD/m2·d；采用在散水管(垂直深度55cm)以下10cm處補(bǔ)加原污水的方式,控制補(bǔ)加比例為1：1,總氮去除率可從51.6%提高到68.1%。 最后,通過工程連續(xù)運(yùn)行,以氨氮和總氮去除率為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),驗(yàn)證了前述研究結(jié)論。結(jié)果表明：系統(tǒng)穩(wěn)定后,氨氮、總氮的平均去除率達(dá)到87.7%和70.1%(出水平均濃度為2.3和6.9mg/L),COD、BOD5和TP平均去除率也分別達(dá)到84.8、91.7和85.1%(出水平均濃度分別為19.7、5.7和0.3mg/L),出水水質(zhì)滿足《城市污水再生利用-景觀環(huán)境用水水質(zhì)》(GB18921-2002)標(biāo)準(zhǔn)。
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：X703

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本文編號：2743166