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附着生长环流反应器(AGCR)

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学社贴贴学历认证 发表于 2019-9-8 10:13 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
附着生长环流反应器是结合附着生长与氧化沟技术的特点而发展起来的废水生物处理新工艺,简称为AGCR系统(Attached-Growth Circulating Reactor)。氧化沟工艺能够在同一反应器中实现有机物的氧化、硝化和反硝化过程,随着基质和微生物在槽中循环,硝化产生的硝酸盐氮利用废水中的碳源通过反硝化而生成氮气。氧化沟中的部分区段维持厌氧条件对反硝化过程十分必要,但往往由于过量曝气、有机负荷过低和负荷变化等因素造成厌氧段不稳定,从而影响TN的去除率。6 o. _- y! l0 O2tech.cn

$ {& R! i  B. mAGCR系统与氧化沟具有同样的功能,但生化反应主要由附着生长的微生物完成,避免了氧化沟工艺中许多生长速度缓慢的菌容易流失的缺点。其微生物群落主要由碳氧化菌、硝化和反硝化菌组成,并依照槽内各段的DO浓度不同而分布和生长。槽内流速由循环泵控制,应该达到能够使基质扩散通过液膜的速度,同时确保过量膜脱落产生的悬浮固体不在槽内沉淀。   
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AGCR系统在结构上与氧化沟相似,不同之处是在槽内的部分区段填充象河卵石一样的大粒径填料,为微生物附着生长提供空间。图3-20为一典型的AGCR系统小型实验装置,由玻璃钢制成,其沟槽的宽×深×长为0.05m×0.20m×180.0m,整个反应器的宽×长为3.0m×3.0m。槽进水端的头60m用玻璃钢板加盖密封,以便创造厌氧条件和避免因生物相过量生长造成废水从槽内溢出,剩下的120m以一定间隔均匀填充80块扩散石,并与空压机相连。另外,系统还包括进水、出水和循环水装置。
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+ P! ~5 X* R4 P0 j4 @/ t  I1 `废水在循环过程中相继通过厌氧和好氧段,最终达到氧化降解BOD物质和生物脱氮的目的。废水中的基质在好氧区段被氧化,同时含氮化合物经过硝化过程而转化为硝酸盐氮,由循环泵打入进水端,并与原水混合后进入厌氧段,此时进行反硝化过程,原水中的有机物正好作为反硝化的碳源,因此脱氮反应能够顺利进行。在好氧段,由于生物的附着生长,使繁殖速度缓慢的硝化菌在膜上得以富集,避免了氧化沟工艺中硝化菌容易流失的缺点。因而,AGCR系统具有比氧化沟工艺更好的脱氮效果。随着对水体富营养化问题的重视,废水的脱氮除磷要求越来越高,探索AGCR工艺的应用范围,或对现有的氧化沟工艺加以改造,可为废水脱氮提供一条新途径。
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生物膜的性质

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AGCR系统槽内的生物量、膜厚、生物群落等沿长度而发生显著变化,受负荷与其它操作运转条件所支配。表3-13为不同负荷条件下,生物膜积累量和膜厚沿槽长度的变化。从表中数据可以看出,在槽的前一半长度中,生物膜的积累量和厚度远比后一半为大。膜的总挥发固体(TVS)占总固体(TS)的百分比在37.5%~71.7%之间变化,其密度沿槽长无显著不同,平均值为61.9mg/m3。对各长度段生物膜的镜检结果显示,它们主要由丝状菌组成。另外,在膜的内外幼虫形成荚膜,一旦幼虫生长为成虫,它们在某种程度上会导致膜脱落,从而影响膜的厚度。表3-12中的操作条件从I到IV-3,COD和TN负荷依次增大。
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# j% g/ p# a+ \! s+ a& f    生物膜发生的连续脱落是由于膜内层的自然衰落和水流冲击造成,另外循环泵的停止和再启动引起突然的水流冲击,也会造成偶然性脱落。因此,AGCR系统应维持足够高的流速以防止脱落膜在槽内的沉积。AGCR系统对基质的降解过程,可通过测定槽内不同区段基质的最大生物利用率(k)来加以探讨。* M: A' c/ t, E# J' {2tech.cn

% _- C' g0 d) h- ^表3-12  生物膜的积累量和厚度变化
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9 v% \- Y( D, m& s/ T附着生长环流反应器
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定COD与TN负荷的条件下,运行AGCR系统,当系统处于稳定状态时,从槽的不同区段采取一定量的生物膜于曝气试验瓶中,以标准物质为基质,分别在好氧和厌氧条件下测定生物膜对基质的利用率。- z' |$ E; ?9 H" f2tech.cn

/ W5 q5 H- e: ?  P6 @表3-13为不同区段膜的氧化、硝化和反硝化过程的最大基质利用率k。表中的数据明显反映出碳的氧化活性在进水区段相当高,而后沿槽长度逐渐下降;硝化活性正好与此相反,随长度而增加,反硝化活性在槽内各区段变化不大。8 p  _$ A5 \$ m+ l2tech.cn

  _6 V9 E& M4 j0 p$ u基质利用率实验数据意味着,在AGCR系统的进水区段,膜中的微生物主要由碳化物的氧化降解菌所构成,而硝化细菌则主要附着生长在槽的后面区段,这是系统内的客观生长环境所决定的。为维持细胞生长,正常情况下碳化物氧化比硝化过程产生更多的能量,因此进水区段生物膜的积累量较多,后面明显较少。虽然,异养菌能够进行反硝化和氧化存在于整个槽中的有机碳化合物,但由于进水碳源的供应和较低的DO浓度,AGCR系统的反硝化过程主要还是发生在槽的进水区段。& C& R$ F7 a5 L8 r: n) o2tech.cn

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AGCR 系统的运行效果

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    以葡萄糖(C6H12O6)、NH4Cl和KH2PO4模拟生活污水的COD : N : P比例人工配置废水,作为图3-20所示装置的进水,进行运行效果的考察实验。运行初期从城市污水处理厂采取活性污泥混合液,在反应器中进行驯化培养,一周后出水NH3-N和硝酸盐氮浓度达到稳定。槽内水流的平均速度为0.17~0.19m/s,连续曝气以维持系统的DO浓度分布。
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在上述进水水质和操作条件下,COD的去除比率(g/m2×d)与COD的负荷比(g/m2d)成正比关系,COD去除效率达到约95%。硝化比率在最初随TN负荷比的增加而增加,但逐渐变平,原因可能是DO浓度的限制。反硝化比率基本上在0.41~0.45g/ m2d范围内,除个别TN负荷比太低的情况外。' V8 X2 j% h, \7 n. s& \2tech.cn
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从图3~14d可知,达到最大TN去除比率和效率的最佳TN负荷比为0.54g/m2d,与之对应的COD负荷比为5.0g/m2d,在此最佳条件下的TN去除比率和效率分别达到0.43g/m2d和79%。在TN负荷比高于最佳值时,硝化速度受到某种程度的限制。从经济上考虑,DO浓度沿槽长度的分布不应维持在过量水平。当TN负荷比低于最佳值时,反硝化速度被高DO浓度所抑制,即使不曝气时因水表面的自动充氧也会使DO值显得过高。如果加深槽的深度,AGCR系统的反硝化速度和TN去除率应该有所提高。4 L" z3 g5 ^& C5 b/ H* I; a2tech.cn
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将AGCR工艺、氧化沟以及其它生物膜法进行比较,当处理生活污水时,AGCR与滴滤池和好氧填充床工艺的硝化效果相当,但不如生物转盘和氧化沟工艺,原因可能是这两种方法可以过量曝气,而AGCR系统为保持反硝化则不能,其比较结果见表3-14。AGCR工艺的优点在于,操作性能稳定,不需污泥循环,很少产生剩余污泥,出水SS浓度较低。目前该工艺尚处在试验研究阶段,仍需在实际应用方面加以开发。 + x0 y" i2 Z. z  E' O2tech.cn
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表3-14  几种工艺硝化效果的比较- S$ U% o6 S5 @8 z% e2tech.cn
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