SBBR單級自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)的微量熱法研究.pdf

1、本課題利用中國工程物理研究院綿陽中物熱分析儀器有限公司開發(fā)的RD496－2000微量量熱儀，研究了穩(wěn)定運(yùn)行的SBBR單級自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器內(nèi)的自養(yǎng)脫氮過程。在控制條件下，取自SBBR反應(yīng)器具有單級自養(yǎng)脫氮功能的活性污泥在微量熱儀的反應(yīng)容器內(nèi)會發(fā)生一系列生物化學(xué)反應(yīng)，因這些生物化學(xué)反應(yīng)引起的熱能變化由微量熱儀記錄，得到反應(yīng)的熱能歷時曲線——熱譜圖。利用熱譜圖，從熱效應(yīng)的角度研究單級自養(yǎng)脫氮過程，構(gòu)建熱動力學(xué)模型，從過程熱效應(yīng)角度闡釋氨氮的去除

2、機(jī)理。
　　微量熱儀供氣系統(tǒng)氣體流量控制在6ml/min，氣流壓力控制在0.06Mpa，在此條件下，活性污泥與營養(yǎng)液混合狀況良好。量熱儀測試系統(tǒng)的靈敏度S值隨著測試環(huán)境條件的不同而發(fā)生一定的變化，在本研究控制條件下，S值取63μV/mW。實(shí)驗(yàn)中采用注射法向微量熱儀反應(yīng)池活性污泥內(nèi)添加營養(yǎng)物。在95％置信度區(qū)間內(nèi)，本實(shí)驗(yàn)誤差在10%以內(nèi)。
　　在實(shí)驗(yàn)控制條件下，微量熱儀反應(yīng)池內(nèi)自養(yǎng)脫氮污泥中的氨氮并沒有完全參與自養(yǎng)脫氮途徑的物

3、質(zhì)反應(yīng)，有部分氨氮以氮素的其他形式存在于整個污泥系統(tǒng)中。按照SHARON-ANMMOX組合工藝計(jì)算的氨氮轉(zhuǎn)化理論熱值與實(shí)驗(yàn)測定的實(shí)際放熱值相差較小，同時，從熱效應(yīng)的角度計(jì)算的脫氮效率與實(shí)際測定的值也很接近(83%)。由熱譜圖看出，當(dāng)加入一定的亞氮或羥氨氮時，自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)依然可以運(yùn)行。通過向微量熱儀反應(yīng)池內(nèi)的自養(yǎng)脫氮污泥中加入不同濃度的氨氮、亞氮、羥氨氮營養(yǎng)液來研究各生物反應(yīng)過程的熱譜圖，從微量熱法的角度揭示出：在自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)中存在氨氮、

4、亞氮、羥氨氮的三角循環(huán)過程，即氨氮與亞氮通過羥氨氮完成自養(yǎng)脫氮的轉(zhuǎn)化。
　　對注射氨氮時得到的放熱圖譜分別采用限制性微生物代謝指數(shù)模型和廣義Logistic生長熱動力學(xué)模型進(jìn)行解析。將限制性微生物代謝指數(shù)模型放熱圖譜分成熱增與熱減兩個階段進(jìn)行描述，分別構(gòu)建了熱增動力學(xué)模型與熱減動力學(xué)模型。模型中的k參數(shù)反映了體系總熱的變化速率，k的絕對值越大，體系的熱變化越快。熱增動力學(xué)模型中的k>0，表示體系總熱處于積累增加的過程；熱減動力學(xué)模

5、型中的k(－0.0017)<0，表示體系總熱處于耗散減少的過程。K值的絕對值大小與熱譜圖曲線的斜率大小趨勢一致。氨氮代謝熱增階段熱動力學(xué)模型計(jì)算出的k的絕對值(0.0095)大于熱減階段的k的絕對值(0.0017)，反映本SBBR系統(tǒng)中熱積累速率比熱耗散速率快。廣義Logistic生長熱動力學(xué)模型中，包含了限制性動力學(xué)中的兩個階段,k值反應(yīng)了整個熱反應(yīng)過程中細(xì)菌代謝速率常數(shù)，k值越大則反應(yīng)單位時間內(nèi)，微生物代謝越旺盛，體系中總熱量的累積

6、速率越大。在本實(shí)驗(yàn)中，廣義Logistic模型k=0.0032>0反映了在單位時間內(nèi)，體系中總熱量的累積處于上升的趨勢。v值反映了自養(yǎng)脫氮細(xì)菌，在有限的底物濃度下，對氨氮的降解程度。v=－0.8375>－１，即氨氮轉(zhuǎn)化率為83.75%，與本實(shí)驗(yàn)中氨氮90%的轉(zhuǎn)化率相符。
　　從微量熱力學(xué)角度對自養(yǎng)脫氮途徑進(jìn)行研究，容易確定最優(yōu)的控制條件，從而避免常規(guī)繁瑣的物質(zhì)檢測，為生產(chǎn)實(shí)踐中自養(yǎng)脫氮過程監(jiān)控提供新的手段。由于自養(yǎng)脫氮過程是多種微