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        游離氨和游離亞硝酸聯(lián)合抑制下的氨氧化過程和亞硝酸鹽氧化過程的動力模型

        2018-10-23 00:43:58張艷柏堅聯(lián)創(chuàng)工程顧問有限公司北京100000
        中國房地產(chǎn)業(yè) 2018年19期
        關(guān)鍵詞:競爭性亞硝酸鹽底物

        文/張艷 柏堅聯(lián)創(chuàng)工程顧問有限公司 北京 100000

        1、引言

        由于世界范圍內(nèi)水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象的不斷發(fā)生,各國學者對污水脫氮除磷做了大量研究,并開發(fā)出了許多污水脫氮新工藝,如SHARON、OLAND、CANON、ANAMMOX等,這些新技術(shù)的關(guān)鍵是如何將硝化過程控制在亞硝化階段.研究發(fā)現(xiàn),游離氨(free ammonia, FA)對亞硝酸鹽氧化菌nitrite oxidizing bacteria,NOB)和氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)產(chǎn)生抑制作用的濃度為0.1-1.0 mg L和10-150 mg L,最新研究結(jié)果表明,當FA濃度達到6 mg L時就可完全抑制NOB的生長;游離亞硝酸(free nitrous acid, FNA)完全抑制NOB和AOB生長的濃度分別為0.02 mg L和0.4mg L。但目前還鮮見NOB對FNA的抑制具有適應性,因此研究FA和FNA聯(lián)合抑制下的氨氧化過程和亞硝酸鹽氧化過程的動力模型,就可以準確的在反應器啟動初期利用廢水中較高的FA濃度使NOB受到抑制,啟動短程硝化。

        2、建模方法

        FA 抑制氨氧化過程的動力模型(1),F(xiàn)NA 抑制氨氧化過程的動力模型(2),F(xiàn)A 抑制亞硝酸鹽氧化過程的動力模型(3),F(xiàn)NA抑制亞硝酸鹽氧化過程的動力模型(4),這四種動力模型均來自酶抑制模型。抑制類型包括競爭性抑制、反競爭性抑制(或者說自我抑制)和非競爭性抑制。當抑制劑的濃度不取決于底物濃度時(例如例2和例3),采用直接線性圖表法從實驗數(shù)據(jù)中來確定抑制類型。當抑制劑濃度取決于底物濃度(例1和例4)以至于直接線性圖表法是不適用的,那么就用實驗數(shù)據(jù)來驗證最可能的抑制類型。

        2.1 FA抑制氨氧化過程

        Andrews 總結(jié)了一個經(jīng)典的氨氧化過程中的反競爭性抑制模型:

        在這個式子中q和 分別是特定底物利用率和其最大值(mgS/mgVSS-day)。S是底物濃度,K s是半飽和速率濃度,K1是抑制常數(shù)。Andrews和其他的研究學者認為公式1中的S是總氮的濃度(TAN,NH 4+ -N+NH3 -N),當pH恒定時,這理論是成立的。由于FA抑制了氨氧化過程并且FA的濃度取決于pH,那么公式1中的抑制公式 S/K1可以用SFA /K1代替,其中SFA是游離氨濃度:

        有兩種關(guān)于公式2中底物濃度S的想法。傳統(tǒng)上,S是總氮濃度。然而,一些學者提出了最新的說法是S是游離氨的濃度:

        2.2 FNA抑制氨氧化過程

        從實驗數(shù)據(jù)中確定未知的抑制模型及其動力參數(shù),直接線性圖表法是十分有效的。這個方法基于莫諾式底物利用動力模型:

        在這個公式中, 和 分別是有效的 和有效的Ks,這反映出抑制的有效性。重新整合公式5和公式6:

        公式5描述了斜率是q/S,截距是q的S-q的直線束關(guān)系圖。不同的S-q值將產(chǎn)生不同的直線,但所有線將經(jīng)過定點()。盡管由于錯誤直線不相交于一點,但是這個方法就是眾多方法中估計最可靠的,因為它阻止了由于中值的插入的異常值的影響。

        2.3 FA抑制亞硝酸鹽氧化過程

        FA對亞硝酸鹽氧化過程的抑制似乎是亞硝酸鹽積累最重要的因素。有兩種關(guān)于FA抑制作用的說法:反競爭性抑制和非競爭性抑制。

        2.4 FNA對亞硝酸鹽氧化過程的抑制

        早期闡述亞硝酸鹽氧化過程的抑制模型是非競爭性抑制模型,正如公式6所示,其中S 1是抑制劑濃度(mg N/L):

        Boon和Laudelout認為S是NO2-的濃度,S1是HNO2的濃度。近來,Gee等人認為S和S1都是NO2--N的濃度,然而其他學者認為S和S1都是HNO 2的濃度。因為實驗證實了抑制劑是FNA(HNO2)而不是(NO2-),所以在研究中,NO2-不是S1。如果直接的底物是FNA,那么公式6中Ks取決于pH,Ks/f(pH),其中f(pH)=47/14(1/[exp(-2300/(273+℃ ))*10pH+1])。

        結(jié)論:

        FA和FNA聯(lián)合抑制模型可以預測的是,通過聯(lián)合底物和產(chǎn)物的復合抑制,NOB的將會顯著減小。這也表明,在SBR系統(tǒng)中,能夠?qū)崿F(xiàn)高亞氮條件下氨氮的完全去除,這在連續(xù)流反應中是無法實現(xiàn)的。

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