厌氧消化反应器过程动力学模型
污水处理中的厌氧工艺与硝化反硝化
05
未来展望
技术改进与创新
开发新型厌氧反应器
针对现有厌氧反应器的不足，研究新型反应器以提高处理效率、 降低能耗和减少污泥产量。
强化生物脱氮技术
深入研究硝化反硝化机理，优化生物脱氮工艺，提高脱氮效率，降 低处理成本。
引入人工智能与自动化技术
利用人工智能和自动化技术对污水处理过程进行智能监控和优化控 制，提高处理效率。
反硝化原理
硝酸盐在反硝化细菌的作用下，被还 原成氮气。这个过程需要缺氧或厌氧 环境，并利用有机物作为电子供体。
硝化反硝化的种类
同步硝化反硝化
在同一反应器中同时进行硝化和反硝化过程 。
异步硝化反硝化
在两个不同的反应器中分别进行硝化和反硝 化过程。
反硝化除磷
在反硝化过程中同时去除磷元素。
03
厌氧工艺与硝化反硝 化的比较
硝化反硝化
适用于处理含有较高氨氮和磷的废水，如生活污水、工业废水等。
优缺点的比较
厌氧工艺的优点包括能够回收能源、 产生较少的剩余污泥等；缺点是处理 时间较长、产出的沼气需要妥善处理 。
硝化反硝化的优点包括能够去除高浓 度的氨氮和磷、减少水体富营养化风 险等；缺点是需要提供充足的氧气、 较高的能耗和较高的投资成本。
04
厌氧工艺与硝化反硝 化的应用实例
厌氧工艺的应用实例
厌氧消化池
用于处理高浓度有机废水，通过厌氧微生物的分解作用，将有机物转化为甲烷和二氧化 碳。
厌氧滤池
适用于处理低浓度有机废水，通过填充生物滤料，使厌氧微生物附着生长，对有机物进 行降解。
硝化反硝化的应用实例
活性污泥法
利用好氧微生物降解有机物，同时进行 硝化反应将氨氮转化为硝酸盐，再通过 反硝化作用将硝酸盐还原为氮气，实现 脱氮。
全污水处理厂数学模拟的BioWin模型
考虑污泥处理工艺 及其对主流工艺 影响的整体优 化( 见图 1) 。随着水污染控制要求的提高, 污水处理 厂出水氮磷的排放标准也变得更加严格。因此, 目 前污水处理厂的数学模拟已经朝全污水处理厂模拟 的方向发展, 着眼于污水处理厂整体的优化设计和 运行。全污水处理厂数学模拟是污水处理厂节能减 排方案分析和评价的重要工具。BioWin 数学模型 即是 一个 典 型的 全 污 水 处理 厂 的 数 学模 型。 Bio Win 已经经过十多年的开发并且已经在工程中 得到广泛应用。为了对全污水处理厂的数学模拟有 一个全面的了解, 本文将对 BioWin 数学模型的主 要特征做一综合的 介绍 ( 更详 细的可参考 Env iroSim 2007a, b) 。 1 全污水处理厂的 BioWin 数学模型
然后用这个基本速率乘以反映细菌生长的不同环境条件溶解氧条件亚硝酸盐和硝酸盐存在与和营养盐氮磷限制的条件以及p抑制情况给水排水vol134增刊2008161城市污水处理厂各种活性污泥模型的主要特征比较模型名称asm1asm3asm2dadm1biowin发表时间更新时间198719991999200219912007模型类型和厌氧消化旁流处理工艺状态变量数1312192650模型参数个数19387340246参数的有效范围模型校正的工作量中等实际工程应用广泛较少广泛较少广泛精确预测tss硝化一步硝化一步硝化一步硝化两步硝化作为插入模型反硝化利用甲醇反硝化近似近似近似限制碱度替代碱度替代碱度替代co2nh3气体剥离盐的磷沉淀经验公式生物气体的产生ch4温度依赖性温度范围有830二个参数集有835全污水处理厂模拟要求活性污泥和厌氧消化模型之间的界面各种模型使用一组共同的状态变量代表有此功能
Carrousel氧化沟中的同时硝化
Carrousel氧化沟中的同时硝化/反硝化(SND)现象研究简介：在没有很明显的缺氧及厌氧段的活性污泥工艺中，人们曾多次观察到同时硝化/反硝化现象。
同时硝化/反硝化不需单独设置缺氧段，容易满足处理过程对碳源和碱度等条件的要求。
对反应过程很好地进行分析，将使其应用范围更广泛。
关键字：Carrousel氧化沟硝化反硝化SND前言在没有很明显的缺氧及厌氧段的活性污泥工艺中，人们曾多次观察到同时硝化/反硝化现象。
同时硝化/反硝化不需单独设置缺氧段，容易满足处理过程对碳源和碱度等条件的要求。
对反应过程很好地进行分析，将使其应用范围更广泛。
1、Carrousel氧化沟中的同时硝化/反硝化现象Carrousel氧化沟有很长的污泥龄，非常适合世代周期长的硝化细菌生长，进水p H值始终保持在7.0，污泥回流比1：1，系统中的污泥浓度MLSS在3000mg/L左右，污泥沉降比SV％70～85％，CODCr的去除率始终在95%以上。
Carrousel氧化沟溶解氧分布见图2，上层0.8～1.5mg/L，下层0.5～0.8mg/ L，两个曝气叶轮之间的溶解氧浓度是逐渐降低的，且下层溶解氧低于上层，但各沟道内并没有明显地形成缺氧段。
由图3各种形态氮变化可知，在6个沟道中氨氮始终保持很低的浓度，说明显著的硝化反应在这些沟道中发生，但TN在持续下降，硝态氮浓度基本保持不变，在沟道的各部分硝态氮的形成和消耗速度几乎相等，这就表明硝化及反硝化反应在Ca rrousel氧化沟中同时发生。
2、Carrousel氧化沟数学模型的建立Carrousel氧化沟是推流式与完全混合式反应器的最佳结合。
小试中叶轮1和2的转速较快，混合充分，将这两个反应区假设为理想的完全混合反应器。
叶轮3转速较慢，只起推动水流的作用，基本未起到充氧的作用，因此叶轮2后的各沟道与叶轮1、2之间的各沟道均假设为理想的推流式反应器，模式见图4。
对于Carrousel氧化沟工艺，其中两个完全混合反应器等体积，V1＝V3=0.0125 m3，溶解氧在1.0～1.5mg/L左右，为简化模型，在构建数学模型时分别将其规定为常数1.5和1.0mg/L。
膜生物反应器中同步硝化反硝化动力学模型
⑥
２０ Ｓｉ ｅｈ Ｅ ｇｇ ０ ８ ｃ．Ｔ ｃ． ｎｎ．
环 境 科 学
膜 生 物反 应 器中 同步硝 化 反硝 化动 力学模 型
蒋胜 韬 王 三 秀
（ 江 台州 学 院 ， 浙 台州 ３７０ １００）
摘
要
在 对硝化基础反应动力学和反硝化基础反应动力 学分 析的基础上 ， 建立 了一体 式膜 生物反应器 中的同步硝化反硝
浓度。
第一作者简介： 蒋胜韬 （９ Ｏ ） 男 ， １８ 一 ， 江西 吉安人 ， 士， 师。研 硕 讲
究 方 向 ： 染 治 理 。Ｅ ｍ ｉ： ｔ ＠ １６ ＣＢ。 水污 — ａｌ ｓ ０ ２ ．Ｏ ｊ８
亚硝化 菌和 硝化 菌 的反 应速 率 常数 见 表 １ 其 ，
６８ ２４
１ 同步硝化反硝化基础动力学
１ １ 硝 化反应 基础动 力学 ．
物， 依靠氨 氮 和 亚硝 酸盐 氮 的氧 化 获 得 能 量 生 长 ， 需要 氧气作 为呼吸 的最 终 电子 受 体 ； 反硝 化 细菌 大
多为 异养性兼性 厌氧 微 生 物 ， 缺 氧 和低 溶解 氧 的 在
生 物硝化 是 在两 组 自养 型硝 化 细菌 ． 硝 酸 细 亚 菌和硝 酸细菌 的作 用 下 ， 氨氮 转化 为 硝态 氮 的反 将
型与异养 型 细 菌 的 动力 学 模 型相 似 。亚 硝 酸 细 菌 和 Ｎ ； Ｎ， Ｈ 一 以及硝 酸 细菌 和 Ｎ ；Ｎ 的关 系可 以用 Ｏ ．
Ｍｏｏ ｎ ｄ方程来表 示 ：
～
才 能合 成 。从微 观环境 角度 而言 ， 由于 Ｍ Ｒ中能够 Ｂ 存在 高浓度 的活性 污泥 ， 限制 了氧 气 向污 泥 絮体 内
反硝化 Ａ
第四讲-缺氧(反硝化)反应
0 . 1 C 3 C 2 0 . 1 H 5 O N 3 4 0 . 1 H O O 3 0 4 . 0 C 5 H 8 7 3 N 1 2 0 . 0 8 2 N O 2 0 . 6 1 2 H 3 5 2 0 . 1 H C 2 8 O 5 5 0 . 0 C O 2 4 6
率，其影响可用下式表示：
' D
m
CN DKsNCN
一般认为当废水中的BOD5/TKN大于3～5时，可无需外加碳源，否则需另外 投加有机碳源。外加碳源大多投加甲醇，因它被氧化分解后的产物为CO2和 H2O，不留下任何难以分解的中间产物，而且能获得最大的反硝化速率，一 般来说，该速率为无外加碳源时的四倍。以甲醇为碳源时，碳源浓度对反硝
NO3Fe(III) SO42-
N2，CO2
Fe(II), CO2
H2S, CO2 CH4, CO2
一、反硝化的作用机理
反硝化作用的定义
• 生物反硝化过程是指在无氧或低氧条件 下，微生物将硝酸盐氮（NO3--N）和亚 硝酸盐氮（NO2--N）还原成气态氮的过 程。
• 参与这一过程的微生物称为反硝化菌， 是一类兼性厌氧微生物。
0.349
0.601
0.575
1.212
0.084
表观C/N 2.37 2.05 1.40 1.79 1.91
1.72 2.12
城市污水的反硝化速率
第一阶段反硝化速率最快，为50mg(NO3—N)/L·h，共持续5—15min，第二阶段反 硝化速率为16 mg(NO3—N)/L·h，直至全部碳源耗光，第三阶段是内源呼吸反硝化 速率，为5.4 mg(NO3—N)/L·h。
化的影响可用Monod
公式进行模拟。
厌氧氨氧化反应器资料总结
厌氧氨氧化反应器资料总结厌氧氨氧化反应器的工作原理主要是依靠两种细菌的协同作用。
第一种是厌氧氨氧化细菌，它们能够在无氧条件下将氨氮转化为亚硝酸氮。
第二种是硝化细菌，它们能够将亚硝酸氮转化为硝酸氮。
这两种细菌通过共生关系相互依存，实现了氨氮的转化和氮的去除。
在一个典型的厌氧氨氧化反应器中，底部设置有氨氧化反应区，顶部设置有硝化反应区。
气体通过底部进入氨氧化反应区，氨氧化细菌在这里将氨氮转化为亚硝酸氮。
然后，液体逐渐上升到硝化反应区，硝化细菌在这里将亚硝酸氮转化为硝酸氮。
最后，反应后的液体通过出口排出，经过一系列处理后即可达到排放标准。
1.可以处理高氮废水：与传统的生物处理方法相比，厌氧氨氧化反应器能够更有效地处理高氮废水。
这是因为厌氧氨氧化反应器可以同时进行氨氧化和硝化，减少了处理过程中对氮的要求。
2.能耗低：相比传统的氨氧化和硝化分离工艺，厌氧氨氧化反应器只需要一个反应器即可完成两个步骤的反应，减少了设备的能耗。
3.占地面积小：厌氧氨氧化反应器具有较高的处理能力，而且不需要额外的氧气供应设备，因此其占地面积较小，适用于空间有限的场所。
1.适宜的操作条件：厌氧氨氧化反应器对温度、pH值等操作条件有一定要求，需要根据具体情况进行调整和控制。
2.细菌的选择和培养：良好的反应效果依赖于良好的细菌活性。
因此，选择适宜的细菌种类并进行培养是关键的一步。
3.反应器的设计和运行：良好的反应器设计和运行可以提高处理效果。
需要根据具体情况设计反应器的结构和操作参数，并进行合理的操作和维护。
总之，厌氧氨氧化反应器是一种用于处理含氮废水的有效装置。
它具有处理能力强、能耗低和占地面积小等优点，但需要注意选择适宜的操作条件、细菌种类和反应器设计和运行。
未来，厌氧氨氧化反应器还有进一步的发展空间，可以通过改进反应器结构和提高细菌活性等方面来提高处理效果。
厌氧氨氧化与短程硝化反硝化的区别
厌氧氨氧化与短程硝化反硝化的区别厌氧氨氧化与短程硝化反硝化的区别，很多小伙伴容易搞混，本文从两个工艺本身的原理出发写一写两个工艺的异同点！有其他疑问的小伙伴可以到污托邦社区交流！1、短程硝化反硝化生物脱氮包括硝化和反硝化两个反应过程，第一步是由亚硝化菌将N H4+-N氧化为N O2--N的亚硝化过程；第二步是由硝化菌将N O2--N 氧化为氧化为N O3--N的过程；然后通过反硝化作用将产生的N O3—N 经由N O2--N转化为N2，N O2--N是硝化和反硝化过程的中间产物。
1975年V o e t s等在处理高浓度氨氮废水的研究中，发现了硝化过程中N O2--N积累的现象，首次提出了短程硝化反硝化脱氮的概念。
如下图所示。
比较两种途径，很明显，短程硝化反硝化比全程硝化反硝化减少了N O2-、N O3-和N O3-、N O2-两步反应，这使得短程硝化反硝化生物脱氮具有以下优点：1、可节约供氧量25%。
节省了N O2-氧化为N O3-的好氧量。
2、在反硝化阶段可以节省碳源40%。
在C/N比一定的情况下提高了T N 的去除率。
并可以节省投碱量。
3、由于亚硝化菌世代周期比硝化菌短，控制在亚硝化阶段可以提高硝化反应速度和微生物的浓度，缩短硝化反应的时间，而由于水力停留时间比较短，可以减少反应器的容积，节省基建投资，一般情况下可以使反应器的容积减少30%~40%。
4、短程硝化反硝化反应过程在硝化过程中可以减少产泥25%~34%，在反硝化过程中可以减少产泥约50%。
由于以上的优点，使得短程硝化-反硝化反应尤其适应于低C/N比的废水，即高氨氮低C O D，既节省动力费用又可以节省补充的碳源的费用，所以该工艺在煤化工废水方面非常可行。
2、厌氧氨氧化本文说的厌氧氨氧化是目前的主流的应用的工艺流程（彭永臻院士的短程反硝化暂时不介绍）。
A n a m m o x是在无氧条件下，以氨为电子供体、亚硝酸为电子受体，产生氮气和硝酸的生物反应。
缺氧反硝化反应
缺氧反硝化反应的定义
• 缺氧反硝化反应是指在厌氧或微氧条件下，微生物 将硝酸盐作为电子受体，将有机物或硫化物作为电 子供体，通过一系列酶促反应将硝酸盐还原成氮气 的过程。
02 缺氧反硝化反应的原理
反硝化细菌的种类与特性
反硝化细菌种类
反硝化细菌是一类能够将硝酸盐和亚 硝酸盐还原为氮气的微生物，包括假 单胞菌属、芽孢杆菌属、梭菌属等。
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Hale Waihona Puke 03缺氧反硝化反应在污水处理中具有较高的脱氮效率，且操作 简单，成本较低。
在土壤修复中的应用
1
缺氧反硝化反应在土壤修复中主要用于去除土壤 中的硝酸盐和氮元素，以改善土壤质量。
2
通过缺氧反硝化反应，可以将土壤中的硝酸盐还 原成氮气，从而降低土壤中的氮含量，改善土壤 的理化性质。
3
缺氧反硝化反应在土壤修复中具有较好的应用效 果，且对环境友好，具有较好的生态效益。
探索不同环境条件下缺氧反硝化反应的规律和影 响因素，了解其在自然环境和工程应用中的实际 效果和限制因素，提高反硝化效率。
加强跨学科合作，结合环境科学、化学、生物学 等多学科的理论和方法，深入探究缺氧反硝化反 应的机理和过程，推动反硝化技术在实际应用中 的创新和发展。
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反硝化细菌的基因组学研究
随着测序技术的发展，越来越多的反硝化细菌基因组被解析，有助于深入了解 其代谢机制和生态适应性。
反硝化酶的分子机制研究
反硝化酶是实现反硝化过程的关键酶，对其分子机制的研究有助于揭示反硝化 过程的调控机制。
缺氧反硝化反应的强化技术
生物膜反应器
通过在反应器中添加载体或使用生物 膜技术，提高反硝化细菌的附着和生 长，从而提高缺氧反硝化反应的效率 。