【摘要】：自動在線監(jiān)測方法和儀器是現(xiàn)代廢水生物處理過程控制的關鍵基礎。自動滴定測量儀被認為是一種良好的在線測量儀器,其開發(fā)及應用是國內(nèi)廢水生物處理領域亟待填補的空白。論文開發(fā)了一套自動滴定測量系統(tǒng),并與實驗室之前開發(fā)的混合呼吸測量儀進行集成,形成一種新型呼吸-滴定測量儀。設計多種試驗對儀器性能進行了充分測試,并在實驗室SBR反應器實現(xiàn)生物短程脫氮過程的監(jiān)測和控制中進行了應用,得到如下主要研究成果和結論: (1)自動滴定測量部分主要有反應器系統(tǒng),數(shù)據(jù)采集與保存系統(tǒng)和藥品自動投加系統(tǒng)組成。自動滴定測量有兩種實現(xiàn)方法:一種是使用1支pH電極測量系統(tǒng)pH值,對整個系統(tǒng)固定pH值進行“定點”滴定,稱為“單pH電極批式滴定測量法”;一種是使用2支pH電極,分別放在測量室的入口和出口處,通過判斷出口pH值和入口pH值的一致性對測量室進行滴定,命名為“雙pH電極連續(xù)滴定測量方法”,這種滴定方式是對第一種的改進,使用范圍更廣,現(xiàn)實意義更大。兩種方式的硬件系統(tǒng)組成相同,在LabView平臺上對應開發(fā)了兩種應用程序。 (2)基于LabVIEW開發(fā)的呼吸-滴定測量軟件提高了所開發(fā)儀器的自動化程度,降低了滴定測量和呼吸測量的操作難度;采用7階中值濾波技術消除干擾信號和5階滑動均值濾波技術對測量數(shù)據(jù)進行平滑處理,提高了測量結果的精度;通過pH讀數(shù)延遲校正,提高了雙pH電極連續(xù)滴定測量方法的準確度。 (3)在清水中通過人為投加藥品模擬系統(tǒng)質(zhì)子變化,從“總量”一致和“速率”一致兩個角度設計試驗評估了滴定測量的準確度和精確度�！翱偭俊币恢略囼灲Y果顯示:在1L反應器中,當pH設定值分別為7.93±0.03,7.5±0.03,7.0±0.03,6.5±0.03,6.0±0.03時,平均滴定誤差除pH設定值為7.93時的誤差為負數(shù)(-9.47%)外,其它均為正誤差,數(shù)值在7.26-11.25%之間波動,重復試驗的CV在2.41%-4.69%之間;將pH設定值固定在7.0±0.03,分別在0.5L,1L、2L和3L反應器中進行滴定試驗,滴定平均誤差分別為0.52%,3.18%、-5.08%和-9.16%,重復試驗的變異系數(shù)CV在3.86%到5.4%之間。試驗結果表明大反應器因動態(tài)效應顯著,影響測試準確度,在較小的反應器中,滴定準確度和精確度均較高。 (4)“速率”一致試驗包括兩臺微量泵互跟蹤滴定試驗和蠕動泵投加造成系統(tǒng)動態(tài)變化的滴定試驗:兩臺微量泵互跟蹤滴定試驗結果顯示,滴定總量誤差在-4.16%到2.51%之間,平均誤差為-0.68%,滴定速率平均誤差為0;蠕動泵投加造成系統(tǒng)動態(tài)變化的滴定試驗結果顯示,pH設定值為6.5、7、7.5、8和8.5下的滴定速率同投加速率的平均相對誤差依次是-2.29%、-2.34%、-2.31%、-1.53%和-0.86%,滴定速率幾乎與投加速率重合。這些結果證明了自動滴定測量儀能夠及時準確地測量系統(tǒng)質(zhì)子變化速率。 (5)開發(fā)自動呼吸-滴定測量儀的目的是應用于廢水生物處理過程動態(tài)監(jiān)測,通過應用自動呼吸-滴定測量儀監(jiān)測活性污泥硝化過程來驗證兩種滴定測量方式測試性能。對于單pH電極批式滴定測量方式,在1L的反應器中改變NH4+-N濃度分別為1.67、3.33、8.33、16.66和30.00mg/L下實測氨氧化量與質(zhì)子產(chǎn)生量的比值與其理論值2的相對誤差在2.09%~6.34%之間;保持NH4+-N濃度16.66mg/L,在1、2、3和4L的反應器中實測比值相對誤差在2.09%~-18.57%之間,隨反應器體積增大而明顯增大。反應器系統(tǒng)中的碳酸氫鹽和氨鹽緩沖體系,特別是在較大容積反應器中的滴定動態(tài)效應是導致測試誤差的重要原因。在硝化動態(tài)過程試驗中,對活性污泥硝化過程定時取樣、實測NH4+-N濃度,比較其與基于HPR或OUR計算的NH4+-N濃度間的一致程度,評估自動滴定測量裝置測試硝化過程動態(tài)的性能。在初始NH4+-N濃度分別為20和25mg/L的間歇試驗中,基于OUR計算的NH4+-N濃度與實際濃度間的相關系數(shù)分別為0.9967和0.9972,基于HPR計算NH4+-N濃度與實際濃度間的相關系數(shù)分別為0.9991和0.9992,表明OUR和HPR均能及時準確地反映硝化過程的動態(tài)特性。 (6)對于雙pH電極連續(xù)滴定測量方式,在NH4+-N底物濃度分別為3、4.5、6、7.5、9和10.5mg/L下,基于OUR和HPR計算的NH4+-N濃度與實際濃度間均表現(xiàn)為良好的線性關系,相關系數(shù)分別為0.9982和0.9968,試驗結果顯示,pH、DO、OUR和HPR信號均能對硝化過程結束點做出明確指示,并且基于OUR和HPR的判斷比DO和pH更加靈敏。 (7)把自動呼吸-滴定測量儀應用于實驗室SBR好氧時段控制上,以實現(xiàn)短程硝化反硝化脫氮。首先考察了應用雙pH電極連續(xù)滴定測量方式在線測量HPR的可行性,結果顯示HPR可同時用于硝化過程控制和NH4+-N組分濃度動態(tài)估計。之后采用pH和HPR作為主要控制信號,實時控制SBR以實現(xiàn)短程脫氮。經(jīng)過約20d的運行后SBR內(nèi)的亞硝酸鹽積累率上升到了50%,進入了短程硝化反硝化狀態(tài);運行約40d后亞硝酸鹽積累率達到88%并趨于穩(wěn)定,成功實現(xiàn)了短程硝化反硝化,COD和NH4+-N去除率均在95%以上。 (8)在SBR短程硝化反硝化脫氮工藝穩(wěn)定運行近4個月后,出現(xiàn)了污泥膨脹現(xiàn)象。NH4+-N去除率受到了明顯影響。通過采取添加新污泥、加大曝氣量、提高體積交換比等措施,污泥膨脹得到了有效控制,約10d后亞硝酸鹽積累率又回到了80%以上,系統(tǒng)運行約30d后,系統(tǒng)重新實現(xiàn)了穩(wěn)定的短程硝化反硝化。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：X703
【圖文】：

NOHeNHO322+6 +5→0.5+3 +NO4H3e0.5N2HO222++→+ + + + +→+ 14pi2.8614Y1YCYmS(2.86Y1YSiSXYYXHHHN2HHNO3XNNHHHH + + +→+ 14pi1.7114Y1YCYmS(1.71Y1YSiSX1YYXNHHHN2HHNO3XNNHHHHXHHXNHHHHCYn(1Y)x14pi2.8614Y1YCYm(t ρ + + = +）XHSY1dtdS= ρ圖 1.1 反硝化過程中質(zhì)子產(chǎn)生/消耗同電子受體利用和底物利用的理論模型圖解（乙酸作為模型組分）（pertersen et al, 2002Fig 1.1 Illustration of the conceptual mode (acetate as model compthat links proton production (or consumption) to electron acceptor and substrate uptake during denitrification of NO3-N to N2ga

用兩種方法解析滴定曲線，第一種是用傳統(tǒng)的終點滴定法來確法（下文詳述）；第二種是應用更加先進的數(shù)據(jù)解析技術，可依數(shù)據(jù)特征點的簡單計算，也可依據(jù)對完整滴定曲線或?qū)彌_事實上，不是每次滴定都能產(chǎn)生像圖 1.2 那樣清晰的曲線，由于緩沖體系會對滴定曲線產(chǎn)生影響，會使滴定數(shù)據(jù)的解析更加復雜07）通過試驗研究量化了 CO2傳質(zhì)對滴定測量數(shù)據(jù)的影響。量技術的應用試滴定曲線，最簡單的組分測試方法便是斜率截距法，例如圖 1.僅根據(jù)曲線中兩階段的斜率和截距便可計算硝化過程初始 NH大硝化速率 r(Gernaey et al, 1998a)，分別見方程（1.30）和（B2 B1 圖 1.2 典型的硝化過程滴定曲線圖(Gernaey, 1998a)Fig 1.2 Typical cumulative base addition curve obtainedduring a titration experiment of nitrification process

的滴定測量儀估污水處理系統(tǒng)的微生物活性已經(jīng)開發(fā)出各種呼吸測量儀和術為發(fā)展新的生物傳感器提供了基礎(Artiga et al, 2003)。已技術的傳感器（滴定測量儀）很多，一般都要包括一個生物反的傳感器（如 pH 電極，DO 電極以及 ORP 電極等）、裝有起到控制作用的計算機軟硬件。元（titration unit）元（也即 Ammonium NitrificationNITA）是最早用于污水處理硝化監(jiān)測量儀(Massone et al, 1995, 1996,rnaey et al, 1997, 1998)，如圖 1.4 所圖 1.3 堿度隨時間消耗過程圖Fig 1.3 Typical alkali consumption course withtime during the experiments

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 高景峰,彭永臻,王淑瑩,曾薇,隋銘?zhàn)?以DO、ORP、pH控制SBR法的脫氮過程[J];中國給水排水;2001年04期

2 馬放,郭海娟;SBR中亞硝酸型硝化的影響因素研究[J];中國給水排水;2005年01期

3 馬勇;彭永臻;;ICA技術在污水廠的應用現(xiàn)狀及發(fā)展[J];中國給水排水;2007年12期

4 黃滿紅,李詠梅,顧國維,郭輝東;呼吸計量法在活性污泥系統(tǒng)廢水特性測定中的應用[J];工業(yè)水處理;2005年09期

5 高大文;彭永臻;王淑瑩;;控制pH實現(xiàn)短程硝化反硝化生物脫氮技術[J];哈爾濱工業(yè)大學學報;2005年12期

6 彭峰;彭永臻;馬勇;;A/O工藝曝氣量控制及pH和DO的變化規(guī)律[J];環(huán)境工程;2007年04期

7 鞠宇平,張林生,余靜;有機負荷和溶解氧的變化對SBR污泥膨脹的影響及控制方法[J];環(huán)境污染治理技術與設備;2002年12期

8 盧培利;張代鈞;張欣;龍騰銳;;自動混合呼吸測量儀的開發(fā)與驗證[J];環(huán)境工程學報;2007年05期

9 盧培利;張代鈞;張欣;焦艷靜;龍騰銳;;呼吸測量法測定廢水中活性異養(yǎng)菌COD組分[J];環(huán)境工程學報;2008年08期

10 施漢昌,柯細勇,張偉,張杰遠;用快速生物活性測定儀測定活性污泥生物活性的研究[J];環(huán)境科學;2004年01期

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1 盧培利;混合呼吸測量儀研制與活性污泥模型進水COD組分表征研究[D];重慶大學;2006年

本文編號：2802069