多生境膜生物反应器中溶解氧的分布及传质研究

摘要

本课题利用多生境膜生物反应器(Multi-habitat Membrane Bioreactor，MHMBR)处理人工模拟生活废水，并进行了系统的实验研究。同常规活性污泥法相比，多生境膜生物反应器除了具有活性污泥浓度高、污泥停留时间长、出水水质好、污泥产率低等传统MBR具有的优点之外，还兼具好氧环境、缺氧或厌氧环境以及处于好氧环境与缺氧或厌氧环境之间的过渡环境等多种生境，满足了不同微生物种类生存条件的需求，从而大大提高了系统内微生物的多样性。因此在保持反应器良好的处理效果的同时，进一步增强系统的脱氮能力。
　　本实验研究多生境膜生物反应器对人工模拟生活废水的处理效果和运行状况，主要分析了该系统的脱氮能力，同时通过实时在线自动监测反应器中各个区域DO浓度，以观察反应器中DO分布情况及多生境的形成过程，并探讨了多生境膜生物反应器的运行性能。除了以上研究目的，本实验还针对在高污泥浓度条件下探讨多生境膜生物反应器中氧传质的影响因素。主要研究结果如下:
　　多生境膜生物反应器系统在不排泥条件下，以接种污泥浓度为3200mg/L开始培养，并连续进出水运行125天。系统运行期间，每天通过三台溶解氧测定仪对反应器中三个区域的DO值进行自动定时监测，并上传到电脑上，详细展现了反应器中DO的分布及变化情况。实验结果表明:生物质的增殖对反应器中DO的分布产生着重要的影响。随着运行时间的延长，氧总传质系数KLa值逐渐降低。伴随着各个区域DO值的不同，一个复杂生境包含好氧环境、缺氧环境以及处于好氧环境与缺氧环境之间的过渡环境得以出现在同一个膜生物反应器中，这保证了多生境膜生物反应器稳定且较高的出水水质，特别是对TN有很高的去除效率。系统对COD的平均去除率为94.14％，出水COD浓度基本维持在43.82mg/L以下，抗冲击负荷能力强。随着多生境的形成，系统对TN的去除效率最高可达到80.0％，多生境膜生物反应器系统对耗氧污染物的处理效果高效稳定。但由于系统不排泥，TP的去除则有待进一步改善，另外反应器中胞外聚合物EPS含量随着运行时间的延长而逐渐增加，导致污泥表观粘度的增大和膜污染的加剧。
　　最后实验结果还表明，曝气量、污泥浓度以及污泥表观粘度均对反应器中的氧总传质系数KLa产生不同程度上的影响，但是适当地调节污泥表观粘度对于改善反应器中氧传质是一个容易可行的途径。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 膜生物反应器(MBR)

1．2．1 MBR的分类

1．2．2 MBR的研究进展

1．2．3 MBR的优缺点

1．2．4 多生境膜生物反应器(MHMBR)

1．3 氧传质的机理

1．3．1 传质理论的基本概念

1．3．2 氧传质的理论模型

1．4 氧传质的影响因素

1．5 供氧技术概述

1．5．1 鼓风供氧技术

1．5．2 机械供氧技术

1．5．3 射流供氧技术

1．5．4 膜供氧技术

1．5．5 氧载体供氧技术

1．6 课题的研究意义

1．7 课题来源与研究内容

1．7．1 课题来源

1．7．2 课题研究内容

1．8 本文创新点

第二章 实验部分

2．1 实验设备

2．1．1 设备装置

2．1．2 设备材料

2．2 常规指标分析

2．2．1 分析方法

2．2．2 试剂

2．2．3 仪器

2．3 反应器中胞外聚合物(EPS)的测定

2．3．1 试剂

2．3．2 仪器

2．4 反应器中氧总传质系数的测定

第三章 多生境膜生物反应器的运行性能

3．1 实验方法与原理

3．2 实验水质

3．3 生物质的增殖以及膜生物反应器中溶解氧的分布

3．4 出水水质情况

3．4．1 出水中耗氧营养物质变化情况与氮的去除

3．4．2 其他出水指标的变化情况

3．5 活性污泥EPS含量分析

3．6 膜污染分析

3．7 本章小结

第四章 多生境膜生物反应器中氧传质规律分析

4．1 氧总传质系数的变化情况

4．2 污泥浓度对氧总传质系数的影响

4．3 污泥表观粘度对氧总传质系数的影响

4．4 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

攻读学位期间参加的科研项目

声明

致谢