反硝化同步除磷動(dòng)力學(xué)原理及其在改善MSBR性能中的應(yīng)用.pdf

1、活性污泥模型(Activated Sludge Models,ASMs)和生物除磷代謝模型的研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用是當(dāng)前國(guó)際水科學(xué)技術(shù)的前沿領(lǐng)域,模型之間耦合及其應(yīng)用是這一領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。論文將ASM2D和磷的生物代謝模型聯(lián)合,建立了混合VFA(Volatile Fatty Acids)活性污泥生物吸磷耦合模型,通過(guò)試驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行校核,運(yùn)用校核的模型對(duì)改良型序批式反應(yīng)器MSBR(Modified Sequencing BatchReactor)

2、工藝生物除磷脫氮性能進(jìn)行改善,強(qiáng)化系統(tǒng)的反硝化吸磷功能,本論文得到如下結(jié)論:
　　 ①基于磷的生物化學(xué)代謝機(jī)理,并結(jié)合混合VFA厭氧代謝模型,建立了混合VFA生物吸磷代謝模型,確定了模型組分的理論計(jì)量系數(shù);運(yùn)用混合VFA生物吸磷代謝模型替代ASM2D中與磷的生物去除相關(guān)部分的方法建立了活性污泥生物吸磷耦合模型,修正了耦合模型中的化學(xué)計(jì)量系數(shù)和動(dòng)力學(xué)方程,采用不同的動(dòng)力學(xué)參數(shù)分別描述好氧吸磷和缺氧吸磷過(guò)程。
　　 ②利用S

3、BR富集聚磷菌和硝化菌啟動(dòng)運(yùn)行MSBR工藝,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行,系統(tǒng)COD去除效率達(dá)92％～93％,出水濃度低于30mg/L。出水PO43-p約為0.31～0.71mg/L,去除效率在86％～95％范圍波動(dòng)。系統(tǒng)總吸磷量達(dá)19.62mg/L,其中好氧池吸磷量占總吸磷量88.65％,SBR池缺氧段僅占8.61％。出水TN濃度約為15.30～23.10mg/L,去除率為66％～75％,主要以NO3--N存在,大約13.9～21.1mg-N/

4、L。
　　 ③MSBR系統(tǒng)活性污泥厭氧.好氧/缺氧吸磷的計(jì)量學(xué)特性試驗(yàn)結(jié)果表明,好氧條件下,當(dāng)分別以乙酸和丙酸為碳源時(shí),每氧化單位質(zhì)量PHA的Poly-P合成量和糖原再生量分別為0.65和0.51mmol-P Xpp/mmol-C XPHA,0.35和0.26mm01-CXGLy/mmol-C XPHA;缺氧條件下,以乙酸和丙酸分別為碳源時(shí),Poly-P合成和糖原再生的計(jì)量系數(shù)分別為0.61和0.44mmol-P Xpp/mmo

5、l-C XPHA,0.39和0.28mmol-CXGLY/mmol-C XPHA,說(shuō)明缺氧條件下聚磷菌對(duì)乙酸的利用效率要高于丙酸。同時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)缺氧初始PO43--P/NO3--N比值為1.05～0.84(mmol-P/mmol-N)時(shí),有利于反硝化同步除磷脫氮。動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)結(jié)果表明,好氧和缺氧條件下聚磷最大比合成速率為0.035和0.023mmol-P Xpp/mmol-C XPAO/h、PHA最大比氧化速率為0.243和0.206mm

6、ol-C XPHA/mmol-C XPAO/h、糖原最大比再生速率為0.044和0.031mmol-CXOLY/mmol-C XPAO/h。缺氧段Poly-P合成速率僅為好氧時(shí)的65.7％,PHA氧化和糖原再生速率則為好氧的85％和70％左右。
　　 ④模型參數(shù)靈敏度分析結(jié)果表明,模型參數(shù)Ypo4,Yxglyo2,Yxphano3,YA,YH,kh,bH,kpp,kgly,kpha,μA隊(duì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行性能和反硝化吸磷功能有明顯的影

7、響,經(jīng)試驗(yàn)校核后:YH=0.76,bH=0.293d-1,μH=5.79d-1,YA=0.235,μA=1.00d-1,系統(tǒng)活性污泥中XOHO,XPAO,XAUT占VSS含量約為25％,15％和5.17％?；谌毖鯒l件對(duì)聚磷菌PHA、Poly-P和糖原轉(zhuǎn)化速率的影響不同,本研究采用不同與好氧條件的缺氧基質(zhì)比轉(zhuǎn)化速率,校核結(jié)果為:kphao2和kphano3為5.72和4.73mg-CODXPHA/mg-COD XpAo/d;kppo2和

8、kppno3為0.51和0.09mg-P Xpp/mg-COD XpAo/d;kglyo2和kglyno3為0.68和0.43mg-COD XGLy/mg-COD XPAO/d。
　　 ⑤基于活性污泥生物吸磷耦合模型,開(kāi)發(fā)了MSBR工藝數(shù)學(xué)模型,應(yīng)用模型正交試驗(yàn)方法優(yōu)化MSBR工藝反硝化同步除磷運(yùn)行參數(shù),優(yōu)化后系統(tǒng)的COD處理效率達(dá)95％,除磷效率達(dá)72％～84％,出水PO43--P為1.02～1.23mg/L,SBR池缺氧段吸

9、磷比例增大至為42.46％;出水NH4+-N約為0.03～0.79mg/L,NO3--N濃度降低至6.60～8.06mg/L。系統(tǒng)的TN去除效率和缺氧段吸磷量比例較優(yōu)化前均有所提高,反硝化除磷功能得到了強(qiáng)化,但出水PO43--P濃度偏大。對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行微調(diào),微調(diào)后系統(tǒng)對(duì)COD去除效率沒(méi)有發(fā)生明顯變化,除磷效率提高至87％～93％,出水濃度已降低至0.5mg/L,好氧池吸磷比例增大至69.63％,缺氧段吸磷比例降低為30.02％。出水NH

10、4+-N濃度穩(wěn)定在0.2mg/L左右,NO3--N濃度隨之增大至13.06mg/L,TN濃度穩(wěn)定在15mg/L以下。
　　 ⑥MSBR系統(tǒng)耦合模型的模擬結(jié)果表明,COD空間和時(shí)間變化的模擬誤差均低于10％;厭氧池PO43--p釋放量和好氧池PO43--P吸收量模擬誤差分別為1.55％和4.92％,缺氧段以及出水PO43--P模擬的相對(duì)誤差0.04～0.14mg/L:厭氧池NH4+-N濃度模擬誤差為5.21％,對(duì)好氧池、缺氧段以及

11、出水Nos--N濃度模擬相對(duì)誤差分別為2.84％,5.00％和0.83％。
　　 ⑦微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性分析結(jié)果表明,三個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)活性污泥細(xì)菌具有較高的多樣性,包括Betaproteobacterm、Bacteroidetes、Deltaproteobacteria、Gammaproteobacteria和Alphaproteobacteria等類(lèi)群。厭氧-好氧SBR中主要含有Sphingobacterium,Moraxella

12、,Comamonas testosteroni,Flavobacterium sp.、Pseudomonas等微生物。厭氧.缺氧SBR中微生物主要為Pseudomonas、UnculturedBacteroidetes、Brevundimonas、和Chryseobacterium、Unculturedbacterium。MSBR系統(tǒng)微生物種群較為復(fù)雜,主要為Pseudomonas、Acinetobacte、Brevundimonas、