SBR系统中好氧颗粒污泥同步硝化反硝化特性研究

摘要

水环境中氮元素的大量积累导致了水环境质量的严重恶化,采用有效的防治措施化解这一危害,是目前亟待解决的问题.固定化微生物处理技术是近几年发展起来的废水处理新技术,它除了可以用于重金属废水、难降解有毒有机废水和含磷废水的处理外,也可以有效地去除废水中的氨氮.利用固定化微生物技术中的自身固定化技术培养好氧颗粒污泥,实现同步硝化反硝化脱氮具有其独特的优越性和广泛的益处,已成为了生物脱氮研究的热点.该课题立足于国内外生物脱氮研究的最新研究成果,以普通活性污泥作为接种污泥,在序批式反应器中采用逐渐减少污泥沉降时间的方法造成选择压,培育出了好氧颗粒污泥.在成功培养好氧颗粒污泥的基础上,研究SBR系统中有厌氧.段和无厌氧段两种运行模式、不同COD/NH<,4>-N比、不同溶解氧条件等因素对好氧颗粒污泥脱氮速率的影响,深入探讨好氧颗粒污泥的脱氮特性.实验结果表明通过逐步减小污泥沉降时间,提高污泥临界沉降速度的方法,活性污泥可凝聚成团,形成沉降性能优越的颗粒化污泥.好氧颗粒污泥外观呈橙黄色,粒径集中在0.5-0.8mm左右,污泥体积指数为11.7ml/g,MLSS高达9.4g/L.颗粒污泥具有良好的水力强度,较高的容积负荷和良好的沉降性能,对生活污水中的氮以及COD均有很好的去除能力.有厌氧段和无厌氧段运行模式比较可以发现,无厌氧段的氨氮去除速度比有厌氧段的要快得多.不同碳氮比实验的结果显示,碳氮比越大,总无机氮去除率越高,当碳氮比由6升高到14时,总无机氮去除率由40.3%上升到74.5%.采用分段函数的方法对不同碳氮比下的氨氮去除曲线进行分段拟和,发现其具有相当好的线性化特征,且曲线斜率对应着该阶段的氨氮去除速率.减低平均溶解氧值、采用间歇曝气代替连续曝气更有助于提高总无机氮去除率,节省曝气能源消耗.

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物理量名称及符号表

第1章绪论

1.1固定化微生物技术及其分类

1.1.1表面吸附固定化

1.1.2交联固定化

1.1.3包埋固定化

1.1.4自身固定化

1.2固定化生物膜废水处理技术

1.3固定化细胞废水处理技术

1.4本论文的研究对象与意义

第2章好氧颗粒污泥的培养方法、形成机理及用途

2.1好氧颗粒污泥的培养方法

2.1.1沉淀时间和沉降速度

2.1.2 COD负荷

2.1.3水流剪切力

2.1.4其他培养方法

2.2好氧颗粒污泥的形成机理

2.2.1颗粒污泥形成过程中的阶段划分

2.2.2无载体时颗粒污泥的形成过程

2.2.3小颗粒物质做初始载体时颗粒污泥的形成

2.3好氧颗粒污泥的诸多用途

2.3.1去除易降解和难降解有机物

2.3.2吸附重金属离子

2.3.3去除废水中的氨氮

2.3.4去除废水中的磷

2.4生物膜与好氧颗粒污泥工艺的比较

2.4.1形成过程的比较

2.4.2微生物相组成的比较

2.4.3生物膜和好氧颗粒污泥的除污机理

2.5两种类型的颗粒污泥理化指标和污泥特性的比较

2.5.1两类颗粒污泥物理特性和生物学特性的比较

2.5.2两类颗粒污泥形成的影响因素比较

第3章生物脱氮新技术与颗粒污泥脱氮机理分析

3.1概述

3.2同步硝化反硝化机理与工艺

3.2.1同步硝化—反硝化机理

3.2.2同步硝化—反硝化工艺

3.3亚硝酸型硝化反硝化脱氮工艺及其技术原理

3.3.1亚硝酸型生物脱氮技术原理

3.3.2实现亚硝酸型生物脱氮的途径

3.3.3亚硝酸同步硝化反硝化工艺——SHARON工艺

3.4厌氧氨氧化生物脱氮原理与工艺

3.4.1厌氧氨氧化及其反应机理

3.4.2好氧氨氧化(硝化过程)与厌氧氨氧化的比较

3.4.3 SHARON工艺与ANAMMOX工艺的组合

3.5好氧反硝化生物机理

3.6 OLAND原理与工艺

3.7好氧反氨化原理与工艺

3.8好氧颗粒污泥同步硝化反硝化机理

3.8.1可能发生的各种脱氮反应

3.8.2多种脱氮模式在好氧颗粒污泥中同时发生

3.8.3颗粒污泥中的脱氮除磷一体化

3.9本论文的研究内容

第4章生物脱氮动力学和与颗粒污泥相关的模型研究

4.1硝化反应动力学

4.1.1硝化反应基础动力学

4.1.2环境因素对硝化反应动力学的影响

4.1.3硝化处理系统的物料平衡

4.2反硝化反应动力学

4.2.1反硝化基础动力学

4.2.2影响反硝化反应的环境因素

4.2.3反硝化处理系统的物料平衡

4.3好氧颗粒污泥生物反应器模型研究

4.4流化床生物反应器模型

4.4.1流化床生物反应器概述

4.4.2流化床反应器的水力学特性

4.4.3溶质在生物膜表面和内部的扩散与反应

4.5生物膜反应器模型

4.5.1生物膜的特征

4.5.2生物膜传质过程

第5章试验装置及分析方法

5.1试验方案

5.2实验装置与分析设备

5.2.1 SBR反应器

5.2.2分析设备

5.3实验用水

5.4分析项目与方法

5.4.1水样的处理和保存

5.4.2颗粒污泥的脱水处理

5.4.3测定项目及分析方法

第6章颗粒污泥培养及同步硝化反硝化研究

6.1好氧颗粒污泥的培养

6.1.1颗粒污泥的培育方法

6.1.2好氧颗粒污泥的形成过程

6.1.3颗粒粒度分析和微观形态观察

6.1.4外界环境因素对颗粒污泥系统的影响

6.2颗粒污泥实现同步硝化反硝化

6.2.1颗粒污泥的脱氮研究

6.2.2同步硝化反硝化的实现

6.2.3试验现象分析

6.3运行模式和碳氮比对颗粒污泥脱氮的影响

6.3.1不同运行模式对颗粒污泥脱氮的影响

6.3.2两种模式脱氮优势对比

6.3.3碳氮比对颗粒污泥脱氮的影响

6.3.4颗粒污泥硝化速率的测定

6.4溶解氧浓度对颗粒污泥脱氮的影响

6.4.1溶解氧浓度对比实验的研究方法

6.4.2溶解氧条件对总无机氮去除速率的影响

第7章结论与研究展望

7.1结论

7.1.1好氧颗粒污泥的培养过程

7.1.2好氧颗粒污泥同步硝化反硝化脱氮

7.1.3碳源在颗粒污泥脱氮中的作用

7.1.4溶解氧浓度对颗粒污泥脱氮的影响

7.2研究展望

7.2.1利用颗粒污泥实现同步脱氮除磷

7.2.2全程自养脱氮颗粒污泥的培养

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B COD微波消解滴定法