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《哈尔滨工业大学》 2013年
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短程硝化边界条件的分析和动力学模型的建立

方兴  
【摘要】:短程硝化控制条件苛刻,难以实现稳定的亚硝酸盐积累。因此,本文通过建立数学模型,研究短程硝化的边界条件和反应规律,指导实验研究和工艺参数的选择。 作者进行短程硝化反应器的启动,并利用摇床实验和灰色关联度分析对模型的变量进行了选择。摇床试验采用单因素试验,起始参数选择T=30℃、pH=7.5、DO=2mg/L、[NH~(4+)-N]=80mg/L、[Cl~-]=0、[K~+]=0。灰色关联度分析的分辨系数取p=0,选择出与亚硝酸盐浓度关联度系数大的温度、pH、DO、氨氮浓度和污泥停留时间作为数学模型的变量。 本文以Monod模型为基础建立了短程硝化边界模型。因为目前短程硝化工艺主要采用基质限制和污泥龄调节两种方式控制,所以作者分别建立了基质边界模型和污泥龄边界模型。其中,基质边界模型由简到繁分为单基质、双基质和考虑抑制作用三个层次,分别反映了理想条件、低氨氮和高氨氮三种情况。 通过用MAPLE软件对两种边界模型进行模拟,两种控制方式的可行性得到了理论验证。研究主要得到如下结论:游离氨的抑制作用强于游离亚硝酸。高氨氮条件下,推荐pH=8,这时能够淘汰NOB(亚硝酸盐氧化菌),且DO允许范围很大。但低氨氮条件下,单一采用DO或pH控制很难实现短程硝化过程。为此,可以采用进一步降低总氮、升高pH(推荐pH=9)的方法增加DO允许范围。另外,AOB和NOB的电子供体最小浓度特别小(数量级为0.01mg/L),因此不能通过降低电子供体浓度达到短程硝化过程。而且温度升高后,可适当提高污泥负荷,减小停留时间。当温度提高到25℃以上AOB(氨氧化菌)、NOB世代时间分离度增大,有利于短程硝化过程的实现。 本文以活性污泥3号模型(ASM3)为基础建立了8种组分、8个动力学反应过程的短程硝化动力学模型,氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的皮尔逊相关系数分别高达0.445、0.982和0.788。通过AQUASIM软件对不同条件下的反应过程进行模拟,得到了理论下的推荐条件:污泥龄1.0-1.5天,溶解氧浓度1.0-5.0mgDO/L,进水氨氮浓度在50.0mgN/L以上,pH在7-7.5或8.5-10,温度20-35℃。研究只是针对完全混合式反应器的情况,而且动力学模型偏重好氧条件下的反应,所以有一定的局限性。 基于实验数据和模型模拟,提出亚硝化控制策略,包括通过控制传质、加大回流比、引入厌氧氨氧化菌实现“高氨氮、底亚硝态氮”的微环境,从而实现短程硝化过程,为今后的实验研究起到一定的指导和借鉴意义。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TU991.2

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