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复三维电极—生物膜反应器脱除饮用水中硝酸盐的试验研究

作　者: 姚静华
导　师: 田光明
学　校: 浙江大学
专　业: 环境工程
关键词: 饮用水硝酸盐复三维电极生物膜反应器(3d-BER) 氢自养反硝化氮磷比(N/P)
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

我国是一个水资源短缺的国家,改革开放以来,在取得巨大经济成就的同时,大量工农业和居民生活废水的排放污染了水体,使饮用水安全受到严重威胁。近年来硝酸盐污染饮用水源的问题已引起越来越多的关注和重视。电极-生物膜反应器(biofilm-electrode reactor, BER)反硝化技术将电化学法和自养生物膜法相结合,与需要外加碳源的传统异养反硝化工艺相比,被认为是适合处理受硝酸盐污染的微污染饮用水的新工艺之一。本文以自行设计的复三维电极-生物膜反应器(three dimentional Biofilm-Electrode Reactor,3d-BER)为技术载体,开展了反应器接种、驯化和运行条件的优化研究,使其具备了较好的反硝化性能,考察了电流、温度、进水pH、流量及氮磷比(N/P)等因素对该反应器反硝化性能的影响。主要得到以下结果：1.电流的变化对反应器的反硝化性能具有较大的影响。N03--N去除率在电流从0 mA增加至100 mA的过程中随电流增大而迅速升高,当电流高于100 mA时,NO3--N去除率略有下降。NO2--N的积累量在电流从0 mA增大至150 mA的过程中呈现先增加后减少的抛物线型,电流为60 mA时NO2--N的积累最为严重。NH4+-N生成浓度在电流从0 mA增大至80 mA的过程中逐渐增大,并在80mA时达到最大值4.91 mg L-1,之后随电流增大,NH4+-N生成量有所减少。2.在16℃～35℃的温度范围内,3d-BER的反硝化性能随温度升高而提高,温度为35℃时,NO3--N去除率达到了85.5%。温度从16℃上升到35℃的过程中,NO2--N积累量先增加后减少。在16℃～35℃的温度范围内,出水中均有一定浓度的NH4+-N生成。3.3d-BER具有良好的pH缓冲能力,进水pH从5.5升至9.0的过程中,出水pH可维持在7.6～8.2。在此过程中,N03--N去除率先随进水pH升高而增大,进水pH为7.2时,NO3--N去除率最高达80.2%。其后随pH升高,NO3--N去除率下降。进水pH从5.5上升至9.0的过程中,N02--N积累浓度先降低后升高,并在进水pH为8.2时有最小值0.15 mg L-1。NH4+-N的生成浓度则呈先增后降的规律。当进水pH为8.2时,NH4+-N的生成浓度值最大为2.09 mg L-1。4.进水流量对反应器的去除效果有明显影响。进水流量从95 mL h-1增加至195 mL h-1的过程中,NO3-N去除率由89.1%降低至52.7%。进水流量增大的过程中,NO2--N积累农度急剧增加。在此过程中,NH4+-N生成浓度先增加后减少,当进水流量为140 mL h-1时达最大值4.50 mg L-1。5.对反应器中NH4+-N的生成原因进行了分析,认为是微生物的同化反硝化作用和硝酸盐的电化学还原作用的结果。与纯电化学反应器的对比试验表明,反应器中氨氮的生成主要与生物作用有关。6.维持NO3--N浓度在30mg L-1左右时,改变N/P使之在5：1到100：1的范围内变化,对NO3--N的去除未见明显影响。N/P从5：1增大至10：1时,NO2--N生成量由0.79 mg L-1降低至0.27 mg L-1,之后随N/P继续增大,NO2--N积累浓度值逐渐增大。NH4+-N的生成也受到N/P的影响,N/P从5：1增大至100：1的过程中,NH4+-N生成浓度由4.50 mg L-1逐渐减小至0.26 mg L-1。7.3d-BER具有较好的除磷功能,电流、温度、进水pH、流量和N/P对反应器的除磷效果均有一定的影响。电流在0 mA～150 mA时,TP去除率可达51.3%～93.0%。在16℃～35℃的温度范围内,TP去除率随温度升高而增加。在进水pH从5.5上升到9.0的过程中,TP去除率逐渐增加。总体而言,TP去除率随进水流量和N/P的增大而下降。与纯电化学反应器的对比试验表明,磷的去除主要与生物作用有关。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-8
Abstract  8-11
目录  11-13
第1章绪论  13-31
  1.1 课题背景  13-20
    1.1.1 我国的饮用水污染现状  13-14
    1.1.2 我国地下水硝酸盐污染状况  14
    1.1.3 地下水硝酸盐污染的来源  14-16
    1.1.4 饮用水硝酸盐污染的危害  16
    1.1.5 地下水中硝酸盐的去除方法  16-20
  1.2 电极-生物膜法脱氮技术  20-27
    1.2.1 电极-生物膜法反硝化的原理  20-21
    1.2.2 电极-生物膜法反硝化的影响因素  21-22
    1.2.3 电极-生物膜法脱氮的国内外研究进展  22-25
    1.2.4 电极-生物膜技术存在的问题  25-26
    1.2.5 电极-生物膜法工艺的研究展望  26-27
  1.3 复三维电极-生物膜反硝化技术  27-28
  1.4 磷对反硝化过程的影响  28
  1.5 本文的目的和内容  28-31
    1.5.1 研究目的  28-29
    1.5.2 研究内容  29-31
第2章影响复三维电极-生物膜反应器运行效果的主要因素的研究  31-49
  2.1 试验材料与方法  31-34
    2.1.1 试验材料  31-32
    2.1.2 试验装置  32-33
    2.1.3 试验用水  33
    2.1.4 反硝化菌的培养驯化  33
    2.1.5 测试指标及方法  33-34
  2.2 试验结果与分析  34-46
    2.2.1 氮磷动态吸附试验结果  34-35
    2.2.2 培养驯化期间的硝酸盐去除效果  35-36
    2.2.3 电流对反应器反硝化效果的影响  36-39
    2.2.4 温度对反应器反硝化效果的影响  39-40
    2.2.5 进水pH对反应器反硝化效果的影响  40-42
    2.2.6 进水流量对反应器反硝化效果的影响  42-44
    2.2.7 反应器中氨氮生成现象的探讨  44-46
  2.3 小结  46-48
  2.4 存在的问题及建议  48-49
第3章氮磷比(N/P)对复三维电极-生物膜反应器反硝化效果的影响的研究  49-59
  3.1 试验材料与方法  50-51
    3.1.1 试验用水  50-51
  3.2 试验结果与分析  51-57
    3.2.1 N/P对反应器反硝化效果的影响  51-53
    3.2.2 反应器的除磷效果  53-57
  3.3 小结  57-58
  3.4 存在的问题及建议  58-59
第4章试验结果与建议  59-63
  4.1 试验结果  59-60
  4.2 建议  60-63
参考文献  63-73
作者简历及在学期间取得的科研成果  73

复三维电极—生物膜反应器脱除饮用水中硝酸盐的试验研究

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