g-N/L/d) (m rate production
400 350 300 250 200 150 100
50
y = 1.29x R2 = 0.89
y = 0.30x R2 = 0.78
0
0
100 200 300 400
Ammonia-removal rate (mg-N/L/d)
Strous, et.al,1998 NH4+ : NO2- : NO3- = 1 : 1.32 : 0.26
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 连续
一个基本模型
(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 连续 型经验对污水厂升 (10.6L) 级
厌氧氨氧化细菌, 375 天实验 异养
结合自养与异养反硝化 （厌氧氨氧化）细菌
Soda et al., (2008) 45 th Annual meeting of Japanese Society of Water Treatment Biology Soda et al., (2008) 42 nd Annual meeting of Japan Society on Water Environment
旋转过滤器 CANNON CANNON CANNON
厌氧氨氧化菌, 氨氧化, 氮 氧化
厌氧氨氧化菌, 氨氧化, 氮 氧化
厌氧氨氧化菌, 氨氧化, 氮 氧化
厌氧氨氧化菌, 氨氧化, 氮 氧化，异养
24小时批次实验 No No No
备注
生物膜模型
基于溶解氧灵敏分 析的研究模型 基于温度灵敏分析 的研究模型 基于 COD 灵敏分 析的研究模型
课题 1 厌氧氨氧化基本模型的开展
模型发展
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
R ? μAN
K
AN O2
KOA2N ? SO2
SNO2 KANNO2 ? SNO2
S NH4
K
AN NH4
?
S NH4
X AN
R
?
b AN
SO2 KAON2 ? SO2
X AN
R
?
b AN ηAN
K
AN O2
KAON2 ? SO2
X AN
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. 8.0.1; Macey & Oster) 来模拟。
厌氧氨氧化 在流动反应器中的建模与模拟
背景材料
厌氧氨氧化 (anaerobic ammonium oxidation)
有机氮
(Mulderet al., 1995)
氨化
同化 固氮
N2O
NH4+ 厌氧氨氧化 N2
NH2OH
氨氮
同化
反硝化
NO
3
硝态氮
NO2-
亚硝态氮
-3
-1 0 +1
+3
+5
氮氧化状态
Our study NH4+ : NO2- : NO3- = 1 : 1.29 : 0.30
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。
◆アンNモHニ4+ア態窒素 ●亜硝N酸O態2-窒素
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Time (day)
结果与讨论（总结）
脱氮的模型 验证
I
II
III IV
V
VI
g/L)
300
lnfluent
A
(m 200
Effluent
H4-N
100
N
0
0
50
100
150
200
250
300
厌氧氨氧化反应器的运行条件
恒定浓度, 流量增加
恒定流量， 浓度增加
I
II
III IV
V
VI
12
(L/day)
10 8
rate
6
Flow
4 2
0
0
300
g/L)
250
(m 200
Nitrite
150
onia, m
100 50
m
A
0
0
50
100
150
200
250

300
350
400
450
500
Time (day)
实验
用聚酯无纺布材料做的实验室反应器（2L）。
Light shelter
Temp. controller
reaAcntoarmmox
Influent pump
聚酯无纺布材料
Effluent tank
Influent tank
种泥由Prof. Furukawa, Kumamoto University提供。
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。
厌氧氨氧化的化学计算
1.0NH
+ 4
+
1.32
NO
2
+
0.066HCO
3
+ 0.13H
+
→1.02N
2
+
0.26
NO
3
+
0.066CH
2 O 0.5N 0.15
+ 2.03H
2O
500
450
Nitrate removalrate, Nitrite
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
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。
厌氧氨氧化模型的研究
反应器
细菌模型
试验验证
Koch et al. (2001) Wat. Sci. Technol.
Hao et al. (2002a) Wat. Res.
Hao et al.(2002b) Biotechnol. Bioeng.
Hao et al.(2004) Wat. Sci. Technol.
350
400
450
500
Time (day)
g/L) (m
300 200
Influent Effluent
B
O2-N
100
N
0
0
300 g/L) 200 (m 3-N 100 O N
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Time (day)
Effluent
C
图表示实验数据, 线表示模拟数据.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Time (day)
模型模 拟出了在 阶段 I, II, and VI 的实验数据。 但是在高氮 浓度进水(>200 mg-N/L) 阶段 IV and V ，