乙酸/丙酸作为EBPR碳源的动力学模型研究(Ⅰ) ——模型的建立

以活性污泥ASM2模型为基础,采用混合短链脂肪酸(SCFAs)作为基准物质,建立了增强生物除磷系统中聚磷菌和(PAO)的厌氧/好氧动力学模型.模型的显著特点是厌氧代谢过程中的糖原水解、聚羟基烷酸合成、以及聚磷水解速率由SCFAs的速率方程表示,并考虑了厌氧维持对动力学和计量学的影响.模型建立了过程计量学系数矩阵,包括3个溶解性组分、4个颗粒性组分,同时考虑了pH对代谢动力学的影响.最后,在PAO模型的基础上,建立了GAO的动力学模型,该模型包含7个过程,磷的浓度仅对其好氧生长有影响.     

乙酸/丙酸作为EBPR碳源的动力学模型研究(Ⅲ)——模型的应用

采用基于SCFAs代谢的动力学模型,模拟了不同碳源类型和不同m(P)/m(COD)对聚磷菌(PAO)和聚糖菌(GAO)竞争的影响.结果表明,以乙酸作为唯一碳源时,EBPR中的微生物种群结构基本保持反应器初始状态的生物组成,PAO或GAO都无法取得明显的竞争优势.但是,在进水中添加丙酸有利于PAO成为优势微生物,当丙酸占总酸的质量分数达到33%以上时,EBPR趋于稳定.当m(P)/m(COD)<0.01时,即使丙酸作为EBPR的碳源,GAO仍占(PAO+GAO)总量的95%以上.为了使PAO占有优势,进水m(P)/m(COD)应该控制在0.04～0.10之间.     

发酵液作为EBPR碳源的动力学模拟

发酵液是一种优质的碳源,能够提高生物除磷系统(EBPR)的除磷效果.采用基于碳源代谢的修正ASM2模型,能够较好地模拟发酵液作为EBPR碳源的动力学变化规律.发酵液作为EBPR唯一碳源时,系统中的异养菌不仅不对聚磷菌(PAO)的生长构成竞争关系,反而促进PAO的生长.发酵液作为实际污水的补充碳源时,优化了污水中的碳源组成,创造了有利于聚磷菌生长的环境,使EBPR中聚磷菌达到微生物总量的40%以上,比实际污水作为碳源的EBPR中的PAO含量提高了3.3倍.     

O_2、NO_3~-、NO_2~-为电子受体的生物除磷比较

通过平行运行3个分别以O2、NO-3、NO-2为电子受体的SBR除磷系统,探讨了反硝化除磷区别于好氧除磷的工艺特征及其内在微生物竞争机制.NO-2不会对经驯化后反硝化聚磷菌(DPAO)的缺氧吸磷产生直接抑制作用,但其作为反硝化除磷电子受体的效能远低于NO-3;具备利用NO-3而缺乏NO-2反硝化酶系的DPAO(DPAO5)流失及聚糖菌(GAO)增殖是根本原因.而NO-3是一种高效电子受体,其反硝化除磷效能与以O2为受体的好氧除磷系统相当,两者在除磷计量学和功能菌群构成上十分接近.作为聚磷菌(PAO)的竞争者,GAO在3个研究系统中均大量存在.基于对不同电子受体的利用能力,PAO包含PO、PN、Pn、PNn、PON、PONn等6个种类.PON和PONn等兼性PAO是生物除磷的主体,其在污泥中比例越高,系统的除磷负荷也越大,即SBRo＞SBRn5＞SBRn3.     

低C/N条件下MUCT工艺数学模型的参数校正与验证

基于ASM2d模型建立了稳定运行的MUCT工艺营养物质去除过程的动力学反应模型,比较各种COD、TN、NH 4＋-N、TP的实测值和模拟值,以确定系统在低C/N条件下运行时的动力学和化学计量学参数.模拟结果表明,稳态模型中的动力学参数qPHA、KA、KPP、YPO3-4、μAUT和ηNO-3分别取值2.90 g.（g.d）-1、3.85 g.m-3、1.35 g.（g.d）-1、0.35、1.6和0.8.其他的动力学和化学计量学参数可采用IWA给出的默认值.     

不同碳源对EBPR启动期聚磷菌的影响研究

以实验室序批式反应器(SBR)为强化生物除磷工艺(EBPR)载体,接种具有初步除磷功能的污泥后,以乙酸∶丙酸=1∶1(按各自折算的COD计)为混合碳源(以下简称混酸),厌氧初始pH 7.6±0.1,富集聚磷菌(PAO)。启动30 d后,EBPR反应器中为PAO和聚糖菌(GAO)的混合菌属,此时从反应器中取泥样进行批式试验,分别考察乙酸、丙酸及混酸对聚磷菌的富集和厌氧释磷的影响。结果表明:在EBPR启动期内,乙酸作为单一碳源时释磷量最大,但混酸碳源释磷效率最高,最有利于PAO富集;丙酸作为单一碳源时降解率最大而释磷量最小,不适合EBPR启动期的PAO富集。     

双SBR脱氮除磷工艺的数学模型分析

应用ASM2和Delft代谢模型,结合双SBR(A2-SBR)脱氮除磷系统的特点,建立了数学模拟器,并将其运用于双SBR脱氮除磷系统运行特性的动力学分析.主要探讨了不同泥龄、碳氮比、碳磷比对系统的影响,并从模型的角度进行了分析.结果表明,利用ASM2和Delft代谢模型结合所建立的数学模拟器可以对双SBR(A2-SBR)脱氮除磷系统进行模拟.双SBR中具有脱氮除磷功能的A2-SBR的运行参数是关键因素,最佳污泥龄为9～12d时,碳氮比为3.75左右,碳磷比大于15条件下,双SBR运行正常,能得到较好的处理效果.当系统在泥龄大于12d条件下运行时,由于PAO储存了大量的聚合态磷(XPP/XPAO接近0.5)造成除磷效率降低.同样的原因也导致了碳磷比值低于15时,PAO的聚磷反应变慢或停止.     

短程硝化的生化机理及其动力学

短程硝化的生化反应机理和动力学是生物脱氮技术的理论基础,同时也是生物脱氮工艺设计、运行科学化和合理化的重要依据.基于短程硝化的生化机理、氨氧化菌的电子传递(能量产生)模式,从微生物学和化学计量学两个方面详细论述了短程硝化一系列复杂的生化反应过程.由此可知,短程硝化是一个涉及多种酶及多种中间产物,并伴随着电子(能量)传递的复杂生化反应过程,是基质(NH4 -N)利用(产能代谢)和微生物(氨氧化菌)增殖(合成代谢)两类反应的综合,因此,研究氨氮比利用速率和氨氧化菌比增殖速率动力学则是对短程硝化反应的深层次研讨.并建议采用积分法和微分法来确定动力学参数μnmax、KN、vnmax.     

固定化SRB吸附乳酸钠的动力学及再生动力学研究

用聚乙烯醇包埋硫酸盐还原菌(SRB),探讨固定化SRB小球的动力学规律及再生动力学控制机理,同时利用膜扩散控制模型与粒内扩散控制模型,描述固定化SRB小球循环吸附乳酸钠的动力学过程,计算出不同条件下的膜扩散系数D/δ和粒内扩散系数D的值.通过对固定化SRB小球吸附乳酸钠的动力学和再生动力学研究,为固定化SRB小球的营养源吸附与再生工艺参数的确定提供理论依据.     

低温生活污水处理系统中耐冷菌的筛选及动力学研究

对长期在4℃条件下运行的生活污水处理系统中活性污泥的菌群组成进行分析鉴定,探讨了菌群降解低温污水中有机污染物的动力学过程.试验分离得到6株优势耐冷菌,分别隶属于动胶菌属、气单胞菌属、黄杆菌属、微球菌属、芽孢杆菌属、假单胞菌属.4℃时混合耐冷菌脱氢酶活性为25.44 mg/(L·h),比普通活性污泥高出了20.5倍.耐冷菌在中低温条件下对有机物的降解效果较稳定,COD的去除率分别为80.9%和73.4%,而中温菌在低温条件下基本丧失代谢能力.混合菌群降解COD的动力学分析表明：耐冷菌在中低温条件下和中温菌在中温条件下的COD降解过程均符合一级反应动力学模型.耐冷菌保持了与中温菌基本相同的反应速率,且具有比中温菌更宽的温度适应范围.采用固定化技术把高效耐冷菌固定到软性聚氨酯泡沫填料上,可以使高适应性的耐冷菌更有效地去除低温生活污水中的有机污染物,COD的去除率比未固定化耐冷菌提高了约18个百分点,其降解过程也符合一级反应动力学模型,以葡萄糖作为碳源配水时,固定化耐冷菌的反应速率比未固定菌提高了2.35倍.本实验条件下,采用固定化耐冷菌处理不同碳源配水时,其出水COD均达到一级B排放标准.     

猪场废水生产微生物絮凝剂发酵特性及动力学特征

以猪场废水作为原材料生产微生物絮凝剂,考察了发酵过程中溶解氧(DO)、COD、氨氮、总磷及pH值的变化规律,利用Logistic和Luedeking-Piret模型对絮凝菌生长和代谢产物生成的动力学过程进行了拟合.结果显示,菌体的生长在0~60h是对数生长期,12~36h菌体快速生长,菌体干重、细胞浓度OD600和菌落数分别由0.09g/L,0.26和1.3×107cfu迅速增加到0.76g/L,0.58和3.5×107cfu,稳定期(66h)菌落数达到5×107cfu.絮凝菌代谢产物的主要絮凝活性成分是蛋白质,与菌体生长呈相关型.猪场废水中磷源含量充足,作为缓冲液,基本维持了絮凝菌发酵过程中pH值的恒定.此外,Logistic和Luedeking-Piret模型的拟合结果能够较好地描述絮凝菌生长和代谢产物生成的动力学过程.     

SBR实现选择性硝化过程及动力学研究

采用序批式生物反应器(SBR)处理模拟氨氮废水,考察了SBR体系中硝化过程中氮组分和溶解氧变化规律,并对硝化动力学进行了研究.结果表明,在低溶解氧下,体系出现亚硝态氮积累;在序批式反应体系中的硝化反应呈现三阶段,即零级反应段、混合反应段和一级反应段,其硝化特性符合Monod动力学方程;根据SBR实现选择性硝化过程控制方法,实现了SBR选择性亚硝化启动,该体系氨氮出水1 mg·L~(-1),氨氮负荷达0.45 kg·kg~(-1)·d~(-1)(以每kg MLSS中的NH_4~+-N量(kg)计),亚硝态氮累积率达95%左右.     

乙酸丙酸比例对富集聚磷菌生物除磷系统影响研究

通过丙酸/乙酸(以C计)比例为0.1、0.5、1、2、10的合成废水,在SBR反应器(1#～5#)中长期驯化聚磷菌(PAO)富集的污泥,研究了丙酸/乙酸比例对增强生物除磷系统(EBPR)中短链脂肪酸(SCFA)降解、溶解性正磷(SOP)的释放/吸收及其去除率的影响.结果表明,PAO对SCFA的利用符合一级动力学过程,PAO对丙酸的利用速率较乙酸快,因此,增加丙酸/乙酸比例有助于EBPR系统的稳定性.随丙酸/乙酸比例增加,SOP的释放与吸收量减少,SOP的代谢速率降低,但SOP的去除率明显增加.因此,增加丙酸/乙酸比例有助于提高EBPR系统除磷效率.     

催化湿式氧化处理H-酸溶液的反应动力学

两阶段一级反应动力学模型和广义动力学模型被用来描述湿式氧化 ( WAO)及催化湿式氧化 ( CWAO)反应过程 ,并确定了动力学参数 .2个模型的计算值均与实验值相符 ,而广义动力学模型相对更准确些 .2个模型均表明反应分 2个步骤 :首先是H-酸被迅速氧化成小分子有机酸 ,后者再缓慢氧化 .这 2个步骤由模型参数加以表征 ,因而模型可被用来对 CWAO催化剂进行评价 .     

pH值对亚硝酸盐氧化菌动力学及功能基因的影响

为探究pH值对亚硝酸盐氧化菌（NOB）活性动力学影响,本试验采用序批式活性污泥（SBR）反应器,以富含NOB的活性污泥为对象,基于Monod模型考察不同pH值对NOB活性动力学的影响并进行统计学分析.结果表明,Monod方程可较好地反映不同pH值条件下基质底物浓度对NOB比亚硝态氮氧化速率（SNiOR）的影响,且pH=7.0时动力学参数Ks为（6.167mg/L）,r_max为[1.134g/（g·d）],此时NOB活性最好.利用钟形经验模型进行非线性回归拟合,最大比降解速率（r_max）随pH值的增大呈钟形变化,本试验NOB的最佳pH值为（6.9±0.1）,其中r_max维持在r_opt一半以上的pH值范围（ω）为（3.26±0.4）.以亚硝酸盐氧化还原酶类基因（nxrA、nxrB）为引物,基于荧光定量PCR技术分析结果显示,在不同pH值条件下nxrA基因和nxrB基因拷贝数的变化趋势均与动力学参数（Ks、r_max）的规律一致,且nxrA和nxrB基因在系统的降解过程中起协同作用.     

聚糖菌的化学计量学与动力学的研究

根据国内外文献的有关报道,介绍了在强化生物除磷(EBPR)系统中聚糖菌(GAOs)的化学计量学和动力学的特征,并指出了今后研究的重点。     

模拟光伏曝气SBR除磷性能及其聚磷菌群落结构

基于村落生活污水排水、日光昼夜变化和SBR(序批式反应器)运行方式的特点及强化生物除磷所需的交替厌氧/好氧环境,采用模拟光伏曝气SBR处理生活污水,考察反应器的除磷效果及机理,并采用PCR(聚合酶链式反应)和TA克隆考察反应器内PAO(聚磷菌)的群落结构. 结果表明,反应器在12 d内成功启动,TP去除率从35.4%逐渐升至98.8%,此后TP去除率一直稳定在97%以上,出水ρ(TP)小于0.1 mg/L. 在反应段末期,反应器污泥中w(TP)达60 mg/g以上,其中w(complex-P)(complex-P为胞内聚合磷)达到55.0 mg/g,而w(EPS-P)(EPS-P为胞外聚合物结合磷)所占比例<10%,表明EPS吸附对除磷的贡献很小,除磷主要通过PAO的释磷/吸磷过程实现. 所有PAO均属于“Candidatus Accumulibacter”世系,Ⅱ型Candidatus Accumulibacter(包括Clade ⅡA-Clade ⅡD)是反应器内主要的PAO,其在3个克隆文库(d30、d60、d90)中所占比例分别为80.0%、80.0%和76.7%.      

洪湖沉积物中有机氯农药的释放动力学模拟

以洪湖表层沉积物为研究对象,通过模拟试验,对悬浮状态下沉积物中有机氯农药的释放动力学过程进行了研究. 结果表明,沉积物中有机氯农药的释放具有初始阶段释放速度快而后释放速度减慢的规律. 并且,沉积物中有机氯农药的释放强度主要受化合物的水溶性控制. 水溶性相对较高的物质(如α-HCH)在水中的释放浓度较高,释放时间也更长. 另外,温度对有机氯农药的释放也有重要的影响,随着温度的升高,沉积物中有机氯农药的释放明显加强. 最后,通过试验数据分析,建立了沉积物中有机氯农药释放的一级动力学模型并确定了模型参数. 释放动力学模型的验证结果表明,实测值与模拟值吻合较好.      

基于聚糖菌和聚磷菌竞争的代谢模型及影响因素

聚糖菌的富集已成为造成EBPR强化生物除磷系统非稳定运行的重要因素之一.本文基于活性污泥数学模型ASM.2D的生物除磷代谢模型,围绕化学计量学和动力学阐述了聚磷菌PAOs胞内糖原的代谢途径以及聚糖菌GAOs在厌氧和好氧条件下的代谢模型,揭示了2类微生物的竞争本质.同时,对比分析了影响代谢模型化学计量学参数的若干因子,如碳源类型、温度、pH条件和污泥龄SRT等;结果发现,这些因素对PAOs和GAOs的代谢模型系数具有重要的影响作用,并进而决定着2类微生物的竞争优势.此外,针对目前对两类微生物的竞争主要集中于厌氧代谢的现状,提出今后的研究重点应放在好氧/缺氧机理方面.     

pH调控反硝化除磷过程PAOs-GAOs竞争及N2O释放特性

该文以厌氧/缺氧/好氧方式(An/A/O)运行序批式生物反应器(SBR),采用NO_3~-驯化缺氧反硝化聚磷菌,利用pH值调控An/A/O-SBR内各菌群间的竞争优势,通过考察脱氮除磷过程的化学计量学参数变化,确定了不同pH下SBR内聚磷菌-聚糖菌(PAOs-GAOs)间竞争关系及N_2O释放特性。结果表明,An/A/O-SBR内存在PAOs和GAOs对碳源的竞争,高pH有利于反硝化聚磷菌增殖、提升SBR内同步脱氮除磷效率并降低N_2O产率。pH由6.5增至8.0,PAOs转化外碳源比例由24.1%增至55.6%。pH=8.0,SBR内脱氮和除磷效率均达90%以上,平均N_2O产率为2.8%。不同pH值下,An/A/O-SBR内厌氧阶段ΔGly/ΔPHA、ΔGly/CODin、PRA/CODin以及缺氧阶段PUA/NaRA、ΔGly/ΔPHA均表现出PAOs-GAOs共存特性,微碱性条件促进SBR内微生物趋向富集反硝化聚磷菌的生化反应动力学。pH=6.5,N_2O产率达11.2%。低pH值耦合高NO_2~-形成高浓度游离亚硝酸,对反硝化聚磷菌的毒性及对亚硝态氮还原酶、氧化亚氮还原酶的活性抑制作用,是导致低pH值下SBR脱氮除磷性能降低和N_2O产率增加的重要因素,以N_2O作为终产物的GAOs反硝化比例增加,加剧了低pH条件下N_2O释放。