SBR工藝N2O動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建及關(guān)鍵減排控制因子研究.pdf

1、N2O作為一種強(qiáng)溫室氣體，不僅加劇了全球溫室效應(yīng)，引起臭氧層的破壞，并且在一定的氣象條件下可促進(jìn)酸雨形成，容易轉(zhuǎn)化為二次顆粒污染物從而加重霧霾。而污水生物脫氮過(guò)程被認(rèn)為是N2O產(chǎn)生與釋放的重要人為來(lái)源，因此，對(duì)污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的N2O進(jìn)行有效減排控制已刻不容緩。目前減排控制理論多以單因素或多因素交叉影響作用下的定性分析為主，缺乏能細(xì)致描述N2O產(chǎn)生機(jī)理并能定量準(zhǔn)確模擬預(yù)測(cè)N2O產(chǎn)生量值的動(dòng)力學(xué)模型。本文在深入探討N2O產(chǎn)生機(jī)理與釋放途

2、徑的基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于ASM3號(hào)模型的硝化與反硝化階段N2O動(dòng)力學(xué)模型。針對(duì)SBR工藝，利用MATLAB軟件建立了模型計(jì)算、參數(shù)擬合的程序算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和基于SBR小試模型反應(yīng)器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效模擬。此外，本文以SBR工藝實(shí)際應(yīng)用為前提，通過(guò)對(duì)課題組前期研究成果的總結(jié)分析，篩選實(shí)際工程中SBR工藝N2O關(guān)鍵減排控制因子，并依此開(kāi)展了關(guān)鍵減排控制因子作用下的試驗(yàn)研究，提出了基于試驗(yàn)的N2O減排控制推薦運(yùn)行工況。同時(shí)以此為基礎(chǔ)，利用已

3、構(gòu)建的N2O動(dòng)力學(xué)模型，建立了基于模型的N2O減排控制最優(yōu)工況，并考察了SBR反應(yīng)器在最優(yōu)工況條件下對(duì)實(shí)際生活污水的處理效能及N2O釋放規(guī)律。
　　為構(gòu)建科學(xué)合理的N2O動(dòng)力學(xué)模型，本文細(xì)致描述了硝化階段不同反應(yīng)過(guò)程，通過(guò)對(duì)ASM3模型硝化階段的合理簡(jiǎn)化，耦合導(dǎo)致N2O產(chǎn)生的NOH化學(xué)分解和AOB反硝化途徑，構(gòu)建了一種既能夠全面描述硝化階段N2O產(chǎn)生和釋放，又可以充分體現(xiàn)微生物生長(zhǎng)衰減過(guò)程，并且對(duì)硝化階段有機(jī)物降解具有一定模擬效果

4、的硝化階段N2O動(dòng)力學(xué)模型。同時(shí)，本文相對(duì)完整的表述了異養(yǎng)菌反硝化階段的四個(gè)反應(yīng)過(guò)程，體現(xiàn)了N2O作為反硝化過(guò)程的中間產(chǎn)物的產(chǎn)生過(guò)程，并根據(jù)前人研究成果，結(jié)合ASM3模型中的微生物缺氧內(nèi)源呼吸理論，提出了以微生物為電子供體、NO2為電子受體，進(jìn)而導(dǎo)致N2O產(chǎn)生的理論假設(shè)，進(jìn)而構(gòu)建了污水處理過(guò)程中反硝化階段N2O動(dòng)力學(xué)模型。
　　此外，本文利用MATLAB數(shù)學(xué)軟件，構(gòu)建了基于SBR工藝的模型計(jì)算方法、初值確定方法及參數(shù)擬合方法，并分

5、別以文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)，利用MATLAB軟件，對(duì)已確定的硝化與反硝化階段N2O動(dòng)力學(xué)模型中高靈敏度參數(shù)進(jìn)行參數(shù)擬合，確定了兩套硝化與反硝化N2O動(dòng)力學(xué)模型中動(dòng)力學(xué)與化學(xué)計(jì)量學(xué)參數(shù)的取值。同時(shí)分別對(duì)硝化過(guò)程中COD、NH4+、NO2-、NO3-、N2O組分及反硝化過(guò)程中COD、NO2-、NO3-、N2O組分的物質(zhì)濃度變化進(jìn)行模擬，并以R2值考察模擬效果，其結(jié)果表明本文所構(gòu)建的N2O動(dòng)力學(xué)模型建模機(jī)理合理，模型計(jì)算準(zhǔn)確，能夠較好

6、的實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各類氮素及有機(jī)物濃度變化的模擬分析。
　　在前述研究基礎(chǔ)上以SBR工藝實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題為導(dǎo)向，對(duì)課題組前期研究成果進(jìn)行梳理總結(jié)，確定了SBR工藝中關(guān)N2O關(guān)鍵減排控制因子為DO、反硝化碳源投加量和運(yùn)行時(shí)間。利用人工模擬生活污水，探索了上述三類關(guān)鍵減排控制因子作用下N2O產(chǎn)生與釋放規(guī)律，確定了基于試驗(yàn)條件下的N2O減排控制推薦運(yùn)行工況條件為:DO=2.5mg/L、反硝化碳源投加量為75mg/L、運(yùn)行時(shí)間為8

7、小時(shí)。此后本文以推薦運(yùn)行工況條件為初值，利用MATLAB最優(yōu)化算法，得到基于N2O動(dòng)力學(xué)模型的N2O減排控制最優(yōu)工況條件為:硝化與反硝化階段運(yùn)行時(shí)間均為3小時(shí)、全過(guò)程污泥齡為35天、DO濃度為2mg/L、反硝化碳源投加量濃度為70mg/L。與此同時(shí)，在此最優(yōu)工況條件下，本文分別考察了SBR反應(yīng)器對(duì)模擬生活污水和實(shí)際生活污水中污染物的去除效能及N2O產(chǎn)生與釋放規(guī)律，證明在保證出水水質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2