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混合呼吸测量仪研制与活性污泥模型进水COD组分表征研究

2020-11-22阅读(243)

混合呼吸测量仪研制与活性污泥模型进水COD组分表征研究

论文摘要

活性污泥模型（Activated Sludge Models, ASMs）的研究开发与应用是当前国际水科学技术的前沿研究领域。然而,作为模型建模的基本依据和应用必需的基础数据,ASMs的COD组分表征是目前尚未解决的重要科学问题。我国一些科学工作者近年也开始进行这方面的初步探索。论文基于污染物生物化学转化的基本原理,开发了一种新的污染物好氧生物呼吸测量仪;运用所开发的呼吸测量仪,并联合应用一些常用的水质分析方法,对ASMs（进水）COD组分表征方法进行了系统研究。论文得到的主要研究成果如下:（1）在呼吸测量仪研制开发中,专门设计了测量室组件,并采用了正压上向流的操作模式,使测量室中的液体处于强烈的湍流状态,溶解氧传感器膜附近的液体具有足够高的更新速度,解决了流速对溶解氧传感器测量值的影响;2个测量室分别位于呼吸室的进口与出口,使内置于测量室的溶解氧传感器能够准确测量进、出呼吸室液体的溶解氧浓度;完全相同的测量室消除了流态差异对溶解氧传感器测量值的影响;恒温水槽与磁力搅拌器的组合使用,保证了在对液体进行搅拌混合的同时,达到了保持整个反应器系统恒温的目的。（2）基于LabView开发的呼吸测量软件提高了所开发的呼吸测量仪的自动化程度,降低了呼吸测量的操作难度;采用7阶中值滤波技术消除干扰信号、线性拟合算法替代简单差分算法、“软校核”的方法对溶解氧传感器的互漂移进行校核,提高了测试结果的精度。（3）混合呼吸测量仪的评估实验结果显示:呼吸仪长期连续运行时,呼吸速率曲线的峰高和峰面积的变动系数（coefficience of variation, CV）均在3%以内,95%置信度下置信区间的宽度在均值的6%以内;基质加标回收率在89%-108%,测试结果的CV在4%以内;模型参数估计实验和毒性测试实验结果的CV分别在12%以内和10%以内。表明所研制开发的混合呼吸测量仪具有很好的长期运行稳定性,测试结果准确性高、重现性好。（4）城市污水COD组分的物理化学表征方法的试验研究表明:某些材料的滤膜有明显的“COD溶出”现象;4种物理化学方法（0.45μm滤膜过滤、0.1μm滤膜过滤、絮凝以及絮凝+0.45μm滤膜过滤）的重现性都很好,相互之间没有明显区别;4种方法得到的处理液的可生物降解COD仍然包含有降解速率存在明显差异的物质,其中快速易生物降解COD（readily biodegradable COD, RBCOD）仅占35%-45%;呼吸测量法测得的4种处理液的RBCOD与原水的RBCOD没有明显差异。（5）测量城市污水活性异养菌组分的两种方法—批式呼吸测量方法和模型拟合方法的测量结果存在一定的相关性,后者约为前者的78%;模型拟合方法需要测量微生物指数生长过程,对于初始微生物浓度较高而RBCOD浓度较低的污水,不能得到很好的结果,投加基质或/和稀释原始污水可以大大改善测试结果;批式呼吸测量方法快捷、方便,干扰因素少,因此更具有实用价值。（6）呼吸测量法（短期BOD测试）测得的BCOD明显小于长期BOD测试方法的结果,这是由于后者得到的BCOD包括所有的活性微生物COD组分;短期BOD测试得到的BCOD与异养菌COD之和与长期BOD测试得到的BCOD比较接近,两者之比在0.88-1.02之间,平均值为0.94;长期BOD测试耗时长,测试用的微生物种群及其代谢类型都与实际活性污泥过程明显不同,因此,从测试结果的时效性和代表性方法考虑,短期BOD测试（呼吸测量法）更具优势。（7）呼吸测量法直接同时测定城市污水中RBCOD和SBCOD的实验结果显示,最佳的初始基质浓度（以总COD计）与初始微生物浓度（以MLVSS计）之比为0.20-0.60 gCOD/gMLVSS,此时测试结果的标准偏差在5mg/l以内,CV在8%以内;表明,依靠所研制开发的呼吸测量仪,同时测定城市污水中RBCOD和SBCOD在实践中是可行的。（8）提出一种表征SI的新方法:对原水进行物理化学分离,测量处理液的总COD;对处理液进行呼吸测量,确定其中的可生物降解COD组分,两者之差即为原水的SI。这种方法的优点是不受惰性产物和残留可生物降解COD组分的干扰,能够真实反映原污水中的SI组分;从综合精确性、实用性和合理性3个方面的因素考虑,絮凝+0.45μm滤膜过滤方法更适用于作为试样的前处理方法。（9）提出一套表征城市污水COD组分的标准化方法建议,其特点在于:①以呼吸测量作为RBCOD和SBCOD的测量方法,与以往以物理化学方法为主的做法有着本质区别;②对原水直接进行分析测试来获得SI组分,不受溶解性惰性产物的干扰;③考虑了污水中活性异养微生物组分的单独测量;④所依赖的核心仪器-呼吸测量仪具有很高的自动化程度和简单友好的用户界面,使原本复杂的呼吸测量实验及其结果的分析统计简单化,所建议的标准化方法具有很好的实用性。（10）运用建议的标准化方法对重庆市某污水处理厂进水COD组分进行了测试表征,结果表明:①RBCOD与总COD具有较好的相关性,相关系数达到0.9,两者比例为8.25%-10.34%,平均值为9.35%,为文献报道结果的50%左右;②XH占总COD的23%-46%,平均为31%;③SBCOD与总COD的比值为26.85%-39.75%,平均为33.96%,低于文献报道结果;④溶解性惰性COD组分（SI）占总COD的1.40%-4.28%,平均为2.92%,低于文献报道的1-4倍;⑤颗粒性惰性COD组分（XI）占总COD的14.17%-36.31%,均值22.43%,高于文献报道的结果。

论文目录

  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 图表目录
  • 1 总论
  • 1.1 问题的提出
  • 1.2 研究的目的和意义
  • 1.3 国内外研究现状述评
  • 1.3.1 活性污泥模型
  • 1.3.2 废水生物处理中的呼吸测量技术进展
  • 1.3.3 城市污水COD 组成及其组分划分
  • 1.3.4 ASM 进水COD 组分测试方法
  • 1.3.5 ASM 进水COD 组分标准化表征
  • 1.4 研究的技术路线
  • 1.5 论文的主要研究内容
  • 2 新型混合呼吸测量仪的开发
  • 2.1 混合呼吸测量原理
  • 2.2 简易混合呼吸仪存在的问题
  • 2.2.1 电极漂移检测与校核
  • 2.2.2 搅拌速度对电极测量值的影响
  • 2.2.3 反应器流态差异对电极测量值的影响
  • o,1和So,2 的代表性'>2.2.4 电极测量值对So,1和So,2的代表性
  • 2.2.5 系统整体恒温
  • 2.3 新型混合呼吸测量仪硬件系统设计
  • 2.3.1 系统组成
  • 2.3.2 硬件结构
  • 2.4 新型混合呼吸测量仪软件系统开发
  • 2.4.1 软件程序流程设计
  • 2.4.2 软件开发工具
  • o,2)/dt的算法'>2.4.3 (dSo,2)/dt的算法
  • 2.4.4 数字滤波
  • 2.4.5 用户界面设计
  • 2.4.6 可生物降解组分浓度计算
  • 2.5 新型混合呼吸测量仪的证实
  • 2.5.1 搅拌和流速对电极的影响
  • o,1和So,2 的代表性'>2.5.2 电极测量值对So,1和So,2的代表性
  • 2.5.3 不存在流态差异
  • 2.5.4 整体恒温
  • 2.5.5 电极漂移检测与校核
  • 2.6 新型混合呼吸测量仪的应用实例
  • 2.7 本章小结
  • 3 新型混合呼吸测量仪的评估
  • 3.1 长期运行稳定性实验
  • 3.1.1 材料和方法
  • 3.1.2 结果与讨论
  • 3.2 基质加标回收实验
  • 3.2.1 材料和方法
  • 3.2.2 结果与讨论
  • 3.3 参数估计实验
  • 3.3.1 材料和方法
  • 3.3.2 结果与讨论
  • 3.4 毒性评价实验
  • 3.4.1 材料和方法
  • 3.4.2 结果与讨论
  • 3.5 本章小结
  • 4 城市污水 COD 组分的物理化学表征方法研究
  • 4.1 材料与方法
  • 4.2 结果与讨论
  • 4.2.1 滤膜材料对过滤结果的影响
  • 4.2.2 4 种处理方法的重现性比较
  • 4.2.3 4 种处理方法处理液COD 比较
  • 4.2.4 4 种处理方法处理液的生物学特性
  • 4.3 对物理化学方法的综合评价
  • 4.4 本章小结
  • 5 城市污水 COD 组分的生物学表征方法研究
  • 5.1 城市污水中活性微生物COD 组分的测量
  • 5.1.1 材料和方法
  • 5.1.2 结果与讨论
  • 5.2 呼吸测量法同时测定RBCOD 和SBCOD
  • 5.2.1 基质降解量和耗氧量之间的计量关系
  • 5.2.2 呼吸测量实验最佳S（0） X（ 0） 的确定
  • 5.2.3 短期BOD 测试和长期BOD 测试的相关性
  • 5.2.4 呼吸测量法同时测定RBCOD 和SBCOD 的重现性
  • 5.3 本章小结
  • 6 城市污水 COD 组分标准化表征方法研究
  • 6.1 建立标准化表征方法的必要性
  • 6.2 建立标准化表征方法的可行性
  • 6.3 建立标准化表征方法的指导思想
  • 6.4 城市污水COD 组分表征标准化方法建议
  • 6.4.1 适用范围
  • 6.4.2 主要仪器和试剂
  • 6.4.3 分析项目及其方法
  • 6.4.4 分析测试流程
  • 6.4.5 主要实验操作细则
  • 6.4.6 计算方法
  • 6.5 案例研究－标准化方法建议的应用
  • 6.5.1 研究对象简介
  • 6.5.2 测试结果
  • 6.5.3 分析与讨论
  • 6.6 本章小结
  • 7 结论与建议
  • 7.1 结论
  • 7.2 建议
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录
  • 独创性声明
  • 学位论文版权使用授权书

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