自養(yǎng)型生物脫氮反應器性能的研究.pdf

1、本文從適用性、高效性和穩(wěn)定性等視角，對短程硝化和厭氧氨氧化反應器的性能進行了系統(tǒng)的研究，取得以下結果： 1)評估了短程硝化反應器的適用性。試驗結果表明，通過控制進水堿度、DO和HRT，可在氣升式反應器中實現(xiàn)穩(wěn)定的半短程硝化，反應器出水適宜后續(xù)厭氧氨氧化反應器處理。有機物(乙酸鈉500和800mgCOD/L)對半短程硝化反應器的運行性能有重大影響。添加有機物后，反應器出水氨氮濃度不變，亞硝氮、硝氮和總氮濃度減小，且變化程度與所添加

2、的有機物濃度呈正相關。引發(fā)反硝化是造成有機物影響的主要原因。短期批次試驗表明：在摩爾濃度相同的條件下，3種鹽(NaCl、KCl和Na<,2>SO<,4>)對氨氧化活性的影響程度接近，鹽濃度為150mmol/L時，氨氧化活性為未添加鹽時的60％。連續(xù)流試驗證明：通過逐漸提高鹽濃度，半短程硝化反應器能適應25gNaCl/L鹽度的水質，出水可作為后續(xù)厭氧氨氧化工藝的進水。當鹽度大于27gNaCl/L時，出水NO<,2><'->-N/NH<,4

3、><'-N>偏低，出水水質不合要求。亞硝酸細菌對高鹽度脅迫比硝酸細菌敏感。 2)研究了改進型短程硝化反應器流體力學特性。 考察了逆流湍動床短程硝化反應器的混合特性。試驗結果表明，反應器返混明顯；表觀氣速增大、固含率減小和表觀液速增大都會增強反應器返混；反應器死區(qū)較小，結構性能良好，死區(qū)百分率與表觀氣速和液速相關性不強，但與固含率呈負相關關系；利用軸向擴散模型、等體積和非等體積多釜串聯(lián)模型對反應器的流態(tài)作了模擬，確定了模型

4、參數(shù)。 考察了改進型氣升式短程硝化反應器的功耗特性。試驗結果表明：反應器總功耗與進氣流量線性相關。當需氣量一定時，適當縮小導流筒尺寸，增加導流筒內靜態(tài)混合元件數(shù)，有助于降低反應器的功耗。經(jīng)過優(yōu)化后，反應器的總功耗可比普通氣升式反應器降低23.6％。反應器的總功耗與充氧能力正相關。當充氧能力設定時，采用的導流筒尺寸越大，內置的混合元件越多，功耗越小。經(jīng)過優(yōu)化，反應器的總功耗可比普通氣升式反應器降低43.9％。在整個反應器中，升流區(qū)

5、的功耗最大，它是反應器節(jié)能的重點區(qū)域：底隙區(qū)次之；氣液分離區(qū)最小。 考察了改進型氣升式短程硝化反應器的流體剪切性狀。試驗結果表明：該反應器的剪切率呈現(xiàn)一定的空間分布，最大剪切率出現(xiàn)在升流區(qū)。反應器操作和結構條件可對剪切率產(chǎn)生重大影響。剪切率與導流筒直徑負相關，與混合元件數(shù)正相關。改進型氣升式硝化反應器的剪切率分布均勻性略低于普通氣升式反應器，采用較大的導流筒尺寸和適宜的混合元件數(shù)可促進剪切率均勻分布。 3)研究了短程硝化

6、反應器的高效性。試驗結果表明，采用“預掛膜”和“陜速排泥”聯(lián)合掛膜方法，以及“低濃度，高負荷”啟動策略，可快速啟動短程硝化湍動床生物膜反應器。在氨氮負荷為5.60 kg/(m<'3>·d)時，該反應器氨氮去除速率最高可達4.25 kg/(m<'3>·d)。亞硝氮最高生產(chǎn)率可達3.70kg/(m<'3>·d)。采用。Haldane、Edwards、Aiba、Luong模型對短程硝化湍動床的基質抑制動力學行為進行數(shù)學模擬，并求得模型參數(shù)值。

7、冷模傳質試驗結果表明，液相容積傳質系數(shù)k<,L>α隨著表觀氣速和表觀液速的增大而增大，隨著固含率的增大先增大后減小，0.05～0.08為反應器傳質的最優(yōu)固含率條件。液體性質對k<,L>α有重大影響，高濃度模擬廢水和工業(yè)廢水中的k<,L>α比清水中的k<,L>α分別減小39.0％和50.9％。熱模傳質試驗結果表明，氧傳質系數(shù)隨表觀氣速、DO和需氧量的增大而增大；存在對氧傳質效率較優(yōu)的表觀氣速和DO操作范圍：短程硝化系統(tǒng)不僅需氧量少，而且供

8、氧效率高，具有供需兩方面的優(yōu)勢；短程硝化反應的傳質增大因子大于1.16。 4)考察了短程硝化反應器的穩(wěn)定性。試驗結果表明，沖擊負荷對硝化反應器性能有重大影響，其典型影響體現(xiàn)在運行性能惡化、中間產(chǎn)物累積、pH值和游離氨濃度上升等方面。劇烈的負荷沖擊可導致反應器性能不能自然恢復。pH值是影響沖擊效應的關鍵因子。硝化反應器的穩(wěn)定性受各種系統(tǒng)特性(氨氮負荷、負荷要素組合方式、污泥濃度)和沖擊特點(沖擊強度、負荷要素組合方式、沖擊時間、沖

9、擊堿量、沖擊期進水pH值)的制約。反應器內的污泥濃度越大，穩(wěn)定性越好；沖擊強度越小，沖擊時間越短，沖擊期進水pH和堿量適中，穩(wěn)定性越好。此外，適當?shù)娜藶楦深A也可強化反應器運行的穩(wěn)定性。不同類型的負荷沖擊對反應器穩(wěn)定性的影響不同，濃度沖擊的影響比水力沖擊大。 5)研究了厭氧氨氧化反應器的適用性。試驗結果表明，厭氧氨氧化反應器對含有機物水質的適應性與基質負荷有關。當總氮負荷低于0.43kg/(m<'3>·d)時，有機物對厭氧氨氧化反

10、應器運行性能的影響較小，氨氮和亞硝氮去除率保持在94％以上；但當總氮負荷為0.72 kg/(m<'3>·d)(滿負荷)時，氨氮和亞硝氮去除率降至75％以下，有機物對厭氧氨氧化反應器運行性能產(chǎn)生嚴重影響。采用適當?shù)倪\行方法，通過逐漸提高鹽濃度，并調整反應器運行負荷，厭氧氨氧化反應器能適應30g NaCl/L鹽度的水質，其效能與進水不加鹽的對照期接近。鹽度對厭氧氨氧化細菌生長有負面影響，經(jīng)馴化后，這種影響可部分消除。在30g NaCl/L的

11、鹽度條件下，反應器運行較易失穩(wěn)。短期批次試驗表明：未馴化污泥在30gNaCl/L鹽度條件下的厭氧氨氧化活性比對照(無鹽水質條件)低67.5％；而馴化后同鹽度條件下污泥厭氧氨氧化活性比對照低45.1％，馴化可部分解除高鹽度脅迫。鹽度抑制為可逆抑制。 6)研究了厭氧氨氧化反應器的高效性。試驗結果表明，當進水總氮濃度為608 mg/L，HRT為2h，總氮負荷為7.34 kg/(m<'3>·d)時，反應器獲得最大基質去除速率6.11 k

12、gN/(m<'3>·d)。厭氧氨氧化的中性反應從本質上保證了其高效性的穩(wěn)定發(fā)揮。進水基質比例是決定厭氧氨氧化反應器高效性的重要因子，以出水水質(效果)為優(yōu)化目標，所得較優(yōu)的進水基質比例為NO<,2><'->-N/NH<,4><'+>-N=1.2?；|抑制是厭氧氨氧化反應器高效性的重要障礙，厭氧氨氧化菌活性受高濃度亞硝酸鹽抑制，266mg/L亞硝氮可致活性降低24.3％；但能夠耐受較高的氨氮濃度，270mg/L氨氮的抑制作用不顯著。Hal

13、dane、Edwards和Aiba模型可描述厭氧氨氧化的基質(亞硝酸鹽)抑制行為。二級動力學模型和改進的Stover-Kincannon模型均適用于非基質抑制狀態(tài)下的厭氧氨氧化反應器過程模擬。 7)研究了厭氧氨氧化反應器的穩(wěn)定性。提出了反應器穩(wěn)定性的評價體系(穩(wěn)定性表征參數(shù)和模糊評價方法)，并將其用于厭氧氨氧化反應器的選型。結果表明，在不同類型的負荷沖擊下反應器穩(wěn)定性不同，在基質濃度沖擊下，反應器的穩(wěn)定性參數(shù)值是水力負荷沖擊下的

14、1.68～5.44倍，厭氧氨氧化反應器抗水力負荷沖擊能力強于抗基質濃度沖擊。不同類型反應器對同一類型的負荷沖擊也有不同的效應。在3種備選反應器中，抗基質濃度沖擊能力以顆粒污泥床最強，生物膜反應器次之，SBR最弱；抗水力負荷沖擊能力以SBR最強，顆粒污泥床次之，生物膜反應器最弱。模糊綜合評價認為，以顆粒污泥床綜合抗負荷沖擊能力最強，生物膜反應器次之，SBR最弱。此外，負荷沖擊特性影響厭氧氨氧化反應器的穩(wěn)定性。沖擊強度越大，沖擊時間越長，沖