废水处理内环流固定床生物膜反应器性能研究

摘要

本文研究开发了一种新型的废水处理反应器，把气升式内环流反应器的结构特点与弹性立体填料相结合，充分利用生物膜法处理废水的优点，同时通过内环流流型改善反应器内部的流动状态，成为新型的内环流固定床生物膜反应器。主要内容有： 1.建立了内环流固定床生物膜反应器实验装置，并对生物载体挂膜进行实验研究； 2.采用正交实验方案，分别确定了影响反应器内COD和氮去除率的相关因素，以及最优实验参数，实现了反应器硝化和反硝化装置一体化的功能； 3.将内环流固定床生物膜反应器与活性污泥及流化床生物膜反应器进行了实验比较。结果表明，该反应器的COD和氨氮去除效率相对较高，且具有无回流、气液比小、运行成本低等优势； 4.利用非线性最小二乘法和误差分析，确定了反应器内底物降解动力学方程的参数，即μmax/YX/S=0.0156min-1，KS=516.96mg/L，Ki=697.57mg/L，ke/YX/S=0.0022min-1。模拟计算结果表明：本文建立的Haldane-Endo组合动力学模型，用以描述该反应器的动力学行为是合适的。 5.Haldane-Endo组合动力学方程与一级反应的Monod、Haldane和Monod-Endo方程的计算结果进行比较，表明Haldane-Endo组合方程对本文的实验结果吻合较好。

目录

文摘

英文文摘

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引 言

1 文献综述

1.1生物膜法污水处理技术

1.1.1生物膜及其形成过程

1.1.2生物膜的特性

1.1.3生物膜中的微生物相

1.1.4生物膜的净化机理

1.1.5生物脱氮工艺

1.2生物膜反应器工艺

1.2.1传统生物膜反应器工艺

1.2.2新型生物膜反应器工艺

1.3环流反应器

1.3.1环流反应器的类型及特点

1.3.2反应器的性能及影响因素

1.3.3反应器的结构

1.3.4环流反应器在废水处理中的应用

1.4生物膜填料的类型和应用

1.5生化反应动力学

1.5.1动力学研究内容

1.5.2数学模型的建立

1.6本章小结

2 实验流程及测试

2.1实验装置及流程

2.2实验材料

2.2.1活性污泥

2.2.2人工合成废水

2.2.3生物膜填料

2.3实验分析方法

2.3.1 MLSS和MLVSS

2.3.2化学需氧量(COD)

2.3.3水力停留时间(HRT)

2.3.4污泥沉降比(SV)

2.3.5氮的测定

2.3.6废水采样

2.4实验仪器与试剂

2.4.1实验仪器

2.4.2实验试剂

2.5实验参数

2.5.1温度

2.5.2pH值

2.5.3进水底物浓度

2.5.4水力停留时间

2.5.5曝气量

2.6实验步骤

2.7本章小结

3 实验结果分析与讨论

3.1污泥培养与驯化

3.1.1污泥观察

3.1.2污泥沉降性

3.1.3污泥MLSS和MLVSS

3.1.4污泥活性

3.1.5污泥培养驯化中的现象分析

3.2载体挂膜

3.2.1微生物观察分析

3.2.2挂膜阶段的实验

3.2.3挂膜过程分析

3.3初期运行阶段

3.4间歇运行阶段

3.4.1循环量对COD去除率的影响

3.4.2进水COD浓度的影响

3.5连续运行阶段

3.5.1 COD的去除

3.5.2生物脱氮

3.5.3微生物观察分析

3.6对比性实验

3.7本章小结

4 反应动力学分析及模拟

4.1底物降解动力学方程建立

4.2底物降解动力学方程数值计算

4.2.1动力学参数确定

4.2.2底物降解动力学方程求解

4.3底物COD降解过程模拟

4.3.1实验结果

4.3.2非线性回归分析结果

4.3.3底物COD降解模拟结果

4.4反应器的动力学模型

4.4.1数学模型的建立

4.4.2求解参数

4.5本章小结

5 结论与建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

附录A InoLab Level 3多功能水质分析仪性能参数

附录B MLSS和MLVSS测量方法及测试步骤

附录C COD微波密封消解法原理及测试步骤

附录D氨氮的测定(纳氏试剂比色法)原理及测试步骤

附录E硝氮的测定(紫外分光光度法)原理及测试步骤

附录F非线性回归分析程序

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢