Carrousel氧化沟中的同时硝化/反硝化(SND)现象研究

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简介： 在没有很明显的缺氧及厌氧段的活性污泥工艺中，人们曾多次观察到同时硝化/反硝化现象。同时硝化/反硝化不需单独设置缺氧段，容易满足处理过程对碳源和碱度等条件的要求。对反应过程很好地进行分析，将使其应用范围更广泛。
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前　言

　　在没有很明显的缺氧及厌氧段的活性污泥工艺中，人们曾多次观察到同时硝化/反硝化现象。同时硝化/反硝化不需单独设置缺氧段，容易满足处理过程对碳源和碱度等条件的要求。对反应过程很好地进行分析，将使其应用范围更广泛。

1、Carrousel氧化沟中的同时硝化/反硝化现象

　　Carrousel氧化沟有很长的污泥龄，非常适合世代周期长的硝化细菌生长，进水pH值始终保持在7.0，污泥回流比1：1，系统中的污泥浓度MLSS在3000mg/L左右，污泥沉降比SV％70～85％，CODCr的去除率始终在95%以上。

　　Carrousel氧化沟溶解氧分布见图2，上层0.8～1.5mg/L，下层0.5～0.8mg/L，两个曝气叶轮之间的溶解氧浓度是逐渐降低的，且下层溶解氧低于上层，但各沟道内并没有明显地形成缺氧段。由图3各种形态氮变化可知，在6个沟道中氨氮始终保持很低的浓度，说明显著的硝化反应在这些沟道中发生，但TN在持续下降，硝态氮浓度基本保持不变，在沟道的各部分硝态氮的形成和消耗速度几乎相等，这就表明硝化及反硝化反应在Carrousel氧化沟中同时发生。

2、Carrousel氧化沟数学模型的建立

　　Carrousel氧化沟是推流式与完全混合式反应器的最佳结合。小试中叶轮1和2的转速较快，混合充分，将这两个反应区假设为理想的完全混合反应器。叶轮3转速较慢，只起推动水流的作用，基本未起到充氧的作用，因此叶轮2后的各沟道与叶轮1、2之间的各沟道均假设为理想的推流式反应器，模式见图4。

　　对于Carrousel氧化沟工艺，其中两个完全混合反应器等体积，V₁＝V₃=0.0125m³，溶解氧在1.0～1.5mg/L左右，为简化模型，在构建数学模型时分别将其规定为常数1.5和1.0mg/L。推流式反应器V₂＝0.0545m³，V₄＝0.14m³。Carrousel氧化沟工艺显著的特点是混合液体频繁的循环形成很高的混合液体循环率，取液内循环比R＝20，污泥回流比r=1。
　　根据活性污泥1号模型写出反应速率方程，对应于完全混合反应器和推流式反应器分别写出物料衡算方程。对应于每一反应器将各方程联立，便可组成一个多元微分方程组，即为单位微元的各种反应物反应的数学模型。以自养菌为例，CFSTR反应器中动力学反应方程式如下：

PF反应器中动力学反应方程式：

3、动态模拟

　　活性污泥模型中的动力学参数和化学计量学参数取ASM1中的推荐值，并根据实际温度对参数进行微调。采用龙格库塔法求解由4个反应器组成的微分方程组，从而得出模拟的出水水质(见图5～8)，模拟结果与实测数据之间较为吻合。

4、结论

　　4.1 Carrousel氧化沟各沟道内并没有明显地形成缺氧段，实验室小试数据显示硝化及反硝化反应在Carrousel氧化沟中同时发生；
　　4.2 Carrousel氧化沟中的叶轮和沟道反应区，实现了完全混合和推流式反应器的最佳结合。将叶轮1、2、两个反应区假设为完全混合反应器，叶轮2后的沟道及叶轮1、2之间的各沟道分别假设为推流式反应器，建立了Carrousel氧化沟的数学模型，即

　　4.3利用活性污泥1号模型进行动态模拟，模拟结果与实测值较吻合，验证了所建模型的正确性。