含氮废水同时硝化反硝化工艺特性基础研究

摘要

传统脱氮工艺普遍存在工艺流程较长、占地面积大、基建投资高等缺点。科学工作者正在积极开展新型生物脱氮理论及工艺的研究，其中短程硝化一反硝化、同时硝化反硝化工艺具有节约能源、减少污泥量、减少占地面积等优点，倍受广泛地关注。本文对膜生物反应器(MBR)系统内同时硝化反硝化、复合膜生物反应器(HSMBR)系统内亚硝酸型同时硝化反硝化进行了基础研究。主要研究成果如下： (1)在活性污泥系统和MBR系统中都证明了同时硝化反硝化的存在。同时发现：在相同工作条件下，MBR系统对COD、氨氮和TN的去除效率比活性污泥系统中去除效率高。总体来说，MBR系统中更容易实现同时硝化反硝化，并且同时硝化反硝化效果更好。 (2)通过对活性污泥系统和MBR系统的同时硝化反硝化影响因素研究表明： DO是同时硝化反硝化的一个限制条件，MBR中DO控制在0.8mg/L～1.0mg/L 时，能较好的实现同时硝化反硝化；进水COD/TN比值越低，总氮的去除率相应的也越低；发生同时硝化反硝化的最佳pH值在7.1左右；在不影响硝化过程的前提下，F/M 的提高是有利于同时硝化反硝化的进行。另外，污泥有机负荷是影响同时硝化反硝化效果的另一关键因素，MBR系统中，当DO为0.8mg/L时，污泥有机负荷在0.15～0.36kgCOD/kgMLSS.d之间时能发生较好的同时硝化反硝化。根据试验研究，MBR系统中同时硝化反硝化效果最佳的工作条件为：DO 控制在 0.8mg/L左右，进水C/N比在10左右，F/M为0.34kgCOD/kgMLSS·d，pH值在7.1左右。 (3)通过试验表明：DO、C/N比对同时硝化反硝化的影响机制在两种系统(活性污泥系统和MBR系统)中是一致的。 (4)采用HSMBR反应器处理氨氮废水可实现稳定的亚硝酸型同时硝化反硝化，其亚硝化率50.9％～80.3％，TN损失率在37％～74.5％，亚硝酸型同时硝化反硝化系统可稳定运行近一个月，但系统亚硝化不能长期稳定。 (5)HSMBR 反应器中亚硝酸型同时硝化反硝化现象出现的根本原因是：在对DO、游离氨、pH、温度等环境因素的适应过程中亚硝化菌逐渐赢得了生长和活性上的竞争优势，而硝化菌处于相对劣势，导致NO<,2><'->-N累积现象出现。 (6)采用单级A/O程序复合膜生物反应器(HSMBR)处理氨氮废水，研究了在低DO浓度下系统对有机物、氨氮和总氮的去除效率。研究结果表明：DO在0.5～1.0mg/L时，COD，氨氮的平均去除率分别为94.4％和92.8％。由于进水COD/TN比仅为2.01，则使得总氮平均去除率仅为69.4％，但是当系统NO<,2><'->-N累积率从60.5％～67.1％提高到83.5％～86.4％时，系统总氮去除率提高了17.7％。另外，维持低DO浓度可以实现亚硝酸型同时硝化反硝化反应。 (7)通过同时硝化反硝化反应机理的分析，建立了膜生物反应器中的同时硝化反硝化反应动力学模型，发现试验结果而求得的硝酸盐饱和常数K<,NO3>要远远高于传统单级反硝化过程模型中的硝酸盐饱和常数，从量化的角度了解了同时硝化反硝化现象。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1我国水污染状况

1.2水环境中氮的形态与来源

1.2.1水环境中氮的形态与转化

1.2.2水环境中氮素的来源

1.3水环境中氮污染的危害性

第2章废水生物脱氮理论与技术

2.1概述

2.2传统生物脱氮原理及工艺

2.2.1传统生物脱氮原理

2.2.2传统生物脱氮工艺

2.3新型生物脱氮理论及工艺

2.3.1新型生物脱氮理论

2.3.2新型生物脱氮工艺

2.4本课题研究的意义和主要内容

第3章膜生物反应器(MBR)中同时硝化反硝化工艺特性研究

3.1试验方法与材料

3.1.1试验方案

3.1.2试验流程

3.1.3试验装置

3.1.4原水水质

3.1.5分析项目与方法

3.1.6接种污泥及试验的启动

3.2试验结果与讨论

3.2.1活性污泥系统下的试验结果

3.2.2膜生物反应器的试验结果

3.2.3同时硝化反硝化影响因素研究

3.3影响因子对同时硝化反硝化机制的作用

3.3.1 DO浓度对同时硝化反硝化机制的作用

3.3.2 C/N对同时硝化反硝化机制的作用

3.3.3 F/M对同时硝化反硝化机制的作用

3.3.4 pH值对同时硝化反硝化机制的作用

3.4本章小结

第4章复合膜生物反应器(HSMBR)中亚硝酸型同时硝化反硝化工艺特性研究

4.1试验系统

4.1.1 HSMBR反应器的设计

4.1.2试验流程

4.1.3试验设备

4.1.4原水水质

4.1.5分析项目与方法

4.1.6试验内容

4.2试验的影响因素及取值

4.2.1亚硝态氮累积的影响因素及其取值

4.2.2同时硝化反硝化的影响因素

4.3试验结果

4.3.1 HSMBR系统试验

4.3.2 DO影响分析

4.3.3 pH值影响分析

4.3.4游离氨(FA)影响分析

4.3.5 A/O程序HSMBR系统内的亚硝酸型同时硝化反硝化研究

4.4 HSMBR实现短程硝化过程中的生物学特性

4.4.1试验仪器及药品

4.4.2试剂的配制

4.4.3材料与方法

4.4.4试验结果

4.5本章小结

第5章同时硝化反硝化的动力学模型初探

5.1硝化反应动力学

5.2反硝化反应动力学

5.3同时硝化反硝化反应动力学模型的推导

第6章亚硝酸型同时硝化反硝化的技术分析

6.1前言

6.2反应器运行的技术参数及术语说明

6.2.1技术参数

6.2.1术语说明

6.3反应器内曝气量核算

6.3.1理论需氧量分析

6.3.2实际曝气量分析

6.4反应器容积的核算

6.5本章小结

第7章结论与建议

7.1结论

7.2建议

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果