课程文献中心 更多>>

关键词： 能源微藻   普通小球藻   辐射特性   光生物反应器  

摘要： 能源短缺及化石能源大量使用引起的环境污染是目前及未来制约人类社会发展的关键问题。因此,可再生能源及清洁能源的研究正逐渐受到重视。其中能源微藻由于相比传统生物质能源具有生长快速、产油率高、不占用农田等多项独特优势而受到广泛关注。光生物反应器是进行能源微藻大规模、低成本培养的关键设备,对其进行设计和优化紧密的依赖于对微藻辐射特性的详细了解。由于实时测量的困难,微藻辐射特性研究前期主要针对生长稳定期进行测量。然而由于微藻细胞的生长和代谢,微藻的辐射特性会随着生长过程发生变化。目前对于生长过程中微藻辐射特性的研究还很缺乏。本文设计制作一种方便进行实时测量的光生物反应器,对普通小球藻(Chlorella vulgaris)完整生长期的光谱谱辐射特性进行了实验测量,获得了该微藻的完整生长期辐射特性数据,并以此为基础,通过数值模拟对比分析了传统仅使用稳定期辐射特性与使用全生长期辐射特性对平板光生物反应器内光场分布预测的影响。实验测量结果表明,在不同生长期,普通小球藻的光谱吸收截面在蓝光和红光波段均存在3个吸收峰(435 nm,485 nm,676 nm),这与细胞内叶绿素a和类胡萝卜素的吸收区域吻合,而光谱散射截面随波长变化较为平缓。光谱吸收截面在整个生长期内变化较大,最高变化可达186%。该微藻具有很强的前向散射特性,测得的散射不对称因子约为0.97。数值模拟研究表明,对于光生物反应器内局部光场强度分布的分析,仅采用稳定期辐射特性数据与采用全生长期辐射特性相比,平均辐射热流的相对偏差可达50%以上,表明微藻全生长期辐射特性对于光生物反应器的设计和优化是很有必要的。本论文的研究方法及测量结果对微藻生长期辐射特性的研究及相应光生物反应器内光场分析具有借鉴意义。

关键词： 厌氧膜生物反应器   处理技术   应用研究  

摘要： 厌氧膜生物反应器作为厌氧生物处理技术和膜分离技术的耦合,它同时具备了二者的优缺点,尽管目前对厌氧膜生物反应器的研究大部分仅限于实验室或小试规模,但其已成为研究的一个热点.笔者从厌氧膜生物反应器技术组成、膜结构形态、应用、膜污染原因、厌氧微生物生态学等方面介绍了厌氧膜生物反应器技术的最新研究状况,指出其面临的难题及今后的发展方向,以期为后续研究以及实际应用提供理论参考.

关键词： 煤气化废水   平板膜生物反应器   运行参数   膜污染及清洗  

摘要： 本课题利用好氧平板膜生物反应器处理煤气化废水,探索系统的最佳运行方式和参数,并且研究膜污染的形成过程,分析有效减缓膜污染的方法,提高工艺的运行稳定性。通过平板膜生物反应器的搭建、调试启动及运行,试验结果表明:系统启动期间,进水容积负荷为1.27 kg COD/(m·d),污泥负荷为0.17.42 kg COD/(kg MLSS·d),污泥浓度持续增长,系统对COD及氨氮去除具有较好的效果,平均去除率分别为81.66%、71.66%。污泥驯化培养后期,SV稳定在30%0%,SVI值稳定在6000 mL/g,污泥具有良好的沉降凝聚性能。系统稳定运行期间,维持反应器污泥浓度在4000500 mg/L及DO浓度3.5.0 mg/L,进水COD浓度为350000 mg/L,氨氮浓度在为250 mg/L、总酚浓度为2360 mg/L。系统在不同HRT(48 h、32 h、16 h、12 h、10 h)下连续运行,考察HRT对去除效果的影响。COD去除效果在HRT为16 h时达到最佳,平均去除率为91.97%;氨氮去除率在HRT为32 h达到最佳,平均去除率为91.13%;总酚在HRT为12h时达到最佳,平均去除率为91.27%。同时考察进水浓度对出水水质的影响,出水COD浓度因进水COD浓度的增加而有所增加,但去除率维持稳定,说明系统对进水水质有良好的抗负荷能力。随着运行期间HRT的缩短,膜污染加剧,表现为TMP迅速上升,最大TMP超过0.055 MPa。综合考虑水质处理效果及膜污染情况,确定本试验的最佳HRT为16 h。通过对膜污染的研究,分析膜污染的影响因素包括混合液性质,膜组件的性质及运行条件。结合系统运行情况,总结针对平板膜生物反应器运行的膜污染的减缓措施。包括曝气强度、混合液污泥浓度、膜抽水方式、运行HRT以及间歇出水(抽停比为10 min:2 min)。最后通过膜污染清洗剂的小试研究,分别选取碱性和酸洗清洗剂研究膜恢复率,试验选定0.5%HCl为最佳清洗剂。总体来说,该试验获得较好的去除效果。COD平均去除率为85.39%,氨氮平均去除率为91.13%、总酚的去除率为89.17%。但是出水COD浓度最高有189 mg/L,氨氮浓度最高达到7.89 mg/L,总酚浓度最高有35.28 mg/L,还需后续深度处理才能达标排放。

关键词： 微藻新能源   微藻细胞辐射特性   辐射反问题   光生物反应器   光生物制氢  

摘要： 能源短缺是人类在21世纪面临的重大危机。随着世界人口增长和工业化迅速发展,加快了对传统能源的消耗,也使得人类对能源的依赖更加严重。然而,传统能源多为不可再生能源,储量有限,且对环境有一定的污染,这使得人类把目光转向了清洁、可再生的新能源领域。与太阳能、核能和风能等新型能源相比,微藻能源因具有原材料丰富、生产操作安全、生产过程能耗低且使用过程零排放等特点,受到国内外的广泛关注。目前,微藻光生物制氢及产油已经成为全球研究的热点,美国等发达国家已经率先实现了从微藻培养到生物燃料制备的工业化生产。在影响微藻产氢产油的众多因素中,光能是最主要的因素之一。因此,准确地了解微藻细胞对光能的吸收散射特性及光生物反应器内辐射传输显得尤为重要。本文以微藻光生物制氢为研究背景,针对细胞辐射特性、光生物反应器内辐射传输及制氢动力学开展了理论和实验研究,主要完成以下几方面工作:首先介绍了单体微藻细胞辐射特性模型,比较了椭球形莱茵衣藻细胞与其等效球模型辐射特性的差异,并建立了基于分形理论和广义Mie理论的微藻细胞团聚体辐射特性模型,分析了分形维数、单体个数及单体半径对团聚体辐射特性的影响。结果表明,可用等效球模型近似计算椭球形莱茵衣藻细胞辐射特性;随着分形维数增大,单体半径越小且单体数越多的细胞团聚体散射截面变小且越接近等体积球的散射截面,而吸收截面变化不明显。在研究了细胞辐射特性模型的基础上,结合辐射反问题求解技术,展开了微藻细胞辐射特性的测量研究,即分别建立了基于时/频域激光透反射测量技术及微粒群智能优化算法的微藻细胞光谱复折射率反演模型和基于微藻弥散系光谱消光技术及蚁群智能优化算法的微藻细胞弥散系粒径分布反演模型。研究表明,时域脉冲激光作用下的微藻细胞光谱复折射率反演结果的鲁棒性好、精度高、收敛慢,基于多厚度模型和透反射信号的测量技术是一种有效反演莱茵衣藻GY-D55型细胞光谱复折射率的方法;在粒径分布函数未知的情况下,J-SB函数和M-?函数可以作为一般性函数来近似参数化估计细胞粒径分布,提出的一种基于波长敏感度和矩阵条件数分析的探测激光波长优选方案能提高细胞粒径分布的非参数化反演精度。在研究了细胞辐射特性的基础上,结合Michaelis-Menten动力学模型,进一步开展了光生物反应器内辐射传输及光生物制氢的研究,分析了不同地区不同时刻光照强度、气泡密度、藻类浓度及微藻团聚现象对反应器内辐射传输及制氢率的影响,并搭建了平板气升式光生物反应器制氢实验平台,测量了不同波长和强度的LED灯照射下莱茵衣藻GY-D55型细胞的制氢率,反演得到相应LED灯照射下的制氢特性参数。研究表明,夏至日光照强、制氢率高、光能对氢能转化效率低,增大气泡密度使得反应器内最大光合有效制氢区域减小并远离反应器光照表面,增加微藻细胞浓度使得反应器内总制氢率出现先增大后减小的趋势;微藻细胞光谱吸收指数是影响微藻光合作用动力学的关键因素,在吸收指数较大的波长下,同样的光强能获得较大的细胞生长率和制氢率。

关键词： 厌氧膜生物反应器   碳纳米管   膜分离   生活污水  

摘要： 伴随我国经济的快速发展及城市人口的逐渐增多,水资源与能源短缺、城市生活污水排放量剧增等问题日益凸显,在我国倡导低碳环保体系的同时,生活污水的再生利用成为众多专家学者的研究热点。膜生物处理技术能够很好解决该问题,且厌氧膜生物水处理技术对比于好氧生物处理最大优势在于产生能源性气体甲烷,而传统有机材料膜渗透性与膜选择性之间的矛盾关系以及膜污染等问题是妨碍其广泛应用的一个重要原因。针对这些问题,本文中首先利用碳纳米管制备出功能性导电碳纳米管中空纤维膜,通过在膜上施加电偏压实现膜分离与电化学技术的耦合,并将电化学辅助膜运用到自主设计的新型厌氧膜生物反应器(Membrane Bioreactor, MBR)中,处理低浓度生活污水,考察其分离性能、气体产量及抗污染性能。主要研究内容和结果如下：用酸化-纺丝-煅烧法制得碳纳米管中空纤维膜(Carbon Nanotube-Hollow Fiber Membrane, CNT-HFM),膜表面是由交错排列的碳纳米管形成的网状孔道结构,结构稳定,孔隙率高,纯水通量是普通有机中空纤维膜(Polyvinylidene Fluoride-Hollow Fiber Membrane, PVDF-HFM)的2倍,且具有导电性和良好的分离性能及抗污染能力。在膜上施加电偏压后的碳纳米管中空纤维膜,相比PVDF-HFM,体现出更好的抗污染性能、膜分离性能以及膜再生能力,膜与污染物之间的电排斥作用增强,膜表面的滤饼层厚度变薄,二次清洗后,膜通量恢复率高达88.27%,是PVDF-HFM的1.5倍。不同温度对厌氧MBR处理效果存在一定影响,当温度分别为40℃、30℃和20℃时,COD生物去除率从88.4%下降到78.5%,再降至38.1%,而总去除率分别为95.7%、92.7%和81.7%,说明后期的膜分离阶段COD的去除率并没有受到较大影响,膜分离后出水COD浓度始终在70 mg/L以下。表明相对传统的厌氧活性污泥法,厌氧MBR工艺在COD去除效果上有一定优势。比较使用PVDF-HFM的改进前厌氧MBR和改进后新型厌氧MBR,结果显示,在反应器内部加设圆台形状的内筒取代普通UASB中的三相分离器结构,可以提高气体的收集效率,甲烷产量从281.95 mL/d升高到396.12 mL/d,并通过设置的一圈圆形布水孔,防止污泥颗粒进入膜分离区,减缓膜污染;分别使用PVDF-HFM、CNT-HFM及膜表面施加负偏压的CNT-HFM的对比实验中,膜表面施加负偏压后COD去除中的膜分离贡献值最高为14.9%,跨膜压差增长速率仅为PVDF-HFM的一半,说明CNT-HFM在污染物分离效果和膜的抗污染能力上都体现出更优异的性能。

关键词： 骨组织工程   生物反应器   力学刺激   人诱导多能干细胞(hiPSCs)   人牙髓基质细胞(hDPSCs)   羟基磷灰石/壳聚糖/明胶(HCG)支架   纳米羟基磷灰石(nHA)   成骨分化  

摘要： 当因各种疾患引起患者大块颌骨缺损时,重建骨组织并恢复面部外形及咀嚼功能,提高患者临床生存质量极为重要。对于超过6-8 mm的骨缺损一般可以称为大块骨缺损,临床上结合缺损的部位、病因、程度,选择合适的治疗方案。现阶段的主要治疗方法有自体或异体骨移植、外来材料种植、及组织工程技术(再生医学)。相对于其它方法,组织工程骨具有能避免供区二次损伤,无免疫排斥反应及疾病传播等优点,为最终实现无损伤骨缺损修复开辟了一条新途径。骨组织工程的四个基本要素为种子细胞、支架材料、生长因子和生物力学微环境。传统组织工程骨缺损修复是将种子细胞接种到支架材料,经过一定时间的体外培养后,移植到体内继续构建。但组织工程骨也有自身的缺点：没有血供系统。营养物质的供给和代谢产物的排出主要通过有限的弥散和渗透,这阻碍了大块组织的构建。所以目前,组织工程骨仅限于修复体积小、厚度薄的骨缺损,也仅处在动物实验阶段。我们通过以下方面的研究,尝试解决大块组织工程骨构建中的一些难题。1)自制生物反应器模拟口腔力学微环境,促进组织内部营养供给、废物移除和刺激细胞成骨分化;2)人诱导性多功能干细胞(hiPSCs)最新干细胞技术用于口腔颌面部成骨;3)合成新型复合材料羟基磷灰石／壳聚糖／明胶(HCG),通过改变纳米羟基磷灰石(nHA)晶体结构、增加nHA含量等提高其骨诱导活性;4)血管化组织工程大块骨构建,包括3个部分工作：缺损个体化信息采集及具有内部管道的支架制作,体外细胞支架内部种植及营养灌注、力学微环境模拟,及裸鼠体内皮下移植。具体通过以下4个实验完成：实验1：体外模拟咀嚼循环三维细胞培养加力装置的研发及自制的口腔生物反应器促进牙髓干细胞(DPSCs)成骨分化。本实验提供了一种模拟口腔力学微环境的细胞培养装置,用于模拟口腔的咀嚼运动,模拟研究DPSCs在周期性的咀嚼压力作用下的增殖分化情况。同时,本装置还能调节所提供力学刺激的形式,境,在体外促进组织工程骨内部细胞的营养和成骨分化。实验2：新型细胞支架复合物的形成。本实验使用在口腔临床容易获得的人牙龈纤维细胞(hGFs)重新编程后建立病人自体诱导性多功能干细胞(hiPSCs),成骨分化诱导后,用来形成骨组织,并验证其用于临床自体修复的可能性及前景。本实验中合成的HCG-311提高HA在HCG复合支架材料中的含量至60 wt/wt%,更接近天然HA在人体骨中含量。体外实验和裸鼠体内皮下实验证明HCG-311具有良好的机械性能、生物相容性、生物活性和高度的成骨诱导分化促进作用。hiPSCs和HCG-311细胞支架复合物作为新型的组织工程骨有实现临床应用转化的潜在可能。实验3：nHA具有纳米级材料所具有的表面效应、量子尺寸效应、和宏观量子隧道效应等特点。本实验研究nHA的晶体结构类型影响HCG复合支架材料的生物活性,从而影响hiPSCs的粘附、生长、增殖、和成骨分化。结果表明,相比较含棒状nHA晶体的HCG支架,球形nHA晶体的HCG支架更加能够增加hiPSCs的增殖和成骨分化。研究表明hiPSCs和含球形nHA的HCG细胞支架复合材料作为组织工程人工骨在修复大块骨缺损中的可行性,为进一步的大动物实验及临床应用提供理论及实验依据。实验4：大块组织工程骨的患者个体化构建。首先,通过CBCT扫描、对骨缺损部位、形态、体积三维重建成像;再次,生成骨缺损CAD模型,加入内部管道的结构设计;最后,快速成型技术(RP)技术制造个体化模具(本实验中为16×16×16 mm3大小)及合成含有内部管道的大块HCG支架,观察hiPSCs与支架的相容性及细胞生长增殖分化情况。预实验中包括以下几个方面：1)3D骨缺损模具及内部管道的3D设计和打印;2)组织工程大块骨支架制造;4)体外实验(内部细胞种植);5)细胞支架复合物裸鼠体内移植(内部营养灌注)。

关键词： 兼氧膜生物反应器   好氧膜生物反应器   低碳氮比   污水  

摘要： 随着人民生活水平的提高,生活污水中的氨氮的含量越来越高,导致我国城镇污水中碳氮比偏低,对脱氮处理不利。因此,污水中氨氮的去除技术研究越来越受到重视。本项目对兼氧膜生物反应器和好氧膜生物反应器在不同的碳氮比情况下的处理效果进行了研究,对比两种膜生物反应器污染物去除效果,得出较优工艺。试验得出结果与结论如下:（1）在进水水温为10℃25℃,p H为5.9～7.5,有机物（COD）为77.6 mg/L457.6mg/L,总氮（TN）为20.8 mg/L56.6 mg/L,氨氮（NH4+-N）为16.7mg/L41.4mg/L时,即进水碳氮比为4、6、7、8情况下,运行兼氧膜生物反应器,兼氧膜生物反应器中污泥沉降比为97%,污泥容积指数94。兼氧膜生物反应器运行稳定后,CODcr、TN和NH4+-N的平均出水浓度分为9.2mg/L、10.2mg/L和2.3mg/L,其平均去除率分别为96.0%、75.1%及91.5%。出水有机物、总氮及氨氮水质均能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级A排放标准。（2）通过对好氧膜生物反应器进行活性污泥接种、培养及驯化,反应器膜滤区混合液浓度为MLSS为6.57g/L,SV30为78%,SVI为118,反应器在启动阶段运行至20天左右时,有机物、总氮、氨氮的去除效果良好,出水水质稳定,启动试验完成。（3）在进水水温为7℃30℃,p H为6.4～7.9,有机物（CODcr）为114.8 mg/L400.0mg/L,总氮（TN）为28.9mg/L50.9mg/L,氨氮（NH4+-N）为16.8 mg/L29.8mg/L,即进水碳氮比为4、6、7、8情况下,运行好氧膜生物反应器。好氧膜生物反应器运行稳定后,CODcr的平均出水浓度为17.8mg/L,其去除率达到91.5%;NH4+-N的平均出水浓度为4.6mg/L,其去除率为80.6%,出水水质部分达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级A排放标准,但好氧MBR对总氮的去除仅部分出水达到国家排放标准。（4）好氧MBR小试相较于兼氧MBR运行条件更易控制,但对低碳氮比污水的处理运行效果却劣于兼氧MBR。相对而言,兼氧MBR更适于应用在低碳氮比污水处理中。（5）对比兼氧MBR与好氧MBR的内反硝化反应速率及同步硝化反硝化率,试验结果表明,兼氧MBR的同步硝化反硝化率远高于好氧MBR,碳氮比对反硝化反应的影响小于好氧MBR。兼氧MBR脱氮机理主要由硝化反应、反硝化反应和同步硝化反硝化共同作用,而好氧MBR脱氮机理主要是传统的脱氮作用。

关键词： 微生物能源   光生物反应器   传热传质   不可逆损失   熵产率  

摘要： 随着全球能源急剧减少及环境污染问题日益严重,发展绿色可再生能源已经成为能源研究的重要突破口。光合微生物能源凭借其生产能耗低、可再生、环境友好、条件温和等优点,被认为是目前最具有潜力的新能源之一。然而,由于目前微生物能源转化过程中的反应条件和工艺尚不成熟,导致其转化效率和经济性相对较差。其中,光生物反应器作为微生物能源转化的反应场所,将直接影响微生物能源转化过程中的传热传质与流动特性,从而对微生物能源转化效率起到至关重要的作用。因此,反应器结构改进及反应器内部微生物能源转化过程优化对于提高微生物能源转化效率十分必要。熵产率分析在换热器、化工反应器和燃料电池等能量系统中有着广泛的应用,作为同样涉及到流动、传热传质以及生化反应的能量系统,光生物反应器中传递效率和其中的不可逆损失是影响光生物反应器效率的重要因素。由于微生物培养实验周期长,且很难得到反应器内速度场、温度场以及浓度场分布,而将数值模拟与实验得出的微生物生长动力学模型结合起来能很好地弥补实验这一不足,为光生物反应器的优化设计提供一定的指导作用。本文利用数值模拟软件模拟光生物反应器中的传递及转化过程,并利用热力学第二定律熵产率分析的方法对其进行优化分析。本文针对生物膜光生物反应器、包埋颗粒光生物反应器和悬浮式光生物反应器三种不同形式的反应器进行了数值模拟,获得了其速度、温度、浓度场分布规律以及底物降解和产物生成速率,并基于场分布对反应器中传递过程的不可逆熵产率进行了计算分析,研究了培养液流速、底物浓度、温度、光强、pH、曝气率、反应器结构等参数对底物降解效率、产物生成速率及不可逆熵产的影响,并提出了一种综合不可逆损失和反应速率的评价光生物反应器运行参数的新方法——单位底物降解量的不可逆熵产S/Rc(以降解底物为主要目的)和单位产物生成量的熵产S/Rh最小(以生产产物为主要目的)原则,据此得出了三种不同形式反应器的最佳运行条件,主要研究结果如下:(1)针对生物膜式光合细菌生物反应器内传递及转化过程,进行了数值模拟和熵产率分析,结果表明传热和传质引起的熵产率占主要部分,而粘性流动引起的熵产率相对较小,可以忽略不计。运行条件变化时,总熵产率的变化主要受传质引起的熵产率变化的影响,而传热引起的熵产率变化不大,因此强化传质可以减少不可逆损失;对于本文所模拟的生物膜式反应器,其最佳运行条件为:温度30°C、培养液流量70 mL/h、入口培养液葡萄糖浓度为70 mol/m3。(2)通过对填充床反应器中单包埋颗粒的速度场、温度场和浓度场以及葡萄糖传质引起的熵产率分布的模拟,得到如下结果:传质阻力主要集中在包埋颗粒内,其熵产率占主要部分;随着培养液中葡萄糖浓度的增加,葡萄糖传质引起的熵产率单调减小;温度变化时,传质引起的熵产率先增大后减小,在30°C时达到最大值;而在培养液流量增大时,葡萄糖传质引起的熵产率缓慢减小,最后趋于平缓;在pH和光强变化时,熵产率的变化呈相同的变化趋势,均是先增大后减小,分别在pH=7和I0=6000 lx时达到最大值。得到了葡萄糖初始浓度、温度、流量、pH以及光强对葡萄糖降解速率和氢气生成速率的影响,结果表明在c0=60 mol/m3、T0=30°C、qv=4 m L/h、pH=7、光强I0=6000 lx时葡萄糖降解速率和氢气生成速率均达到最大值;通过计算单位葡萄糖降解量和单位氢气生成量对应的不可逆传质引起的可用能损失,以损失最小为原则,得到最佳运行条件为c0=60 mol/m3、T0=30°C、qv=4 m L/h、pH=7、光强I0=6000 lx。(3)通过对体心堆积和面心堆积两种堆积方式的包埋颗粒反应器的模拟计算,结果表明:两种堆积方式的变化趋势相同,葡萄糖降解速率和氢气生成速率均在c0=60 mol/m3、T0=30°C、Re=0.6时达到最大值,而且面心立方堆积反应器的葡萄糖降解速率与产氢速率均比体心立方高约6.8%左右。在熵产率方面,两者的变化趋势相同:随着培养液中葡萄糖浓度的增加,葡萄糖传质引起的熵产率单调减小;温度变化时,传质引起的熵产率先增大后减小,在30°C时达到最大值;而在培养液流量增大(Re数增大)时,葡萄糖传质引起的熵产率缓慢减小,从Re=0.6时开始趋于平缓;对于单位反应器体积的熵产率,面心立方始终高于体心立方堆积方式。(4)通过对悬浮式光生物反应器内流动与熵产进行模拟计算,得出以下结论:与普通未安装隔板的平板式微藻光生物反应器相比,增加隔板会加强反应器内的环流,从而加强反应器内培养液的混合。通气率和隔板长度的增加以及上升区的增大均会造成流动引起的熵产率增加,而平均气含率随着通气率的和上升区的增大会逐渐增加,但是培养液中气含率随板长增加而减小。

关键词： PLC控制技术   膜生物反应器   水处理  

摘要： 我国水污染和水资源严重短缺的形势,要求我国的环保专家及水处理专家必须有高度的责任感和紧迫感;必须尽快研究和开发水处理效率高、处理水质好、能耗低、水质稳定的水处理设备和技术。膜生物反应器是由膜分离技术与膜生物反应器相结合的生物化学过程,是一种新形的水处理技术。由于膜生物反应器的膜具有高效截流作用,与生物反应器相结合后便产生良好的水处理效果。本文简要介绍膜生物反应器,并对PLC可编程逻辑控制器在其中的应用作了详细的分析,希望读者朋友可以从中受益

关键词： 厌氧流化床   生活污水   运行参数   产气率   VFA  

摘要： 厌氧流化床反应器具有运行负荷高、抗冲击负荷、污泥产量低、经济节能等优点,近年来,在有机废水处理方面已呈现出良好的发展前景。本课题研究了以颗粒活性炭为载体的厌氧流化床反应器快速启动过程,考察了其对低浓度生活污水处理效果及产气情况,确定其最佳运行参数,分析了有机污染物的去除特性和转化过程。实验结果表明,在中温条件下采用高浓度有机物进水能够实现生物膜快速生长,在微生物挂膜后,采用梯度减少进水有机物浓度的方法实现了反应器对低浓度生活污水的稳定处理;主要影响因素对反应器处理效果表明,载体膨胀度在30%到80%范围变化时对于COD去除率影响不大,膨胀度保持在30%时,COD去除率能够达到94%。水力停留时间HRT从12h缩短到4h,进水容积负荷从2.24 kgCOD/m3.d提高到6.72 kgCOD/m3.d时,反应器对COD去除率影响不大,但出水挥发性有机酸VFA累积量从75mg/L增加到 675mg/L,产气量由 71.58mL/gCOD.d 降至 30.91mL/gCOD.d,HRT 为 6h 时能够达到反应器运行的最优状况,此时的沼气产率为36.97mL/gCOD.d,COD去除率为81%。反应器温度由35℃降至18℃的过程中,VFA累积,出水碱度和pH下降。反应器内颗粒活性炭表面微生物分布不均,上部载体生物膜较厚,呈现丝状菌纵横交错的稳定结构,下部的较薄,电镜观察有典型厌氧微生物群落,污泥产率为0.12kgVSS/kgCOD。和好氧工艺和其他厌氧工艺相比,厌氧流化床反应器在低浓度生活污水处理方面具有较大的应用前景。