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固定化—膜生物反应器处理焦化废水的研究

孙亮  
【摘要】: 焦化废水是炼焦、焦化产品回收过程中产生的含酚为主的高浓度有机废水。由于它成份复杂,毒性大,含有大量的难降解有机物,使用传统的生物法或单一的废水处理技术都难以使其中的COD和氨氮达标排放。膜-生物反应器(Membrane BioReactor,MBR)是高效膜分离技术和传统活性污泥法相结合的一种新型水处理工艺,将其应用于焦化废水的处理可以提高有机物的降解率,改善出水水质,但应用过程中的膜污染问题始终未得到很好解决。为此,本论文尝试改变MBR系统中的污泥形态,将固定化技术引入到膜生物反应器中组成固定化-膜生物反应器,在考察反应器对焦化废水中COD和氨氮的去除效果、探讨其长期处理废水可行性的基础上比较了固定化-膜生物反应器和活性污泥-膜生物反应器的处理效果以及膜污染,推导了固定化-膜生物反应器有机底物降解动力学模型。主要的研究结果如下: 1.采用固定化-膜生物反应器处理焦化废水,系统表现出良好的有机物去除效果以及长期的运行稳定性,反应器运行稳定后,其COD的降解率为98.7%,氨氮的降解率为95.03%,通过改进工艺条件后出水完全达到国家一级处理标准(GB8978-96)。 2.系统处理效果受冲击负荷、水力停留时间(HRT)、pH、溶解氧等运行条件的影响。浓度冲击负荷对反应器的处理效果影响较少;根据系统HRT对有机物的降解率的影响确定了厌氧反应时间为14 h,好氧反应时间为10 h;pH值对系统处理氨氮效果的影响是暂时的,根据试验结果确定范围为7.5~8.5;溶解氧是影响系统处理氨氮的重要因素,在实际处理过程中保持比较高的溶解氧(>2 mg╱L),在好氧反应8 h后减少曝气量,降低能耗。 3.固定化-膜生物反应器运行30天后膜通量减少20%,表明固定化技术可以有效降低膜污染,通过自来水冲洗即可使膜通量基本恢复。 4.固定化-膜生物反应器对于焦化废水中的COD的降解率为98.7%,活性污泥-膜生物反应器的最高降解率为93.5%,固定化-膜生物反应器的处理效果优于活性污泥-膜生物反应器。此外,固定化-膜生物反应器的膜通量减少速率小于活性污泥-膜生物反应器,在初始膜通量均为4.2 L·m~(-2)·h~(-1)时,固定化-膜生物反应器的平衡膜通量为3.44 L·m~(-2)·h~(-1),活性污泥-膜生物反应器为2.7 L·m~(-2)·h~(-1)。 5.固定化-膜生物反应器有机底物降解动力学模型为:在进水期动力学过程为零级反应,动力学参数k_1=18.49mg·L~(-1)·h~(-1),反应期动力学过程为一级反应,动力学参数k_3=0.079h~(-1),内扩散效应对于反应有一定的影响,这主要取决于蒂勒模数φ的大小,当φ≤1时,反应速率控制整个过程,当φ≥1时,内扩散为整个过程的控制因素。


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