污水中溶解氧的衰减和氨氮的降解规律

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1、00四川化工###########第6卷#$##&年第!期!"!!!!!!!"!!化工与环保!!"!!!!!!!"!城市生活污水中溶解氧的衰减和氨氮的降解规律潘欣梁玉祥潘柯樾易美桂!四川大学化工学院"成都"!"##!&#摘##要##本文通过建立模拟活塞流的循环管路模型!对污水的溶解氧"O.#$氨氮"3*183#等水质参数进行了研究!获得了不同流速和曝气量下污染物和溶解氧的浓度变化数据!建立了溶解氧和氨氮的一维水质模型%为改建城市下水管道和提高护城河自净能力提供了数据和理论支持%关键词!河流污染降解特性自净能力

2、溶解氧$7$#含氮有机物的转化"#概#述&$’含氮化合物在水体中转化可分为两个阶段(随着我国城市化进程的加快!排入护城河和下第一个阶段为含氮有机物如蛋白质$多肽$氨基酸和水道的生活污水量急剧增加%我国大部分护城河和尿素转化为无机氨氮!称为氨化过程%城区下水道的修建!设计的第一要素多为排污和排洪!而对护城河城区下水道水体中生物自净能力的保护不够%造成了多数护城河和城区下水道在改建后污染情况仍不容乐观%从千家万户排出的生活废水经过城区下水道后变成了有毒$有害的污染水体%第二阶段是氨氮转化为亚硝酸盐与硝酸盐!称护城

3、河中的流动状况复杂!属典型的混合流型%为硝化过程(因此本文在实验室建立了循环管路系统!模拟极端氨的氧化(在亚硝化单胞菌的作用下3*I0I流型一维活塞流"这也是城区下水道的常见流型#!LI1*$.$$3.$I*$.I$*研究了该流型下污染物的降解特性!建立了一维活亚硝酸的氧化(在硝化杆菌的作用下3.L$I塞流水质模型%L"*$.$$3.1总方程(3*ILI$#理论基础0I$.$$3.1I*$.I$*$71#水体的耗氧与复氧关系$7"#水体自净过程溶解氧是衡量河流水质最重要的综合性指地面水接受污染物后!能恢复为原

4、有的洁净水&1’标%其在水体中的传递过程可由图"表示(&"’质!这一过程称为水体的自净作用%$70活塞流的流动特性以及水质模型自净作用主要包括以下几个过程(首先!污染物取水体的一个控制体积单元"见图$#!对其进分子从污水的主体相传递到菌体表面)然后与菌体&0’行质量衡算(表面的黏多糖粘合!或与菌体表面的活性位点结合)得三维模型(最后!发生生物化学反应%因此!凡是能影响传质$$$+-+-+-+-+-+-吸附稳定和生化反应的因素!都是影响水体自净的I[eI[cI[]@Oe$IOc$+R+e+c+]+e+c万方数据

5、因素!如温度$流速$底物浓度等等%第!期#########城市生活污水中溶解氧的衰减和氨氮的降解规律0&$+-+-+-IO]$L2I[e@Lj-+]+R+e式中!e又因为R@[eOe"Oc"O]!分别为e"c"]方向的纵向离散系+-数#所以进一步简化为![e@L-%+e2!为单元内的污染物降解速率#"其中@j$式中!L"#!污染物的降解系数%_同理可得溶氧的变化速度一维方程!_:[e@4j$&-#L:’L4j"&>#L:R’_e1#实验方案及内容研究主体是一段0#B长的水平直管&见图1’%分别在&B

6、""#B""&B"$#B和0#B设置了取样点%#米处安装曝气装置#管道两端加V型管作为液封#主体管路采用/""#BB的Nf-管%循环回路采用/&&BB的Nf-管#由泵提供推动力%流速仪和转子流量计测量流速#"大气复氧$$杂质吸附$1有机物降解$0光合作用$&氨化作用$!硝化作用$%有机物吸附沉淀$6硝酸盐被藻类吸收$/藻类产生正磷酸盐$"#藻类利用正磷酸盐$""藻类呼吸作用$"$藻类利用氨氮$"1藻类代谢生成氨氮$"0氨氮氧化为亚硝酸盐$"&亚硝酸盐被氧化为硝酸盐$"!正磷酸盐图1实验装置示意图吸附氧沉淀图"

7、溶解氧在水体中的传递途径装置的设计模拟一维活塞流流动%研究在不同流速下污水各参数&-.OYS"氨氮"硝基氮"总磷’与曝气量的关系#0数据分析07"#溶解氧的变化图0(%表明%曝气量的增大对管路溶氧O.随时间R的变化关系起了较大影响#前"#BDE水体中O.较低%曝气传质推动力&-(:’大%而菌体需要一定的时间来适应曝气造成的溶氧环境的改变%这时复氧速度远大于-.O降解的耗氧速度#图$控制体积单元质量衡算此时!4j&-’@4j&>’,#$#L:"#L:R_:本文研究的管路模型是模拟活塞流情况%c和]方程可简化为!

8、@4j$&>#L:R’,4j$&-#L_R方向上速度可忽略不计%即["[$横断面上c@#]@#:’的速度分布比较均匀%离散系数可忽略不计$污染物!#("6#BDE%O.的上升使得溶氧推动力减小%的降解按一级反应动力学计算#则模型可简化为一复氧速度减缓%-.O降解速度加快到大于复氧速维方程!度%使水体溶氧开始下降#万方数据0!四川化工###########第6卷#$##&年第!期_:方程为!@4j$"