序批式反应器同步硝化反硝化处理生活污水试验研究

【摘要】： 同步硝化反硝化(Simultaneous Nitrification and Denitrification,简称SND)工艺是近年来开发的一种新型生物脱氮工艺,和常规的生物脱氮工艺相比,该工艺能节省碱度,并能有效的保持反应器中pH稳定,同时具有污泥生成量少等一系列优点,因而近年来成为国内外的研究热点。 本试验将采用SBR(Seqencing Batch Reactor)反应器,以模拟生活污水作为处理对象,考察了曝气量、C/N(COD与NH_4~+-N的比值)、碱度、碳源种类及其投加方式等因素对活性污泥同步硝化反硝化脱氮效果的影响;并对SBR法同步硝化反硝化脱氮的机理进行了探讨;建立了同步硝化反硝化的动力学方程。通过试验研究,得到了以下主要结论: (1)在SBR反应器处理模拟生活污水的试验中,好氧阶段TN(Totle Nitrogen)的损失验证了SND的存在,即单级生物脱氮是可行的。 (2)DO是同步硝化反硝化的一个限制因素。在SBR内研究了曝气量对SND效果的影响。实验表明:不同曝气量条件下都有SND现象发生,分析认为低溶解氧下的SND发生的机理应归因于微环境理论,由于溶解氧扩散的限制,在污泥絮体内部产生溶解氧梯度造成的。 (3)在控制低溶解氧的条件下,通过改变碳源的投加量,研究了C/N对SND脱氮效果的影响。试验结果表明:不同进水C/N条件下都有SND现象发生;在本试验范围内,C/N为10时,TN去除率最高,达50%左右;并且随进水碳氮比的提高而SND现象越加明显。 (4)本试验在控制低溶解氧的条件下,对碱度对活性污泥同步硝化反硝化的影响进行了研究。试验表明:投加碱度的量(以NaHCO_3计)为12 g/g NH_4~+-N时,在进水氨氮浓度为40mg/L,投加COD浓度为400mg/L的条件下活性污泥脱氮效果最好,TN的去除率达56%左右;并在本试验范围内,适当增加碱度的投加量,有利于亚硝酸盐的积累,使得全程硝化反硝化向短程硝化反硝化转化,从而节约了碳源,提高了TN的去除率。 (5)在控制低溶解氧的条件下,通过改变碳源的种类,研究了葡萄糖、乙酸钠、蔗糖+淀粉的混合物对SND效果的影响。研究结果表明:在试验条件下,蔗糖+淀粉的混合物比葡萄糖、乙酸钠等易降解的有机物更适合作为同步硝化反硝化的碳源。当采用蔗糖+淀粉的混合物为碳源时,在进水氨氮浓度为40 mg/L,投加COD浓度为400 mg/L的条件下TN去除率达到60%以上,而仅采用葡萄糖或乙酸钠为碳源时,在同等条件下TN去除率分别仅为39%、50%。 (6)在SBR内研究了有机碳源的投加方式对SND效果的影响。试验结果表明:有机碳源的投加方式对SND效果影响显著。当采用半连续碳源的投加方式时,分5次等量投加COD,每次60 mg/L,时间间隔为1小时,在进水氨氮浓度为40mg/L,C/N值为7.5:1的条件下,可使氨氮、总氮分别下降至0.45 mg/L、2.16 mg/L,TN去除率达到90%以上,为相同条件下随进水一次性投加碳源的2.2倍。 (7)通过对SBR反应器中同步硝化反硝化进行动力学分析,推导出同步硝化反硝化阶段的动力学方程,并经过大量的实验数据分析,求出其动力学参数。所得动力学方程如下: 【关键词】：SBR反应器 同步硝化反硝化 生活污水 低溶解氧 动力学模型
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-28
• 1.1 氮在水中的存在形态11
• 1.2 氮素对水环境的危害11-12
• 1.3 传统生物脱氮理论12-18
• 1.3.1 生物脱氮的基本原理13-14
• 1.3.2 传统的生物脱氮工艺14-16
• 1.3.3 生物脱氮新技术研究16-18
• 1.4 同步硝化反硝化脱氮理论及其研究现状18-26
• 1.4.1 同步硝化反硝化现象18-19
• 1.4.2 同步硝化反硝化作用机理19-21
• 1.4.3 同步硝化反硝化影响因素21-22
• 1.4.4 同步硝化反硝化研究现状22-26
• 1.5 SBR作为同步硝化反硝化脱氮反应器的特点26
• 1.6 本课题的主要研究目的和内容26-28
• 1.6.1 本论文的主要研究目的和意义26-27
• 1.6.2 本论文的主要研究内容27-28
• 第二章 试验装置及条件28-31
• 2.1 试验材料与方法28-29
• 2.1.1 实验用水28
• 2.1.2 试验装置28-29
• 2.1.3 仪器设备和分析方法29
• 2.2 实验运行方式与启动29-31
• 2.2.1 实验运行方式29-30
• 2.2.2 试验启动与污泥驯化30-31
• 第三章 SBR内SND影响因素研究及最佳状况分析31-47
• 3.1 曝气量对同步硝化反硝化效果的影响31-38
• 3.1.1 不同曝气量条件下DO和pH的变化32-34
• 3.1.2 不同曝气量条件下COD的降解34
• 3.1.3 不同曝气量条件下各形态氮浓度的变化34-37
• 3.1.4 SBR内同步硝化反硝化发生机理探讨37-38
• 3.2 COD/N对同步硝化反硝化的影响38-41
• 3.2.1 试验方案设计38
• 3.2.2 不同C/N条件下各形态氮浓度的变化38-40
• 3.2.3 不同C/N条件下COD的降解40-41
• 3.3 碱度对SBR同步硝化反硝化的影响41-46
• 3.3.1 不同碱度条件下DO和pH的变化42-43
• 3.3.2 不同碱度条件下COD的变化43-44
• 3.3.3 不同碱度条件下各形态氮浓度的变化44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 有机碳源对同步硝化反硝化效果的影响47-54
• 4.1 不同碳源对同步硝化反硝化脱氮影响试验研究47-50
• 4.1.1 以葡萄糖为碳源的脱氮系统内的脱氮特性47-48
• 4.1.2 以乙酸钠为碳源的脱氮系统内的脱氮特性48-49
• 4.1.3 以蔗糖+淀粉为碳源的脱氮系统内的脱氮特性49-50
• 4.2 有机碳源不同投加方式对同步硝化反硝化脱氮影响试验研究50-53
• 4.2.1 一次性投加碳源方式对同步硝化反硝化效果的影响51
• 4.2.2 连续投加碳源方式对同步硝化反硝化效果的影响51-52
• 4.2.3 分批投加碳源方式对同步硝化反硝化效果的影响52-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第五章 SBR反应器内同步硝化反硝化动力学模型54-64
• 5.1 前言54
• 5.2 硝化反应基础动力学54-55
• 5.3 反硝化反应基础动力学55-57
• 5.4 同步硝化反硝化反应动力学模型的推导57-63
• 5.5 本章小结63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-71
• 致谢71

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