大型微污染原水預(yù)處理生物膜反應(yīng)器的模型研究.pdf

1、微污染原水生物接觸氧化池是對微污染原水進(jìn)行預(yù)處理時(shí)常用的生物反應(yīng)器,是一種介于活性污泥法和生物膜法之間的生物膜法工藝,由于填料及附著的生物膜均淹沒于水中,又被稱為淹沒式生物濾池。多年來,對微污染原水生物預(yù)處理的研究主要集中在工藝效果方面,對于系統(tǒng)的機(jī)理和模擬研究很少.在已有的微污染原水預(yù)處理反應(yīng)器模型研究中,主要依據(jù)是生物膜的傳質(zhì)理論,以固定的填料比表面積和固定的生物膜厚度為基本假設(shè),忽略了宏觀水流混合特性和多基質(zhì)限制的影響,加上生物膜

2、傳質(zhì)過程固有的復(fù)雜性,所以至今還沒一個(gè)比較全面的、可以用于指導(dǎo)工程運(yùn)行和設(shè)計(jì)優(yōu)化的實(shí)用模型。
　　 本研究針對微污染原水預(yù)處理生物膜反應(yīng)器模型的關(guān)鍵問題,打破常規(guī)的生物膜反應(yīng)器建模思路的局限,嘗試從系統(tǒng)理論的角度,運(yùn)用活性污泥模型(ASM)的建模原理和方法,將微生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論、反應(yīng)器的流動(dòng)模型、生物膜的傳質(zhì)機(jī)理以及溶解氧的移動(dòng)理論有機(jī)結(jié)合起來,以目前國內(nèi)最大的東深供水原水生物預(yù)處理工程作為主要研究對象,建立了微污染原水生物膜

3、反應(yīng)器模型,并利用工程的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬和靈敏度分析。
　　 針對生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)問題,本研究認(rèn)為基質(zhì)的反應(yīng)過程是異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌共同作用的結(jié)果,物質(zhì)平衡貫穿于整個(gè)生物系統(tǒng)的生長、衰減和生物量的流失過程；采用Monod方程作為生物反應(yīng)基本方程；硝化反應(yīng)分兩步獨(dú)立進(jìn)行,即氨的氧化和亞硝酸氮的氧化過程,反應(yīng)過程為多基質(zhì)限制過程,DO作為兩個(gè)反應(yīng)過程的限制基質(zhì),能有效解釋DO對于硝化反應(yīng)的關(guān)鍵性影響。
　　 針對反應(yīng)器流動(dòng)模型問題

4、,本研究利用了對象工程其中一組生物池進(jìn)行了示蹤試驗(yàn)和短流試驗(yàn),研究結(jié)果表明生物池可等效表達(dá)為21組串聯(lián)CSTR反應(yīng)器。
　　 針對填料表面生物膜厚度問題,本研究對生物池沿程進(jìn)行微生物培養(yǎng)觀測和生物量測定,并運(yùn)用活性污泥法原理,以活性生物量等效表達(dá)生物膜厚度在生物池內(nèi)的沿程分布規(guī)律。研究結(jié)果表明生物膜厚度與限制基質(zhì)濃度呈線性關(guān)系。亞硝化菌生物膜厚度(XAOB)受DO和NH3-N的限制條件分別為XAOB=5.5So1/2和XAOB=

5、8.2SNH1/2,當(dāng)SNH≥0.425o時(shí),生物膜厚度受DO限制:硝化菌生物膜厚度(XNOB)主要受NO-2-N限制,限制條件為XNOB=32SNo1/2。
　　 針對生物池曝氣強(qiáng)度(Gs)的設(shè)定問題,本研究利用中試數(shù)據(jù)進(jìn)行曝氣充氧性能和生物池處理效果對比分析,結(jié)果表明局部增強(qiáng)生物池前段曝氣充氧性能有利于提高整個(gè)生物池的處理效能,為系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)化提供理論依據(jù)。
　　 本研究運(yùn)用系統(tǒng)簡化的理論提出了微污染原水生物膜反

6、應(yīng)器的簡化模型,簡化模型包括10個(gè)動(dòng)力學(xué)參數(shù)和11個(gè)原水組分變量,10個(gè)動(dòng)力學(xué)參數(shù)為vNH、vNO、KNHNH、KNONO、KNHO、KNOO、SNH,min、XA-O、XA-NH和XN-NO；11個(gè)組分變量,即QW、QG、GS、t、T、So、pH、SNo、SNO3和CODMn。對東深供水原水生物預(yù)處理工程進(jìn)出水的DO、NH3-N、NO2-N和NO3-N進(jìn)行了模擬,獲得較佳的擬合效果,模擬值相關(guān)性系數(shù)(R2)分別可達(dá)到0.634、0.8