反硝化耦合甲烷化過程的數(shù)學(xué)模擬與控制

【摘要】：同步反硝化甲烷化能充分利用廢水中的有機(jī)碳源,在實(shí)現(xiàn)生物脫氮的同時回收能源。本文利用間歇及連續(xù)流實(shí)驗(yàn)研究了單一厭氧反應(yīng)器中反硝化耦合甲烷化過程。對間歇實(shí)驗(yàn)中乙酸鈉為電子供體條件下反硝化耦合甲烷化過程進(jìn)行了數(shù)學(xué)模擬,明晰了反硝化與甲烷化競爭與耦合機(jī)理,通過間歇實(shí)驗(yàn)選取合適的電子供體。在間歇實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上利用連續(xù)流實(shí)驗(yàn)在上流式污泥床反應(yīng)器(UASB)構(gòu)建SDM體系,探究合適的COD/N、負(fù)荷及水力停留時間(HRT),主要結(jié)論如下：(1)基于化學(xué)計(jì)量學(xué)與生物力能學(xué)確定生化反應(yīng)的理論反應(yīng)式,結(jié)合multiplicative Monod及non-competitive Monod方程,建立了反硝化耦合甲烷化的數(shù)學(xué)模型,結(jié)果表明該模型能較好分析反硝化耦合甲烷化過程。(2)利用蔗糖、乙酸鈉和甲醇為電子供體,探究不同COD/N條件下厭氧顆粒污泥的SDM過程。分析證實(shí)乙酸鈉和蔗糖為電子供體,COD/N為10時,可達(dá)到較好的COD及N去除效果。(3) UASB反應(yīng)器運(yùn)行條件設(shè)置為：溫度(35±1)℃、水力停留時間38.4h,選取乙酸鈉和蔗糖為電子供體,構(gòu)建單一反應(yīng)器中SDM體系。結(jié)果表明,蔗糖為電子供體時,COD/N4;乙酸鈉為電子供體時,COD/N10可實(shí)現(xiàn)甲烷化和反硝化的耦合。(4)采用逐步提高反應(yīng)器有機(jī)負(fù)荷(OLR)和氮負(fù)荷(NLR),研究了負(fù)荷對單一反應(yīng)器中SDM體系的影響,蔗糖和乙酸鈉為電子供體時,反應(yīng)器所承受的最大OLR分別為6.25和3.125kg/(m3·d),相應(yīng)的NLR分別為0.625和0.3125 kgN/(m·d)。(5)研究了HRT對單一反應(yīng)器中SDM體系的影響,結(jié)果表明,蔗糖和乙酸鈉為電子供體時,實(shí)現(xiàn)反硝化耦合甲烷化的最小HRT分別為6.4h和9.6h。 【關(guān)鍵詞】：厭氧 UASB反應(yīng)器 反硝化 甲烷化 模型 數(shù)學(xué)模擬
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 引言9-24
• 1.1 單一反應(yīng)器中同步反硝化甲烷化10-13
• 1.2 不同電子供體對NOx還原途徑的影響13
• 1.3 NO_x對甲烷化的抑制作用13-16
• 1.4 耦合反硝化過程的厭氧消化模型16-22
• 1.5 研究的目的、意義和內(nèi)容22-24
• 1.5.1 研究目的及意義22
• 1.5.2 研究內(nèi)容22-23
• 1.5.3 技術(shù)路線23-24
• 第二章 乙酸鈉為電子供體下反硝化耦合甲烷化過程的數(shù)學(xué)模擬24-34
• 2.1 材料與方法24-28
• 2.1.1 間歇試驗(yàn)24-25
• 2.1.2 SDM模型的建立25-27
• 2.1.3 模擬計(jì)算27-28
• 2.1.4 分析方法28
• 2.2 結(jié)果和討論28-33
• 2.2.1 底物降解及甲烷累積產(chǎn)量模擬29-30
• 2.2.2 NO_3-N、NO_2-N及N_2累積產(chǎn)量的模擬30-31
• 2.2.3 生物量的模擬31-32
• 2.2.4 參數(shù)靈敏度分析32-33
• 2.3 小結(jié)33-34
• 第三章 不同電子供體對SDM影響研究34-42
• 3.1 材料與方法34-35
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)方法34-35
• 3.1.2 分析方法35
• 3.2 結(jié)果與討論35-40
• 3.2.1 硝氮、亞硝氮的轉(zhuǎn)化35-37
• 3.2.2 氮?dú)饧凹淄槔鄯e產(chǎn)氣量37-39
• 3.2.3 蔗糖體系中VFAs變化39-40
• 3.3 小結(jié)40-42
• 第四章 不同電子供體下COD/N對單一應(yīng)器中SDM影響42-51
• 4.1 材料與方法42-44
• 4.1.1 接種污泥和合成廢水42-43
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置43
• 4.1.3 操作條件43-44
• 4.2 結(jié)果與討論44-50
• 4.2.1 R1和R2反應(yīng)器氮的去除44-46
• 4.2.2 R1和R2反應(yīng)器氣體的產(chǎn)生46-47
• 4.2.3 R1和R2反應(yīng)器COD的降解47-48
• 4.2.4 R1反應(yīng)器VFAs變化48-49
• 4.2.5 顆粒污泥表觀結(jié)構(gòu)49-50
• 4.3 小結(jié)50-51
• 第五章 OLR及NLR對SDM影響51-61
• 5.1 材料與方法51-52
• 5.1.1 接種污泥和合成廢水51-52
• 5.1.2 R1和R2反應(yīng)器操作條件52
• 5.2 結(jié)果和討論52-59
• 5.2.1 R1和R2反應(yīng)器氮的去除52-54
• 5.2.2 R1和R2反應(yīng)器氣體的產(chǎn)生54-56
• 5.2.3 R1和R2反應(yīng)器COD的降解56
• 5.2.4 R1反應(yīng)器VFAs及pH的變化56-57
• 5.2.5 顆粒污泥表觀結(jié)構(gòu)57-59
• 5.3 小結(jié)59-61
• 第六章 HRT對單一反應(yīng)器中SDM影響61-69
• 6.1 材料與方法61
• 6.1.1 接種污泥和合成廢水61
• 6.1.2 R1和R2反應(yīng)器操作條件61
• 6.2 結(jié)果和討論61-68
• 6.2.1 R1和R2反應(yīng)器氮的去除61-64
• 6.2.2 R1和R2反應(yīng)器氣體的產(chǎn)生64-65
• 6.2.3 R1和R2反應(yīng)器COD的去除65-66
• 6.2.4 R1反應(yīng)器VFAs及pH的變化66-67
• 6.2.5 R2反應(yīng)器中顆粒污泥SEM照片67-68
• 6.3 小結(jié)68-69
• 第七章 總結(jié)69-70
• 致謝70-71
• 參考文獻(xiàn)71-77
• 附錄：作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文77

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