不同工艺的短程硝化反硝化过程研究.ppt

1、不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,小组成员：李檬孟露涂佳敏 杨艳玲赵晴刘航,短程硝化反硝化是将氨氮氧化控制在亚硝化阶段，然后进行反硝化，省去了传统生物脱氮中由亚硝酸盐氧化成硝酸盐，再还原成亚硝酸盐两个环节。,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,图1-1传统生物脱氮途径,短程硝化反硝化具有很大的优势,缩短反应历程，节省50%的反硝化池容积。,降低污泥产量，硝化过程可少产污泥33%35%左右，反硝化阶段少产污泥55%左右。,3,4,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,短程硝化反硝化,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,几点假设： 进水水质水量恒定 进水过程是瞬时的（不考虑进水过程氮的去除） 完全混合式反

2、应 AOB(氨氧化菌或亚硝酸盐菌)不会处于内源代谢且代谢特性保持稳定 模型基于Monod方程,序批式活性污泥工艺 (SBR),1、硝化过程模型构建及参数测定,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,1、硝化过程模型构建及参数测定,氨氮降解总方程 亚硝化平衡方程,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,Monod方程表达式 AOB产率 最大比生长速率,1、硝化过程模型构建及参数测定,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,氨降解方程 用总MLSS代替,1、硝化过程模型构建及参数测定,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,1、硝化过程模型构建及参数测定,氨降解方程 其中 积分得,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,第一步

3、：控制KA,O SO SO/ KA,O+ SO1 A （A/YA ）MX 可确定A/YA 故YA=0.26 A=0.0193h-1,A = 0.317 C =139.55 KA,NH = 1.35 mg/L-1 另测得， M=5% X=5.106g SS/L-1,1、硝化过程模型构建及参数测定,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,第二步：控制DO较低水平 A = 1/YA A M X SO/(KA,O + SO) 可确定 KA,O A=0.1962 SO/ KA,O+ SO=0.1962/0.317 KA,O=0.307 试验得方程：,1、硝化过程模型构建及参数测定,不同工艺的短程硝化反硝化过程

4、研究,相关性系数R =0.9902,1、硝化过程模型构建及参数测定,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,2、反硝化过程模型构建及参数测定,几点假设： 进水水质水量恒定 进水过程是瞬时的（不考虑进水过程氮的去除） 完全混合式反应 DNB(反硝化菌)不会处于内源代谢且代谢特性保持稳定 模型基于Monod方程,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,亚硝酸盐降解总方程 反硝化平衡方程,2、反硝化过程模型构建及参数测定,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,亚硝盐降解方程 整理得,2、反硝化过程模型构建及参数测定,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,第一步：控制KNO SNO; KS S SNO/(KNO+ SNO

5、)1; S/ (KS+ S)1 (-1)/XH dSNO/dt= qN 可确定qN 第二步：控制KNO SNO SNO/(KNO+ SNO)1 (-1)/XH dSNO/dt=qN S/ (KS+ S) 可确定 Ks 第三步：控制KS S S/ (KS+ S)1 (-1)/XH dSNO/dt=qN SNO/(KNO+ SNO) 可确定KNO 试验得方程,2、反硝化过程模型构建及参数测定,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,2、反硝化过程模型构建及参数测定,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,缺氧-厌氧-微氧-好氧工艺 (A2O2),图3-1A2/O2工艺流程框图及物料平衡图,不同工艺的短程硝化反

6、硝化过程研究,1、设计进出水水质,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,考虑DO影响,考虑pH的影响,2、运行情况及动力学分析,（1）短程硝化过程的动力学参数的计算,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,微氧池中pH和DO浓度基本稳定，因此上式简化为： 即,带入微氧区物料平衡方程 得,取倒数,（1）,（2）,（3）,2、运行情况及动力学分析,（1）短程硝化过程的动力学参数的计算,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,以 为横坐标，以 为纵坐标，对式（3）进行线性 拟合，结果如图3-2所示，直线的截距为 ，斜率为 。,图3-2短程硝化动力学模型参数分析,据图求得： Vmax=1.20 mgNH4+-N/(g

7、VSSh) KS=5.25mgNH4+-N/L,2、运行情况及动力学分析,（1）短程硝化过程的动力学参数的计算,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,反硝化过程受双重基质的限制，在短程反硝化过程中，基质降解受NO2-浓度和有机物浓度的限制，假设反硝化过程符合Monod方程，因此用双重Monod模型方程来描述:,带入缺氧区物料平衡方程 得,取倒数,2、运行情况及动力学分析,（2）短程反硝化过程动力学参数的计算,（4）,（5）,（6）,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,以 为横坐标，以 为纵坐标，对式（6）进行线性拟合， 结果如图3-3所示，直线的截距为 ，斜率为 。,图3-3短程反硝化动力学模型参数

8、分析,据图求得： Vmax=0.00066 mgNO2-N/(mgVSSh) KSSN+SSN+KNKS=66.157,2、运行情况及动力学分析,（2）短程反硝化过程动力学参数的计算,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,带入缺氧区物料平衡方程 得,取倒数,2、运行情况及动力学分析,（2）短程反硝化过程动力学参数的计算,若不考虑有机物对反硝化过程的限制，则反硝化动力学方程可表示为：,（7）,（8）,（9）,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,对式（9）进行线性拟合，结果如图3-4所示，直线的截距 = 1305.6，斜率 =1665.6 。,2、运行情况及动力学分析,（2）短程反硝化过程动力学参数的计

9、算,据图求得： Vmax=0.00076 mgNO2-N/(mgVSSh) KN=1.28mg/L 将KN代入下式KSSN+SSN+KNKS=66.157 可得KS=41.2mg/L,图3-4短程反硝化动力学模型参数分析,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,短程硝化动力学模型可用Monod方程表示： ，经试验 获得模型参数vmax为1.20mg/(mgVSSh)，KS为5.25mgNH4+-N/L。 短程反硝化过程受亚硝酸盐浓度和有机物的双重限制，因此短程反硝化动力学模型用双基质的Monod方程来描述： 根据试验数据求得vmax= 0.00066 mgN2-N/(mgVSSh)，KN为1.28m

10、g/L，KS为41.2mg/L。,2、运行情况及动力学分析,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,曝气生物滤池将生物氧化过程与固液分离集于一体，使碳源去除、固体过滤和硝化过程在同一个单元反应器中完成，经池结构改进后增加了厌氧区的曝气生物滤池还可以进行反硝化脱氮及除磷。曝气生物滤池的基本原理在于在一级强化的基础上，以颗粒状填料及其附着生长的生物膜为主要处理介质，充分发挥生物代谢作用、物理过滤作用、生物膜和填料的物理吸附作用以及反应器内食物链的分级捕食作用，实现污染物在同一单元反应器内去除。曝气生物滤池借鉴了生物接触氧化反应器和深床过滤器的设计原理，省却了二次沉淀设备。反应器内存在着不同的好氧、缺氧区

11、域，可同步实现硝化和反硝化，在去除有机物的同时达到脱氮的目的。,曝气生物滤池 (Biological Aeration Filter，BAF),图4-1 BAF反应器结构图,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,废水采用人工配水，NH4+_N浓度为 50mg/L 时，主要组分见下表。废水中的 COD 用葡萄糖进行配制。,1、废水水质及实验内容,实验内容： （1）测定不同 NO2-N 浓度条件下的亚硝酸盐氮的反硝化速率； （2）测定不同有机物浓度条件下的亚硝酸盐氮的反硝化速率； （3）推导短程反硝化的动力学模型：假设反硝化符合 Monod 模型，推导出相关参数；,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,假

12、设反硝化过程仍然符合 Monod 动力学方程，反硝化系统中NO2-N与有机电子供体间的限制类似于好氧系统中氧与有机物间的限制，因此，可以用下述方程来描述反硝化过程:,2、运行情况及动力学分析,式中： YH,N 反硝化菌产率系数； u 反硝化菌最大比增殖速率，h-1； KN 亚硝酸盐氮的半饱和常数，mgL-1； SNBAF 反硝化过程中不同时刻亚硝酸盐氮浓度，mgL-1； S投加碳源浓度（COD），mgL-1； KS有机物的半饱和常数，mg L-1； XBAF 反应器的当量生物膜的量，mgL-1；,（0）,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,在忽略反硝化菌同化作用吸收氮的条件下，可以认为反应器内亚

13、硝酸盐氮的减少完全是由反硝化作用而引起的，又因为亚硝酸盐的反硝化速率等于单位生物膜亚硝酸盐氮浓度变化的负值，因此，根据 Monod 方程对亚硝酸盐氮比还原速率的表达形式，得出亚硝酸盐氮随时间变化的非稳态间歇反应动力学方程：,（1）,2、运行情况及动力学分析,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,试验采用较高的亚硝酸盐氮和有机物浓度，使系统中亚硝酸盐氮和有机物浓度远远大于它们各自的半饱和参数（此时COD=100mg/l，NO2-N 100mg/l），这种条件下反硝化反应呈零级反应，即反硝化速率不随亚硝酸盐氮和有机物浓度的变化而变化，据此，可以求出亚硝酸盐氮最大比还原速率q反硝化max 。 在式（1）

14、中，当 SNKN，SKS时，有 把（2）带入（1）得：,（2）,（3）,2、运行情况及动力学分析,（1）q反硝化max的求出,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,由于温度对反硝化动力学的影响很大，因此试验中控制反应器的温度为 30，用 4 次间歇试验得到的数据，经（3）式计算得： q反硝化max=0.0167h-1 试 验 测 得 的 亚 硝 酸 盐 氮 最 大 比 还 原 速 率q反硝化max与 传统反硝化中q反硝化max=0.00830.0333h-1有较好的一致性，说明当反应器内亚硝酸盐氮浓度很高时，短程反硝化与传统反硝化的比还原速率是相同的。,2、运行情况及动力学分析,（1）q反硝化ma

15、x的求出,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,在已知q反硝化max的前提下，增加反应体系中有机物的浓度，使其远远大于其半饱和常数（此时取 COD100mg/l），而亚硝酸盐氮浓度维持正常水平，则反硝化速率仅随亚硝酸盐氮浓度的变化而变化，因而可以求出亚硝酸盐氮的半饱和常数KN。 在（1）式中，当 SKS时，有： 把（4）式代入（1）式得到只考虑亚硝酸盐氮对反硝化影响的间歇反应动力学方程：,（4）,（5）,2、运行情况及动力学分析,（2）亚硝酸盐氮半饱和常数 KN的求出,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,（5）式方程两边各取倒数得： 当 时， ，以 对 作图，得到 一直线，直线与横轴的截距即为 ，如

16、图4-2。,2、运行情况及动力学分析,（2）亚硝酸盐氮半饱和常数 KN的求出,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,（6）,图4-2亚硝酸盐氮半饱和系数KN的测定,2、运行情况及动力学分析,（2）亚硝酸盐氮半饱和常数 KN的求出,据图求得：KN=1.40mg/L,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,在已知q反硝化max的前提下，增加反应体系中的亚硝酸盐氮浓度（此时取NO2-N =100mg/L），使其远远大于其半饱和常数，而有机物浓度维持正常水平，则反硝化速率仅随有机物浓度的变化而变化，因而可以求出有机物的半饱和常数KS。 在（1）式中，当 SNKN时，有 把（7）式代入（1）式得到只考虑有机物对反硝化影响的间歇反应动力学方程：,（7）,（8）,2、运行情况及动力学分析,（3）有机物半饱和常数 KS的求出,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,2、运行情况及动力学分析,（3）有机物半饱和常数 KS的求出,不同工艺的短程硝化反硝化过程研究,图4-3有机物半饱和常数Ks的测定,2、运行情况及动力学分析,（3）有机