反硝化除磷过程中污泥红外光谱特征解析

发布时间：2017-10-31 06:04

  本文关键词：反硝化除磷过程中污泥红外光谱特征解析

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【摘要】：传统生物脱氮除磷工艺中,除磷和脱氮的主要矛盾体现在对COD的竞争利用上。而反硝化除磷工艺同时进行反硝化和除磷,达到一碳两用,有效实现了低碳源城市污水的同步脱氮除磷。本试验使用SBR反应器,通过厌氧-好氧、厌氧-沉淀排水-缺氧、厌氧-缺氧三个步骤富集反硝化除磷菌,使系统在厌氧-缺氧交替运行条件下稳定运行。研究了污泥龄、进水COD浓度和缺氧段硝酸盐投加量对反硝化除磷系统的影响。并利用傅里叶变换红外光谱,对反硝化除磷菌细胞内的PHB(poly-β-hydroxy butyrate,聚-β-羟基丁酸酯)、Gly(Glycogen,糖原)、Poly-P(Polyphosphate,多聚磷酸盐)进行表征。使用光谱数据归一化预处理,光谱数据一阶导数预处理,光谱数据二阶导数预处理,光谱数据小波去噪预处理四种方法处理光谱数据。并对这四种预处理方法的处理结果进行比较。采用偏最小二乘法分别建立了光谱数据和PHB、Gly、Poly-P含量的模型。利用模型对PHB、Poly-P的预测结果,对反硝化除磷系统缺氧段PO_4~(3-)-P的去除率与PHB的减少量,整个周期内Poly-P变化量与PO_4~(3-)-P变化量的相关关系做了研究。本试验主要结论有:1.污泥龄维持在12~15 d,进水COD浓度维持在200~250 mg/L,缺氧段开始投加的硝酸盐浓度维持在45 mg/L。此时反应器的除磷效果最佳。2.在反硝化除磷系统内活性污泥的红外光谱中,PHB的光谱特征体现峰为波数1730 cm~(-1)处,Gly的光谱特征体现峰为波数1020 cm~(-1)处,Poly-P的光谱特征体现峰为波数1261 cm~(-1)处。3.使用光谱数据归一化和小波去噪结合的预处理效果最好。模型对PHB、Gly、Poly-P含量的预测值与其实测值之间的相关系数分别为0.9241、0.9220、0.8949,预测时均方根误差分别为1.1289、0.7289、0.0389。4.缺氧段PO_4~(3-)-P的去除率与PHB的减少量的相关系数为0.9790,整个周期内Poly-P变化量与PO_4~(3-)-P变化量的相关系数为0.9581。研究表明,反硝化除磷工艺中微生物细胞内聚合物的变化可以通过快速检测红外光谱所建立的PLS模型进行预测,并可以进而预测PO_4~(3-)-P的去除率。红外光谱结合化学计量学方法可以用于对反硝化除磷系统的研究。
【关键词】：反硝化除磷 傅里叶变换红外光谱 小波去噪 偏最小二乘法
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 研究背景14
• 1.2 反硝化除磷技术基本理论14-19
• 1.2.1 传统生物除磷理论14
• 1.2.2 反硝化除磷理论14-15
• 1.2.3 反硝化聚磷的化学过程15
• 1.2.4 反硝化除磷过程的影响因素15-19
• 1.3 细胞内聚合物19-21
• 1.3.1 多聚磷酸盐（Polyphosphate，Poly-P）19-20
• 1.3.2 糖原(Glycogen，，Gly)20
• 1.3.3 聚羟基链烷酸酯（Polyhydroxyalkanoates，PHAs)20-21
• 1.4 傅里叶变换红外光谱21-23
• 1.4.1 红外光谱的基本介绍21
• 1.4.2 红外光谱表示方法21-22
• 1.4.3 基线校正22
• 1.4.4 背景扣除22
• 1.4.5 光谱归一化22
• 1.4.6 解析红外光谱的化学计量学方法22-23
• 1.4.7 红外光谱技术在水环境方面的应用23
• 1.5 研究内容23-24
• 1.6 技术路线和创新点24-26
• 第二章 试验材料及方法26-30
• 2.1 试验反应器26-27
• 2.2 试验用水27
• 2.3 分析方法和指标27-30
• 2.3.1 测量仪器27-28
• 2.3.2 水样预处理过程28
• 2.3.3 水样测定指标及方法28-29
• 2.3.4 细胞内物质测定方法29-30
• 第三章 反应器的启动与运行30-42
• 3.1 污泥的驯化与培养30
• 3.2 适应驯化期反应器运行状况30-32
• 3.2.1 适应驯化期内COD变化30-31
• 3.2.2 适应驯化期内PO_4~(3-)-P变化31-32
• 3.3 DPB富集期反应器运行状况32-34
• 3.3.1 DPB富集期内PO_4~(3-)-P去除率与NO_3~(-)-N去除率变化32-33
• 3.3.2 缺氧段脱氮量与除磷量关系33-34
• 3.4 典型周期反应器运行状况34-36
• 3.4.1 典型周期基本水质指标变化特征34-35
• 3.4.2 典型周期细胞内聚合物变化特征35-36
• 3.5 典型周期活性污泥红外光谱36-42
• 第四章 红外光谱定量分析模型的建立42-63
• 4.1 样品的采集42
• 4.2 光谱数据的预处理42-46
• 4.2.1 光谱归一化42-43
• 4.2.2 一阶导数光谱43-44
• 4.2.3 二阶导数光谱44-45
• 4.2.4 小波去噪光谱45-46
• 4.3 PHB定量分析模型的建立46-51
• 4.3.1 预处理方法的比较46-47
• 4.3.2 PLS模型的建立47-49
• 4.3.3 PLS模型的验证49-51
• 4.4 Gly定量分析模型的建立51-56
• 4.4.1 预处理方法的比较51-52
• 4.4.2 PLS模型的建立52-53
• 4.4.3 PLS模型的验证53-56
• 4.5 Poly-P定量分析模型的建立56-61
• 4.5.1 预处理方法的比较56-57
• 4.5.2 PLS模型的建立57-58
• 4.5.3 PLS模型的验证58-61
• 4.6 PHB减少量与PO_4~(3-)-P去除率的定量关系61
• 4.7 Poly-P变化量与PO_4~(3-)-P的变化量的定量关系61-63
• 第五章 结论与展望63-64
• 5.1 结论63
• 5.2 展望63-64
• 参考文献64-70
• 致谢70-71
• 作者简介及读研期间主要科研成果71

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本文编号：1121075