电极生物法强化A/O工艺反硝化实验研究

论文摘要

各种脱氮方法中,生物法因具有低成本和可同时去除多种污染物等优点而得到广泛应用,A/O工艺是实际工程中最常用的生物脱氮工艺。提高A/O工艺中A池的反硝化速率,可以有效减小A池的体积,从而降低整个工程的投资。本实验对电极生物法强化A/O工艺反硝化功能进行了研究。实验模拟A池的工况,利用直流电对其反硝化作用进行强化,研究了外加电压,碳源种类及碳氮比,N源组成和TN负荷等因素对反硝化过程的影响。实验结果表明,适当的外加电压可提高A池的反硝化速率,最佳外加电压为3.0V。此时,总氮和硝酸盐氮的2h降解速率分别提高了74%和20%。同时,外加电压可以降低亚硝酸盐氮的积累,外加电压为2.1V时亚硝酸盐氮积累仅为14.5mg/L,较不通电时低61%。硝酸盐氮还原和亚硝酸盐氮还原的最佳有机碳源种类不同。甲醇有利于亚硝酸盐氮的还原而葡萄糖更有利于硝酸盐氮的还原,两者混合的碳源更能适合整个反硝化过程的需要。当碳源分别为葡萄糖、甲醇和混合碳源时,在3.0V的外加电压下总氮降解速率较不通电时分别提高了50.3%、26.3%和33.0%,提高幅度与亚硝酸盐氮的积累正相关。提高碳氮比可以提高反硝化速率,但亚硝酸盐氮的积累也更严重。不同碳氮比条件下,外加电压对总氮降解的强化效果较稳定,提高幅度均在60%左右。正交试验分析表明,影响总氮降解速率的因素由主到次依次为:TN负荷、碳氮比和外加电压。初始NO2--N含量和TN降解速率的相关系数为-0.07（接近0）,两者不相关;NO3--N降解速率主要和TN负荷和初始NO2--N含量有关;对NO2--N积累影响较大的因素为TN负荷和外加电压。实验对不同外加电压下总氮降解的动力学进行了分析,研究了外加电压与Monod方程中参数的关系。通过线性转化法求得Monod方程的参数,建立了不同电压下总氮降解模型。结果表明适宜外加电压下,最大比降解速率与外加电压呈直线关系;饱和常数与外加电压大小关系不大,而与有无外加电压有关。不通电时饱和常数为32mg/L,通电时为43mg/L。所建立的总氮浓度模型效果较好,模型计算值与实验值误差小于3mg/L。采用MATLAB软件将实验数据直接拟合求得的Monod方程参数较采用线性转化法求得的参数误差更小,除个别数据外,预测误差均小于1mg/L。通过直接拟合求得的参数对总氮降解过程进行模拟,其置信区间较窄,效果较好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 水中硝酸盐氮污染及其危害
• 1.1.1 水环境中氮污染的来源
• 1.1.2 含氮废水的危害
• 1.2 水中硝酸盐氮的去除方法
• 1.2.1 膜分离法
• 1.2.2 离子交换法
• 1.2.3 生物反硝化脱氮
• 1.3 电极生物膜法简介
• 1.3.1 电极生物膜法发展
• 1.3.2 电极生物膜法原理
• 1.3.3 电极生物膜法存在问题
• 1.4 本实验研究目的与内容
• 第2章 实验用品及方法
• 2.1 实验仪器及药品
• 2.2 实验装置
• 2.3 实验方法
• 2.4 分析方法
• 2.4.1 总氮分析方法
• 2.4.2 硝酸盐氮分析方法
• 2.4.3 亚硝酸盐氮分析方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 影响反硝化过程的因素
• 3.1 外加电压对反硝化的影响
• 3.1.1 不同外加电压下电流随时间变化
• 3.1.2 外加电压对反硝化速率的影响
• 3.1.3 不同外加电压下亚硝酸盐氮的积累
• 3.2 进水中亚硝酸盐氮对反硝化影响
• 3.2.1 亚硝酸盐氮对TN降解的影响
• 3^--N降解的影响'>3.2.2 亚硝酸盐氮对NO₃^--N降解的影响
• 3.2.3 进水亚硝酸盐对亚硝酸盐积累的影响
• 2^--N降解速率分析'>3.2.4 NO₂^--N降解速率分析
• 3.3 碳源种类对反硝化的影响
• 3.3.1 碳源种类对TN降解的影响
• 3^--N降解的影响'>3.3.2 碳源种类对NO₃^--N降解的影响
• 2^--N积累的影响'>3.3.3 碳源对NO₂^--N积累的影响
• 3.4 碳氮比对反硝化的影响
• 3.4.1 碳氮比对TN降解的影响
• 3^--N降解的影响'>3.4.2 碳氮比对NO₃^--N降解的影响
• 2^--N积累的影响'>3.4.3 碳氮比对NO₂^--N积累的影响
• 3.5 正交试验分析
• 3.5.1 TN降解速率分析
• 3^--N降解速率分析'>3.5.2 NO₃^--N降解速率分析
• 2^--N占TN的比例'>3.5.3 NO₂^--N占TN的比例
• 3.5.4 相关性和回归分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 不同外加电压总氮降解动力学分析
• 4.1 反硝化动力学模型
• 4.1.1 双Monod模型
• 4.1.2 单一底物Monod模型
• 4.1.3 零级反应模型
• 4.1.4 温度与动力学参数的关系
• 4.2 不同外加电压总氮降解动力学分析
• 4.2.1 总氮降解动力学分析
• 4.2.2 不同外加电压TN降解动力学模型
• 4.2.3 模型验证
• 4.3 MATLAB直接求解Monod方程参数
• 4.3.1 MATLAB简介
• 4.3.2 非线性拟合函数
• 4.3.3 直接拟合求解动力学参数
• 4.3.4 预测值置信区间
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢