發(fā)布時(shí)間：2020-09-04 06:55

　　 由于污水中的氮元素是誘發(fā)水體富營養(yǎng)化的主要因素,因此脫氮成為水處理研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。脫氮過程不僅需要大量專屬微生物的協(xié)同作用,而且對(duì)環(huán)境條件的要求十分苛刻,所以高效去除中高濃度有機(jī)含氮廢水中的含氮污染物更是水處理行業(yè)中的難題。目前國內(nèi)外普遍采用的厭氧、好氧串聯(lián)方法,不僅工藝流程長、基建費(fèi)用高、占地面積大,而且需要回流等額外設(shè)施。 本實(shí)驗(yàn)首先分別啟動(dòng)馴化厭氧折流板反應(yīng)器和膜曝氣生物膜反應(yīng)器,然后利用膜曝氣生物膜外層的厭氧狀態(tài)與厭氧折流板反應(yīng)器內(nèi)部環(huán)境相融合的特性,將馴化好的膜組件置入運(yùn)行穩(wěn)定的厭氧隔室內(nèi)構(gòu)成耦合反應(yīng)器。此工藝所具有的產(chǎn)酸、產(chǎn)甲烷、硝化和反硝化的多相分離特征,不僅避免了不同生化過程中相互競爭和抑制現(xiàn)象的產(chǎn)生,而且充分發(fā)揮了不同微生物種群之間的協(xié)同互生作用,實(shí)現(xiàn)了單一反應(yīng)器處理中高濃度有機(jī)含氮廢水的同時(shí)去碳脫氮功效。 (1)厭氧折流板反應(yīng)器采用直接接種厭氧顆粒污泥的低負(fù)荷同步啟動(dòng)方式,15d后處理效果便趨于穩(wěn)定。隨后兩次提高進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷,COD的去除率始終保持在90%以上。當(dāng)進(jìn)水COD濃度為1800 mg/L時(shí)三個(gè)隔室出水VFA濃度依次為673 mg/L、148 mg/L和24 mg/L,總產(chǎn)氣率依次為1.13 L/d,2.57 L/d和0.71 L/d,表明反應(yīng)器對(duì)有機(jī)污染物的去除效果良好。通過對(duì)各隔室出水水質(zhì)的分析和顆粒污泥表面生物相的研究,證明反應(yīng)器內(nèi)基本實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相的分離。 (2)通過與其它材質(zhì)的膜進(jìn)行對(duì)比表明,包裹無紡布的炭膜對(duì)微生物具有較強(qiáng)的吸附能力,適宜作為膜曝氣組件。實(shí)驗(yàn)分別考察了以空氣和純氧為氣源的膜曝氣生物膜反應(yīng)器運(yùn)行效果,前者穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的COD和TN去除率分別為83.6%和81.6%,而后者分別為82.4%和84.2%,均實(shí)現(xiàn)了同時(shí)去碳脫氮的功效。不同氣源所形成的生物膜均具有特殊的分層結(jié)構(gòu),生物膜內(nèi)層具有較高的氧氣濃度,微生物種群分布主要以好氧自養(yǎng)菌為主,而外層處于缺氧和厭氧狀態(tài),主要以異養(yǎng)菌為主。兩組膜組件在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的過厚生物膜,阻礙了底物和氧源在生物膜內(nèi)的有效傳遞,降低了處理效果。最后優(yōu)選出曝空氣膜組件與厭氧折流板反應(yīng)器進(jìn)行耦合實(shí)驗(yàn)研究。 (3)耦合反應(yīng)器對(duì)COD具有更好的去除效果,平均出水濃度和去除率分別為51mg/L和96.8%。當(dāng)進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷提高50%時(shí),出水COD濃度仍處于60 mg/L以下,具有良好的抗有機(jī)負(fù)荷沖擊能力。反應(yīng)器對(duì)含氮污染物的去除效果明顯,穩(wěn)定運(yùn)行期間對(duì)TN的平均去除率為80.1%。因?yàn)榱魅胍后w中有機(jī)底物的減少和硝態(tài)氮的增加,使得3號(hào)隔室的沼氣產(chǎn)量和甲烷含量均明顯減少,但是取而代之的是更為穩(wěn)定和優(yōu)良的出水水質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示耦合反應(yīng)器內(nèi)的生物膜保持了內(nèi)層好氧、外層缺氧/厭氧的特殊結(jié)構(gòu),而當(dāng)內(nèi)層的硝化細(xì)菌活性降低時(shí),脫氮效果隨之惡化。 (4)基于AQUASIM 2.0所建立的混合生物膜模型,驗(yàn)證了好氧自養(yǎng)菌主要分布在生物膜的內(nèi)層,而異養(yǎng)菌主要分布在生物膜的外層。靈敏度分析結(jié)果表明,微生物的最大比生長速率、細(xì)菌對(duì)氧的飽和常數(shù)和化學(xué)計(jì)量參數(shù)值對(duì)模擬中底物變量濃度的計(jì)算具有非常重要的影響,而其它常數(shù)在預(yù)測模型質(zhì)量方面所起到的作用較弱。模擬結(jié)果表明,C/N比值和生物膜厚度對(duì)于生物膜的處理功效均有重要的影響,C/N比值較低造成的反硝化碳源不足和C/N比值較高形成的對(duì)自養(yǎng)菌的抑制均會(huì)使得TN的去除率下降;而生物膜過厚時(shí)所造成的對(duì)底物傳質(zhì)的阻礙和過薄時(shí)形成的缺氧/厭氧環(huán)境的缺乏,同樣會(huì)降低脫氮的效果。數(shù)值模擬的應(yīng)用有助于耦合反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化及實(shí)際工程的應(yīng)用。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

厭氧折流板反應(yīng)器與膜曝氣生物膜反應(yīng)器的禍合作用研究化分為產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷兩個(gè)階段Iv，“】。有機(jī)物在產(chǎn)酸階段被水解和發(fā)酵后形成脂肪酸、醇類、二氧化碳和氫氣等，進(jìn)而在后面的產(chǎn)甲烷階段被轉(zhuǎn)化為沼氣。此理論簡要描述了厭氧消化的微生物種群的協(xié)同過程，在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)指導(dǎo)著生產(chǎn)實(shí)踐，并被用于厭氧生物處理過程的動(dòng)力學(xué)描述。由于產(chǎn)甲烷菌不能以兩碳以上的脂肪酸和除甲醇以外的醇類作為底物，所以此理論難以說明產(chǎn)甲烷菌利用多醇、多酸而進(jìn)行生命活動(dòng)的本質(zhì)。隨著人們對(duì)厭氧消化過程中微生物種群間的不斷了解，Bryant等人l0]發(fā)現(xiàn)了奧氏甲烷桿菌是一種甲烷菌與一種產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌構(gòu)成的共生體，并于1979年提出了厭氧消化三階段理論【l0]。如圖1.IB所示，此理論是目前最常使用的理論模式，將厭氧消化過程劃分為水解、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷三個(gè)階段，與二階段理論相比明顯的不同之處在于突出了產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌在發(fā)酵過程中的核心地位，并將其單獨(dú)劃分為一個(gè)階段。產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將多酸、多醇等轉(zhuǎn)化為產(chǎn)甲烷菌可直接利用的底物，補(bǔ)充了二階段理論的不足。

Fig.1.2DifferenttyPeso，fABR為了減少污泥的流失和減輕第一隔室的有機(jī)負(fù)菏，BooPathy等人I2’】針對(duì)養(yǎng)豬場廢水設(shè)計(jì)了一種兩隔室的ABR，如圖1.2D所示，其中1號(hào)隔室的體積是2號(hào)隔室的2倍。雖然此結(jié)構(gòu)減緩了水流在1號(hào)隔室的上升速度，增強(qiáng)了微生物截留能力，但是與等體積的三隔室ABR對(duì)比，處理效果反而變差。同樣是針對(duì)處理養(yǎng)豬場廢水，Yang等人[zs】

圖L6傳統(tǒng)生物膜(A)與膜曝氣生物膜(B)的示意圖Fig.1.6SchematierePresentationofTdB(A)andMAB(B)(2)膜組件的構(gòu)造膜組件的性能對(duì)于MABR的運(yùn)行至關(guān)重要，目前所采用的膜主要有三種:微孔膜、致密膜和復(fù)合膜卿，‘oo]。微孔膜的應(yīng)用比較廣泛，其傳質(zhì)機(jī)理為孔內(nèi)氣體的均相傳質(zhì)。雖然微孔膜傳質(zhì)阻力可以忽略不計(jì)，但是附著的生物膜容易改變其親水性，造成傳質(zhì)效果的下降，因而不宜長時(shí)間使用。由于氧氣在硅樹脂中的溶解度要遠(yuǎn)高于其在水中的溶解度，所以致密膜具有很高的滲透性，其傳質(zhì)機(jī)理為溶解擴(kuò)散。致密膜具有較高的膜界面壓力，所以不會(huì)像微孔膜那樣容易堵塞，適宜長時(shí)間的使用。將聚合物覆蓋在微孔膜表面，即形成了復(fù)合膜，其兼具了微孔膜和復(fù)合膜的特點(diǎn)。按照氣體在膜組件中流通方式的不同，可將曝氣方式分為閉端式和貫通式。前者是指氣體從膜組件的一端進(jìn)入，而另一端封死;后者是指氣體從膜組件的一端進(jìn)入，從另一端排出。閉端式雖然可以實(shí)現(xiàn)100%的氧氣使用效率，比較適宜純氧曝氣，但是容易在膜腔內(nèi)形成氣體分壓的不均勻，其它氣體的融入會(huì)造成氧傳質(zhì)效率的下降。而貫通式

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 王雷;席北斗;張列宇;夏訓(xùn)峰;熊瑛;牛永超;王涵;;序批式生物膜反應(yīng)器處理農(nóng)村生活污水的填料對(duì)比研究[J];環(huán)境污染與防治;2012年07期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 王雷;微納米曝氣生物膜反應(yīng)器處理農(nóng)村生活污水研究[D];沈陽航空航天大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2812008