氨氧化反应动力学研究_715406348

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1、氨氧化反应动力学研究1课题介绍与背景（Introduction）1.1氨氧化反应原理及意义生物脱氮反应是氮的分解还原反应，或称为反硝化作用，它包括把废水中存在的硝酸盐和亚硝酸盐还原成气态氮的反应。但是污水中的氮是以有机氮、氨氮和硝态氮等形式存在的，其中有机氮和氨氮为主要形式。因此在生物处理过程中，有机氮首先被异养型的微生物--氧化分解成氨氮，即所谓的氨化作用，然后经硝化作用转变为NO2和NO3，最后通过反硝化作用使硝态氮转化成氮气逸入大气。而硝化反应是由一类自养好氧微生物完成的，它包括两个步骤：第一步称为氨氧化过

2、程，是由氨氧化菌把氨氮转化为亚硝酸盐，氨氧化菌中有亚硝酸单胞菌属、亚硝酸螺杆菌属和亚硝酸球菌属；第二步称为亚硝酸盐氧化过程，由亚硝酸盐氧化菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐，亚硝酸盐氧化菌中有硝酸杆菌属、硝酸螺菌属和硝酸球菌属。氨氧化菌和亚硝酸--盐氧化菌统称为硝化菌，它们都利用无机碳化合物如CO3、HCO3和CO2作为碳源，从NH3、+-NH4或NO2的氧化反应中获得能量，并在好氧条件下以O2为电子受体。氨氧化、亚硝酸盐氧化及完全消化过程的反应式分别如式（1.1）、（1.2）、（1.3）所示。++−氨氮氧化为亚硝酸

3、盐：NH+1.5O→NO+HO+2H（1.1）4222−−亚硝酸盐氧化为硝酸盐：NO+→0.5ONO（1.2）223++−硝化反应总方程式：NH+→+2ONOHO+2H（1.3）4232近年来国内外学者在自然界氮元素循环和废水脱氮领域内的一系列研究表明，在水环境中存在新的氨氮转化途径，即将硝化控制在亚硝化阶段，然后进行反硝化，这一过程即为短程硝化反硝化，与传统的硝化-反硝化工艺相比，短程硝化反硝化可以节省能耗和碳源。无论传统的硝化-反硝化工艺还是短程硝化反硝化工艺，首先都需要在氨氧化菌的作用下将氨氮氧化为亚硝氮，

4、然后进行后续工艺，因此，对于氨氧化反应动力学的研究，对于实际应用具有一定的指导意义。1.2本研究的主要内容（1）通过参考文献中的氨氧化反应数据，采用生物反应中常用的米-门方程进行拟合；（2）通过查阅相关文献获得常用的底物抑制模型，分别对氨氧化反应数据进行拟合，得到其中拟合最好的底物抑制模型；（3）尝试对已有的底物抑制模型进行改进，使其拟合结果能更好地符合实测氨氧化反应数据。2试验条件（Materialsandmethods）2.1试验装置及运行条件试验所用反应器为有效容积8.0L的塑料桶，污泥来源是经过120天富

5、集得到的好氧氨氧化菌混培物。每次接种污泥量1.5L，淘洗3-4次，沉淀0.5h，除去上清液，再加入人工配水6.5L，向反应器中加入叠氮化钠NaN3使其浓度为24μM，24μMNaN3可选择性地抑制-++-NO2-N氧化，而不影响NH4-N氧化，使为NH4氧化NO2为唯一的限制步。变化DO而其它影+响因素在最佳条件（T=28±2℃，pH=8.0±0.2），得到不同DO值下NH4-N浓度随时间的变化情况，试验完毕后再将污泥淘洗2次后倒回富集反应器。每次试验约2-3h。从反应开始计+--时起，每隔40min左右从取样口

6、取样一次，测量溶液中的NH4-N、NO2-N、NO3-N浓度值。试验装置图如图2.1。图2.1试验装置图人工配水中的主要组分和微量元素组成见表2.1和表2.2。表2.1人工配水中主要组分含量+组分NH4-NKH2PO4KClMgSO4微量元素含量(mg/L)15030110500.4mL/L废水表2.2微量元素的组成组分ZnSO4·5H2OFeSO4·7H2OCuCl2·2H2OMgCl2·2H2OH3BO3含量(mg/L)801002050202.2试验分析项目及测定方法分析项目和测定方法见表2.3。表2.3试

7、验分析项目表分析项目分析方法备注pH精密pH计法DO精密DO计法-NO2N-（1萘基）-乙二胺比色法GB7493-87-NO3酚二磺酸光度法GB7480-87+NH4纳氏试剂分光光度法GB7479-87NO2/NO气体分析仪温度温度计3试验数据（Results）本文中所用到的数据仅为参考文献1中研究DO对氨氧化反应速率的影响的结果，不同+DO值下NH4-N浓度随时间的变化情况如表3.1所示。+表3.1不同DO值下NH4-N浓度随时间的变化DO(mg/L)t(min)0.51.02.04.50164.0164.01

8、67.5160.040147.0139.0133.5135.580133.5114.0111.5114.5120111.590.080.078.016097.561.547.038.520095.029.015.08.5240—14.52.01.5280—2.50.50.24分析与讨论（Discussion）+氨氧化反应速率主要受NH4-N浓度、DO、氨氧化菌浓度、pH、