自動呼吸-滴定測量系統(tǒng)開發(fā)及其在監(jiān)測短程硝化-反硝化中的應用.pdf

1、自動在線監(jiān)測方法和儀器是現(xiàn)代廢水生物處理過程控制的關鍵基礎。自動滴定測量儀被認為是一種良好的在線測量儀器,其開發(fā)及應用是國內(nèi)廢水生物處理領域亟待填補的空白。論文開發(fā)了一套自動滴定測量系統(tǒng),并與實驗室之前開發(fā)的混合呼吸測量儀進行集成,形成一種新型呼吸-滴定測量儀。設計多種試驗對儀器性能進行了充分測試,并在實驗室SBR反應器實現(xiàn)生物短程脫氮過程的監(jiān)測和控制中進行了應用,得到如下主要研究成果和結(jié)論:
　　 (1)自動滴定測量部分主要有

2、反應器系統(tǒng),數(shù)據(jù)采集與保存系統(tǒng)和藥品自動投加系統(tǒng)組成。自動滴定測量有兩種實現(xiàn)方法:一種是使用1支pH電極測量系統(tǒng)pH值,對整個系統(tǒng)固定pH值進行“定點”滴定,稱為“單pH電極批式滴定測量法”；一種是使用2支pH電極,分別放在測量室的入口和出口處,通過判斷出口pH值和入口pH值的一致性對測量室進行滴定,命名為“雙pH電極連續(xù)滴定測量方法”,這種滴定方式是對第一種的改進,使用范圍更廣,現(xiàn)實意義更大。兩種方式的硬件系統(tǒng)組成相同,在LabVie

3、w平臺上對應開發(fā)了兩種應用程序。
　　 (2)基于LabVIEW開發(fā)的呼吸一滴定測量軟件提高了所開發(fā)儀器的自動化程度,降低了滴定測量和呼吸測量的操作難度；采用7階中值濾波技術(shù)消除干擾信號和5階滑動均值濾波技術(shù)對測量數(shù)據(jù)進行平滑處理,提高了測量結(jié)果的精度；通過pH讀數(shù)延遲校正,提高了雙pH電極連續(xù)滴定測量方法的準確度。
　　 (3)在清水中通過人為投加藥品模擬系統(tǒng)質(zhì)子變化,從“總量”一致和“速率”一致兩個角度設計試驗評估了

4、滴定測量的準確度和精確度?！翱偭俊币恢略囼灲Y(jié)果顯示:在1L反應器中,當pH設定值分別為7.934±0.03,7.5±0.03,7.0±0.03,6.5±0.03,6.0±0.03時,平均滴定誤差除pH設定值為7.93時的誤差為負數(shù)(-9.47％)外,其它均為正誤差,數(shù)值在7.26-11.25％之間波動,重復試驗的CV在2.41％-4.69％之間；將pH設定值固定在7.0±0.03,分別在0.5L,1L、2L和3L反應器中進行滴定試驗,滴

5、定平均誤差分別為0.52％,3.18％、-5.08％和-9.16％,重復試驗的變異系數(shù)CV在3.86％到5.4％之間。試驗結(jié)果表明大反應器因動態(tài)效應顯著,影響測試準確度,在較小的反應器中,滴定準確度和精確度均較高。
　　 (4)“速率”一致試驗包括兩臺微量泵互跟蹤滴定試驗和蠕動泵投加造成系統(tǒng)動態(tài)變化的滴定試驗:兩臺微量泵互跟蹤滴定試驗結(jié)果顯示,滴定總量誤差在-4.16％到2.51％之間,平均誤差為-0.68％,滴定速率平均誤差為

6、0；蠕動泵投加造成系統(tǒng)動態(tài)變化的滴定試驗結(jié)果顯示,pH設定值為6.5、7、7.5、8和8.5下的滴定速率同投加速率的平均相對誤差依次是-2.29％、-2.34％、-2.31％、-1.53％和-0.86％,滴定速率幾乎與投加速率重合。這些結(jié)果證明了自動滴定測量儀能夠及時準確地測量系統(tǒng)質(zhì)子變化速率。
　　 (5)開發(fā)自動呼吸-滴定測量儀的目的是應用于廢水生物處理過程動態(tài)監(jiān)測,通過應用自動呼吸-滴定測量儀監(jiān)測活性污泥硝化過程來驗證兩種

7、滴定測量方式測試性能。對于單pH電極批式滴定測量方式,在1L的反應器中改變NH4+-N濃度分別為1.67、3.33、8.33、16.66和30.00mg/L下實測氨氧化量與質(zhì)子產(chǎn)生量的比值與其理論值2的相對誤差在2.09％～6.34％之間；保持NH4+-N濃度16.66mg/L,在1、2、3和4L的反應器中實測比值相對誤差在2.09％～18.57％之間,隨反應器體積增大而明顯增大。反應器系統(tǒng)中的碳酸氫鹽和氨鹽緩沖體系,特別是在較大容積反

8、應器中的滴定動態(tài)效應是導致測試誤差的重要因為。在硝化動態(tài)過程試驗中,對活性污泥硝化過程定時取樣、實測NH4+-N濃度,比較其與基于HPR或OUR計算的NH4+-N濃度間的一致程度,評估自動滴定測量裝置測試硝化過程動態(tài)的性能。在初始NH4+-N濃度分別為20和25mg/L的間歇試驗中,基于OUR計算的NH4+-N濃度與實際濃度間的相關系數(shù)分別為0.9967和0.9972,基于HPR計算NH4+-N濃度與實際濃度間的相關系數(shù)分別為0.999

9、1和0.9992,表明OUR和HPR均能及時準確地反映硝化過程的動態(tài)特性。
　　 (6)對于雙pH電極連續(xù)滴定測量方式,在NH4+-N底物濃度分別為3、4.5、6、7.5、9和10.5mg/L下,基于OUR和HPR計算的NH4+-N濃度與實際濃度間均表現(xiàn)為良好的線性關系,相關系數(shù)分別為0.9982和0.9968,試驗結(jié)果顯示,pH、DO、OUR和HPR信號均能對硝化過程結(jié)束點做出明確指示,并且基于OUR和HPR的判斷比DO和pH

10、更加靈敏。
　　 (7)把自動呼吸-滴定測量儀應用于實驗室SBR好氧時段控制上,以實現(xiàn)短程硝化反硝化脫氮。首先考察了應用雙pH電極連續(xù)滴定測量方式在線測量HPR的可行性,結(jié)果顯示HPR可同時用于硝化過程控制和NH4+-N組分濃度動態(tài)估計。之后采用pH和HPR作為主要控制信號,實時控制SBR以實現(xiàn)短程脫氮。經(jīng)過約20d的運行后SBR內(nèi)的亞硝酸鹽積累率上升到了50％,進入了短程硝化反硝化狀態(tài)；運行約40d后亞硝酸鹽積累率達到88％并