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好氧颗粒污泥反应器启动与稳定运行策略研究

作　者: 俞言文
导　师: 徐向阳
学　校: 浙江大学
专　业: 环境工程
关键词: 好氧颗粒污泥反应器启动调控策略胞外多聚物
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

好氧颗粒污泥技术具有运行污染负荷高、污泥沉降性能好、抵抗冲击能力强、处理设备占地少等特点,在工业废水、城镇生活污水处理领域具有明显的应用优势。目前,国内外学者已在好氧颗粒污泥理化结构特性、微生物生态、传质模型以及形成机理等方面开展大量研究,但在技术应用方面仍存在系统启动周期长、颗粒结构稳定性差等突出问题。为此,论文以实验室规模的序批式生物反应器(SBR)为平台,开展好氧颗粒污泥反应器启动与稳定运行策略研究,取得以下研究结果：1、应用强化氮磷去除性能、递减污泥沉降时间的功能菌优选-结构化持留分步培养策略,实现好氧颗粒污泥反应器启动与强化脱氮除磷。研究发现,SBR反应器在进水TN和TP负荷分别为0.29±0.05kg·m-3·d-1和0.066±0.010kg·m-3·d-1、污泥沉降时间10min条件下启动,运行3周后系统TN、TP去除率分别达50%、40%；缩短污泥沉降时间至5min,沉降性能优异的生物聚集体得以持留,体系内污泥颗粒化明显,TN、TP去除率最终分别稳定在84.1±4.0%、78.77±4.4%。分析污泥胞外多聚物(EPS)结构与组分发现,颗粒化过程污泥紧密结合态EPS(TB-EPS)中蛋白(PN)含量明显增加,揭示其在好氧颗粒污泥形成过程具有重要作用。2、针对好氧颗粒污泥反应器长期运行过程中存在的周期性失稳现象,创新研发好氧饥饿恢复、分区排泥调控等策略,开展颗粒污泥反应器稳定运行调控研究。结果表明,应用好氧饥饿恢复策略可在失稳的颗粒污泥反应器迅速实现颗粒与絮体分离,系统颗粒化程度得到恢复,但复稳后系统运行不稳定、脱氮性能偏低；应用分区排泥调控策略后,系统内颗粒态、絮体污泥的泥龄分别控制在10.0±0.9d、2.7±0.5d范围内,反应器颗粒化程度和脱氮效率迅速提升,TN去除率和颗粒化程度分别恢复至75.4±2.6%、82.9±2.0%,平均颗粒粒径在1.98±0.06mm,最终可实现好氧颗粒污泥反应器高效、稳定运行。3、从好氧饥饿阶段调控功能强化、反应器节能降耗角度出发,研究梯度曝气方式对好氧颗粒污泥反应器运行性能的影响。采取好氧饥饿期降低曝气强度的梯度曝气方式后,体系周期内发生明显的污泥PHB与EPS二次合成过程,颗粒污泥平均粒径最终维持在合适的1.2mm,系统污泥浓度稳定在13.38±1.15g·L-1,好氧颗粒污泥反应器稳定运行。4、为提高好氧颗粒污泥技术的工程应用可行性,研究了厌氧异位(-20℃PBS冷冻、4℃PBS冷藏、4℃浓缩母液冷藏)以及好氧原位(低、高气速好氧室温保存)两类储存方式对好氧颗粒污泥稳定性及活性恢复的影响。研究发现,-20℃PBS冷藏对好氧颗粒污泥完整性影响最大,而好氧储泥后反应器颗粒化程度降至65%左右,但颗粒污泥活性和完整性(0.82以上)仍然较高。各种储泥方式处理后的好氧颗粒污泥均可在短时间内恢复活性,其中好氧贮存后的颗粒污泥活性恢复较快。综合分析认为,控制系统表观气速保证颗粒污泥呈悬浮态,好氧颗粒污泥可在原位室温储存后快速恢复活性,实现反应器高效运行。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-8
Abstract  8-13
第一章文献综述  13-26
  引言  13
  1.1 好氧颗粒污泥理化特性  13-17
    1.1.1 颗粒形态结构与传质特性  13
    1.1.2 污泥沉降性能  13-14
    1.1.3 机械稳定性  14
    1.1.4.储存性能  14-15
    1.1.5 污泥表面疏水性和热力学特性  15
    1.1.6 污泥EPS组成  15-16
    1.1.7 吸附性能  16-17
  1.2 好氧污泥颗粒化的影响因素  17-21
    1.2.1 基质种类及其负荷  17-18
    1.2.2 污泥沉降时间  18-19
    1.2.3 水力剪切条件  19-20
    1.2.4 体系溶解氧(DO)与基质传递  20
    1.2.5 水力停留时间(HRT)与好氧饥饿期  20
    1.2.6 排泥方式  20-21
    1.2.7 其他影响因素  21
  1.3 好氧颗粒污泥技术的应用  21-23
    1.3.1 有机废水处理  21-22
    1.3.2 脱氮除磷  22-23
    1.3.3 有毒难降解废水处理  23
    1.3.4 重金属、染料等吸附  23
  1.4 课题研究意义与主要研究内容  23-26
    1.4.1 研究意义  23-24
    1.4.2 主要研究内容  24-25
    1.4.3 技术路线  25-26
第二章脱氮除磷好氧颗粒污泥反应器启动过程特性  26-35
  引言  26
  2.1 试验装置与方法  26-29
    2.1.1 试验装置  26-27
    2.1.2 进水水质与接种污泥  27-28
    2.1.3 分析方法  28-29
  2.2 结果与分析  29-34
    2.2.1 反应器运行性能  29-31
    2.2.2 反应器启动过程污泥特性变化  31-34
  2.3 小结  34-35
第三章好氧颗粒污泥反应器稳定运行策略研究  35-49
  引言  35
  3.1 试验装置与方法  35-38
    3.1.1 试验装置  35
    3.1.2 试验用水和接种污泥  35
    3.1.3 反应器运行参数  35-36
    3.1.4 分析方法  36-38
  3.2 结果与讨论  38-47
    3.2.1 好氧饥饿恢复策略对好氧颗粒污泥反应器运行性能的影响  38-40
    3.2.2 分区排泥调控策略对好氧颗粒污泥反应器运行性能的影响  40-44
    3.2.3 梯度曝气方式对好氧颗粒污泥反应器运行性能的影响  44-47
  3.3 小结  47-49
第四章储泥方式对好氧颗粒稳定性及活性恢复的影响  49-60
  引言  49
  4.1 试验装置与方法  49-51
    4.1.1 试验装置  49
    4.1.2 试验用污泥  49
    4.1.3 污泥储存方式  49-50
    4.1.4 恢复试验反应器运行参数  50
    4.1.5 分析方法  50-51
  4.2 结果与分析  51-59
    4.2.1 储存方式对好氧颗粒污泥特性的影响  51-55
    4.2.4 储存后好氧颗粒污泥活性恢复情况  55-59
  4.3 小结  59-60
第五章主要研究结论与展望  60-62
  5.1 论文主要研究结论  60-61
  5.2 论文创新之处  61
  5.3 论文的不足与展望  61-62
参考文献  62-74
论文撰写与发表情况  74

好氧颗粒污泥反应器启动与稳定运行策略研究

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