（环境工程专业论文）反硝化同步除磷动力学原理及其在改善msbr性能中的应用.pdf

中文摘要 摘要 活性污泥模型( a c t i v a t e ds l u d g em o d e l s ，a s m s ) 和生物除磷代谢模型的研 究开发与应用是当i i 国际水科学技术的前沿领域，模型之间耦合及其应用是这一 领域的研究重点。论文将a s m2 d 和磷的生物代谢模型联合，建立了混合v f a ( v o l a t i l ef a t t ya c i d s ) 活性污泥生物吸磷耦合模型，通过试验对模型进行校核， 运用校核的模型对改良型序批式反应器m s b r ( m o d i f i e ds e q u e n c i n gb a t c h r e a c t o r ) 工艺生物除磷脱氮性能进行改善，强化系统的反硝化吸磷功能，本论文 得到如下结论： 基于磷的生物化学代谢机理，并结合混合v f a 厌氧代谢模型，建立了混合 v f a 生物吸磷代谢模型，确定了模型组分的理论计量系数；运用混合v f a 生物吸 磷代谢模型替代a s m2 d 中与磷的生物去除相关部分的方法建立了活性污泥生物 吸磷耦合模型，修正了耦合模型中的化学计量系数和动力学方程，采用不同的动 力学参数分别描述好氧吸磷和缺氧吸磷过程。 利用s b r 富集聚磷菌和硝化菌启动运行m s b r 工艺，经过长时间稳定运 行，系统c o d 去除效率达9 2 0 旷9 3 ，出水浓度低于3 0 m g l 。出水p 0 4 3 p 约为 0 3 1 - 0 7 1 m g l ，去除效率在8 6 0 旷9 5 范围波动。系统总吸磷量达1 9 6 2 m g l ，其 中好氧池吸磷量占总吸磷量8 8 6 5 ，s b r 池缺氧段仅占8 6 1 。出水t n 浓度约 为1 5 3 0 2 3 1 0 m g l ，去除率为6 6 7 5 ，主要以n 0 3 n 存在，大约 1 3 吵乞1 1 m g - n l 。 m s b r 系统活性污泥厌氧好氧缺氧吸磷的计量学特性试验结果表明，好 氧条件下，当分别以乙酸和丙酸为碳源时，每氧化单位质量p h a 的p o l y p 合成量 和糖原再生量分别为0 6 5 和o 5l m m 0 1 px p p m m 0 1 cx p h a ，0 3 5 和0 2 6 r e t 0 0 1 c x g l ：y m m 0 1 cx p h a ；缺氧条件下，以乙酸和丙酸分别为碳源时，p o l y p 合成和糖原 再生的计量系数分别为0 6 1 和0 4 4 m m 0 1 px p p m m 0 1 cx p h a ，o 3 9 和0 2 8 m m 0 1 c x g l v m m o t - cx p h a ，说明缺氧条件下聚磷菌对乙酸的利用效率要高于丙酸。同时 发现当缺氧初始p 0 4 3 p n 0 3 。n 比值为1 0 5 , - - 0 8 4 ( m m 0 1 p m m 0 1 n ) 时，有利于 反硝化同步除磷脱氮。动力学特性试验结果表明，好氧和缺氧条件下聚磷最大比 合成速率为0 0 3 5 和0 0 2 3 r e t 0 0 1 px p p m r n 0 1 cx p a o h 、p h a 最大比氧化速率为0 2 4 3 和0 2 0 6 m m o l - cx p h a m m 0 1 cx p a o h 、糖原最大比再生速率为0 0 4 4 和0 0 3 1 m m 0 1 c x g l y m m 0 1 一cx p a o h 。缺氧段p o l y p 合成速率仅为好氧时的6 5 7 ，p h a 氧化和 糖原再生速率则为好氧的8 5 和7 0 左右。 模型参数灵敏度分析结果表明，模型参数y p 0 4 ，v 】【g l y 0 2 ，y 删，y a ，y h ， 重庆大学博士学位论文 k h ，b h ，k 呻，k 出，k p h i ，队对系统运行性能和反硝化吸磷功能有明显的影响，经 试验校核后：y h = 0 7 6 ，b h = 0 2 9 3 d - 1 ，i t n = 5 7 9 d 1 ，y a = 0 2 3 5 ，旷1 0 0 d ，系统活 性污泥中x o h o ，x p a o ，x a u t 占v s s 含量约为2 5 ，1 5 和5 1 7 。基于缺氧条件 对聚磷菌p h a 、p o l y p 和糖原转化速率的影响不同，本研究采用不同与好氧条件 的缺氧基质比转化速率，校核结果为：k p h 柏2 和l 【p h 锄0 3 为5 7 2 和4 7 3 m g c o d x p h a m g - c o dx p a o d ；k p p 0 2 和k p p n 0 3 为0 5l 和0 0 9 r a g - px p p m g c o dx p a o d ；k g l y 0 2 和l 【g l 姗为0 6 8 和0 4 3 m g - c o dx 4 3 l y m g - c o dx p a o d 。 基于活性污泥生物吸磷耦合模型，开发了m s b r 工艺数学模型，应用模型 正交试验方法优化m s b r 工艺反硝化同步除磷运行参数，优化后系统的c o d 处理 效率达9 5 ，除磷效率达7 2 0 旷8 4 ，出水p 0 4 3 p 为1 0 2 1 2 3 m g l ，s b r 池缺氧 段吸磷比例增大至为4 2 4 6 ；出水n h 4 + - n 约为0 0 3 , 4 ) 7 9 m g l ，n 0 3 - n 浓度降低 至6 6 0 8 0 6 m g l 。系统的t n 去除效率和缺氧段吸磷量比例较优化前均有所提高， 反硝化除磷功能得到了强化，但出水p 0 4 3 - p 浓度偏大。对运行参数进行微调，微 调后系统对c o d 去除效率没有发生明显变化，除磷效率提高至8 7 0 o - - - 9 3 ，出水 浓度已降低至0 5 m g l ，好氧池吸磷比例增大至6 9 6 3 ，缺氧段吸磷比例降低为 3 0 0 2 。出水n h 4 + - n 浓度稳定在0 2 m g l 左右，n 0 3 - n 浓度随之增大至 1 3 0 6 m g l ，t n 浓度稳定在15 m g l 以下。 m s b r 系统耦合模型的模拟结果表明，c o d 空间和时间变化的模拟误差均 低于1 0 ；厌氧池p 0 4 3 - - p 释放量和好氧池p 0 4 3 。p 吸收量模拟误差分别为1 5 5 和4 9 2 ，缺氧段以及出水p 0 4 3 。p 模拟的相对误差0 0 4 , - - 0 1 4 m g l ：厌氧池n i - b + = n 浓度模拟误差为5 21 ，对好氧池、缺氧段以及出水n 0 3 。- n 浓度模拟相对误差分 别为2 8 4 ，5 0 0 和0 8 3 。 微生物群落结构多样性分析结果表明，三个试验系统活性污泥细菌具有较 高的多样性，包括b e t a p r o t e o b a c t e r m 、b a c t e r o i d e t e s 、d e l t a p r o t e o b a c t e r i a 、 g a m m a p r o t e o b a c t e r i a 和a l p h a p r o t e o b a c t e r i a 等类群。厌氧好氧s b r 中主要含有 s p h i n g o b a c t e r i u m ，m o r a x e l l a ，c o m a m o n a s t e s t o s t e r o n i ，f l a v o b a c t e r i u m s p ， p s e u d o m o n a s 等微生物。厌氧缺氧s b r 中微生物主要为p s e u d o m o n a s 、u n c u l t u r e d b a c t e r o i d e t e s 、b r e v u n d i m o n a s 、和c h r y s e o b a c t e r i u m 、u n c u l t u r e db a c t e r i u m 。m s b r 系统微生物种群较为复杂，主要为p s e u d o m o n a s 、a c i n e t o b a c t e 、b r e v u n d i m o n a s 、 s p h i n g o m o n a s 、n e v s k i as p 、s h i g e l l as p 和u n c u l t u r e db a c t e r i u m ，细菌类群优势顺 序为：p s e u d o m o n a s ，b r e v u n d i m o n a s ，s p h i n g o m o n a s 等。 关键词：反硝化除磷动力学，a s m2 d 模型，生物吸磷代谢模型，活性污泥生物吸 磷耦合模型，改良型序批式反应器 英文摘要 a b s t r a c t t h e r e s e a r c h ，d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o n o fa c t i v a t e d s l u d g em o d e l s a n d b i o l o g i c a l m e t a b o l i cm o d e la l en e wa s p e c t so fi n t e r n a t i o n a lw a t e rs c i e n c ea n d t e c h n o l o g yf i e l d ，t h ei n t e g r a t i o n 谢t l ld i f f e r e n tm o d e l sa n da p p l i c a t i o na r er e c e n t l y f o c u s e do n t h i ss t u d yp r o p o s e dt h em i x t u r ev f ai n t e g r a t e dm o d e lf o re n h a n c e d p h o s p h a t eu p t a k i n g ，t h r o u g hi n t e g r a t i n ga s m2 d 诵t l lb i o l o g i c a lm e t a b o l i cm o d e l a r e re v a l u a t i n gt h em o d e l ，m s b rs y s t e mw a ss i m u l a t e da n do p t i m i z e d t h r o u g ht h e s e r e s e a r c h e st h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sh a v eb e e no b t a i n e d b a s e do nt h er e s e a r c ho fb i o c h e m i s t r ym e t a b o l i cm e c h a n i s ma n dm i x t u r ev f a a n a e r o b i cm e t a b o l i cm o d e l ，t h em i x t u r ev f a b i o l o g i c a lp h o s p h a t eu p t a k i n gm o d e lw a s p r o p o s e d ，a n dt h et h e o r e t i c a ls t o i c h i o m e t r i e sw e r ed e t e r m i n e d i np l a c eo ft h ep a r t r e l a t e dw i mp h o s p h a t eo fa s m2 db yb i o l o g i c a lm e t a b o l i cp h o s p h a t eu p t a k i n gm o d e l ， t h ee n h a n c e db i o l o g i c a lp h o s p h a t eu p t a k i n gi n t e g r a t e dm o d e lw a sf o r m e d i nt h e i n t e g r a t e dm o d e l ，s t o i c h i o m e t r ya n dk i n e t i ce q u a t i o nw e r er e f i n e d ，a n dt w od i f f e r e n t s e t so fk i n e t i cp a r a m e t e r sw e r eu s e dt od e s c r i b ea e r o b i ca n da n o x i cp h o s p h o r u s u p t a k i n gp r o c e s s ( 蓼w i t ht h ea i mo ft h ee n r i c h m e n to fp h o s p h a t ea c c u m u l a t i n go r g a n i s m sa n d i l i t r i f y i n gb a c t e r i a , a n a e r o b i c a e r o b i c a n o x i ca n da e r o b i cs b rw e r eo p e r a t e d m s b r s y s t e mw a so p e r a t e di n o c u l a t e da c t i v a t e ds l u d g ee n r i c h e db ys b r s ，a n dh a ds t a b l e n u t r i e n tr e m o v a le f f i c i e n c y e f f l u e n tc o dw a sl e s st h a n3 0 m e g l ，a n dt h er e m o v a l e f f i c i e n c yw a s9 2 9 3 t h ep 0 4 3 - pr e m o v a le f f i c i e n c yw a sa b o u t8 6 9 5 ，a n d t h ee f f l u e n tp h o s p h a t ew a s0 31 o 71m g - p l 。t h ea v e r a g et o t a lp h o s p h a t eu p t a k ew a s 19 6 2m g p l ，a n dt h eu p t a k ea m o u n ti na e r o b i ct a n ka n da n o x i cp h a s eo fs b rw a s a b o u t16 4 2 m g p la n d2 0 0 m g p l ，r e s p e c t i v e l y t nr e m o v a le f f i c i e n c yw a sj u s t 6 6 0 旷7 5 ，e f f l u e n tt nw a s15 3 0 - 2 3 10 m g n l ，a n dm a i n l yo w et on i t r a t ef o r m ， a b o u t3 虬2 1 1 m g - n l a e r o b i ca n da n o x i c p h o s p h a t eu p t a k i n g s t o i c h i o m e t r i cc h a r a c t e r i s t i c e x p e r i m e n t a l r e s u l t so fa c t i v a t e ds l u d g ef r o mm s b rs h o w e dt h a tu n d e ra e r o b i c c o n d i t i o n ，w h e na c e t i ca n dp r o p i o n i ca c i dw a s 嬲c a r b o ns o u r c e ，t h ea m o u n to fp o l y p p r o d u c e da n dg l y c o g e nr e g e n e r a t e dp e rp h ao x i d i z e dd u r i n ga e r o b i cp h a s ew a s0 6 5 a n d0 51m m o l - px p p m m o l cx p h a , 0 3 5a n d0 2 6 r e t o o l - cx o l y m m o l - cx e r t a , r e s p e c t i v e l y u n d e ra n o x i cc o n d i t i o n , t h es t o i c h i o m e t r yo fp o l y - pp r o d u c e da n d i i i ；。 重壅奎兰堕主兰垡笙奎 一 o 、 g l y c o g e nr e g e n e r a t e dw a so 61 a n d0 4 4m m o l - px p p m m o l - cx p a a ，0 3 9a n d0 2 8 m m o l - cx g l y m m o l - cx p h aw h e nt h ec a r b o ns o u r c ew a sa c e t i ca c i dt op r o p i o n i ca c i d , r e s p e c t i v e l y t h ee f f i c i e n c yf o rn i t r a t ed e n i t r i f y i n gw a sm o r eh i g h e rw h e na c t e t i ca c i d w a sc a r b o ns o u r g e ，t h ea m o u n to f p h o s p h a t ea n dg l y c o g e np e rd e n i t r i f y i n glm m o l - n l n 0 3 。w a s1 3 2m m o l - pa n d0 8 5m m o l c 。h o w e v e r , w h e np r o p i o n i ca c i d 嬲t h ec a r b o n s o u r c e , t h e s ev a l u e sw a s1 0 3 m m o l - px e p m m o l - nn 0 3 。a n d0 6 6m m o l - c x g l y m m o i - nn 0 3 ，r e s p e c t i v e l y m e a n w h i l et h er e s u l t sa l s os h o w e dt h a tw h e na n o x i c i n i t i a lp 0 4 3 p n 0 3 - - nw a s1 0 5 - 0 8 4 ( m m o l p m m o l - n ) ，s i m u l t a n e o u s l yd e n i t r i f y i n g p h o s p h a t ea n dn i t r o g e nr e m o v a lw a sc o m p l e t e d a e r o b i ca n da n o x i cp h o s p h a t eu p t a k i n gk i n e t i c c h a r a c t e r i s t i ce x p e r i m e n t a l r e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h em a x i m u ma e r o b i ca n da n o x i cs p e c i f i cc o n v e r s i o nr a t eo f p o l y - pp r o d u c e d ，p h ao x i d i z e da n dg l y c o g e nr e g e n e r a t e dw a s0 0 3 5a n d0 0 2 3 r e t o o l - p x p p m m o l - cx 触0 2 4 3a n d0 0 2 3 m m o l - cx p t t a m m o l - cx p a o 仳0 0 4 4a n d 0 0 31m m o l - cx g l y m m 0 1 - cx p a o 1 i ，r e s p e c t i v e l y 。c o m p a r i n g 谢t l lt h e s e ，t h es p e c i f i c p o l y - pp r o d u c e dr a t e w a so n l y6 5 7 o fa e r o b i cr a t e ，8 5 a n d7 0 f o rp h a o x i d i z a t i o na n dg l y c o g e nr e g e n e r a t i o n m o d e lp a r a m e t e rs e n s i t i v i t ya n a l y s i ss h o w e dt h a t ，y 埘y 0 2 ，轴，y a ，a n d k i i ，b h ，k 伸，k g l y ，a n dk p 卧o f t h ei n t e g r a t e dm o d e lh a ds i g n i f i c a n ti m p a c to nt h e p e r f o r m a n c eo ft h es y s t e ma n dd e n i t r i f y i n gp h o s p h a t eu p t a k i n ge f f i c i e n c y t h e e s t i m a t e dr e s u l t s a r e 嬲f o l l o w s ：y h = 0 7 6 ，b h = 0 2 9 3 d 一，m 【_ 5 7 9 d 一，y a - - - 0 2 3 5 ， 旷1 0 0 d ，w h i c hw e r es i m i l a rt ot h er e c o m m e n d e dv a l u e sa s m2 d ( 2 0 ) t h e s p e c i f i cc o n v e r s i o nr a t eo fa e r o b i ca n da n o x i cp h ao x i d a t i o n ，p o l y - ps y n t h e s i sa n d g l y c o g e nr e g e n e r a t i o nf o rp a ow e r e5 7 2a n d4 7 3 m g - c o dx p a a m g c o dx p a o d ， 0 5 2a n d0 0 9 m g px p p m g c o dx p a o d , 0 6 8a n d0 4 3 m g c o dx g l y m g c o dx p a o d , r e s p e c t i v e l y x o h o ，x p a oa n dx g t r ra c c o u n t i n gf o rv s so fa c t i v a t e ds l u d g ei nt h em s b r s y s t e m ，w a sa b o u t2 5 ，15 a n d 5 17 ，r e s p e c t i v e l y b a s e do nt h ep r o p o s e de n h a n c e db i o l o g i c a lp h o s p h a t eu p t a k i n gi n t e g r a t e d m o d e l ，m s b rm a t h e m a t i c a lm o d e ld e v e l o p e d m s b rw a sa g a i no p e r a t e da f t e r o p t i m i z i n go p e r a t i o n a lp a r a m e t e r sb ym o d e lo r t h o g o n a lt e s t t h ed a t ai n d i c a t e dt h a tt h e r e m o v a le f f i c i e n c yo fc o da n dp 0 4 3 pw a sa b o u t9 5 a n d7 2 0 0 - - 8 4 p 0 4 3 - pi n e f f l u e n tw a sa b o u t1 0 2 - 1 2 3 m g l t h er a t i oo fa e r o b i ca n da n o x i cp h o s p h a t eu p t a k e a m o u n ta m o n gt h et o t a lu p t a k ea m o u n tw a s5 5 0 9 a n d4 2 4 6 n i - 1 4 + - na n dn 0 3 - n i ne f f l u e n tw a sa b o u t0 0 3 - 4 ) 7 9 r n g la n d6 6 0 8 0 6 m g l ，t h er e m o v a le f f i c i e n c yw a s u pt 0 9 9 3 a n d8 9 6 4 t ni ne f f l u e n tw a sl a r g e l yr e d u c e dt o10 m g l a f t e r i v 英文摘要 o p t i m i z e d ，t nr e m o v a le f f i c i e n c yw a si m p r o v e d ，a n dn 0 3 - - ne f f l u e n tw a sr e d u c e d t h e p 0 4 3 - pr e m o v a le f f i c i e n c yw a ss l i g h t l yr e d u c e d h o w e v e r , t h er a t i o no fa n o x i c p h o s p h a t eu p t a k ea m o u n tw a si n c r e a s e d ，a n dt h ed e n i t r i f i c a t i o nw a sc o m p l e t e ，s ot h e d e n i t r i f y i n gp h o s p h a t er e m o v i n gw a se n h a n c e d ，t h ee f f l u e n tp 0 4 3 pw a sm o r et h a n 1 0 m g l s os y s t e mo p e r a t i n gp a r a m e t e r sm u s tb ea d j u s t e d a f t e ra d j u s t m e n t ，t h e r e m o v a le f f i c i e n c yo fc o dw a sn o ts i g n i f i c a n tc h a n g e d ，p 0 4 - pr e m o v a le f f i c i e n c y w a si n c r e a s e dt o8 7 9 3 a n dp 0 4 3 - pi ne f f l u e n tw a sl e s st h a no 5 m e g l 1 1 1 ea v e r a g e r a t i oo fa e r o b i cp h o s p h a t eu p t a k ea m o u n tw a si n c r e a s e dt o6 9 6 3 ，w h i l et h er a t i o no f a n o x i cw a sr e d u c e dt o3 0 0 2 n 1 4 4 + ni ne f f i u e n tw a ss t e a d ya b o u t0 2 m g l ，n 0 3 - n i ne f f l u e n tw a si n c r e a s e dt o13 0 6 m g la n dt nc o u l db es t a b i l i z e dl e s st h a n15 m g l 1 1 1 es i m u l a t i o nr e s u l t so fm s b rs y s t e mw i t he n h a n c e db i o l o g i c a lp h o s p h a t e u p t a k i n gi n t e g r a t e dm o d e ls h o w e dt h a tt h es i m u l a t i o ne r r o rf o rc o dt i m e l yd i s t r i b u t i o n w a sl e s st h a n10 f o rt h es i m u l a t i o no fa n a e r o b i cp h o s p h a t er e l e a s ea n da e r o b i c p h o s p h a t eu p t a k e ，t h ee r r o rw a so n l y1 5 5 a n d4 9 2 h o w e v e rt h e a b s o l u t e ： s i m u l a t i o ne r r o ro fa n o x i ca n de f f l u e n tp 0 4 3 - pw a s0 0 4 q ) 14 m g l 1 1 l ea v e r a g e s i m u l a t i o ne r r o rf o rn i - 1 4 + - nc o n c e n t r a t i o no l lt h ea n a e r o b i cp o n dw a sa b o u t5 21 t h er e l a t i v ee r r o ro fa e r o b i ct a n k ，a n o x i ca n de f f i u e n tn 0 3 。- nc o n c e n t r a t i o n sb e t w e e n m e a s u r e da n dp r e d i c t e dv a l u e sw a s2 8 4 ，5 0 0 a n d0 8 3 ，r e s p e c t i v e l y d i v e r s i t yo fa c t i v a t e ds l u d g em i c r o b i a lc o m m u n i t ys t r u c t u r ea n a l y s i ss h o w e d t h a tt h r e es y s t e m sh a dah i g hd i v e r s i t yo fb a c t e r i a s ，i n c l u d i n g b e t a p r o t e o b a c t e r i a ， b a c t e r o i d e t e s ，d e l t a p r o t e o b a c t e r i a ，g a m m a p r o t e o b a c t e r i a ，a l p h a p r o t e o b a c t e r i a ，t h e h o m o l o g y 、析ms i m i l a rs p e c i e sw a s9 3 t o10 0 i na n a e r o b i c a e r o b i c ，t h e r ew e r e s p h i n g o b a c t e r i u m ， m o r a x e l l a ， c o m a m o n a s t e s t o s t e r o n i ， f l a v o b a c t e r i u m s p ， p s e u d o m o n a s a n a e r o b i c - a n o x i cs b rm a i mc o n t a i n e dp s e u d o m o n a s ，u n c u l t u r e d b a c t e r o i d e t e s ，b r e v u n d i m o n a s p s e u d o m o n a s ， a c i n e t o b a c t e ，b r e v u n d i m o n a s ， s p h i n g o m o n a s ，n e v s k i as p a n ds m g e l l ( is p ，u n c u l t u r e db a c t e r i u m w e r ed e t e c t e di n m s b r s y s t e m ，a n dt h eb a c t e r i a lc o m m u n i t ys u c c e s s i o nw e r e 嬲f o l l o w s ：p s e u d o m o n a s ， b r e v u n d i m o n a s ，s p h i n g o m o n a s ，n e v s k i a ， k e y w o r d s ：d e n i t r i f y i n gp h o s p h a t eu p t a k i n gd y n a m i c s ，a c t i v a t e ds l u d g em o d e ln o 2 ， a c t i v a t e ds l u d g eb i o l o g i c a lp h o s p h a t eu p t a k i n gi n t e g r a t e dm o d e l ，m s b r p r o c e s s v 1 绪论 l 绪论 1 1 问题的提出 磷作为生物圈的一种重要营养物质，在自然水体中可以有多种存在形式，如 有机磷、正磷酸盐、焦磷酸盐以及偏磷酸盐，通常是水生生物生长的限制性因子。 在合适的条件下，即使磷较平缓地增加，也会引起一系列的生态问题，包括植物 加速生长、藻类过度繁殖、溶解氧不断减少、p h 值剧烈变化、湖泊退化、水质恶 化以及水生动物死亡等。各种污染源排放的磷进入河流、湖泊、湿地和土壤生态 系统后，还会发生复杂的吸附、固定和再释放过程，使污染严重的水体很难治理。 污废水排放是这些水体n 、p 等营养物质的主要源头，其次是生活垃圾排放及合成 洗涤剂的使用。常规的生化处理工艺可以有效地降低污水的b o d 5 和s s ，但对污 水中同时存在的n 、p 等营养物只能去除1 0 2 0 ，大量含磷污水直接排入水体。 虽然在近3 0 多年里，许多污水厂的工艺设计和运行管理都考虑到了利用微生物对 氮、磷的同步去除，但是目前还处于主要依据实际经验的阶段，缺乏系统的理论 指导，因此经常出现各种问题而无法得到解决。 氮、磷的去除比较复杂，需要涉及硝化、反硝化及释磷和放磷等多个生化过 程。上述每一个过程的目的不同，对微生物组成、基质类型及环境条件的要求也 各不相同i 。因此要在一个系统中同时完成脱氮和除磷过程，不可避免地会产生各 过程问的矛盾关系，如碳源、泥龄、硝化和反硝化容量、释磷吸磷的容量等问题， 这些问题使得脱氮除磷在实际应用中达到一级排放标准( 磷达到0 5 m g l 以下) 时 都有一定难度和局限。以传统除磷脱氮理论为基础的污水处理工艺普遍存在以下 弊端 2 1 ：基质竞争使处理效果相对较差。一般城市污水的c o d t n 比值较低， 碳源缺乏成为反硝化和除磷的限制性因素。在传统脱氮除磷工艺中，反硝化菌脱 氮和聚磷菌除磷是两个分离的独立过程，两者都需利用有机碳源在同一个系统中 不可避免产生对碳源的竞争关系；污泥龄和要求环境不同的矛盾降低了处理效 果。硝化菌、反硝化菌及聚磷菌这三类微生物的污泥龄及要求的环境条件各不相 同，但现有污水厂多采用单污泥系统，微生物呈悬浮混合生长，因而无法保证它 们能够同时获得最佳的污泥龄并同时在各自最佳的环境中生长；污泥回流池前 n 0 3 不可避免地会进入厌氧段抑制放磷反应，最终影响后续的吸磷效果。n 0 3 对 p a o ( p h o s p h a t ea c c u m u l a t i n go r g a n i s m s ) 的放磷能力起消极作用，n 0 3 。随回流污 泥至厌氧段可优先利用有机碳源进行反硝化反应，从而减少了p a o 合成体内p h b ( 聚- p 羟基丁酸酯) 所需的碳源量，抑制了聚磷菌的释磷；剩余污泥量大。 反硝化同步除磷理论的提出，为有效解决传统脱氮除磷工艺中存在的矛盾问 重庆人学博十学位论文 题提供了新思路。反硝化除磷( d e n i t f i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a l ) 是指在厌氧缺 氧交替运行的条件下，驯化出一类以n 0 3 - n 作为最终电子受体的反硝化聚磷菌 ( d e n i t r i f y i n gp h o s p h a t er e m o v a lb a c t e r i a ，d p b ) 优势菌属，它们能以n 0 3 - - n 作 为电子受体，利用内碳源( 聚p 羟基丁酸，p h b ) ，通过“一碳两用 方式同时实 现反硝化脱氮和除磷作用。显然，反硝化除磷理论打破了传统脱氮除磷机理所认 为的脱氮除磷必须分别由专性反硝化菌和专性聚磷菌来完成的理念，使得除磷和 反硝化脱氮过程用同一类微生物来实现，这对生物脱氮除磷机理认识是一重大突 破和飞跃。反硝化同步除磷工艺以n 0 3 - n 作为最终电子受体进行反硝化吸磷反 应，与传统的脱氮除磷工艺相比，c o d 消耗量可节省5 0 ，氧气消耗量降低3 0 ， 污泥产生量减少5 0 i 弘5 。 目前大型城市污水处理厂已经形成较为成熟的除磷脱氮工艺，如a 2 o 、u c t 和m u c t 等，但在实际工程应用中效果不稳定，且由于采取污泥和混合液回流措 施，占地面积较大，能耗较高。中小型污水处理中多选用氧化沟、u n t a n k 、s b r 及m s b r 等，由于工艺本身不是专门为除磷脱氮功能设计的，实际运行中除磷脱 氮效率不高。在反硝化同步除磷理论的指导下很好地解决传统脱氮除磷工艺中存 在的矛盾关系和弊端，开发高效节能、清洁、符合我国国情的脱氮除磷新工艺是 废水生物脱氮除磷技术研究的重要方面。 1 2 研究目的及意义 随着计算机模拟技术发展，以及多种活性污泥模型及其衍生模型的提出，活 性污泥系统以及生化代谢过程的模拟和优化已成为国内外废水处理技术研究与开 发非常活跃的领域。本论文基于已有的生物脱氮除磷生物化学原理，结合活性污 泥数学模型和生物代谢模型等，开展反硝化同步吸磷的动力学研究，借助计算机 仿真技术对连续流单污泥系统m s b r 工艺进行优，强化系统的反硝化脱氮除磷效 果：同时考虑活性污泥的微生物群落结构，为构建反硝化同步除磷的适宜菌群提 供参考信息。论文研究的意义主要体现在以下几个方面： 基于混合v f a 厌氧代谢模型和好氧缺氧代谢机理，耦合活性污泥a s m2 d 除碳脱氮部分，建立新的活性污泥生物吸磷耦合模型，将推动废水生物水处理模 型的发展； 借助活性污泥间歇性试验开展不同因素对聚磷菌厌氧、好氧和缺氧代谢动 力学特性影响的研究，以及好氧和缺氧代计量学的比较研究，将为活性污泥数学 模型发展和参数确定提供实验依据； 利用新建的活性污泥生物除磷耦合模型和m s b r 工艺数学模型，对e b p r 系统工艺运行参数进行优化以强化系统的反硝化除磷作用，将为e b p