【摘要】：在深入分析當(dāng)前城市污水處理工藝特性和控制理論的基礎(chǔ)上,從創(chuàng)建多流態(tài)來延長氣泡行程和提高氧利用效率的角度出發(fā),研制了一種具有多氧區(qū)域來實現(xiàn)同步硝化反硝化的微壓內(nèi)循環(huán)多生物相反應(yīng)器(Micro-Pressure Inner-Loop Bioreactor,MPR)。進一步以高濃度有機廢水、常溫和低溫城市污水為對象,開展反應(yīng)器內(nèi)流場、曝氣節(jié)能和同步有機物去除與脫氮機理研究,獲得如下結(jié)論:(1)以MPR內(nèi)渦流特征為研究對象,利用智能流速儀和示蹤粒子圖像法系統(tǒng)分析了MPR的流速、溶解氧濃度和污泥濃度分布情況,結(jié)果顯示:MPR內(nèi)流速由外向內(nèi)逐漸減小,外環(huán)流速高達36 mm/s,而內(nèi)環(huán)流速低于3 mm/s;溶解氧濃度分布也呈現(xiàn)明顯的梯度變化,周邊溶解氧濃度達到2.02 mg/L,中心區(qū)域濃度低于0.05 mg/L;污泥濃度與流速和溶解氧濃度呈現(xiàn)相反的變化規(guī)律,由外向內(nèi)逐漸增大,濃度差高達400 mg/L。(2)在序批式操控條件下,常溫下對比了MPR和傳統(tǒng)完全混合曝氣反應(yīng)器(SBR運行)對城市污水的處理效果,結(jié)果顯示:在單一周期內(nèi),MPR能夠高效脫氮,且在4.5小時內(nèi)可達到90%的有機物去除率,而SBR需要6小時,體現(xiàn)了MPR良好的同步有機物去除和脫氮功能,且節(jié)省反應(yīng)時間(曝氣節(jié)能)。(3)進一步分析了MPR反應(yīng)器的抗沖擊負荷性能,結(jié)果顯示:MPR進水CODCr在713.5-2979.1mg/L范圍內(nèi)(0.4~1.8kg CODCr/(m3·d)),出水CODCr為24.9~99.7 mg/L,呈現(xiàn)出高效有機物效果(去除率91.0%)。在這個階段,進水TN在106.3-215.1 mg/L,出水總氮低至14.3 mg/L(去除率高達92.5%),表明MPR具有良好的抗沖擊負荷能力,在高有機物條件下仍具有優(yōu)異的脫氮效果。(4)在連續(xù)流運行條件下,研究了MPR處理常溫城市污水的性能,結(jié)果顯示:在實驗周期內(nèi)(120天),進水CODCr在150.5~556.2 mg/L范圍內(nèi),出水中CODCr低于50 mg/L,優(yōu)于國家一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。(5)在3~15℃條件下開展了MPR連續(xù)流處理城市污水的實驗,結(jié)果顯示:MPR在15℃可以快速啟動,并呈現(xiàn)良好的氨氧化效率和高有機物去除率,進水CODCr為60.2~450.1 mg/L時(0.18~1.24 kg CODCr/(m3·d))時,出水CODCr低于43.3mg/L。逐步降溫培養(yǎng),可以在MPR缺氧區(qū)內(nèi)形成穩(wěn)定的兼性菌群來實現(xiàn)硝酸鹽的反硝化,使3-9℃運行時出水總氮低于15 mg/L。與正常啟動相比,低溫下MPR停止后仍可以快速啟動,并具有高有機物去除效果,同時增強反硝化效果使總氮去除率達到76.2%。在超低溫3度時,MPR運行穩(wěn)定,即使在外加氮源的運行條件下,有機物和總氮去除率分別達到94.1%和85%。(6)低溫菌群分析顯示:15℃啟動初期,中溫菌會大量死亡,但逐步變溫培養(yǎng)有助于活性污泥中低溫細菌大量生殖,并取代中溫菌占據(jù)主導(dǎo)地位,由此迅速分解水中有機物并生殖,并將氨氮氧化成硝酸鹽。由于MPR的特殊結(jié)構(gòu)延長了氣泡行程,提高了氧利用效率,并在曝氣推動下混合液形成了渦流,出現(xiàn)一個含有異氧微生物硝化的好氧區(qū)和一個含有兼性微生物脫氮的缺氧區(qū),所以MPR中存在大量缺氧細菌強化了低溫下脫氮效果。低溫下實驗停止后重新啟動,顯著強化了適合缺氧條件下生長的反硝化細菌生殖來還原水中硝酸鹽,證明了低溫下接種缺氧污泥有助于在MPR快速啟動時強化脫氮功能。
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X703

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本文編號：2711010