【摘要】： 傳統(tǒng)的生物脫氮工藝所包括的硝化和反硝化反應(yīng)是在兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)器中進(jìn)行，或是在時(shí)間上造成交替缺氧和好氧環(huán)境的同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，脫氮過程所需的硝化液的回流需要外加動(dòng)力泵來實(shí)現(xiàn)。這樣的工藝投資和運(yùn)行費(fèi)用較高，占地面積大。針對這些問題，本課題組設(shè)計(jì)制作了新型一體化氣動(dòng)內(nèi)循環(huán)生物膜反應(yīng)器，用于生活污水的脫氮和脫碳處理，硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)分別在反應(yīng)器不同分區(qū)內(nèi)完成，曝氣不但提供了硝化過程所需的溶解氧，而且還利用曝氣作用實(shí)現(xiàn)了硝化液在反應(yīng)器內(nèi)的循環(huán)，節(jié)約了脫氮過程中所需的能耗。 本論文首先研究了一體化氣動(dòng)內(nèi)循環(huán)生物膜反應(yīng)器不同分區(qū)結(jié)構(gòu)對脫氮性能的影響，確定了反應(yīng)器較優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式為二區(qū)結(jié)構(gòu)；在此基礎(chǔ)上研究了運(yùn)行溫度、曝氣量、進(jìn)水COD／TN等運(yùn)行條件對反應(yīng)器脫氮性能的影響；并對反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化脫氮的可行性進(jìn)行了研究；最后對本反應(yīng)器的脫氮機(jī)理進(jìn)行了特性分析。主要研究內(nèi)容和研究結(jié)果如下。 (1)論文首先研究比較了不同分區(qū)形式的反應(yīng)器的脫氮效率。結(jié)果表明三區(qū)和二區(qū)結(jié)構(gòu)形式的一體化生物膜反應(yīng)器均可以在水平方向?qū)崿F(xiàn)溶解氧的梯度分布，在單體反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了硝化和反硝化過程。在一定的運(yùn)行條件下，由于硝化區(qū)容積的相對增加二區(qū)反應(yīng)器比三區(qū)反應(yīng)器的TN去除效率由所增加。二區(qū)反應(yīng)器對模擬生活污水的TN去除負(fù)荷可達(dá)到0．080 kgTN／(m~3·d)，有機(jī)物的去除負(fù)荷可達(dá)到0．53 kgCOD／(m~3·d)。熒光原位雜交實(shí)驗(yàn)表明，二區(qū)反應(yīng)器的緩沖區(qū)內(nèi)亞硝酸細(xì)菌豐度有所增加。以上實(shí)驗(yàn)說明二區(qū)結(jié)構(gòu)反應(yīng)器的脫氮性能優(yōu)于三區(qū)結(jié)構(gòu)反應(yīng)器的脫氮性能。故此，本論文確定了反應(yīng)器較優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式為二區(qū)結(jié)構(gòu)。 (2)研究了進(jìn)水COD／TN和曝氣量對反應(yīng)器硝化反硝化的聯(lián)合影響。在進(jìn)水COD／TN值(2．0)較小的情況下，反硝化是脫氮的限制步驟，TN去除負(fù)荷為0．052kgTN／(m~3·d)。當(dāng)進(jìn)水COD／TN值為3．5，通過調(diào)整曝氣量，TN去除負(fù)荷可達(dá)到0．069kgTN／(m~3·d)。當(dāng)進(jìn)水COD／TN值為6．2時(shí)，TN去除負(fù)荷達(dá)到0．080 kgTN／(m~3·d)。在一定的進(jìn)水COD／TN下，曝氣量的增加一方面會(huì)使缺氧區(qū)中的溶解氧升高，不利于反硝化；另一方面也會(huì)促進(jìn)硝化液的回流，有利于更多的NO_3~--N完成反硝化。曝氣量由850L/h增大到1100 L／h時(shí)對反硝化的綜合影響不大，正反兩方面作用趨于平衡。但曝氣量達(dá)到一定量(1400 L/h)之后會(huì)不利于反硝化反應(yīng)的進(jìn)行，進(jìn)而不利于TN的脫除。 (3)反應(yīng)器緩沖區(qū)和缺氧區(qū)之間的控制板高度決定了兩區(qū)之間反應(yīng)液流通截面積，而反應(yīng)液流通截面積直接影響反應(yīng)器內(nèi)液體的循環(huán)量和缺氧區(qū)內(nèi)的溶解氧濃度。本論文研究了反應(yīng)液流通截面積對脫氮效率的影響。結(jié)果表明，在一定的曝氣量下，通過增大反應(yīng)液流通截面積可以增加反應(yīng)器內(nèi)的液體循環(huán)量，提高脫氮效率。當(dāng)曝氣量為850 L／h，反應(yīng)液流通截面積由150cm~2增大到300cm~2時(shí)，TN去除負(fù)荷由0．059提高至0．065kgTN／(m~3·d)。而當(dāng)曝氣量較高為1100 L／h時(shí)，流通截面積的增大使缺氧區(qū)中的溶解氧濃度增加，不利于反硝化，進(jìn)而不利于TN的去除。 (4)研究了運(yùn)行溫度和有機(jī)碳源對反應(yīng)器脫氮性能的聯(lián)合影響。結(jié)果表明，在一定的進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷下，隨著運(yùn)行溫度的升高，NH_4~+-N和TN去除率都有所升高。在一定的運(yùn)行溫度下，隨著進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷的增加，硝化率下降，反硝化率升高。運(yùn)行溫度為8℃，進(jìn)水中不加有機(jī)碳源時(shí)，NH_4~+-N去除率可達(dá)到95％，去除負(fù)荷為0．086 kgNH_4~+-N／(m~3·d)，TN去除率僅為10％左右。 (5)對反應(yīng)器能否以短程硝化反硝化原理脫氮進(jìn)行了研究。結(jié)果表明運(yùn)行溫度為8℃，進(jìn)水TN濃度為68-80 mg／L時(shí)，通過調(diào)整進(jìn)水堿度反應(yīng)器內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)短程硝化。亞硝酸鹽積累率達(dá)到80％，NH_4~+-N去除率達(dá)到88％，NH_4~+-N去除負(fù)荷為0．075kgNH_4~+-N／(m~3·d)。硝酸菌屬的熒光原位雜交實(shí)驗(yàn)表明在8℃下反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)短程硝化，很可能是硝酸細(xì)菌的活性被抑制了。運(yùn)行溫度為29℃時(shí)，進(jìn)水TN濃度為114-146 mg／L時(shí)，通過調(diào)整進(jìn)水堿度和曝氣量，反應(yīng)器可以以短程硝化反硝化的原理進(jìn)行脫氮。好氧區(qū)和緩沖區(qū)中亞硝酸鹽積累率分別為77％，79％。TN去除率達(dá)到72％，TN去除負(fù)荷為0．130 kgTN／(m~3·d)。熒光原位雜交實(shí)驗(yàn)表明在29℃下反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的短程硝化反硝化是由于硝酸細(xì)菌的活性長時(shí)間受到游離氨的抑制，在污泥中所占的豐度下降所致。 (6)通過測定反應(yīng)器各區(qū)各態(tài)氮濃度及各區(qū)污泥的硝化及反硝化活性研究了本反應(yīng)器的脫氮機(jī)理。硝化反應(yīng)主要在好氧區(qū)內(nèi)完成，反硝化反應(yīng)主要在缺氧區(qū)內(nèi)完成。不同分區(qū)的污泥都同時(shí)具有硝化活性和反硝化活性。本反應(yīng)器的脫氮過程，一方面是基于不同分區(qū)內(nèi)發(fā)生的硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)以達(dá)到脫氮的目的；另一方面，由于反應(yīng)器各區(qū)內(nèi)液體混合形態(tài)不均勻以及各區(qū)溶解氧分布不均，在每一個(gè)分區(qū)內(nèi)都可能同時(shí)發(fā)生硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：X703
【圖文】：

Fig.1.10Sehematiediagramofthecombinedbiofilter.Fermandez等人l劉采用流化床處理生活污水，通過置于床體中部的氣體分布器將一個(gè)反應(yīng)器分成好氧和缺氧兩部分，分別定義為硝化區(qū)和反硝化區(qū)，如圖1.n所示。反應(yīng)器的部分出水經(jīng)氣一液一固三相分離器后，和進(jìn)水一起循環(huán)至流化床底部缺氧區(qū)。改變氣體分布器在流化床中的高度，可以調(diào)節(jié)好氧區(qū)和缺氧區(qū)體積的大小，保證一定的脫氮率。我國的向仁軍Ivll自行研制了一體化厭氧好氧生物除磷脫氮工藝裝置。該裝置分為內(nèi)外兩個(gè)圓筒，內(nèi)層為厭氧區(qū)，設(shè)有電動(dòng)攪拌裝置，外層的2/3為好氧區(qū)，1/3為沉淀區(qū)，其中沉淀區(qū)底部通過污泥回流通道與厭氧區(qū)相連，這樣使沉淀區(qū)緊靠厭氧區(qū)并利用污泥與厭氧區(qū)混合液比重的差異，使污泥自動(dòng)回流。污水從厭氧區(qū)自流至好氧區(qū)，反應(yīng)完成后

制板將反應(yīng)器分為三個(gè)分區(qū)，根據(jù)各區(qū)DO的濃度和各區(qū)的功能，分別定義為好氧區(qū)、緩沖區(qū)和缺氧區(qū)，有效容積分別為135L、如L和135L。好氧區(qū)底部一側(cè)設(shè)曝氣裝置。三個(gè)區(qū)域均設(shè)置一定密度的彈性纖維填料，如圖2.2所示，填料特性參數(shù)如表2.1所示。裝填的密度分別為0.015m3/m3，0.onms/m3和0.021m3/m3，用來固定不同生長特性的微生物，實(shí)現(xiàn)有機(jī)碳化合物的降解、硝化和反硝化等生物過程。進(jìn)水口位于各區(qū)填料中部，可分別單獨(dú)進(jìn)水或同時(shí)進(jìn)水，在本論文中進(jìn)水從缺氧區(qū)進(jìn)入。出水口位于緩沖區(qū)，溢流出水。剩余污泥匯集在反應(yīng)器底部，經(jīng)過自然擠壓濃縮后進(jìn)入到特殊的變距螺旋脫水機(jī)脫水后外運(yùn)。三個(gè)反應(yīng)分區(qū)的底部和上部相通，通過改變各分區(qū)之間的液體循環(huán)控制板的高度(每個(gè)液體循環(huán)控制板由上下兩片部分重合的隔板組成

Fig.3.9】 nfiuentandeffiuentconcentrationsandremovaleffieieneiesofTNversustimeinthetwozones3，5不同分區(qū)形式反應(yīng)器各區(qū)00的分布情況圖3.10歹g出了三區(qū)反應(yīng)器和二區(qū)反應(yīng)器共五個(gè)實(shí)驗(yàn)階段下各區(qū)中的DO濃度�？梢钥闯鲈诤醚鯀^(qū)中DO平均濃度始終大于2.8m叭。當(dāng)曝氣量從noo眺增大到1800眺時(shí)(從階段I到階n)，各區(qū)DO濃度均有所增加。在二區(qū)反應(yīng)器的階段W，好氧區(qū)中的DO濃度與三區(qū)反應(yīng)器的好氧區(qū)相比并沒有明顯的增加，而緩沖區(qū)中的DO濃度增加較明顯，平均值從1.8m叭增加到2.6m叭，緩沖區(qū)此時(shí)對NH4氣N降解的貢獻(xiàn)增大，這是在階段IVNH4氣N去除率增大的主要原因。在階段V，雖然曝氣量從nooL伍增大到15001了h

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2785027