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城市河道水源中氮素脱除技术研究

作　者: 郑丽银
导　师: 阮文权
学　校: 江南大学
专　业: 环境工程
关键词: 城市河道氮素污染固态碳源生物脱氮
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着经济快速发展,城市水环境不断恶化,地表水环境遭到了严重破环。外在污染物质不断流入,致使河道中氮、磷含量急剧升高,富营养化频繁发生。城市水资源短缺及水环境污染已经成为当下热点问题,如何解决迫在眉睫。本文在对实际河道调研监测的基础上,通过反硝化模拟降解试验筛选出方便易得成本低廉的天然纤维素碳源香樟叶作为反硝化菌群碳源与载体,通过前置曝气生物滤池与纤维素柱式滤池组合工艺脱除城市河道中的氮素,并在实验室研究基础上进行了中试研究。本文结论如下：对新城区河道及校内示范工程点进行了年际水质监测,河道pH整体呈弱碱性；SS平均值低于50 mg/L；Chla随气温变化较明显,春末至初秋期间含量较高；河道中无机氮主要以NO3--N和NH4+-N为主；各河道TN、TP及COD均值范围为3.41-9.94 mg/L、0.040-0.314 mg/L.27.8-86.1 mg/L,应用内梅罗污染指数法对河道水质进行评价,水环境质量差,氮素污染严重。为反硝化菌群选取合适的能量来源和附着载体,选取4种合成淀粉以及8种天然纤维素两类固态碳源作为研究对象。通过电镜扫描,4种淀粉合成材料表面特性结构差异较大,有机质释放量Y木薯>γ小麦>Y玉米≈γ马铃薯。脱氮符合零级反硝化动力学方程,马铃薯和小麦脱氮效果好于木薯和玉米,两者脱氮率在90%以上,整个反应周期为7 d。天然纤维素碳源浸出液安全并具有一定的吸附NO3--N能力,单变量方差分析表明,以碱处理作为预处理可明显提高反硝化速率,脱氮率均在96%以上(树皮除外)。2种处理方式中均有NO2--N累积,部分纤维素释放NH4+-N并发生DNRA反应,树叶在两种处理中脱氮效果均较好。结合两类碳源来源、制备成本及反硝化特性,选择未经碱处理的香樟叶作为下一步反硝化柱式滤池的碳源与载体。通过水质监测调研,河道中还存在有机氮,为达到氮素最大化去除,本文通过前置曝气生物滤池与纤维素柱式滤池串联组合工艺进行对河道氮素脱除研究。曝气生物滤池采用自然挂膜法启动,其具有较强的抗水力负荷和有机负荷能力,NH4+-N的去除主要集中于底端30 cm处,曝气生物滤池中存在同步硝化反硝化现象。纤维素柱式滤池采用接种挂膜法启动,NO3--N去除率随水力负荷升高而逐渐下降；在0.189 m3/(m2·h)水力负荷条件下,体系在pH=6.00具有最高的NO3--N去除率；以河水为直接进水方式,系统具有良好的抗水力负荷能力；通过Eckenfelder公式确定该反应器模型参数即反应速率常数K为0.0256。两反应器稳定运行后,当河道进水TN范围为1.09-1.79 mg/L,最终出水TN为0.16-0.55 mg/L,低于地表水Ⅲ类水质标准限值。在实验室研究基础上建立了脱氮除磷组合工艺中试研究。重点探讨生物反应池：生物接触氧化池、耗氧池及兼氧池对湖水中的污染物去除能力。启动初期,出水不稳定,后期系统对氮有较好的去除效果,当进水TN均值为1.04 mg/L,出水为0.41-0.80 mg/L,对TP也有一定的去除,平均去除率为33.15%。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 课题研究背景  8-9
    1.1.1 我国城市水资源环境现状  8-9
    1.1.2 河道中氮素来源及其对水环境的危害  9
  1.2 城市污染河道氮素污染的治理方法  9-10
    1.2.1 物理法  9
    1.2.2 化学法  9-10
    1.2.3 生物法  10
  1.3 生物脱氮原理  10
  1.4 固态碳源反硝化脱氮的研究进展  10-12
    1.4.1 人工合成可降解固体碳源  11
    1.4.2 天然纤维素固体碳源  11-12
  1.5 研究目的及内容  12-13
    1.5.1 研究目的  12
    1.5.2 研究内容  12-13
  1.6 本研究的特色与创新  13-14
第二章新城区周边水系及校内河道水质调研及评价分析  14-22
  2.1 前言  14
  2.2 试验材料与方法  14-15
    2.2.1 新城区周边水系调研  14-15
    2.2.2 采样点设定  15
    2.2.3 分析项目及方法  15
    2.2.4 试验主要设备仪器  15
  2.3 结果与讨论  15-21
    2.3.1 不同河道污染指标变化  15-18
    2.3.2 水质评价分析  18-21
  2.4 本章小结  21-22
第三章用于地表水反硝化的固体碳源选择研究  22-34
  3.1 前言  22
  3.2 材料与方法  22-23
    3.2.1 淀粉合成碳源制备  22
    3.2.2 淀粉合成碳源表面特性测定  22
    3.2.3 纤维素碳源采集与处理  22-23
    3.2.4 纤维素碳源浸出液及吸附试验  23
    3.2.5 硝酸盐模拟降解试验  23
    3.2.6 实验分析方法及器材  23
  3.3 结果与讨论  23-32
    3.3.1 淀粉合成碳源反硝化模拟降解试验  23-27
    3.3.2 纤维素碳源反硝化模拟降解试验  27-32
    3.3.3 淀粉合成碳源与纤维素碳源的对比分析  32
  3.4 本章小结  32-34
第四章单体反应器性能及联合应用脱氮研究  34-50
  4.1 前言  34
  4.2 材料与方法  34-35
    4.2.1 试验装置  34-35
    4.2.2 试验材料  35
    4.2.3 试验主要设备  35
    4.2.4 分析项目与仪器  35
  4.3 结果与讨论  35-48
    4.3.1 曝气生物滤池的启动与性能研究  35-41
    4.3.2 纤维素柱式滤池的启动与性能研究  41-46
    4.3.3 曝气生物滤池与厌氧滤池联合脱氮应用研究  46-48
  4.4 本章小结  48-50
第五章脱氮除磷组合工艺的工程中试研究  50-56
  5.1 前言  50
  5.2 材料和方法  50-51
    5.2.1 河水水质条件与工程设计指标  50
    5.2.2 工程布点及工艺流程  50-51
    5.2.3 试验器材与设备  51
  5.3 结果与讨论  51-55
    5.3.1 处理装置中无机氮及TN变化  52-53
    5.3.2 处理装置中TP变化  53-54
    5.3.3 处理装置中COD变化  54
    5.3.4 工艺评价  54-55
  5.4 本章小结  55-56
第六章结论与建议  56-58
  6.1 结论  56-57
  6.2 建议  57-58
致谢  58-60
参考文献  60-64
附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文  64

城市河道水源中氮素脱除技术研究

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