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MABR处理模拟生活污水的运行效能及污染物降解动力学研究

张慧敏  
【摘要】:新型无泡曝气膜生物反应器(MABR)因具备氧气利用率高、能够实现同时脱碳除氮等优势,在生活污水处理方面具有很大的应用前景。本文以模拟生活污水为实验对象,跟踪了曝气压力、循环流速和进水COD(化学需氧量)浓度对MABR系统C、N降解和去除过程的影响,考察了水力停留时间(HRT)、曝气压力和C/N比对MABR长期连续进水运行效能的影响并优化了工艺参数,最后结合工程应用上常见的实际情况,设计了一系列对系统的高有机负荷、高氨氮负荷、强碱以及强酸冲击恢复实验。结果表明:MABR系统具有启动速度快的特点;其COD的去除受水力条件、浓度差及生物膜活性的共同制约;生物膜脱氮过程容易受到循环流速和曝气压力等工况参数的影响,较高的循环流速和适宜的曝气压力有利于硝化反硝化过程的同时进行;当停留时间为8 h,压力为0.15 MPa,C/N比为4时,系统连续出水效果最好且水质稳定,COD、NH4+-N(氨氮)和TN(总氮)的去除率均高于95%;微生物相的种类丰富、生物链复杂;此外,系统具有一定的抗冲击性和自我修复能力,相对于COD、TN的去除效果对冲击实验更为敏感。另外,本文首次将莫诺特基质降解动力学模型应用于MABR系统,结合MABR污染物的物料衡算方程,建立并得到了COD和氨氮的降解动力学方程。通过图解法,得出了最大比基质降解速率max?为1.16 d-1,COD降解的饱和速率常数SK为29.9 mg/L,最大比氨氮降解速率maxA?的值为0.051 d-1,氨氮饱和速率常数AK为0.358 mg/L。与此同时,针对动力学方程进行了实验和模型值的对比及误差分析,结果表明:污染物降解的实验出水值结果与模型预测结果相近,误差为4-10%,该模型适用于MABR脱碳除氮效果的预测和分析。本论文研究成果有助于加深人们对MABR生活污水污染物降解和去除过程的认知,也为该新型污水处理技术的应用和发展提供了一定的实践和理论支持。


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