SBR工藝N2O動力學模型構建及關鍵減排控制因子研究.pdf

1、N2O作為一種強溫室氣體，不僅加劇了全球溫室效應，引起臭氧層的破壞，并且在一定的氣象條件下可促進酸雨形成，容易轉化為二次顆粒污染物從而加重霧霾。而污水生物脫氮過程被認為是N2O產(chǎn)生與釋放的重要人為來源，因此，對污水處理過程中產(chǎn)生的N2O進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，缺乏能細致描述N2O產(chǎn)生機理并能定量準確模擬預測N2O產(chǎn)生量值的動力學模型。本文在深入探討N2O產(chǎn)生機理與釋放途

2、徑的基礎上，構建基于ASM3號模型的硝化與反硝化階段N2O動力學模型。針對SBR工藝，利用MATLAB軟件建立了模型計算、參數(shù)擬合的程序算法，實現(xiàn)了對文獻數(shù)據(jù)和基于SBR小試模型反應器的試驗數(shù)據(jù)的有效模擬。此外，本文以SBR工藝實際應用為前提，通過對課題組前期研究成果的總結分析，篩選實際工程中SBR工藝N2O關鍵減排控制因子，并依此開展了關鍵減排控制因子作用下的試驗研究，提出了基于試驗的N2O減排控制推薦運行工況。同時以此為基礎，利用已

3、構建的N2O動力學模型，建立了基于模型的N2O減排控制最優(yōu)工況，并考察了SBR反應器在最優(yōu)工況條件下對實際生活污水的處理效能及N2O釋放規(guī)律。
　　為構建科學合理的N2O動力學模型，本文細致描述了硝化階段不同反應過程，通過對ASM3模型硝化階段的合理簡化，耦合導致N2O產(chǎn)生的NOH化學分解和AOB反硝化途徑，構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)微生物生長衰減過程，并且對硝化階段有機物降解具有一定模擬效果

4、的硝化階段N2O動力學模型。同時，本文相對完整的表述了異養(yǎng)菌反硝化階段的四個反應過程，體現(xiàn)了N2O作為反硝化過程的中間產(chǎn)物的產(chǎn)生過程，并根據(jù)前人研究成果，結合ASM3模型中的微生物缺氧內源呼吸理論，提出了以微生物為電子供體、NO2為電子受體，進而導致N2O產(chǎn)生的理論假設，進而構建了污水處理過程中反硝化階段N2O動力學模型。
　　此外，本文利用MATLAB數(shù)學軟件，構建了基于SBR工藝的模型計算方法、初值確定方法及參數(shù)擬合方法，并分

5、別以文獻數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)，利用MATLAB軟件，對已確定的硝化與反硝化階段N2O動力學模型中高靈敏度參數(shù)進行參數(shù)擬合，確定了兩套硝化與反硝化N2O動力學模型中動力學與化學計量學參數(shù)的取值。同時分別對硝化過程中COD、NH4+、NO2-、NO3-、N2O組分及反硝化過程中COD、NO2-、NO3-、N2O組分的物質濃度變化進行模擬，并以R2值考察模擬效果，其結果表明本文所構建的N2O動力學模型建模機理合理，模型計算準確，能夠較好

6、的實現(xiàn)對系統(tǒng)內各類氮素及有機物濃度變化的模擬分析。
　　在前述研究基礎上以SBR工藝實際運行過程中可能出現(xiàn)的問題為導向，對課題組前期研究成果進行梳理總結，確定了SBR工藝中關N2O關鍵減排控制因子為DO、反硝化碳源投加量和運行時間。利用人工模擬生活污水，探索了上述三類關鍵減排控制因子作用下N2O產(chǎn)生與釋放規(guī)律，確定了基于試驗條件下的N2O減排控制推薦運行工況條件為:DO=2.5mg/L、反硝化碳源投加量為75mg/L、運行時間為8

7、小時。此后本文以推薦運行工況條件為初值，利用MATLAB最優(yōu)化算法，得到基于N2O動力學模型的N2O減排控制最優(yōu)工況條件為:硝化與反硝化階段運行時間均為3小時、全過程污泥齡為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，在此最優(yōu)工況條件下，本文分別考察了SBR反應器對模擬生活污水和實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滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2