混合呼吸測量儀研制與活性污泥模型進水COD組分表征研究.pdf

1、活性污泥模型 (Activated Sludge Models, ASMs) 的研究開發(fā)與應(yīng)用是當前國際水科學技術(shù)的前沿研究領(lǐng)域。然而，作為模型建模的基本依據(jù)和應(yīng)用必需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，ASMs的COD組分表征是目前尚未解決的重要科學問題。我國一些科學工作者近年也開始進行這方面的初步探索。論文基于污染物生物化學轉(zhuǎn)化的基本原理，開發(fā)了一種新的污染物好氧生物呼吸測量儀；運用所開發(fā)的呼吸測量儀，并聯(lián)合應(yīng)用一些常用的水質(zhì)分析方法，對ASMs(進水)C

2、OD組分表征方法進行了系統(tǒng)研究。論文得到的主要研究成果如下： (1) 在呼吸測量儀研制開發(fā)中，專門設(shè)計了測量室組件，并采用了正壓上向流的操作模式，使測量室中的液體處于強烈的湍流狀態(tài)，溶解氧傳感器膜附近的液體具有足夠高的更新速度，解決了流速對溶解氧傳感器測量值的影響；2個測量室分別位于呼吸室的進口與出口，使內(nèi)置于測量室的溶解氧傳感器能夠準確測量進、出呼吸室液體的溶解氧濃度；完全相同的測量室消除了流態(tài)差異對溶解氧傳感器測量值的影響；

3、恒溫水槽與磁力攪拌器的組合使用，保證了在對液體進行攪拌混合的同時，達到了保持整個反應(yīng)器系統(tǒng)恒溫的目的。 (2) 基于LabView開發(fā)的呼吸測量軟件提高了所開發(fā)的呼吸測量儀的自動化程度，降低了呼吸測量的操作難度；采用7階中值濾波技術(shù)消除干擾信號、線性擬合算法替代簡單差分算法、“軟校核”的方法對溶解氧傳感器的互漂移進行校核，提高了測試結(jié)果的精度。 (3) 混合呼吸測量儀的評估實驗結(jié)果顯示：呼吸儀長期連續(xù)運行時，呼吸速率曲線

4、的峰高和峰面積的變動系數(shù)(coefficience of variation, CV)均在3％以內(nèi)，95％置信度下置信區(qū)間的寬度在均值的6％以內(nèi)；基質(zhì)加標回收率在89％-108％，測試結(jié)果的CV在4％以內(nèi)；模型參數(shù)估計實驗和毒性測試實驗結(jié)果的CV分別在12％以內(nèi)和10％以內(nèi)。表明所研制開發(fā)的混合呼吸測量儀具有很好的長期運行穩(wěn)定性，測試結(jié)果準確性高、重現(xiàn)性好。 (4) 城市污水COD組分的物理化學表征方法的試驗研究表明：某些材料的

5、濾膜有明顯的“COD溶出”現(xiàn)象；4種物理化學方法(0.45μm濾膜過濾、0.1μm濾膜過濾、絮凝以及絮凝+0.45μm濾膜過濾)的重現(xiàn)性都很好，相互之間沒有明顯區(qū)別；4種方法得到的處理液的可生物降解COD仍然包含有降解速率存在明顯差異的物質(zhì)，其中快速易生物降解COD(readily biodegradable COD, RBCOD)僅占35％-45％; 呼吸測量法測得的4種處理液的RBCOD與原水的RBCOD沒有明顯差異。 (5

6、) 測量城市污水活性異養(yǎng)菌組分的兩種方法—批式呼吸測量方法和模型擬合方法的測量結(jié)果存在一定的相關(guān)性，后者約為前者的78％；模型擬合方法需要測量微生物指數(shù)生長過程，對于初始微生物濃度較高而RBCOD濃度較低的污水，不能得到很好的結(jié)果，投加基質(zhì)或/和稀釋原始污水可以大大改善測試結(jié)果；批式呼吸測量方法快捷、方便，干擾因素少，因此更具有實用價值。 (6) 呼吸測量法 (短期BOD測試) 測得的BCOD明顯小于長期BOD測試方法的結(jié)果，這

7、是由于后者得到的BCOD包括所有的活性微生物COD組分；短期BOD測試得到的BCOD與異養(yǎng)菌COD之和與長期BOD測試得到的BCOD比較接近，兩者之比在0.88-1.02之間，平均值為0.94；長期BOD測試耗時長，測試用的微生物種群及其代謝類型都與實際活性污泥過程明顯不同，因此，從測試結(jié)果的時效性和代表性方法考慮，短期BOD測試 (呼吸測量法) 更具優(yōu)勢。 (7) 呼吸測量法直接同時測定城市污水中RBCOD和SBCOD的實驗結(jié)

8、果顯示，最佳的初始基質(zhì)濃度(以總COD計)與初始微生物濃度(以MLVSS計)之比為0.20-0.60 gCOD/gMLVSS，此時測試結(jié)果的標準偏差在5mg/l以內(nèi)，CV在8％以內(nèi)；表明，依靠所研制開發(fā)的呼吸測量儀，同時測定城市污水中RBCOD和SBCOD在實踐中是可行的。 （8）提出一種表征SI的新方法：對原水進行物理化學分離，測量處理液的總COD；對處理液進行呼吸測量，確定其中的可生物降解COD組分，兩者之差即為原水的SI。這

9、種方法的優(yōu)點是不受惰性產(chǎn)物和殘留可生物降解COD組分的干擾，能夠真實反映原污水中的SI組分；從綜合精確性、實用性和合理性3個方面的因素考慮，絮凝+0.45μm濾膜過濾方法更適用于作為試樣的前處理方法。 (9) 提出一套表征城市污水COD組分的標準化方法建議，其特點在于：①以呼吸測量作為RBCOD和SBCOD的測量方法，與以往以物理化學方法為主的做法有著本質(zhì)區(qū)別；②對原水直接進行分析測試來獲得SI組分，不受溶解性惰性產(chǎn)物的干擾；③

10、考慮了污水中活性異養(yǎng)微生物組分的單獨測量；④所依賴的核心儀器－呼吸測量儀具有很高的自動化程度和簡單友好的用戶界面，使原本復雜的呼吸測量實驗及其結(jié)果的分析統(tǒng)計簡單化，所建議的標準化方法具有很好的實用性。 (10) 運用建議的標準化方法對重慶市某污水處理廠進水COD組分進行了測試表征，結(jié)果表明：① RBCOD與總COD具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)達到0.9，兩者比例為8.25％-10.34％，平均值為9.35％，為文獻報道結(jié)果的50％