硝化动力学研究进展

硝化反应包括NH4^＋氧化为NO2^-和NO2^-氧化为NO3^-两步,其中NH4^＋到NO2^-的氧化不是唯一的限制步骤;已发现叠氮化钠（NaN,）能有效的抑制亚硝酸盐氧化;丙烯基硫脲（ATU）抑制氨氧化反应。用呼吸仪的综合参数——细菌最大氧吸收速率（OUUmax／X）来描绘好氧氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的比生长速率具有准确性和唯一性,并得到了较多学者一致认可。浓度较高的氨氮和亚硝态氮分别抑制氨氧化反应和亚硝酸盐氧化反应,用抑制性动力学方程来分别描述高浓度氨氮浓度和亚硝态氮浓度对氨氧化反应和亚硝酸盐氧化反应的影响;对比氨氧化动力学和亚硝酸盐氧化动力学参数值与一步硝化动力学参数值可以看出,参数值差异较大;因此,要准确地描述NH4^＋氧化为NO3^-的动力学模型,必须将氨氧化与亚硝酸盐氧化反应独立出来,将NH4^＋氧化为NO2^-和NO3^-氧化为NO3^-这两步综合在一个反应动力学公式里是错误的。     

基于微分代数方法的生物除磷模型参数结构可识别性研究

通过将微分代数方法应用于异养菌生长Monod模型和生物除磷亚模型参数结构可识别性研究,探讨了该方法的适用性.结果表明,本研究提出的算法计算过程清晰、系统化,可以实现计算机编程自动运算;在文献中方法很难进行生物除磷亚模型参数结构可识别性研究时,采用本算法也能得出结果.本研究为活性污泥模型参数结构可识别性研究提供新的方法,并对除磷过程参数估计优化实验的设计有重要的指导意义.     

生物膜全自养脱氮过程及强化机理研究进展

在限制溶氧的条件下,生物膜表层的好氧氨氧化菌将氨氧化为亚硝酸盐,并传递到生物膜内层缺氧区,厌氧氨氧化菌将氨和亚硝酸盐同步去除。根据生物膜内好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌协作共生开发出的全自养脱氮工艺在生物转盘、SBR及填料床等反应器内实现,大大节省了碳源和曝气量。微量NO2对好氧氨氧化和厌氧氨氧化过程有明显强化作用,能显著提高基质降解速率、微生物生长速率和细胞密度。数学模型对废水处理工艺开发和运行具有重要意义,通过数学模型对微生物活性、分布以及脱氮过程的主要影响因素进行模拟研究,为全自养脱氮工艺的运行管理和优化控制打下基础。     

生物膜多基质模型及其对BAF处理合成污水的模拟

将简化的活性污泥模型ASM3与传质反应方程相耦合,建立了生物膜多基质模型(BMSM),在此基础上,运用均相生物膜反应单元概念,导出了曝气生物滤池(BAF)反应器一维模型.模型方程表明,出水基质浓度与生物膜表面积相关,与反应器体积无关.灵敏度分析结果表明,出水水质对大部分动力学参数灵敏度较低,对生物膜参数如表面积、膜厚、活性附着生物量等灵敏度较高.进行了以陶球为滤料的BAF处理合成生活污水实验,测定了生物膜膜厚、生物膜干密度、生物膜面积分别为300μm、45kg/m³、5.65m².用Matlab语言对BAF的稳态运行进行模拟,考察了COD、NH₄⁺-N、NO₃^--N沿填料高度浓度上的变化.结果表明,建立的BMSM能较好地模拟BAF的稳态运行.     

活性污泥絮体粒径分布与分形维数的影响因素

絮体粒径分布和分形维数是活性污泥的重要参数.应用激光粒度仪测量了好氧活性污泥絮体在絮凝过程的粒径分布,研究了速度梯度、VSS/SS、EPS含量及Zeta电位对絮体粒径分布的影响.结果表明,絮体平均粒径与速度梯度显著负相关(R2>0.80),与Kolmogorov尺度数量级基本相当,其间差异性与污泥VSS/SS、絮体强度等有关;相同的速度梯度下,絮体平均粒径与VSS/SS或EPS含量显著正相关(R2>0.85),与Zeta电位负相关.有机质和EPS在活性污泥絮凝中作用明显,会增强絮体强度,提升絮凝效果;EPS中蛋白质比多糖对絮凝的促进作用更明显.基于显微图像分析方法,得到了好氧活性污泥絮体二维分形维数为1.28~1.72,三维分形维数为1.70~2.69.絮体分形维数随VSS/SS或EPS含量的增加而减小;对于相同的活性污泥,絮体三维分形维数随粒径增大而减小,符合幂函数关系式.     

微量NO2下完全自营养脱氮动力学及运行优化

采用间歇试验研究了微量NO2氛围下,好氧、厌氧氨氧化复合颗粒污泥动力学特性.结果表明,微量NO2能提高O2反应活性,强化好氧氨氧化过程.反应动力学可用Andrews方程描述,NO2半饱和系数和抑制系数分别为1.32,7.11μmol/L.NO2强化厌氧氨氧化过程动力学模型中最大强化系数为43.5,NO2半饱和系数和抑制系数分别为16.9,0.348μmol/L,基础速率系数为0.024.建立了NO2强化完全自营养脱氮动力学模型,并对EGSB反应器中脱氮过程进行了模拟,当DO为0.6mg/L,NO2为3.0μmol/L时,总氮去除率达最大值.根据模拟结果优化反应器运行条件,总氮去除率由26.86%~31.65%提高到58.83%~63.08%,总氮平均去除速率由0.113 kg/(m3·d)提高到0.234kg/(m3·d).     

简化河流水质1号模型(RWQM1)实验研究

为了建立标准、一致的河流水质模型,并使它们可与标准活性污泥模型直接相连,国际水协会(IWA)专门成立了河流水质建模任务组,并发布河流水质1号模型(RWQM1)。根据河流水质1号模型(RWQM1)子模型选择原则,通过试验研究,得出以下两点结论:(1)简化河流水质1号模型能充分考虑废水生物处理自身的特点,较为深入地反映活性污泥生物反应过程的主要行为;(2)通过参数灵敏度分析,发现对模拟COD值影响较大的动力学参数是kgro,H,aer,To和khyd,To,对模拟TP值影响较大的动力学参数是kgro,H,aer,To、kgro,N1,To和βN1,对模拟NH3-N值影响较大的动力学参数是kgro,N1,To和βN1。     

完全自营养脱氮过程中的影响因素

基于正交实验考察了溶解氧（DO）、初始NH4＋-N浓度、pH对SBR自营养脱氮性能的影响。结果表明,DO和NH4＋-N浓度对好氧氨氧化速率影响大,pH对好氧氨氧化速率的影响小;DO、NH4＋-N浓度对亚硝酸氧化速率的影响较大,pH对亚硝酸氧化速率的影响较小;DO、NH4＋-N浓度和pH对厌氧氨氧化菌（ANAOB）的活性影响较小。好氧氨氧化菌（AOB）直接影响到CANON系统的总氮去除能力,是CANON系统的控制反应,DO是关键控制因子。实验确定的CANON系统优化运行条件为,DO（0．3±0．05）mg／L、初始NH4＋-N浓度150mg／L和pH7．4。     

生物脱氮与甲烷化耦合的EGSB-BAF工艺模拟

以活性污泥3号模型(ASM3)为平台,通过引入厌氧氨氧化和甲烷化过程、以2步硝化-反硝化取代1步硝化-反硝化过程以及区分硝酸盐和亚硝酸盐条件下的内源呼吸过程,建立了同时具有甲烷化、厌氧氨氧化和2步硝化反硝化功能的EGSB-BAF工艺模型.该模型包括5种微生物、28个生物过程,同时考虑了温度、pH值和抑制性物质对生物过程的影响.以实验室EGSB-BAF集成工艺的实验数据,结合灵敏度分析对部分模型参数进行了校核.采用校核后的模型对集成工艺EGSB段和BAF段出水的COD、NH4+-N、NO2--N和NO3--N浓度进行模拟,结果表明,EGSB段和BAF段的出水中COD、NH4+-N、NO2--N和NO3--N浓度的模拟值与实测值的误差在可接受范围内.表明模型能够描述工艺的主要生物反应过程,可以作为指导工艺研究、设计和运行优化的手段.     

呼吸法测定硝化菌产率系数实验研究

基于硝化过程中合成代谢和能量代谢耦合原理,分析硝化过程中的电子流,建立自养硝化菌细胞生长与氨氮氧化耗氧量之间的关系。采用间歇实验方法,通过电解质呼吸仪测定硝化过程的累积耗氧量和耗氧速率,使用M ann-Ken-dell趋势检验方法确定实验中硝化菌进入内源呼吸的时刻以及内源呼吸过程中的耗氧速率,估算出氨氮氧化的耗氧量。计算结果表明本实验中硝化菌产率系数为0.2345±0.0115 mg COD/mg NH4+-N。