移动床生物膜反应器中生物载体对曝气氧传质过程的影响机理研究

Moving bed biofilm reactor (MBBR) has the advantages of low space, high biomass and well nitrification performance, which has been of great significance for the wastewater treatment plants to be faced with process promotion due to the stringent wastewater treatment effuent emission standard in China. The effect of suspended carriers on oxygen mass transfer process and its mechanism has not been clear, and optimization of aeration operation needs theories to support. Preliminary study of the applicant found that flow regime and bubble moving trajectory could be altered by the addition of suspended carriers and the oxygen transfer efficiency would be effected. Activated sludge and air flux also have significant effects on the oxygen mass transfer process. This project is based on the previous work to further study on the effects of suspended carriers and biofilm on oxygen mass transfer efficiency. The affecting mechanism of suspended carriers characteristics and addition rates on the oxygen mass transfer efficiency is to be explained. The mechanism of biofilm biomass and activity on the oxygen mass transfer process is to be clarified,and the optimized method of aeration operation in MBBR is proposed basd on the oxygen mass transfer mechanism, which could provide a theoretical foundation for the optimization of aeration operation in MBBR process.

移动床生物膜反应器（MBBR）工艺具有占地省、生物量大、硝化效果好等特点，对于近年来我国污水处理厂的提标改造具有一定现实意义，其中生物载体对工艺曝气氧传质过程的影响及机理尚不明晰，工艺的曝气运行优化仍需理论支撑。申请人的前期研究发现，悬浮载体可改变系统的水力流态和气泡运行轨迹，从而影响氧传质效率，污泥活性和曝气量等因素对氧传质过程也起到重要影响作用。本项目以前期研究工作为基础，进一步深入研究悬浮载体和生物膜微生物对氧传质过程的影响规律，阐明悬浮载体特性及投加比对氧传质效率的影响机理，揭示微生物量及活性对氧传质过程的作用机制，提出悬浮生物载体-活性污泥双污泥系统的曝气量调控优化方案，为MBBR工艺的曝气稳定运行提供一定的理论基础。

移动床生物膜反应器（MBBR）工艺具有占地省、生物量大、硝化效果好等特点，对于近年来我国污水处理厂的提标改造具有一定现实意义，但其中生物载体对工艺曝气氧传质过程的影响及机理尚不明晰。本研究主要包括两个方面：研究清水条件下悬浮载体对微孔曝气氧传质过程的影响规律及机理，建立悬浮载体存在条件下的氧传质模型；研究悬浮载体和生物膜微生物对氧传质过程的影响规律，探讨悬浮载体特性及投加比对氧传质效率的影响机理，揭示微生物量及活性对氧传质过程的作用机制。本研究得到以下主要结果：.1）相比无载体条件，悬浮载体能够提高氧传质效率，氧传质效率随着曝气量的增加而增大，当填充率较低(<40%)时，氧传质效率随着填充率的增加而增大，但当填充率过高，载体的流化状态变差时，氧传质效率降低，但仍略高于无载体状体。.2）悬浮载体在随着液相运动的过程中，可延长气泡运动路径，增加气液接触时间，并且能够减小气泡的上升速度，提高液相流速和湍动能，有利于提高氧传质效率。.3）引入气泡的运动方式对传质的贡献，建立新的传质模型，用于描述悬浮载体投加后的曝气系统氧传质过程，建立了传质模型和相应的液膜传质系数表达式。.4）挂膜后的MBBR系统的氧传质效率在不同填充率下无明显变化，但相比无挂膜时的氧传质效率明显下降，不同曝气量条件下降62%~74%，表明悬浮生物载体上附着的生物膜对氧传质效率有明显的抑制作用。.5）MBBR系统中，悬浮生物载体上附着的生物膜对氧传质效率有明显的抑制作用，可使氧传质效率下降70%左右。起主要抑制作用的为载体上附着的生物膜絮体和生物膜分泌物SMP，其抑制作用占比分别为20% 和42%。.通过以上研究发现，挂膜状态下的MBBR工艺，其氧传质效率较无挂膜状态大大降低。为保障出水水质，建议根据实际工艺条件下的氧利用率来调控曝气量，在设计时α值的取值建议取0.3-0.4，并且为保障挂膜填料与污水的充分混合，曝气器的布置需要优化。本研究为MBBR工艺在实际运行中的曝气优化提供了一定理论支撑。