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新型生物流化床反应器处理垃圾渗滤液的理论与应用研究

李平  
【摘要】:垃圾渗滤液是一种污染物种类繁多、水质构成复杂的高浓度毒性/难降解有机废水。垃圾渗滤液的处理是人类面临的一大世界性难题,虽然各国针对垃圾渗滤液的治理展开了长时间的研究及产业化实践,但迄今为止尚未找到切实有效的处理工艺。生物流化床废水处理技术是一种适合于高浓度有毒有机废水治理的高效生物处理工艺。本论文在国内率先尝试采用一种自行设计的新型生物流化床反应器处理垃圾渗滤液,系统研究了垃圾渗滤液在生物流化床中实现高效生物降解的有关理论和应用问题。研究内容包括:流体力学与氧传递特性、垃圾渗滤液的污染特性与可生化性、厌氧/好氧耦合生物流化床反应器处理垃圾渗滤液的工艺理论、有机污染物降解动力学及硝化特性的强化等。 基于改善流化床反应器径向传递性能及混合效果和便于工程化应用,设计了一套方形外壁带内圆导流筒的新型结构好氧生物流化床反应器及一种新型内构件—导流筒上挡板。流体力学与氧传递特性研究结果表明,新型生物流化床反应器具有良好的传质混合特性,在最佳操作条件下,氧吸收率(E_a)和氧传递功效(E_p)分别达到13.97%和10.91kgO_2/kWh,其能耗较传统反应器降低50%以上。研究还发现,采用新型内构件(上挡板)可以使反应器的体积溶氧系数(K_La)提高10~15%,E_a、E_p提高的幅度稳定在12~20%之间。反应器的上述特性为垃圾渗滤液的高效率、低成本处理奠定了良好的基础。 为了充分了解垃圾渗滤液的生物处理特性,采用气相色谱—质谱联用(GC/MS)分析仪和微生物耗氧速率(OUR)法对其有机污染特性和生物降解特性进行了关联分析,分析结果在渗滤液的模型实验(Model Test)中得到了较好的验证。研究表明,模型实验法与OUR测定相结合的方法在评估垃圾渗滤液的可生化性及选择处理工艺方面具有重要的应用价值。 根据可生化性评估结果,分别采用两种渗滤液进行了反应器的工艺理论(含有机物降解动力学)研究和硝化特性的强化研究,并进行了初步的理论探讨。研究发现,通过高效厌氧生物流化床的处理,垃圾渗滤液的好氧可生化性较对照平均提高49.1%;COD_(Cr)/NH_4~+-N比值对渗滤液的好氧生物降解有显著的影响,适宜的COD_(Cr)/NH_4~+-N比值应控制在7.6左右。当反应器进水COD_(Cr)及有机负荷分别为


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