本文關(guān)鍵詞：氣升式生物膜反應(yīng)器單級脫氮工藝研究

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【摘要】：單級短硝化-厭氧氨氧化生物膜工藝可在一個反應(yīng)器內(nèi)實現(xiàn)硝化反應(yīng)和厭氧氨氧化反應(yīng)而具有較大的經(jīng)濟優(yōu)勢,成為了廢水脫氮領(lǐng)域的研究熱點。將好氧短硝化生物膜和厭氧氨氧化生物膜分別置于氣升式反應(yīng)器的上升區(qū)和下降區(qū),實現(xiàn)了單級脫氮工藝。為了確定操作條件(曝氣量)對反應(yīng)器流動傳質(zhì)性能的影響、短硝化的控制方法以及流動傳質(zhì)參數(shù)和工藝參數(shù)對反應(yīng)器脫氮性能的影響,進行了以下三方面研究工作。(1)用歐拉-歐拉模型對氣升式反應(yīng)器的氣含率和液相循環(huán)速度進行模擬,并與文獻實驗數(shù)據(jù)進行對比,結(jié)果表明歐拉-歐拉模型可對反應(yīng)器的氣含率和液相循環(huán)速度進行合理預(yù)測。采用歐拉-歐拉模型對用于生物膜反應(yīng)的氣升式反應(yīng)器的流動特性進行模擬,考察了上升區(qū)表觀氣速對氣含率和液相循環(huán)速度的影響。結(jié)果表明當(dāng)表觀氣速從0.01 m/s增加到0.12 m/s時,上升區(qū)氣含率從0.02增加到0.14,下降區(qū)循環(huán)速度從0.15m/s增加到0.34 m/s。模擬結(jié)果表明反應(yīng)器底部和氣液分離區(qū)會出現(xiàn)旋渦,而上升區(qū)和下降區(qū)則是平推流動。同時測試了實驗工況下的氣含率和氧體積傳質(zhì)系數(shù)。(2)針對短硝化-厭氧氨氧化工藝中短硝化難以實現(xiàn)的問題,在鼓泡式序批反應(yīng)器中進行了懸浮體系短程硝化實驗。批式實驗結(jié)果表明溶解氧濃度是影響短硝化的關(guān)鍵因素。當(dāng)溶解氧為7 mg/L左右時,系統(tǒng)中亞硝氮難以累積,而當(dāng)溶解氧為3 mg/L左右時,系統(tǒng)中亞硝氮實現(xiàn)了累積。為了深入研究短程硝化的控制措施,基于最小基質(zhì)濃度的概念建立了全混合懸浮體系短硝化控制數(shù)學(xué)模型并采用Matlab程序求解。計算結(jié)果表明僅通過改變基質(zhì)(氮和溶解氧)濃度或pH難以淘汰亞硝酸鹽氧化菌(NOB),而利用自由氨和自由亞硝酸的抑制作用,短硝化變得容易實現(xiàn)。生物膜短硝化控制機理與懸浮體系不同,采用生物膜反應(yīng)器模型對全混流硝化生物膜反應(yīng)器進行了蒙特卡羅模擬,考察了溶解氧濃度、邊界層厚度、氨氮表面負荷、溫度和進水氨氮濃度在反應(yīng)器啟動階段、NOB淘汰階段和長期運行階段對短硝化的影響。模擬結(jié)果表明生物膜內(nèi)氨氮和溶解氧濃度的比值是影響生物膜短硝化的關(guān)鍵因素。(3)采用Matlab和Aquasim求解了氣升式生物膜反應(yīng)器不同條件下的混合時間、氧相間傳遞速率以及反應(yīng)特性�；旌蠒r間隨流速和擴散系數(shù)的增大而增大。相間氧傳遞的量與氣相中含氧量相比可忽略不計。循環(huán)速度、氧體積傳質(zhì)系數(shù)、邊界層厚度、氨氮表面負荷、生物膜面積和進氣氧濃度對反應(yīng)器脫氮性能有顯著影響。
【關(guān)鍵詞】：短硝化 厭氧氨氧化 氣升式反應(yīng)器 生物膜模型
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ052
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-28
• 1.1 研究背景10-13
• 1.1.1 水體氮污染10-11
• 1.1.2 治理方法11-13
• 1.2 短硝化-厭氧氨氧化研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 短硝化過程影響因素13-16
• 1.2.2 厭氧氨氧化過程影響因素16
• 1.2.3 短硝化-厭氧氨氧化工藝16-17
• 1.3 氣升式反應(yīng)器研究現(xiàn)狀17-20
• 1.4 生物膜研究現(xiàn)狀20-26
• 1.4.1 生物膜反應(yīng)器21-22
• 1.4.2 一維生物膜模型22-25
• 1.4.3 多維生物膜模型25-26
• 1.5 研究內(nèi)容與技術(shù)路線26-27
• 1.6 本章小結(jié)27-28
• 2 研究方法28-39
• 2.1 實驗裝置28
• 2.2 測試參數(shù)和方法28-32
• 2.3 儀器和藥品32-33
• 2.4 模擬方法33-38
• 2.4.1 歐拉-歐拉模型33-35
• 2.4.2 多相湍流模型35-36
• 2.4.3 相間動量封閉關(guān)聯(lián)式36-37
• 2.4.4 前處理、數(shù)值求解和后處理37-38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 3 反應(yīng)器流動傳質(zhì)特性39-52
• 3.1 模型驗證39-44
• 3.1.1 求解設(shè)置40-41
• 3.1.2 網(wǎng)格獨立性41-43
• 3.1.3 結(jié)果與討論43-44
• 3.2 流動特性模擬44-48
• 3.2.1 網(wǎng)格獨立性45-46
• 3.2.2 流體力學(xué)特性46-48
• 3.3 流動傳質(zhì)特性實驗48-51
• 3.3.1 流體力學(xué)參數(shù)48-49
• 3.3.2 體積氧傳質(zhì)系數(shù)49-51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 4 短硝化工藝研究52-76
• 4.1 懸浮系統(tǒng)短硝化實驗52-54
• 4.2 懸浮系統(tǒng)短硝化模型54-61
• 4.2.1 模型建立54-57
• 4.2.2 雙基質(zhì)限制作用57-58
• 4.2.3 pH直接抑制作用58-59
• 4.2.4 FA和FNA抑制作用59-61
• 4.3 生物膜系統(tǒng)短硝化模擬61-74
• 4.3.1 一維動態(tài)生物膜模型61-64
• 4.3.2 模擬對象和方法64-69
• 4.3.3 操作條件的影響69-73
• 4.3.4 短硝化機理分析73-74
• 4.4 本章小結(jié)74-76
• 5 單級脫氮工藝模擬研究76-86
• 5.1 傳質(zhì)速率76-82
• 5.1.1 混合時間76-79
• 5.1.2 氧傳遞速率79-82
• 5.2 反應(yīng)器脫氮特性82-85
• 5.2.1 模型建立82-84
• 5.2.2 結(jié)果與討論84-85
• 5.3 本章小結(jié)85-86
• 結(jié)論86-87
• 參考文獻87-93
• 附錄A 時間步調(diào)整函數(shù)93-94
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況94-95
• 致謝95-96

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本文編號：1013232