短程硝化反硝化動(dòng)力學(xué)模型的建立及其應(yīng)用.pdf

1、隨著我國(guó)社會(huì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,水體的氮元素污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。傳統(tǒng)的生物脫氮工藝具有污泥產(chǎn)量大,運(yùn)行費(fèi)用高,占地面積大,基建費(fèi)用高等缺點(diǎn)。近年來(lái),研究人員積極開(kāi)展新型脫氮工藝的研發(fā)和對(duì)傳統(tǒng)生物脫氮工藝的改進(jìn),短程硝化反硝化生物脫氮工藝由于節(jié)能、節(jié)約碳源、縮短水力停留時(shí)間和減少剩余污泥排放量等優(yōu)點(diǎn)而頗受重視。
　　本研究在對(duì)短程硝化進(jìn)行試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,建立了適用于描述SBR短程硝化反硝化脫氮工藝的模型,并利用模型對(duì)

2、短程硝化的實(shí)現(xiàn)、破壞及穩(wěn)定過(guò)程進(jìn)行了模擬和理論分析。主要得出以下結(jié)論:
　　(1)本研究采用高溫(32℃)、高pH值(8.0～8.7)和低曝氣量(25L/h)的策略實(shí)現(xiàn)了短程硝化反硝化脫氮工藝的快速啟動(dòng),SBR反應(yīng)器經(jīng)歷了短程硝化從實(shí)現(xiàn)到破壞的過(guò)程,亞硝態(tài)氮積累率從80％下降至接近于零。試驗(yàn)證明過(guò)度曝氣容易引起短程硝化向全程硝化轉(zhuǎn)化。
　　(2)為避免過(guò)度曝氣現(xiàn)象的出現(xiàn),試驗(yàn)對(duì)SBR反應(yīng)器的運(yùn)行工況進(jìn)行了調(diào)整。在增加反應(yīng)器運(yùn)

3、行周期的同時(shí),縮短單個(gè)周期的曝氣時(shí)間,使得氨氮在曝氣階段不能夠完全轉(zhuǎn)化。經(jīng)過(guò)約30d的培養(yǎng)馴化,SBR反應(yīng)器內(nèi)氨氮去除率和亞硝態(tài)氮積累率均達(dá)到80%并能夠穩(wěn)定運(yùn)行。將反應(yīng)器的曝氣量增大至37.5L/h后,氨氮去除率達(dá)到了90%以上并能夠穩(wěn)定運(yùn)行。
　　(3)選用活性污泥數(shù)學(xué)3號(hào)模型(ASM3)作為基礎(chǔ)模型,經(jīng)過(guò)修正和校正之后,建立了一個(gè)適用于描述SBR短程硝化反硝化脫氮工藝的模型。利用MATLAB軟件編程,將模型應(yīng)用于對(duì)硝化階段實(shí)

4、測(cè)數(shù)據(jù)的擬合,取得良好的模擬效果。
　　(4)利用模型對(duì)快速啟動(dòng)時(shí)短程硝化的實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行了模擬。模擬結(jié)果表明:在高溫、高pH值和低溶解氧的環(huán)境下,隨著運(yùn)行周期的增加,亞硝化菌(AOB)生長(zhǎng)繁殖迅速,而硝化菌(NOB)由于對(duì)溶解氧的競(jìng)爭(zhēng)力不足,生長(zhǎng)受到抑制,這有利于短程硝化反硝化的實(shí)現(xiàn)。
　　(5)利用模型對(duì)快速啟動(dòng)時(shí)短程硝化的破壞過(guò)程進(jìn)行了模擬。模擬結(jié)果表明:反應(yīng)器在氨氮轉(zhuǎn)化完全后,如果不停止曝氣,NOB會(huì)將亞硝態(tài)氮迅速轉(zhuǎn)化

5、為硝態(tài)氮并且快速增殖。隨著運(yùn)行周期的增加,NOB的數(shù)量不斷增加,最終導(dǎo)致短程硝化向全程硝化轉(zhuǎn)化。
　　(6)利用模型對(duì)溶解氧做單因素影響分析模擬,模擬結(jié)果表明:僅靠控制溶解氧來(lái)實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化,需嚴(yán)格控制曝氣量,曝氣量不足或者過(guò)量都不能達(dá)到理想的運(yùn)行效果。然而實(shí)際工程當(dāng)中,污水水質(zhì)很容易出現(xiàn)波動(dòng),因此,即使將曝氣量控制在理想值,水質(zhì)的變化還是會(huì)使得短程硝化反硝化的理想運(yùn)行狀況難以維持。
　　(7)利用模型模擬實(shí)時(shí)控制對(duì)短程

6、硝化的影響,并將其與定時(shí)控制模式進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比結(jié)果表明:在實(shí)現(xiàn)短程硝化穩(wěn)定運(yùn)行的效果方面,實(shí)時(shí)控制模式的確優(yōu)于定時(shí)控制模式。實(shí)時(shí)控制模式對(duì)溶解氧的控制要求并不嚴(yán)格,只要準(zhǔn)確把握氨氧化過(guò)程結(jié)束的時(shí)間點(diǎn),短程硝化反硝化脫氮工藝的理想工況是較容易實(shí)現(xiàn)并穩(wěn)定運(yùn)行的。
　　(8)在定時(shí)控制模式和實(shí)時(shí)控制模式的模擬過(guò)程曲線圖中,我們均發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律:曝氣量越大,同步硝化反硝化現(xiàn)象越不明顯。為了優(yōu)化短程硝化反硝化脫氮工藝,便于實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化,