膜生物反应器内流场动力学特性的PIV实验研究

浸没式膜生物反应器系统内膜面附近的气液两相流动力学特性对控制浓差极化和膜污染具有重要影响。应用粒子图像测速(PIV)技术对浸没式膜生物反应器内近膜面的液相流场动力学特性进行了研究。采用相分离技术灰度分辨法将通过PIV技术得到的气液两相流场图像中的液相速度场进行辨别,得到膜面附近的液相流场数据,并应用Tecplot软件计算得出液相流的涡量特性。在3 mm曝气孔径,2.5、3.0、3.5、4.5、5.5和6.5 m3/h 6种曝气强度下分析了膜面附近的液相速度场和涡量场。结果表明,曝气强度对液相流场和涡量场的影响较大,在一定范围内增加曝气强度可以使得液相速度和涡量增加,同时,分析了3 mm孔径下圆帽状气泡的动力学特性。研究结果为膜生物反应器系统的优化设计提供了研究经验和实验数据。     

进水流量和曝气强度对管式曝气池液相流态及氧传质特性的影响

利用粒子图像测速技术(PIV)和溶解氧在线测试仪对管式曝气池在不同进水流量和不同曝气强度工况下的液相流态和氧传质特性进行了测定。结果表明,管式曝气池在相同曝气强度下,氧转移系数和氧转移效率均随着进水流量的增加而逐渐增加;而在相同进水流量时,氧转移系数和氧转移效率均随曝气强度的增大呈先下降后逐渐上升的趋势。综合考虑理论和实际情况,PIV测量时曝气强度选择0.750m3/h。当进水流量为0.234m~3/h时,管式曝气池上中下3个区域的涡量面积分布最均匀,液相死区最少,说明此时气液两相混合程度最好。因此,管式曝气池的最佳进水流量确定为0.234m~3/h。     

多隔室厌氧折流板反应器(ABR) 的水力特性试验研究

对ABR反应器的水力流态进行了示踪剂试验,分析了特征截面面积对ABR水力特性的影响,采用停留时间分布(RTD)法研究了不同进水COD浓度和HRT条件下ABR反应器的水力特性,结果表明不同进水COD浓度时ABR反应器的RTD曲线相似,表明进水COD浓度不是影响ABR水力特性的主要因素;不同HRT条件下RTD曲线差异很大,表明HRT对ABR的水力特性影响较大,随着水力停留时间的延长,N值增大,1/Pe减小,ABR的流态趋于推流流态,随着HRT的缩短,N值减小,1/Pe数增大,ABR反应器趋于完全混合流态.     

水力停留时间对厌氧折流式反应器处理印染废水运行效果影响的研究

采用厌氧折流式反应器(ABR)处理印染废水。结果表明,在水力停留时间(HRT)为14～32h时,ABR各格室出水COD逐渐降低,HRT越长,COD去除率越高;进水色度为300～500倍,ABR对色度去除效果显著,在HRT为32h时,色度去除率高达75.0%;ABR各格室出水NH3-N均比进水高,第1格室的NH3-N较进水增幅最大;ABR各格室pH呈上升趋势;氧化还原电位(ORP)随ABR格室依次下降;在HRT为14～32h时,BOD5/COD由进水的0.23分别提高到出水的0.31、0.36、0.42、0.40。从运行管理的经济性和提高出水的可生化性考虑,处理印染废水的HRT选择24h为佳。     

膜电解氢自养膜生物反应器还原水中的ClO_4~-

考察了膜电解氢自养膜生物反应器在不同水力停留时间(HRT)和电流强度下对饮用水中ClO4-的去除效果。结果表明,在进水ClO4-浓度和电流强度分别为10 mg/L和300 mA的情况下,HRT从12 h降低到4 h,反应器出水ClO4-浓度随HRT的降低呈增大趋势,但运行稳定后去除率均维持在99%以上,出水pH较进水有所增大,但增加幅度随HRT的缩短而减小。当电流强度从100 mA增加到200 mA时,出水ClO4-浓度随电流强度的增大而减小,稳定运行后出水ClO4-浓度低于4μg/L,出水pH受电流强度变化的影响不大。整个运行过程未检测到中间产物ClO3-和ClO2-的存在。     

多隔室厌氧折流板反应器（ABR）的水力特性试验研究

对ABR反应器的水力流态进行了示踪剂试验，分析了特征截面面积对ABR水力特性的影响，采用停留时间分布（RTD）法研究了不同进水COD浓度和HRT条件下ABR反应器的水力特性，结果表明：不同进水COD浓度时ABR反应器的RTD曲线相似，表明进水COD浓度不是影响ABR水力特性的主要因素；不同HRT条件下RTD曲线差异很大，表明HRT对ABR的水力特性影响较大，随着水力停留时间的延长，Ⅳ值增大，1／Pe减小，ABR的流态趋于推流流态，随着HRT的缩短，Ⅳ值减小，1／Pe数增大，ABR反应器趋于完全混合流态。     

PCL-SND系统的脱氮效果

以处理水产养殖水体中的含氮化合物为目的,采用气提反应器,建立以聚己内酯(polycaprolactone,PCL)为碳源和生物膜载体的同时硝化反硝化(simultaneous nitrification and denitrification,SND)系统(PCL-SND),研究其启动过程及脱氮效果以及水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对PCL-SND系统脱氮效果的影响。结果表明,在PCL填充率为10%,HRT为24 h,进水氨氮(NH+4-N)浓度为10 mg/L,硝态氮(NO-3-N)浓度为50 mg/L的条件下,系统运行45 d达到稳定状态,NH+4-N和TN的去除率分别为(76.55±0.98)%和(56.85±2.21)%。HRT对PCL-SND系统脱氮效果的研究表明,一定范围内,TN去除率随着HRT的减小而下降,出水NO-3-N浓度随着HRT的减小而升高,当HRT8 h,NH+4-N去除率基本稳定(85%~89%),HRT为24 h时,脱氮效果最好,TN和NH+4-N去除率分别为(68.56±1.64)%和(87.75±2.78)%,出水NO-3-N浓度(15.72±1.46)mg/L。p H和总碱度均随HRT的减小而下降,生物量却随HRT的减小而增大。     

两相厌氧流化床中优势菌种降解硝基苯废水的特性

构建了从强化传质与优势菌相结合的两相厌氧流化床生物降解体系,考察了水力停留时间(HRT)与上流速度2种水力特征以及共基质、pH、进水浓度等主要过程因素对优势菌种降解硝基苯的影响.结果显示,反应器在HRT为36h、上流速度为4 m/h时获得较好的处理效果;菌种需要pH 7.5的条件下以葡萄糖为共基质降解硝基苯,且两者的最佳质量比约为6;当进水硝基苯浓度为50～345 mg/L时,对硝基苯平均降解率和降解速率分别达到91.1%和120.9 mg/(L·d),且可耐受2.5倍以内的浓度负荷冲击.由此表明良好的反应器水力条件及优势菌种的结合可使高毒性的硝基苯在厌氧条件下有效地降解.     

曝气条件对浸没式膜生物反应器内流场的影响

为深入研究流场动力学特性对浸没式膜生物反应器系统内膜面污染的控制,应用fluent软件对浸没式膜生物反应器内气液两相流动进行了三维数值模拟研究。采用标准k-ε湍流模型和欧拉多相流模型,考察了改变曝气条件对膜面气液速度场及气含率分布的影响。模拟结果表明,在相同曝气强度下,1 mm曝气孔径下膜面气液两相的速度增加较孔径2mm、3 mm的快;曝气孔径为1 mm时,膜面的液相速度随着曝气强度的增加逐渐增大;曝气孔径为1 mm时,曝气量为5.5m3/h所形成的漩涡区较大,膜面气含率值较高且分布较均匀,气液两相接触面积较大,膜面冲刷效果较好;模拟观察到反应器底部靠近壁面局部气含率较低,不利于活性污泥中微生物的生长,需要进一步优化曝气和反应器结构。     

不同容积负荷下有机废水发酵产酸和产乙醇特性

采用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,研究了反应器在不同的水力停留时间(HRT)和不同进水容积负荷(VLR)下,高浓度有机废水发酵时产酸产乙醇特性。结果表明,在厌氧反应初期,随着反应器水力停留时间的减少和进水容积负荷的增加,反应器内的p H值降低后稳定在3.81~4.55之间,氧化还原电位(ORP)一直处于波动状态。反应器发酵液中主要成分浓度随进水容积负荷的提高而变化,且乙醇的浓度一直很低。当VLR为9 kg COD/(m3·d)时,乙酸浓度最高,且最高值为961.40 mg/L,当VLR为48 kg COD/(m3·d),乙醇平均浓度升高,最大值为142.98 mg/L。在乙醇平均浓度最大时,反应器稳定的平均产氢速率为887 m L/d。反应器运行前后颗粒污表面泥都有杆状微生物存在,但具有产酸特性的污泥表面胞外聚合物含量相对较少。     

低温下聚氨酯水凝胶包埋硝化菌去除氨氮

采用聚氨酯水凝胶为固定化载体制备了包埋硝化菌颗粒,并在上流式内循环反应器内以人工配制的模拟氨氮废水对包埋硝化菌颗粒进行驯化。在驯化完成后实验考察了温度变化和水力停留时间(HRT)对低温下聚氨酯水凝胶包埋硝化菌颗粒去除氨氮的影响以及出水中亚硝态氮、硝态氮的累积情况。结果表明,在进水氨氮浓度为40 mg/L,HRT为4h,水温从22℃降低到10℃时,包埋硝化菌颗粒对氨氮的去除率从97%下降到48%,调整10℃运行时的HRT,氨氮去除率可达到75%。将进水氨氮浓度降低至15 mg/L,当HRT为4 h,温度在7~13℃范围内变动时,氨氮去除率稳定在80%左右。在整个运行过程中,保持DO充足,没有出现亚硝酸盐积累的现象。     

厌氧折流板反应器—生物接触氧化组合工艺处理生活污水研究

采用厌氧折流板反应器(ABR)-生物接触氧化组合工艺(以下简称组合工艺)进行生活污水处理试验研究,确定最佳水力停留时间(HRT),在此基础上考察组合工艺对生活污水COD、SS和TN的去除效果。结果表明:(1)组合工艺最佳反应条件为组合工艺HRT 20h(ABR段HRT 15h,生物接触氧化池段HRT 5h)、温度14℃。(2)在最佳反应条件下,组合工艺对生活污水COD、SS具有良好的去除效果,COD、SS去除率平均分别为81.0%、95.8%;对生活污水TN去除效果较差,去除率平均仅为64.7%。     

厌氧折流板式微生物燃料电池堆影响因素研究

微生物燃料电池(MFC)中输出电压/电流的提升,以及反应器体积的扩展放大是其工程化应用的关键。本文构建了一个总体积为6.4 L的新型厌氧折流板式微生物燃料电池堆(ABSMFC)。以葡萄糖作为底物,探讨了阳极材料、液面高程差和水力停留时间(HRT)等因素对ABSMFC性能的影响。结果表明,碳纤维毡作为阳极时,电池单体外电路平均分压(R_(ex)=1 000Ω)为210 mV,填充石墨颗粒后增加到319.8 mV。格室间存在液面高程差时,电池单体、串联和并联的功率密度分别为207.1、181.1和215.7 mW/m~2,当无液面高程差(即水力相连)时为205.8、69.5和151.5 mW/m~2。4个电池单体串联和并联连接时,HRT对ABSMFC的产电稳定性无影响,溶解性COD的去除率和库仑效率均随HRT的增加而升高,且并联效果优于串联。     

螺旋载体式厌氧生物膜反应器的除铬性能与机理研究

构建附着生物量大、经久耐用的连续流螺旋载体式厌氧生物膜反应器处理模拟含铬地下水,考察进水Cr(Ⅵ)、碳源投加量、水力停留时间(HRT)及初始pH对反应器除铬效果的影响。结果表明,反应器最优运行参数为碳源投加量35mg/L、HRT为8h、初始pH为4~10。反应器主要通过生物吸收、吸附或者沉淀作用去除Cr(Ⅵ),而10%的Cr(Ⅵ)在出水中以毒性较低的Cr(Ⅲ)态存在。可见,本研究构建的生物膜反应器在地下水污染处理方面具有较大的应用前景。     

水力停留时间对反应沉淀一体化反应器中半亚硝化反应的影响

由于反应沉淀一体化反应器的HRT与SRT不同,因此HRT是否会影响反应器中氮的存在状态,亚硝态氮积累是否能实现尚无明确结论。针对以上问题,研究不同水力停留时间对反应沉淀一体化反应器中半亚硝化反应的影响,研究结果表明：反应器运行虽然运行过程中无污泥流失,但仍可实现亚硝酸盐的积累,出水亚硝态氮和氨氮的浓度比例受水力停留时间的影响。HRT为24 h时,亚硝酸盐积累率可达到70%,但出水氨氮接近于0,很难满足ANAMMOX 的进水要求;HRT为16 h和12 h时,亚硝酸盐积累率均可超过80%,出水氨氮和亚硝态氮的比例分别达到1.39：1和1.46：1,可为后续ANAMMOX反应提供良好进水条件。水力停留时间对污泥亚硝化潜力的影响为12 h>16 h>24 h,对硝化潜力的影响为24 h>16 h>12 h。不同水力停留时间下氨氧化速率和亚硝酸盐氧化速率均为24 h>16 h>12 h。     

UASB处理硫酸盐有机废水的启动

为了考察上流式厌氧污泥床反应器(UASB)处理含硫酸盐有机废水的特性,采用有效容积为10 L的UASB,研究了启动运行过程中COD和SO2-4降解情况、出水VFA和pH值、产气量及颗粒污泥比产甲烷活性(SMA)变化状况。结果表明,接种厌氧颗粒污泥,保持进水COD为1 500 mg/L,SO2-4浓度为100 mg/L,将HRT由24 h缩短至12 h以提高负荷,经历55 d成功启动了UASB反应器;当HRT为12 h,进水COD和SO2-4负荷为3.0 kg/(m3·d)和0.20 kg/(m3·d),COD和SO2-4的去除率分别达到80%和89%,出水VFA为3 mmol/L,产气量达9.5 L/d,颗粒污泥的SMA为86.4 mL/(g VSS·d)。     

水力停留时间对MBR中溶解性微生物产物生成的影响

考察水力停留时间(HRT)对MBR中膜污染的主要污染物——溶解性微生物产物(SMP)生成的影响。结果表明,在装置稳定运行期间,MBR中SMP随运行时间出现累积。与HRT为8 h相比,HRT为12 h时,SMP在MBR中平均累积量要少10.1%,SMP中多糖含量平均高7 mg/L左右,而蛋白质含量平均低45.6%。SMP的平均粒径随装置运行呈下降趋势,并且HRT较短有利于粒径较小的SMP生成,从而堵塞膜孔;HRT较长有利于粒径较大的SMP生成,从而形成凝胶层,两种情况导致膜污染的机制不同。     

强化复合厌氧反应器处理农村生活污水的快速启动

针对常规单一厌氧反应器处理农村生活污水启动时间长、处理效率低等问题,构建了一种集填料型厌氧折流和厌氧滤池技术为一体的新型强化复合厌氧反应器,并对该反应器的启动方法和运行特性进行了探究。采用接种污水厂活性污泥,并通过逐渐缩短反应器水力停留时间(HRT)的方法,进行反应器的启动。结果表明,在运行时间为25 d时,反应器出水COD降至65 mg·L~(-1),COD去除率达70.7%;各格室pH和氧化还原电位(Eh)分别稳定在6.9～7.0和(-243±6)～(-289±6) mV;CH_4产生量达365 mL·d~(-1),反应器实现成功启动。其中,折流区单元对COD的去除占主导作用,折流区单元内污泥生长和填料挂膜状况良好。本研究构建的强化复合厌氧反应器能够成功实现快速启动,为其在农村生活污水处理中的实际应用提供了参考依据。     

水洗碳氢溶剂废气的废水生物降解效能及影响因素研究

采用厌氧折流板反应器(ABR)/连续搅拌反应器(CSTR)组合工艺,通过构建共基质体系对水洗碳氢溶剂废气的废水(简称水洗废水)进行处理研究,探讨了共基质体系可行性,考察了水力停留时间(HRT)、硝化液回流比(R,%)、COD和氨氮质量比(C/N)、pH等对水洗废水处理效率的影响。结果表明:(1)共基质体系对去除水洗废水中难降解有机物效果显著。水洗废水占总废水的体积分数≤60%时共代谢效果最佳,COD平均去除率高于84%,氮污染物的去除受该体系影响小。(2)HRT=12h时碳污染物去除效果最佳,COD平均去除率为89.40%。较长的HRT利于脱氮,HRT=24h时氨氮平均去除率达98%,平均出水氨氮为0.87mg/L。R=300%(体积分数)时碳氮污染物去除效果最优。(3)C/N=10时组合装置对废水的脱氮除碳性能最好,COD、总有机碳(TOC)、氨氮和TN平均去除率分别为87.93%、93.11%、95.94%和77.29%。除碳最适pH为6.7,脱氮偏好碱性环境(pH=8.6)。     

水力停留时间对反应沉淀一体化反应器中半亚硝化反应的影响

由于反应沉淀一体化反应器的HRT与SRT不同,因此HRT是否会影响反应器中氮的存在状态,亚硝态氮积累是否能实现尚无明确结论。针对以上问题,研究不同水力停留时间对反应沉淀一体化反应器中半亚硝化反应的影响,研究结果表明：反应器运行虽然运行过程中无污泥流失,但仍可实现亚硝酸盐的积累,出水亚硝态氮和氨氮的浓度比例受水力停留时间的影响。HRT为24h时,亚硝酸盐积累率可达到70％,但出水氨氮接近于0,很难满足ANAMMOX的进水要求;HRT为16h和12h时,亚硝酸盐积累率均可超过80％,出水氨氮和亚硝态氮的比例分别达到1．39：1和1．46：1,可为后续ANAMMOX反应提供良好进水条件。水力停留时间对污泥亚硝化潜力的影响为12h〉16h〉24h,对硝化潜力的影响为24h〉16h〉12h。不同水力停留时间下氨氧化速率和亚硝酸盐氧化速率均为24h〉16h〉12h。