英语原文共 11 页
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学号： |
0121508890302 |
毕业设计（论文）英文文献翻译
Development of partial nitrification as a first step of nitrite shunt process in a Sequential Batch Reactor (SBR) using Ammonium Oxidizing Bacteria (AOB) controlled by mixing regime
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学院 |
资源与环境工程学院 |
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班级 |
环境工程1502 |
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姓名 |
谢宇航 |
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指导教师 |
彭来 |
利用混合方式控制的氨氧化细菌（AOB）在顺序间歇反应器（SBR）中发生的短程硝化作为亚硝酸盐分流过程的第一阶段
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2019 |
年 |
5 |
月 |
25 |
日 |
（注：装订时，此封面后应接英文原文，再接中文翻译，论文后面的参考文献可不要译）
摘要
生物脱氮的快捷方式有亚硝酸盐分流或脱氨两种方法，在亚硝酸盐分流过程中，氨氧化步骤在亚硝酸盐阶段停止，这被称为短程硝化，然后亚硝酸盐直接还原为氮气。通过积累氨氧化细菌（AOB）和抑制亚硝酸盐氧化细菌（NOB）可以实现有效的短程硝化。在这项研究中，开发了一种新的控制方法，使用序批式反应器（SBR）在悬浮生长系统中使用可变混合方式来控制DO，以在高氮负荷率（NLR）下实现稳定的氨去除效率（ARE）和亚硝酸盐积累率（ NAR）。新型受控SBR系统已在在高氮负荷率（NLR）下成功运行至1.2 kg /（m3.day），达到了98.6plusmn;2.8％的ARE和93.0plusmn;0.7％的NAR。
关键词：短程生物脱氮，氨氧化细菌，顺序分批反应器，亚硝酸盐分流，部分硝化
1.简介
从废水处理厂排出的过量含氮化合物废水会给水生系统带来许多问题，因为它会导致富营养化，导致藻类过度生长，使水生生物中的氧耗尽和毒物增加。为了避免上述负面影响，通过物理 - 化学过程或生物过程降低这些化合物含量是一种非常重要的方式。由于其生物脱氮（BNR）工艺具有更高的效率和更低的成本，因此被广泛采用。传统的BNR工艺包括两个主要步骤：硝化作用和脱硝。硝化作用是自养细菌分别通过氨氧化细菌（AOB）和亚硝酸盐氧化细菌（NOB）两个步骤将氨作为电子受体的氨与硝酸盐的好氧生物结合转化。然而，这两步需要2mol氧气将氨氧化成硝酸盐。事后，硝酸盐通过异养细菌减少为亚硝酸盐和氮气，此外，在反硝化阶段也需要有机物质。
因此，传统的BNR方法有着需要高氧和外部碳源以及自养和异养细菌的缓慢生长的不足。为了克服上述问题并减少除氮所需的能量和增加氮的去除率，开发出短程生物脱氮技术（SBNR）。基于亚硝酸盐是硝化和反硝化中的中间化合物这一事实，SBNR依赖于将硝化第一步产生的亚硝酸盐直接转化为大气氮，而不是将其氧化为硝酸盐，然后将后者还原为前者。短程生物脱氮意味着由于将亚硝酸盐氧化成硝酸盐而使好氧阶段的氧气消耗减少25％，从而将所需的总能量减少60％（彭和朱，2006).此外，SBNR消除了40％的外部电子供体的使用;从硝酸盐还原成为亚硝酸盐;这使其适用于低碳氮比的废水。生物脱氮也导致硝化和反硝化过程中污泥产量显着下降35％和55％（彭和朱，2006).SBNR过程包括亚硝酸盐分流和脱氨过程。在脱氨过程中，50％的氨被氧化成亚硝酸盐，随后使用由厌氧氨氧化（Anam-mox）细菌进行的作为电子受体产生的亚硝酸盐将剩余的氨厌氧氧化成氮气。另一方面，亚硝酸盐分流刺激硝化（亚硝化）的第一步，抑制亚硝酸盐氧化的第二步，即所谓的部分硝化，然后将亚硝酸盐直接反硝化为氮气，如下图所示：图。1.在部分硝化过程中，氨被氨氧化酶（AMO）催化氧化成羟胺（NH2OH）。该步骤需要一个分子氧和两个额外的电子，而第二步包括羟胺氧化还原酶（HAO）催化的羟胺的进一步氧化，产生4个电子。其中两个返回氨单加氧酶，以支持亚硝化的第一步（Hooper等，1997).此外，剩余的两个电子用于细胞合成。通过电子传输，1.65电子传递到末端电子受体O2 ，然后还原形成H2O，而剩余的0.35电子用于通过NAD 还原到NADH #39;反向电子流#39;，有人建议由嵌入电子载体NADH脱氢酶进行（惠特克 等，2000).
最近，对于Anammox工艺的亚硝酸盐分流工艺或中间亚硝酸盐生成步骤，已经广泛采用部分硝化。然而，文献中的大多数研究都致力于实现NO2的流出物：NH4 摩尔比为1.31，适用于随后的Anammox工艺（克拉维克 和Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer，1996).然而，作为亚硝酸盐分流过程的第一步，研究的目标是将氨完全氧化成亚硝酸盐（完全部分硝化）（表格1)
为了实现亚硝酸盐积累并选择性地抑制NOB，已经使用了几种策略，包括（i）维持低溶解氧浓度，（ii）通过温度/ pH控制游离氨（FA）和游离亚硝酸（FNA）浓度，和（ iii）减少水力停留时间（HRT）。通过控制悬浮生长系统中的DO浓度来进行部分硝化是基于AOB（0.3 mg / L）的氧气Monod饱和常数与NOB（1.1 mg / L）之间的差异，表明氧气对AOB的亲和力较高在NOB（维斯曼，1994).此外，AOB和NOB对游离氨（FA）和游离亚硝酸（FNA）浓度敏感。NOB的抑制限值为0.1-1.0 mg N / L，而抑制AOB需要10-150 mg N / L的游离氨（Anthonisen等，1976).另外，与AOB相比，NOB对游离亚硝酸更敏感。FNA浓度为0.4-1.7 mg-N / L导致AOB活性降低50％，而低浓度0.01-0.2 mg-N / L开始抑制NOB（周 等，2011).基于pH和温度影响FA和FNA平衡的事实，调节这些参数对于实现部分硝化是至关重要的。此外，缩短AOB的HRT是控制AOB（7-8小时）有限倍增时间的部分硝化作用的有效方法，而NOB则为50％以上（Bock等，1986).DO限制被认为是可持续部分硝化的最可行策略。然而，由于维持均匀的特定DO浓度的复杂性，需要不同的策略来维持低DO浓度并最小化SBNR期间的能量需求。因此，已经开发了3种SBNR期间的曝气控制方法，包括（i）使用DO探针控制连接到系统鼓风机的变频驱动器（VFD）的DO控制，（ii）使用A的基于氨的曝气控制（ABAC）。氨探针根据系统中存在的氨浓度预测所需的空气流速，以及（iii）氨与NOx （AvNTM）对照，其仅硝化可以在之后脱氮的氨的量。然而，伴随低曝气要求的缓慢混合速度可导致一些生物质在反应时间内沉降。
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M. Soliman, A. Eldyasti / Bioresource Technology 221 (2016) 85–95 |
87 |
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Table 1 |
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Ammonia removal efficiency and nitrite accumulation rate in partial nitrification SBRs. |
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Control strategy |
Control parameter |
Nitrogen loading rate |
Influent Ammonia |
Ammonia Removal |
Nitrite acc. |
References |
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value |
(NLR) kg N/m3.day |
conc. (mg NH3-N/L) |
Efficiency (%) |
Rate (NAR) (%) |
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DO |
DO = 0.5–1.5 mg O2/L |
N/A |
96.6 plusmn; 0.05 |
99% |
62% |
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|
127.9 plusmn; 0.05 |
99% |
66% |
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|
219.1 plusmn; 0.05 |
91% |
61% |
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|
254.9 plusmn; 0.05 |
72% |
22% |
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Temperature |
T = 28 LC |
0.13 |
98 |
98% |
78% |
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pH |
pH = 8.5 |
0.13 |
95% |
82% |
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HRT |
HRT = 20 h |
0.12 |
97% |
87% |
||
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pH |
pH = 8.2–8.5 |
0.45 |
300 |
95% |
32% |
|
|
DO |
DO = 0.5–1.0 mg/L |
99.1% |
91.5% |
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FA amp; FNA via |
T |
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