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废水生物除磷过程的OUR响应特征

作　者: 王磊
导　师: 卢培利
学　校: 重庆大学
专　业: 环境科学与工程
关键词: 生物除磷 好氧吸磷 呼吸测量 OUR 参数识别
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 2次
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内容摘要


为了认识废水生物除磷过程氧气利用特性及其在过程监测、参数识别等方面的潜在应用，在实验室厌氧/好氧SBR反应器内进行了聚磷菌（PhosphorusAccumulating Organisms，PAOs）富集；利用富集污泥，开展了多种条件下聚磷菌好氧吸磷过程的呼吸测量实验，定性和定量调查了呼吸速率（Oxygen Uptake Rate，OUR）曲线变化与磷酸盐的吸收和胞内聚合物（polyhydroxyalkanoates，PHAs）的氧化等吸磷过程常规状态变量之间的响应关系；对以OUR为唯一可测变量时活性污泥2号模型（Activated Sludge Model No.2，ASM2）好氧吸磷过程模型参数的可识别性进行了理论分析，并利用OUR实测数据对好氧吸磷过程参数进行了估计。研究得到以下结果和结论：①在厌氧/好氧SBR反应器内，以1倍污泥龄交替改变碳源（乙酸钠/丙酸钠），60d后出水PO43--P的浓度在1.2mg/L以下。富集污泥以乙酸盐和丙酸盐为基质厌氧过程的PO43--P/VFA、 PHA/VFA、比释磷速率和比PHA合成速率分别为0.65mmol-P/mmol-C和0.4mmol-P/mmol-C、1.25mmol-C/mmol-C和1.2mmol-C/mmol-C、为0.98mmol-Pg-1vss*h-1和0.39mmol-Pg-1vss*h-1、1.91mmol-Cg-1vss*h-1和1.17mmol-Cg-1vss*h-1；对应的好氧过程的PO43--P/PHA、比吸磷速率和比PHA降解速率分别为0.73mmol-P/mmol-C和0.51mmol-P/mmol-C、0.74mmol-Pg-1vss*h-1和0.41mmol-Pg-1vss*h-1、1.01mmol-Cg-1vss*h-1和0.7mmol-Cg-1vss*h-1。上述特征参数与文献报道结果接近，证明按照本研究的富集策略能够有效富集聚磷菌。②对富集污泥在没有外源COD条件下开展的好氧吸磷过程的呼吸测量结果表明，伴随磷吸收过程的OUR响应明显，吸磷过程结束与OUR进入内源呼吸的拐点一致；并且，吸磷速率变化、PHA氧化速率变化与OUR曲线的变化特征存在明显的对应关系。可以通过OUR的测量监测好氧吸磷过程的运行状态。③在无外源COD的条件下，基于OUR估计的PHB含量与实测值的相对误差为0.35％-30.2％之间；基于OUR估计的PHV+PH2MV含量与实测值的相对误差为2.95％-29.8％之间。结果表明，相对于目前PHA测量方法的复杂程度和准确程度，通过呼吸测量对吸磷过程的PHA的消耗情况进行软测量是可行的。④在没有磷酸盐吸收的情况下，聚磷菌胞内聚合物也会好氧氧化形成OUR响应；但是，吸磷过程的存在会明显增加PHA的氧化速率，改变反应器的氧利用特征，产生明显不同的OUR曲线。⑤在本实验的外源COD浓度下，好氧吸磷过程呼吸速率进入内源呼吸的转折点基本上与吸磷过程的结束相对应，呼吸测量仍能够指示好氧吸磷过程的终点。但是，随着外源COD浓度的增加，初始阶段的OUR逐步趋向饱和状态，OUR曲线的变化趋势与磷酸盐浓度的变化趋势越发分离。因此，当外源COD浓度足够高时，外源COD的OUR曲线可能掩盖吸磷过程内源COD氧化形成的OUR曲线，OUR监测可能不能指示好氧吸磷过程状态。⑥pH值对聚磷菌好氧吸磷的抑制作用能够体现在OUR最大值以及曲线特征的变化上。好氧吸磷过程的pH变化曲线与磷的吸收也存在对应关系，但是并不如OUR明显。⑦基于聚磷菌的好氧吸磷机理，建立聚磷菌吸磷过程的OUR模型，结果表明：仅测量OUR和SPO4两个变量，不能对聚磷菌的生长过程进行很好的参数识别；获取XPHA（0），OUR和SPO4三个变量时，聚磷菌好氧生长过程的参数YPAO、参数组合KPHA· XPAO和μPAO·(1-YPAO)/YPAO·XPAO可以被识别；依据实测得到的OUR，3个参数的估计值分别为0.75g（COD）/g（COD），6.9351g（COD）/m3，0.49918g（COD）/m3min-1。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 课题背景与意义  9-10
    1.1.1 课题的研究背景  9-10
    1.1.2 课题的目的和意义  10
  1.2 国内外研究现状  10-16
    1.2.1 废水强化生物除磷理论与技术  10-12
    1.2.2 废水生物除磷的影响因素  12-14
    1.2.3 废水生物处理中的呼吸测量  14-15
    1.2.4 活性污泥模型的发展及应用  15-16
  1.3 论文的研究内容和技术路线  16-18
    1.3.1 主要研究内容  16-17
    1.3.2 本论文的研究方法  17-18
2 聚磷菌的富集与性能测试  18-30
  2.1 材料与方法  18-23
    2.1.1 接种污泥与合成废水  18-19
    2.1.2 实验装置  19-21
    2.1.3 反应器的运行控制  21
    2.1.4 试验分析项目及测定方法  21-23
  2.2 结果与讨论  23-29
    2.2.1 工艺运行结果  23-25
    2.2.2 聚磷菌富集效果分析  25-27
    2.2.3 SBR 内初步呼吸测量  27-29
  2.3 本章小结  29-30
3 聚磷菌好氧吸磷过程的呼吸实验研究  30-45
  3.1 无外源 COD 条件下好氧吸磷过程的 OUR 响应  30-35
    3.1.1 实验方案  30
    3.1.2 结果与讨论  30-35
  3.2 磷酸盐对聚磷菌好氧过程 OUR 的影响  35-36
    3.2.1 实验方案  35
    3.2.2 结果与讨论  35-36
  3.3 富集污泥利用外源 COD 的 OUR 响应  36-41
    3.3.1 实验方案  36-37
    3.3.2 结果与讨论  37-41
  3.4 pH 冲击下吸磷过程 OUR 的响应  41-43
    3.4.1 实验方案  41
    3.4.2 结果与讨论  41-43
  3.5 本章小结  43-45
4 基于 OUR 的生物除磷过程参数估计  45-55
  4.1 参数的可识别性  45-46
    4.1.1 参数的理论可识别性  45
    4.1.2 参数的实际可识别性  45-46
  4.2 基于 OUR 的活性污泥模型参数识别  46-47
    4.2.1 COD 的好氧氧化过程  46
    4.2.2 硝化过程  46-47
  4.3 生物除磷过程的参数识别  47
    4.3.1 厌氧释磷过程  47
    4.3.2 好氧吸磷过程  47
  4.4 呼吸测量法识别好氧吸磷过程参数  47-54
    4.4.1 材料与方法  47-53
    4.4.2 结果与讨论  53-54
  4.5 本章小结  54-55
5 结论与建议  55-57
  5.1 结论  55-56
  5.2 建议  56-57
致谢  57-58
参考文献  58-65
附录  65
  A. 作者攻读硕士学位期间发表的论文  65
  B. 作者攻读硕士学位期间参研的课题  65
  C. 作者攻读硕士学位期间参与的教学实践  65

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用
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