【摘 要】
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在“碳达峰”、“碳中和”的政策背景下,污水处理过程中的能耗问题被广泛关注。移动床生物膜反应器（Moving-Bed Biofilm Reactor,MBBR）因处理效率高、污泥产量低等众多优点,被应用于城镇生活污水和工业废水的处理中。曝气系统作为MBBR技术的主要能耗单元,其氧转移性能的优劣对污水处理过程中的能耗有着较大影响,但对于MBBR曝气系统氧转移能力影响因素的研究仍不全面。因此,本论文针对
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在“碳达峰”、“碳中和”的政策背景下,污水处理过程中的能耗问题被广泛关注。移动床生物膜反应器（Moving-Bed Biofilm Reactor,MBBR）因处理效率高、污泥产量低等众多优点,被应用于城镇生活污水和工业废水的处理中。曝气系统作为MBBR技术的主要能耗单元,其氧转移性能的优劣对污水处理过程中的能耗有着较大影响,但对于MBBR曝气系统氧转移能力影响因素的研究仍不全面。因此,本论文针对MBBR内氧转移能力的变化规律,围绕曝气条件（载体填充率、穿孔管气体孔口流速、曝气器布置方式等）、水质（表面活性剂、总溶解性固体等）与环境因素（水温）对氧转移能力的影响开展了研究工作,以标准氧总转移系数(KLa20)和比标准氧转移效率（SSOTE）作为评价指标,评价了上述条件与因素对MBBR内氧转移能力的影响。优化了MBBR的氧转移能力温度修正系数取值;明确了对MBBR内氧转移能力产生重要影响的关键因素;分析了实际污水条件下MBBR系统好氧反应器内氧转移能力及其α值的变化规律。主要研究结论如下:（1）不同载体填充率条件下的氧转移能力变化研究结果表明:当载体填充率在由0增大至65%内时,不同曝气强度下的KLa20值逐渐增大;在低曝气强度(4m~3·h-1·m-2)条件下,当载体填充率小于45%时SSOTE由2.00%/m增大至2.87%/m,当载体填充率大于45%时SSOTE由2.87%/m减小至2.54%/m;高曝气强度(12、20 m~3·h-1·m-2)条件下,SSOTE随载体填充率的提高而增大。（2）穿孔管气体孔口流速变化对氧转移能力的影响实验结果表明:控制曝气强度不变,通过设置不同的穿孔管开孔密度得到不同的气体孔口流速,随着气体孔口流速由10 m/s增大至30 m/s,采用单侧穿孔管曝气时,不同载体填充率条件下KLa20和SSOTE逐渐减小。采用均匀穿孔管曝气时,随着气体孔口流速的增大,载体填充率为0条件下,KLa20由8.17 h-1减小至6.71 h-1,SSOTE由2.31%/m减小至1.89%/m;载体填充率为35%、65%条件下,气体孔口流速由10m/s增大至20 m/s时,KLa20和SSOTE逐渐增大,气体孔口流速由20m/s增大至30 m/s时,KLa20和SSOTE逐渐减小。（3）不同曝气器类型与布置方式条件下的氧转移能力变化规律表明:微孔曝气的KLa20和SSOTE大于穿孔曝气,但载体运动速度较穿孔曝气减小了31.2%,同时,不同载体填充率条件下,采用单侧微孔曝气时的KLa20和SSOTE值大于均匀微孔曝气条件下的KLa20值和SSOTE值;在低气体孔口流速（10 m/s）时,单侧穿孔管曝气条件下的KLa20和SSOTE大于均匀穿孔管曝气条件下的KLa20值和SSOTE值;但在高气体孔口流速（30 m/s）时,采用单侧穿孔管曝气时的KLa20值和SSOTE值较小。虽然微孔曝气条件下的氧转移能力较高,但载体运动速度较低,不利于实际污水处理过程中微生物与污水的充分接触,因此MBBR曝气系统宜选用单侧穿孔管曝气,且设计气体孔口流速不应过高。（4）典型水质因素变化对氧转移能力的影响实验结果表明:当SDS浓度由0增大至10 mg/L时,载体填充率分别为0、45%条件下,KLa20分别减小了43.7%、37.4%,SSOTE分别减小了44.5%、33.9%,且载体的存在削弱了SDS对氧转移能力的负面影响;当SDS浓度由12mg/L增大至20 mg/L时,氧转移能力反而小幅度增大。TDS值由2000 mg/L增大至12000 mg/L时,KLa20增大了22.2%,SSOTE增大了24.9%;当TDS值大于12000 mg/L后,TDS值继续增大时,KLa20和SSOTE趋于不变。随着p H由4增大至10,KLa20和SSOTE分别增大了19.9%和24.0%,且酸碱度较高时,p H值变化对氧转移能力的影响较小。（5）不同温度条件下氧转移能力变化与温度修正系数优化取值研究表明:当温度由8.43℃增大至31.54℃时,随着载体填充率与曝气强度的提高,氧总传质系数呈增大的趋势,且载体填充率或曝气强度较高时,温度变化对氧转移能力的影响较小;MBBR内,氧转移能力温度修正系数θ的优化取值范围为1.030～1.044。（6）多重线性回归分析结果表明,在本研究的实验条件下,影响KLa20最关键的因素为曝气强度,影响SSOTE最关键的因素为穿孔管气体孔口流速。（7）实际污水条件下的氧转移能力测试结果表明:随着污水处理过程的进行或曝气强度的增大,氧转移能力均逐渐增大;当曝气强度不变时,随着污水处理过程的进行,α值逐渐增大;当曝气强度由8 m~3/（h·m~2）增大至28 m~3/（h·m~2）时,α值亦逐渐增大。
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