Carrousel氧化沟单沟脱氮优化条件及其控制策略研究

论文摘要

提高Carrousel氧化沟的脱氮性能具有重要意义。Carrousel氧化沟具有多圈循环、大内回流比等特点,具备较好的同步硝化反硝化的发生条件。本研究通过现场试验、小试和中试试验,对氧化沟单沟系统的脱氮优化条件进行了系统研究,并运用计算流体力学与生物反应动力学相结合的模拟方法,研究了进水负荷动态变化条件下提高氧化沟单沟脱氮性能的优化运行策略及控制方法。通过Carrousel氧化沟现场试验和氧化沟流态小试试验,实现对氧化沟沟道系统各特征参数分布规律的精细研究,获得了沟道内溶解氧、污泥浓度以及流速等参数的分布特征以及不同控制条件对沟内参数分布的影响,沟内溶解氧浓度的梯度分布是同步硝化反硝化过程发生的关键控制条件。通过氧化沟小试和中试试验,系统研究了单沟实现同步硝化反硝化过程的优化条件,获得了不同进水条件下实现最佳脱氮效果的控制条件,采用缺氧段双点进水的运行方式,试验条件下进水碳氮比为56即可实现总氮70%以上的去除,氧化沟水力条件满足好氧缺氧交替变换时间间隔为10min左右时反应效率最高,活性污泥絮体粒径越大越有利于同步硝化反硝化过程发生。运用分子生物学分析方法（FISH和T-RFLP）对试验条件下的氧化沟菌群特征进行研究,T-RFLP结果表明氧化沟中试系统内优势菌种以与其它工艺相近的常规菌种为主,菌群种类特征主要受进水水质条件影响,工艺类型的差别影响不大,而不同工艺类型对优势菌种的比例会有所影响;FISH的试验结果表明进水水质的日变化对氧化沟的种群比例影响不大,运行效果的差异主要由组分变化对微生物活性产生的影响所致。运用生物反应动力学与计算流体力学相结合的方法,针对进水动态变化,建立以污泥负荷和曝气量为控制对象,以溶解氧为主要控制参数的离散化动态控制模型,实现离散化的动态控制,并在中试系统中得到成功验证,优化了单沟脱氮效果,出水氨氮和总氮可以全天稳定达到GB18918-2002一级B的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 综述
• 1.1 我国目前的水污染形势
• 1.1.1 我国目前水处理现状
• 1.1.2 我国城市污水处理的形势
• 1.2 氧化沟工艺发展现状
• 1.2.1 氧化沟工艺发展
• 1.2.2 氧化沟工艺特点
• 1.2.3 氧化沟工艺研究应用过程中存在的问题
• 1.3 生物脱氮工艺现状
• 1.3.1 传统生物脱氮技术原理
• 1.3.2 生物脱氮技术最新研究进展
• 1.3.3 氧化沟同步硝化反硝化脱氮技术研究进展
• 1.4 氧化沟数值模拟技术研究进展
• 1.4.1 氧化沟生物反应动力学模拟
• 1.4.2 氧化沟计算流体力学模拟
• 1.5 污水处理厂智能控制的研究和应用
• 1.5.1 污水处理厂运行控制现状和要求
• 1.5.2 污水处理厂运行控制技术进展
• 1.6 研究目的和内容
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 技术路线
• 1.6.4 研究意义
• 第2章 氧化沟内部参数分布特征及其控制条件研究
• 2.1 试验设备和方法
• 2.1.1 现场试验
• 2.1.2 小试流态试验
• 2.1.3 单元化分析方法
• 2.2 氧化沟内溶解氧的传输和分布
• 2.2.1 氧化沟内溶解氧的空间分布
• 2.2.2 氧化沟内溶解氧的传输特性
• 2.3 氧化沟内的污泥浓度分布
• 2.3.1 氧化沟内污泥浓度的空间分布规律
• 2.3.2 氧化沟内污泥浓度随时间变化的规律
• 2.4 氧化沟内的流速分布
• 2.4.1 小试流速与现场流速对比
• 2.4.2 氧化沟内流速的空间变化规律
• 2.4.3 曝气机运行对氧化沟内流速的影响
• 2.5 本章结论
• 第3章 氧化沟单沟脱氮优化运行条件研究
• 3.1 试验设备和方法
• 3.1.1 氧化沟小试试验
• 3.1.2 氧化沟中试试验
• 3.1.3 流态对氧化沟同步硝化反硝化过程影响的研究方法
• 3.2 氧化沟同步硝化反硝化过程的影响条件研究
• 3.2.1 溶解氧浓度的影响
• 3.2.2 温度的影响
• 3.2.3 进水COD 负荷的影响
• 3.2.4 进水氨氮负荷的影响
• 3.2.5 水力停留时间的影响
• 3.2.6 短程同步硝化反硝化发生条件的研究
• 3.3 氧化沟同步硝化反硝化的优化运行条件研究
• 3.3.1 优化运行模式设计
• 3.3.2 优化运行效果分析
• 3.4 流态对氧化沟同步硝化反硝化发生的影响
• 3.4.1 流态对沟内溶解氧传输过程的影响
• 3.4.2 好氧缺氧交替变换频率对氧化沟同步硝化反硝化的影响
• 3.4.3 活性污泥絮体特性对氧化沟同步硝化反硝化过程的影响
• 3.5 本章结论
• 第4章 氧化沟同步硝化反硝化微生物群落特征研究
• 4.1 试验设备和方法
• 4.1.1 终端限制性片断长度多态性方法（T-RFLP）及试验条件
• 4.1.2 荧光原位杂交技术（FISH）及试验条件
• 4.2 氧化沟同步硝化反硝化过程微生物群落结构特征研究
• 4.2.1 氧化沟同步硝化反硝化过程微生物种群组成特征
• 4.2.2 氧化沟同步硝化反硝化微生物菌种比例特征
• 4.3 氧化沟运行条件对微生物群落结构影响的研究
• 4.3.1 活性污泥絮体内的微生物种群分布
• 4.3.2 工艺运行条件变化对微生物群落结构的影响
• 4.4 本章结论
• 第5章 进水变化对氧化沟运行的影响及优化控制策略研究
• 5.1 试验设备和方法
• 5.1.1 污水处理厂进水变化特征
• 5.1.2 动态控制策略的研究方法
• 5.2 进水动态变化对氧化沟同步硝化反硝化过程的影响
• 5.2.1 进水动态变化对氧化沟内溶解氧的影响
• 5.2.2 进水动态变化对运行效果的影响
• 5.2.3 进水动态变化对氧化沟运行过程的影响特征
• 5.3 动态控制策略研究
• 5.3.1 控制条件的化学计量学分析
• 5.3.2 氧化沟动态模拟模型的建立
• 5.3.3 氧化沟动态控制方法研究
• 5.3.4 离散化动态控制模型的建立
• 5.3.5 动态控制策略的控制参数研究
• 5.4 动态控制策略的应用
• 5.5 本章结论
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果