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复合固定化微生物脱氮动力学模型研究汇报：孙吟诗专业：环境工程指导教师：荆国华2015年1月12日目录1234引言实验部分结果讨论动力学模型5结论引言生物脱氮技术是处理含氮废水的最有效的方法。传统理论认为，脱氮经硝化和反硝化来完成，硝化作用由两步完成。第一步亚硝酸菌将氨氮氧化成亚硝酸盐。第二步硝酸菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐。反硝化指硝酸盐经过反硝化被还原成N2。传统认为反硝化过程只有在厌氧或缺氧条件下才能进行，过程难以在时间和空间上统一，如果2个过程能在一个微生态环境中进行，既可以完成统一，还可以避免亚硝酸盐和硝酸盐的大量积累。传统的固定化微生物技术方法主要有吸附法，包埋法，交联法和膜截留法等。在氨氮废水处理的时候，将2种或多种固定化微生物方法结合起来使用可以克服单一固定化方法的缺陷。本文以海藻酸钠，聚乙烯醇和活性炭作为包埋固定硝化细菌和好氧反硝化细菌的载体，通过正交试验去降解养殖废水中的氨氮，确定其最佳降解条件，在最佳条件下对反应进行动力学分析，建立模型。实验部分硝化细菌和好氧反硝化细菌培养基：试验所用废水氨氮初始质量浓度为150mgL-1菌悬液的制备：选用亚硝酸细菌、硝酸细菌、好氧反硝化细菌菌种作为试验用组合菌。细菌浓度为1.5x108-1.6x108mL-'，作为制备固定化微生物小球的浓缩的菌悬液。复合菌配比试验：亚硝酸细菌和硝酸细菌的菌悬液按3:1的配比复合，然后将菌悬液按不同的配比分别加入到100mL氨氮初始质量浓度为150mgL-'的氨氮废水中，300℃,120mmin‘下处理48h,测定氨氮去除率和处理后水中亚硝酸盐和硝酸盐的累积量以确定最佳复合菌配比。微生物固定化方法：称取8g聚乙烯醇,2g海藻酸钠和适量活性炭加入到90mL水中，水浴加热至彻底溶解。冷却至30℃左右加入最佳复合比的菌悬液搅拌均匀，然后将含菌体的粘状混合液无菌注射器(拔掉针头)滴入到2%的CaCI2的饱和硼酸溶液中，交联成4mm左右的复合微生物小球，放置24h，固化成球后用蒸馏水洗涤后保存备用。结果与讨论复合菌中硝化细菌菌悬液和好氧反硝化细菌菌悬液不同的配比对氨氮的去除率影响与处理后废水中亚硝酸盐和硝酸盐的累积量如图1所示。复合菌配比试验通过试验得出亚硝酸细菌和硝酸细菌混合比例为3:2时，氨氮的降解效果最好。从图1中可以看出，当复合菌配比为3:2时，氨氮去除率为82.32%结果与讨论正交试验考察各固定化影响因素对氨氮降解效果的影响，根据单因素预试验的结果选取因素水平的具体值，反应的其它影响因素按照预试验中最适宜的条件不变，对菌体质量分数(A)、活性炭比重(B}、温度(C)、pH（D)做正交试验，采用4因素3水平正交试验(见表2)。结果与讨论正交试验由表3可知，每个因素在不同水平下的平均值即M的数值，数值越大氨氮的去除率越高，比较每个因素的极值R，该值越大所对应的因素影响越大，即为主要影响因素，从主到次为菌液质量分数pH温度活性炭比重，即菌液浓度对氨氮去除效果影响最大。动力学模型内扩散过程的物料衡算动力学模型内扩散有效系数动力学模型内扩散有效系数动力学模型内扩散有效系数另一种的求法但表达式可知,要求η必须预先已知反应的本征动力学常数vmax和Ks。而本征动力学常数必须在消除内、外扩散影响的条件下,进行动力学试验才能得到。为了减少这种麻烦,可采用下述方法来确定η值:动力学模型模型参数的求算平均粒径4mm的固定化微生物在摇床中脱氮的数据和效果分别见表4和图2。摇床控转速保持在120rmin-1，以消除外扩散对动力学模型的影响。De测量参照文献方法，测量结果为0.216X10-2ms-1代入式=0.2930.3，当此条件满足时，过程速率受化学反应控制，内扩散的影响可忽略不计。故固定化微生物降解氨氮受反应的控制。动力学模型动力学参数化Km和vmax文献中的求法动力学模型动力学参数化Km和vmax文献中的求法结果为一直线，这证明脱氮反应符合Monod方程。直线在Y轴上的截矩为1/vmax，直线斜率为Km/vmax。由一次线性方程得出其动力学参数:vmax=2.47x10-3mg·L-1·s-1Km=481.38mg·L-1结论错误！动力学模型动力学参数化Km和vmax自己的求法1动力学模型动力学参数化Km和vmax自己的求法1结果为一直线，这证明脱氮反应符合直线在Y轴上的截矩为1/vmax，直线斜率为Km/vmax。由一次线性方程得出其动力学参数:vmax=7.95x10-3mg·L-1·s-1Km=262.16mg·L-1动力学模型动力学参数化Km和vmax自己的求法2由上面的分析可知，内、外扩散对脱氮过程的影响可以忽略不计。微生物催化反应在本质上也是酶催化反应,因此固定化微生物脱过程可视为无产物抑制的单底物酶促反应,其本征动力学可用Monod或Michaelis-Menten方程表示。在生物脱氮中描述脱氮速率的Monod方程为对上式进行积分，即可求得Km和vmax式(1)积分并整理得:由试验中测得的浓度和时间数据计算出和作图。动力学模型动力学参数化Km和vmax自己的求法动力学模型动力学参数化Km和vmax自己的求法2通过该直线的斜率和截距求出Km=178.57mgL-1,vmax=5.87×10-3mgL-1s-1动力学模型动力学参数的检验利用附表中的数据,可求出实测的反应速率。实测反应速率,结果见附表第2列。比较实测的反应速率和按动力学模型计算的反应速率(附表第1列),可以发现除个别点外两者的相对误差(附表第4列)都在10%以下。因此,试验所得的模型参数是可信的。2在最佳条件下，忽略外扩散和内扩散对反应影响，建立动力学模型，经试验证明平均粒径为4mm情况下，聚乙烯醇，海藻酸钠加活性炭固定化颗粒降解氨氮的动力学模型可采用Monod方程表示，确定动力学系数Km=178.57mgL-1,vmax=5.87×10-3mgL-1s-11从对废水处理的实际应用角度考虑，复合菌中的共存菌种越多，这个菌群就越稳定，具有较强的抗冲击能力，才能在废水中保持优势，提高降解效率，并且根据环境的变化，要使菌种有更好的效果，必须寻找最好的组合和配比。结论谢谢·