氣升式外循環(huán)渦旋強化生物脫氮反應器運行特性與數(shù)值模擬.pdf

1、近年來，水體富營養(yǎng)化嚴重，其原因主要是水體中氮磷含量的大幅度增加，富含氮磷的水體破壞水生態(tài)平衡，導致水生生物、植物的多樣性和穩(wěn)定性降低，因而氮素污染在排入水體前亟需有效治理。故，研發(fā)具有高效穩(wěn)定性能的生物脫氮反應器，對水體富營養(yǎng)化的防治具有重要現(xiàn)實意義。
　　本課題組自主研發(fā)了一種具有自主知識產(chǎn)權的氣升式外循環(huán)渦旋強化生物脫氮反應器（發(fā)明專利授權號：ZL201410321199.8；以下簡稱為反應器Ⅰ），以普通氣升式內(nèi)循環(huán)生物脫氮

2、反應器（以下簡稱為反應器Ⅱ）為參比，采用統(tǒng)計分析方法、WEST2012模擬軟件和Fluent6.3.26模擬軟件，對比研究了氣升式外循環(huán)渦旋強化生物脫氮反應器運行特性（去除效能；穩(wěn)定性；微生物結構群落；最適宜進水水質(zhì)參數(shù)）和流動特性（反應器的結構特性及流態(tài)；胞外聚合物的含量變化；參數(shù)軌跡），獲得如下結論：
　　（1）運行特性研究結果表明：
　　a、反應器Ⅰ的去除效能高于反應器Ⅱ。在啟動期，反應器Ⅰ的平均COD、TN和NH4+

3、-N去除率分別為82.9％、61.4%和82.5%，反應器Ⅱ的平均COD、TN和NH4+-N去除率分別為82.4%、56.5%、78.5%；穩(wěn)定運行期，反應器Ⅰ平均COD、TN和NH4+-N去除率分別為89.9%、76.1%和98.6%，反應器Ⅱ的平均COD、TN和NH4+-N去除率分別為89.7%、75.4%、97.8%；經(jīng)WEST2012模擬軟件模擬的結果與脫氮反應器實際運行結果在氮素去除效果上較為接近。
　　b、以COD、T

4、N、NH4+-N、NO2--N和NO3--N濃度等常規(guī)指標作為特異性參數(shù)，反應器Ⅰ的穩(wěn)定性高于反應器Ⅱ。在啟動期，反應器Ⅰ的CV(COD)、S(COD)、CV(NH4+-N)、S(NH4+-N)、CV(TN)、S(TN)分別是反應器Ⅱ的0.77、0.26、0.96、0.95、0.95和0.71倍。在穩(wěn)定運行期，反應器Ⅰ的CV(COD)、S(COD)、CV( NH4+-N)、S(NH4+-N)、CV(TN)、S(TN)分別是反應器Ⅱ的0.

5、92、0.87、0.35、0.22、0.96和0.82倍。
　　c、穩(wěn)定運行期間，反應器Ⅰ的優(yōu)勢菌群占比和微生物群落多樣性（ shannon指數(shù)）高于反應器Ⅱ。在門分類水平，反應器Ⅰ中Proteobacteria、Bacteroidetes、Chloroflexi等，優(yōu)勢菌群占比高于反應器Ⅱ；在屬分類水平，反應器Ⅰ中 Zoogloea、Tessaracoccus、Nitrosomonas、Nitrospira等優(yōu)勢菌群占比高于反應

6、器Ⅱ，反應器Ⅰ與反應器Ⅱ中shannon指數(shù)分別為5.1和4.9。
　　d、反應器Ⅰ最適宜進水水質(zhì)參數(shù)：NH4+-N濃度為200~300 mg·L-1，pH值為7.0~8.0。TN的耐受濃度約為300mg·L-1，進水TN濃度過高，反應器惡化，出水水質(zhì)變差。
　　（2）流動特性研究表明：
　　a、反應器Ⅰ內(nèi)部設立多級文丘里管結構，經(jīng)Fluent6.3.26模擬軟件對反應器Ⅰ內(nèi)的流態(tài)進行模擬，在反應器Ⅰ內(nèi)的文丘里管結構中

7、能夠有效形成渦旋流場，強化傳質(zhì)過程。
　　b、穩(wěn)定運行期間，反應器Ⅰ污泥中胞外聚合物（EPS）的含量高于反應器Ⅱ。污泥中EPS總量和EPS中蛋白質(zhì)和多糖含量均增加， EPS總量較反應器Ⅱ高41.3mg TOC/g VSS。
　　c、穩(wěn)定運行期間，反應器Ⅰ中COD的降解程度、NH4+-N濃度梯度變化高于反應器Ⅱ。出水COD值均較反應器Ⅱ低，低出3mg·L-1，反應器Ⅰ的NH4+-N濃度梯度變化率（kI=-21.95）低于反應器