内循环三相生物流化床反应器的结构优化及在污水处理中的应用

摘要

内循环三相生物流化床反应器引入化工流态化技术，将传统的活性污泥法和生物膜法有机结合在一起，具有高效、设备一体化等特点，被认为是最具有发展前途的污水处理技术之一。然而目前应用不多，主要原因是对反应器的结构参数、运行参数以及在具体废水中的应用研究还不够深入，反应器放大问题未得到很好的解决。本文首先以实验室总有效容积27.8 L，总高2.986 m的反应器从实验基础研究出发，通过试验研究了反应器高径比(Hr/D=100 cm/15 cm，150/15，200/15)、底隙高度(H<,B>=21 mm，38 mm，50 mm，63 mm)、升流筒(内筒)上部液面高度(H<,T>=160mm ，180mm，206 mm，250mm)等结构参数对反应器总平均气含率㈨、体积氧传质系数(K<,La>)和液体循环时间(t<,c>)、混合时间(t<,m>)的影响，获得了大量数据，并归纳出实用有效的应用规律，为反应器的放大实验提供依据和参考。综合考虑反应器性能要求，确定了反应器最优结构参数，Hr/D=150/15，H<,B>=63mm，H<,T>=250mm。 载体和载体粒径的选择关系到反应器能否成功运行。本文分析了载体粒径选择应主要考虑的因素，确定选用陶粒载体：并系统地提供了粒径选择的计算方法，并编写了matlab程序以供方便使用，确定陶粒载体的粒径为0.2～0.3mm。 最后，采用最优结构的反应器对废水(配水和实际生活污水)进行生化处理实验室研究。当载体浓度为20～25 g/L，反应器采用水力停留时间(HRT)为1.0 h，进水COD<,Cr>为480.37～548.23 mg/L时，COD<,Cr>的去除率稳定在80％左右，COD<,Cr>的容积去除负荷为9.2～11.4 kgCOD<,Cr>·m<'-3>·d<'-1>；实验还考察了反应器在不同HRT下NH<,3>-N的去除情况，当进水NH<,3>-N浓度为40mg/L左右，HRT为1.0h时，NH<,3>-N的去除率为20％左右，去除负荷约为0.2 kgNH<,3>-N-m<'3>·d<'-1>；当HRT为2.0h时，NH<,3>-N去除率为80％～90％，去除负荷为0.4～0.5 kgNH<,3>-N-m<'-3>·d<'-1>。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1课题研究的目的与意义

1.2国内外研究进展

1.2.1生物反应器发展特点

1.2.2流化床的发展史

1.2.3对反应器结构参数研究方面

1.2.4在处理污水研究及工程应用方面

1.3本论文研究内容及初步实施方案

第二章实验装置和方法

2.1实验装置

2.1.1实验流程图

2.2.2内循环流化床反应器结构图

2.2.3三相分离器

2.2实验原料及试验仪器

2.2.1实验药品

2.2.2实验仪器及设备

2.3实验方法和手段

2.3.1液体循环时间

2.3.2液体混合时间

2.3.3气含率

2.3.4体积氧总传质系数(KLa)

2.3.5 CODCr

2.3.6 NH3-N，NO3--N，NO2--N

第三章反应器结构参数对反应器性能的影响

3.1高径比对反应器性能的影响

3.1.1高径比对液体循环时间的影响

3.1.2高径比对混合时间的影响

3.1.3高径比对总平均气含率的影响

3.1.4高径比对体积氧总传质系数(KLa)的影响

3.2底隙高度对反应器性能的影响

3.2.1底隙高度对循环时间的影响

3.2.2底隙高度对混合时间的影响

3.2.3底隙高度对总平均气含率的影响

3.2.4底隙高度对体积氧总传质系数(KLa)的影响

3.3液面高度对反应器性能的影响

3.3.1液面高度对循环时间的影响

3.3.2液面高度对混合时间的影响

3.3.3液面高度对体积氧总传质系数(KLa)的影响

3.4导流筒高度对反应器特性的影响

3.4.1导流筒高度对循环时间的影响

3.4.2导流筒高度对混合时间的影响

3.4.3导流筒高度对体积氧总传质系数(KLa)的影响

3.5本章小结

第四章陶粒载体选择及特性

4.1载体的选择及投加量

4.1.1理论分析

4.1.2载体的选择

4.1.3载体的投加量

4.2陶粒粒径大小的选择

4.2.1理论分析

4.2.2粒径大小选择

第五章载体挂膜实验及处理污水的研究

5.1挂膜水质和载体

5.1.1挂膜水质

5.1.2挂膜载体

5.1.3实验反应器结构参数

5.2挂膜启动

5.3处理污水的研究

5.3.1生物膜动力学分析

5.3.1进水浓度对CODCr容积负荷的影响

5.3.2水力停留时间对NH3-N去除的影响

5.3.3反应器NH3-N去除转化分析

5.3.3实验中出现的问题及解决方案

5.4本章小结

第六章结论与建议

结论

建议

参考文献

学位攻读期间的研究成果及发表的学术论文

致谢