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关键词： 腐朽木   铁屑   微电解   反硝化   碳源  

摘要： 湖泊水、河流等微污染水以及城镇二级出水C/N值普遍偏低,碳源不足往往成为脱氮工艺的控制性因素。采用铁屑与腐朽木组合填料的生物滤池进行污水深度处理,具有材料来源广泛、成本低廉、结构简单、操作方便等优点,但该工艺运行有待进一步优化,且在实际运行中存在着填料体积过大、滤池易堵塞等问题。本研究通过优化铁屑及腐朽木填料反应器的工艺参数,改善填料结构,使反应器在低碳条件下仍能进一步降低水中有机物及氮磷含量,为进一步扩大试验和实际工程运行提供依据。论文的主要研究内容及结论如下:(1)研究腐朽木释碳性能及其作为反硝化碳源的脱氮效果。采用二级动力学拟合方法,对腐朽木释放的COD浓度与时间关系建立腐朽木碳拟合参数方程,进行腐朽木释碳性能快速评价。采用间歇反硝化试验,通过投加营养液及培养好的反硝化污泥,分析腐朽木作为碳源的脱氮效果与溶液内COD的变化。研究分析得出,腐朽木能长期稳定地为微生物提供碳源,其作为缓释放碳源去除硝态氮的长期效果良好。(2)研究铁屑及腐朽木组合填料处理模拟废水的影响因素及最佳反应条件。采用正交试验和单因素实验,通过控制不同的进水p H、反应时间、铁屑投加量以及填料比例,测定试验结束后上清液的COD、TP、NO3--N及NH4+-N浓度,考察不同反应条件对试验结果的影响。研究分析得出各因素对氮磷处理效果影响的主次关系为p H>铁屑投加量>铁炭质量比>反应时间,并得到一组最佳反应条件。采用试验得出的最佳条件以实际污水进行试验,结果表明铁屑与腐朽木微电解作用能够显著提高污水的可生化性。(3)研究铁屑及腐朽木生物滤池的最佳填料结构、运行效果以及影响因素。在不调节p H条件下连续运行反应柱,研究填料的不同填充方式以及不同进水流速和进水硝氮浓度对反应柱运行效果的影响,考察反应柱运行过程中沿程以及出水的NO3--N、NO2--N和NH4+-N浓度变化情况,并结合理论分析NO3--N去除动力学。研究分析表明,采用上下填充铁屑,中间层填充腐朽木的方式填充填料获得的效果最优,出水亚硝态氮浓度、氨氮浓度与进水流速以及进水硝态氮浓度成正比。出水NO3--N去除率始终保持在75%以上,经沸石层吸附后的最终出水NH4+-N浓度在5mg/L以内。该实验条件下,NO3--N去除动力学方程为,动力学常数K值为2.445。

关键词： 膜生物反应器   TMP   膜清洗   膜通量  

摘要： 膜生物反应器是指生物处理与MF或UF膜分离技术相结合的工艺。在水和废水处理领域，成熟的商业化膜应用综合当期生产力发展、投资费用、运行成本，取得三者平衡的前提下，分析对比其同一层面的技术并比较其优劣，顺应时代大趋势，逐步提升行业市场占有率，因此针对膜系统的设计进行分析整合是及其有意义的课题。

关键词： 膜生物反应器   膜污染   XDLVO理论   zeta电位   添加剂  

摘要： 膜生物反应器(Membrane Bioreactor, MBR)是一种将膜分离技术和活性污泥处理污水技术有机结合的新型污水处理技术。作为一种新型的污水处理工艺,MBR具有出水水质好、占地面积小、剩余污泥产率低等优点。目前,MBR工艺已在国内外污水处理领域得到了普遍的研究和应用。然而,在膜生物反应器连续运行过程当中,膜不可避免的会产生污染。MBR运行过程中膜污染严重影响了出水量和出水水质等,同时增加了运行过程中的能耗,降低了该项技术的经济性和实用性,从而严重阻碍了MBR的大规模推广应用。因此,探究MBR运行过程中的膜污染形成机制,并且根据此提出合适的膜污染控制策略显得极为重要。本课题主要以长期稳定运行的MBR为研究对象,以XDLVO (Extended Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek)为理论基础,对MBR中影响膜污染的关键因子进行了深入探究。主要从热力学角度考察了膜zeta电位、污泥颗粒zeta电位、膜表面共轭酸碱对表面张力(γAB)参数等对污染物在膜面粘附过程的影响。探究了粉末活性炭(PAC)和改性磁粉对膜过滤性能及有机物污染物去除效率的影响等。主要研究结果如下：(1)在一个连续运行的实验室规模的MBR中测定其膜与污泥液的zeta电位。以实验测得的膜和污泥颗粒的表面zeta电位为基准,通过改变膜和污泥的表面zeta电位来分析膜与污泥颗粒之间的热力学作用能。研究结果表明：zeta电位对微生物代谢产物(SMP)在膜面的粘附过程(两平面接触粘附)的影响不大,但zeta电位对污泥颗粒在膜面的接触粘附过程(球体与平面接触粘附)的影响比较明显。在实验条件下,污染物颗粒粘附到膜表面过程中必须克服一个能量壁垒。对于给定的MBR条件,存在一个临界zeta电位值,当污泥颗粒或膜表的zeta电位值低于该值以下时,污泥颗粒与膜表之间相互作用的能垒消失。(2)根据XDLVO理论,膜面γAB参数主要通过影响AB作用能,从而对污染物与膜的相互作用能产生影响。γAB由电子受体张力(γ+)和电子供体张力(γ-)决定。研究结果表明,对于光滑膜表面,人为增大膜表面γ+和γ-的参数值,可以有效提高膜与污泥颗粒作用时的能垒；对于粗糙膜表,人为增大膜表面γ+和丫参数值,可以明显降低污染物与膜的相互作用强度。其中膜表面γ-值对污泥颗粒与膜相互作用的影响更为明显。(3)在膜生物反应器中投加活性炭和改性磁粉能够明显降低膜的过滤阻力,扫描电镜下观察过滤的污泥层表面形态,可以明显地看到添加活性炭和改性磁粉的污泥层呈现疏松多孔的结构,其中以添加磁粉的滤饼层结构更为疏松。同时,投加活性炭和改性磁粉的污泥液与原污泥液相比,DOC的去除率明显提高,而添加改性磁粉的污泥液DOC的去除效率更为明显。通过热力学分析,添加活性炭和改性磁粉的污泥与膜相互作用的排斥能垒降低,这将有利于污泥颗粒吸附到膜的表面,同时对于已经粘附到膜表面的污泥颗粒来讲,在水力冲刷下也更容易从膜的表面脱落下来。

关键词： 动物细胞培养   软测量技术   广义回归神经网络   生物反应器   流场仿真   ARM9  

摘要： 随着人们对健康医疗领域的日益关注,生物医药制品的需求逐渐增大,规模化动物细胞培养作为生物产品制备的关键技术,已成为工业生产的重要环节。生物反应器是维持细胞体外生长繁殖的核心设备,为了满足规模化动物细胞培养中混合度高且剪切力小的要求,相应反应器的研究是重要难点之一。计算流体力学软件能全面模拟生物反应器内流场状态,通过关键工程因素的计算结果直观反映流场特性,从而为反应器参数结构的设计提供依据。同时动物细胞产业化培养也为过程参数的测控带来挑战,关键参数的准确测量是控制的必要前提,但由于传统测量技术的局限性与动物细胞培养过程的复杂性,关键参数的测量问题一直是测控过程中的首要难题,这些技术问题密切关系着动物细胞培养最终产物的产量与品质,因此深入研究这些技术问题具有实际价值与意义。针对以上技术问题,本文主要从以下几个方面展开研究:1.将流体仿真软件运用于反应器内流场的模拟,以4000L动物细胞生物反应器为研究对象,首先设计了流场计算域的几何结构与搅拌器结构,接着选用稳态的多参考系坐标法在有限元分析软件中对计算域进行网格划分,模拟了反应器内不同挡板组数产生的流场效果,依照仿真结果选取最佳挡板组数,最后计算了不同搅拌速度下产生的流场,对比分析速度矢量场与剪切矢量场的仿真结果,为实际培养过程搅拌速度的设定提供依据。2.运用软测量技术解决了动物细胞培养中不可测关键参数预估的问题,以口蹄疫疫苗悬浮培养为研究对象,采用一致关联度算法选择辅助变量,建立基于广义回归神经网络的软测量模型,实现对葡萄糖浓度、乳酸浓度、丙氨酸浓度和细胞密度的预测,并在仿真实验中与径向基神经网络模型的预估效果对比,仿真结果表明广义回归神经网络具有更优异的预测精度与泛化能力,显示出其在动物细胞培养过程软测量建模中的可行性。3.采用ARM9微处理器为主控CPU设计了动物细胞培养的数字控制系统,为软测量研究成果运用于实际生产中提供平台。首先对基于ARM9的硬件控制系统进行了设计,并详细描述数字系统中的数据存储与通讯接口技术,接着设计了温度、溶氧、酸碱度的实际检测方法与通讯接口技术,最后将软件操作系统Linux移植到控制器中,构建了较为完整的动物细胞培养数字控制系统。

关键词： 肌肉纤维   疯牛病   生物反应器  

摘要： 近些年,世界各地的玉米、糖和食用油等农产品价格纷纷上涨。食物价格爆涨,令一些欠发达国家和地区饥荒、纠纷不断,甚至引发暴乱。即便是发达国家,人们也或多或少会感觉到类似的压力。于是,第二次绿色革命的呼声便不绝于耳。食物短缺是个大问题食物为什么价格上涨,这与世界人口膨胀关系密切。人口多,肉类消耗量也大。然而,饲养肉类动物,需要付出很大的空间以及很多的饲料。据了解,一亩(约0.067公顷)土地能够生产出约

关键词： 颗粒物   壳聚糖   动态膜生物反应器   膜污染  

摘要： 动态膜生物反应器（Dynamic Membrane Bioreactor,DMBR）是一种将生物处理工艺与动态膜过滤技术相结合的污水处理技术,利用一定孔径的无纺布（Non-wovenfabric）、尼龙布（nylon fabric）等材料作为膜基材,通过在活性污泥过滤过程中形成的生物动态膜来达到近似微滤膜的过滤效果,同时动态膜上的微生物群体也可对污水中的有机物进行降解。膜污染是DMBR工艺不可避免的,向DMBR内投加颗粒物质改善污泥混合液性质,延缓膜污染的研究较多,但是少有颗粒物协同壳聚糖（Chitosan）控制动态膜污染的研究。本课题通过颗粒物/壳聚糖协同控制和延缓动态膜污染,以期为动态膜污染控制的工程实践提供实验依据。本研究通过一体式动态膜生物反应器,对引起动态膜污染的关键问题进行深入研究,主要考察了不同膜基材、颗粒物以及颗粒物协同壳聚糖对延缓动态膜污染的作用效果,同时借助反应器运行特征、污泥混合液特性以及数学表达分析研究了其对膜污染的控制作用。（1）采用两组平行运行反应器,研究两种不同膜基材（无纺布和尼龙布）对反应器运行特征以及胞外聚合物（Extracellular polymeric substances,EPS）和污染周期的比较。结果表明:以无纺布和尼龙布为基材的两个反应器中COD、TN、NH4+-N、TP的出水均值（mg/L）分别为:28.40、6.24、2.99、0.67和23.23、5.48、2.89、0.45,且尼龙布基材反应器中EPS含量和增长速度均低于无纺布基材反应器。尼龙布表面的动态膜能有效截留,防止污染物向内层材料的渗透,依据尼龙布的亲水性,减缓疏水性物质在膜表面的累积,形成了较为疏松的泥饼层,进而有效的延长了动态膜生物反应器的稳定运行时间。（2）通过两套平行DMBR实验系统对比研究投加改性粉煤灰（modified fly ash）和粉末活性炭（powdered activated carbon,PAC）对DMBR中污泥混合液特性和运行周期的影响,并探讨其机理。结果表明:在运行过程中,投加改性粉煤灰和PAC的反应器中EPS（mg/g MLVSS）含量分别从28.66 27.85增长到100.4、67.5,Zeta电位（mv）分别从-6.3、-5.7降至-46.8、-30.0,小于10μm的微粒所占的比例分别为0.92%、0.06%,粘度分别从1.89、1.85mPa·s增加到2.92、***·s,并且投加PAC的反应器的运行周期比投加改性粉煤灰的反应器的运行周期延长1/3。投加PAC延缓动态膜污染作用优于投加改性粉煤灰,PAC和改性粉煤灰都具有很好吸附性能,对引起膜污染的物质能有效吸附,污泥性能得到明显的改善,在膜基材表面的“骨架”作用,有效延缓了膜污染。（3）在DMBR中同时投加壳聚糖和颗粒物来研究其对动态膜污染的延缓作用,通过常规指标以及污泥性能指标,建立数学表达,分析颗粒物/壳聚糖对动态膜生物反应器膜污染的协同控制作用。颗粒物和壳聚糖联用后的反应器中出水水质均达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》一级A排放标准,且相比于只投加颗粒物的反应器中TN、TP的去除率高出近5%、10%;EPS增长缓慢,且多糖对DMBR污染的贡献小于蛋白质的（rp=0.895,rp=0.992）;污泥性能的其他指标（粒径、EPS、粘度、Zeta电位）在延缓动态膜污染的效果均是颗粒物和壳聚糖联用的效果要优于只投加颗粒物的。通过建立数学表达,模拟计算的结果（R2=0.9943,R2=0.9873,R2=0.9869,R2=0.9916）显示在A/O-DMBR工艺中投加颗粒物/壳聚糖对减缓膜污染沉积层的堵塞情况,延长膜过滤周期的作用优于只投加颗粒物的反应器。

关键词： 印染废水   生物反应器   芬顿氧化   特征污染物  

摘要： 新出台的《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287-2012)对印染厂废水的排放的提出了新的挑战,本研究在对绍兴印染行业进行调研的基础上,对绍兴6家具有代表性的印染厂的生产工艺、各工艺段水质进行了调研,结果发现,印染废水难以达标的问题在纺织印染行业仍然广泛存在。本研究选取其中一家印染厂,针对新标准的要求以及实际印染废水的特征,提出厌氧水解-AFB-好氧MBBR-接触氧化-Fenton氧化组合工艺对此印染厂的废水展开处理。经过一段时间的运行,结果表明,该组合工艺运行稳定,出水各指标包括特征污染物均可达到新排放标准的要求,出水水质良好。(1)对绍兴印染行业废水排放现状进行调研,发现大部分印染厂印染废水出水不能满足新排放标准的要求。本研究选取绍兴6家具有代表性的印染厂、发现这6家厂均采用厌氧+好氧生化处理的方式对印染废水进行处理,出水中大部分指标均超标,特别是对特征污染物苯胺的去除效果较差。(2)经本研究采用的厌氧水解-AFB-好氧MBBR-接触氧化-Fenton氧化组合工艺处理实际印染废水,印染废水最终可满足GB 4287-2012标准中的间接排放标准。水解酸化池、厌氧流化床、好氧MBBR反应器以及接触氧化池分别用50天、84天、61天、50天启动完成,启动完成后对反应器运行条件进行优化。在水解酸化池在HRT为18h、进水pH为9.0-10.0,厌氧流化床在HRT为3d、进水pH为6.5-7.5,好氧MBBR反应器在HRT为24h、进水pH6.5-7.5、溶解氧40-5.0mg/L, Feton氧化工艺在反应初始pH值为4.0,FeS04·7H2O投加量为1Og/L, H2O2投加量为8ml/L,反应时间为120min的条件下、组合工艺处理稳定100天,最终出水COD在91-122mg/L之间,BOD5在24-38 mg/L之间,色度为30-60倍,氨氮在2.77-593mg/L之间,总磷在025-0.85mg/L之间,苯胺在025-0.98mg/L之间,AOX在0.9-1.1mg/L之间。各项指标均可以满足GB 4287-2012新标准中的间接排放标准的要求。(3)采用GC-MS方法检测印染废水处理各工段中的有机物,证明组合工艺对印染废水中特征污染物去除效果显著。经厌氧水解-AFB-好氧MBBR-接触氧化-Fenton氧化组合工艺处理后,印染废水中主要污染物被去除,喹啉、吲哚、蒽醌及其衍生物以及苯胺类化合物被完全降解。

关键词： 一体式好氧膜生物反应器   黄姜皂素废水   厌氧出水   结垢  

摘要： 黄姜皂素生产废水是一种具有有机物浓度高、SO42-含量高、色度大等特点的难降解工业废水,处理难度大,大量未达标排放的皂素废水严重威胁受纳水体的水质安全。随着国家对污染物排放标准要求的逐步提高,环保问题成为制约黄姜产业发展的瓶颈。到目前为止,鲜有关于膜生物反应器（MBR）处理黄姜皂素废水的报道。本研究采用一体式好氧MBR处理黄姜皂素废水UASB厌氧处理出水,探讨了由于黄姜皂素季节性停产导致皂素废水生物处理再次启动的问题,考察了MBR对皂素废水污染物的去除特性以及最佳的运行条件,并分析了系统在运行过程中的结垢问题,从而论证了该工艺处理皂素废水的可行性,为皂素废水处理工程提标改造提供参考。试验结果表明:启动阶段,再次启动较初次启动快,启动运行仅10d系统COD、氨氮去除率即可达到90%以上;膜对废水中的有机物、TP有截留作用,但对氨氮、硝氮和亚硝氮几乎没有截留作用。在优化参数阶段,对水力停留时间、温度等运行参数进行优化,考虑处理效果及经济可行性,最佳水力停留时间为48h、温度25～30℃、污泥负荷0.3～0.6kg COD·（kg MLSS·d）-1、容积负荷0.5～1.0kgCOD·（m3·d）-1;最佳运行条件下COD、氨氮去除率分别在90%、85%以上,出水水质满足《皂素工业水污染物排放标准》（GB20425-2006）以及《薯蓣皂素清洁生产标准》（DB61/T424-2008）,硫化物的去除率在99%以上,出水浓度远低于《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的一级标准（≤1mg·L-1）;系统MLSS远高于传统活性污泥法,但MLVSS/MLSS在25%40%之间,远低于传统活性污泥,且污泥的沉降性能变化较大,当MLSS增加到8.5g·L-1左右时,SV30在95%98%之间,污泥沉降性能不佳,但由于膜的截留作用实现了泥水分离,所以对系统出水水质影响不大。试验过程中,反应器出现明显的结垢现象,进水管中的垢主要为碳酸钙和单质硫,而反应器内部绝大部分为碳酸钙。系统进水有结垢趋势,且严重结垢。由于MBR中SRT较长,钙垢会在系统内不断累积,当钙含量过高,钙垢会包裹住微生物,最终会降低系统的处理效果以及稳定性,同时钙垢增加了系统污泥中的无机成分含量。

关键词： 计算流体力学   能源微藻   釜式光生物反应器   光强度分布与吸收   反应器放大  

摘要： 釜式光生物反应器是由发酵罐反应器演化而来,发酵罐反应器具有操作条件稳定、工艺成熟、易于控制等优点。光是制约微藻生长的重要因素,反应器的结构设计和细胞培养过程中必须充分考虑光能的吸收和利用,这就要求对反应器内光分布和吸收进行研究。小型釜式光生物反应器要用于微藻的大规模培养必须要进行放大,根据反应器内不同搅拌器的混合效果进行反应器放大对于微藻工业化生产具有重要意义。本课题采用CFD方法模拟釜式光生物反应器内藻液中小球藻细胞浓度N=2.9153×1011 cell/m3时,培养液中无气泡及气含率为5%、10%、15%和气泡直径为1、3、5 mm的光能分布。气泡直径确定时,随着气含率的增加近光源位置光强度增强,沿径向光衰减增加;气含率确定时,气泡直径减小光散射能力增强,径向光衰减加剧。光波长分别为400-500、500-600、600-700 nm时,藻液光能吸收率随着入射光强度、气含率、气泡直径的变化而变化,当气含率=7.5%、气泡直径=3 mm时,由光能吸收率与入射光强度比得到的参数Xλ可知,波长400-500 nm时,Xλ=5.9 m2为最高,波长在500-600 nm时,Xλ=1.9m2最低。最后,对釜式光生物反应器进行了放大研究,500 L釜式反应器内采用3层搅拌器混合,考察剪切和传质系数得到翼型桨最佳,雨生红球藻的异养培养验证了翼型桨的特性。将翼型桨和推进桨用于放大直径为1.8 m、高径比2.1：1的10T反应器,3层翼型桨d/D=0.4时,其剪切和传质性能最佳。

关键词： 微藻   脱氮除磷   生物量   光生物反应器   重金属  

摘要： 微藻具有生长快、分布广泛、适应力强等特点,收获的藻体细胞具有广泛的商业应用前景。在水资源匮乏和水体富营养化日趋严重的形势下,利用富营养化废水培养微藻,不仅可实现废水的净化,还可降低微藻培养成本,一举两得。本课题应用微藻对模拟废水进行处理,以氮、磷去除率及生物量产率为表征指标,对其废水净化性能进行评价。研究成果将为应用微藻规模化处理富营养化废水提供参考依据。研究了模拟废水培养微藻及其脱氮除磷效果的条件规律。结果表明,碳酸氢钠和硫酸镁为关键营养盐,栅藻在同等条件下的脱氮除磷效果优于小球藻。提高碳酸氢钠浓度可促进藻细胞生长及其脱氮除磷效果,但当其浓度超过0.275 g/L时提高效果不明显;硫酸镁浓度在0.045～0.075 g/L时可明显促进藻细胞生长,而当氨氮和磷浓度分别超过30 mg/L和10 mg/L时会对藻细胞生长产生抑制作用。当pH在7、温度在26℃左右、氯化钠浓度为0～5 g/L范围时,栅藻具有较好的细胞生长情况及废水处理效果。采用36 L柱状光生物反应器,在室内条件下考察不同培养策略对栅藻生长及其废水脱氮除磷效果的影响。结果表明,当通气量为0.08 VVM、接种量为12 mg/L时,分批培养效果最佳;半连续培养在75%置换率下有最佳的培养效果,此时藻体生物量产率及氨氮、磷去除率分别为2.3 mg/L/h、97.7%和91.7%。当HRT为80 h时,连续培养效果最佳,此时藻体生物量产率及氨氮、磷去除率分别为1.97 mg/L/h、97.4%、76.0%。通过户外培养可行性研究,发现栅藻生长可适应外界多变的环境条件,其中磷去除随昼夜光照变化而出现波动下降趋势。考察了栅藻在含铜、镉、铅三种常见重金属废水中的细胞生长情况及其脱氮除磷效果。结果表明,铜和镉分别达到1.5 mg/L和0.3 mg/L就会对藻细胞生长产生抑制作用,铜和镉的毒性指标60 h-EC50分别为8.9 mg/L和33.8 mg/L,应用栅藻脱氮除磷应避免含铜、镉废水。铅能促进栅藻生长,27mg/L时栅藻最大比生长速率达到最大,此时氨氮、磷去除率分别为97.2%、96.2%。栅藻对三种重金属均有较强的吸附能力,吸附率可到90%以上。通过红外光谱检测发现,羟基主要参与铜离子的吸附,羰基、酰胺基参与较少;羟基、羰基、酰胺基均有参与镉、铅的吸附,基团迁移程度镉要高于铅。