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《重庆大学》 2010年
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反硝化同步除磷动力学原理及其在改善MSBR性能中的应用

汪林  
【摘要】:活性污泥模型(Activated Sludge Models,ASMs)和生物除磷代谢模型的研究开发与应用是当前国际水科学技术的前沿领域,模型之间耦合及其应用是这一领域的研究重点。论文将ASM 2D和磷的生物代谢模型联合,建立了混合VFA(Volatile Fatty Acids)活性污泥生物吸磷耦合模型,通过试验对模型进行校核,运用校核的模型对改良型序批式反应器MSBR(Modified Sequencing Batch Reactor)工艺生物除磷脱氮性能进行改善,强化系统的反硝化吸磷功能,本论文得到如下结论: ①基于磷的生物化学代谢机理,并结合混合VFA厌氧代谢模型,建立了混合VFA生物吸磷代谢模型,确定了模型组分的理论计量系数;运用混合VFA生物吸磷代谢模型替代ASM 2D中与磷的生物去除相关部分的方法建立了活性污泥生物吸磷耦合模型,修正了耦合模型中的化学计量系数和动力学方程,采用不同的动力学参数分别描述好氧吸磷和缺氧吸磷过程。 ②利用SBR富集聚磷菌和硝化菌启动运行MSBR工艺,经过长时间稳定运行,系统COD去除效率达92%~93%,出水浓度低于30mg/L。出水PO43--P约为0.31~0.71mg/L,去除效率在86%~95%范围波动。系统总吸磷量达19.62mg/L,其中好氧池吸磷量占总吸磷量88.65%,SBR池缺氧段仅占8.61%。出水TN浓度约为15.30~23.10mg/L ,去除率为66%~75% ,主要以NO3--N存在,大约13.9~21.1mg-N/L。 ③MSBR系统活性污泥厌氧-好氧/缺氧吸磷的计量学特性试验结果表明,好氧条件下,当分别以乙酸和丙酸为碳源时,每氧化单位质量PHA的Poly-P合成量和糖原再生量分别为0.65和0.51mmol-P X_(PP)/mmol-C X_(PHA),0.35和0.26mmol-C X_(GLY_)/mmol-C X_(PHA);缺氧条件下,以乙酸和丙酸分别为碳源时,Poly-P合成和糖原再生的计量系数分别为0.61和0.44mmol-P X_(PP)/mmol-C X_(PHA),0.39和0.28mmol-C X_(GLY_)/mmol-C X_(PHA),说明缺氧条件下聚磷菌对乙酸的利用效率要高于丙酸。同时发现当缺氧初始PO43--P/NO3--N比值为1.05~0.84(mmol-P/mmol-N)时,有利于反硝化同步除磷脱氮。动力学特性试验结果表明,好氧和缺氧条件下聚磷最大比合成速率为0.035和0.023mmol-P X_(PP)/mmol-C XPAO/h、PHA最大比氧化速率为0.243和0.206mmol-C X_(PHA)/mmol-C XPAO/h、糖原最大比再生速率为0.044和0.031mmol-C X_(GLY_)/mmol-C XPAO/h。缺氧段Poly-P合成速率仅为好氧时的65.7%,PHA氧化和糖原再生速率则为好氧的85%和70%左右。 ④模型参数灵敏度分析结果表明,模型参数Y_(po4),Y_(xglyo2),Y_(xphano3),Y_A,Y_H,k_h,bH,k_(pp),k_(gly),k_(pha),μA对系统运行性能和反硝化吸磷功能有明显的影响,经试验校核后:YH=0.76,bH=0.293d-1,μH=5.79d-1,YA=0.235,μA=1.00d-1,系统活性污泥中X_(OHO),X_(PAO),X_(AUT)占VSS含量约为25%,15%和5.17%。基于缺氧条件对聚磷菌PHA、Poly-P和糖原转化速率的影响不同,本研究采用不同与好氧条件的缺氧基质比转化速率,校核结果为:k_(phao)2和k_(phano)3为5.72和4.73mg-COD X_(PHA)/mg-COD X_(PAO)/d;k_(ppo2)和k_(ppno3)为0.51和0.09mg-P X_(PP)/mg-COD XPAO/d;k_glyo2和k_glyno3为0.68和0.43mg-COD X_(GLY)/mg-COD X_(PAO)/d。 ⑤基于活性污泥生物吸磷耦合模型,开发了MSBR工艺数学模型,应用模型正交试验方法优化MSBR工艺反硝化同步除磷运行参数,优化后系统的COD处理效率达95%,除磷效率达72%~84%,出水PO_4~(3-)-P为1.02~1.23mg/L,SBR池缺氧段吸磷比例增大至为42.46%;出水NH_4~+-N约为0.03~0.79mg/L,NO_3--N浓度降低至6.60~8.06mg/L。系统的TN去除效率和缺氧段吸磷量比例较优化前均有所提高,反硝化除磷功能得到了强化,但出水PO_4~(3-)-P浓度偏大。对运行参数进行微调,微调后系统对COD去除效率没有发生明显变化,除磷效率提高至87%~93%,出水浓度已降低至0.5mg/L,好氧池吸磷比例增大至69.63%,缺氧段吸磷比例降低为30.02%。出水NH_4~+-N浓度稳定在0.2mg/L左右,NO_3--N浓度随之增大至13.06mg/L,TN浓度稳定在15mg/L以下。 ⑥MSBR系统耦合模型的模拟结果表明,COD空间和时间变化的模拟误差均低于10%;厌氧池PO_4~(3-)-P释放量和好氧池PO_4~(3-)-P吸收量模拟误差分别为1.55%和4.92%,缺氧段以及出水PO_4~(3-)-P模拟的相对误差0.04~0.14mg/L;厌氧池NH_4~+-N浓度模拟误差为5.21%,对好氧池、缺氧段以及出水NO_3--N浓度模拟相对误差分别为2.84%,5.00%和0.83%。 ⑦微生物群落结构多样性分析结果表明,三个试验系统活性污泥细菌具有较高的多样性,包括Betaproteobacteria、Bacteroidetes、Deltaproteobacteria、Gammaproteobacteria和Alphaproteobacteria等类群。厌氧-好氧SBR中主要含有Sphingobacterium、Moraxella、Comamonas testosteroni、Flavobacterium sp.、Pseudomonas等微生物。厌氧-缺氧SBR中微生物主要为Pseudomonas、Uncultured Bacteroidetes、Brevundimonas、和Chryseobacterium、Uncultured bacterium。MSBR系统微生物种群较为复杂,主要为Pseudomonas、Acinetobacte、Brevundimonas、Sphingomonas、Nevsk_ia sp.、Shigella sp.和Uncultured bacterium,细菌类群优势顺序为:Pseudomonas,Brevundimonas,Sphingomonas等。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:X703

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【引证文献】
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【同被引文献】
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