有机废水压力式接触氧化法降解技术研究 ——反应器降解性能、机理及应用

论文摘要

好氧生物处理是污水处理最基本最常用的方法。常规好氧生物处理工艺普遍存在曝气能耗高、负荷低、占地大等缺点,尤其对高浓度、难降解有机废水处理效率低,制约了其在工业废水处理领域的应用。此外,常规好氧生物处理工艺剩余污泥产量及后续污泥处置费用高,总体运行费用居高不下。本论文对好氧处理新工艺——压力式接触氧化反应器进行了系统研究,并结合实际研究了厌氧（释磷）-压力接触氧化法脱氮除磷工艺、农药废水厌氧水解-压力式接触氧化工艺等组合工艺的处理效果,完成了以下主要研究工作:对压力式接触氧化法运行性能及处理效果进行了全面研究。与常规接触氧化法相比,射流曝气-压力式接触氧化法采用加压方式辅以自吸式射流器作为供氧装置,供氧性能有根本改善,气水比显著减少,射流曝气对水中脱落生物膜及游离微生物的剪切作用可显著提高其生物活性,压力式接触氧化工艺处理模拟废水,最佳HRT为1.0h左右,当NV不超过15 kgCOD/（m3·d）,气水比仅需14,DO可保持45mg/L,COD平均去除率在8095%,出水COD低于100mg/L。研究了压力式接触氧化法微生物的耐盐性及抗压性。压力式接触氧化法在未经驯化的情况下,当进水盐浓度达20g/L时,处理效果依然在正常范围内,与常规活性污泥法及生物膜法相比,压力条件下反应器中的微生物能够承受高盐度冲击。在压力条件下经一定时间的驯化适盐菌可以生存,保证了压力式接触氧化法对高盐度有机废水的处理效果;低压范围内（0.10.4MPa）压力对微生物代谢无明显不利影响,相同溶解氧浓度下压力的增加对生物膜耗氧速率及COD去除率无明显影响,相同容积负荷下的耗氧速率主要取决于反应器内的溶解氧浓度,DO越高、耗氧越快。压力式接触氧化法的运行特征使其综合了能量解耦联（富底物条件、高浓度溶解氧环境）和隐性生长（载体挂膜、缺氧层的存在）两方面的污泥减量化机理,是有效的污泥减量技术;在容积负荷为16.8 kgCOD/（m3·d）范围内的污泥产率为0.070.14kgSS/kgCOD,与常规工艺相比具有明显的污泥减量优势。压力式接触氧化法具有明显的同步硝化反硝化作用。当HRT=1.8h,DO低于5.4mg/L时可获得90%以上的反硝化率,反硝化进行得较为彻底,氨氮硝化效果的好坏直接影响整体脱氮效率,最佳硝化反应出现在容积负荷1012kgCOD/（m3·d）范围内,NH4+-N去除率达80%左右,TN去除率达7080%。针对压力式接触氧化法的生物膜特征、有机物去除效果、脱氮效果等方面不同于常规接触氧化法的特点,从耗氧速率与总生物量、氧利用率、SBCOD的降解及同步硝化反硝化脱氮四个方面加以论证并提出缺氧水解-好氧代谢的有机物去除机理,同时从旋转球形悬浮填料球形生物膜内的多孔丸传质模型及有机物降解动力学两方面作进一步验证。分析了压力式接触氧化反应器内CO2的溶解过程及曝气吹脱过程,结合进、出水pH关联试验,提出压力反应器内的酸碱缓冲机制,当进水为中性或弱酸性时为CO2溶解-pH值下降-水中游离CO2浓度增加-曝气吹脱-pH值上升;当进水为碱性时为pH值上升-CO2溶解-中和-pH下降。缓冲体系的存在使反应器可承受较高的酸碱冲击负荷,使该工艺在工业废水处理领域的应用范围更加广泛。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 压力式生物接触氧化技术及其发展
• 1.1 生物接触氧化法技术现状及研究进展
• 1.1.1 生物膜技术及工艺研究进展
• 1.1.2 生物接触氧化技术现状及研究进展
• 1.2 压力溶氧生物处理工艺研究进展
• 1.2.1 好氧生物处理曝气方式综述
• 1.2.2 压力溶氧生物处理原理
• 1.2.3 压力溶氧生物处理工艺及其应用
• 1.2.4 压力溶氧生物处理技术研究方向
• 1.3 本研究的意义与内容
• 1.3.1 研究目的与意义
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 本研究创新点
• 本章参考文献
• 第二章 课题的试验设计
• 2.1 试验废水
• 2.2 研究路线、装置设计与试验材料
• 2.2.1 研究路线
• 2.2.2 试验装置
• 2.2.3 试验材料
• 2.3 测定项目
• 2.3.1 常规指标
• 2.3.2 压力式接触氧化反应器单位体积生物量（折算为MLSS）的测定
• 2.3.3 压力式接触氧化反应器中生物膜耗氧速率（OUR）的测定
• 本章参考文献
• 第三章 压力式接触氧化法有机物降解试验研究
• 3.1 压力式接触氧化法理论基础
• 3.1.1 压力条件下有机物降解原理
• 3.1.2 射流曝气工作原理
• 3.1.3 加压原理
• 3.2 填料选择及挂膜
• 3.2.1 生物填料挂膜指标及填料选择
• 3.2.2 多孔旋转球形悬浮填料挂膜试验
• 3.2.3 接触氧化微生物的压力条件驯化试验
• 3.3 压力条件下的溶氧特性及其控制
• 3.3.1 常规接触氧化法溶氧特性研究
• 3.3.2 射流曝气溶氧的物理化学过程
• 3.3.3 压力式接触氧化法溶氧特性及其控制参数
• 3.4 压力式接触氧化法运行参数及有机物去除效果研究
• 3.4.1 溶解氧浓度对处理效果的影响
• 3.4.2 压力对处理效果的影响
• 3.4.3 水力负荷对处理效果的影响
• 3.4.4 容积负荷对处理效果的影响
• 3.4.5 压力式接触氧化法的最佳运行条件
• 3.5 压力式接触氧化法微生物的耐盐性、抗压性及代谢活性研究
• 3.5.1 压力式接触氧化法微生物耐盐性研究
• 3.5.2 压力式接触氧化法微生物抗压性及其代谢活性研究
• 3.6 压力式接触氧化法污泥减量及其原理分析
• 3.6.1 污泥减量的理论基础
• 3.6.2 压力式接触氧化法污泥产率
• 3.6.3 压力式接触氧化法污泥减量化的工艺特征
• 3.7 本章小结
• 本章参考文献
• 第四章 压力式接触氧化法有机物降解机理研究
• 4.1 压力式接触氧化反应器有机物降解模式
• 4.1.1 接触氧化法有机物降解的一般机理
• 4.1.2 缺氧水解代谢作用的优势
• 4.1.3 压力式接触氧化法活性缺氧层存在条件
• 4.1.4 压力式接触氧化反应器有机物降解模式
• 4.1.5 缺氧水解-好氧代谢有机物降解模式的试验验证
• 4.2 多孔丸传质模型及其对有机物降解模式的验证
• 4.2.1 压力式接触氧化法旋转球形悬浮填料生物膜分布特征
• 4.2.2 压力式接触氧化法有机物降解的多孔丸传质模型
• 4.2.3 多孔丸模型分析及其对有机物降解模式的支持
• 4.3 压力式接触氧化法反应动力学模型及其对降解模式的验证
• 4.3.1 动力学模型推导
• 4.3.2 与常规生物接触氧化法有机物降解动力学方程的比较
• 4.3.3 动力学参数的确定
• 4.3.4 动力学模型评价
• 4.4 压力式接触氧化反应器中的酸碱缓冲体系
• 4.4.1 废水中的碱度及其对酸性物质的缓冲作用
• 2 的离子平衡'>4.4.2 压力状态下反应器混合液中CO₂的离子平衡
• 2 的曝气吹脱'>4.4.3 反应器混合液中CO₂的曝气吹脱
• 4.4.4 进、出水pH 关联试验
• 4.4.5 压力式接触氧化反应器中的酸碱缓冲机制研究
• 4.5 本章小结
• 本章参考文献
• 第五章 压力式接触氧化法脱氮除磷性能研究
• 5.1 生物脱氮除磷机理与新工艺研究进展
• 5.1.1 生物脱氮除磷机理
• 5.1.2 新型脱氮除磷工艺
• 5.2 压力式接触氧化法脱氮性能研究
• 5.2.1 硝化试验研究
• 5.2.2 同步硝化反硝化试验与反硝化脱氮途径探讨
• 5.2.3 总氮去除效果试验
• 5.3 压力式接触氧化法除磷性能与脱氮除磷设计
• 5.3.1 压力式接触氧化法除磷性能评价
• 5.3.2 厌氧-压力式接触氧化法脱氮除磷设计及试验
• 5.4 本章小结
• 本章参考文献
• 第六章 压力式接触氧化组合工艺处理农药废水应用研究
• 6.1 农药废水处理现状
• 6.2 吡虫啉农药废水水质及组合工艺的驯化
• 6.2.1 吡虫啉农药废水水质
• 6.2.2 工艺设计及微生物驯化
• 6.3 组合工艺处理吡虫啉废水有机物去除的影响因素分析
• 6.3.1 呲虫啉废水的厌氧水解影响因素
• 6.3.2 压力式接触氧化法处理呲虫啉农药废水的影响因素
• 6.4 压力式接触氧化法处理吡虫啉废水的脱氮性能研究
• 6.4.1 溶解氧对氮去除特性的影响研究
• 6.4.2 容积负荷对氮去除特性的研究
• 6.5 厌氧水解-压力式接触氧化法组合工艺处理呲虫啉农药废水运行效果
• 6.6 技术经济评价
• 6.7 本章小结
• 本章参考文献
• 第七章 研究结论
• 攻读博士学位期间申请专利、发表论文及科研成果
• 致谢