悬浮填料生物膜特性及其处理高浓度有机废水效能研究

论文摘要

生物膜法作为与活性污泥法并重的一种污水处理工艺具有其独特的优点,研究生物膜的形成和脱落机理有利于进一步了解生物膜的工作原理,从而通过人工手段来维持适宜的生物膜厚度和获得较高的生物膜活性,为生物膜法在实际废水中的应用提供理论支持。另外,开发用于处理高浓度有毒有机废水的新型高效稳定生物处理工艺对当前环境的改善具有重要的意义。本论文以自行开发的混有无机活性粒子的聚乙烯高分子塑料为生物填料,以移动床为主体工艺,来研究生物膜在该填料上的形成过程和脱落机理,并研究该填料生物膜工艺去除高浓度有机废水中C、N等营养元素的效能与作用机制以及进行深度短程硝化的处理效果。本论文首先研究了生物膜的形成与脱落机理。提出了生物膜生物量流率和生物量停留时间（即生物膜污泥龄）的概念并给出其相应的定义。在联合基质平衡和微生物增长动力学的基础上推导出生物量流率和生物量停留时间的数学模型式,该模型能用来描述生物膜在稳定运行过程中附着、脱落、生长以及消亡四者之间的动态行为关系。它反映了在生物膜中微生物或者是粒子在生物膜中的平均停留时间。实验发现稀释率对生物量停留时间起着决定性作用,进而影响生物膜的结构、活性、组成、强度、污泥产率以及表面形貌。随着稀释率的增加,生物膜的生物量流率增加而生物量停留时间减少。当稀释率由1day-1增加到8day-1时,生物膜的生物量流率由0.2852 gSS/（m2?d）增加到2.1001 gSS/（m2?d）,相应的生物量停留时间则由13.12day减少到2.49day。生物量停留时间短意味着生物膜表面的细胞生长和更新速率加快。致使生物膜变厚同时密度变小,生物膜表面由致密光滑变得更加松散多孔。生物膜表面大量微孔的形成有利于基质在膜内的传质,同时由于细胞生长和表面更新的加快,大量的有活力的年轻的新生代占据生物膜的表面,正是这两个原因促使生物膜活性随着生物量停留时间的缩短而提高。同时也是污泥产率提高的主要原因。本论文对比研究了厌氧生物膜和好氧生物膜法对高浓度苯胺化工废水的处理效果。结果表明,厌氧处理的运行负荷和处理效率不仅要比好氧处理高,而且对有机氮的氨化速率也比好氧处理提高了42%,但厌氧无法有效去除氨氮。针对苯胺废水的特点,开发了一种同步产甲烷反硝化的厌氧-好氧生物膜组合工艺,通过直接回流好氧硝化液到厌氧反应器来实现在同一个

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 生物膜的一般形成机理
• 1.3 生物膜形成机理研究现状
• 1.3.1 生物膜形成影响因素
• 1.3.2 生物膜生长机理及模型
• 1.4 生物膜脱落机理及模型
• 1.4.1 影响生物膜脱落的影响因素
• 1.4.2 生物膜脱落速率的数学模型
• 1.5 生物膜反应器
• 1.5.1 生物膜反应器的发展沿革
• 1.5.2 生物膜反应器的分类
• 1.5.3 生物膜反应器的特征
• 1.5.4 生物膜反应器的发展趋势
• 1.6 移动床生物膜反应器的特点和研究现状
• 1.6.1 移动床生物膜反应器的概念和特征
• 1.6.2 移动床生物膜反应器工作原理
• 1.6.3 生物填料
• 1.6.4 移动床生物膜反应器的优点
• 1.6.5 国内外研究现状和应用实例
• 1.7 本论文研究的目的和意义及研究内容
• 1.7.1 本论文研究的目的和意义
• 1.7.2 本论文的主要内容
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 实验装置与试剂
• 2.1.1 实验装置与生物填料
• 2.1.2 实验试剂
• 2.2 分析项目和实验方法
• 2.2.1 主要常规分析项目
• 2.2.2 反应器内生物量的测定
• 2.2.3 生物膜厚度和密度的测定
• 2.2.4 比好氧速率的测定
• 2.2.5 比基质利用速率的测定
• 2.2.6 EPS萃取程序
• 2.2.7 碳水化合物的测定
• 2.2.8 蛋白质的测定
• 2.2.9 污泥产甲烷活性的测定
• 2.2.10 硝氮抑制实验
• 2.2.11 氨氮急性毒性实验
• 2.2.12 MPN法测定生物膜中亚硝化菌的数量
• 2.2.13 生物相观察
• 第3章 生物膜生物量停留时间的提出与作用
• 3.1 污泥停留时间（SRT）在活性污泥法中的作用
• 3.2 生物膜生物量停留时间的定义及数学推导
• 3.2.1 生物膜生物量停留时间的定义
• 3.2.2 生物量停留时间的数学推导
• 3.3 生物量停留时间在生物膜工艺中的作用
• 3.3.1 生物量停留时间数学模型中动力学参数的求解
• 3.3.2 不同稀释率下的生物量停留时间
• 3.3.3 BRT对生物膜结构的影响
• 3.3.4 BRT对生物膜活性的影响
• 3.3.5 BRT对生物膜组成的影响
• 3.3.6 BRT对生物膜强度的影响
• 3.3.7 BRT对生物膜污泥产率的影响
• 3.3.8 生物膜形貌的描述
• 3.4 本章小结
• 第4章 厌氧和好氧生物膜法处理苯胺废水比较研究
• 4.1 苯胺废水处理现状
• 4.1.1 物理处理方法
• 4.1.2 化学处理方法
• 4.1.3 生物处理方法
• 4.2 厌氧生物膜法处理苯胺废水研究
• 4.2.1 厌氧生物膜反应器对COD的去除
• 4.2.2 厌氧生物膜反应器的氨化作用
• 4.2.3 厌氧反应器pH变化
• 4.2.4 厌氧反应器中生物膜的贡献
• 4.3 好氧生物膜法处理苯胺废水研究
• 4.3.1 好氧生物膜反应器对COD的去除
• 4.3.2 好氧生物膜反应器的氨化和硝化作用
• 4.4 厌氧和好氧生物膜法处理效果对比
• 4.4.1 有机负荷对厌氧和好氧处理效果的影响
• 4.4.2 厌氧和好氧处理对苯胺废水氨化的影响
• 4.4.3 厌氧和好氧间歇处理对苯胺废水研究
• 4.5 本章小结
• 第5章 厌氧-好氧生物膜法同步产甲烷反硝化研究
• 5.1 同步产甲烷反硝化工艺简介
• 5.2 同步产甲烷反硝化工艺装置示意图
• 5.3 回流比对厌氧-好氧生物膜反应系统的影响
• 5.3.1 回流比对系统去除COD的影响
• 5.3.2 回流比对厌氧氨化和好氧硝化的影响
• 5.3.3 回流比对系统去除有机负荷的影响
• 5.3.4 回流比对TN去除的影响
• 5.3.5 厌氧反应器中微生物生态关系分析
• 5.3.6 厌氧－好氧系统污泥减量研究
• 5.4 硝氮对产甲烷的抑制效应
• 5.5 本章小结
• 第6章 厌氧-好氧移动床生物膜法处理城市垃圾渗滤液
• 6.1 城市垃圾渗滤液的处理现状
• 6.1.1 好氧生物处理
• 6.1.2 厌氧生物处理
• 6.1.3 厌氧-好氧联合处理
• 6.1.4 物化法处理
• 6.1.5 土地法处理
• 6.2 移动床生物膜反应器处理垃圾渗滤液的可行性研究
• 6.3 垃圾渗滤液水质及实验装置
• 6.4 厌氧－好氧移动床生物膜反应器串联处理垃圾渗滤液
• 6.4.1 进水COD浓度对厌氧－好氧系统的影响
• 6.4.2 厌氧段HRT对厌氧－好氧系统的影响
• 6.4.3 有机负荷对COD去除率的影响
• 6.4.4 厌氧和好氧MBBR对系统的贡献分析
• 6.4.5 厌氧-好氧系统对氨氮的去除
• 6.4.6 有机冲击负荷对串联系统处理效果的影响
• 6.4.7 系统中厌氧反应器的污泥产率估算
• 6.5 生物量测定和微生物相分析
• 6.6 系统中厌氧微生物的活性研究
• 6.6.1 温度对厌氧污泥产甲烷活性的影响
• 6.6.2 pH对厌氧污泥产甲烷活性的影响
• 6.6.3 厌氧悬浮污泥和生物膜的产甲烷活性比较
• 6.7 氨氮对厌氧微生物的毒性研究
• 6.7.1 氨氮的慢性毒性实验
• 6.7.2 氨氮的急性毒性实验
• 6.8 本章小结
• 第7章 好氧移动床生物膜法短程硝化研究
• 7.1 生物脱氮新技术和新理论
• 7.1.1 同时硝化反硝化工艺
• 7.1.2 短程硝化反硝化生物脱氮工艺
• 7.1.3 厌氧氨氧化工艺
• 7.1.4 其它新型脱氮工艺
• 7.2 移动床生物膜法短程硝化研究
• 7.2.1 HRT对氨氮去除率和短程硝化的影响
• 7.2.2 DO对氨氮去除率和短程硝化的影响
• 7.2.3 pH对氨氮去除率和短程硝化的影响
• 7.2.4 C/N比对氨氮去除率和短程硝化的影响
• 7.2.5 氨氮浓度对氨氮去除率和短程硝化的影响
• 7.3 MPN法测定生物膜中亚硝化菌的数量
• 7.4 亚硝化型生物膜间接实验证明
• 7.5 本章小结
• 第8章 好氧生物膜底物去除动力学研究
• 8.1 底物去除动力学数学模型假设与推导
• 8.2 试验用垃圾渗滤液和反应器
• 8.3 不同底物浓度下COD降解动力学
• 8.4 不同填料填充比下COD降解动力学
• 8.5 两级MBBR串联处理垃圾渗滤液的效果
• 8.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历