研究报告
吴桐,龚钰涵,杨珊珊,姜珺秋,孙国胜,黄宗亮,丁杰.基于响应面法的流化床生物膜反应器运行条件优化[J].环境科学学报,2022,42(3):120-129
基于响应面法的流化床生物膜反应器运行条件优化
- Optimization of operating conditions of fluidized bed biofilm reactor based on response surface methodology
- 基金项目：国家重点研发计划项目（No.2019YFD1100204）；哈尔滨工业大学水资源国家工程研究中心有限公司项目（No.GJSZ2021030907-YF）；城市水资源与水环境国家重点实验室（哈尔滨工业大学）自主课题（No.2021TS03）
- 作者
- 单位
- 吴桐
- 哈尔滨工业大学环境学院，哈尔滨 150090
- 龚钰涵
- 哈尔滨工业大学环境学院，哈尔滨 150090
- 杨珊珊
- 哈尔滨工业大学环境学院，哈尔滨 150090
- 姜珺秋
- 哈尔滨工业大学环境学院，哈尔滨 150090
- 孙国胜
- 哈尔滨工业大学水资源国家工程研究中心有限公司，哈尔滨 150090;广东粤海水务投资有限公司，深圳 518021
- 黄宗亮
- 哈尔滨工业大学水资源国家工程研究中心有限公司，哈尔滨 150090;广东粤海水务投资有限公司，深圳 518021
- 丁杰
- 哈尔滨工业大学环境学院，哈尔滨 150090
- 摘要：采用自主设计的流化床生物膜反应器（FBBR）处理城市生活污水，主要研究了不同构型填料、填充率和不同进水C/N比下反应器的启动效能，采用响应面法对稳定运行期的有机负荷、曝气量、水力停留时间进行优化，并分析了不同阶段的微生物群落特征.结果表明，启动期间，填充率为40%时，MFD填料上生物量较多，挂膜时间较短，最大生物量为66.7 mg·g-1（以VSS计，下同）；进水C/N比为10∶1时，FBBR的COD和氨氮去除效能最好.FBBR稳定运行期最佳运行参数为：进水有机负荷4.18 g·m-3·d-1（以COD计，下同）水力停留时间8 h、曝气量0.66 L·min-1，此时，COD、氨氮、总氮去除率分别为91.45%±0.38%、85.77%±0.04%、65.58%±0.21%，出水总氮、COD、氨氮浓度分别为11.0、19和3.0 mg·L-1.Proteobacteria、Bacteroidetes为不同运行阶段含量最为丰富的两种菌门.
- Abstract：This study adopted a self-designed fluidized bed biofilm reactor （FBBR） to treat municipal wastewater. The start-up efficiency of the reactor under carriers with different configurations， filling ratio， and influent carbon to nitrogen （C/N） ratios was studied. The organic load， aeration rate， and hydraulic retention time （HRT） during stable operation period were optimized using response surface methodology. In addition， the characteristics of microbial community in different stages were analyzed. The results showed that， during the start-up period， when the filling ratio was 40%， the biomass on MFD carrier was higher， and the biofilm formation time was shorter. The maximum biomass was 66.7 mg·g-1 carrier. When the influent C/N ratio was 10∶1， the removal efficiency of chemical oxygen demand （COD） and ammonia nitrogen was t he best. The optimal operating parameters of FBBR during the stable operation period were 4.18 g·m-3·d-1 influent organic load， 8 h HRT， and 0.66 L·min-1 aeration. At this time， the removal efficiencies of COD， ammonia nitrogen， and total nitrogen were 91.45%±0.38%， 85.77%±0.04%， and 65.58%±0.21%， respectively. The concentrations of total nitrogen， COD， and ammonia nitrogen in the effluent were 11.0 mg·L-1， 19 mg·L-1， and 3.0 mg·L-1， respectively. Proteobacteria and Bacteroidetes were the two most abundant phyla in different operation stages.
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