城市污水处理典型工艺N_2O的释放特征及减排策略研究

【摘要】随着城市水使用量及污水处理率的不断提高,城市污水处理厂N20的排放量将会不断增大。我国城市污水处理厂N20的研究不仅基础数据缺乏,且没有任何减排方法。本文给出了我国城市污水处理典型工艺N20的排放特征,研究了影响典型工艺N20排放的主要因素,构建出了N20排放量的计算模型,预测了未来10年我国城市污水处理厂N20的排放总量,并分别从国家和城市污水处理厂层面提出了城市污水处理N20的减排策略。本文首先采用了静态平衡箱法、气袋法和静态顶空法对典型工艺城市污水处理厂N20的释放强度及水中溶解态N20浓度进行了监测。研究结果表明,受硝化过程DO浓度过低以及反硝化过程DO存在的影响,好氧和缺氧处理单元(阶段)都会产生N20,它们都是控制各工艺N20产生的关键点位；四种典型工艺好氧处理单元(阶段)N20的吨水释放量分别占A2/O工艺的99.14%、A/O工艺的98.6%、氧化沟工艺的86.7%和SBR工艺的99.9%,是各工艺控制N20排放的关键点位。本文分别设计了A/O、氧化沟和SBR工艺N20排放的中试试验,通过调节各工艺主要运行参数,研究DO浓度和反硝化过程对进水碳源的利用率的改变对于典型工艺N20产生与排放的影响。研究结果表明,A/O工艺采用合适的好氧池曝气速率、氧化沟工艺采用先反硝化后硝化的运行模式并提高曝气转刷的转动速率、SBR工艺采用先进水搅拌后曝气的运行模式并提高曝气速率,能够有效地控制各工艺硝化过程和反硝化过程的DO浓度并提高反硝化过程对进水碳源的利用率,有利于减少典型工艺N20的产生与排放。本文利用基于遗传算法优化的BP人工神经网络建立了N20排放量的预测模型,实现了对2014年至2023年城市污水处理厂N20排放总量的预测。研究结果表明,所建立的GA-BP模型对于污水处理厂N20排放量的预测值与实测值之间的相关系数分别为0.91、0.95、0.98和0.99,可以实现对我国污水处理厂N20排放量的准确预测。预测结果显示,我国污水处理厂N20的排放总量将会从2014年的(1.32～4.67)×104吨增加到2023年的(2.17～7.64)×104吨。本文根据我国城市污水处理典型工艺N20排放特征及影响因素的研究结果,分别从国家和城市污水处理厂层面提出了城市污水处理典型工艺N20减排技术策略。国家控制城市污水处理厂N20排放的技术策略包括选取氧化沟工艺作为削减污水处理厂N2O排放的最优工艺以及推荐同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化等新工艺处理城市污水等；城市污水处理厂N20减排的技术策略包括合理地提高硝化过程的DO浓度、提高缺氧反硝化工段对进水碳源的利用率等。
【作者】孙世昌；
【导师】孙德智；
【作者基本信息】北京林业大学，生态环境工程，2014，博士
【关键词】城市污水处理厂；典型工艺；N2O；预测模型；减排策略；

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