生物脱氮除磷ASM2D模拟及机理研究

论文摘要

本论文以实际生活污水为碳源的A／A／O工艺为研究对象，结合活性污泥ASM2D模型，深入研究了生物脱氮除磷的生化反应机理。 首先，通过对影响生物脱氮除磷效果的工艺参数研究，结果表明最佳运行工况为混合液回流比200％、厌氧-缺氧-好氧水力停留时间（HRT）为1.6-1.6-4.8h和污泥龄（SRT）12d，其出水浓度基本能达到我国城镇污水处理厂排放一级标准。同时以ASM2D模型为平台，自编了A／A／O工艺模拟程序，在分析化学计量系数和动力学参数灵敏度的基础上对试验数据进行了模拟，计算表明COD模拟精度为90％以上；NH3-N和P在厌氧、缺氧池内模拟精度分别为90％和88％以上，在好氧池内模拟精度相对较差，但绝对误差分别低于1.0mg／L和0.8mg／L：在SRT为12、15d时NO3-N模拟精度为86％以上，在SRT为8、10d时模拟精度仅为55～75％，绝对误差为2.0～4.4mg／L，这是由模型结构中简化硝化反应所致。可见，在试验条件下经校正后的模型可以较好地模拟工艺运行。在本研究试验范围内还进行了工艺优化模拟，得出最佳运行工况为混合液回流160％、厌氧HRT2.0h和SRT13d，与试验结果基本相吻合。因而，活性污泥ASM2D模型作为一种有效的工具，能应用于辅助实验研究和优化污水处理厂运行管理。 在试验条件下，异养反硝化主要发生在厌氧区，反硝化吸磷发生在缺氧区。因而，论文还重点研究了混合液回流比和污泥龄对缺氧区内反硝化除磷的影响。结果表明，混合液回流比对污泥厌氧合成单位PHAs释磷量和好氧利用单位PHAs吸磷量的影响并不大，但对缺氧利用单位PHAs吸磷量有较大影响；过高或过低的回流比均会降低缺氧吸磷效率，以混合液回流比为200％时反硝化除磷效果最好。污泥龄过短（厌氧区内有机负荷就越高）会减少厌氧区内微生物对可生物降解有机物的吸收量，使未被利用的有机物进入缺氧区，降低了对内碳源PHAs的利用，从而抑制了缺氧反硝化吸磷作用；且缺氧吸磷作用随着污泥龄的延长而增大，以SRT12d时缺氧吸磷效果最好。同时，通过批式试验对反硝化除磷污泥的特性进行考察。结果表明吸磷速率、反硝化速率和PHAs降解速率随着聚磷菌胞内PHAs含量的增加而加快；过高NO3-N（30mg／L）或过低NO3-N（10mg／L）浓度均会影响缺氧吸磷速率和PHAs降解速率；低浓度NO2-N

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 生物脱氮除磷原理及研究进展
• 1.2.1 生物脱氮的基本原理
• 1.2.2 生物除磷的基本原理
• 1.2.3 生物脱氮除磷机理研究进展
• 1.2.4 生物脱氮除磷工艺
• 1.3 活性污泥法数学模型的发展
• 1.3.1 除碳模型
• 1.3.2 活性污泥动态模型
• 1.3.3 国内外数学模型的应用现状
• 1.4 研究内容及意义
• 1.4.1 研究目的和意义
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 试验材料与方法
• 2.1 试验方法
• 2.2 试验装置
• 2.2.1 连续流试验装置
• 2.2.2 批式试验装置
• 2.3 试验用水及污泥
• 2.4 测试项目及分析方法
• 2.4.1 常规指标检测及方法
• 2.4.2 非常规指标检测及方法
• 第3章 生物脱氮除磷影响因素及模拟优化研究
• 3.1 生物脱氮除磷影响因素研究
• 3.1.1 混合液回流比对脱氮除磷的影响
• 3.1.2 厌氧区水力停留时间对脱氮除磷的影响
• 3.1.3 污泥龄对脱氮除磷的影响
• 3.2 A／A／O工艺数学模型建立及模拟
• 3.2.1 A／A／O工艺数学模型的建立
• 3.2.2 模型参数的灵敏度分析
• 3.2.3 试验数据模拟与工艺优化计算
• 3.3 物料平衡与各类微生物量估测
• 3.3.1 物料平衡
• 3.3.2 各类微生物量估测
• 3.4 本章小结
• 第4章 A／A／O工艺反硝化除磷性能的影响因素研究
• 4.1 连续流系统中对反硝化除磷的试验研究
• 4.1.1 试验方法
• 4.1.2 结果与讨论
• 4.2 批式系统中对反硝化除磷的试验研究
• 4.2.1 试验方法
• 4.2.2 结果与讨论
• 4.3 本章小结
• 第5章 A／A／O工艺基质转化机理研究
• 5.1 厌氧释磷与反硝化之间的竞争
• 5.1.1 试验方法
• 5.1.2 结果与讨论
• 5.2 以乙酸为碳源时基质转化机理研究
• 5.2.1 试验方法
• 5.2.2 结果与讨论
• 5.3 以实际生活污水为碳源时基质转化机理研究
• 5.3.1 试验方法
• 5.3.2 结果与讨论
• 5.4 以乙酸与实际生活污水为碳源时代谢特性比较
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 活性污泥ASM2D数学模型矩阵
• 附录B 活性污泥ASM2D数学模型Matlab程序
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果