文档介绍：厌氧氨氧化 在流动反应器中的建模与模拟
厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation)
NH4+
N2
NO3-
N2O
-3
0
+3
+5
+1
有机氮
NO2-
同化
氨化
同化
NH2OH
亚硝态氮
固氮
厌氧氨氧化
-1
氮氧化状态
厌氧氨氧化是一个自养反硝化过程
利用 NH4+ 作为电子供体和 NO2- 作为电子受体。
氨氮
背景材料
(Mulderet al., 1995)
反硝化
硝态氮
厌氧氨氧化的化学计算
+ + NO2- + - + +
→ + - + +
Strous, ,1998
NH4+ : NO2- : NO3- = 1 : :
Our study
NH4+ : NO2- : NO3- = 1 : :
为什么我们需要厌氧氨氧化的数学模型?
因为厌氧氨氧化细菌的生长非常缓慢(倍增时间> 11 天),
利用厌氧氨氧化发展和优化氮去除过程需要一个相当长的时间。
数学模型可以在低人工和低成本下支持工艺的设计和施工方案. 即使模型不是完全正确, 通过模型模拟提供的趋势大大助于细菌缓慢生长的发展过程。
反应器
细菌模型
试验验证
备注
Koch et al. (2001) Wat. Sci. Technol.
旋转过滤器
厌氧氨氧化菌, 氨氧化, 氮氧化
24小时批次实验
生物膜模型
Hao et al. (2002a) Wat. Res.
CANNON
厌氧氨氧化菌, 氨氧化, 氮氧化
No
基于溶解氧灵敏分析的研究模型
Hao et al.(2002b) Biotechnol. Bioeng.
CANNON
厌氧氨氧化菌, 氨氧化, 氮氧化
No
基于温度灵敏分析的研究模型
Hao et al.(2004) Wat. Sci. Technol.
CANNON
厌氧氨氧化菌, 氨氧化, 氮氧化,异养
No
基于COD灵敏分析的研究模型
Dapena-Mora et al., (2004) J. Chem. Technol. Biotechnol.
序批式反应器
厌氧氨氧化菌, 异养
180天实验
厌氧氨氧化菌的增殖
厌氧氨氧化模型的研究
我们关于厌氧氨氧化模型的研究
我们的研究小组(Osaka University) 也是通过数学模型和实验室反应器用异养菌来研究厌氧氨氧化细菌共存的。
目的
反应器
细菌模型
实验验证
备注
课题1
为厌氧氨氧化开展一个基本模型
连续
(2L)
厌氧氨氧化细菌
450天实验
厌氧氨氧化反应器的启动
课题 2
通过厌氧氨氧化模型经验对污水厂升级
连续()
厌氧氨氧化细菌, 异养
375 天实验
结合自养与异养反硝化(厌氧氨氧化)细菌
Soda et al., (2008) 45th Annual meeting of Japanese Society of Water Treatment Biology
Soda et al., (2008) 42nd Annual meeting of Japan Society on Water Environment
课题 1 厌氧氨氧化基本模型的开展
厌氧氨氧化细菌的反应
生长
有氧条件的衰减
厌氧条件下的衰减
模型发展
结合这3个基本的反应,厌氧氨氧化产生的氮(SNH4), 亚硝酸盐(SNO2), 硝酸盐(SNO3),厌氧氨氧化细菌(XAN) , 惰性物质(XI) 的浓度用微分方程的表示。
可以用一个软件包(Berkeley Madonna ver. ; Macey & Oster) 来模拟。
实验 用聚酯无纺布材料做的实验室反应器(2L)。
种泥由Prof. Furukawa, Kumamoto University提供。
Anammox reactor
Temp. controller
Influent pump
Influent tank
Effluent tank
Light shelter
聚酯无纺布材料
厌氧氨氧化反应器的运行条件
I
II
III
IV
V
VI
恒定浓度, 流量增加
恒定流量,浓度增加
◆ NH4+
● NO2-