活性污泥数学模型中异养菌产率系数的测定.pdf

第一作者 宋文清 女 1976 年生 硕士 主要研究方向为水污染控制 国家自然科学基金重点资助项目 No 50138010 活性污泥数学模型中异养菌产率系数的测定 宋文清 杨海真 同济大学 污染控制与资源化研究国家重点实验室 上海 200092 摘要 活性污泥数学模型常被用于预测污水处理厂中的生物过程 模型中异养菌产率系数YH对其他组分的测定值有显著的 影响 目前 测定YH的主要方法有序批式活性污泥法和序批式呼吸计量法 在序批式呼吸计量法中 起始 F M 值的选择十分关键 以醋酸钠为底物 对这两种方法进行了分析比较 序批式呼吸计量法为文章的推荐方法 关键词 活性污泥数学模型 异养菌产率系数 活性污泥法 呼吸计量法 耗氧速率 国际水污染控制协会 IAWQ 提出的活性污泥 数学模型系列 ASM1 ASM2 ASM3 已成为活性 污泥过程模型研究及相关软件开发的基础 模型中 参数众多 参数的数值差异较大 参数的测定是模型 实际应用的关键 异养菌产率系数 YH为异养微生物的生长速率 与底物的降解速率之间的比例系数 定义为每氧化 污水中 1 g COD 形成的细胞 COD 量 YH不仅影响 到污泥产率和需氧量的计算 而且对某些污水组分 和动力学参数的计算也影响显著 1 如果计算过程 中选用的产率系数不正确 将直接导致其他参数计 算结果的错误 因此 YH的精确测量非常重要 表 1 为有关文献报道的 YH的测量值 表 1 文献报道的异养菌产率系数值 2 3 参数名称 IAWPRCDoldEkamaSolfrank YH0 670 6660 670 64 本文以典型性易生物降解物质醋酸钠溶液 加 入适量的 N P 作为底物 采用两种不同的试验方 法测定 YH 并对这两种方法进行比较 1 理论基础和试验方法 1 1 序批式活性污泥法 在活性污泥系统中 污水中被消耗的溶解性有 机物一部分用于微生物的呼吸 转化为 CO2和 H2O 另一部分则被有机物吸收合成为新细胞 因 此 可以通过可溶底物去除过程中观察细胞物质生 成量来估计 YH 间歇测得活性污泥系统中微生物 COD 的增长值和溶解性有机物的减少值 两者之比 就是降解单位溶解性有机物合成的细胞 COD 量 即 YH 首先将废水沉淀 并用 0 45 m 滤膜滤去颗粒 性物质 将滤液置于批量反应器中 用少量已经驯化 并经蒸馏水充分冲洗的污泥接种 用砂头曝气对泥 水混合物进行充氧搅拌 起始时测定不经过滤的混合液水样的 COD 浓 度 CODT1 以及滤液中的 COD 浓度CODS1 反应器 内泥水混合物在恒温条件下曝气 24 h 后 再次测定 混合液COD 浓度 CODT2和滤液 COD 浓度 CODS2 可知 反应前细胞 COD 为 CODT1 CODS1 反应后细胞 COD 为 CODT2 CODS2 细胞 COD CODT2 CODS2 CODT1 CODS1 1 溶解性 COD CODS1 CODS2 2 YH 细胞 COD 深解性COD CODT2 CODS2 CODT1 CODS1 CODS1 CODS2 3 本次试验中 试验装置为一个 5 L 的批量反应 器 试验所用水样为醋酸钠单底物人工配水 醋酸钠 溶液完全溶解 可以省去过滤步骤 1 2 序批式呼吸计量法 Sollfrank 等 4 提出采用序批式呼吸计量法测 定 Y H 将一定量的污泥置入完全混合反应器中 加 入 AT U 丙烯基硫脲 使其在反应器内的质量浓度 达到 20 mg L 以抑制自养菌的活动 监测反应器内 溶解氧的变化情况 待污泥到达内源呼吸状态 即耗 氧速率恒定 时 加入一定量的污水 将反应器密封 连续测定反应器内溶解氧的变化 结果如图 1 所示 由式 4 求得 YH CODDeg OURt OURe dt COD Deg 4 253 宋文清等 活性污泥数学模型中异养菌产率系数的测定 图 1 异养菌耗氧速率曲线图 1 耗氧速率 OU R 曲线 2 内源呼吸曲线 式中 COD Deg为废水中降解掉的 COD mg L 可通 过测定实验进水 COD 与出水中溶解性 COD 之差 求得 OURt 为任一时刻的耗氧速率 mg L h OURt OURe dt 为微生物利用有机物为能源 进行呼吸时利用的氧量 即未结合为新微生物细胞 的 COD OURe 为内源呼吸耗氧速率 在序批式呼吸计量法中 F M 定义为底物与 污泥VSS 浓度之比 的取值对试验的持续时间和准 确度有着相当重要的影响 在污泥浓度相同时 如 F M 过高 1 00 有机物在短时间内不易降解完 成 OUR 曲线长时间维持在高水平状态 同时污泥 自身的生长显著 即试验起始和结束时反应器内污 泥浓度发生较大的变化 从而提高了终结时的 OURe 影响了数学积分的准确性 如 F M 取值过 低 0 01 曲线无法在高响应阶段维持必要的时 间 从试验开始便出现连续陡降 容易出现积分 误差 图 2 是几种不同 F M 情况下的曲线相对位置 图 2 改变F M对反应器内OUR曲线的影响 1 F M太低 VSS浓度太高 2 F M和VSS浓度合适 3 F M 太高 VSS 浓度太低 本次试验中 采用一个容积为 1 16 L 的批量反 应器 通过曝气头向反应器内充氧 用恒温磁力搅拌 器对反应器内溶液进行搅拌 达到完全混合 溶解氧 用德国 WT W 公司的 Oxi197 s 溶氧仪测定 并用电 脑自动记数 见图 3 控制反应起始 F M 在 0 05 左右 使反应能在短时间内完成 图 3 序批式呼吸计量反应器示意图 1 磁力搅拌器 2 曝气机 3 曝气头 4 橡皮密封塞 5 排气管 6 密封阀门 7 溶解氧探头 8 溶解氧显数仪 9 电脑 2 试验结果 2 1 采用序批式活性污泥法测定结果 在 5 L 的批量反应器中加入 2 000 mL 配制好 的醋酸钠溶液 加入适量的 N P 该溶液的 COD 252 mg L 分别加入不同量经蒸馏水充分冲洗的污 泥 测定反应器内泥水混合物总 COD 和过滤液 COD 保持 20 恒定温度 曝气反应 24 h 后再测定 反应器内泥水混合物的总 COD 和过滤液 COD 依 式 3 计算 YH 结果如表 2 所示 表 2 序批式活性污泥法测定 YH的结果 mg L 水样 编号 CODT 1CODS1CODT2CODS2YH 1364296238750 43 2618184577390 72 3625196594440 80 4632205556460 52 5868164782400 69 2 2 采用序批式呼吸计量法测定结果 在间歇 OUR 反应器中按一定的 F M 加入一 定量的污泥和配制好的醋酸钠溶液 加入适量的 N P 醋酸钠溶液的 COD 252 mg L 保持温度为 20 投加一定量 AT U 使其在反应器内的质量浓度 为 20 mg L 在反应器内按一定的比例投加污泥和 醋酸钠溶液 补充蒸馏水使反应器内空气排出 进行 多次平行试验 待反应器内污泥活动达到内源呼吸 水平 图 4 至图 6 为几次试验得出的 OUR 变化 曲线 图 4 F M 0 08 时的 OUR曲线图 254 环境污染与防治 第 26 卷 第 4 期 2004 年 8 月 图 5 F M 0 03时的OUR曲线图 图 6 F M 0 05时的 OUR 曲线图 根据 OUR 曲线与内源呼吸线围成的积分面积 及反应器内醋酸钠溶液的 COD 浓度 即可利用公 式 4 算得 YH 见表 3 表 3 序批式呼吸计量法测得的 YH值 醋酸钠溶液 mL污泥量 mL F M YH 595600 0 1000 72 480600 0 0800 70 330680 0 0600 71 254800 0 0300 70 97700 0 0140 65 3 分析与讨论 比较两种 YH的测定方法 序批式活性污泥法 所用设备简单 不需密封反应器 不需溶氧仪 然而 通过多次试验发现 该法测得的 YH值在 0 43 0 80 十分不稳定 即使同一反应条件 即所加污泥 体积相同 得到的 YH值也不相同 由于短时间内 污泥增长和溶解性有机物的降解不显著 所以反应 过程一般控制在 24 h 左右 持续时间长 可能会导 致反应结束时污泥已经处在内源呼吸阶段 所测得 的值并不能反映实际的污泥增长量 产生试验误差 综上所述 笔者不认为序批式活性污泥法为测定 YH 的有效方法 序批式呼吸计量法对试验设备的要求高于序批 式活性污泥法 要求反应器密封 溶氧仪的精度高 选择合适的反应器内初始 F M 值 得到的测定结 果稳定 YH值在 0 65 0 72 精确度高 测定时间 较序批式活性污泥法短 一般当 F M 在 0 05 左右 时 污泥在 3 h 内即可到达内源呼吸阶段 因此 序 批式呼吸计量法可以作为测定 YH的可靠方法 本次试验所得出的异养菌产率系数 YH值略高 于文献中的参考值 可以认为由底物醋酸钠溶液为 典型性易生物降解物质所致 4 结 论 1 在活性污泥数学模型中 YH的精确测量对 其他参数的确定有重要的意义 2 目前 YH的测定方法主要有序批式活性污 泥法和序批式呼吸计量法 3 序批式活性污泥法所需设备简单但测定数 据不稳定 只能作为估算 YH的一种方法 序批式呼 吸计量法测定的 YH精度高 因此序批式呼吸计量 法为本文测定 YH的推荐方法 参考文献 1 张 晶 姚重华 活性污泥过程模型中的动力学参数 大连铁道 学院学报 1998 19 2 94 97 2 国际水协废水生物处理设计与运行数学模型课题组 活性污泥数 学模型 张亚雷 李咏梅译 上海 同济大学出版社 2002 3 黄 勇 杨铨大 生物处理动力学参数测定研究 中国环境科学 1996 16 2 123 127 4 Sollfrank U Gujer W Characterization of domestic wastewater for mathematical modeling of the activated sludge process Wat Sci T ech 1991 23 1057 1063 责任编辑 闵 怀 修改稿收到日期 2004 01 12 全球近岸海域缺氧区在逐年扩大 据 2004年 3月 31 日联合国环境规划署 U NEP 发表的 2003 年全球环境展望年鉴 全球近岸海域缺氧的 死亡区域 已 经增加到 70 000km2 是 1994 年数量的一倍 若水中溶解氧浓度低于 2mg L 成年鱼会窒息 孵卵生境遭受破坏 海洋生物 学家评论说 过度捕捞曾是 20 世纪海洋渔业资源衰减的主要原因 而 21 世纪促使渔业资源继续减少的主要原因将会是海水 缺氧 目前全球近岸海域缺氧区域已增加到 146 处 发展中国家人口剧增并使用大量化肥 城市污水和废气也排放更频 促使 近岸海域水质不断恶化 藻类疯长 死亡后消耗氧气 缺氧 死亡区域 逐年扩大 255 宋文清等 活性污泥数学模型中异养菌产率系数的测定 balance of reactivity and economic benefits The effect was the best when the pH of solution around7 The reaction of photo catalysis for aniline in this system was effective and it was in conformity with the first order kinetics law in appear ance Keywords Titanium dioxide Nanocomposite Photocatalytic degradation Aniline Measurement of yield coefficient of heterotrophic biomass in activated sludge models Song Wenqing Yang Haizhen State KeyLab ofPollution Control and Resource Reuse Tongji Univ Shanghai 200092 Activated sludge models are often used to predict the behavior of biological wastewater treatment plants Yield coefficient of heterotrophic biomass affects the value of other parameters in models The mostly used methods to deter mine YHare batch activated sludgemethod and batch respirometric method It is important to choose an appropri ate F M ratio in batch respirometric method In this paper two methods are compared T he batch respirometric method is recommended Keywords Activated sludge medel Yield coefficient of heterotrophic biomass Activated sludge method Respirometric method Oxygen update rate OUR Treatment of4 chlorophenol in aqueous by catalyzed ozonation with manganese ore Li Haiyan Shi Yintao Xia Dongsheng Zeng Qingfu The Research Centre of Environmental Science W uhan In stitute of Science and Technology Wuhan H ubei430073 The removal efficiency of4 chlorophenols by ozone oxi dation with manganese ore was studied The intermediates and final products were analyzed by micellar electrokinetic capillary chromatography and GC M S The possible mecha nisms were discussed Keywords Manganese ore Catalyze Ozone 4 chlorophenol Study on the mechanism model of enhanced biological phosphorus removal Wu Guangxue Guan Yuntao Jiang Zhanpeng Shi Shaoqi Department of Environmental Science and Engineering T s inghua University Beij ing100084 The mechanism model of enhanced biological phospho rus removal that using acetate and glucose as the typical substrates was discussed further analyzed some relative questions and provided some subjects needed to be re searched Keywords Enhanced Biological Phosphorus Removal EBPR PolyphosphateAccumulatingOrganisms PAO Glycogen Accumulating Organisms GAO Lactic Acid Producing Organisms LPO Mechanism model Review Occurrence and degradation of nonylphenol and nonylphenol ethoxylates in sewage sludge and soil Shen Gang Yu Gang Zhang Zuling Department ofEnvironmental Science and Engineering POPsResearchCenter T singhuaUniversity Beij ing 100084 Nonylphenol ethoxylates widely used in commercial and household detergents can degrade during wastewater treatment process to more toxic and estrogenic compounds whichincludenonylphe