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文檔簡介
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
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