黄铁矿基MFC-CW耦合系统反硝化动力学研究

研究比较了黄铁矿基双阳极MFC-CW在不同碳氮比(0和2.5)及初始硝酸盐浓度(7、14和28 mg/L)条件下上阳极和下阳极的反硝化速率,以及对不同阶段硝酸盐还原反应动力学的模拟,从动力学角度揭示系统自养-异养协同反硝化机理。结果显示:不同碳氮比下系统两阳极硝酸盐还原效果差异不大,而亚硝酸盐累积、硫酸盐生成的差别较大,两阳极处微生物群落组成相似,优势菌属的相对丰度受C/N、阳极位置影响较大;两阳极处的硝酸盐还原动力学均属于一级反应,且C/N=0时反硝化速率常数(0.0087、0.0045和0.0188/h)均小于C/N=2.5(0.0151、0.0071和0.0798/h;以上阳极为例);MFC-CW系统的反硝化动力学更符合Monod-CSTR模型,且在停留时间较长时取得更好的拟合效果,随着停留时间的增加,C/N=0时系统的反硝速率增加,C/N=2.5时系统的反硝化速率在一定范围内波动[0.6662—0.7744 g/(m^(2)·d)]。实验结果可为黄铁矿基MFC-CW的实际工程应用提供理论指导。

基于聚己内酯的固相反硝化工艺处理低碳污水动力学特性及经验模型

经验模型是指导固相反硝化(solid-phase denitrification,SPD)工艺进行应用的重要理论基础,完善其相关理论体系有助于指导实际应用。采用批式试验研究了基于聚己内酯(polycaprolactone,PCL)的SPD工艺硝化反硝化动力学性能、碳源静态释放性能,并基于Eckenfelder方程推导出经验模型。结果表明:基于PCL的SPD工艺的硝化速率为1.317g NH^(+)_(4)-N/(g VSS·h),反硝化速率为2.650 NO^(-)_(3)-N/(g VSS·h),总的反硝化性能优于硝化性能;该工艺在启动初期碳源快速释放导致化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)值达到最高,工艺运行过程中不存在碳源释放超标的问题;COD浸出规律符合方程y_(0)=-23.32lnx_(0)+104.46;该工艺连续运行过程符合一级动力学方程y=48.723e^(0.083x),引入碳源模型常数n=2.2719,基于此获得的SPD工艺经验模型为ln(S_(e)/S_(0))=-615.55·H/(qS_(0)^(2.2719));该模型预测值与实测值的最大相对误差为15.8%,模型灵敏度分析显示,NO^(-)_(3)-N浓度在60 mg/L以内时模型灵敏度较高,对于工艺实际应用具有一定的指导意义。

异养耦合硫自养反硝化脱氮性能及动力学研究

在COD浓度为0,30,60,90 mg/L下,考察了异养耦合硫磺和黄铁矿为填料的自养反硝化工艺脱氮性能,同时探讨了异养及自养反硝化过程对氮去除的贡献率及其降解动力学.结果表明,当COD浓度为30 mg/L时,R1(硫磺/黄铁矿分层填装)和R2(硫磺/黄铁矿混合填装)的NO3--N去除率分别为90.51%和97.13%.随着COD浓度升高至90 mg/L,R1和R2进水中的NO3--N几乎被完全去除,且R2在不同高度下的脱氮性能均优于R1.由于COD为30 mg/L时可促进硫自养反硝化过程的脱氮效果,因此R1和R2出水SO42-浓度分别由158 mg/L和178 mg/L升至188 mg/L和192 mg/L;随着COD投加浓度提升至90 mg/L,实现了异养与硫自养反硝化的耦合,此时出水SO42-浓度分别降至114 mg/L和125 mg/L.物料平衡计算表明,当COD浓度大于60 mg/L时,异养反硝化对脱氮的贡献率高于硫自养.动力学模型拟合表明,异养耦合硫自养反硝化过程符合修正的Logistic动力学模型.

固相碳源的特性对生物反硝化脱氮技术的影响研究进展

固相碳源反硝化技术是处理低碳氮比污水的重要手段之一,其影响生物反硝化效率的重要因素是碳源特性。针对碳源的自身特性对反硝化的作用原理尚不明晰的问题,从固相碳源应用于脱氮的原理出发,比较和揭示了不同类型固相碳源(人工合成可生物降解聚合物、天然纤维素物质和混合固相碳源)的优势与应用前景,详细梳理了碳源的理化性质(合成物质、释碳组成、表面特性)和投加位点等对污水处理中生物反硝化过程的影响。结果表明,固相碳源的释碳量和利用率是影响反硝化效率的重要因素,通过优化材料组成和混合方式等来改变材料特性可以实现释碳最大化利用,使释放组分更好地被反硝化微生物利用。提出未来固相碳源领域应从改进碳源合成方式和研究电子传递机理等角度优化释碳能力及提高反硝化速率,以期深入开发及推广新型的固相碳源。

不同初始pH值下反硝化包埋颗粒的动力学特性

采用批式实验研究了不同初始pH值下反硝化包埋颗粒在反应过程中NO_2^--N、NO_3^--N、TN和pH值的变化规律,并探究了反硝化包埋颗粒的动力学特性.结果表明,在进水NO_3^--N为30mg/L,反应温度控制在30℃,C/N比为6,反应周期为5h条件下,反硝化污泥经包埋后经过2周的适应性培养即表现出很好的反硝化性能,不同的初始pH值下,反硝化过程中NO_3^--N的去除主要在0~lh内,NO_2^--N的积累在1h时达到最大,同时pH值出现拐点,在1h达到最大后略有降低,这一拐点可以作为亚氮积累达到最大时的指示参数.动力学研究表明,反硝化最大比反硝化速率K_(den)出现在pH=7.5和8.0时,为2.9mgNO_x^--N/(gMLVSS·h),表明最适宜反硝化包埋颗粒的pH值为7.5~8.0,TN去除率在91.7%以上.通过硝酸盐氮的比反硝化速率和亚硝酸盐氮的比反硝化速率的比较,可知在反硝化过程中硝酸盐氮的还原速率都大于亚硝酸盐氮的还原速率,是造成亚氮积累的原因.

颗粒污泥反硝化动力学特性及微量NO2的影响

采用批试验方法,研究了颗粒污泥反硝化动力学特性及微量NO2的影响。采用Monod模型描述反硝化反应动力学,得到有机物半饱和常数为4.72 mg/L,亚硝态氮半饱和常数为2.26 mg/L,最大亚硝态氮降解速率为0.0069 mgNO2ˉ-N/（mg MLSS.h）。微量NO2对反硝化具有抑制作用,采用反竞争性可逆抑制模型描述了微量NO2对反硝化速率的影响,得到微量NO2下的最大反硝化速率为0.006865 mg NO2ˉ-N/（mg MLSS.h）,亚硝态氮半饱和常数为0.1 mg/L,NO2抑制系数为1.53 mg/L。在通入51.3、102.7、205.4和308.1 mg NO2/m^3时NOx的损失量分别是78.7%～99.4%、81%～99.4%、65.1%～97.9%和38.9%～89.7%,相当部分的NOx损失。

耐高温异养硝化-好氧反硝化菌的分离鉴定及其脱氮特性研究

经过16S rDNA以及各项菌株生理生化特性研究试验,寻找一种耐热性较好的异养硝化-好氧反硝化菌(HN-AD)菌株,并将菌株接种至模拟污水环境的硝酸盐氮培养基中,研究其在不充足碳源及充足碳源的情况下菌株的脱氮效率及硝酸盐氮去除率。结果表明,在温泉中筛选出一种可使污水的pH更适合自身反硝化作用的HN-AD菌株,经鉴定所筛选出的HN-AD菌为斯氏假单胞菌。该菌株在模拟污水环境下反硝化最适pH为8.0,在充足碳源的情况下,其硝酸盐氮去除率能到达93%以上。菌株不仅拥有着较为高效的脱氮效率以及较高的硝酸盐氮去除率,而且拥有着自我调节环境pH的能力,能在充足碳源的情况下调节至最佳氮降解的pH。

盐度对垃圾渗滤液亚硝酸型反硝化动力学特性的影响

为了考察在盐度影响下亚硝酸型反硝化动力学特性,采用长期处理垃圾渗滤液的SBR反应器内具有良好短程生物脱氮特性的活性污泥进行亚硝酸型反硝化批次试验,通过函数拟合确立动力学方程及动力学参数,研究结果表明:盐度的突升或突降都会使比反硝化速率减慢,并且影响程度随初始ρ(NO-2-N)的增加而增大,在盐度为10 g/L,初始ρ(NO-2-N)为100 mg/L时,比反硝化速率(以N计)达最大值16.28 mg/(gVSS·h).活性污泥系统中微生物的比反硝化特性在各盐度下均符合Andrews模型,且盐度的升高和降低会使系统的最大比反硝化速率μmax和半饱和常数Ks下降,抑制常数Ki上升.在10 g/L盐度下,μmax(以NO-2-N计)=22.57 mg/(gVSS·h),Ks=20.71 mg/L,Ki,min=613.32 mg/L.

异养硝化-好氧反硝化细菌MF1的生长及脱氮特性研究

从某对虾养殖池塘采集的底泥中筛出一株菌株MF1,经16S rDNA鉴定为Klebsiella michiganensis(密歇根克雷伯氏菌)。各菌株生长特性试验表明:氨氮培养基中菌株MF1的最适碳源为丙酮酸钠。在温度30℃、pH 7、转速100 r/min及C/N比例为10的条件下,菌株MF1的脱氮效率达到最大值。

一株Acinetobacter johnsonii的部分反硝化特性及动力学研究

从实验室A2/O小试设备中分离纯化出一株具有高亚硝酸盐氮(NO2--N)积累率的反硝化菌株ZY04,经过16SrDNA鉴定和基因比对后,初步鉴定为Acinetobacter johnsonii.使用Logistic模型可以很理想地拟合菌株ZY04的生长特性曲线,得到生长方程常数a=0.6588,b=24.08,k=0.2413.在维持初始基质中硝酸盐氮(NO3--N)浓度为100mg/L的条件下,改变碳源乙酸钠的浓度,使碳氮比(TOC/TN)为3.5,4.5,5.5,6.5,研究菌株ZY04部分反硝化性能,发现该菌株在不同碳氮比条件下均能够保持95%以上的NO3--N降解率,在碳氮比为3.5和4.5时,17h后NO2--N积累率达到70%以上;在碳氮比为5.5和6.5时,NO2--N积累率在更快的11h后达到85%以上,碳氮比为5.5时达到最高NO2--N积累率91%.使用Aiba,Edwards和Andrews模型对菌株的基质抑制动力学进行拟合,结果表明,3种模型均可以很好的拟合NO3--N和乙酸钠对菌株的单基质抑制动力学,在双基质抑制的9种组合中,有6种模型成功拟合了NO3--N和乙酸钠对菌株的双基质抑制动力学,得到了相关半饱和参数和基质抑制参数,相关系数(R2)可以达到98%.

高温短程反硝化菌Brevibacillus sp.XF-03特性及其降解动力学

采用梯度驯化方法,使得菌株Brevibacillus sp.XF-03在高温(50℃)条件下,能够降解1 000 mg/L亚硝态氮,并通过单因素试验对其生长碳源和C/N进行优化,结果显示,菌株Brevibacillus sp.XF-03短程反硝化最适碳源为琥珀酸钠,C/N为12∶1。在此最佳条件下,42 h对初始浓度为100 mg/L亚硝态氮去除率为95.1%。对该菌株亚硝态氮降解动力学过程进行模拟,符合基质抑制型的Haldane模型,各参数分别为:最大比降解速率(μmax)=1.28 h-1,半饱和常数(KS)=451.42 mg/L,底物抑制常数(Ki)=176.77 mg/L。初步探讨了亚硝酸盐还原酶(NIR)活性,在该菌株生长指数期的后期,亚硝酸盐还原酶比活力达0.279(U/mg protein)。

DO对同步硝化反硝化影响及动力学

研究生物接触氧化法中DO对同步硝化反硝化系统脱氮效率的影响。研究结果表明:在溶解氧(DO)为1.0～3.0mg/L范围内,随着反应器内溶解氧浓度的降低,总脱氮去除率提高,保持较好脱氮率的最佳DO为2mg/L左右,并分析了其原因;同时探讨了DO为2mg/L时的动力学方程。

有氧情况下同时硝化/反硝化的反应动力学模式

一般的污水处理厂都是利用生物方法脱氮。通常认为，生物法脱氮是一个两阶段过程：硝化和反硝化。在硝化阶段化学自养型硝化细菌在好氧条件下将ＮＨ４＋－Ｎ转化为ＮＯ２－－Ｎ和ＮＯ３－－Ｎ；而在反硝化阶段，兼性异养细菌在缺氧条件下进行ＮＯ２－－Ｎ和ＮＯ３－－Ｎ的...

传统生物脱氮反硝化过程的生化机理及动力学

传统生物脱氮是指以硝酸盐为电子受体的一系列生物还原反应过程,该过程是在硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶、一氧化氮还原酶和一氧化二氮还原酶的作用下完成的.反硝化的生化机理及动力学是生物脱氮技术的理论基础.为促进反硝化生物脱氮技术的进一步发展,理解反硝化一系列复杂的生化反应过程及其电子传递、能量转化模式是十分必要而有意义的.本文通过对反硝化生化反应过程相关机理的论述,系统归纳了一个涉及多种酶及多种中间产物并伴随着电子(能量)传递的复杂反硝化生化反应过程,详细总结分析了反硝化过程电子通过电子传递链从电子供体(NADH)传递到终端电子受体的传递模式,以及借助于Peter提出的化学渗透假说建立的能量产生方式.同时建议采用积分法和微分法来确定反硝化动力参数νmax,NO3,μDmax,KS,NO3-.

NO2^-作为电子受体对反硝化吸磷影响动力学研究

在生物除磷系统中NO2-常被认为是反硝化吸收磷过程的抑制剂,而NO2-对反硝化吸磷抑制过程的抑制剂量的结果差别很大,缺乏动力学研究.本研究应用序批式反应器(SBR)在不同的NO2-浓度和pH梯度下进行了反硝化吸收磷试验,其接种活性污泥取自A2/O氧化沟中试反应器.SBR试验步骤为,取氧化沟好氧区活性污泥,先投加乙酸钠释放磷,然后投加NO2-吸收磷.大量试验发现NO2-和pH共同作用对反硝化吸磷产生了抑制.结果表明,①在恒定pH下,比反硝化速率和比吸磷速率与初始NO2-浓度均符合Andrews抑制动力学;②在6.5<pH<8.0,pH越低,NO2-对反硝化吸磷过程抑制越强,pH越高,抑制越弱;③反硝化吸磷过程动力学参数为:反硝化过程最大比反硝化速率rNmax为:4.55 mg/(g.h),半饱和常数KSN:2.14 mg/L;吸磷过程最大比吸磷速率rPmax为:3.06 mg/(g.h),半饱和常数KSP:2.64 mg/L.

亚硝酸积累条件下反硝化脱氮过程动力学模型

采用序批式反应器,对以乙酸钠和新鲜生活垃圾沥滤液为外加碳源的反硝化系统进行了反硝化过程动力学研究,为优选碳源提供理论依据.在系统亚硝酸盐暂时积累条件下,分别采用分段零级动力学模型和基于Monod方程的动态模型,拟合试验数据,并求算相应的动力学参数.结果表明,乙酸钠碳源系统反应初始阶段,脱氮速率要比以垃圾沥滤液为碳源高出38%.分段动力学得到的表观碳氮比(速率比)表明,亚硝酸盐降解阶段是反硝化的限制步骤.基于Monod方程的微分方程组模型,能够很好地拟合两种不同碳源条件下反硝化过程硝酸盐、亚硝酸盐质量浓度的变化,参数值与实际运行效果一致,所得动力学参数能够反映碳源利用效率.

硫自养反硝化对含盐水体脱氮及其动力学模型

以闭合循环养殖系统去除硝酸盐为目的,研究了填料床硫自养反硝化反应器对含盐水体的NO3--N去除效果及动力学特性。结果表明,反应器对NO3--N浓度为22.5～368 mg/L的含盐水体具有良好的反硝化性能。(29±1)℃条件下,进水NO3 - -N负荷0.052～1.088 kg/(m3·d)为最适进水负荷范围,NO 3--N去除率大于95%,出水NO2 --N浓度小于1 mg/L。进水NO3 - -N负荷2.171 kg/(m3·d)时,达到最大NO 3--N体积负荷去除率,为1.65 kg/(m3·d)。动力学研究结果表明反应器填料表面生物膜对污染物NO3 - -N的去除呈半级反应速率关系,反应器单位体积半级动力学常数K1/2v为7.84～ 8.5 mg1/2/(L1/2·h)。建立的动力学模型采用该值的计算结果可以预测出水NO 3--N的浓度,预测值与实际值采用统计软件 SAS 8.0做方差分析表明,Pr>F值分别为0.9732和0.8845,模型预测值与实际值无显著性差异。

A/O生物脱氮工艺的反硝化动力学试验

通过SBR反应器间歇试验,研究了投加外碳源后系统的反硝化潜力和反硝化速率的变化.结果表明,向原有淀粉废水中投加外碳源乙醇废液后,可以明显提高系统的反硝化速率和反硝化潜力,反硝化速率由0.74mg/(g?h)增加到2.11mg/(g?h),反硝化潜力由5.6mg/L增加到16.2mg/L.脉冲投加淀粉废水进行缺氧反硝化间歇试验,可以获得系统污泥动力学信息,确定原水的反硝化潜力,并可估计城市污水处理厂的总反硝化潜力,因此可以预测获得最小出水硝酸氮浓度的控制策略.相对于COD/N,如果确定了系统反硝化潜力和污水水质能获得更多信息.

基于碱度平衡与反硝化动力学的厌氧-加原水-间歇曝气工艺配水比例模型

采用批式反硝化试验,研究了BOD5和NOx-N(NO3--N与NO2--N之和)浓度对反硝化速率的影响.结果表明,在碳源充足的条件下,猪场废水厌氧消化液反硝化过程中NOx-N转化为零级反应,与NOx-N浓度无关;在碳源限制的条件下,猪场废水厌氧消化液反硝化过程中NOx-N转化速率与BOD5的关系遵从Monod方程.以Monod方程和碱度平衡为基础,推导出配水比例的数学模型.通过模型分析表明,进水碱度与进水氨氮浓度之比小于3.82时,仅靠配水措施不能平衡整个处理系统的碱度,还需要外加碱度;进水碱度与进水氨氮浓度之比大于6.90时,序批式反应器(SBR)可以直接处理厌氧消化液,不需要配水,厌氧-加原水-间歇曝气工艺不适用.猪场废水厌氧消化液的碱度与氨氮浓度之比大多为3.82～6.90,因此,猪场废水厌氧消化液好氧后处理适宜采用厌氧-加原水-间歇曝气工艺.通过数学模型作图显示,配水比例随着水力停留时间、SBR反应器数量、反应器中微生物浓度、滗水器工作能力以及亚硝化率的增加而减少,随着反应器运行周期的增加而增加.

厌氧复合床处理模拟焦化废水的反硝化动力学

采用厌氧复合床(UBF)处理模拟焦化废水,进水中投加NaNO3模拟硝化液回流,实现了同时反硝化/产甲烷,COD去除率达到94%,NO3--N去除率达到99%。取复合床下部污泥做反硝化动力学研究,在存在亚硝酸盐积累的情况下,以NO3--N+0.6NO2--N作为反硝化电子受体,采用双基质的Monod方程对实验数据进行拟合,拟合曲线与实验测定值相关性良好。其次,采用双基质的Monod微分方程组对NO3--N和NO2--N的浓度变化进行拟合,得到相关参数:硝态氮的最大比降解速率和半饱和常数分别为1.13d-1和2.0mg·L-1;亚硝态氮的最大比降解速率和半饱和常数分别为0.66d-1和2.5mg·L-1,基于硝态氮和亚硝态氮的有机物半饱和常数分别为90.8mg·L-1和96.8mg·L-1。