ABR-CSTR一体化反应器去碳脱氮的效能研究

摘要

厌氧折流板反应器(ABR)以分阶段多相厌氧反应器为理论基础，因其构造简单、截留污泥能力强、除污效率高等诸多优点逐步成为研究热点。与此同时，具有亚硝化性能的好氧颗粒污泥系统能够实现高效稳定的短程硝化作用，为新型生物脱氮技术奠定坚实的基础。本研究将ABR与好氧颗粒污泥(CSTR)系统进行有机组合，形成ABR-CSTR工艺。其中CSTR采用具有优越持留富集性能和传质条件的好氧颗粒污泥系统，并将其培养至具有亚硝化性能;在此基础之上回流硝化液至ABR前端隔室并利用水解酸化产生的优质碳源以脱氮，实现水解产酸与产甲烷、短程硝化与反硝化各相的分离，以保证本工艺实现高效去碳脱氮。本研究主要内容和结论如下:
　　(1)沉淀池HRT由2.0 h逐渐缩短至0.75 h，COD容积负荷逐步由1.5kg·(m3·d)-1提高至2.0 kg·(m3·d)-1，系统运行110d后，在好氧区成功获得成熟的淡黄色颗粒污泥，颗粒结构致密、沉降性能良好;在此基础上，C/N比由1逐渐降低至0.4，逐步提高好氧区进水氨氮容积负荷[由0.89 kg·(m3·d)-1提高至2.23 kg·(m3·d)-1]。系统继续运行45 d后，成功将好氧颗粒污泥调控至具有亚硝化功能，出水亚硝酸盐积累率稳定在80％左右。
　　(2)当HRT分别为15h、10h，OLR分别为1、2 kg·(m3·d)-1时，ABR-CSTR一体化工艺COD出水浓度均小于30 mg·L-1，COD的去除率较高且维持在95％左右;而此时改变回流比(R=100、150、200、250％)对COD的整体去除率影响不大。当HRT=5 h、OLR=3 kg·(m3·d)-1时，改变回流比会引起厌氧段COD去除率的波动，但总体去除率始终维持在90％以上。
　　(3)当HRT分别为15h、10h，OLR分别为1、2 kg·(m3·d)-1时，ABR-CSTR一体化工艺NH4+-N去除率较高（90％以上），NH4+-N出水浓度在8 mg·L-1以内，增大回流比能够略微提升NH4+-N去除率;而当HRT缩短至5h、OLR提高至3 kg·(m3·d)-1时，系统NH4+-N去除率骤降至70％以下，提高回流比会使得NH4+-N去除率有进一步恶化的趋势。此外，增设回流使得好氧区进水氨氮浓度下降，由此造成较低的FA浓度难以维持原本较高的出水亚硝酸盐积累率。
　　(4)当回流比相同时，TN去除率随OLR提高呈现出先升高后下降的趋势，当HRT=10 h、OLR=2 kg·(m3·d)-1、R=200％时，系统取得较高的TN去除率（80％左右），出水TN浓度在20 mg· L-1以内;此时NH4+-N去除率也较高，保证了反硝化和硝化反应的顺利进行，而且使硝化容量和反硝化容量达到平衡。而这也恰好是系统去碳的最优条件，二者体现了很好的协同响应关系，即本研究中该条件为本工艺去碳脱氮最优工况。
　　(5)最优工况条件下，厌氧段对COD的去除率高达90％以上，大量有机物作为反硝化脱氮的碳源而被去除;好氧段对COD进一步降解，最终本工艺COD总去除率稳定在95％以上。厌氧段对TN的去除率接近70％，反硝化效果明显且后端隔室存在一定的厌氧氨氧化脱氮过程;好氧段存在同步硝化反硝化(SND)现象，从而进一步强化了系统脱氮能力，TN去除率得以提升，最终达到80％左右。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 厌氧生物处理技术

1．2．1 厌氧生物处理技术的基本原理

1．2．2 厌氧生物处理技术的应用与发展

1．3 厌氧折流板反应器(ABR)

1．3．1 ABR工艺的主要性能特点

1．3．3 ABR处理不同废水的应用研究

1．3．4 ABR工艺与其他工艺的组合

1．4 传统生物脱氮原理及工艺

1．4．1 传统生物脱氮原理

1．4．2 传统脱氮工艺及其改进

1．4．3 新型生物脱氮工艺

1．5 好氧颗粒污泥系统研究现状

1．5．1 具有亚硝化性能的好氧颗粒污泥

1．6 研究目的及内容

1．6．1 研究目的

1．6．2 研究内容

第二章 ABR-CSTR一体化工艺好氧颗粒污泥的培养及亚硝化性能调控

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 实验装置与进水水质

2．2．2 研究过程

2．2．3 测定项目与分析方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 颗粒化过程

2．3．2 亚硝化过程

2．4 本章小结

第三章 ABR-CSTR一体化工艺去碳脱氮条件优化选择

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 试验装置与进水水质

3．2．2 研究过程

3．3 结果与讨论

3．3．1 COD的去除情况及分析

3．3．2 NH4+-N的去除、好氧区亚硝酸盐积累率情况及分析

3．3．3 TN去除情况及分析

3．4 本章小结

第四章 ABR-CSTR-体化工艺去碳脱氮途径分析

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 最优条件下对COD的去除效果及途径分析

4．3．2 最优条件下对TN的去除效果及途径分析

4．3．3 反硝化过程对甲烷化过程的影响分析

4．3．4 反硝化与厌氧氨氧化协同脱氮途径分析

4．4 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

致谢

作者简历