【摘要】：厭氧折流板反應(yīng)器(Anaerobic Baffled Reactor,簡稱ABR)因其工藝穩(wěn)定、節(jié)能、運行簡單等優(yōu)點,近年來在中、高濃度污水處理中得到了飛速發(fā)展。但是城市污水和許多工業(yè)廢水的濃度一般較低(COD2000mg/L),由于底物濃度的降低使產(chǎn)氣量減少,底物和污泥之間的傳質(zhì)作用變差,微生物活性得不到充分發(fā)揮,從而限制了ABR工藝在處理低濃度污水中的應(yīng)用,因此,為了促進(jìn)微生物及底物之間的良好接觸,改良型厭氧折流板反應(yīng)器(Modified Anaerobic Baffled Reactor,簡稱m ABR)將傳統(tǒng)ABR工藝的折流板結(jié)構(gòu)設(shè)計成異波折板形式,使水流產(chǎn)生湍流流態(tài),傳質(zhì)效率更高,為提高有機(jī)物的去除創(chuàng)造更有利的條件。此外,m ABR通過設(shè)計合理的隔室容積比,為不同細(xì)菌菌群提供適宜的生長環(huán)境、增強單位體積細(xì)菌的活性,使反應(yīng)器具有微生物活性高、混合程度高和基質(zhì)降解推動力高的特點。通過水力特性試驗,采用停留時間分布(Residence time distribution,簡稱RTD)法,將平面折板反應(yīng)器(Plane Folded Plate Reactor,簡稱PFPR)和異波折板反應(yīng)器(Opposite Folded Plate Reactor,簡稱OFPR)在清水試驗條件和接種試驗條件下的混合流態(tài)和死區(qū)進(jìn)行了對比分析,并結(jié)合討論了特征截面面積對反應(yīng)器混合流態(tài)的影響,從而為ABR內(nèi)合理的折流板設(shè)計提供理論指導(dǎo),主要得到如下結(jié)論:相同HRT時,清水試驗和接種試驗條件下OFPR的畢克列數(shù)Pe和理論串聯(lián)級數(shù)N的值均大于PFPR,說明相同條件下OFPR的混合流態(tài)更趨近于平推流;OFPR特殊的異波折板結(jié)構(gòu)增強了反應(yīng)器內(nèi)的湍流效應(yīng)和傳質(zhì)效應(yīng),無論清水試驗和接種試驗,相同HRT時OFPR的死區(qū)均小于PFPR的死區(qū);OFPR的上向流室內(nèi)由于特征截面面積的交替變化導(dǎo)致截面流速和雷諾數(shù)的不斷變化,使水流的紊動程度較PFPR有明顯的增加,而紊動有助于提高有機(jī)物的降解速度。在35±0.5℃條件下,采用保持進(jìn)水COD濃度不變并逐漸縮短HRT的方式對基于OFPR水力特性構(gòu)建的m ABR反應(yīng)器進(jìn)行啟動,對啟動過程中COD、VFA和p H值進(jìn)行了監(jiān)測,并采用分形幾何理論對m ABR內(nèi)顆粒污泥形成的分形特征進(jìn)行了圖像分析。研究結(jié)果表明:每次有機(jī)負(fù)荷提高后,反應(yīng)器的COD去除率、出水VFA濃度和p H值都會呈現(xiàn)出短暫的波動,但是無需采取任何措施,幾天之后就會很快得到恢復(fù),說明m ABR的特殊結(jié)構(gòu)使其具有較好的抗沖擊負(fù)荷能力;啟動完成后,m ABR的四個隔室內(nèi)均形成了大量性能良好的顆粒污泥,平均粒徑大小為第一隔室第三隔室第二隔室第四隔室,污泥沉降性能和分形維數(shù)大小為第三隔室第二隔室第四隔室第一隔室。在35±0.5℃條件下,研究了m ABR在不同HRT時處理人工配置廢水的運行效能、混合流態(tài)及死區(qū)變化。研究結(jié)果表明:保持進(jìn)水COD濃度不變,隨著HRT的減少,反應(yīng)器總產(chǎn)氣量和出水VFA濃度逐漸增加,出水p H值逐漸降低;當(dāng)HRT在8~20h范圍時,COD去除率隨HRT的增加而升高、出水TSS濃度隨HRT的增加而減少,當(dāng)HRT進(jìn)一步增加時,COD去除率反而降低,出水TSS濃度增加;m ABR的第一隔室和第二隔室對基質(zhì)的降解起主要作用,因而前兩個隔室的產(chǎn)氣量和VFA濃度較高,沿程隔室p H值逐漸升高;在試驗范圍HRT時,m ABR處于平推流和完全混合流之間的“中間流態(tài)”,且HRT越長,反應(yīng)器越趨于平推流流態(tài),但是死區(qū)隨著HRT的增加而逐漸增大,因此,考慮到傳質(zhì)驅(qū)動力及容積利用率對實際去除效果的影響,在處理本試驗廢水時確定反應(yīng)器運行的最優(yōu)HRT為16~20h。通過進(jìn)水水質(zhì)特征分析以及對m ABR數(shù)學(xué)模型動力學(xué)參數(shù)和化學(xué)計量系數(shù)的確定,對m ABR出水COD濃度、出水TSS濃度、產(chǎn)氣量和出水p H值進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明:當(dāng)有機(jī)負(fù)荷較低時,數(shù)學(xué)模型對產(chǎn)氣量、出水COD濃度和TSS濃度的預(yù)測準(zhǔn)確度較高,整個試驗條件下模型對p H值的預(yù)測均較好,說明該模型可以很好地預(yù)測m ABR內(nèi)的生物量,進(jìn)而模擬運行效果的表現(xiàn)。最終得出,通過進(jìn)水水質(zhì)特征分析及動力學(xué)參數(shù)和化學(xué)計量系數(shù)的確定,建立的數(shù)學(xué)模型可以作為分析m ABR運行效能的有效工具,進(jìn)而通過尋找最優(yōu)運行條件,使反應(yīng)器的反應(yīng)效率得到提高。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X703
【圖文】：

- 2 -圖 1-1 有機(jī)物厭氧消化過程示意圖Fig. 1-1 Schematic diagram of anaerobic digestion processes for organic compound在無氧或缺氧的條件下，污水中的碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂類等有機(jī)物在各種產(chǎn)酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌的協(xié)同作用下，依次經(jīng)歷了從水解、產(chǎn)酸發(fā)酵、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸到產(chǎn)甲烷的分解代謝過程，最終被分解為 CH4、CO2和 H2O 等1. 水解階段 有機(jī)物的水解過程是厭氧代謝的第一步，在該階段，復(fù)雜的、難溶于水的和不能通過細(xì)胞膜為微生物直接利用的非溶解性聚合物在厭氧菌胞外酶的作用下被水解為單體或二聚體有機(jī)物，這些單體或二聚體有機(jī)物可以溶于水并且能夠穿過細(xì)胞膜而被微生物直接利用，如碳水化合物被水解為單糖，脂類被轉(zhuǎn)化為長鏈脂肪酸和甘油，蛋白質(zhì)被水解為短肽和氨基酸等。參與水解過程的微生物數(shù)量十分龐大且細(xì)菌菌群構(gòu)成復(fù)雜，這些混合細(xì)菌能將各類復(fù)雜的大分子有機(jī)物在產(chǎn)酸發(fā)酵前進(jìn)行分解，按照分解產(chǎn)物的不同可以將參與水解過程的微生物分別命名為纖維素分解菌、淀粉分解菌、脂肪分解菌、蛋白質(zhì)分解菌等。

第 2 章 實驗設(shè)備及分析方法第 2 章 實驗設(shè)備及分析方法2.1 mABR 實驗裝置構(gòu)成及主要運行參數(shù)2.1.1 實驗裝置構(gòu)成改良型厭氧折流板反應(yīng)器（Modified Anaerobic Baffled Reactor，簡稱 mABR由有機(jī)玻璃制成，設(shè)計長 74cm，寬 10cm，高 100cm，保護(hù)高 10cm，總?cè)莘e為60.9L，有效容積為 54.8L，共分為四個隔室。將反應(yīng)器置于水浴箱內(nèi)加熱保溫，濕式溫控儀控制反應(yīng)溫度，蠕動泵（Longer WT600-2，中國）控制進(jìn)水流量。mABR 實驗裝置如圖 2-1 所示。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文2.2.1 PFPR 和 OFPR 水力特性試驗的建立用于水力特性試驗的 PFPR 和 OFPR 均由有機(jī)玻璃制成，設(shè)計長 64cm，寬10cm，高 45cm，保護(hù)高 5cm，每個反應(yīng)器的總?cè)莘e為 28L，有效容積為 24L。PFPR 和 OFPR 內(nèi)的折流板均采用豎流式，分為四個隔室，下向流室與上向流室的體積比為 1:3。其中，將 OFPR 內(nèi)垂直設(shè)置的折流板設(shè)計成一系列夾角為120 度的波狀結(jié)構(gòu)，波峰相對，波高為 2cm，而 PFPR 則采用傳統(tǒng) ABR 的平面折板作為折流板。兩個反應(yīng)器均采用電熱線纏繞在外壁上加熱保溫，濕式溫控儀控制運行溫度為 35±0.5℃，蠕動泵（Longer WT 600-2，中國）控制流量。圖 2-2 為面折板反應(yīng)器（PFPR）和異波折板反應(yīng)器（OFPR）水力特性試驗裝置圖。

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本文編號：2799709