脱氮复合生物载体的制备及其在低C/N比污水脱氮处理中的应用研究

【摘要】：低C/N比污水中氮的脱除一直是污水处理研究领域的热点和难点。常规生物脱氮技术处理低C/N比污水有较大的局限性,因此研究开发低C/N比污水中氮快速高效脱除新技术具有非常重要的意义。本研究首次研发了一种能够综合生物膜的生物降解功能和载体自身化学反应功能于一体的脱氮复合多孔铁炭(Fe-C)生物载体。研究脱氮复合生物载体的制备方法,对制备的脱氮复合生物载体的理化性能进行表征,并对脱氮复合生物载体应用于低C/N比污水的脱氮处理进行研究。 (1)脱氮复合生物载体的制备以铁粉和活性炭粉为主要原料,按不同体积比例混合,选择不同的粘合剂,搅拌均匀,人工造粒,制成球状,在不同焙烧温度和时间下,烧制成粒径约为5-10mm的脱氮复合生物载体。以废水pH、ORP、NH3-N和N03--N的变化情况等水质指标以及比表面积、孔隙率、强度等材料特性为优化目标,采用单因素分析法,对脱氮复合生物载体的制备条件进行优化,确定出制备的最佳粘合剂、铁炭体积比、焙烧温度和焙烧时间。 (2)试验制备的脱氮复合生物载体其理化性质为：载体近似球状,表面粗糙多孔,平均粒径为8.47mm,真密度、表观密度和堆积密度分别为4.072g/cm3、2.621g/cm3和1.412g/cm3,空隙率为46%,单颗粒强度为2.31MPa,休止角0=23°,Zeta电位为-22.1mV,BET比表面积为32.017m2/g,载体以介孔为主,主要成分为铁、炭、氧、粘合剂5、催化剂等元素,其质量分数分别为51.86%、36.97%、6.33%、3.53%、1.31%,且元素分布较为均匀。通过对比可知,其特性指标优于同等级的活性炭、陶粒、沸石等生物载体。 (3)通过试验,分析了不同水质pH值和水力停留时间(HRT)对脱氮复合生物载体自身化学脱氮的影响。试验表明,脱氮复合生物载体在酸性、中性和碱性条件下都具有较高的处理效果,综合脱氮复合生物载体应用于反应器内生物膜脱氮时pH值得适宜于硝化细菌和反硝化细菌的生存,确定脱氮复合生物载体在反应器内生物膜脱氮和载体自身化学脱氮相耦合的最适pH为中性；水力停留时间越长,脱氮复合生物载体处理效果越好,综合考察处理效果和经济因素,确定HRT=4h。 (4)通过反应器动态连续试验,研究了脱氮复合生物载体对低C/N比污水在反应器内生物膜脱氮和载体自身化学脱氮相耦合的脱氮效果。试验表明：反应器启动51天后稳定正常,对于C/N比为2.5的低C/N比污水具有较好的脱氮效果,在无外加碳源的条件下NH3-N、NO3--N、TN和COD的去除率稳定在86.54%、85.68%、83.67%和91.65%。通过对比可知,其去除效果要明显优于活性炭、陶粒、沸石等生物载体。 此项技术的研发实现了污水在低C/N比条件下不需外加碳源即可高效脱氮,解决了低C/N比污水高效脱氮的难题,为低C/N比污水快速脱氮提供了理论依据。 【关键词】：脱氮复合生物载体 制备工艺 污水 低C/N比 脱氮
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 1 绪论12-29
• 1.1 低C/N比污水脱氮的重要性12
• 1.2 生物脱氮的原理12-14
• 1.3 传统生物脱氮工艺及其新技术14-22
• 1.4 生物载体法脱氮研究22-26
• 1.5 课题来源26
• 1.6 课题研究目的、内容和技术路线26-29
• 1.6.1 研究目的26-27
• 1.6.2 研究内容27
• 1.6.3 技术路线27-29
• 2 脱氮复合生物载体的制备29-44
• 2.1 试验材料及方法29-32
• 2.1.1 试验材料29
• 2.1.2 试验仪器29-30
• 2.1.3 试验水质30
• 2.1.4 试验装置30-31
• 2.1.5 试验方法31-32
• 2.2 脱氮复合生物载体的制备工艺32-33
• 2.3 脱氮复合生物载体的制备中主要因素对载体性能的影响33-42
• 2.3.1 粘合剂选择的影响33-34
• 2.3.2 铁炭体积比的影响34-37
• 2.3.3 焙烧温度的影响37-39
• 2.3.4 焙烧时间的影响39-42
• 2.4 本章小结42-44
• 3 脱氮复合生物载体的特性44-57
• 3.1 试验材料及方法44-46
• 3.1.1 材料及仪器44
• 3.1.2 试验方法44-46
• 3.2 脱氮复合生物载体的宏观物理性能46-49
• 3.2.1 粒径46-47
• 3.2.2 密度47
• 3.2.3 强度47-48
• 3.2.4 流动性能48
• 3.2.5 Zeta电位48-49
• 3.3 脱氮复合生物载体的微观结构49-55
• 3.3.1 比表面积和孔分布49-52
• 3.3.2 表面形貌和元素分析52-55
• 3.4 脱氮复合生物载体与其他生物载体特性的比较55
• 3.5 本章小结55-57
• 4 脱氮复合生物载体对低C/N比污水脱氮处理效果研究57-73
• 4.1 试验材料及方法57-59
• 4.1.1 试验用水及水质57
• 4.1.2 水质指标分析及方法57-58
• 4.1.3 试验装置58-59
• 4.2 脱氮复合生物载体自身化学脱氮烧杯实验59-65
• 4.2.1 pH值对脱氮复合生物载体自身化学脱氮的影响59-62
• 4.2.2 水力停留时间对脱氮复合生物载体自身化学脱氮的影响62-65
• 4.3 脱氮复合生物载体反应器动态连续试验65-71
• 4.3.1 反应器的启动66-67
• 4.3.2 反应器运行阶段脱氮处理效能分析67-69
• 4.3.3 反应器内微生物分析69-71
• 4.4 脱氮复合生物载体与其他生物载体脱氮效果的比较71-72
• 4.5 本章小结72-73
• 5 结论与建议73-75
• 5.1 结论73-74
• 5.2 建议74-75
• 参考文献75-80
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果80-82
• 学位论文数据集82

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