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传统的污水处理工艺由于占地面积较大、能耗与运行费用较高和存在着一定的环境污染问题越来越引起人们的重视,如何使用高效经济的手段对污水进行处理成为当前水处理领域急需解决的问题。本研究所使用的四维脱氮生物反应器是一种新型的污水处理设备,以气提升交替循环流滤池为基本单元,将若干组反应单元进行串联式排列,纵向上成为一个连续的且具有折流特征的一体化装置,并通过在时间轴上的曝气变化控制使整个反应器分区分段在不同时间段表现出变化的处理状态的四维特性。本反应器在工作时可以在内部同时出现好氧、缺氧环境,分支直流将原水进水分流引至后续处理单元,为反硝化作用补充碳源,无需回流或外加碳源,实现了在较低能耗的情况下,单一装置内同时进行高效脱氮除碳作用的功能。本研究包括三个方面的内容:1、通过数学推导和简化模型研究对四维生物脱氮反应器的流体动力学和水力特征进行一定的分析和研究;2、通过小试,确定反应器的工艺运行参数;3、通过稳定实验,研究该反应器的实际处理能力与沿程特性分布。研究结果表明,未曝气单元折流趋向于平流推流,并存在一个轴向分散的情况;曝气单元循环流近似全混状态,兼有完全混合反应器和推流反应器的流态特征,在时间轴曝气控制下两种流态不断变化复合,减少了水力死区,增加了反应器的容积利用率。通过对反应器工艺参数的优化研究,并综合各方面因素,确定了反应器最佳的曝气控制时序(如图4-4)、水力停留时间10h、分流比5:1。在此条件下对反应器进行长期稳定运行后发现,系统对COD、氨氮、总氮的平均去除率分别达到了93.13%、93.29%和61.73%。出水浓度分别为20.4mg/L、1.64mg/L和17.2mg/L,均达到了国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级标准。本文通过对四维脱氮生物反应器进行理论和工艺特性研究,并在实验阶段将其应用于生活污水的处理,取得了较好的效果。为该新型反应器的推广和应用提供了一定的科学依据和理论指导,为污水处理领域提供了一个新的工艺途径。