基于模型的六箱一体化工艺优化控制研究

分析了基于模型的六箱一体化工艺的优化控制.针对六箱一体化工艺周期运行的特点,提出了两种阶段时间控制策略:Fix_time策略和NO3_control策略,前者的阶段时间是固定的,后者的阶段时间是通过在线检测缺氧池中SNO3及其变化速率自动进行控制的,Fix_time策略包含7个待优化参数,NO3_control策略包含6个待优化参数.在同时考虑出水水质和运行能耗两个目标的前提下,对两种策略进行了多目标优化分析.结果显示:NO3_control策略相比于Fix_time策略更具适应性,在不同的进水条件下依然能够满足缺氧反硝化的时间要求,因此出水水质更好,同时运行能耗也较低.该研究结果表明:针对六箱一体化工艺设计的NO3_control策略能够进一步提升六箱一体化工艺的性能.

不同水培观赏植物对氮素的吸收动力学特性分析

为探究不同观赏植物应用于人工湿地时对氮素的去除能力,以观音竹等8种观赏植物为实验对象,水培驯化后采用耗竭法研究其对硝氮(NO_3^--N)和氨氮(NH_4^+-N)的吸收动力学特性。结果表明:8种植物对NO_3^--N和NH_4^+-N的吸收动力学特性有较大差异。观音竹对两种氮素的亲和力和吸收速率较大,能够适应广泛的氮素浓度;绿萝对两种氮素的吸收速率较大而亲和力较小,可以处理较高浓度氮素水体;白掌适宜处理高浓度NO_3^--N和广范围浓度NH_4^+-N,发财树则适宜处理广范围浓度NO_3^--N和高浓度NH_4^+-N;龟背竹适宜低浓度的氮素水体,可以作为湿地末端植物;栀子花可以处理低浓度NO_3^--N水体但对NH_4^+-N的去除能力较弱;红掌和吊兰的亲和力和最大吸收速率都较小,不适宜作为湿地植物。8种观赏植物中,大部分都具有亲氨性。

刚毛藻表流湿地裸藻水华的形成与消退

刚毛藻表流湿地(SFCW-CLA)可以有效富集农村分散式污水中的营养物,并回收刚毛藻及其中的微生物作为鱼饲料,但控制不当易发生裸藻水华.分别于2014年和2015年进行优势刚毛藻表流湿地试验(DCT)和全周期刚毛藻表流湿地试验(LCT),研究环境因子(温度和太阳辐照)、营养物(TN、TP、TIC和TOC)消耗速率与SFCW-CLA中刚毛藻和裸藻生长速率的关系;并通过人工气候箱微型试验研究SFCW-CLA裸藻水华的消退机制.实验结果表明,刚毛藻的生长速率与TN、TP和TIC的消耗速率均有关,相关系数和拒绝概率分别为(R=0.66,P=0.11)、(R=0.74,P=O.06)和(R=0.83,P=0.02);裸藻的生长速率与TN(R=-0.89,P=0.01)、TP(R=-0.86,P=0.01)和TIC(R=-0.91,P=0.00)的消耗速率负相关,裸藻浓度和TOC消耗速率(R=0.60,P=0.16)正相关.刚毛藻的生长与环境温度显著相关,与太阳辐照没有相关性,说明自然光照能满足刚毛藻的生长;裸藻的生长与环境温度和太阳辐照均没有相关性,但裸藻变态明显受到太阳辐照的影响,DCT和LCT中裸藻水华持续时间的差异可能与期间环境温度和太阳辐照的差异有关; SFCW-CLA中裸藻水华的消退还直接受到太阳虫和变形虫的捕食作用影响.

基于ASM2d的数学模型在六箱一体化工艺分析中的应用

以六箱一体化工艺为例,建立了基于ASM 2d(activated sludge process 2d,活性污泥工艺2d)的数学模型,并研究其在脱氮除磷中的应用.在HRT(水力停留时间)为16 h的工况下,利用灵敏度分析挑选了含有7个参数的待优化参数集,通过使用遗传算法优化校正函数的方式进行校正计算,获得了校正后的六箱一体化工艺模型,并在HRT为20和24 h下对该模型做了进一步验证.结果表明,校正后的模型对出水水质的预测性较好,在HRT为16 h下,出水ρ(CODCr)、ρ(TN)、ρ(TP)和ρ(NH4+-N)的模型计算值与实测值间的绝对差值较小,分别为1.96、0.83、0.06和0.24 mgL.在校正后模型的基础上,详细分析了HRT为20 h时各池中ρ(NH4+-N)、ρ(NO3--N)和ρ(PO43--P)在1个周期内的动态变化,指出了影响该工艺处理效果的主要原因(如碳源不足的问题),并与通过试验分析得到的结果基本一致.

五箱一体化活性污泥工艺的数学模拟与校正

对五箱一体化活性污泥工艺进行了数学模拟研究,针对模型中的动力学参数提出了一种迭代计算的校正方法。该方法结合了6个批式实验模拟(氨氮吸收速率AUR、硝氮吸收速率NUR、耗氧速率OUR、厌氧释磷速率PRR、好氧吸磷速率PUR_aerobic和缺氧吸磷速率PUR_anoxic)、灵敏度分析以及数学优化方法(遗传算法):通过迭代计算确定合适的污泥组分比例,完成对6个批式实验的模拟;灵敏度分析可以分别确定各个批式实验模拟中参数对模拟结果的影响程度,挑选待优化参数,完成参数识别;数学优化方法可以自动对参数进行校正。结果显示,校正后的模型对五箱一体化活性污泥工艺的模拟效果较好:6个批式实验的模拟值与测量值之间的平均相对误差(ARD)分别为5.65%、17.27%、6.02%、7.11%、13.07%和6.98%;30 d动态出水COD、NH+4-N、TN和TP的ARD值分别为4.72%、18.87%、9.45%和38.11%。研究结果表明,提出的迭代方法可以用来对活性污泥模型进行校正,而且校正效果较好。

水生蔬菜型湿地植物对氮、磷营养盐的吸收动力学

采用改进的常规耗竭法研究了6种蔬菜型湿地植物根系对氮、磷营养盐的吸收特征及差异。这6种植物根系对NH_4^+-N、NO_3^--N和H_2PO_4^-的吸收动力学特征均可采用Michaelis-Menten方程描述。结果表明:不同植物对氮、磷的最大吸收速率I_(max)和最小亲和力K_m有显著差异。6种植物对NH_4^+-N的吸收速率最大,对H_2PO_4^-的亲和力常数较小,所以当水体中氮、磷浓度较低时,优先选择吸收磷,但对铵态氮的吸收速率最快。通过对6种植物根系吸收氮、磷的最大吸收速率I_(max)和亲和力常数K_m的比较可知,空心菜根系拥有最大的I_(max)和最小K_m,说明空心菜能够适应任意浓度的水体净化,芋头I_(max)较低而K_m较大,说明芋头不适宜作为生态修复植物;韭菜适合高氮、磷水平的水体净化,可用作水体修复中的先锋植物,生菜适合低氮、磷水平的水体净化;雪里蕻适宜用于低P、低NH_4^+-N、高NO_3^--N水体修复,金花菜则是对高P、高NH_4^+-N、低NO_3^--N水平的污染水体处理效果相对较好;但考虑食用安全性问题,重金属含量可能超标,工程应用时需谨慎。