气动内循环反应器及反硝化除磷特性研究

论文摘要

控制磷向水体的排放对于抑制水体富营养化具有重要意义。同时脱氮除磷作为传统的脱氮除磷工艺的替代技术受到人们的广泛关注,尤其是反硝化聚磷工艺更具有显著优点。反硝化除磷工艺应用了具有反硝化能力的除磷菌—反硝化聚磷菌（DNPAO）。反硝化聚磷菌（DNPAO）具有在厌氧条件下释磷,兼氧条件（存在化合态氧NO3-和NO2-）下吸收磷的特性。其除磷过程是通过排除含有超量磷的反硝化聚磷菌来达到目的的。由于反硝化聚磷菌是在兼氧条件下吸收磷,所以需要硝化过程为反硝化聚磷过程提供硝酸盐和亚硝酸盐作为电子受体。 在传统的污水处理厂中,活性污泥在空间上或者在时间上依次通过厌氧、好氧、兼氧过程。这不仅造成工艺冗长,而且在能量需求等方面都存在很多问题。为解决这些问题,我们设计了一个可以应用反硝化除磷工艺的气动内循环生物反应器（Airlift LoopSequencing Batch Biofilm Reactor）。该反应器采用固定纤维填料,在反应器内部不同的区域培养不同的细菌,通过曝气动力循环推动反应液在不同的区域循环流动,从而实现脱碳、脱氮和除磷。论文主要进行了以下几个方面的实验: 1.本反应器与其他的气升式回流反应器有所不同:（1）通常气升式环流反应器为流化床,本反应器采用填料床;（2）通常气升式环流反应器是采用连续流操作而本反应器既可以采用连续操作,也可以采用序批式操作。因此有必要对反应器的流体力学特性进行验证。试验证明:即使是较小的曝气速率（如25L/h）也能使液体实现大量回流,因此硝化反硝化（除磷）集成的基本要求可以达到满足。 2.基于最初的设想首先考察了连续运行条件下的工艺特性,发现对COD和氨氮脱除都可以达到预期目的,但除磷效果尚有待于提高。结果如下:当水力停留时间为48小时左右时,（1）当进水COD为280mg/L,出水的COD可以降低到48mg/L,COD的去除率可以达到82%左右;（2）当进水总氮为85mg/L时,出水的总氮为25mg/L,总氮的去除率可以达到71%;（3）当进水的磷酸盐浓度为8mg P/L右时时,出水的磷酸盐浓度也在8mgP/L左右,几乎没有除磷效果。 3.由于连续式运行时反应器不能除磷,所以将反应器改变为序批式运行。实验证明:气动内循环反应器在以24小时为周期的序批式运行条件下,能有效脱除有机污染物、脱氮和除磷。其特性为:（1）当进水COD为300mg/L左右时,出水的COD可以降低到13mg/L左右,COD的去除率可以达到95%左右;（2）当进水的氨氮为118.7mg/L时,出水的氨氮浓度为4-30mg/L,氨氮的去除率达到90%;（3）当进水的磷酸盐浓度为10.5mg/L左右时,出水的磷酸盐浓度也在2.7mg/L左右,磷酸盐去除率平均为73.8%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 生物除磷及其工艺过程研究进展
• 1.1 生物除磷在环境工程中的意义
• 1.1.1 水环境与污水中氮和磷的来源及其对水环境质量的危害
• 1.1.2 化学法除磷
• 1.1.3 生物法除磷
• （1） 生物法除磷简化生化模型
• （2） 生物法除磷三个典型模型
• 1.1.4 生物除磷意义
• 1.2 传统生物除磷工艺及其特点
• 1.2.1 传统工艺的发展
• 1.2.2 后置反硝化工艺（O／A工艺）和前置反硝化工艺（A／O工艺）
• 1.2.3 Bardenpho工艺
• 1.2.4 PhoStrip侧流除磷工艺
• 2／O工艺）'>1.2.5 厌氧—缺氧—好氧脱氮工艺（A²／O工艺）
• 1.2.6 几种主要的生物除磷工艺的比较
• 1.3 反硝化除磷原理及其工艺设备
• 1.3.1 反硝化除磷原理
• 1.3.2 反硝化除磷工艺设备
• 1.3.2.1 UCT工艺
• 1.3.2.2 BCFS工艺
• 1.3.2.3 Dephanox工艺
• 2N-SBR工艺'>1.3.2.4 A²N-SBR工艺
• 1.3.2.5 厌氧／兼氧序批式生物膜反应器
• 1.3.3 反硝化除磷工艺设备的发展特点
• 1.4 气动循环生物反应器的提出、功能及其特点
• 1.4.1 气动循环生物反应器的提出
• 1.4.2 气动循环生物反应器的功能
• 1.4.3 气动循环生物反应器的特点
• 2 试验装置和分析方法
• 2.1 气动循环生物反应器的设计
• 2.1.1 基本设计思路
• 2.1.2 反应器形状设计
• 2.2 气动循环生物反应器的制作和安装调试
• 2.2.1 连续运行的气动循环生物反应器的制作和安装调试
• 2.2.2 序批式运行的气动循环生物反应器的制作和安装调试
• 2.3 气动循环生物反应器的研究与分析方法
• 2.3.1 PIV流场测定及原理
• 2.3.2 常规研究与分析方法
• 3 气动内循环生物反应器的流体力学特性初步研究
• 3.1 气动内循环生物反应器流体力学研究的意义
• 3.2 气动循环生物反应器流体力学研究的方法
• 3.3 气动内循环生物反应器流体力学初步研究的结果
• 3.3.1 流体流场的基本形状
• 3.3.2 设置填料和不设置填料的流体流场比较
• 3.3.3 底部回流板闭合对流体流场的影响
• 3.3.4 设置填料时随气流速度增大流体流场变化
• 3.4 小结
• 4 连续运行的气动内循环生物反应器特性研究
• 4.1 生物膜法脱氮研究概况
• 4.1.1 硝化生物膜
• 4.1.2 反硝化生物膜
• 4.2 连续运行方式与条件
• 4.3 连续运行的有机物脱除效果
• 4.4 连续运行的氨氮及总氮脱除效果
• 4.5 连续运行的总磷脱除效果
• 4.6 小结
• 5 序批式运行的气动内循环生物反应器特性研究（一）
• 5.1 生物膜法除磷研究概况
• 5.1.1 生物膜法除磷的主要方式
• 5.1.2 生物膜法除磷与生物膜法脱氮的区别与联系
• 5.1.3 为实现生物膜系统除磷，气动内循环生物反应器需要解决的问题
• 5.2 序批式运行方式与条件
• 5.3 序批运行的有机物脱除效果
• 5.4 序批运行的氨氮及总氮脱除效果
• 5.5 序批式运行的总磷脱除效果
• 5.6 硝化细菌的活性及其在反应器内的分布
• 5.7 反硝化聚磷菌的活性及其在反应器内的分布
• 5.8 小结
• 6 序批式运行的气动循环生物反应器特性研究（二）
• 6.1 序批式运行的生物膜反应器同时脱氮除磷研究概况
• 6.2 序批式运行方式与条件
• 6.3 序批运行的有机物脱除效果
• 6.4 序批运行的氨氮及总氮脱除效果
• 6.5 序批运行的总磷脱除效果
• 6.6 硝化细菌的活性及其在反应器内的分布
• 6.7 反硝化聚磷菌的活性及其在反应器内的分布
• 6.8 序批式运行典型周期
• 6.8.1 各反应浓度变化及对反应过程的推测
• 6.8.2 在典型运行周期中硝酸盐、亚硝酸盐和底物的作用
• 6.9 反硝化除磷过程是序批式运行的气动循环生物反应器脱氮除磷过程的主要反应机理
• 6.10 小结
• 7 各类影响因素对反硝化除磷效率的影响研究
• 7.1 碳源COD负荷对反应器脱除有机负荷的影响
• 7.2 COD／P对P去处的影响
• 7.3 COD／N对N去除的影响
• 7.4 TN与TP去除的关系
• 7.5 回流区细菌特性：厌氧释磷过程与反硝化聚磷过程
• 7.6 细菌形态
• 7.7 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表和待发表学术论文情况
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