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)定運行的SBBR單級自養(yǎng)脫氮反應器內的自養(yǎng)脫氮過程。在控制條件下，取自SBBR反應器具有單級自養(yǎng)脫氮功能的活性污泥在微量熱儀的反應容器內會發(fā)生一系列生物化學反應，因這些生物化學反應引起的熱能變化由微量熱儀記錄，得到反應的熱能歷時曲線——熱譜圖。利用熱譜圖，從熱效應的角度研究單級自養(yǎng)脫氮過程，構建熱動力學模型，從過程熱效應角度闡釋氨氮的去除

2、機理。
　　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。實驗中采用注射法向微量熱儀反應池活性污泥內添加營養(yǎng)物。在95％置信度區(qū)間內，本實驗誤差在10%以內。
　　在實驗控制條件下，微量熱儀反應池內自養(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、質反應，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組合工藝計算的氨氮轉化理論熱值與實驗測定的實際放熱值相差較小，同時，從熱效應的角度計算的脫氮效率與實際測定的值也很接近(83%)。由熱譜圖看出，當加入一定的亞氮或羥氨氮時，自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)依然可以運行。通過向微量熱儀反應池內的自養(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生長熱動力學模型進行解析。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行描述，分別構建了熱增動力學模型與熱減動力學模型。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模型計算出的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生長熱動力學模型中，包含了限制性動力學中的兩個階段,k值反應了整個熱反應過程中細菌代謝速率常數(shù)，k值越大則反應單位時間內，微生物代謝越旺盛，體系中總熱量的累積

6、速率越大。在本實驗中，廣義Logistic模型k=0.0032>0反映了在單位時間內，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，即氨氮轉化率為83.75%，與本實驗中氨氮90%的轉化率相符。
　　從微量熱力學角度對自養(yǎng)脫氮途徑進行研究，容易確定最優(yōu)的控制條件，從而避免常規(guī)繁瑣的物質檢測，為生產(chǎn)實踐中自養(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