处理焦化废水微氧EGSB反应器启动和运行特性研究

论文摘要

焦化废水中含有大量的毒性难降解污染物质,传统的活性污泥法处理焦化废水时会面临污泥的沉降性能差,氨氮和CN去除率很低。生物膜系统能解决污泥沉降性能差的问题,COD和酚类的去除率相对得到提高,但由于废水中存在大量毒性物质,氨氮、SCN和CN的去除率仍然很低。目前多采用A2/O工艺处理焦化废水以去除难降解物和氨氮。但该工艺厌氧好氧顺序进行,而毒性物质的厌氧代谢产物往往是不完全的,而且许多中间代谢产物不能及时有效传递,产生累积,抑制产甲烷菌活性,厌氧处理效率下降,最终影响整个系统的处理效率。EGSB反应器在处理含难降解污染物质的工业废水方面具有独特优势,但EGSB反应器所面临的问题仍然是氨氮处理效果难以保证。引入微氧概念,采用两级EGSB反应器对焦化废水进行处理。不仅能够高效去除COD,而且对氨氮也会获得很好的处理效果。本文对处理焦化废水两级微氧EGSB反应器的启动、运行效能、运行影响因素以及除污染机理进行研究。接种市政消化污泥并添加少量缺乏营养、松散颗粒污泥的EGSB反应器,用啤酒废水能够在10d左右快速启动。所形成的的颗粒污泥沉淀性能良好,产甲烷活性高,菌群丰富。少量松散的颗粒污泥的添加对颗粒污泥的快速形成起着关键的作用。对于处理焦化废水两级EGSB反应器系统,接种市政消化污泥和少量松散颗粒污泥,用啤酒废水快速培养颗粒污泥,并用焦化废水驯化颗粒污泥的启动方式是可行的。逐渐提高焦化废水添加比例是一种有效的驯化方式,6个月内能够完成处理焦化废水EGSB反应器的启动。处理焦化废水的两级微氧EGSB反应器能够获得高COD和高氨氮去除率,出水COD和氨氮平均浓度分别为52.7mg.L-1和12mg.L-1,实现了焦化废水处理COD与氨氮的双达标排放。EGSBⅠ内主要完成的是硝酸盐的去除,EGSBⅡ内主要完成的是亚硝酸盐的富集,但反硝化作用并未得到强化,需要采取措施实现亚硝酸盐的短程反硝化。两级微氧EGSB反应器能够高效去除焦化废水中毒性污染物质,出水酚类、CN和SCN浓度均低于0.5mg.L-’。EGSBⅠ和EGSBⅡ分别能够获得70%-90%的高COD去除率,但酚类和CN的去除主要在EGSBⅠ内完成,而SCN和氨氮的去除主要在EGSBⅡ内完成。焦化废水内污染物质出现了酚类+CN+COD、SCN+氨氮的顺序降解,尤其是SCN的降解效果直接影响其他物质尤其是氨氮和TN的去除效果。处理焦化废水两级微氧EGSB反应器具有很强的抗COD、氨氮、酚类、CN和SCN冲击能力,比较适合于实际的焦化废水的处理。分析处理焦化废水微氧EGSB反应器运行影响因素发现：微氧EGSB反应器的启动运行过程中,需要逐步提高曝气量以提高COD去除率。连续曝气方式的COD去除率和氨氮去除率明显高于间歇曝气方式。需要将曝气量与ORP结合来控制微氧EGSB反应器。5000ml.min-1的曝气量时较适宜的,ORP为50mV左右。处理焦化废水微氧EGSB反应器具有很强的抗冲击负荷能力,在处理水质变化的实际焦化废水时有很大的优势。可以单纯通过两级微氧EGSB反应器来高效处理焦化废水；也可以考虑将微氧EGSB反应器作为常规焦化厂A2/O工艺的后续强化工艺。适宜的进水流量、回流比、HRT、液体上升流速为1.5L.h-1、15-22.5L.h-1、8h、2.1-3.1m.h-1。反应器内污泥浓度宜控制在15-25g.L-1。对于实际焦化废水7.5-8.5的pH值,微氧EGSB反应器能够获得很好的运行效果。低温并不影响微氧EGSB反应器的运行效果,但大幅温度波动时COD去除率会出现大幅降低,但能很快恢复,微氧EGSB反应器处理焦化废水时具有很强的抗温度冲击能力。NaHCO3的添加能够明显提高处理焦化废水微氧EGSB反应器的COD去除率和氨氮去除率。确定了处理实际焦化废水微氧EGSB反应器在启动运行阶段以及稳定运行阶段的基质降解模型,求得不同运行阶段的动力学参数。启动阶段的动力学常数vmax、KI、KS、Vmax/KS、KS/KI分别为7.34×10-3、197.76、19.53、3.7×10-4和0.10；稳定运行阶段的动力学常数vmax、KI、KS、Vmax/KS、KS/KI分别为2.4×10-2、66.64、44.07、5.4×10-4和0.66。说明微氧EGSB反应器内颗粒污泥能够逐渐适应并高效降解焦化废水中的毒性或抑制性污染物质。液体上升流速Vup的提高能够明显提高最大比基质降解速率vmax,降低半饱和常数KS,最终强化微氧EGSB反应器的运行效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第1章 绪论
• 1.1 焦化废水来源及特点
• 1.1.1 焦化废水来源
• 1.1.2 焦化废水的水质特点
• 1.2 焦化废水生物处理
• 1.2.1 焦化废水传统处理工艺
• 1.2.2 焦化废水生物处理工艺的改进
• 1.2.3 焦化废水生物处理技术目前所面临的问题
• 1.3 反应器去除效率方面改进——高速反应器厌氧-好氧系统
• 1.3.1 高速反应器
• 1.3.2 高速反应器厌氧-好氧系统
• 1.4 脱氮机理方面改进——生物脱氮新技术
• 1.4.1 短程硝化反硝化—SHARON工艺
• 1.4.2 同时硝化反硝化—SND工艺
• 1.4.3 厌氧氨氧化（ANAMMOX）工艺
• 1.4.4 自养细菌反硝化—OLAND工艺
• 1.4.5 以甲烷为碳源的反硝化
• 1.4.6 厌氧同时反硝化产甲烷过程
• 1.5 污染物去除机理方面改进——微氧生物处理技术
• 1.6 新型厌氧-好氧一体化生物反应器系统
• 1.6.1 厌氧好氧区结构分隔的一体化反应器
• 1.6.2 没有厌氧好氧区结构分隔的一体化反应器
• 1.6.3 厌氧好氧混合培养的一体化生物反应器系统
• 1.6.4 微氧EGSB反应器
• 1.7 课题的来源
• 1.8 本课题的研究目的和意义
• 1.9 本课题的研究内容
• 第2章 实验方案的设计及实验材料方法
• 2.1 研究的技术原理
• 2.2 实验方案的设计
• 2.2.1 实验的工艺流程
• 2.2.2 EGSB反应器的结构设计
• 2.2.3 EGSB反应器启动方式的选择
• 2.2.4 EGSB反应器运行方式的选择
• 2.3 实验材料与方法
• 2.3.1 EGSB反应器
• 2.3.2 接种污泥
• 2.3.3 实验用水
• 2.3.4 实验方法
• 2.4 分析项目和测试方法
• 2.4.1 主要分析项目
• 2.4.2 测试方法
• 第3章 处理焦化废水EGSB反应器的启动
• 3.1 啤酒废水培养颗粒污泥
• 3.1.1 运行方式的选择
• 3.1.2 运行效果
• 3.1.3 颗粒污泥性能
• 3.2 焦化废水驯化颗粒污泥
• 3.2.1 Ⅰ级EGSB反应器的驯化
• 3.2.2 Ⅱ级EGSB反应器的驯化
• 3.3 处理焦化废水EGSB反应器快速启动的影响因素
• 3.3.1 少量颗粒污泥的添加
• 3.3.2 高有机负荷和高液体上升流速（Vup）
• 3.3.3 温度的影响
• 3.3.4 焦化废水驯化方式
• 3.4 本章小结
• 第4章 处理焦化废水EGSB反应器的运行特性
• 4.1 两级微氧EGSB反应器系统的运行效能
• 4.1.1 COD的去除
• 3-N）的去除'>4.1.2 氨氮（NH₃-N）的去除
• 3^--N）和亚硝酸盐氮（NO₂^--N）的去除'>4.1.3 硝酸盐氮（NO₃^--N）和亚硝酸盐氮（NO₂^--N）的去除
• 4.1.4 酚类的去除
• 4.1.5 氰化物（CN）的去除
• 4.1.6 硫氰化物（SCN）的去除
• 4.2 两级微氧EGSB反应器系统内颗粒污泥性能
• 4.2.1 污泥床分布特征
• 4.2.2 污泥浓度
• 4.2.3 污泥沉速
• 4.2.4 污泥粒径
• 4.2.5 污泥活性
• 4.2.6 污泥形态
• 4.3 本章小结
• 第5章 处理焦化废水EGSB反应器的影响因素
• 5.1 微氧运行控制参数
• 5.1.1 曝气量和氧化还原电位
• 5.1.2 曝气方式
• 5.2 进水COD浓度对处理效果的影响
• 5.2.1 实验方法
• 5.2.2 实验结果与讨论
• 5.3 有机负荷对处理效果的影响
• 5.3.1 实验方法
• 5.3.2 实验结果与讨论
• 5.4 进水流量和HRT对处理效果的影响
• 5.4.1 实验方法
• 5.4.2 实验结果与讨论
• 5.5 回流量（回流比）对处理效果的影响
• 5.5.1 实验方法
• 5.5.2 实验结果与讨论
• 5.6 液体上升流速对处理效果的影响
• 5.6.1 实验方法
• 5.6.2 实验结果与讨论
• 5.7 污泥浓度对处理效果的影响
• 5.7.1 实验方法
• 5.7.2 实验结果与讨论
• 5.8 PH对处理效果的影响
• 5.8.1 实验方法
• 5.8.2 实验结果与讨论
• 5.9 温度对处理效果的影响
• 5.9.1 实验方法
• 5.9.2 实验结果与讨论
• 3）对处理效果的影响'>5.10 投加碳酸氢钠（NAHCO₃）对处理效果的影响
• 5.10.1 实验方法
• 5.10.2 实验结果与讨论
• 5.11 本章小结
• 第6章 处理焦化废水EGSB反应器的除污染机理
• 6.1 动力学模型的选择
• 6.1.1 Monod模型
• 6.1.2 Haldane模型
• 6.1.3 模型的修正
• 6.2 模型的求解
• 6.2.1 微氧EGSB反应器物料平衡方程的建立
• 6.2.2 动力学参数的求解
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论与建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文及科研情况