摇动床技术和厌氧氨氧化石化废水生物脱氮

论文摘要

针对石化废水处理工艺普遍存在的硝化效果差、难以去除总氮的问题，本论文研究石化废水的生物脱氮问题。首先研究了好氧摇动床生物膜反应器处理石化废水时的同时硝化反硝化（SND）脱氮现象，证实了反应器中可以发生SND反应，分析了SND的机理和发生原因，并考察了运行条件（C／N比、DO、HRT）对SND的影响；然后针对好氧摇动床生物膜反应器硝化率不高、不能有效去除总氮的问题，采用缺氧好氧（A／O1-O2）摇动床生物膜反应器进行石化废水的脱氮处理，分析硝化反硝化的动力学特点，考察操作参数（回流比、负荷改变）对脱氮效果的影响，并在石化企业现场进行试验，取得了较好的总氮去除效果；最后针对石化二级出水氮素浓度高不能达标、传统缺氧好氧脱氮工艺运行成本高的问题，研究了厌氧氨氧化（ANAMMOX）工艺石化二级出水脱氮的可行性。试验结果表明： 摇动床生物膜技术具有容易挂膜、系统启动快、传质和处理效果好、能耗低的特点。在曝气条件下，填料摇动需要的曝气强度是100m3／m2·h，对应的气水比为10：1。biofringe（?）填料和组合填料对比试验表明，前者5d即可完成挂膜，当开始COD浓度为600mg／L时，5h后COD浓度为50mg／L，去除率达到90％以上，biofringe（?）填料挂膜和COD去除效果好于组合填料。 好氧摇动床生物膜反应器处理石化废水时存在着同时硝化反硝化现象。在进水COD、NH4+-N浓度分别为500mg／L、30mg／L，操作参数pH=7.0-8.0，T=20℃，DO=4.0mg／L，HRT=6 h时，出水COD浓度小于150 mg／L，去除率达到70％以上，COD的去除负荷达到1.4 kg／m3·d。硝化率和TN去除率分别在40.6-50.1％和31.2-45.7％之间，出水中几乎没有NO2--N的积累，硝化后产生的NOX--N大部分发生反硝化反应转化成气态氮从水中逸出。 好氧摇动床生物膜反应器中之所以能够发生SND反应，主要原因在于生物膜内部同时存在不同的微观环境。由于生物膜厚度达到了900μm以上，受DO扩散的限制其内部存在DO浓度梯度。生物膜外层溶解氧浓度较高，好氧异养菌、硝化菌占优势，发生好氧碳化和硝化反应；在生物膜内层，由于DO扩散的阻力和外层好氧异养菌、硝化菌对溶解氧的消耗，产生缺氧微环境，以反硝化细菌为主，可以发生反硝化反应。因此在好氧摇动床生物膜反应器中，生物膜内部同时存在好氧微环境和缺氧微环境是SND能够发生的主要原因。 在C／N比为10-30的范围内，好氧摇动床生物膜反应器同时硝化反硝化效果随着C／N比的增大而增强。C／N比为30时，COD去除率、硝化率和反硝化率分别达到90％、80％、70％以上，出水COD、NH4+-N、TN浓度小于50 mg／L、3 mg／L和5 mg／L。随着DO浓度的降低，COD去除率、硝化率、反硝化率都降低。DO浓度降低到0.5 mg／L时，

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 石化废水处理技术和生物脱氮技术的研究进展和本课题的研究内容、目的和意义
• 1.1 石化废水处理技术
• 1.1.1 石化废水的性质和特点
• 1.1.2 处理现状及存在问题
• 1.1.3 试验研究情况
• 1.1.4 石化废水脱氮问题
• 1.2 废水生物脱氮
• 1.2.1 氮的转化过程
• 1.2.2 生物硝化过程
• 1.2.3 生物反硝化过程
• 1.2.4 传统生物脱氮工艺
• 1.3 生物脱氮新技术
• 1.3.1 短程硝化-反硝化
• 1.3.2 同时硝化反硝化
• 1.3.3 厌氧氨氧化
• 1.4 本课题的选题意义、研究内容
• 1.4.1 选题意义
• 1.4.2 研究内容
• 2 好氧摇动床生物膜反应器石化废水同时硝化反硝化生物脱氮
• 2.1 摇动床技术介绍
• 2.1.1 生物膜法填料及其发展
• 2.1.2 摇动床技术的原理和特点
• 2.1.3 摇动床的水力特性
• 2.1.4 填料对比实验
• 2.2 试验材料和方法
• 2.2.1 试验装置
• 2.2.2 实验用水
• 2.2.3 取样和分析方法
• 2.3 好氧摇动床生物膜反应器的同时硝化反硝化效果
• 2.3.1 挂膜启动
• 2.3.2 同时硝化反硝化效果
• 2.3.3 填料上的生物膜
• 2.4 同时硝化反硝化影响因素
• 2.4.1 碳氮比的影响
• 2.4.2 溶解氧的影响
• 2.4.3 温度的影响
• 2.4.4 水力停留时间的影响
• 2.5 小结
• 3 缺氧好氧摇动床生物膜反应器石化废水生物脱氮
• 3.1 概述
• 3.1.1 缺氧好氧法介绍
• 3.1.2 缺氧好氧法研究进展
• 3.1.3 缺氧好氧摇动床生物膜反应器技术介绍
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 试验装置
• 3.2.2 试验用水
• 3.2.3 填料反应器参数
• 3.2.4 分析测试方法
• 3.3 反应器启动
• 3.3.1 启动方法说明
• 3.3.2 好氧预挂膜
• 3.3.3 硝化反硝化挂膜
• 3.4 石化废水脱氮研究
• 3.4.1 实验过程介绍
• 3.4.2 实验结果
• 3.4.3 结果与讨论
• 3.5 硝化反硝化动力学分析
• 3.5.1 Monod方程
• 3.5.2 硝化动力学分析
• 3.5.3 反硝化动力学分析
• 3.6 脱氮影响因素
• 3.6.1 硝化液回流比的影响
• 3.6.2 负荷变化的影响
• 3.7 石化企业现场试验
• 3.7.1 现场试验简介
• 3.7.2 材料和方法
• 3.7.3 连续运行脱氮效果
• 3.7.4 影响因素分析
• 3.8 小结
• 4 厌氧氨氧化工艺石化废水生物脱氮
• 4.1 可行性分析
• 4.2 微生物的培养
• 4.2.1 培养方法综述
• 4.2.2 培养方法介绍
• 4.2.3 培养结果
• 4.2.4 培养结果和讨论
• 4.3 环境条件的影响
• 4.3.1 溶解氧的影响
• 4.3.2 pH的影响
• 4.3.3 温度的影响
• 4.4 石化废水批式实验
• 4.4.1 处理实际废水的应用研究情况
• 4.4.2 难降解有机物影响
• 4.4.3 易降解有机物的影响
• 4.4.4 电子受体的影响
• 4.5 石化废水连续实验
• 4.5.1 实验目的
• 4.5.2 材料和方法
• 4.5.3 实验结果与讨论
• 4.6 小结
• 5 结论、创新点与建议
• 5.1 结论
• 5.2 创新点
• 5.3 建议
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
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