短程硝化反硝化動力學模型的建立及其應用.pdf

1、隨著我國社會的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,水體的氮元素污染問題日益嚴重。傳統(tǒng)的生物脫氮工藝具有污泥產(chǎn)量大,運行費用高,占地面積大,基建費用高等缺點。近年來,研究人員積極開展新型脫氮工藝的研發(fā)和對傳統(tǒng)生物脫氮工藝的改進,短程硝化反硝化生物脫氮工藝由于節(jié)能、節(jié)約碳源、縮短水力停留時間和減少剩余污泥排放量等優(yōu)點而頗受重視。
　　本研究在對短程硝化進行試驗研究的基礎上,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

2、短程硝化的實現(xiàn)、破壞及穩(wěn)定過程進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)的策略實現(xiàn)了短程硝化反硝化脫氮工藝的快速啟動,SBR反應器經(jīng)歷了短程硝化從實現(xiàn)到破壞的過程,亞硝態(tài)氮積累率從80％下降至接近于零。試驗證明過度曝氣容易引起短程硝化向全程硝化轉(zhuǎn)化。
　　(2)為避免過度曝氣現(xiàn)象的出現(xiàn),試驗對SBR反應器的運行工況進行了調(diào)整。在增加反應器運

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

4、測數(shù)據(jù)的擬合,取得良好的模擬效果。
　　(4)利用模型對快速啟動時短程硝化的實現(xiàn)過程進行了模擬。模擬結(jié)果表明:在高溫、高pH值和低溶解氧的環(huán)境下,隨著運行周期的增加,亞硝化菌(AOB)生長繁殖迅速,而硝化菌(NOB)由于對溶解氧的競爭力不足,生長受到抑制,這有利于短程硝化反硝化的實現(xiàn)。
　　(5)利用模型對快速啟動時短程硝化的破壞過程進行了模擬。模擬結(jié)果表明:反應器在氨氮轉(zhuǎn)化完全后,如果不停止曝氣,NOB會將亞硝態(tài)氮迅速轉(zhuǎn)化

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

6、硝化的影響,并將其與定時控制模式進行對比。對比結(jié)果表明:在實現(xiàn)短程硝化穩(wěn)定運行的效果方面,實時控制模式的確優(yōu)于定時控制模式。實時控制模式對溶解氧的控制要求并不嚴格,只要準確把握氨氧化過程結(jié)束的時間點,短程硝化反硝化脫氮工藝的理想工況是較容易實現(xiàn)并穩(wěn)定運行的。
　　(8)在定時控制模式和實時控制模式的模擬過程曲線圖中,我們均發(fā)現(xiàn)一個規(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,便于實現(xiàn)同步硝化反硝化,