接触氧化过滤分离一体化生物反应器处理城市污水研究

【摘要】：针对污水分散处理时规模较小,进水浓度偏低等特点,提出一种较目前常用的小流量污水处理工艺(SBR工艺、MBR工艺等)更为简单、高效、低耗的接触氧化过滤分离一体化生物反应器(Contact oxidation Filtration separation integrated Bioreactor,简称CFBR),其以曝气生物滤池(BAF)为原型,采用活性炭滤料,借鉴慢滤池和滤饼过滤原理,同时秉承序批式生物膜法(SBBR)操作灵活的优势,将生物接触氧化法和高效过滤分离有机耦合在一起,可在一个反应器内完成污水的生物氧化及悬浮物过滤分离的过程。 论文从CFBR反应器处理城市污水时的处理效能、污染物降解机理、流态特性、反应动力学等方面,对CFBR工艺进行较系统的研究,表现如下： (1)CFBR反应器出水水质好,占地面积小,抗冲击负荷能力强,能耗低,运行方式灵活,自动化程度高,能够满足污水分散处理与回用的需求。 (2)CFBR反应器处理城市污水的最佳工艺参数为：水力负荷为3.8m3/(m3·d)、接触氧化阶段反应器内DO浓度2～3mg/L、过滤分离阶段初始滤速为5m/h、水温为22～25℃。在最佳工艺参数的条件下,CFBR反应器对COD、氨氮、总氮及浊度平均去除率分别为94.8%、81.4%、64.6%及97.5%,反应器出水中COD、氨氮、总氮及浊度分别为6～30mg/L,1.65～7.31mg/L、4.95～12.62mg/L及1～10 NTU。总磷去除效果欠佳,最高平均去除率为63.0%,出水总磷浓度为0.64～1.57mg/L。 (3)CFBR反应器对污染物降解机理。在接触氧化阶段,有机物和溶解氧经液相传送到滤料表面的生物膜上,被生物膜内的微生物所分解与转化,最终形成各种代谢产物(CO2、水等),污水中的氮主要是通过同步硝化反硝化(SND)方式被去除的,而部分磷的去除,主要是由微生物的同化作用而引起的；在过滤分离阶段,有机物的少量去除是以颗粒状滤料与吸附生长滤料表面的生物膜为主要处理介质,通过吸附阻截和生物代谢的共同作用实现有机物的去除,而悬浮颗粒的去除主要经历迁移和附着两个步骤。 (4)CFBR反应器的流态特性。CFBR系统在流态上呈完全混合式,在有机物降解方面呈时间上的推流,本质上是隶属于完全混合间歇反应器(CMB)。 (5)CFBR系统动力学方程。针对CFBR系统的运行特点和对有机污染物的降解机理,建立CFBR系统的动力学模型,即：模型能较好地反映CFBR系统的实际运行状况。 【关键词】：生物反应器 接触氧化 过滤 流态 动力学 城市污水
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 引言13-15
• 第1章 绪论15-32
• 1.1 水污染与污水处理现状15-17
• 1.1.1 水污染现状15-16
• 1.1.2 污水处理现状16-17
• 1.2 污水处理技术17-18
• 1.2.1 物理处理法17
• 1.2.2 化学处理法17
• 1.2.3 生物处理法17-18
• 1.3 生物膜法污水处理技术18-29
• 1.3.1 生物膜法净化机理18
• 1.3.2 生物膜反应器18-20
• 1.3.3 生物接触氧化法20-22
• 1.3.4 曝气生物滤池22-24
• 1.3.5 复合式生物膜反应器24-29
• 1.4 课题研究目的及主要内容29-32
• 1.4.1 课题的提出29
• 1.4.2 研究目的29-30
• 1.4.3 研究的主要内容30-32
• 第2章 试验材料和方法32-41
• 2.1 试验装置结构与原理32-36
• 2.1.1 试验装置结构32-33
• 2.1.2 试验装置原理33-34
• 2.1.3 滤料选择34-36
• 2.2 试验水质及分析方法36-37
• 2.2.1 试验水质36-37
• 2.2.2 分析方法37
• 2.3 试验启动与挂膜37-39
• 2.3.1 生物膜反应器挂膜方式37-38
• 2.3.2 CFBR系统挂膜38-39
• 2.4 CFBR系统反冲洗39-41
• 2.4.1 反冲洗周期确定40
• 2.4.2 反冲洗方式与强度40-41
• 第3章 CFBR系统处理效能的研究41-58
• 3.1 水力负荷对CFBR系统处理效果影响41-49
• 3.1.1 对COD去除效果影响42-43
• 3.1.2 对NH4~+-N去除效果的影响43-45
• 3.1.3 对TN去除效果的影响45-46
• 3.1.4 对TP去除效果的影响46-47
• 3.1.5 对浊度去除效果的影响47-49
• 3.2 溶解氧浓度对CFBR系统处理效果影响49-53
• 3.2.1 CFBR系统供气量的计算50-51
• 3.2.2 DO浓度对处理效果影响51-53
• 3.3 温度对CFBR系统处理效果影响53-54
• 3.4 滤速对CFBR系统处理效果影响54-55
• 3.5 小结55-58
• 第4章 CFBR系统污染物降解机理及流态特性初探58-79
• 4.1 CFBR系统污染物降解机理58-74
• 4.1.1 CFBR系统接触氧化阶段污染物降解模式58-69
• 4.1.2 CFBR系统过滤分离阶段污染物去除原理69-74
• 4.2 CFBR系统流态特性研究74-78
• 4.2.1 反应器的类型74
• 4.2.2 物料在间歇反应器内的扩散模型74-76
• 4.2.3 CFBR系统流态分析76-78
• 4.3 小结78-79
• 第5章 CFBR系统反应动力学探讨79-93
• 5.1 污水生物处理反应动力学79-86
• 5.1.1 污水生物处理数学模式79-80
• 5.1.2 污水生物处理动力学模式简介80-86
• 5.2 CFBR系统动力学模型86-92
• 5.2.1 CFBR系统动力学模型的建立86-90
• 5.2.2 CFBR系统动力学模型的求解90-91
• 5.2.3 CFBR系统动力学模型的评价91-92
• 5.3 小结92-93
• 第6章 结论与建议93-95
• 6.1 结论93-94
• 6.2 建议94-95
• 参考文献95-104
• 攻博期间发表的科研成果目录104-105
• 致谢105

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