序批式雙外循環(huán)生物流化床特性及應(yīng)用研究.pdf

1、本文針對高濃度、高色度有毒有害難降解的工業(yè)廢水，利用生物流化床廢水處理技術(shù)和多種厭氧一好氧組合方式的原理方法，設(shè)計了新型序批式雙外循環(huán)生物流化床系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)： (1)該系統(tǒng)結(jié)合了序批式操作模式和生物流化床技術(shù)的優(yōu)勢，是一種新型、高效的序批式生物膜反應(yīng)器(SBBR)，解決了已有固定床SBBR易堵塞、反應(yīng)效率低等問題； (2)該流化床在不同的運(yùn)行階段，可以分別利用強(qiáng)制水力循環(huán)和氣提式循環(huán)，實現(xiàn)液．固兩相循環(huán)流化床

2、及氣-液一固三相循環(huán)流化床的操作，從而在同一流化床中實現(xiàn)了厭氧、好氧及沉降等多個過程； (3)該系統(tǒng)可使被處理的廢水在處理過程中歷經(jīng)序批式厭氧-好氧過程、交替式厭氧-好氧過程以及厭氧-好氧原位降解過程的多種組合協(xié)同作用，能對包括染料在內(nèi)的難溶、難降解的大分子進(jìn)行更有效地吸附和分解，使厭氧分解及硝化和反硝化過程更完全； (4)該流化床采用了較輕的細(xì)小活性碳顆粒(100-120目)為載體且添加量較少，并采用循環(huán)射流的啟動和流

3、化方式，使系統(tǒng)更容易啟動和流化，而且具有更優(yōu)的生物降解性能； (5)該系統(tǒng)的微生物采用了懸浮生長和附著生長共存及序批式馴化的方式，生物相豐富，適應(yīng)性強(qiáng)，具有多種降解能力； (6)合理設(shè)置的“閑置”期可以使厭氧分解、反硝化過程及色度的去除更完全，并對污泥進(jìn)行減量降解及載體和生物系統(tǒng)再生，達(dá)到同時去除高濃度含碳有機(jī)物、去氮、脫色并減少污泥的目的。該技術(shù)系統(tǒng)還包括一個可以根據(jù)工藝需要產(chǎn)生多種不同控制模式的自動控制箱，能夠?qū)Ω鞣N

4、序批式的間歇過程進(jìn)行自動地連續(xù)化操作，所以該技術(shù)在一定意義上實現(xiàn)了一體化處理，自動化操作，高效節(jié)能化運(yùn)行，無二次污染的環(huán)?；幚砟繕?biāo)。 對系統(tǒng)特性的實驗研究表明，該系統(tǒng)中氣-液-固三相流化床，具有較好的充氧特性：氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)K<,La>(20℃)=10.78h<'-1>，氧的利用率較高：E<,A>=18.9％；系統(tǒng)的微生物能適應(yīng)從厭氧到好氧再到厭氧過程的溶解氧(=DO)環(huán)境變化；在厭氧和好氧階段，系統(tǒng)內(nèi)微生物量合適，生物相豐富，

5、懸浮生長和附著生長比例適當(dāng)，生物膜厚度適宜，分別為124μm和146μm。 另外，本文還對運(yùn)行過程中該系統(tǒng)的流體動力學(xué)特性進(jìn)行了細(xì)致研究，主要包括兩部分：一是采用粒子圖像速度場儀(PIV)對液-固兩相循環(huán)階段主、副床的流場特性進(jìn)行了實驗研究，得到了主、副床速度分布規(guī)律及渦量分布特性，結(jié)果表明：主床x方向的軸向速度分布V<,z>-r<,x>/R是不對稱的，其最大值偏向外側(cè)(r<,x>/R為正)；y方向的軸向速度分布V<,z>-r<

6、,y>/R是對稱的，最大速度均在中心r<,y>/R=0在不同的循環(huán)流量下，主床和副床內(nèi)的渦量的分布都比較均勻，不會出現(xiàn)由于剪切力過大而使生物膜被破壞的情況，說明流化床結(jié)構(gòu)設(shè)計合理；實驗確定了最佳操作條件下主、副床的渦量范圍分別是(35-45)s<'-1>和(10-20)s<'-1>。二是采用RSM湍流模型對流化床進(jìn)行數(shù)值模擬計算，得到了流化床在不同入射流量下的三維速度場，與相應(yīng)條件下實驗結(jié)果對比均符合得比較好；模擬計算還得到了流化床在不

7、同循環(huán)流量下的三維壓強(qiáng)分布和湍流強(qiáng)度分布。本文對流化床系統(tǒng)流體力學(xué)特性的深入研究為此類設(shè)備的設(shè)計和工程放大提供了新的方法和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本文利用該系統(tǒng)對模擬印染廢水進(jìn)行處理，考察了厭氧階段和好氧階段COD<'cr>及NH<,3->N的去除規(guī)律和效果，確定了其最佳的循環(huán)流量和氣速分別為1.4m<'3>/h和0.17m/min；經(jīng)過五種不同厭氧-好氧組合工藝的比較，最佳組合處理工藝為：一次性進(jìn)水厭氧A(4.0h)-好氧O(4.0h)-沉淀出水D

8、(2.0h)-閑置(2.0h)，一個處理周期總計12h；該最佳組合方式處理模擬印染廢水結(jié)果如下：高濃度(COD<,cr>1000-1200mg/L)進(jìn)水，COD<,cr>去除率可達(dá)到90％以上，低濃度(COD<,cr>400-600mg/L)進(jìn)水，去除率達(dá)82％；NH<,3>-N去除率均達(dá)60％以上；色度去除率均接近100％，該結(jié)果表明系統(tǒng)對含染料廢水的處理效果比較理想；對最佳的運(yùn)行模式下系統(tǒng)的主要性能參數(shù)的研究表明：反應(yīng)器中DO和pH

9、均呈周期性變化，滿足多重厭氧．好氧的生化處理要求；系統(tǒng)中污泥量在好氧階段結(jié)束時達(dá)到最大值4272mg/L，保證良好的處理效果，在閑置期結(jié)束時又減到最少，從而大大降低了污泥排放量；該系統(tǒng)進(jìn)水pH值在6.0～8.5范圍內(nèi)，溫度在18～30℃范圍內(nèi)，有機(jī)負(fù)荷在1.4～5.4(kgCOD/m<'3>·d)之間，碳氮比大于5時，NH<,3>-N的去除率基本不受影響，經(jīng)過30個周期以上的運(yùn)行，均能達(dá)到規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步驗證了該系統(tǒng)的有效性和穩(wěn)定