亚硝化-厌氧氨氧化组合反应器工艺性能研究
发布时间：2021-08-31 23:28
在单一反应器内实现亚硝化（PN）和厌氧氨氧化（Anammox）同步组合脱氮处理污水,可以降低场地面积、设备投入以及运行能耗,一直是世界范围内污水处理领域的研究热点之一。为了实现污水在单一反应器内的PN-Anammox同步脱氮处理,获得较高的去除率,同时降低菌体流失和系统运行控制难度,本文研究设计了一种特殊的组合生物膜反应器。在反应器内设计双筒结构实现合理分区:在导流筒内接种好氧生物膜载体完成亚硝化反应,在导流筒外的环形间隙接种厌氧生物膜完成厌氧氨氧化反应,依靠水力循环作用进行流动传质,最终实现污水的同步组合脱氮。首先在两套实验系统内完成了生物膜载体的挂膜培养,之后将附着有一定厚度的两种载体植入组合反应器内开展PN-Anammox单级组合脱氮实验,考察了反应器脱氮性能与曝气方式等参数的关系。采用数值计算的方法分析了影响生物膜内基质和微生物浓度变化的因素,获得了亚硝化-厌氧氨氧化组合反应器内的传质特性。主要工作如下:（1）种泥培养和生物膜挂膜实验包括两部分:设计完成一套固定床系统实现了厌氧氨氧化生物膜培养,采用出水回流的方式缩短启动时间,提高氮去除率,经过230 d的运行,在系统总氮负荷（...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．３鼓泡式反应器示意图??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｂｕｂｂｌｅ?ｒｅａｃｔｏｒｓ??
是利用空气流动和内外筒的流体密度差作为水力循环动力实现搅拌和传质作??用。适用于气液或气液固多项流动接触过程的反应装置。按照基本结构分成内循环式和??外循环式两种，如图１．５所示。针对气液两项流动接触过程的研究表明，影响反应器性??能的主要因素有液相循环速度、气含率以及气泡尺寸［５２＃］，而反应器的结构是影响气含??率和液相流速的主要因素。我国的杜锋等［５５］研究发现导流筒的直径和长度变化会影响气??含率；熊艳等和高闯等研宄发现增大反应器的高径比可以提高传质和流动效率，改善处??理效果［５６，５７］；此外也有研宄证明下降区与上升区面积比值（Ａｄ／Ａｒ）对气含率数值也有??较大影响，并得出结论当上升区与下降区面积相等时，环流效果可达到最佳［５８］。??ｉ?￡ｋ??气液分离区??＇＞°０°?ＴｆＴ??〇?ｉ?￣??升液管一？｜〇??七一、?旦二ｌ??〇?Ｃ?ｏ??—？?／）Ｒ?？＊—?Ｄ?Ｄｐ??ｃ?降液管?ｈｌ??ｔ?之，＼丨：。ｉ?Ｉ??ｈ?！??°??Ｊ！?Ｃ?＾?Ｃ??〇?）?Ｃ??（体分布器％＿?ｉ￣」?霉?ｒ??：ｌＪ?＿，?Ｍｉｒｌ??＊??气体?彳气体??（ａ）外循环式?（ｂ）内循环式??图１．４气升式生物反应器示意图??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＡＬＢＲ??气升式反应器内部流体循环流动过程的剪切力可使大气泡破碎成细小气泡，增大气??液接触面积和传质传热效率；同时气体的喷射动力和流体密度差促使液体循环流动
?定量描述生物膜结构受水力流动的影响以及膜内传质过程。过去三十年世界范围内关于??生物膜模型研宄历程如图１．５所示ｔ９３］。??１－Ｄ?１－Ｄ?２－Ｄ?３－Ｄ??ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ?ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ?ｎｏ?ｆｌｏｗ?ｆｌｏｗ?，，??Ｉ?１?Ｉ?Ｉ?■??ｆ?ＱＪ酸＿ａ?Ｊ麵????ｚ?ｚ???？?Ｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅ?？Ｄｙｎａｍｉｃ?？?Ｄｙｎａｍｉｃ??？?Ｐｓｅｕｄｏ－?？?Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?？?Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ??Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ?＾??｜?？?Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ?＾??＊■§＿?？?Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?Ｚ?＾??＾?ｙ?１??？￡?，?Ｃ??１?一＿＿＾＾?１??Ｊ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ??１９７５?１９８０?１９８５?１９９０?１９９５?２０００?２００５??图１．５过去三十年生物膜模型研宄的发展变化??Ｆｉｇ．?１．５?Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ?ａｎｄ?ｃｈａｎｇｅ?ｏｆ?ｂｉｏｆｉｌｍ?ｍｏｄｅｌｓ?ｏｖｅｒ?ｔｈｅ?ｐａｓｔ?３０?ｙｅａｒｓ??（１）生物膜内传质模型??生物膜的生长机理是首先由附着于载体表面的少量微生物进行环境改良和自适应??后迅速生长，最终达到与环境的动态平衡并形成生物膜＠４］。在养分供给充足且水力剪切??作用不大的前提下，微生物快速生长并形成功能固定、结构各异，生长和脱落能够保持??动态平衡的微生物生态系统［９５］。生物膜内的传质过程描述都是基于质量守恒原理实现??的，其基本表达式如下：??ｒ?８ｃ??—ｆ?Ｗ?？?ＶＣＳ；．?＝?ＲＳｉ?＋?Ｖ（Ｄ（ｙＣＳｉ）
【参考文献】：
期刊论文
[1]高效生物硝化工艺研究进展[J]. 文越,郑平,张萌,张宗和. 工业用水与废水. 2016(05)
[2]高长径比气升式环流反应器的流体动力学模型[J]. 高闯,王继锋. 沈阳化工大学学报. 2016(03)
[3]导流筒直径对气升式环流反应器流动的影响和放大研究[J]. 杜峰,杨志方. 石油学报(石油加工). 2016(04)
[4]不同填料的厌氧氨氧化污泥挂膜性能比较[J]. 高梦佳,王淑莹,王衫允,彭永臻,贾方旭. 化工学报. 2016(10)
[5]气升式反应器内流动与传质研究进展[J]. 徐春燕,池春榕,刘祖文,张涛. 有色金属科学与工程. 2016(05)
[6]江苏省太湖流域污染物排放变化规律及总量削减率的确定[J]. 谢蓉蓉,逄勇,徐心彤,张鹏. 水资源保护. 2015(06)
[7]Ca2+强化短程硝化颗粒污泥培养[J]. 吕永涛,贾燕妮,鞠恺,赵洁,苗瑞,王磊. 环境工程学报. 2015(09)
[8]导流筒结构对环流反应器内流体动力学的影响[J]. 郄思远,高飞,俞旭峰,刘春江. 化学工程. 2015(06)
[9]曝气生物滤池技术研究进展及其工艺改良[J]. 张小玲,李强,王靖楠,王欣泽,林燕. 化工进展. 2015(07)
[10]厌氧氨氧化菌细胞的超微结构及功能[J]. 贾方旭,彭永臻,王衫允,王淑莹,杨庆. 应用与环境生物学报. 2014(05)
博士论文
[1]生物膜生长动力学建模研究[D]. 张宪龙.武汉大学 2016
[2]光合细菌生物膜反应器内传输特性及产氢性能强化[D]. 郭成龙.重庆大学 2013
[3]基于化学法控制的亚硝化与厌氧氨氧化的耦合工艺研究[D]. 徐光景.大连理工大学 2013
[4]复合式厌氧氨氧化反应器除氮性能与动力学研究[D]. 高彦宁.大连理工大学 2011
[5]湍动鼓泡塔充分发展段的流体力学与内构件技术研究[D]. 张煜.浙江大学 2011
硕士论文
[1]气升式内循环膜生物反应器脱氮除磷性能研究[D]. 陈建冬.大连交通大学 2013
[2]复合生物膜反应器传质机理及实验研究[D]. 石涛.大连理工大学 2012
[3]填充床生物膜反应器中氮转移及去除机理研究[D]. 刘永禄.大连理工大学 2011
[4]基于渗流理论的生物膜传质模拟及实验研究[D]. 焦妍.大连理工大学 2011
[5]移动床生物膜反应器半亚硝化特性及ANAMMOX反应器启动研究[D]. 遇光禄.哈尔滨工业大学 2007
[6]生物膜分形结构形成的模拟及理论分析[D]. 郑媛.天津大学 2007
[7]生物膜非线性动力学特性及分形结构[D]. 陈黎明.天津大学 2005
[8]气升式内环流反应器流体力学性能实验研究及数值模拟[D]. 祝俊丽.浙江工业大学 2005
本文编号：3375813
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．３鼓泡式反应器示意图??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｂｕｂｂｌｅ?ｒｅａｃｔｏｒｓ??
是利用空气流动和内外筒的流体密度差作为水力循环动力实现搅拌和传质作??用。适用于气液或气液固多项流动接触过程的反应装置。按照基本结构分成内循环式和??外循环式两种，如图１．５所示。针对气液两项流动接触过程的研究表明，影响反应器性??能的主要因素有液相循环速度、气含率以及气泡尺寸［５２＃］，而反应器的结构是影响气含??率和液相流速的主要因素。我国的杜锋等［５５］研究发现导流筒的直径和长度变化会影响气??含率；熊艳等和高闯等研宄发现增大反应器的高径比可以提高传质和流动效率，改善处??理效果［５６，５７］；此外也有研宄证明下降区与上升区面积比值（Ａｄ／Ａｒ）对气含率数值也有??较大影响，并得出结论当上升区与下降区面积相等时，环流效果可达到最佳［５８］。??ｉ?￡ｋ??气液分离区??＇＞°０°?ＴｆＴ??〇?ｉ?￣??升液管一？｜〇??七一、?旦二ｌ??〇?Ｃ?ｏ??—？?／）Ｒ?？＊—?Ｄ?Ｄｐ??ｃ?降液管?ｈｌ??ｔ?之，＼丨：。ｉ?Ｉ??ｈ?！??°??Ｊ！?Ｃ?＾?Ｃ??〇?）?Ｃ??（体分布器％＿?ｉ￣」?霉?ｒ??：ｌＪ?＿，?Ｍｉｒｌ??＊??气体?彳气体??（ａ）外循环式?（ｂ）内循环式??图１．４气升式生物反应器示意图??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＡＬＢＲ??气升式反应器内部流体循环流动过程的剪切力可使大气泡破碎成细小气泡，增大气??液接触面积和传质传热效率；同时气体的喷射动力和流体密度差促使液体循环流动
?定量描述生物膜结构受水力流动的影响以及膜内传质过程。过去三十年世界范围内关于??生物膜模型研宄历程如图１．５所示ｔ９３］。??１－Ｄ?１－Ｄ?２－Ｄ?３－Ｄ??ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ?ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ?ｎｏ?ｆｌｏｗ?ｆｌｏｗ?，，??Ｉ?１?Ｉ?Ｉ?■??ｆ?ＱＪ酸＿ａ?Ｊ麵????ｚ?ｚ???？?Ｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅ?？Ｄｙｎａｍｉｃ?？?Ｄｙｎａｍｉｃ??？?Ｐｓｅｕｄｏ－?？?Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?？?Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ??Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ?＾??｜?？?Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ?＾??＊■§＿?？?Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?Ｚ?＾??＾?ｙ?１??？￡?，?Ｃ??１?一＿＿＾＾?１??Ｊ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ??１９７５?１９８０?１９８５?１９９０?１９９５?２０００?２００５??图１．５过去三十年生物膜模型研宄的发展变化??Ｆｉｇ．?１．５?Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ?ａｎｄ?ｃｈａｎｇｅ?ｏｆ?ｂｉｏｆｉｌｍ?ｍｏｄｅｌｓ?ｏｖｅｒ?ｔｈｅ?ｐａｓｔ?３０?ｙｅａｒｓ??（１）生物膜内传质模型??生物膜的生长机理是首先由附着于载体表面的少量微生物进行环境改良和自适应??后迅速生长，最终达到与环境的动态平衡并形成生物膜＠４］。在养分供给充足且水力剪切??作用不大的前提下，微生物快速生长并形成功能固定、结构各异，生长和脱落能够保持??动态平衡的微生物生态系统［９５］。生物膜内的传质过程描述都是基于质量守恒原理实现??的，其基本表达式如下：??ｒ?８ｃ??—ｆ?Ｗ?？?ＶＣＳ；．?＝?ＲＳｉ?＋?Ｖ（Ｄ（ｙＣＳｉ）
【参考文献】：
期刊论文
[1]高效生物硝化工艺研究进展[J]. 文越,郑平,张萌,张宗和. 工业用水与废水. 2016(05)
[2]高长径比气升式环流反应器的流体动力学模型[J]. 高闯,王继锋. 沈阳化工大学学报. 2016(03)
[3]导流筒直径对气升式环流反应器流动的影响和放大研究[J]. 杜峰,杨志方. 石油学报(石油加工). 2016(04)
[4]不同填料的厌氧氨氧化污泥挂膜性能比较[J]. 高梦佳,王淑莹,王衫允,彭永臻,贾方旭. 化工学报. 2016(10)
[5]气升式反应器内流动与传质研究进展[J]. 徐春燕,池春榕,刘祖文,张涛. 有色金属科学与工程. 2016(05)
[6]江苏省太湖流域污染物排放变化规律及总量削减率的确定[J]. 谢蓉蓉,逄勇,徐心彤,张鹏. 水资源保护. 2015(06)
[7]Ca2+强化短程硝化颗粒污泥培养[J]. 吕永涛,贾燕妮,鞠恺,赵洁,苗瑞,王磊. 环境工程学报. 2015(09)
[8]导流筒结构对环流反应器内流体动力学的影响[J]. 郄思远,高飞,俞旭峰,刘春江. 化学工程. 2015(06)
[9]曝气生物滤池技术研究进展及其工艺改良[J]. 张小玲,李强,王靖楠,王欣泽,林燕. 化工进展. 2015(07)
[10]厌氧氨氧化菌细胞的超微结构及功能[J]. 贾方旭,彭永臻,王衫允,王淑莹,杨庆. 应用与环境生物学报. 2014(05)
博士论文
[1]生物膜生长动力学建模研究[D]. 张宪龙.武汉大学 2016
[2]光合细菌生物膜反应器内传输特性及产氢性能强化[D]. 郭成龙.重庆大学 2013
[3]基于化学法控制的亚硝化与厌氧氨氧化的耦合工艺研究[D]. 徐光景.大连理工大学 2013
[4]复合式厌氧氨氧化反应器除氮性能与动力学研究[D]. 高彦宁.大连理工大学 2011
[5]湍动鼓泡塔充分发展段的流体力学与内构件技术研究[D]. 张煜.浙江大学 2011
硕士论文
[1]气升式内循环膜生物反应器脱氮除磷性能研究[D]. 陈建冬.大连交通大学 2013
[2]复合生物膜反应器传质机理及实验研究[D]. 石涛.大连理工大学 2012
[3]填充床生物膜反应器中氮转移及去除机理研究[D]. 刘永禄.大连理工大学 2011
[4]基于渗流理论的生物膜传质模拟及实验研究[D]. 焦妍.大连理工大学 2011
[5]移动床生物膜反应器半亚硝化特性及ANAMMOX反应器启动研究[D]. 遇光禄.哈尔滨工业大学 2007
[6]生物膜分形结构形成的模拟及理论分析[D]. 郑媛.天津大学 2007
[7]生物膜非线性动力学特性及分形结构[D]. 陈黎明.天津大学 2005
[8]气升式内环流反应器流体力学性能实验研究及数值模拟[D]. 祝俊丽.浙江工业大学 2005
本文编号：3375813
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