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《四川大学》 2002年
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聚合物载体流化床反应器生物颗粒特性及焦化废水流化床系统生物脱氮研究

杨平  
【摘要】: 固定化微生物的流化床反应器用于处理有机废水是一种效率很高的新型生物反应器。其高效性主要来源于两个方面:微生物固定于颗粒载体上,极大地提高了生物反应器内活性生物量的浓度,从而明显提高了生化反应速率及反应器抗负荷冲击的能力;生物颗粒的流体化,强化了有机基质与微生物之间的液—固相传质。但由于常规的微生物固定化效果差,且生物颗粒的流态化行为的复杂性,国内外普遍认为处理废水的生物流化床操作条件难以控制。由于对流化床废水处理,特别是对难降解废水处理缺乏系统研究,从而阻碍了流化床反应器用于废水处理的工业应用。 为解决上述问题,本文提出了静态筛选载体的方法,首次筛选出性能优良的多孔高分子颗粒(HP)作为微生物固定化载体,并在实验室及中试研究中用该载体形成了生物颗粒。系统研究了聚合物多孔载体流化床反应器处理难降解废水时的操作特性;对聚合物载体AFB反应器处理富积硫酸盐废水及在处理合成废水时与GAC载体处理效果作了比较;对光颗粒及生物颗粒表面及截面扫描电镜观察,首次发现并解释了厌氧菌在颗粒表面及截面内孔的分布规律。以Richardson-Zaki公式为基础,研究了由HP载体形成的多孔生物颗粒沉降性能及流化床反应器床层膨胀特性;在国内外首次进行了HP载体流化床生物脱氮A_1-A_2/O工艺处理焦化废水中试试验研究,并取得极好的氨氮去除效果。厌氧流化床(AFB)借鉴Monod模型、Fick定律,用厌氧消化二阶段理论建立传质与反应数学模型,中心差分法数值求解,理论分析了生物颗粒生物流化床中的传质与反应动力学;采用Monod模型对A_1-A_2/O工艺生物流化床处理焦化废水时硝化段进行简化动力学分析。上述研究证实:在流化床反应器中用低密度球形多孔高分子载体固定化微生物形成生物颗粒,用于处理高浓度废水、含硫酸盐废水及焦化废水时性能的优越性。 实验、中试和数值计算结果表明:(1)筛选出的低密度球形多孔高 四)l大学博士学位论文 分子载体固定化微生物用于流化床废水处理是可行的,该类载体密度 轻。球形度高、孔结构合理、亲生物性好、抗生物降解。o旧P载体 厌氧流化床反应器用于处理高浓度废水时性能优于GAC载体;AFB 反应器处理含硫酸盐废水时其抗硫酸盐的抑制能力强,当 COD/SO/’ 的比值大于1.45时反应不会受到抑制,用于处理含硫酸盐废水时效果 好八3)经SEM照片分析发现,HP载体AFB反应器生物颗粒表面微生 物种群丰富,优势菌为产甲烷八叠球菌,载体内孔固定微生物性能良 好,其主要菌群为竹节状的索氏产甲烷丝菌,形成这种分布的原因是 基质在生物颗粒上的传质及主化反应产物引起pH沿颗粒径向内外表 面变化所致。K)HP载体生物颗粒的生物流化床的床层膨胀仍可用 Richardson-Zaki公式来表述,膨胀指数n应作修正,该载体的膨胀指 数小于其它载体的生物流化床;HP生物颗粒曳力系数比其他研究者采 用高密度载体得到的生物颗粒CD值略大。O川P载体流化床系统生物 脱氮 A;-AZ/OI艺处理焦化废水时,由于流化床及生物颗粒的高效性, 系统具有很好的NH3-N、COD及酚的去除效果,当进水NH3N浓度 小于600mg儿时,出水可小于15mg/L。的)AFB反应器处理高浓度废 水时,由于存在传质阻力,生物膜厚度对反应器基质去除率有较大影 响,反应器在不同操作条件下存在一个相应的较优生物膜厚度范围, 本实验条件下的较优膜厚范围是 150-250 n m,其理论分析与实验结果 一致。 本文为生物流化床反应器处理有机废水的研究提供了新的思路。初 步建立HP载体的筛选分析体系和系统研究有机废水生物处理的相关 方法;对焦化废水生物脱氮中试的深入研究,为现行焦化废水处理系 统的工程改造提供了依据,并得出最佳工况下的工程控制对策。本文 所得结果将对生物流化床反应器处理生活污水、工业废水等有机废水 具有重要的理论意义和实用价值,为工程应用打下了良好基础。
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