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间歇式短程反硝化除磷基础研究

作　者: 黄毅
导　师: 张少辉
学　校: 武汉理工大学
专　业: 市政工程
关键词: 短程反硝化除磷 启动 影响因素 动力学参数
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


亚硝酸盐型反硝化除磷工艺具有运行周期短,吸磷速率快的特点。联合亚硝酸盐型硝化技术,就可以实现两段活性污泥系统—短程反硝化除磷工艺。而目前将亚硝酸盐作为反硝化除磷过程的电子受体尚存在诸多问题,如亚硝态氮对缺氧吸磷的抑制程度,亚硝酸态氮对缺氧吸磷的抑制机理,亚硝酸型反硝化除磷的反应动力学等都是亟待研究的课题。本研究采用SBR反应器,对比采用不同方式培养驯化短程反硝化除磷污泥的效果,并启动间歇式短程反硝化除磷工艺;考察了污泥龄（SRT）、亚硝酸盐浓度、碳源有机物和pH值等对短程反硝化除磷工艺的影响,同时测定了间歇式短程反硝化除磷动力学参数。主要研究成果如下:1)采用PAOs启动短程反硝化除磷工艺的方法未能获得理想的脱氮除磷效果。采用厌氧/沉淀排水/缺氧/沉淀排水的方式以亚硝酸盐为电子受体直接驯化与富集短程反硝化除磷污泥,经58d成功富集短程反硝化除磷污泥,COD去除率达75.4%,PO43--p去除率达81.8%,NO2--N去除率达97.4%,此时污泥呈黑褐色絮状污泥,污泥状态良好,对反应器内较高的亚硝酸盐环境适应性好。2)通过测定缺氧段电子受体的产能氧化效率kNO、呼吸效率ηNO与除磷量/亚硝酸盐消耗量可评估系统的反硝化除磷能力,判别反硝化除磷工艺运行的可行性。采用PAOs所诱导驯化获得的短程反硝化除磷菌缺氧段电子受体的平均产能氧化效率（?）为27.1%,平均呼吸效率（?）为9.4%。采用亚硝酸盐直接驯化富集的短程反硝化除磷菌平均产能氧化效率（?）为39.3%,平均呼吸效率（?）为9.2%。在适当的工艺运行条件下,后者可保证系统长期稳定的脱氮除磷效果。3)以亚硝酸盐为电子受体进行同步反硝化除磷是可以实现的。利用富集的短程反硝化除磷污泥在SBR反应器内31d完成了短程反硝化除磷工艺的启动,COD去除率达69.6%、PO43--p去除率达79.2%、NO2--N去除率达98.9%,其除磷量与亚硝酸盐的消耗量的比值为1.39mgP/mgN。4)污泥龄（SRT）、亚硝酸盐浓度、碳源有机物与pH值等因素均会影响短程反硝化除磷工艺的稳定运行,本试验中污泥龄（SRT）宜控制在16～20d,当进水NO2--N浓度达到于45mg/l时,没有对聚磷菌产生抑制作用;当进水COD、NO2- -N和PO43--p的质量比约为350:35:8.50时,反硝化聚磷效果最佳;为充分保证厌氧段的高效释磷作用,应将进水NO2--N浓度控制在2mg/L以下;本试验中短程反硝化除磷系统的进水COD浓度应控制在300～400mg/L。不同碳源为条件下进行基质转化规律存在较大差异,乙酸钠与丁酸的降解途径相似,而与葡萄糖的降解途径不同;本试验结果表明厌氧段最佳pH值为8.0,缺氧段最佳pH值为7.0。5)通过改进型SBR动力学模型分析得出厌氧段有机物与磷酸盐之间的化学计量系数γ为0.206,有机物吸收常数k为0.0613 h-1,有机物去除饱和浓度ks为97.087mg/L,缺氧段磷酸盐最大比消耗速率（?）p为0.435 d-1,磷酸盐去除饱和浓度Ks,PO43-为49.648 mg/L,短程反硝化除磷菌最大产率系数Ymax,p为0.906,短程反硝化除磷菌的衰减系数bp为0.0015 d-1,缺氧段反硝化速率常数kNO2-为3.108 mg/（gMLSS·h）。通过对短程反硝化除磷菌与常规反硝化除磷菌动力学参数的比较,发现前者厌氧段对有机物的吸收能力、释磷能力及吸磷能力较后者强,但缺氧段反硝化能力远小于后者。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-12
第1章 绪论  12-29
  1.1 研究背景  12-13
    1.1.1 水体富营养化与氮磷污染  12-13
  1.2 化学除磷工艺  13-15
    1.2.1 石灰沉淀除磷  13-14
    1.2.2 铁盐沉淀除磷  14
    1.2.3 铝盐沉淀除磷  14-15
  1.3 生物除磷技术的研究现状  15-19
    1.3.1 生物除磷机理  15-17
    1.3.2 传统生物除磷工艺  17-19
  1.4 反硝化除磷机理与工艺研究  19-28
    1.4.1 反硝化除磷技术的研究现状  19-21
    1.4.2 反硝化除磷化学计量学  21-23
    1.4.3 反硝化除磷代谢模型  23-25
    1.4.4 反硝化除磷工艺  25-27
    1.4.5 现有反硝化除磷工艺的缺点与不足  27-28
  1.5 本课题研究的意义和主要内容  28-29
    1.5.1 研究意义  28
    1.5.2 研究内容  28-29
第2章 短程反硝化除磷工艺的启动研究  29-47
  2.1 材料与方法  29-31
    2.1.1 试验装置  29-30
    2.1.2 接种污泥  30
    2.1.3 试验水质  30-31
    2.1.4 分析项目与方法  31
  2.2 短程反硝化除磷菌的富集与驯化  31-37
    2.2.1 第一种方式的培养与驯化  32-35
    2.2.2 第二种方式的驯化与富集  35-37
  2.3 短程反硝化除磷过程中基质转化分析  37-43
    2.3.1 短程反硝化除磷过程中基质转化理论推导  37-40
    2.3.2 两种驯化方式中产能氧化效率k_(NO)、呼吸效率η_(NO)的测定  40-42
    2.3.3 两种驯化方式中k_(NO)、η_(NO)和除磷量/亚硝酸盐消耗量的比较  42-43
  2.4 短程反硝化除磷工艺的启动  43-44
  2.5 亚硝酸盐消耗量与除磷量的关系  44-45
  2.6 小结  45-47
第3章 短程反硝化除磷工艺影响因素的研究  47-60
  3.1 材料与方法  47-50
    3.1.1 试验方案  47-49
    3.1.2 试验用水  49-50
    3.1.3 分析项目与方法  50
  3.2 试验结果与讨论  50-58
    3.2.1 SRT对短程反硝化除磷过程的影响  50-51
    3.2.2 亚硝酸盐浓度对缺氧摄磷效果的影响  51-52
    3.2.3 亚硝酸盐浓度对厌氧释磷的影响  52-53
    3.2.4 进水COD浓度对短程反硝化除磷过程的影响  53-54
    3.2.5 不同种类碳源对短程反硝化除磷过程的影响  54-57
    3.2.6 pH值对短程反硝化除磷过程的影响  57-58
  3.3 小结  58-60
第4章 间歇式短程反硝化除磷动力学参数的测定  60-73
  4.1 材料与方法  60-61
    4.1.1 试验方法  60
    4.1.2 试验用水  60-61
    4.1.3 分析项目与方法  61
  4.2 试验结果与讨论  61-72
    4.2.1 假设与限制条件  61
    4.2.2 短程反硝化除磷数学模型的建立  61-66
    4.2.3 短程反硝化除磷动力学参数的测定  66-70
    4.2.4 NO_2~-与NO_3~-作为电子受体时动力学参数的比较  70-72
  4.3 小结  72-73
第5章 研究结论与建议  73-75
  5.1 研究结论  73-74
  5.2 不足与建议  74-75
参考文献  75-80
致谢  80-81
附录 在学期间发表论文情况  81

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