微气泡曝气-生物膜反应器中试系统构建及运行性能研究

摘要

曝气是废水好氧处理工艺的基本过程，同时也是污水处理厂动力消耗的主要环节。微气泡曝气具有强化氧传质作用，在提高氧利用率、改善污染物去除效果、节能降耗方面表现出潜在的应用优势。本研究考察了微气泡曝气与传统曝气条件下反应器启动运行性能和生物膜特性，并对微气泡曝气发生装置、反应器类型和填料类型进行了优化选择，确定了合适的中试系统的组成;在此基础上，设计、构建并运行中试规模微气泡曝气-生物膜反应器，探讨了中试系统在连续运行过程中，污染物去除效果、氧利用率及生物膜特性情况。
　　结果表明:启动运行中，MB反应器污染物去除性能优于CB反应器，微气泡(MB)生物膜反应器的COD、NH4+-N和TN平均去除率分别达到90.3％、92.7％和43.4％，而传统气泡(CB)生物膜反应器的COD、NH4+-N和IN平均去除率分别为79.4％、86.3％和29.3％。同时，MB反应器的氧利用率高达94.3％，显著高于CB反应器。此外，启动过程中MB反应器生物膜形成速率和稳定生物膜生物量均高于CB反应器，并且所形成的生物膜VSS/SS比值较高而EPS含量较低。因此，微气泡曝气具有加速生物膜形成并获得更高的活性生物量的特性，从而提高生物膜反应器的启动运行性能。
　　多孔纤维填料比柱状填料和橡胶颗粒填料具有明显的挂膜优势和污染物去除优势。当反应器稳定运行时，多孔纤维填料生物膜反应器中生物量浓度为1.4g/L，其COD、NH4+-N和TN平均去除率分别为93.7％、58.87％和50.83％，均优于其他两种类型填料生物膜反应器运行性能。OHR微气泡曝气生物膜反应器的污染物去除能力和能耗均优于SPG膜微气泡曝气生物膜反应器。因此，中试系统采用OHR微气泡发生装置和多孔纤维填料固定床生物膜反应器组成。
　　中试系统稳定运行以后，当水力停留时间(HRT)为6h时，平均COD出水浓度为136.9mg·L-1，平均去除率为64％，平均去除负荷为0.8kg·(m3·d)-1;HRT为2h时，平均COD出水浓度为154.34mg/L，平均去除率为64.27％，平均去除负荷为3.12kg·(m3·d)-1;且氨氮和总氮的去除率也相对较低。但当HRT为2h时，氧利用率较高，达到96％;对于OHR微气泡曝气生物膜反应器处理实际生活废水的研究处于起步阶段，工艺流程设计可能存在缺陷，需要进一步改善，以提高废水处理效率，以期为OHR微气泡曝气提供更优的技术支持。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 生活污水处理工艺

1．2．1 活性污泥法

1．2．2 生物膜法

1．3 传统曝气方式

1．4 微气泡曝气方式

1．4．1 微气泡简介

1．4．2 微气泡产生方式

1．4．3 微气泡在生物膜反应器中的应用

1．5 生物膜反应器

1．5．1 生物膜的组成

1．5．2 生物膜的形态结构

1．5．3 生物膜特性

1．5．4 填料的种类与特性

1．6 本课题研究意义和内容

1．6．1 研究意义

1．6．2 研究内容

第2章 微气泡曝气生物膜反应器启动运行性能

2．1 实验材料与方法

2．1．1 实验装置

2．1．2 实验过程

2．1．3 分析项目及测定方法

2．2 结果与讨论

2．2．1 启动运行性能比较

2．2．2 生物膜形成

2．2．3 生物膜组成特性

2．3 本章小结

第3章 生物膜反应器类型与填料类型比较

3．1 实验材料

3．1．1 实验装置

3．1．2 实验过程

3．1．3 实验方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 柱状填料运行性能

3．2．2 橡胶颗粒填料运行性能

3．2．3 悬浮球填料运行性能

3．3 本章小结

第4章 基于OHR微气泡曝气系统运行性能

4．1 实验材料

4．1．1 实验装置

4．1．2 实验过程

4．1．3 实验方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 反应器运行性能

4．2．2 生物膜特性

4．3 本章小结

第5章 中试系统构建与运行性能

5．1 中试系统设计

5．1．1 设计概况

5．1．2 设计参数

5．2 中试系统搭建

5．2．1 系统流程及说明

5．2．2 系统搭建

5．2．3 实验装置

5．2．4 挂膜启动

5．2．5 实验方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 COD去除性能

5．3．2 氨氮去除性能

5．3．3 总氮去除性能

5．3．4 溶解氧变化和氧利用率

5．3．5 生物膜生物量

5．3．6 生物膜形态SEM观察

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

致谢