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短程反硝化除磷动力学模型及工艺技术研究
作 者: 李燕
导 师: 张雁秋
学 校: 中国矿业大学
专 业: 环境工程
关键词: 反硝化除磷 短程反硝化除磷 厌氧释磷模型 缺氧吸磷模型 单泥系统
分类号: X703
类 型: 博士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
传统的生物脱氮除磷技术因其处理成本低等优点而得到广泛应用,但仍存在许多不足之处,如脱氮除磷过程中存在着的矛盾,如基质竞争和泥龄不同等等。反硝化聚磷菌(DPB)具有同步除磷脱氮的特殊功能,在厌氧条件下,反硝化聚磷菌通过分解胞内多聚磷酸盐,合成胞内物质聚羟基烷酸(PHA),储存在微生物体内;在缺氧条件下,反硝化聚磷菌利用胞内物质—PHA,以硝酸盐氮作为电子受体,在缺氧环境下同时进行除磷脱氮。与传统的生物除磷脱氮工艺相比,反硝化聚磷菌能够同步实现脱氮除磷,实现了“一碳两用”的目标,可以节约碳源用量;此外,缺氧吸磷减少了曝气量,节省能源,减少了排泥量。本论文对短程反硝化除磷的机理进行了探讨和研究,对影响短程反硝化除磷的各种因素进行了分析因素等,结合活性污泥动力学模型,提出了短程反硝化除磷释磷、吸磷的动力学模型,并进行了短程反硝化除磷的动力学实验研究。论文根据短程反硝化除磷的特性,结合序批式生物反应器的优点,结合短程硝化、反硝化聚磷理论和内源呼吸等理论,发明了以短程反硝化除磷菌为优势的新工艺条件—单泥系统短程反硝化除磷工艺。进行了短程反硝化除磷的实验研究,分别驯化培养出高效的短程硝化菌和短程反硝化聚磷菌,接种于单泥系统,成功完成了系统的启动和优化运行,取得了较好的脱氮除磷效果,并研究了COD浓度、氨氮浓度、pH等因素对系统的影响。主要研究成果如下:(1)建立短程反硝化厌氧释磷模型:厌氧段释磷与碳源浓度及微生物体内的聚磷含P聚量有关(聚磷为上一个过程中缺氧吸收的TP量),与碳源浓度C的关系符合统一动力学模型。(2)建立短程反硝化缺氧吸磷模型:缺氧吸磷速度和厌氧阶段吸收的碳源量、微生物浓度、混合液中磷浓度有关,吸磷速度与磷浓度P的关系符合统一动力学模型。(3)研究结果表明微生物的释磷活动是一种呼吸作用,是生长性呼吸。当溶液中的碳源被耗尽时,微生物仍然存在低速度的释磷;碳源存在饱和浓度,高于这一浓度,释磷速率达到最大值,此后释磷速度不随碳源浓度而增加;碳源存在临界低浓度,低于这个浓度,释磷速度明显减小。(4)缺氧吸磷时,当NO2--N浓度充足时,在较低的TP浓度下,微生物仍然可以吸磷,显示出一定的吸磷速率,说明生物除磷达到较低的浓度(小于0.5mg/L)是能够实现的。溶液中TP浓度对吸磷速度的影响表现为,TP浓度存在饱和浓度,高于某一浓度,吸磷速度达到最大,此后释磷速度不随碳源浓度而增加。(5)利用反硝化除磷的原理,在“碳与氧隔离、氧化剂与隔离碳、短程硝化节能”的理论基础上,结合序批式生物反应器的优点,构建有利于反硝化聚磷实现的条件,发明了反硝化菌与聚磷共存的单泥系统工艺,建立了可能适用于生产的工艺技术体系。实验研究取得了较好的脱氮除磷效果,出水NH4+浓度是工艺系统的一项重要的监测控制指标。(6)进行了单泥系统的驯化、启动和优化运行,当进水COD浓度100~220mg/L,NH4+为30~40mg/L,TP为4~5mg/L浓度的前提下,系统可以获得良好的脱氮除磷效果,出水指标达到一级A标准。系统可以处理低C/N的污水,最低C/N为2.5;平均DO在0.5~0.8mg/L时,NO2--N累积率在60%左右,平均曝气量为8.5L/h,节省了曝气量;水力停留时间为40h,曝气池容积比33.75%具有节约曝气量、低碳源反硝化、短程反硝化除磷作用明显的特点,适用于低碳源城市污水的的脱氮除磷。
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全文目录
致谢 4-5 摘要 5-7 Abstract 7-10 Extended Abstract 10-13 目录 13-15 Contents 15-17 图清单 17-21 表清单 21-24 1 绪论 24-46 1.1 研究背景 24-25 1.2 生物脱氮除磷原理及工艺技术现状 25-31 1.3 反硝化除磷技术及研究进展 31-41 1.4 活性污泥动力学研究 41-44 1.5 研究内容及技术路线 44-46 2 实验材料及方法 46-50 2.1 试验装置 46-48 2.2 试验用水 48-49 2.3 分析方法 49-50 3 短程反硝化除磷动力学模型和工艺系统研究 50-71 3.1 短程反硝化除磷动力学模型的建立 50-66 3.2 单泥系统反硝化除磷工艺的构建与理论分析 66-69 3.3 本章小结 69-71 4 短程反硝化除磷动力学研究 71-101 4.1 短程反硝化菌的驯化及培养 71-76 4.2 反硝化除磷污泥性能分析 76-77 4.3 厌氧释磷动力学模型研究 77-90 4.4 缺氧吸磷的动力学研究 90-100 4.5 本章小结 100-101 5 单泥反硝化除磷工艺的启动研究 101-134 5.1 短程硝化试验研究 101-117 5.2 短程反硝化除磷实验研究 117-123 5.3 单泥反硝化除磷工艺的启动与运行 123-132 5.4 本章小结 132-134 6 单泥反硝化除磷工艺的优化控制与运行 134-149 6.1 单泥系统工艺参数优化 134-138 6.2 单泥系统优化工况下的运行及影响因素研究 138-144 6.3 单泥系统工艺技术经济分析 144-147 6.4 本章小结 147-149 7 结论与展望 149-152 7.1 结论 149-151 7.2 创新点 151 7.3 前景和展望 151-152 参考文献 152-163 作者简历 163-165 学位论文数据集 165
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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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