污水生物处理过程的监控理论初步研究与工具箱开发

【摘要】：在环境污染日益严重的今天，污水处理问题越来越受到重视，全国各地新建了大量以市政污水为主的污水处理厂，而这些污水处理厂又以中小型污水处理厂为主。在中小型污水处理厂，进水水质水量波动相对较大，但日常运行管理的技术人员十分缺乏，给新建的污水处理厂的启动调试以及后期的运行管理带来了很大的困难。 中小型污水厂的运行工况变化大，需灵活调整运行参数，而常规的监测手段只能监测水质参数，无法直接监测生物反应过程，调整效果存在一定的滞后性。动力学参数可以较好地表征生物反应过程，但这些参数的获取存在实验过程复杂、测量耗时等问题，难以直接用于污水处理厂的运行管理。针对上述问题，研究开发了一套反映污水处理厂微生物反应过程的工具箱，并对相关基础理论进行了探索，旨在为污水处理厂的运行管理提供新的理论基础和决策支持工具。研究的主要成果如下： 1.对内源呼吸过程进行了解析。根据耗氧速率的变化规律，内源呼吸过程可分为三个阶段：快速下降期、慢速下降期和稳定期。另外， pH可用来指示内源呼吸过程，pH到达最高点的时刻即为活性污泥进入内源呼吸期的时刻。同时，本研究还探讨了连续流条件下的多个参数同时拟合的计算方法。 2.对微生物代谢过程的胞外聚合物进行了研究。活性污泥的疏松胞外聚合物中，类蛋白、类溶解性微生物代谢产物和类腐殖酸的含量与污水处理厂所采用的工艺密切相关。以以上三类物质出现荧光峰的相对位置作为指标，计算得出位置的偏移量与出水水质(COD和氨氮)、内源呼吸比例具有良好的相关性。 3.在上述研究成果的基础上，开发了一套基于呼吸图谱解析的运行管理工具箱。该工具箱对pH、温度等影响动力学参数测量的重要参数进行了控制，通过PLC (Programmable Logic Controller)实现了对测试过程的自动化控制，初步解决了传统动力学参数测量过程复杂、耗时的难题，可为污水处理厂运行管理提供生物代谢状态的基础数据，具有一定的实用价值。 【关键词】：活性污泥 内源呼吸 动力学参数 计算方法 三维荧光 工具箱
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 研究背景10-12
• 1.1.1 中小型污水厂运行面临的主要问题10-11
• 1.1.2 大中型污水厂运行面临的主要问题11-12
• 1.2 研究目的和意义12-15
• 1.2.1 日常运行管理13
• 1.2.2 节能降耗13-14
• 1.2.3 预警和应急处理14-15
• 1.3 研究内容与思路15-16
• 1.4 课题来源16-17
• 2 活性污泥内源呼吸过程的重新认识17-26
• 2.1 实验背景17-18
• 2.2 实验材料和方法18-19
• 2.2.1 实验材料18
• 2.2.2 实验方法18-19
• 2.3 实验条件19-20
• 2.3.1 温度条件19
• 2.3.2 DO 条件19
• 2.3.3 pH 条件19-20
• 2.4 实验结果20-24
• 2.4.1 原始污泥的前期测量结果分析20-21
• 2.4.2 原始污泥的内源呼吸过程的呼吸图谱解析21-24
• 2.5 小结24-26
• 3 活性污泥呼吸图谱的数学解析方法26-31
• 3.1 实验背景26
• 3.2 实验方法26-27
• 3.3 实验原理27-29
• 3.3.1 内源呼吸阶段27-28
• 3.3.2 溶解氧恢复阶段28
• 3.3.3 动力学测量阶段28-29
• 3.4 拟合结果29-30
• 3.4.1 内源呼吸阶段计算29
• 3.4.2 溶解氧恢复阶段计算29
• 3.4.3 动力学测量阶段计算29-30
• 3.5 结果分析30
• 3.6 小结30-31
• 4 活性污泥代谢产物的光谱解析31-39
• 4.1 实验背景31
• 4.2 实验材料和方法31-32
• 4.2.1 EPS 的提取方法31-32
• 4.2.2 三维荧光光谱分析方法32
• 4.2.3 实验材料32
• 4.2.4 荧光偏移量计算方法32
• 4.3 不同来源活性污泥的胞外聚合物三维荧光特性分析32-37
• 4.4 内源呼吸过程的胞外聚合物三维荧光特性分析37-38
• 4.5 小结38-39
• 5 污水厂运行管理工具箱的开发39-53
• 5.1 开发背景39-40
• 5.1.1 发展现状39-40
• 5.1.2 设计要求40
• 5.2 硬件开发40-49
• 5.2.1 主要硬件设备40-42
• 5.2.2 主要设备的选用42-44
• 5.2.3 内置的反应器44-45
• 5.2.4 工具箱整机45-46
• 5.2.5 主要硬件设备的实际效果评估46-49
• 5.3 软件开发49-52
• 5.3.1 自动控制系统49-50
• 5.3.2 测量软件50-52
• 5.4 小结52-53
• 6 结论和建议53-55
• 6.1 结论53-54
• 6.2 建议54-55
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-59

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