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移动床生物膜反应器对焦化废水脱碳除氮研究

作　者: 荆洁颖
导　师: 李文英
学　校: 太原理工大学
专　业: 生物化工
关键词: 移动床生物膜反应器焦化废水 COD NH4+-N 微生物有机物降解动力学
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 36次
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内容摘要

焦化废水具有成分复杂、毒性大、生物难降解有机物含量高,氨氮(NH4+-N)浓度高,水质变化大等特点,直接排放将严重污染生态环境。目前,人们对焦化废水生物处理的研究主要集中于序批式间歇反应器(SBR)和A-A-O工艺。它不仅能去除废水中的NH4+-N污染物,而且化学耗氧量(COD)等指标也有改善,但仍存在运行和操作费用偏高、耐冲击性和适应性差的问题,推广应用受到限制。因此,有必要寻求一种能够同时高效低耗脱除焦化废水中COD和NH4+-N的方法。本研究采用移动床生物膜反应器(MBBR)处理焦化废水,研究了MBBR中的氧传递性能、微生物驯化挂膜、MBBR对焦化废水的脱碳除氮效果、MBBR处理焦化废水的本质及MBBR去除COD、NH4+-N的动力学模型;重点考察了MBBR对焦化废水的处理效果及其处理焦化废水的本质,探讨了MBBR用于有毒难降解焦化废水长期处理的可行性。文中首先探讨了MBBR中氧传递性能,认为提高曝气量在一定范围内会提高氧转移效率。但过高的曝气量会因内部质点运动剧烈而导致微生物挂膜困难,并使生成的生物膜容易脱落,另外还会带来生物填料流失的问题。实验结果表明,综合考虑氧转移效率和能量消耗,MBBR在实际运行中曝气量控制在0.3 m3·h-1,生物填料填充率以30% - 50%为宜。生物填料通过改变反应器内气泡大小和气液接触面积,进而减少传质阻力来影响MBBR内氧传递性能。实验中采取逐步增加焦化废水比例的方式对MBBR进行挂膜启动。在经历近60天的运行后,生物膜对COD为1300 mg·L-1左右的焦化废水具有较高且稳定的COD去除率,最高可达93.56%。同时给出了根据COD变化判定挂膜成功的标准,即在实验水温(13 - 21°C)下,当MBBR对COD去除率在90%左右,且生物量增长缓慢(3%左右)时可认为挂膜成功。MBBR实验室稳定运行阶段处理焦化废水的研究结果表明:MBBR的出水质量优于传统工艺,当系统有机负荷(OLR)为0.449 kgCOD·m-3·d-1时,MBBR对COD的去除率达92.9%,出水COD浓度可低于100 mg·L-1,达到国家一级排放标准(GB8978-1996);当进水NH4+-N浓度为257.5-361.2 mg·L-1时,NH4+-N去除率达93%以上,达到国家一级排放标准对现有生产企业的排放要求(GB8978-1996)。MBBR耐冲击负荷,即使OLR为2.628 kgCOD·m-3·d-1时,COD的去除率仍可达70.9%;对水质水量变动的适应性强,当OLR从0.522 kgCOD·m-3·d-1突增到2.298 kgCOD·m-3·d-1时,COD去除率仅下降了8%,这与MBBR内高浓度、高活性生物量的存在密切相关。MBBR内微生物量多且活性高,整个运行过程中,悬浮态微生物量为3699 - 3721 mg·L-1,附着态微生物量为1289 - 1311 mg·L-1,且反应器内附着态微生物活性高于悬浮态微生物活性,以COD去除率为指标,附着态生物膜对COD去除率的贡献为40% - 60%;MBBR中附着态生物膜内可存活世代时间较长的微生物,经鉴定,主要菌群为假单胞菌、微球菌和硝化细菌。论文最后讨论了MBBR内附着态微生物和悬浮态微生物对焦化废水中COD和NH4+-N的去除动力学,采用双Monod方程的形式给出了两相微生物去除COD和NH4+-N的动力学模型,模型中的关键参数(即附着态生物膜的最大COD和NH4+-N去除速率)与特定的填料类型、工艺形式及工艺运行状态相关,需根据实际情况对其进行估计和测定。

全文目录

摘要  2-5
ABSTRACT  5-13
第一章文献综述  13-36
  1.1 课题背景  13-14
  1.2 焦化废水概况  14-27
    1.2.1 焦化废水特点  14
    1.2.2 我国焦化废水及污染物排放现状  14-16
    1.2.3 焦化废水治理技术现状  16-22
    1.2.4 国内同行业焦化废水治理工艺  22-25
    1.2.5 焦化废水处理存在问题与解决途径  25-27
  1.3 移动床生物膜反应器特点和研究现状  27-34
    1.3.1 移动床生物膜反应器简介  27-30
    1.3.2 国内外移动床生物膜反应器研究现状  30-33
    1.3.3 移动床生物膜反应器存在的问题  33-34
  1.4 本论文研究的目的意义及研究内容  34-36
    1.4.1 目的和意义  34
    1.4.2 研究内容  34-36
第二章实验材料与方法  36-43
  2.1 实验装置与生物填料  36-37
    2.1.1 实验装置  36-37
    2.1.2 生物填料  37
  2.2 分析项目及分析方法  37-41
    2.2.1 COD 的测定  37-38
    2.2.2 NH_4~+-N 的测定  38-39
    2.2.3 溶解氧的测定  39
    2.2.4 焦化废水水质分析  39-40
    2.2.5 反应器内生物量的测定  40-41
    2.2.6 COD 比降解速率的测定  41
    2.2.7 生物相观察及鉴定  41
  2.3 计算表达式  41-43
    2.3.1 COD 去除率计算公式  41
    2.3.2 NH_4~+-N 去除率计算公式  41-42
    2.3.3 COD 降解速率计算公式  42
    2.3.4 COD 比降解速率计算公式  42-43
第三章移动床生物膜反应器中氧传递性能研究  43-50
  3.1 实验方法  43-45
    3.1.1 氧传递性能  43-44
    3.1.2 填料填充率  44-45
  3.2 结果与讨论  45-48
    3.2.1 曝气量对氧转移效率的影响  45-46
    3.2.2 填料填充率对氧转移效率的影响  46-47
    3.2.3 MBBR 中氧传质系数表达式  47-48
  3.3 本章小结  48-50
第四章移动床生物膜反应器挂膜启动研究  50-60
  4.1 MBBR 挂膜启动的方法和所用材料  50
    4.1.1 MBBR 挂膜启动的方法  50
    4.1.2 废水及活性污泥来源  50
  4.2 MBBR 启动挂膜过程中COD 脱除与生物活性的关系  50-58
    4.2.1 MBBR 启动挂膜过程的描述  51-52
    4.2.2 MBBR 启动挂膜过程中生物量变化  52-53
    4.2.3 MBBR 启动挂膜过程微生物活性变化  53-56
    4.2.4 MBBR 启动挂膜过程中COD 去除效果  56-58
  4.3 MBBR 挂膜启动方式的改进  58-59
  4.4 本章小结  59-60
第五章移动床生物膜反应器运行状况的研究  60-75
  5.1 MBBR 稳定运行时对焦化废水的处理效果  60-66
    5.1.1 MBBR 对焦化废水中COD 去除特性  60-62
    5.1.2 MBBR 对焦化废水中NH_4~+-N 去除特性  62-66
  5.2 MBBR 运行稳定性  66-67
  5.3 MBBR 内生物膜对有机物的去除贡献  67-69
  5.4 MBBR 处理焦化废水本质  69-73
    5.4.1 焦化废水水质组成分析  70
    5.4.2 焦化废水中有机物去除情况  70-72
    5.4.3 MBBR 处理焦化废水本质  72-73
  5.5 本章小结  73-75
第六章移动床生物膜反应器去除焦化废水中COD 和NH_4~+-N 的动力学模型  75-83
  6.1 活性污泥工艺动力学数学模型  75-76
  6.2 生物膜工艺动力学数学模型  76-77
  6.3 MBBR 动力学数学模型  77-81
  6.4 本章小结  81-83
第七章结论及建议  83-86
  7.1 结论  83-84
  7.2 建议  84-86
参考文献  86-93
致谢  93-94
攻读硕士学位期间发表的学术论文  94

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