二次流场下好氧颗粒污泥的培养及实验研究

论文摘要

我国城市化进程的不断加快,中小城镇、农村及社区的废水排放量和污染程度都不断增大,对环境造成极大的危害,促使生物处理工艺沿着高效集成的趋势发展,研制开发集成型高效的污水处理工艺势在必行。近年研究较多的好氧颗粒污泥相比其他生物处理法,具有沉降性能高、生物活性好、生物量大、抗冲击负荷能力强等特点,能够使反应器内维持更高的微生物浓度,达到高效降解的目的,受到国内外学者的广泛关注。目前,好氧颗粒污泥主要是在高径比较大的SBR反应器中培养出来的,其研究主要集中在运行模式、营养补给、曝气条件等方面,而流体剪切力对颗粒污泥成型的影响方面的研究报道很少。流体剪切力即流体动力条件(流场和剪切力)作为影响颗粒污泥构成和稳定的主要因素之一,在微生物的附着和自固定过程中起着重要作用。本研究通过优化改变SBR反应器的边界条件,研制开发出二次流SSBR反应器(Secondary Sequencing Batch Reactor),与SBR反应器(Sequencing Batch Reactor)对比,同步培养高浓度好氧颗粒污泥。通过实验分析颗粒污泥形态、特性及其不同反应器的传质性能、污水处理性能、稳定性等问题,研究特定流体动力条件(二次流场)对好氧颗粒污泥成型和反应器传质、降解性能的影响及其机理分析。①对比SSBR和SBR的颗粒污泥特性表明,控制动力条件,优化二次流场,可以改善颗粒污泥性能,进而加快污泥颗粒化进程,并且其良好沉降性能有利于高浓度颗粒污泥的形成,是实现生物高效降解的有效途径;②对比SSBR和SBR反应器处理性能的实验发现:在SSBR反应器中,优化流体动力条件能够提高容器中的氧传质速率,有利于提高颗粒污泥内部的溶解氧渗透深度,对颗粒污泥中心区域的营养供给充分,颗粒污泥内部微生物不易老化,有利于颗粒污泥体系的稳定和强化有机物及有机氮的去除效率。最后,研制开发了高浓度絮体化好氧颗粒污泥流化床装置,并针对生活废水进行半工业性实验。经过3个月连续运行,实验结果表明高浓度絮体化好氧颗粒污泥流化床具有较高的生物降解效率,且能够稳定运行。实验表明:该装置内MLSS达到14 g/l,是AA/O氧化沟(MLSS:3~4 g)的4倍。其水力停留时间1h时的出水COD浓度是45 mg/l,达到国家排放标准,控制水力停留时间4 h时,出水COD浓度稳定在23mg/l左右,其处理效率是传统AA/O氧化沟工艺的4倍。并分析高浓度絮体化好氧颗粒污泥稳定运行的机理,在此基础上提出的“包裹—破裂—再包裹”模型,为絮体化好氧颗粒污泥污高效降解提供一定的理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 好氧颗粒污泥的研究进展
• 1.1.1 国外研究概况
• 1.1.2 国内研究概况
• 1.2 好氧颗粒污泥的特征和结构
• 1.2.1 颗粒污泥的物理特征
• 1.2.2 颗粒污泥的化学特性
• 1.2.3 颗粒污泥的微观结构及生物种群的多样性
• 1.3 好氧颗粒污泥颗粒化的影响因素
• 1.3.1 物理因素
• 1.3.2 化学因素
• 1.3.3 生物因素
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 1.4.1 好氧颗粒污泥研究发展趋势及存在的问题
• 1.4.2 主要研究内容
• 1.4.3 研究意义
• 第二章 颗粒污泥培养的实验装置与分析方法
• 2.1 实验装置及主要仪器设备
• 2.1.1 实验装置流程
• 2.1.2 SSBR装置的改进原理及特点
• 2.2 分析方法
• 2.2.1 常规分析项目
• 2.2.2 颗粒污泥的粒径分布
• 2.2.3 颗粒污泥的污泥形态观察
• 2.2.4 MLSS和MLVSS的测定
• 2.2.5 好氧颗粒污泥比重的测定
• 2.2.6 好氧颗粒污泥比耗氧速率的测定
• 第三章 SBR和SSBR好氧颗粒污泥的培养及其性质
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 实验用水
• 3.1.2 接种污泥
• 3.1.3 运行过程
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 好氧颗粒污泥形成过程及结构
• 3.2.2 好氧颗粒污泥的粒径
• 3.2.3 好氧颗粒污泥的沉降性能
• 3.2.4 好氧颗粒污泥的比重
• 3.2.5 好氧颗粒污泥的含水率
• 3.2.6 反应器中污泥浓度变化
• 3.2.7 好氧颗粒污泥的耗氧速率
• 3.2.8 SEM电镜分析
• 3.3 小结
• 第四章 SBR反应器与SSBR反应器的性能研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 操作参数
• 4.1.3 实验方案与方法
• 4.2 对比不同流体动力条件下的传质性能实验
• 4.2.1 传质性能的清水实验
• 4.2.2 生物降解过程的传质性能
• 4.3 不同流体动力条件下的COD去除性能实验
• 4.3.1 颗粒污泥成型和稳定期的去除性能
• 4.3.2 SBR和SSBR反应器单循环COD的变化
• 4.4 不同流体动力条件下的除氮性能实验
• 4.4.1 氨氮去除变化
• 2^-和NO₃^-浓度的变化'>4.4.2 NO₂^-和NO₃^-浓度的变化
• 4.5 小结
• 第五章 SSBR好氧颗粒污泥成型机理及其降解传质过程分析
• 5.1 流体动力条件对颗粒污泥成型的影响
• 5.1.1 好氧颗粒污泥反应器中流体动力条件的重要性
• 5.1.2 流体动力条件对颗粒污泥成型的影响分析
• 5.2 流体动力条件对传质的影响
• 5.2.1 传质效率对高浓度好氧颗粒污泥稳定运行的影响
• 5.2.2 流体动力条件对氧传质的影响分析
• 5.2.3 流体动力条件对有机底物传递过程的影响分析
• 5.3 二次流在好氧颗粒污泥成型及其稳定运行的应用
• 5.3.1 二次流原理
• 5.3.2 二次流改变容器内流场分布影响颗粒污泥成型的研究
• 5.4 小结
• 第六章 高浓度絮体化好氧颗粒污泥流化床污水处理实验
• 6.1 实验装置及方法
• 6.1.1 实验装置
• 6.1.2 实验装置设计原理
• 6.1.3 流化床运行条件及分析方法
• 6.2 实验结果与分析
• 6.2.1 加药量对好氧颗粒污泥流化床运行状况的影响
• 6.2.2 搅拌速度对流化床运行效果的影响
• 6.2.3 水力停留时间对好氧颗粒污泥流化床运行效果的影晌
• 6.3 高浓度絮体化好氧颗粒污泥的传质模型及机理
• 6.3.1 单个絮体颗粒污泥的传质过程及模型
• 6.3.2 反应器内的传质过程及物理模型
• 6.3.4 宏观传质的数学模型推论
• 6.4 小结
• 第七章 结论及展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间主要的研究成果
• 致谢