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《西安建筑科技大学》 2003年
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厌氧折流板反应器(ABR)系统的特性及调控研究

徐金兰  
【摘要】: ABR反应器是在反应器中沿水流方向设置一系列折流板,将反应器分隔成若干个串联的反应室,废水以上向流和下向流的方式流经整个反应器,该反应器具有结构简单,截留污泥能力强,稳定性高等许多优点而一经出现即引起广大研究者的注意,近年来成为厌氧反应器内研究的热点之一。但国内外迄今对ABR反应器的研究大多集中在应用处理方面,关于ABR的启动,ABR反应器中厌氧颗粒污泥与微生物的特性,动力学模型,尤其在ABR反应器酸化调控过程基本没有深入系统的研究,为此本文在试验的基础上进行了ABR反应器的特性及控制技术的相关研究工作。研究了ABR的启动技术及培养颗粒污泥的条件及调控技术;系统深入地研究了ABR反应器的酸化过程的特点,揭示ABR反应器中酸化过程pH、COD、VFA及污泥变化的特征,并进行了长达2个多月的酸化调控试验,提出有效的酸化恢复措施;进行了ABR的水力特性的示踪剂试验分析,给出了ABR内的水力模型,结合ABR反应器污泥床内特殊的运动规律,建立了ABR内的反应动力学模型;对ABR各隔室厌氧颗粒污泥的微生物学特性进行了研究,提出了各隔室颗粒污泥中微生物的分布规律;通过改变有机负荷和水力停留时间(HRT)不同运行条件对ABR反应器稳定运行的影响,系统分析了进、出水及各隔室出水的pH、COD、VFA及产气量等指标,研究了ABR反应器及各隔室的运行规律,并提出各种运行方式要保持反应器高的去除效率应采取的控制方式;对难降解有机物聚乙烯醇(PVA)的厌氧生化降解特性进行了试验,获得了重要结果和参数,对指导工程实践具有重要价值。 本文的研究结果表明: (1)经试验得出,负荷控制在0.85kgCOD/(m~3·d)到1.50kgCOD/(m~3.d),稳定运行50d,便可出现颗粒污泥初体,进而提高负荷,进入正常运行,即能实现启动的完成。负荷过高,会引起反应器酸化和污泥大量流失导致启动失败,因此可以得出低负荷启动是ABR反应器成功启动的关键。适宜菌群、水力负荷、适宜碱 一-一里望翌里之鳖鳖里组一华一 度等是ABR反应器中颗粒污泥形成的条件。本研究得出颗粒污泥以丝状菌、杆菌 为核心菌,连接成网络,启动的水力负荷是。.13一0.198ms/(ml·h),出水碱度控 制在500mgcaco3几以上能成功地培养出颗粒污泥。 (2)经过对ABR系统酸化过程试验研究,考察了ABR系统酸化的原因、特 点及恢复的调控措施。结果表明:ABR的构造特征会引起1#隔室酸化,1#隔室 酸化后,若不加控制,将会使整个反应器处于完全酸化,这是ABR这一高效反应 器广泛应用的关键问题之一,ABR体系酸化后,各隔室pH、CoD、VFA、污泥浓 度、污泥活性、污泥中细菌数量与正常运行期相比,表现出不同的特征。pH值降 到3.5一4.5,vFA累积到1200m岁L以上,在以产酸发酵为主的ABR系统中,发现 甲酸的浓度较高。各隔室出水与进水coD接近,污泥组成以水解产酸菌为主(其 中产酸发酵细菌数量达到1护~7个/mL,梭状芽抱杆菌数量达到1护碱个/mL),sVI 增至3omL/g,比厌氧系统正常情况下高出一倍,粘度增加,污泥床内存在“死区” 范围大,酸化过程加剧,四个隔室污泥的产甲烷活性为0.188一0.547 mIJgVSS.h,远 低于正常厌氧甲烷发酵的污泥产甲烷活性(20一50 mL/gVSs.h),碱度极低,无法实 现自然恢复,因此认为,ABRI#隔室承受的局部负荷过高和碱度不足是引起ABR 酸化的原因。采用单独调控碱度或降低负荷的方式,无法达到系统恢复正常的目的, 只有采用在碱度和负荷同时调控时,连续调控60d后,反应器恢复正常运行。 (3)在试验基础上对ABR各隔室厌氧颗粒污泥生物学特性进行了研究,综合 电镜扫描及各隔室颗粒污泥利用葡萄糖、甲酸、乙酸和丙酸的产甲烷活性分析得出: 1#、4#隔室颗粒污泥中有明显优势菌,2#、3#隔室颗粒污泥中没有明显优势菌, 菌群多样复杂,ABR各隔室微生物分布不同,组成良好的生态幅,在容积负荷1一 7kgCoD/(时.d)的交替变化过程中,c0D的去除率一直稳定在99%左右,表明这种 自然形成的稳定生物群落分布对ABR反应器的高效稳定运行起着重要的作用。 (4)考虑到ABR反应器的水力特性对其运行特性有很大影响,折流板的加入, 使ABR下向流室和上向流室的过水断面交替变化,造成水流的快速和慢速的交替 变化,避免了堵塞,同时又实现了大量的污泥的截留。水力试验表明截面流速和雷 诺数的不断变化,增强了水流的紊动作用,加强了基质与微生物的传质作用。另一 方面由于有机物在生物作用产生气体,气体逸升过程中,使废水与基质充分混合, 引起水力流态发生变化,因此造成进水有机物浓度对流态也发生较大的影响。本论 文中联系ABR反应器中流体流动、混合过程及生化反应过程进行了有机物降解的 分析和研究,以示踪剂试验为基础建立了的ABR流态模型,并结合ABR净化有机 物的特征,在流态模型的基础上建立了ABR反应器的反应动力学模型。以局部的 完全混合为特征建立了多级全混流模型,能较好的描述ABR局部完全混合,整体 摘要 巴思巴巴巴巴巴巴巴巴巴巴三巴巴巴巴巴巴巴巴巴巴巴巴巴巴巴 推流的
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