UASB-IASBR工艺处理马铃薯淀粉加工废水效能及UASB运行特征模拟

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1、博士学位论文UASB-IASBR工艺处理马铃薯淀粉加工废水效能及UASB运行特征模拟UASB-IASBRCOMBINEDPROCESSFORTREATINGPOTATOSTARCHPROCESSINGWASTEWATERANDMODELLINGOFTHEUASBPERFORMANCEPhilipAntwi哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：X703.1学校代码：10213国际图书分类号：628.2密级：公开工学博士学位论文UASB-IASBR工艺处理马铃薯淀粉加工废水效能及UASB运行特征模拟博士研究生：PhilipAntwi导师：李建政教授申请学位：工学博士学科：环境科学与工程所

2、在单位：市政环境工程学院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:X703.1U.D.C:628.2DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringUASB-IASBRCOMBINEDPROCESSFORTREATINGPOTATOSTARCHPROCESSINGWASTEWATERANDMODELLINGOFTHEUASBPERFORMANCECandidate：PhilipAntwiSupervisor：Prof.LiJianzhengAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofE

3、ngineeringSpeciality：EnvironmentalScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofEnvironmentDateofdefense：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要马铃薯被认为是全世界的五种主粮之一。作为马铃薯的最大生产国家，中国有约七分之一的马铃薯用于淀粉。在马铃薯淀粉加工过程中，大约有12%-20%的原料被浪费，并主要以废水的形式排放。马铃薯淀粉加工废水（PSPW）是典型的成分复杂的高浓度废水，如果处理不当

4、而排放，会导致受纳水体的富营养化和人体健康等严重问题。另一方面，高浓度PSPW可用于生产可再生能源（如甲烷等），是全球能源供给的有益补充。为此，厌氧消化（AD）被认为是处理PSPW的经济有效的技术。然而，PSPW的厌氧生物处理，需要进一步的优化，而其污染物去除机制也需要更深入的研究，为强化污染物的去除效能和能源回收效率提供指导。本文构建了升流式活性污泥床（UASB）反应器和间歇曝气式序批反应器（intermittentlyaeratedsequencingbatchreactor，IASBR），并将两者串联形成了UASB-IASBR联合工艺用于PSPW的处理和能源回收。论文通过有机负荷（OL

5、R），包括进水化学需氧量（COD）和水力停留时间（HRT）的调控，评价了UASB和UASB-IASBR联合工艺的运行效能，并构建了数学模型对UASB的厌氧消化过程进行了模拟，以实现厌氧消化的优化控制。为了解UASB处理PSPW的微生物学机理，分析了厌氧活性污泥中的功能菌群及其变化特征。为进一步提高厌氧活性污泥的活性和产甲烷效能，论文还探讨了零价铁（ZVI）对UASB厌氧活性污泥产甲烷性能和微生物群落结构的影响。接种5.6gVSS/L好氧活性污泥后，UASB在35°C下启动并持续运行。在33启动过程中，OLR从初始的1.5kgCOD/m∙d逐渐提高到了4.23kgCOD/m∙d，期间HRT也由

6、48h降低到了24h。在112d的启动阶段，UASB的COD去除率、沼气产量和沼气中的甲烷体积百分数分别从87%、3.4L/d和56.2%增加到了92%、17.4L/d和84.5%。为了解PSPW在UASB中的厌氧消化速率和程度，借助于批式培养研究了厌氧活性污泥的过程动力学特征。结果表明，随着初始COD浓度从6.59g/L（P1）到13.19g/L（P2）再到21.1g/L（P3）的不断提高，活性污泥培养的对数期（ƛ）也从4.75d延长到了5.13d，说明UASB在较高的OLR下，需要较长的HRT方能取得良好的处理效果。以Gompertz对P1、P2和P3厌氧消化过程的模拟结果显示，厌氧活性

7、污泥的底物降解速率常数k随着OLR的改变而改变，最大产甲烷速率（Rmax）分别可-I-摘要达38.03、48.90和57.31mL/gVSS∙d，产甲烷潜势（Mo）分别为468.76、511.50和504.34mLCH4/gVSS。以厌氧活性污泥对PSPW的厌氧消化速率和降解程度评估结果为指导，对UASB进行了进水COD浓度和HRT的调控运行。结果表明，在OLR32.70-13.27kgCOD/m∙d范围内，