SBR短程硝化反硝化处理模拟高氨氮废水的试验研究

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短程硝化反硝化是指NH4+氧化为NO2-后即被还原为N2,省去了NO2-→NO3-和NO3-→NO2-的反应过程,从理论上计算此工艺与传统脱氮工艺相比具有以下优势:(1)在硝化阶段可节约25%左右的需氧量,降低了能耗;(2)在反硝化阶段减少了约40%的有机碳源,降低了运行费用;(3)NO2--N的反应硝化速率通常比NO3--N的反硝化速率高63%左右;(4)减少了50%的污泥产量;(5)反应器容积可减少30%~40%左右;(6)可减少投加碱度和外碳源投量。本文采用SBR反应器,研究了短程硝化的影响因素及三种不同短程硝化反硝化工艺的运行参数调控及脱氮效果;并建立了短程硝化、短程反硝化的动力学模型。试验结果表明:1)在SBR反应器内,控制温度为室温(25℃左右)、pH值为7.5~8.6、DO在2.0mg/L的条件下,逐步提高进水氨氮浓度由50~450mg/L。经过39d驯化后,系统内形成了稳定的全程硝化(NH4+→NO2-→NO3-),氨氮转化率在99%以上。2)在SBR进入稳定的全程硝化状态后,通过控制低溶解氧在SBR反应器内成功实现了短程硝化。研究结果表明:DO在0.3~1.0mg/L条件下,进水氨氮浓度维持在450mg/L,很快实现了短程硝化。氨氮转化率在98%左右,亚硝酸积累率稳定在80%以上。3)在SBR进入稳定的全程硝化状态后,通过改变投加碱量(以CaCO3计)SBR反应器内实现了短程硝化。研究结果表明:进水氨氮浓度维持在450mg/L,投加23.81g的CaCO3,很快实现了短程硝化。氨氮转化率在98%以上,亚硝酸积累率稳定在85%以上。4)在SBR进入稳定的全程硝化状态后,通过改变DO和pH值在SBR反应器内成功实现了短程硝化。与荷兰Delft大学开发的SHARON工艺相比,更适合实际工程推广应用。5)在SBR反应器内,采用不同回流比(50%、80%)条件下,研究A/O工艺、A/O/A(内碳源)/O工艺、A/O/A(外碳源)/O工艺的脱氮效果。试验结果表明:A/O工艺在回流比80%情况下脱氮效果好,总氮去除率为40.3%;A/O/A(内碳源)/O工艺在回流比50%情况下脱氮效果好,总氮去除率为45.8%;A/O/A(外碳源)/O工艺在回流比50%情况下脱氮效果好,总氮去除率为66.6%。6)通过对短程硝化进行动力学分析,推导出短程硝化阶段的动力学方程,并经过大量实验数据分析,求出其动力学参数。所得动力学方程如下:7)通过对短程反硝化进行动力学分析,推导出短程反硝化阶段的动力学方程,并经过大量实验数据分析,求出其动力学参数。所得动力学方程如下:说明本实验中,由于反应起始和反应过程中COD和NO2- -N浓度远大于饱和常数,所以短程反硝化反应近似于零级反应,亚硝酸盐氮和有机物浓度对反硝化速率影响很小,反硝化速率仅是温度和pH值的函数。
摘要第4-6页
Abstract第6-7页
第一章 绪论第11-28页
    1.1 间歇式活性污泥法(SBR)概述第11-13页
        1.1.1 SBR 法的工作原理第11页
        1.1.2 SBR 法的工艺特点第11-13页
    1.2 水体氮磷的来源及危害第13-15页
        1.2.1 水体氮磷来源第13-14页
        1.2.2 氮素对水环境的危害第14-15页
    1.3 污水生物脱氮技术研究现状第15-26页
        1.3.1 传统生物脱氮原理第16-17页
        1.3.2 生物脱氮新技术研究第17-26页
    1.4 本课题的研究意义第26-28页
第二章 试验装置及条件第28-31页
    2.1 试验装置第28页
    2.2 短程硝化反硝化系统的运行方式第28页
    2.3 试验用水第28-29页
    2.4 分析方法第29页
    2.5 实验内容第29页
    2.6 实验运行条件第29-31页
        2.6.1 SBR 中污泥的接种第29-30页
        2.6.2 pH 值的选择第30页
        2.6.3 温度的选择第30-31页
第三章 不同控制条件下的短程硝化试验及最佳状况分析第31-42页
    3.1 污泥驯化第31-32页
        3.1.1 SBR 的启动第31页
        3.1.2 实验条件第31页
        3.1.3 采用传统全程硝化方式进行污泥驯化第31-32页
    3.2 曝气量对SBR 内短程硝化的影响第32-37页
        3.2.1 曝气量为80L/h,周期为8h第32-33页
        3.2.2 曝气量为120L/h,周期为8h第33-34页
        3.2.3 曝气量为150L/h,周期为8h第34-36页
        3.2.4 亚硝酸盐氮的积累情况第36页
        3.2.5 小结第36-37页
    3.3 碱量对SBR 内短程硝化的影响第37-41页
        3.3.1 试验方案设计第37-39页
        3.3.2 试验结果与分析第39-40页
        3.3.3 小结第40-41页
    3.4 本章小结第41-42页
第四章 三种脱氮工艺的比较第42-49页
    4.1 引言第42-43页
    4.2 A/O 工艺第43-45页
        4.2.1 回流比为 50%第43-44页
        4.2.2 回流比80%第44-45页
        4.2.3 小结第45页
    4.3 A/O/A(内源)/O 工艺第45-47页
        4.3.1 回流比50%第45-46页
        4.3.2 回流比80%第46页
        4.3.3 小结第46-47页
    4.4 A/O/A(外源)/O 工艺第47-48页
        4.4.1 回流比为50%第47页
        4.4.2 回流比80%第47-48页
        4.4.3 小结第48页
    4.5 本章小结第48-49页
第五章 SBR 法短程硝化反硝化动力学分析第49-63页
    5.1 引言第49页
    5.2 硝化反应动力学方程的建立第49-57页
        5.2.1 硝化反应动力学模式的推导第49-53页
        5.2.2 硝化反应动力学参数的确定第53-57页
    5.3 SBR 法短程反硝化动力学方程的建立第57-63页
        5.3.1 短程反硝化反应动力学模式的推导第57-58页
        5.3.2 短程反硝化动力学参数的确定第58-63页
结论与建议第63-65页
参考文献第65-71页
攻读学位期间发表的学术论文第71-72页
致谢第72页
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