【摘要】： 傳統(tǒng)的生物脫氮工藝所包括的硝化和反硝化反應是在兩個或多個獨立的反應器中進行，或是在時間上造成交替缺氧和好氧環(huán)境的同一個反應器中進行，脫氮過程所需的硝化液的回流需要外加動力泵來實現(xiàn)。這樣的工藝投資和運行費用較高，占地面積大。針對這些問題，本課題組設計制作了新型一體化氣動內循環(huán)生物膜反應器，用于生活污水的脫氮和脫碳處理，硝化反應和反硝化反應分別在反應器不同分區(qū)內完成，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現(xiàn)了硝化液在反應器內的循環(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內循環(huán)生物膜反應器不同分區(qū)結構對脫氮性能的影響，確定了反應器較優(yōu)的結構形式為二區(qū)結構；在此基礎上研究了運行溫度、曝氣量、進水COD／TN等運行條件對反應器脫氮性能的影響；并對反應器內實現(xiàn)短程硝化反硝化脫氮的可行性進行了研究；最后對本反應器的脫氮機理進行了特性分析。主要研究內容和研究結果如下。 (1)論文首先研究比較了不同分區(qū)形式的反應器的脫氮效率。結果表明三區(qū)和二區(qū)結構形式的一體化生物膜反應器均可以在水平方向實現(xiàn)溶解氧的梯度分布，在單體反應器內同時實現(xiàn)了硝化和反硝化過程。在一定的運行條件下，由于硝化區(qū)容積的相對增加二區(qū)反應器比三區(qū)反應器的TN去除效率由所增加。二區(qū)反應器對模擬生活污水的TN去除負荷可達到0．080 kgTN／(m~3·d)，有機物的去除負荷可達到0．53 kgCOD／(m~3·d)。熒光原位雜交實驗表明，二區(qū)反應器的緩沖區(qū)內亞硝酸細菌豐度有所增加。以上實驗說明二區(qū)結構反應器的脫氮性能優(yōu)于三區(qū)結構反應器的脫氮性能。故此，本論文確定了反應器較優(yōu)的結構形式為二區(qū)結構。 (2)研究了進水COD／TN和曝氣量對反應器硝化反硝化的聯(lián)合影響。在進水COD／TN值(2．0)較小的情況下，反硝化是脫氮的限制步驟，TN去除負荷為0．052kgTN／(m~3·d)。當進水COD／TN值為3．5，通過調整曝氣量，TN去除負荷可達到0．069kgTN／(m~3·d)。當進水COD／TN值為6．2時，TN去除負荷達到0．080 kgTN／(m~3·d)。在一定的進水COD／TN下，曝氣量的增加一方面會使缺氧區(qū)中的溶解氧升高，不利于反硝化；另一方面也會促進硝化液的回流，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。但曝氣量達到一定量(1400 L/h)之后會不利于反硝化反應的進行，進而不利于TN的脫除。 (3)反應器緩沖區(qū)和缺氧區(qū)之間的控制板高度決定了兩區(qū)之間反應液流通截面積，而反應液流通截面積直接影響反應器內液體的循環(huán)量和缺氧區(qū)內的溶解氧濃度。本論文研究了反應液流通截面積對脫氮效率的影響。結果表明，在一定的曝氣量下，通過增大反應液流通截面積可以增加反應器內的液體循環(huán)量，提高脫氮效率。當曝氣量為850 L／h，反應液流通截面積由150cm~2增大到300cm~2時，TN去除負荷由0．059提高至0．065kgTN／(m~3·d)。而當曝氣量較高為1100 L／h時，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，進而不利于TN的去除。 (4)研究了運行溫度和有機碳源對反應器脫氮性能的聯(lián)合影響。結果表明，在一定的進水有機負荷下，隨著運行溫度的升高，NH_4~+-N和TN去除率都有所升高。在一定的運行溫度下，隨著進水有機負荷的增加，硝化率下降，反硝化率升高。運行溫度為8℃，進水中不加有機碳源時，NH_4~+-N去除率可達到95％，去除負荷為0．086 kgNH_4~+-N／(m~3·d)，TN去除率僅為10％左右。 (5)對反應器能否以短程硝化反硝化原理脫氮進行了研究。結果表明運行溫度為8℃，進水TN濃度為68-80 mg／L時，通過調整進水堿度反應器內可以實現(xiàn)短程硝化。亞硝酸鹽積累率達到80％，NH_4~+-N去除率達到88％，NH_4~+-N去除負荷為0．075kgNH_4~+-N／(m~3·d)。硝酸菌屬的熒光原位雜交實驗表明在8℃下反應器實現(xiàn)短程硝化，很可能是硝酸細菌的活性被抑制了。運行溫度為29℃時，進水TN濃度為114-146 mg／L時，通過調整進水堿度和曝氣量，反應器可以以短程硝化反硝化的原理進行脫氮。好氧區(qū)和緩沖區(qū)中亞硝酸鹽積累率分別為77％，79％。TN去除率達到72％，TN去除負荷為0．130 kgTN／(m~3·d)。熒光原位雜交實驗表明在29℃下反應器內實現(xiàn)穩(wěn)定的短程硝化反硝化是由于硝酸細菌的活性長時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器的脫氮機理。硝化反應主要在好氧區(qū)內完成，反硝化反應主要在缺氧區(qū)內完成。不同分區(qū)的污泥都同時具有硝化活性和反硝化活性。本反應器的脫氮過程，一方面是基于不同分區(qū)內發(fā)生的硝化反應和反硝化反應以達到脫氮的目的；另一方面，由于反應器各區(qū)內液體混合形態(tài)不均勻以及各區(qū)溶解氧分布不均，在每一個分區(qū)內都可能同時發(fā)生硝化反應和反硝化反應。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：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反應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。反應器的部分出水經(jīng)氣一液一固三相分離器后，和進水一起循環(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。該裝置分為內外兩個圓筒，內層為厭氧區(qū)，設有電動攪拌裝置，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，使污泥自動回流。污水從厭氧區(qū)自流至好氧區(qū)，反應完成后

制板將反應器分為三個分區(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)底部一側設曝氣裝置。三個區(qū)域均設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，實現(xiàn)有機碳化合物的降解、硝化和反硝化等生物過程。進水口位于各區(qū)填料中部，可分別單獨進水或同時進水，在本論文中進水從缺氧區(qū)進入。出水口位于緩沖區(qū)，溢流出水。剩余污泥匯集在反應器底部，經(jīng)過自然擠壓濃縮后進入到特殊的變距螺旋脫水機脫水后外運。三個反應分區(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)形式反應器各區(qū)00的分布情況圖3.10歹g出了三區(qū)反應器和二區(qū)反應器共五個實驗階段下各區(qū)中的DO濃度。可以看出在好氧區(qū)中DO平均濃度始終大于2.8m叭。當曝氣量從noo眺增大到1800眺時(從階段I到階n)，各區(qū)DO濃度均有所增加。在二區(qū)反應器的階段W，好氧區(qū)中的DO濃度與三區(qū)反應器的好氧區(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)此時對NH4氣N降解的貢獻增大，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】

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本文編號：2785027