反硝化型甲烷厌氧氧化(DAMO)系统pH值耦合模型研究

对3个具有不同优势菌种反应器中厌氧氧化(DAMO)过程与pH值进行动力学耦合,结果表明,在25℃,Anammox-DAMO混培系统最大脱氮速率、硝酸盐初始抑制浓度和铵盐初始抑制浓度分别为3.95mg/(L·d),182.63,196.40mg/L;Nitrate-DAMO系统最大脱氮速率、硝酸盐初始抑制浓度分别为4.3...     

硫酸盐对Nitrate-DAMO反应过程影响及动力学特性

反硝化型甲烷厌氧氧化（Nitrate-/nitrite-denitrifying methane anaerobic oxidation,N-DAMO）技术是一种新型的同步脱氮除甲烷技术.我国环境水体和污水中普遍存在硫酸盐,为探明不同浓度硫酸盐对N-DAMO过程的影响,本研究通过短期和长期试验考察了硫酸盐对Nitrate-DAMO系统生物反应过程的影响,并分析了该过程的动力学及化学计量学特性的影响规律.结果表明,不同浓度梯度的硫酸盐（0~3.96 mmol·L^-1）对Nitrate-DAMO系统的短期影响呈先促进后抑制趋势,在浓度为0.42 mmol·L^-1时促进作用最明显;当浓度达到0.83 mmol·L^-1时,开始有明显的抑制作用,且长期和短期试验过程中均未出现硫酸盐消耗现象.0~0.42 mmol·L^-1和0.42~0.83 mmol·L^-1硫酸盐对Nitrate-DAMO系统脱氮性能影响的动力学过程分别符合非底物抑制方程和Haldane方程,通过拟合得出硫酸盐对Nitrate-DAMO系统的初始抑制浓度和令Nitrate-DAMO系统完全失去脱氮性能的硫酸盐浓度分别为0.81和4.06 mmol·L^-1.硫酸盐对Nitrate-DAMO系统甲烷氧化速率影响的动力学过程符合非底物抑制方程,实际的甲烷氧化速率与脱氮速率之比（5.03：8）符合理论值（5：8）.同时,硫酸盐还会影响N-DAMO微生物的生长周期.     

溶解氧对单级颗粒污泥自养脱氮系统影响的模拟

为了研究溶解氧对SBR单级颗粒污泥自养脱氮系统的影响,基于活性污泥ASM3模型和短程硝化-硝化-反硝化模型,将颗粒污泥传质过程与氨氧化菌（AOB）、厌氧氨氧化菌（AAOB）、亚硝酸盐氧化菌（NOB）、反硝化菌（DNF）的生长过程、好氧内源呼吸及缺氧内源呼吸过程等耦合,建立了单级自养脱氮颗粒污泥动力学模型,并对颗粒内部基质浓度分布进行预测.结果显示,当DO为0.4mg/L时,好氧区和缺氧区（厌氧区）的比例为0.4：1;当DO为0.6mg/L时,颗粒污泥好氧区与缺氧区（厌氧区）的比例为3：1.同时,根据基质反应速率方程,建立了颗粒污泥的单级自养脱氮系统动力学模型,对SBR系统运行效果进行预测,结果显示,DO为0.6mg/L时,氨氮反应完全,亚硝酸盐氮和硝酸盐氮在5mg/L以下,总氮去除率模拟值为89%左右,略低于实际测量脱氮率95%.     

温度对SCSC-S/Fe复合系统脱氮除磷及微生物群落特性的影响

为了探究温度对纤维素类降解菌和反硝化细菌的影响,分析了固相纤维素碳源玉米芯+硫铁填料脱氮除磷复合系统(solid carbon source of cellulose and sulfur/sponge iron process,SCSC-S/Fe复合系统)在不同温度下脱氮除磷效果,通过扫描电镜(SEM)和MiSeq高通量测序技术对反应前后玉米芯表面结构及微生物特性进行分析.结果表明,温度从15、20、25℃升高到30℃过程中,该系统TN平均去除率从78.88%增加到92.70%、TP平均去除率从82.58%增加到89.15%;反应后玉米芯表面以球状和杆状微生物为主;纤维素类降解菌所占比例在30℃比20℃时高出11.01%,而反硝化细菌所占比例降低了21.26%.可见,纤维素降解菌比反硝化细菌对温度更敏感,受温度影响更大.     

涂铁砂吸附镉的动力学研究

研究了10℃,20℃,40℃的温度下,涂铁砂(Iron oxide coated sand,简称IOCS)对镉的吸附动力学。镉在IOCS表面的吸附可分为两个阶段,吸附反应的前60min为快速吸附阶段,60min后,吸附速率明显变慢。温度升高加快了镉在IOCS表面的吸附速率。用Elovich动力学模型,准一级反应模型,准二级反应模型,二级反应模型和粒内扩散动力学模型对实验数据进行回归分析,准二级反应模型能更好地描述镉在IOCS表面的吸附,各吸附模型的模拟优劣顺序为:准二级模型>二级模型>Elovich模型>准一级模型>粒内扩散模型。     

三级AO耦合工艺低温污水处理脱氮机理

采用分段进水三级AO耦合流离生化工艺处理低温废水,在温度为（10±1）℃条件下,控制HRT为8h,进水流量分配比为3：2：1,污泥回流比为50%,考察耦合工艺对低温污水中污染物的去除效果、反应器内污染物变化规律、各级氮去除规律及系统硝化反硝化性能.研究表明：耦合工艺COD及NH₄⁺-N去除效率均超过90%,TN及TP去除效率达到80%,反应器内生物膜污泥浓度在400~800mg/L之间,系统各级NH₄⁺-N去除率均超过80%,缺氧反硝化脱氮率及好氧同步硝化反硝化脱氮率分别为50.15%和26.05%.受底物浓度及功能菌群数量影响,系统第二级比硝化速率及比反硝化速率均最高.     

主流条件下两级式PN-ANAMMOX工艺的高效能脱氮过程

中低温条件下采用两级式PN-ANAMMOX工艺对低浓度NH_4~+-N(50 mg·L~(-1))污水进行高效脱氮过程研究.结果表明,20~14℃范围内PN-ANAMMOX工艺的脱氮负荷和TN去除率可分别维持在0.6 kg·(m~3·d)~(-1)和80%以上;两级式PN-ANAMMOX工艺在限NO_2~--N和限NH_4~+-N两种模式下均可保持稳定运行,其中限NH_4~+-N运行模式为污水极限脱氮需求奠定了良好基础.当温度降至12℃时,PN-ANAMMOX工艺的脱氮负荷下降至0.5 kg·(m~3·d)~(-1)左右,低温使得ANAMMOX反应成为工艺脱氮的限速步骤而对PN无明显影响.ANAMMOX污泥比PN颗粒污泥具有更高的温度敏感性,二者活性的温度系数分别为1.056和1.172.综上可知,对于低温条件下运行的两级式PN-ANAMMOX工艺,ANAMMOX菌体数量及活性是决定工艺脱氮负荷的步骤,而PN出水中基质组成(即NO_2~--N/NH_4~+-N之比和NO_3~--N浓度)是控制工艺脱氮效果的环节.基于上述结果,提出两级式PN-ANAMMOX工艺主流条件下实现高效能脱氮的分级分离式调控策略.     

一种废水A／O处理系统脱氮率模型

根据废水处理A/O生物脱氮系统的特点，基于传统硝化、反硝化原理和好氧段氨氮硝化、缺氧段硝态氮反硝化均遵循零级反应动力学规律，进行反应器氨氮、硝态氮的物料衡算和动力学参数推导，建立了硝化率ηN、反硝化率ηD和脱氮率η的理论模型。该模型反映了脱氮率与动力学常数KN、KD、进出水水质、反应器参数的函数关系，对于指导工程实践具有一定的意义。     

海洋厌氧氨氧化菌处理含海水污水的基质抑制及其动力学特性

采用ASBR反应器通过改变单一基质浓度分别研究了NH_4~+-N和NO_2~--N对海洋厌氧氨氧化菌脱氮效能的影响及其动力学特性.结果表明,保持进水NO_2~--N为105.6 mg·L~(-1),当进水NH_4~+-N浓度提高至1 200 mg·L~(-1)时,海洋厌氧氨氧化反应器仍保持较好的脱氮能力,未受到明显的抑制作用,NO_2~--N的去除率稳定在80.70%左右;当进水NO_2~--N浓度提高至265.6mg·L~(-1)时,反应器开始受到明显的抑制作用,NH_4~+-N的去除率下降至63.01%左右,随着进水NO_2~--N浓度继续提高至305.6mg·L~(-1)时,NH_4~+-N的去除率进一步下降至43.93%左右.利用Haldane模型和Aiba模型拟合NH_4~+-N和NO_2~--N抑制作用的动力学特性,得到了NRRmax、KS、Ki这3个动力学参数及出水基质浓度与总氮容积负荷(TNRR)之间的关系,根据进一步分析可知,Haldane模型更适合描述NH_4~+-N抑制作用下的动力学特性,Aiba模型更适合描述NO_2~--N抑制作用下的动力学特性,并得到NH_4~+-N和NO_2~--N的出水抑制浓度分别为3 893.625 mg·L~(-1)和287.208 mg·L~(-1),为海洋厌氧氨氧化菌处理含海水污水提供了理论依据.     

海藻糖强化厌氧氨氧化耦合反硝化工艺处理高盐废水的脱氮除碳效能

采用SBR反应器研究海藻糖强化厌氧氨氧化耦合反硝化工艺(SAD)处理高盐水的脱氮除碳效能及其动力学特性.当海藻糖为0.25 mmol·L~(-1)时反应器具有最佳的脱氮效能,NH_4~+-N、NO_2~--N、NO_3~--N和COD均可以被完全去除,与没有添加海藻糖相比,NH_4~+-N、NO_2~--N和总氮去除率分别提高了50%、43%和46%,氨氮去除速率(ARR)和亚硝氮去除速率(NRR)分别提高了81.25%和75%.当海藻糖浓度进一步提升至0.5 mmol·L~(-1)时,NH_4~+-N去除率(ARE)仅为58.82%,出水NH_4~+-N浓度下降为33.25 mg·L~(-1).相比于Haldane模型和Aiba模型,Luong模型更适合拟合海藻糖添加条件下SAD的脱氮性能.由其得到的NRRmax、KS、Sm和n分别为0.954 kg·(m3·d)-1、0 mg·L~(-1)、184.785 mg·L~(-1)和0.718.与修正的Logistic模型和修正的Boltzman模型相比,修正的Gompertz模型得到的预测值与实验值最为贴近,修正的Gompertz模型更适合描述海藻糖添加条件下单周期内基质的降解过程.     

A2/O耦合生物曝气滤池强化污水脱氮除磷

为了强化污水脱氮除磷性能,采用厌氧/缺氧/好氧(A~2/O)耦合生物曝气滤池(BAF)组合工艺,考察其对营养盐和有机物去除效果,并进一步探究温度的潜在影响。结果表明:A~2/O耦合BAF能实现有机物和氮、磷的同步深度去除,有机物、TN和TP去除率分别高达90%、85. 2%和93%。温度为15,25,35℃时COD去除率变化不大,基本维持在90%以上,45℃时略低于其他温度。NH_4~+-N去除率随温度的升高呈现上升趋势,NO_2~--N、NO_3~--N去除效果在35℃时最佳,厌氧释磷量和缺氧、好氧吸磷量也在35℃达到最大值。可见,A~2/O耦合BAF系统最佳脱氮除磷温度为35℃。     

两级SBR工艺去除磷、氮及有机物效能分析

以模拟生活污水为处理对象,在常温条件下,采用对比试验与机制分析方法,研究了两级SBR工艺分级除磷、去除有机物及脱氮的特性,分析了工艺的效能优势.结果表明,通过控制泥龄(除磷级5~7 d,脱氮级约50 d),可以将异养的PAOs与硝化菌分别控制在2个反应器中优势生长,在出水水质更优的情况下,系统的处理效率可比单级SBR提高1倍以上;两级SBR系统可以有效地缓解有机负荷对硝化过程的冲击影响,在进水COD浓度较高的情况下,能够保持其脱氮级(SBS2)具有稳定的硝化速率,且系统的最终出水可以容易并稳定地达到TP≤0.5 mg.L-1的国家标准;另外,两级SBR的脱氮级(SBS2)除具有优势的硝化菌种外,还能培养出适合降解难降解有机物的异养菌,使其好氧硝化结束时COD浓度较单级SBR系统更低.     

聚氯乙烯(PVC)类医疗废物的热解特性研究

为研究含聚氯乙烯医疗废物的热解特性,选取输液管和尿样盒为对象,利用差热热重分析仪,在氮气气氛下进行热重实验,探讨了二者热失重行为和机制,分析了反应过程中热量变化及热解剩余物性状,建立了反应动力学模型.结果表明,输液管和尿样盒的降解过程以主要成分PVC的热解机制为主导,分别在约200～390℃和约390～550℃区间内,呈现两段主要的热解过程,最大热解速率分别出现在315℃和470℃左右;增塑剂可降低样品脱氯的温度并增加失重率,样品复杂的成分导致失重峰不规则且不平滑;热解过程为吸热反应,呈现2个明显的阶段,分别对应试样的两段热解,热延迟的存在导致DTA峰温稍滞后于对应的DTG峰温;建立的"整体两步四反应模型"能很好地描述输液管和尿样盒的热解行为.     

温度对厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮除碳的影响

采用ASBR反应器,研究了温度对厌氧氨氧化与反硝化耦合反应的短期影响.试验结果表明:耦合反应的活化能要小于单纯厌氧氨氧化反应的活化能,厌氧氨氧化与反硝化耦合反应可在一定程度上缓解低温对单纯厌氧氨氧化反应造成的消极影响,温度降低对厌氧氨氧化反应的影响大于对反硝化反应的影响.温度与耦合反应最大比反应速率的关系符合Arrhenius方程,在25~35℃时,耦合反应活化能为49.56kJ/mol,小于厌氧氨氧化反应的活化能66.18kJ/mol,且厌氧氨氧化反应为主导反应,对脱氮的贡献率约为61.29%.9~25℃时耦合反应的活化能为74.91kJ/mol,小于此温度梯度下厌氧氨氧化的活化能106.40kJ/mol,反硝化反应对脱氮的贡献率随温度的降低逐渐升高,9℃时,反硝化反应成为主导反应,对脱氮的贡献率约为75.10%.温度低于25℃时,反应器的容积氮去除速率(NRR)会受温度的影响.     

氧化石墨烯强化厌氧氨氧化菌的脱氮性能

采用氧化石墨烯（GO）增强厌氧氨氧化菌的脱氮性能.通过批次试验观察GO对厌氧氨氧化菌的影响,结果表明：当GO浓度为0.15g/L时,厌氧氨氧化菌脱氮性能最好,总氮去除率比无GO的空白组提高18.6%;当GO剂量达到0.2g/L时,厌氧氨氧化菌活性受到抑制,总氮去除率比空白组降低了26.0%.通过对照实验研究GO对厌氧氨氧化菌脱氮性能的长期影响,结果表明：添加GO的R2反应器在每个基质浓度阶段的平均总氮去除率分别为85.3%,83.2%,81.1%,80.8%,均高于未添加GO的R1反应器.对R2反应器周期内脱氮性能进行动力学分析发现,修正的Boltzmann模型和修正的Gompertz模型比修正的Logistic模型更适合描述GO作用下周期内基质去除特性,并且通过模型得到了周期内任意t时刻下的出水总氮浓度和总氮去除率预测公式.     

纳米级Pd/Fe@SiO2复合颗粒对2,4-DCP的还原脱氯研究

为有效抑制纳米级Pd/Fe颗粒的团聚和钝化及改善其表面特性,将纳米SiO_2包覆在Pd/Fe颗粒表面,超声波辐照下液相还原法制备纳米级Pd/Fe@SiO_2复合颗粒,采用TEM、SEM、XRD、EDX及BET表征其物性,以2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)为目标污染物,探究其对2,4-DCP的还原脱氯影响因素、降解机理和动力学,结果表明:制备的纳米级颗粒粒径均匀、分散性好,比表面积大;体系中纳米级Pd/Fe投加量、钯化率、TEOS投加量、反应温度及溶液初始pH均会对2,4-DCP的降解效果产生明显影响;并推测出纳米级Pd/Fe@SiO_2复合颗粒对2,4-DCP的降解机理即快速吸附—逐步脱氯—最终脱附释放,其降解符合拟一级动力学关系.     

多级AO耦合流离生化工艺流量分配比优化及脱氮机制

为探究进水流量分配比对低温城市污水脱氮效率的影响,并解析多级AO耦合流离生化工艺脱氮规律,实验采用三级AO耦合流离生化工艺,在温度为(10±1)℃、水力停留时间8 h、气水比恒定的条件下处理模拟低C/N值城市污水.系统依次在进水比5∶4∶4(等容积负荷)、3∶2∶1(等停留时间)和25∶15∶6(等污泥负荷)这3种工况下运行.结果表明,该工艺对低温低C/N值污水的处理效果较好,其中在进水比为3∶2∶1的工况下脱氮效率最高,COD、NH+4-N和TN平均去除率分别为87. 44%、96. 63%和76. 81%.进一步对氮的迁移转化规律进行研究发现,制约工艺低温脱氮的主要因素为各级硝化效率,3∶2∶1的进水比合理地分配了进水负荷,各级硝化率均超过85%,为反硝化创造了有利条件,最终获得了较高的脱氮效率,此时系统也具有最高的总生物量.研究结果丰富了多级AO耦合工艺低温脱氮理论,同时为工程设计应用提供参考.     

生物降解氯苯的动力学模型研究

描述微生物降解有机底物和微生物生长速率的动力学模型主要有Monod模型和Heukelekian模型,对模型中参数的求解大多是采用线性回归的方法,但是这种方法往往由于在变量的转换和试验过程中产生的误差,使得到的参数结果不准确. 通过将有机物的挥发作用耦合在模型中,并对方程推导求解动力学方程的参数值,可以减少参数求解和试验过程中产生的误差. 用松花江水中的微生物降解氯苯的动力学试验数据对该方法进行了验证表明;通过推导耦合后的模型求解的参数值能准确地反映试验松花江水中微生物对氯苯的降解和降解过程中微生物生长的动力学情况.      

ASBR反应器厌氧氨氧化脱氮II:反应动力学

研究了ASBR厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应器稳定条件下周期内的基质动力学特性以及过程抑制动力学特性,并得到适合描述上述特性的动力学模型.其中,稳态下周期内基质去除模型是首次被调查研究,研究发现,修正的Logistic模型和修正的Boltzmann模型相比Grau二级基质去除模型和修正的Gompertz模型而言,更适合描述稳态下周期内基质去除特性,并且通过模型得到了周期内任意t时刻下的出水总氮和总氮去除率预测公式.运用Haldane模型和Aiba模型建立了出水FA浓度与总氮去除负荷(TN RR)以及出水NO2--N浓度与总氮去除负荷(TN RR)之间的关系,结果表明:Haldane模型更适合用来描述基质抑制动力学特性,模型预测得到的出水FA和出水NO2--N抑制浓度分别为72.36mg/L和140.60mg/L.上述动力学模型的应用和动力学参数的获得可能会有助于ASBR反应器的优化设计和过程控制.     

结晶紫生物共降解的动力学研究

以葡萄糖作为初级基质,采用初始速率法对细菌KingellaH共降解结晶紫(CV)染料的动力学过程进行了研究.结果表明,KingellaH对葡萄糖的降解符合Monod方程,休眠细胞降解CV的过程可用Andrews方程描述.葡萄糖能提高CV的降解速率,扩大降解CV的浓度范围,CV对葡萄糖存在非竞争性抑制.测定了相关的动力学参数,建立起以细胞为中心的关于CV、葡萄糖降解的复合数值模型.