草甘膦是一种广谱、高效、低毒的非选择性除草剂,我国是草甘膦农药生产第一大国,由此带来大量草甘膦生产废水。草甘膦废水组分复杂,难降解有机物浓度高,通常采用化学氧化、生化法、化学沉淀等“物化+生物”法组合工艺,其中生物法因环保、运行成本低,成为其中关键步骤,然而传统活性污泥生物法悬浮生长,受水质波动影响大,出水不稳定。对此研究高效稳定的生物法处理工艺,具有重要现实意义。本文以负载高效微生物菌种的聚氨酯填料为生物催化剂,采用厌氧反应和好氧反应串联的两级填充式生物膜反应器处理草甘膦废水,并首次结合振荡流技术强化反应器内气液固多相传质过程,同时优化了环境参数和工艺操作条件,建立了底物降解动力学。主要工作如下:1.设计建立了固定化生物膜振荡流反应器装置,采用负载高效微生物菌种(B350M)的聚氨酯填料为固定化生物膜,反应器为厌氧塔和好氧塔串联。针对废水中化学需氧量(COD)以及氨氮、硝态氮、总氮含量过高难以降解的问题,在厌氧塔中实现碳氧化与反硝化过程,去除70%COD以及90%以上硝态氮,在好氧塔中实现同步硝化反硝化过程,去除90%以上氨氮以及75%以上总氮。操作参数优化后,经一个月连续稳定实验表明,出水COD在50mg/L以下,氨氮在5mg/L以下,TN在15 mg/L以下,生物膜振荡流系统出水稳定,出水达到水质排放标准。2.为了优化厌氧过程的操作条件,实验考察了水力停留时间(HRT)、振荡条件、水温对反应的影响。结果表明,厌氧反应中HRT对COD和硝酸盐氮(NO3-N)的去除有显著影响,COD去除率对HRT增加而逐渐增大,而后趋于平稳,NO3-N随HRT增加快速降低,9 h后95%以上的NO3-N得到去除;合适的振荡强度可强化反应,实验振幅范围0～5mm,频率0～2.4Hz,采用振荡雷诺数Reo表达振荡强度,当Reo低于3500时,COD的去除率随Reo增加逐渐增大,相比不加振荡时,提升幅度最大可达27%;而Reo大于3500时,COD去除率随Reo增加逐渐减少;综合考虑与好氧反应的耦合,厌氧的最佳操作参数为:HRT为9 h,振幅3mm,频率2Hz,水温30～35℃,此时COD去除率为70%,NO3-N去除率95%以上。3.为了优化好氧过程的操作条件,实验考查了 HRT、振荡条件、溶解氧浓度、pH对反应的影响。结果表明,COD和氨氮随HRT增加而快速降低而后趋于平稳;合适的振荡强度可强化好氧反应,COD和氨氮等随振荡雷诺数Reo增加先减少后增加,在Reo为2800附近取得最小值;溶解氧是实现好氧同步硝化反硝化的关键,调节其浓度可改变生物膜内好氧和缺氧区域比例;pH影响好氧菌活性,弱碱性时微生物活性高。好氧同步硝化反硝化的最佳操作条件为:HRT为6h,振幅pH值为7.5,溶解氧浓度为3.5mg/L,此时COD去除率为90%以上,氨氮去除率为95%以上,总氮去除率为80%以上。4.为了用于工程设计与放大,建立底物降解的动力学模型,在近平推流条件下,通过实验数据拟合得到厌氧动力学参数为反应速率参数k为217.5 mg/L/h,基质半饱和浓度Ks为698.2mg/L,好氧动力学参数为反应速率参数k’为587mg/L/h,Ks为1203 mg/L。由动力学方程计算的COD值与实验结果的平均相对误差分别为厌氧过程6.75%和好氧过程9.92%,能满足工程设计与开发的需要。