MBBR生物预处理工艺硝化过程动态模型的建立.
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生物膜衰减率,取0105d -1[3]
; Y为细胞消耗单位基质量的实际生长量(mg/mg ; q m为最大比基质
去除率,即单位细胞量的最大比基质去除率, mg/
(mg・d ; μmax为最大细胞比增长速率, d -1
.
最小基质质量浓度可以从各中试运行工况与降解试验结果得出.中试运行中,当进水氨氮质量浓度接近011mg/L以后,中试基本无去除效果;在降解试验中,随曝气时间的延长,在氨氮质量浓度降低到0108mg/L左右,继续曝气对氨氮去除效果基本无影响.通过数据分析,在水温为20℃左右,最小基质氨氮质量浓度为0108±0104mg/L.312硝化动力学及其参数确定通过反应器物质的量平衡,氨氮去除速率可利用下式进行计算
.试验表明,MBBR反应器为典型的完全混合反应器,结合硝化反应动力学,建立了
完全混合式原水生物预处理硝化反应器动态模拟模型.通过模型计算与实际中试运行效果比较可以得出:在低进水氨氮质量浓度条件下,模型计算值与实验数据略有差别;在中高进水氨氮质量浓度条件下,模型计算值与实验结果较为一致.模型较好地反应了工艺硝化的过程,可方便地应用于工艺的控制和管理.关键词:硝化;动态模拟;生物预处理; MBBR中图分类号:X506
第38卷 第5期
2006年5月
哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报
JOURNAL OF HARB I N I N STI T UTE OF TECHNOLOGY
Vol 138No 15May 2006
M BBR生物预处理工艺硝化过程动态模型的建立
徐 斌,夏四清,胡晨燕,高乃云
(同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092, E 2mail:tj w en wu@mail. t ongji . edu . cn
ρ(NO 3
-
-N
/(mg・L -1
ρ(NO 2
-
-N
/(mg・L -1
进水2011138355126108113521940114出水
2011
7161
36
918
5192
0135
3185
0105
在MBBR池两格分别投加1L 25%工业氨
水,并保持气量为45m 3/h,池体内水量为80m 3
.氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、pH与DO平均质量浓度随时间的变化曲线如图1、2所示.
netics the nitrificati on dyna m ic si m ulati on model of this type of react or was built . The validity of this model was testified by the p il ot 2scale experi m ent of Huangpu river ra w water bi o 2p retreat m ent byMBBR technol ogy . Comparing the calculati on results of the model with the results of ex peri m ent, the conclusi on could be dra wn:the higher the concentrati on of a mmonia nitr ogen in ra w water is, the less the difference bet w een the model and the experi m ent is . A s a matter of fact, the results of this model are very cl ose t o the experi m ents; and it can be used t o manage and contr ol the p ractical operati on of this technol ogy effectively . Key words:nitrificati on; dyna m ic si m ulati on model; bi ol ogical p retreat m ent; MBBR
;池底设置48根DN25穿孔曝气管(L =500mm ,并均匀分为4组.实验时使用两组曝气管曝气,以保证填料的悬流状态.
2氨氮的降解规律
试验前MBBR池运行效果良好,各进出水水质指标如表1所示. , ,探.
水质指标水温
/U (DO /(mg・L -1
/(mg・L -1
ρ(NH 3-N
/(mg・L -1
文献标识码:A
文章编号:(2006 -05
D ynam i c si a f i on i n b i o 2pretrea t m en t
g M BBR technology
XU B in, X I A Si 2qing, HU Chen 2yan, G AO Nai 2yun
(State Key Laborat ory of Polluti on Contr ol and Res ource Reuse, T ongji University, Shanghai 200092, China,
摘 要:采用MBBR工艺对微污染黄埔江原水硝化过程动力学和反应器动力学进行了研究.采用考虑最小基质质量浓度的M ichaelis -Menten方程,氨氮去除速率方程为N =1879(S -0108 /(S +1152 ,各动力学参数分别为:最
大氨氮去除速率N max为1879mg/(m 2
・d ;半速率常数K s为116mg/L;最小基质氨氮质量浓度为0108mg/L;最大细胞比增长速率μmax为1105d -1
收稿日期:2004-08-22.
基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目(2002AA601130 ;
国家科技攻关计划重大资助项目(2003BA808A17 .
作者简介:徐 斌(1976- ,男,博士,讲师;
夏四清(1965- ,男,博士,教授,博士生导师;高乃云(1949- ,女,博士,教授,博士生导师.
原水中的氨氮在水的输送和处理过程中,容易造成管网中亚硝酸盐质量浓度Leabharlann Baidu增高、除锰困难和降低有机物氧化效率等问题;另外原水中氨氮质量浓度过高,需加大氯的投加量,从而引起有
害副产物增加[1]
.因此,如何有效去除原水中氨
氮也是目前预处理工程的主要任务之一.生物硝化是去除水中氨氮的有效方法之一,它具有成本低、效率高等特点.微污染原水中的氨氮质量浓度一般<3mg/L,与研究较多的污水生物硝化动力学有较大的不同[2, 3]
图3氨氮去除速率与时间的变化曲线
从图3、4可以看出:在曝气初期氨氮质量
浓度为6mg/L,其降解速度最大可达到
mental conditi ons, the para meters were deter m ined t o be 0108mg/L,116mg/L,1859mg/(m 2
・d and 1148d
-1
, res pectively . It can be dra wn that the MBBR bel ongs t o the CST R and considering the nitrifying ki 2
V d t =Q (S 0-S e r A 0.
N r =
Q (S 0-S e
A
.
式中:V为反应器体积, m 3
; Q为进水水量, m 3
/d; S 0为进水质量浓度, mg/L;S e为出水质量浓度, mg/L;N r为氨氮去除速率,
mg/(m 2
・d ; A为填
料的总表面积, m 2
.
在降解试验条件下,氨氮去除速率与时间的变化如图3所示;氨氮去除速率随氨氮质量浓度的变化如图4所示.
man和McCarty提出一般维持稳态生物膜的最小
基质质量浓度可以表示为S m in =K s b /(μmax -b ,
・
637・哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 第38卷
μmax =Yq m
[4]
. S m in为维持稳态生物膜的最小基质质量浓度, mg/L;K s为半最大比基质去除率时的基质质量浓度,又称半速率常数, mg/L;b为总比
.如何正确建立原水生物处理过程中硝化动力学及其动态模拟模型,对于深入研究原水预处理过程和指导工程实践是十分必要的.移动床生物膜反应器(MBBR是在生物滤池和流化床的工艺基础上发展起来的一种水处理新技术.它具有处理能力高、能耗低、不需要反冲洗、水头损失小、不发生堵塞的工艺特点,已广泛应用于污废水处理以及城市污水处理场的改造方面,但应用于微污染原水处理中尚少见报道.本文利用MBBR工艺对黄浦江微污染原水进行了为期1年,规模为60～160m 3
E 2mail:tj w en wu@mail. t ongji . edu . cn
Abstract:The nitrifying and react or kinetics of ra w water nitrificati on in bi ol ogical p retreat m ent of m icr o 2pol 2luted water fr om Huangpu R iver by MBBR technol ogy was studied . According t o the equati on of M ichaelis 2Menten, taking the m ini m um a mmonia nitr ogen concentrati on int o considerati on, the relati onshi p bet w een a m 2monia nitr ogen concentrati ons and a mmonia nitr ogen re moval rates could be p resented as N =1879(S -0108 /(S +1152 . Four nitrificati on kinetics para meters could be directly or indirectly obtained by the meas 2ure ments of the react or syste m , including the m ini m um a mmonia nitr ogen concentrati on, the half saturati on constant, the maxi m um a mmonia re moval rate and the maxi m um s pecific bacterial gr owth rate . For the experi 2
/h的生物预处理中试实验.对该工艺硝化过程动态模型进行研究,以期
能为该工艺的实际应用提供参考.
1实验工艺与设备
MBBR (钢板制尺寸为:长×宽×高=610m ×115m ×915m (有效水深910m ,池体在
长度方向上平均分为串联式两格;池内按填充率50%投加同济大学专利悬浮填料(填料为球型,
单体直径为100mm ,比表面积为100m 2/m3
以上.在进水氨氮质量浓度5～6mg/L条件下,该曝气量可满足硝化过程需氧量.
3原水生物预处理硝化反应动力学
311最小基质氨氮质量浓度
生物膜模型中有一个重要概念为最小基质质量浓度,它是保证稳态生物膜存在的必要条件.如果基质质量浓度小于最小基质质量浓度,则生物膜的损失量大于生物细胞生长那个量,从而导致生物膜不断变薄,甚至根本不形成生物膜. R itt 2
图1氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐变化曲线
图2DO与pH值变化曲线
从图1、2可以看出:随着时间的变化,氨氮在
开始阶段迅速降解,随后氨氮质量浓度降低导致降解速率逐步降低.硝酸盐的增长基本伴随着氨氮的降解.但同时可以看出,亚硝酸盐质量浓度在氨氮降解过程中,会有一个积累过程,但积累量非常小,随后会逐步降解.在降解过程中,氨氮降解量稍大于亚硝酸盐和硝酸盐的生成量之和,反应最后硝酸盐的生成量小于氨氮的降解量大致1mg/L.pH值在降解初期高氨氮质量浓度条件下,大幅度下降,随着曝气时间的延长,在氨氮基本降解结束后,由于曝气作用,逐步上升.溶解氧的变化规律与pH的变化规律一致,溶解氧质量浓度保持在7mg/L
; Y为细胞消耗单位基质量的实际生长量(mg/mg ; q m为最大比基质
去除率,即单位细胞量的最大比基质去除率, mg/
(mg・d ; μmax为最大细胞比增长速率, d -1
.
最小基质质量浓度可以从各中试运行工况与降解试验结果得出.中试运行中,当进水氨氮质量浓度接近011mg/L以后,中试基本无去除效果;在降解试验中,随曝气时间的延长,在氨氮质量浓度降低到0108mg/L左右,继续曝气对氨氮去除效果基本无影响.通过数据分析,在水温为20℃左右,最小基质氨氮质量浓度为0108±0104mg/L.312硝化动力学及其参数确定通过反应器物质的量平衡,氨氮去除速率可利用下式进行计算
.试验表明,MBBR反应器为典型的完全混合反应器,结合硝化反应动力学,建立了
完全混合式原水生物预处理硝化反应器动态模拟模型.通过模型计算与实际中试运行效果比较可以得出:在低进水氨氮质量浓度条件下,模型计算值与实验数据略有差别;在中高进水氨氮质量浓度条件下,模型计算值与实验结果较为一致.模型较好地反应了工艺硝化的过程,可方便地应用于工艺的控制和管理.关键词:硝化;动态模拟;生物预处理; MBBR中图分类号:X506
第38卷 第5期
2006年5月
哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报
JOURNAL OF HARB I N I N STI T UTE OF TECHNOLOGY
Vol 138No 15May 2006
M BBR生物预处理工艺硝化过程动态模型的建立
徐 斌,夏四清,胡晨燕,高乃云
(同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092, E 2mail:tj w en wu@mail. t ongji . edu . cn
ρ(NO 3
-
-N
/(mg・L -1
ρ(NO 2
-
-N
/(mg・L -1
进水2011138355126108113521940114出水
2011
7161
36
918
5192
0135
3185
0105
在MBBR池两格分别投加1L 25%工业氨
水,并保持气量为45m 3/h,池体内水量为80m 3
.氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、pH与DO平均质量浓度随时间的变化曲线如图1、2所示.
netics the nitrificati on dyna m ic si m ulati on model of this type of react or was built . The validity of this model was testified by the p il ot 2scale experi m ent of Huangpu river ra w water bi o 2p retreat m ent byMBBR technol ogy . Comparing the calculati on results of the model with the results of ex peri m ent, the conclusi on could be dra wn:the higher the concentrati on of a mmonia nitr ogen in ra w water is, the less the difference bet w een the model and the experi m ent is . A s a matter of fact, the results of this model are very cl ose t o the experi m ents; and it can be used t o manage and contr ol the p ractical operati on of this technol ogy effectively . Key words:nitrificati on; dyna m ic si m ulati on model; bi ol ogical p retreat m ent; MBBR
;池底设置48根DN25穿孔曝气管(L =500mm ,并均匀分为4组.实验时使用两组曝气管曝气,以保证填料的悬流状态.
2氨氮的降解规律
试验前MBBR池运行效果良好,各进出水水质指标如表1所示. , ,探.
水质指标水温
/U (DO /(mg・L -1
/(mg・L -1
ρ(NH 3-N
/(mg・L -1
文献标识码:A
文章编号:(2006 -05
D ynam i c si a f i on i n b i o 2pretrea t m en t
g M BBR technology
XU B in, X I A Si 2qing, HU Chen 2yan, G AO Nai 2yun
(State Key Laborat ory of Polluti on Contr ol and Res ource Reuse, T ongji University, Shanghai 200092, China,
摘 要:采用MBBR工艺对微污染黄埔江原水硝化过程动力学和反应器动力学进行了研究.采用考虑最小基质质量浓度的M ichaelis -Menten方程,氨氮去除速率方程为N =1879(S -0108 /(S +1152 ,各动力学参数分别为:最
大氨氮去除速率N max为1879mg/(m 2
・d ;半速率常数K s为116mg/L;最小基质氨氮质量浓度为0108mg/L;最大细胞比增长速率μmax为1105d -1
收稿日期:2004-08-22.
基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目(2002AA601130 ;
国家科技攻关计划重大资助项目(2003BA808A17 .
作者简介:徐 斌(1976- ,男,博士,讲师;
夏四清(1965- ,男,博士,教授,博士生导师;高乃云(1949- ,女,博士,教授,博士生导师.
原水中的氨氮在水的输送和处理过程中,容易造成管网中亚硝酸盐质量浓度Leabharlann Baidu增高、除锰困难和降低有机物氧化效率等问题;另外原水中氨氮质量浓度过高,需加大氯的投加量,从而引起有
害副产物增加[1]
.因此,如何有效去除原水中氨
氮也是目前预处理工程的主要任务之一.生物硝化是去除水中氨氮的有效方法之一,它具有成本低、效率高等特点.微污染原水中的氨氮质量浓度一般<3mg/L,与研究较多的污水生物硝化动力学有较大的不同[2, 3]
图3氨氮去除速率与时间的变化曲线
从图3、4可以看出:在曝气初期氨氮质量
浓度为6mg/L,其降解速度最大可达到
mental conditi ons, the para meters were deter m ined t o be 0108mg/L,116mg/L,1859mg/(m 2
・d and 1148d
-1
, res pectively . It can be dra wn that the MBBR bel ongs t o the CST R and considering the nitrifying ki 2
V d t =Q (S 0-S e r A 0.
N r =
Q (S 0-S e
A
.
式中:V为反应器体积, m 3
; Q为进水水量, m 3
/d; S 0为进水质量浓度, mg/L;S e为出水质量浓度, mg/L;N r为氨氮去除速率,
mg/(m 2
・d ; A为填
料的总表面积, m 2
.
在降解试验条件下,氨氮去除速率与时间的变化如图3所示;氨氮去除速率随氨氮质量浓度的变化如图4所示.
man和McCarty提出一般维持稳态生物膜的最小
基质质量浓度可以表示为S m in =K s b /(μmax -b ,
・
637・哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 第38卷
μmax =Yq m
[4]
. S m in为维持稳态生物膜的最小基质质量浓度, mg/L;K s为半最大比基质去除率时的基质质量浓度,又称半速率常数, mg/L;b为总比
.如何正确建立原水生物处理过程中硝化动力学及其动态模拟模型,对于深入研究原水预处理过程和指导工程实践是十分必要的.移动床生物膜反应器(MBBR是在生物滤池和流化床的工艺基础上发展起来的一种水处理新技术.它具有处理能力高、能耗低、不需要反冲洗、水头损失小、不发生堵塞的工艺特点,已广泛应用于污废水处理以及城市污水处理场的改造方面,但应用于微污染原水处理中尚少见报道.本文利用MBBR工艺对黄浦江微污染原水进行了为期1年,规模为60～160m 3
E 2mail:tj w en wu@mail. t ongji . edu . cn
Abstract:The nitrifying and react or kinetics of ra w water nitrificati on in bi ol ogical p retreat m ent of m icr o 2pol 2luted water fr om Huangpu R iver by MBBR technol ogy was studied . According t o the equati on of M ichaelis 2Menten, taking the m ini m um a mmonia nitr ogen concentrati on int o considerati on, the relati onshi p bet w een a m 2monia nitr ogen concentrati ons and a mmonia nitr ogen re moval rates could be p resented as N =1879(S -0108 /(S +1152 . Four nitrificati on kinetics para meters could be directly or indirectly obtained by the meas 2ure ments of the react or syste m , including the m ini m um a mmonia nitr ogen concentrati on, the half saturati on constant, the maxi m um a mmonia re moval rate and the maxi m um s pecific bacterial gr owth rate . For the experi 2
/h的生物预处理中试实验.对该工艺硝化过程动态模型进行研究,以期
能为该工艺的实际应用提供参考.
1实验工艺与设备
MBBR (钢板制尺寸为:长×宽×高=610m ×115m ×915m (有效水深910m ,池体在
长度方向上平均分为串联式两格;池内按填充率50%投加同济大学专利悬浮填料(填料为球型,
单体直径为100mm ,比表面积为100m 2/m3
以上.在进水氨氮质量浓度5～6mg/L条件下,该曝气量可满足硝化过程需氧量.
3原水生物预处理硝化反应动力学
311最小基质氨氮质量浓度
生物膜模型中有一个重要概念为最小基质质量浓度,它是保证稳态生物膜存在的必要条件.如果基质质量浓度小于最小基质质量浓度,则生物膜的损失量大于生物细胞生长那个量,从而导致生物膜不断变薄,甚至根本不形成生物膜. R itt 2
图1氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐变化曲线
图2DO与pH值变化曲线
从图1、2可以看出:随着时间的变化,氨氮在
开始阶段迅速降解,随后氨氮质量浓度降低导致降解速率逐步降低.硝酸盐的增长基本伴随着氨氮的降解.但同时可以看出,亚硝酸盐质量浓度在氨氮降解过程中,会有一个积累过程,但积累量非常小,随后会逐步降解.在降解过程中,氨氮降解量稍大于亚硝酸盐和硝酸盐的生成量之和,反应最后硝酸盐的生成量小于氨氮的降解量大致1mg/L.pH值在降解初期高氨氮质量浓度条件下,大幅度下降,随着曝气时间的延长,在氨氮基本降解结束后,由于曝气作用,逐步上升.溶解氧的变化规律与pH的变化规律一致,溶解氧质量浓度保持在7mg/L