【摘 要】
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随着国家对污水排放要求的逐年提高,排放标准日趋严格,尤其是重点水环境保护区域,排放标准要求达到地表类四类水标准甚至更高,对污水厂的脱氮工艺提出了更高的要求。本文在气升式环流反应器基础上优化改进,构建了一体化内循环曝气生物反应器,通过营造低溶解氧、高污泥浓度的环境提高生物量以高效脱氮,利用CFD模拟软件优化反应器的结构参数后,制作试验装置并优化了运行参数,结合反应速率、脱氮路径、氮平衡分析和微生物群
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随着国家对污水排放要求的逐年提高,排放标准日趋严格,尤其是重点水环境保护区域,排放标准要求达到地表类四类水标准甚至更高,对污水厂的脱氮工艺提出了更高的要求。本文在气升式环流反应器基础上优化改进,构建了一体化内循环曝气生物反应器,通过营造低溶解氧、高污泥浓度的环境提高生物量以高效脱氮,利用CFD模拟软件优化反应器的结构参数后,制作试验装置并优化了运行参数,结合反应速率、脱氮路径、氮平衡分析和微生物群落分析,探究了脱氮机理。主要研究成果如下:（1）利用FLUENT模拟软件研究不同内筒宽度、曝气头高度、回流缝尺寸大小等参数对内循环曝气生物反应器内流场的影响,模拟结果表明,当内筒宽40mm,回流缝20 mm,曝气头高度为1.7 m时,反应器流场情况最好,反应器传质效率更高,气液两相搅拌更加均匀,混合更加充分。（2）根据最佳结构参数加工反应器,研究了不同污泥浓度、进水流量和曝气量等多种运行工况对污水处理效果的影响,获得反应器最佳运行工况为污泥浓度5000 mg/L、进水流量3 L/h、曝气量0.6 L/min,此时出水COD浓度为20.0±8.8mg/L,平均去除率为93.6%;氨氮出水浓度为0.4±0.2 mg/L,平均去除率高达99.2%;总氮出水浓度为10.8±1.4 mg/L,平均去除率为73.5%。（3）通过反应速率、脱氮路径和氮平衡分析,发现内循环曝气生物反应器的脱氮途径包括短程硝化反硝化、传统硝化反硝化和同步硝化反硝化三种,其脱氮贡献率分别为77%、17%、6%,活性污泥硝化速率为6.0 mg·（g·h）-1,反硝化速率为15.6 mg·（g·h）-1。通过16S r RNA高通量测序方法,分析了反应器内不同高度的微生物群落多样性,结果表明反应器内部不同污泥浓度区域下的菌种多样性无较大差异。在属水平上,与接种污泥相比,反应器中的厌氧菌和好氧菌占比明显降低,兼性菌占比大幅度增加,其中异养菌Subgroup＿6占比高达15.0%以上,是降解有机物的优势菌属;氨氧化细菌AOB的占比由2.3%提高到6.9%,亚硝酸盐氧化菌NOB的占比则由2.3%降低到0.5%,短程硝化菌Nitrosomonas占比高达3.6%,从微生物层面揭示了反应器内存在短程硝化反硝化脱氮路径。
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