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《浙江大学》 2004年
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内循环颗粒污泥床短程硝化反应器控制策略与运行特性研究

卢刚  
【摘要】:含氨废水的短程硝化能够节能降耗、提高反应速率、降低剩余污泥产量,是目前废水生物脱氮领域的研究热点。在国家自然科学基金和教育部优秀青年教师基金的资助下,本课题对内循环颗粒污泥床短程硝化反应器的控制策略与运行特性进行了研究,主要成果如下: (1)系统地研究了短程硝化操作条件的联合效应。结果表明,各操作条件的最优水平组合为:温度35℃、pH8.0、溶解氧浓度1.0mg/L、反应器中氨氮浓度4mmol/L、HRT16h。各操作条件对短程硝化的影响程度从大到小依次为pH、温度、溶解氧浓度、反应器中氨氮浓度、HRT,其中pH、温度、溶解氧浓度为显著因子。 (2)建立了短程硝化的“优先-联合”控制策略,即优先选用影响短程硝化的显著因子并进行联合控制: a.pH:控制在8.0左右,并限制其上下波动; b.温度:控制在32~35℃之间; c.溶解氧浓度:控制在1.0~1.4mg/L之间。从节约能耗角度考虑,将溶解氧浓度控制在1.0~1.4mg/L的下限,从提高反应速率角度考虑,将溶解氧浓度控制在1.0~1.4mg/L的上限。 应用该控制策略对短程硝化反应器进行了验证性运行,能够显著优化短程硝化的性能,NO_2~-/NO_x~-比值由79.2%提高到94.5%,该控制策略可用于指导短程硝 摘要 化反应器的操作运行。 (3)探索了短程硝化反应器的快速启动和稳定化运行策略。提出了“富集一优 选”的启动策略,采用该策略先富集硝化细菌,再优选亚硝酸菌,在39天内即实 现了短程硝化反应器的快速启动,该策略可用于指导短程硝化反应器的快速启动。 提出了“污泥颗粒化”的稳定化运行策略,采用该策略明显改善了反应器中的污 泥沉降性能,增大了污泥浓度,提高了反应器运行的稳定性,当水力负荷和容积 负荷提高至221%时,氨氮去除率和出水NOZ加Ox一比值保持相对稳定,波动幅度 分别仅为4.11%和5.72%,该策略可用于指导短程硝化反应器的稳定化运行。 4)研究了内循环颗粒污泥床短程硝化反应器中的气含率和液体运动速率。基 于流体力学平衡原理和流体连续性原理,建立了反应器中的气含率模型及升流区 和降流区气含率关系的模型,可分别表示为::g一刀Ugrb、气d一“‘,一:,通 过试验测定了模型中的待定参数:刀=0.942、b=0.871、兄二。.732、r=一0.252; 在上述的气含率模型及升流区和降流区气含率关系模型的基础上,进一步建立了 升流区表观液速U,与曝气强度Ugr直接关系的理论模型:U,二K(13·826一 。·127u罗”了0·“76U罗’一O·“”,通过试验测定了模型中的待定参数:K一。,189。 (5)研究了内循环颗粒污泥床短程硝化反应器中的两个临界曝气强度(液体循 环临界曝气强度和颗粒污泥流化临界曝气强度)。基于所得的液体运行速率模型, 计算得到本反应器的液体循环临界曝气强度为1.017c耐min(此时的空气流量为 0.156 L/min)o同样基于上述模型,结合所测定的颗粒污泥的沉降速率,计算得 到本反应器的颗粒污泥流化临界曝气强度为2.662c耐min(此时的空气流量为 0.410 L/min)。测定和观察结果证明,所获得的临界曝气强度具有较高的准确性, 能够用于指导反应器的操作优化。 (6)研究了稳态运行条件下内循环颗粒污泥床短程硝化反应器的流动模型。采 用脉冲刺激响应技术,对稳态内循环颗粒污泥床硝化反应器进行了示踪试验。根 据试验结果,分别运用轴向扩散模型和多釜全混流反应器串联模型,对反应器沉 浙江大学博士学位论文 淀区和循环区的流态进行了分析和判断。结果表明,反应器沉淀区的分散数 D/uL为0.00 148,该区域的流态接近于平推流反应器(PFR);反应器循环区的 串联级数N为1.021,该区域的流态接近于全混流反应器(CSTR)。反应器中死 区所占的体积百分比为522%,其中生物体死区为0.75%,水力死区为4.47%, 死区主要存在于循环区中。整个反应器的流动模型可以表示为全混流反应器和平 推流反应器的串联组合,由流动模型所得的理论停留时间分布曲线与由试验所得 的实际停留时间分布曲线吻合良好,两者的平均相对误差为8.56%。因此,所建 的反应器流动模型能够较为准确地描述和预测整个反应器的流态。 (7)研究了稳态运行条件下内循环颗粒污泥床短程硝化反应器中氨逃逸导致的 氮损失。基于双膜理论和热力学原理,构建了氨逃逸动力学模型,揭示了稳态运 行时影响氨逃逸的因素:反应器中的氨氮浓度C。、温度t和pH值,对上述因素进 行的参数灵敏度分析结果表明,pH值对氨逃逸速率的影响程度最大。在反应器 稳态运行时,通过试验测定了模型参数K、H。=0.692L/h,通过模型预测的氮逃逸 量与实际测得的氮损失量非常接近,两者的平均相对误差仅为8.61%,表明所建 模型能够较为准确地预测反应器运行过程中的氮损失。基于所建立的反应器流动 模型,并考虑曝气过程中的氨逃逸,反应器稳态运行时的氮素平衡可以表示为: 进水氨氮=出水氨氮+生物反应去除氨氮+逃逸氨氮。用数学模型可以表示为: 。s。一。s一:登+、3。 (8)研究了稳态运行条件下内循环颗粒污泥床短程硝化反应器的动力学模型。 结合所建立的反应器流动模型、氮素平衡方程及短程硝化反应,建立了内循
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:X703

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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8 李石磊;A~2/O~2在工艺不同运行方式下的脱氮试验研究[D];郑州大学;2010年
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【同被引文献】
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【二级参考文献】
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【相似文献】
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6 张云霞;新型MBR-PBBR组合系统捷径生物脱氮研究[D];大连理工大学;2009年
7 高建民;内循环多级喷动流态化烟气脱硫技术研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
8 李治阳;畜禽废水生物除碳脱氮耦合新工艺及机理研究[D];重庆大学;2012年
9 沈洁;近似束方法及其应用[D];大连理工大学;2006年
10 赵义;A~2/O~2生物膜法处理焦化废水中试研究[D];太原理工大学;2007年
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6 张晔;微氧内循环流化床处理城市污水的试验研究[D];武汉理工大学;2003年
7 潘若愚;自动公路系统的解决方案研究及其应用[D];合肥工业大学;2003年
8 张振鹏;三相内循环生物流化床处理生活污水的研究[D];四川大学;2003年
9 杨文奇;内循环流化床烟气脱硫技术研究[D];湘潭大学;2003年
10 应一梅;内循环厌氧生物反应器处理酒精工业废水的生产性启动研究[D];郑州大学;2004年
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