氣升式外循環(huán)渦旋強(qiáng)化生物脫氮反應(yīng)器運(yùn)行特性與數(shù)值模擬.pdf

1、近年來，水體富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，其原因主要是水體中氮磷含量的大幅度增加，富含氮磷的水體破壞水生態(tài)平衡，導(dǎo)致水生生物、植物的多樣性和穩(wěn)定性降低，因而氮素污染在排入水體前亟需有效治理。故，研發(fā)具有高效穩(wěn)定性能的生物脫氮反應(yīng)器，對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的防治具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
　　本課題組自主研發(fā)了一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氣升式外循環(huán)渦旋強(qiáng)化生物脫氮反應(yīng)器（發(fā)明專利授權(quán)號(hào)：ZL201410321199.8；以下簡(jiǎn)稱為反應(yīng)器Ⅰ），以普通氣升式內(nèi)循環(huán)生物脫氮

2、反應(yīng)器（以下簡(jiǎn)稱為反應(yīng)器Ⅱ）為參比，采用統(tǒng)計(jì)分析方法、WEST2012模擬軟件和Fluent6.3.26模擬軟件，對(duì)比研究了氣升式外循環(huán)渦旋強(qiáng)化生物脫氮反應(yīng)器運(yùn)行特性（去除效能；穩(wěn)定性；微生物結(jié)構(gòu)群落；最適宜進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)）和流動(dòng)特性（反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)特性及流態(tài)；胞外聚合物的含量變化；參數(shù)軌跡），獲得如下結(jié)論：
　?。?）運(yùn)行特性研究結(jié)果表明：
　　a、反應(yīng)器Ⅰ的去除效能高于反應(yīng)器Ⅱ。在啟動(dòng)期，反應(yīng)器Ⅰ的平均COD、TN和NH4+

3、-N去除率分別為82.9％、61.4%和82.5%，反應(yīng)器Ⅱ的平均COD、TN和NH4+-N去除率分別為82.4%、56.5%、78.5%；穩(wěn)定運(yùn)行期，反應(yīng)器Ⅰ平均COD、TN和NH4+-N去除率分別為89.9%、76.1%和98.6%，反應(yīng)器Ⅱ的平均COD、TN和NH4+-N去除率分別為89.7%、75.4%、97.8%；經(jīng)WEST2012模擬軟件模擬的結(jié)果與脫氮反應(yīng)器實(shí)際運(yùn)行結(jié)果在氮素去除效果上較為接近。
　　b、以COD、T

4、N、NH4+-N、NO2--N和NO3--N濃度等常規(guī)指標(biāo)作為特異性參數(shù)，反應(yīng)器Ⅰ的穩(wěn)定性高于反應(yīng)器Ⅱ。在啟動(dòng)期，反應(yīng)器Ⅰ的CV(COD)、S(COD)、CV(NH4+-N)、S(NH4+-N)、CV(TN)、S(TN)分別是反應(yīng)器Ⅱ的0.77、0.26、0.96、0.95、0.95和0.71倍。在穩(wěn)定運(yùn)行期，反應(yīng)器Ⅰ的CV(COD)、S(COD)、CV( NH4+-N)、S(NH4+-N)、CV(TN)、S(TN)分別是反應(yīng)器Ⅱ的0.

5、92、0.87、0.35、0.22、0.96和0.82倍。
　　c、穩(wěn)定運(yùn)行期間，反應(yīng)器Ⅰ的優(yōu)勢(shì)菌群占比和微生物群落多樣性（ shannon指數(shù)）高于反應(yīng)器Ⅱ。在門分類水平，反應(yīng)器Ⅰ中Proteobacteria、Bacteroidetes、Chloroflexi等，優(yōu)勢(shì)菌群占比高于反應(yīng)器Ⅱ；在屬分類水平，反應(yīng)器Ⅰ中 Zoogloea、Tessaracoccus、Nitrosomonas、Nitrospira等優(yōu)勢(shì)菌群占比高于反應(yīng)

6、器Ⅱ，反應(yīng)器Ⅰ與反應(yīng)器Ⅱ中shannon指數(shù)分別為5.1和4.9。
　　d、反應(yīng)器Ⅰ最適宜進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)：NH4+-N濃度為200~300 mg·L-1，pH值為7.0~8.0。TN的耐受濃度約為300mg·L-1，進(jìn)水TN濃度過高，反應(yīng)器惡化，出水水質(zhì)變差。
　?。?）流動(dòng)特性研究表明：
　　a、反應(yīng)器Ⅰ內(nèi)部設(shè)立多級(jí)文丘里管結(jié)構(gòu)，經(jīng)Fluent6.3.26模擬軟件對(duì)反應(yīng)器Ⅰ內(nèi)的流態(tài)進(jìn)行模擬，在反應(yīng)器Ⅰ內(nèi)的文丘里管結(jié)構(gòu)中

7、能夠有效形成渦旋流場(chǎng)，強(qiáng)化傳質(zhì)過程。
　　b、穩(wěn)定運(yùn)行期間，反應(yīng)器Ⅰ污泥中胞外聚合物（EPS）的含量高于反應(yīng)器Ⅱ。污泥中EPS總量和EPS中蛋白質(zhì)和多糖含量均增加， EPS總量較反應(yīng)器Ⅱ高41.3mg TOC/g VSS。
　　c、穩(wěn)定運(yùn)行期間，反應(yīng)器Ⅰ中COD的降解程度、NH4+-N濃度梯度變化高于反應(yīng)器Ⅱ。出水COD值均較反應(yīng)器Ⅱ低，低出3mg·L-1，反應(yīng)器Ⅰ的NH4+-N濃度梯度變化率（kI=-21.95）低于反應(yīng)器