加压曝气生物反应器系统处理城市污水研究

【摘要】：目前国内外污水处理方法中使用最多的方法是好氧生物处理。传统的活性污泥法工艺主要存在着负荷低、能耗高、占地面积大、运行费用较高、处理效率不高及剩余污泥产量较大等缺点，使得其在实际工程中应用中存在一定限制。本课题研究的加压曝气生物反应器是一种新型污水好氧生物处理新工艺，通过实验完成了以下的研究内容： 对加压曝气生物反应器溶氧性能进行了研究，通过加压的方式提高反应器内的压力，从而来改善反应器内的氧传递性能，有效地克服了常规好氧生物处理法中氧传递的限制，使得气水比（G/W）显著减少，当压力为0.18-0.24MPa，G/W取3时，溶解氧浓度能达到4mg/L以上。 研究证明了，加压条件下比常压时反应器对COD的去除效果有显著提高，并且在加压条件下具有良好的抗冲击负荷能力，但当压力上升到0.26-0.3MPa后，反应器对COD的去除效果相对于0.24MPa时略微有所降低；水力停留时间对COD的去除率同样也有影响：在2h以下COD的去除率随停留时间的增长而提高，且在HRT为2h为最高，其后HRT的增加不能显著提高COD的去除率。与常规好氧生物处理法相比达到相同出水水质所需的HRT大大减少；实验所得最优运行条件下（压力0.18-0.24MPa，HRT取2h，G/W取3），COD去除率可达92.54%。 实验证明利用气浮分离器作为加压曝气生物反应器的泥水分离装置是可行的，在进水SS为30-90mg/L时去除率可达83%左右，出水SS可以达到国家一级排放标准。 加压曝气生物反应器具有硝化功能。在加压条件下，反应器的对NH3-N的去除效果要好于常压条件下，当压力控制在0.18-0.24MPa时硝化效果最佳；水力停留时间对加压曝气生物反应器的硝化效果影响较大，且与常规污水生物处理法的硝化规律不太一致，在HRT取2h时，反应器对NH3-N的去除率达到最大值，低于或高于2h，NH3-N去除率都会下降。因此，本反应器在水力停留时间为2h，压力0.18-0.24MPa，G/W取3时，NH3-N去除率可达92.04%。 加压曝气生物反应器的生物除磷的功能较弱，P的去除率仅为23%，而在采用聚合氯化铝（PAC）进行化学除磷后，除磷效果显著。实验结果表明，当进水TP为3.0-4.5mg/L时，投加0.015mg/L的PAC可使TP的去除率达到92.60%，出水TP值能达到国家一级排放标准。 论文在加压条件下推导了加压曝气生物反应器的动力学模型，并通过图解法得出方程的动力学参数，其中，单位体积附着生物膜对有机物的去除速率（Vmax）为769.23mg/(L·h)，单位体积附着生物膜对有机物的最大去除速率（Ks）为37.89mg/L，由此最终确定了加压曝气生物反应器的动力学方程。 【关键词】：加压曝气生物反应器 水力停留时间 气浮分离器 化学除磷 氨氮去除
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-30
• 1.1 研究背景及意义11-23
• 1.1.1 研究背景11
• 1.1.2 常规污水生物处理技术11-22
• 1.1.3 污水生物处理中的曝气方式及其现状22-23
• 1.2 加压曝气生物处理工艺的研究进展23-26
• 1.2.1 加压曝气生物处理技术的研究方向23
• 1.2.2 生物填料的研究和开发23-24
• 1.2.3 压力条件下对底物传质和生物反应建模24
• 1.2.4 压力条件下微生物形态的研究24
• 1.2.5 压力对溶解氧的影响24-25
• 1.2.6 加压曝气生物处理工艺的脱氮除磷性能25-26
• 1.3 气浮分离26-28
• 1.3.1 气浮的原理26
• 1.3.2 气浮的应用26-27
• 1.3.3 气浮的类型27-28
• 1.4 研究内容及意义28
• 1.4.1 课题研究来源28
• 1.4.2 研究内容28
• 1.4.3 研究意义28
• 1.5 本课题创新点28-30
• 第2章 实验设计30-34
• 2.1 实验用水30
• 2.2 实验装置30-32
• 2.3 生物填料32-33
• 2.4 检测项目及方法33-34
• 第3章 加压曝气反应器降解有机物研究34-48
• 3.1 加压曝气生物氧化的理论基础34-35
• 3.1.1 有机物降解原理34
• 3.1.2 加压原理34-35
• 3.2 填料挂膜实验35-36
• 3.3 加压曝气生物反应器运行参数及有机物去除效果实验研究36-45
• 3.3.1 气水比对溶解氧及有机物去除效果的影响36-38
• 3.3.2 压力对有机物及 SS 去除效果的影响38-42
• 3.3.3 水力停留时间对有机物及 SS 去除效果的影响42-45
• 3.4 气浮分离器的效果研究45-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 加压曝气反应器脱氮除磷研究48-57
• 4.1 生物脱氮除磷的机理48-49
• 4.1.1 生物脱氮48-49
• 4.1.2 生物除磷49
• 4.2 加压曝气生物反应器硝化实验研究49-54
• 4.2.1 压力对硝化效果的影响49-52
• 4.2.2 水力停留时间对硝化效果的影响52-54
• 4.3 加压曝气生物反应器除磷研究54-56
• 4.3.1 化学除磷剂的选择55
• 4.3.2 聚合氯化铝投加量的选择55-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 加压曝气反应器动力学研究57-61
• 5.1 莫诺方程57
• 5.2 动力学研究57-60
• 5.2.1 动力学模型推导57-59
• 5.2.2 动力学模型参数的确定59-60
• 5.3 本章小结60-61
• 结论与建议61-63
• 参考文献63-67
• 致谢67

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