铁内电解法与生物法耦合脱氮工艺的研究

论文摘要

本课题提出在SBR反应器内部设置以铁刨花为原料的内电解反应装置，通过化学与生物降解的耦合反应，实现短程硝化反硝化生物脱氮。根据研究结果，通过控制DO，HRT，pH，FA等反应条件，耦合生物短程脱氮工艺在常温25℃条件下，能实现稳定的短程硝化反硝化生物脱氮。 通过对比实验，证实了铁对亚硝化有显著的促进作用，铁的存在是影响短程硝化反硝化的主要因素。实验证实了铁离子浓度与亚硝化过程有密切的关系，一定浓度的铁离子对亚硝化过程有促进作用，废水中铁离子浓度30～60mg／L，氨氮的去除率维持在90％左右；当铁离子浓度大于70mg／L时，对亚硝化过程的促进作用不明显。通过对耦合脱氮系统的影响因素的研究，发现了耦合硝化系统中pH值和DO浓度的变化规律，并就pH和DO对耦合短程脱氮的影响得出了新的结论。研究证实，内设铁床的耦合生物反应器内与常规反应装置相比，亚硝酸菌对pH的适应范围更大，为7.5～9.5，而在常规反应器内亚硝酸菌生长的最佳pH范围为8～9。从而使该工艺在工程实践中有更为广泛的适用性。该研究通过对硝化过程pH的在线监测，发现了一周期内随pH的变化出现特征点的现象。并据此提出了以pH为参数，在实际水处理中进行实时控制的设想。研究表明，在DO浓度较高的情况下仍然可以实现短程脱氮，这是添加铁床的耦合短程脱氮与普通短程脱氮的不同之处。研究发现，DO大于4.0mg／L，氨氮去除率达到80％以上。亚硝酸盐累积量加大。高DO浓度加速铁刨花的腐蚀，导致混合液中铁离子浓度明显提高，铁离子对亚硝化的促进作用明显，从而实现亚硝酸菌的增值。根据温度影响因素试验的结果，证实了在常温条件（20～25℃）下，生物铁活性污泥通过控制进水氨氮浓度，调节反应的pH，完全可以实现废水生物处理的短程硝化反硝化生物脱氮，此时亚硝化率达到80％以上。实验研究了不同盐度下，氨氮浓度、pH值、温度等因素对含盐废水短程硝化反硝化的影响。结果表明，含盐量增加有助于亚硝酸盐的积累。在含盐量1759mg／L～24630mg／L范围内通过提高进水pH值和进水氨氮浓度可以使亚硝酸盐积累率[NO2-／（NO2-+NO3-）]达到90％以上。这表明亚硝酸菌有较高的耐盐性，能在高盐环境中保持良好的活性。本课题通过对耦合反应器内微生物的生物学特性的研究证实，耦合生物脱氮工艺能显著的改善污泥沉降性能，预防污泥膨胀的产生。通过对耦

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• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 废水生物脱氮的研究进展
• 1.1.1 水环境与污水中氮的来源与危害
• 1.1.2 常规污水处理工艺中氮的转化与去除
• 1.1.3 脱氮工艺的最新研究进展
• 1.1.4 高盐废水生物处理的研究进展
• 1.2 废水生物与化学除磷工艺
• 1.2.1 生物反硝化除磷
• 1.2.2 化学除磷
• 1.3 铁内电解法及其耦合工艺处理废水的研究进展
• 1.3.1 铁内电解法的作用机理
• 1.3.2 铁内电解法的研究进展
• 1.3.3 组合工艺在处理工业废水中的应用
• 1.3.4 铁对生物脱氮的影响
• 1.4 难降解有机物分子定量结构与生物抑制性关系的研究进展
• 1.4.1 QSBR模型综述
• 1.4.2 引进电化学参数的研究抑制性（各种模型概述）
• 本章小结
• 第2章 课题的研究背景、内容和研究方法
• 2.1 课题研究背景
• 2.1.1 催化内电解与SBR工艺耦合实现短程生物脱氮的研究背景
• 2.1.2 铁铜催化内电解处理难降解工业废水的研究背景
• 2.2 课题研究内容及可行性
• 2.2.1 研究内容
• 2.2.2 研究可行性
• 2.3 分析指标与分析方法
• 本章小结
• 第3章 耦合反应器处理生活污水的脱氮研究
• 3.1 耦合生物反应器的装置特征
• 3.1.1 铁刨花的选取
• 3.1.2 污水水质
• 3.1.3 活性污泥的培养驯化
• 3.2 生物耦合短程脱氮的影响因素
• 3.2.1 铁的性质
• 3.2.2 游离氨
• 3.2.3 溶解氧
• 3.2.4 pH
• 3.2.5 温度
• 3.2.6 铁离子浓度
• 3.2.7 反硝化基质
• 3.2.8 盐度
• 3.2.9 短程脱氮与全程脱氮的相互转化
• 本章小结
• 第4章 耦合反应器中污泥生物学特性的研究
• 4.1 污泥沉降性能的研究
• 4.1.1 生物铁活性污泥微生物量的特性
• 4.1.2 污泥沉降性能影响因素的研究
• 4.2 生物耦合工艺对污泥膨胀的控制
• 4.2.1 污泥膨胀的种类
• 4.2.2 生物耦合工艺对污泥膨胀的抑制性的研究
• 4.3 污泥生物学形态的研究
• 4.3.1 生物铁污泥中硝化菌与亚硝化菌种的鉴定
• 4.3.2 扫描电镜图片
• 本章小结
• 第5章 耦合短程生物脱氮机理分析
• 5.1 耦合反应器对短程脱氮的促进作用
• 5.1.1 常规短程脱氮过程反应机理
• 5.1.2 耦合短程脱氮中铁离子对生物亚硝化的促进作用
• 5.1.3 耦合短程脱氮反应机理
• 5.2 耦合反应器内可能存在的生化反应
• 5.2.1 短程硝化反硝化与SND同时存在的可能性
• 5.2.2 对同时硝化反硝化（SND）现象的理论解释
• 5.2.3 耦合反应器内主要生化反应以SND的产生机理
• 5.3 耦合短程脱氮的经济技术分析
• 5.3.1 耦合短程脱氮工艺动力消耗的核算
• 5.3.2 耦合短程脱氮工艺污泥产量的核算
• 5.3.3 耦合短程脱氮工艺反应器容积的核算
• 本章小结
• 第6章 催化铁内电解工艺处理工业废水的中试试验研究
• 6.1 中试试验研究背景
• 6.1.1 课题背景
• 6.1.2 选用催化内电解法作为预处理工艺的优越性
• 6.1.3 中试试验废水来源与废水水质
• 6.1.4 中试反应装置和流程
• 6.1.5 研究内容
• 6.2 试验结果与分析
• 6.2.1 污泥的培养驯化
• 6.2.2 扰动方式及D0对催化铁内电解处理效果的影响
• 6.2.3 长期运行过程中出现的问题
• 6.2.4 催化铁内电解段对后续生物处理效果的影响
• 6.2.5 pH值对催化铁内电解及生物处理工艺的影响
• 6.2.6 pH对总磷去除的影响
• 6.2.7 温度对生物处理工艺的影响
• 6.2.8 DO对生物处理段硝化效果的影响
• 6.2.9 污泥回流比对生物处理段脱氮、除磷效果的影响
• 6.2.9 生物处理段运行周期的优化
• 6.2.10 实验室镜检
• 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 主要研究结论
• 7.2 前景展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果