[發(fā)明專(zhuān)利]一種評(píng)價(jià)厭氧氨氧化顆粒污泥上浮的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010130190.4
• 申請(qǐng)日: 2020-02-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111320267B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐崇儉;譚浩;唐溪;柴立元;閔小波;程義;王云燕;馮帆;劉治功
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/15
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/15;C02F3/28;G06F17/18
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 歐陽(yáng)迪奇

本發(fā)明公開(kāi)了一種評(píng)價(jià)厭氧氨氧化顆粒污泥上浮的方法，屬于廢水生物脫氮領(lǐng)域。基于顆粒污泥傳質(zhì)過(guò)程受限導(dǎo)致顆粒內(nèi)細(xì)菌饑餓、裂解從而形成氣腔、發(fā)生上浮的機(jī)理，將反應(yīng)?擴(kuò)散方程與生物生長(zhǎng)/衰減過(guò)程耦合，建立了定量計(jì)算顆粒氣腔大小和評(píng)估上浮行為的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)測(cè)定反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)濃度以及顆粒污泥的粒徑，即可通過(guò)模型計(jì)算反應(yīng)器厭氧氨氧化顆粒內(nèi)部的氣腔體積，比較顆粒污泥所受的浮力與重力，進(jìn)而準(zhǔn)確判定厭氧氨氧化顆粒污泥是否上浮。本發(fā)明提供了一種便捷、快速判定厭氧氨氧化顆粒污泥上浮的方法，可在厭氧氨氧化工藝中廣泛應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及廢水生物脫氮技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及顆粒污泥上浮的評(píng)價(jià)與控制。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人們的生活水平快速提高，越來(lái)越多的含氮化合物排入水中，水體氮素污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，對(duì)環(huán)境水生態(tài)造成了嚴(yán)重影響，破壞了人與自然的和諧。氨氮進(jìn)入水體后，可使湖泊富營(yíng)養(yǎng)化，造成藍(lán)藻、綠藻等藻類(lèi)爆發(fā)，耗盡水體中的溶解氧，使水生動(dòng)植物死亡，水生生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞。同時(shí)，氨氮排入水體中，可與水中其他物質(zhì)反應(yīng)生成多種有毒物質(zhì)，嚴(yán)重危害水質(zhì)安全。傳統(tǒng)的生物脫氮過(guò)程如硝化、反硝化存在脫氮速率不高，需氧量大以及需添加有機(jī)物以提供電子供體等不足，這無(wú)形增加了運(yùn)行成本限制其運(yùn)用。

厭氧氨氧化(Anammox)可在缺氧條件下以亞硝酸鹽為電子受體將氨直接氧化為氮?dú)猓且粋€(gè)完全自養(yǎng)脫氮過(guò)程，該過(guò)程無(wú)需添加有機(jī)物和曝氣，因而可大大降低能耗和運(yùn)行費(fèi)用，且剩余污泥產(chǎn)量少，容積效能高，據(jù)報(bào)道其容積氮去除負(fù)荷高達(dá)77kg/(m³·d)，可大大降低廢水處理成本及減少反應(yīng)器的占地面積，因而被公認(rèn)為迄今最具可持續(xù)發(fā)展特性的廢水脫氮技術(shù)。目前已在污泥壓濾液、垃圾滲濾液、味精廢水、制藥廢水等領(lǐng)域獲得了應(yīng)用，顯示了良好的應(yīng)用潛力。

在厭氧氨氧化反應(yīng)器的運(yùn)行過(guò)程中特別是在上流式厭氧氨氧化顆粒污泥反應(yīng)器中，存在顆粒污泥上浮到水面的現(xiàn)象，通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)這些上浮的厭氧氨氧化顆粒污泥粒徑較大、表面鮮紅色顏色較淺，結(jié)構(gòu)蓬松，顆粒內(nèi)部含有空洞。顆粒污泥上浮會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)污泥大量流失，這嚴(yán)重影響到了反應(yīng)器的脫氮性能和長(zhǎng)期的穩(wěn)定運(yùn)行。此外，上浮的污泥可能會(huì)堵塞出水管道導(dǎo)致反應(yīng)器運(yùn)行故障。深入研究還發(fā)現(xiàn)，顆粒內(nèi)部空洞的形成是導(dǎo)致顆粒上浮的主要原因，究其原因主要是顆粒內(nèi)部空洞的形成造成了顆粒密度變小，當(dāng)小于水的密度時(shí)顆粒便會(huì)上浮。隨著粒徑的增長(zhǎng)或?qū)τ谳^大顆粒，由于基質(zhì)在顆粒內(nèi)部反應(yīng)-擴(kuò)散，會(huì)導(dǎo)致顆粒內(nèi)部濃度偏低，當(dāng)?shù)陀谀撤N程度時(shí)，顆粒中心內(nèi)的菌體得不到有效基質(zhì)，無(wú)法完成生長(zhǎng)、代謝過(guò)程，隨后菌體開(kāi)裂解、自溶最后釋放空間形成空洞。此外由于顆粒內(nèi)部的一些氣道堵塞，基質(zhì)充足處的菌體產(chǎn)生的一部分氣體被陷在空洞內(nèi)形成氣腔；與此同時(shí)，另一部分氣體沿著未被堵塞的氣腔將釋放到顆粒外界。因而如能有效地確定出空腔大小并調(diào)控，便能有效地控制顆粒上浮。

數(shù)學(xué)模型是一個(gè)十分有用的工具，也是刻畫(huà)客觀規(guī)律的一種形式。通過(guò)建立模型，能夠模擬我們不能直接觀察到的現(xiàn)象，量化影響因子與目標(biāo)變量之間的關(guān)系，以幫助我們對(duì)反應(yīng)機(jī)理的理解，同時(shí)也為反應(yīng)器的運(yùn)行、優(yōu)化和設(shè)計(jì)提供幫助。然而目前量化空腔大小和顆粒上浮模型都是基于經(jīng)驗(yàn)擬合公式或不能有效地描述顆粒實(shí)際上浮情況，因而其運(yùn)用被限制。

基于上述過(guò)程，通過(guò)建立合適的數(shù)學(xué)模型來(lái)評(píng)價(jià)厭氧氨氧化顆粒污泥的上浮，對(duì)顆粒污泥的上浮控制有重要作用。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服目前顆粒實(shí)際上浮情況不能被經(jīng)驗(yàn)公式準(zhǔn)確的描述，導(dǎo)致無(wú)法正確的調(diào)控顆粒上浮的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能夠準(zhǔn)確有效的對(duì)顆粒上浮情況進(jìn)行計(jì)算的評(píng)價(jià)厭氧氨氧化顆粒污泥上浮的方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，

一種評(píng)價(jià)厭氧氨氧化顆粒污泥上浮的方法，包括以下步驟：

步驟一：基于傳質(zhì)限制導(dǎo)致顆粒內(nèi)部菌體自溶形成空腔機(jī)理，得到空腔邊緣菌體生長(zhǎng)速率小于衰減速率的數(shù)學(xué)表達(dá)式，進(jìn)而計(jì)算得到形成空腔的臨界基質(zhì)濃度；