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A+OSA工艺污泥减量机理与热力学特征研究

作　者: 范莹
导　师: 郭劲松；高旭
学　校: 重庆大学
专　业: 市政工程
关键词: 剩余污泥减量 OSA工艺 元素分析 热值 能量平衡
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 106次
引　用: 4次
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内容摘要


随着我国国民经济的发展和城市的现代化建设、城市的环境和生态平衡的要求,节能降耗已成为人们关注的重点。在污水处理工艺中,节能降耗包括外供能量转化过程的优化和系统内在能量利用分配的优化,而污泥减量技术是属于优化内部能量利用的范畴。文中以可以实现同步脱氮和污泥减量的A+OSA组合工艺作为研究对象,引入热力学分析手段和研究方法,对A+OSA组合工艺的物质传递和能量转化特性进行研究,探讨该工艺的污泥减量机理,以期对该技术应用于工程实践提供理论指导。试验考察了A+OSA污泥减量系统在污泥停留池不同的水力停留时间下的污泥减量能力。结果表明,在不受干扰的条件下,污泥停留池HRT分别为7.14h、5.56h和3h工况时,系统的污泥减量率分别为21%、27%和13%。污泥停留池HRT的缩短使得A+OSA系统的污泥减量率提高,但当HRT小于5.56h时,A+OSA系统的污泥减量效果急剧下降。试验对A+OSA系统各污水、污泥样品进行了元素含量分析研究。结果表明,以N元素的摩尔含量作为基数,进水样品的元素组成式为C9H18O9N,污泥样品的元素组成式平均为C5H7O3N,出水样品的元素组成式为C3H8O8N,提供污水、污泥样品燃烧热值的主要元素为碳和氢元素。经过碳元素平衡模型的构建,建立了碳元素平衡方程。结果表明,A+OSA系统总的碳元素质量平衡方程为Q1X1=Q3X3+Q5X5+rV,SV2+M散失,A+OSA系统和传统AO工艺系统的输出碳元素质量中,出水所含碳元素质量平均分别为24.53%、27.10%,剩余污泥排放所含碳元素质量平均分别为11.69%、14.47%,生物反应过程中气体的释放带走的碳元素质量平均分别为63.78%、58.43%。在外界条件、出水水质变化不大的情况下,生物反应中产生的气体带走的碳元素质量越多,则系统产生的剩余污泥排放量越少。通过对A+OSA系统各单元内碳元素的散失量的分析,得出A+OSA系统的污泥减量是基于污泥停留池内的污泥衰减和主体反应区的污泥补偿性增长的共同作用,系统污泥总体减量值等于污泥衰减量与补偿性增长量的差值。提出了A+OSA系统的污泥减少量变化规律,并由此推导出该系统的最佳水力停留时间位于5.56h附近。经过对能量平衡模型的分析,建立了A+OSA系统和传统AO工艺系统的焓平衡计算表。结果表明,两套系统的输出能量中,出水所含能量平均分别为5.09%、6.62%,剩余污泥排放所含能量平均分别为16.37%、21.18%,生物反应过程中功和热带走的能量平均分别为78.55%、72.19%。在外界条件、出水水质变化不大的情况下,功和热带走的能量越多,则反映在剩余污泥排放量上越少。通过对A+OSA系统各单元内功和热的散失量的分析,同样得出了A+OSA系统的污泥减量是基于污泥停留池内的污泥衰减和主体反应区的污泥补偿性增长的共同作用的结论,与碳元素平衡分析得出的结论相互印证。在生物氧化过程中,公式Ein - Eeff=Em+Ebio+Eh+E)s可用来表示底物中所包含的能量的流向。研究结果表明,A+OSA系统在运行过程中, Ein - Eeff值基本不变, Ebio值减少了,即用于生物合成代谢的能量减少了,增加的能量中除用于微生物维持代谢能外,其余能量均以功和热的形式散失掉了,也可能发生了能量溅溢,这说明在A+OSA系统内发生了生物代谢解偶联作用,生物合成量减少,对污泥减量产生了贡献。对于减量效果较好的工况,A+OSA系统内解偶联作用对污泥减量的影响也是增大的。碳元素的去除率ηC值与系统功和热的损耗比ηd值可反映污水处理过程中有机物的降解程度和能量富集情况,可作为判别A+OSA系统污泥减量效果的指标。ηC和ηd值越大,则系统的污泥减量效果越好,反之亦然。

全文目录


中文摘要  3-5
英文摘要  5-10
1 绪论  10-16
  1.1 课题研究的背景  10
  1.2 文献综述  10-15
    1.2.1 国内外基于能量平衡思想的研究手段  10-11
    1.2.2 OSA 工艺研究现状  11-14
    1.2.3 A+OSA 组合工艺前期研究  14-15
  1.3 课题研究的目的和内容  15-16
    1.3.1 课题研究的目的  15
    1.3.2 课题研究的内容  15-16
2 试验内容和方法  16-26
  2.1 试验装置及运行  16-17
    2.1.1 试验装置  16-17
    2.1.2 运行方式  17
  2.2 试验条件  17-20
    2.2.1 试验水质  17-18
    2.2.2 测试方法  18
    2.2.3 样品采集  18-20
    2.2.4 样品的预处理  20
  2.3 A+OSA 组合工艺系统污泥减量能力分析  20-24
    2.3.1 不同HRT 工况下A+OSA 组合工艺污泥减量效果  20-23
    2.3.2 A+OSA 组合工艺系统污泥减量能力分析  23-24
  2.4 本章小结  24-26
3 A+OSA 组合工艺系统元素组成分析  26-46
  3.1 元素分析试验  26-27
    3.1.1 试验设备  26
    3.1.2 控制条件  26
    3.1.3 标准试剂  26-27
  3.2 元素分析试验结果及讨论  27-35
    3.2.1 试验结果  27-28
    3.2.2 A+OSA 系统各单元元素含量分析  28-32
    3.2.3 元素组成分析  32-35
  3.3 C 元素质量平衡  35-43
    3.3.1 质量平衡基本原理  35
    3.3.2 C 元素质量平衡模型  35-36
    3.3.3 A+OSA 系统C 元素质量平衡  36-40
    3.3.4 A+OSA 系统污泥减量机理探讨  40-43
  3.4 本章小结  43-46
4 A+OSA 系统能量传递分析  46-62
  4.1 燃烧热的测定  46-47
    4.1.1 试验设备  46
    4.1.2 试验方法  46-47
  4.2 A+OSA 系统各单元能量转移分析  47-57
    4.2.1 A+OSA 系统缺氧区能量变化规律  47-50
    4.2.2 A+OSA 系统好氧区能量变化规律  50-52
    4.2.3 A+OSA 系统污泥停留区能量变化规律  52-54
    4.2.4 A+OSA 系统各单元能量变化分析  54-57
  4.3 生物代谢解偶联  57-60
  4.4 本章小结  60-62
5 A+OSA 系统能量平衡分析  62-74
  5.1 能量衡算模型  62-64
    5.1.1 基本概念  62
    5.1.2 能量衡算的基本原理  62-63
    5.1.3 能量衡算的模型  63-64
  5.2 A+OSA 系统能量平衡分析  64-73
    5.2.1 边界条件  64-66
    5.2.2 A+OSA 系统能量平衡  66-71
    5.2.3 A+OSA 系统污泥减量机理探讨  71-73
  5.3 本章小结  73-74
6 结论与建议  74-76
  6.1 结论  74-75
  6.2 建议  75-76
致谢  76-78
参考文献  78-82
附 录  82
  作者在攻读硕士学位期间发表的论文  82

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用
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