厌氧折流板反应器与膜曝气生物膜反应器的耦合作用研究

大连彼乡大学博士学位论文黔气》灯一了气鲁之八孰沙气、一…戮黔气氰一汀厌氧折流板反应器与膜曝气生物膜反应器的祸合作用研究学科专业作者姓名指导教师环境工程胡绍伟杨凤林教授答辩日期年月博士学位论文厌氧折流板反应器与膜曝气生物膜反应器的祸合作用研究·作者姓名学科、专业学号指导教师完成日期胡绍伟环境工程年月大连理工大学独创性说明作者郑重声明本博士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人己经发表或撰写的研究成果,也不包含为获得大连理工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者签名继华日期刨里竺大连理」大学博十学位论文摘要由于污水中的氮元素是诱发水体富营养化的主要因素,因此脱氮成为水处理研究领域的热点问题。脱氮过程不仅需要大量专属微生物的协同作用,而且对环境条件的要求十分苛刻,所以高效去除中高浓度有机含氮废水中的含氮污染物更是水处理行业中的难题。目前国内外普遍采用的厌氧、好氧串联方法,不仅工艺流程长、基建费用高、占地面积大,而且需要回流等额外设施。本实验首先分别启动驯化厌氧折流板反应器和膜曝气生物膜反应器,然后利用膜曝气生物膜外层的厌氧状态与厌氧折流板反应器内部环境相融合的特性,将驯化好的膜组件置入运行稳定的厌氧隔室内构成祸合反应器。此工艺所具有的产酸、产甲烷、硝化和反硝化的多相分离特征,不仅避免了不同生化过程中相互竞争和抑制现象的产生,而且充分发挥了不同微生物种群之间的协同互生作用,实现了单一反应器处理中高浓度有机含氮废水的同时去碳脱氮功效。厌氧折流板反应器采用直接接种厌氧颗粒污泥的低负荷同步启动方式,巧后处理效果便趋于稳定。随后两次提高进水有机负荷,的去除率始终保持在以上。当进水浓度为泌时三个隔室出水队浓度依次为留、岁和留,总产气率依次为,和,表明反应器对有机污染物的去除效果良好。通过对各隔室出水水质的分析和颗粒污泥表面生物相的研究,证明反应器内基本实现了产酸相和产甲烷相的分离。为通过与其它材质的膜进行对比表明,包裹无纺布的炭膜对微生物具有较强的吸附能力,适宜作为膜曝气组件。实验分别考察了以空气和纯氧为气源的膜曝气生物膜反应器运行效果,前者稳定运行时的和去除率分别为和,而后者分别为和,均实现了同时去碳脱氮的功效。不同气源所形成的生物膜均具有特殊的分层结构,生物膜内层具有较高的氧气浓度,微生物种群分布主要以好氧自养菌为主,而外层处于缺氧和厌氧状态,主要以异养菌为主。两组膜组件在高负荷运行时所产生的过厚生物膜,阻碍了底物和氧源在生物膜内的有效传递,降低了处理效果。最后优选出曝空气膜组件与厌氧折流板反应器进行祸合实验研究。祸合反应器对具有更好的去除效果,平均出水浓度和去除率分别为岁和。当进水有机负荷提高时,出水浓度仍处于岁以下,具有良好的抗有机负荷冲击能力。反应器对含氮污染物的去除效果明显,稳定运行期间对的平均去除率为。因为流入液体中有机底物的减少和硝态氮的增加,使得大连理工大学博士学位论文格式规范号隔室的沼气产量和甲烷含量均明显减少,但是取而代之的是更为稳定和优良的出水水质。实验结果显示祸合反应器内的生物膜保持了内层好氧、外层缺氧厌氧的特殊结构,而当内层的硝化细菌活性降低时,脱氮效果随之恶化。基于所建立的混合生物膜模型,验证了好氧自养菌主要分布在生物膜的内层,而异养菌主要分布在生物膜的外层。灵敏度分析结果表明,微生物的最大比生长速率、细菌对氧的饱和常数和化学计量参数值对模拟中底物变量浓度的计算具有非常重要的影响,而其它常数在预测模型质量方面所起到的作用较弱。模拟结果表明,比值和生物膜厚度对于生物膜的处理功效均有重要的影响,比值较低造成的反硝化碳源不足和比值较高形成的对自养菌的抑制均会使得的去除率下降而生物膜过厚时所造成的对底物传质的阻碍和过薄时形成的缺氧厌氧环境的缺乏,同样会降低脱氮的效果。数值模拟的应用有助于祸合反应器结构设计的优化及实际工程的应用。关键词厌氧折流板反应器膜曝气生物膜反应器生物膜模型脱氮大连理大学博十学位论文,,,一,·,,,,,,一厂一,一,,,一一一一,一,,,,,,,,一大连理工大学博士学位论文格式规范一,一一,,,一,别汀,附,,,,,,,,,,,,,,,加加,