文/張艷 柏堅聯(lián)創(chuàng)工程顧問有限公司 北京 100000

1、引言

由于世界范圍內水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象的不斷發(fā)生，各國學者對污水脫氮除磷做了大量研究，并開發(fā)出了許多污水脫氮新工藝，如SHARON、OLAND、CANON、ANAMMOX等，這些新技術的關鍵是如何將硝化過程控制在亞硝化階段.研究發(fā)現(xiàn)，游離氨(free ammonia， FA)對亞硝酸鹽氧化菌nitrite oxidizing bacteria，NOB)和氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria，AOB)產(chǎn)生抑制作用的濃度為0.1-1.0 mg L和10-150 mg L，最新研究結果表明，當FA濃度達到6 mg L時就可完全抑制NOB的生長；游離亞硝酸(free nitrous acid， FNA)完全抑制NOB和AOB生長的濃度分別為0.02 mg L和0.4mg L。但目前還鮮見NOB對FNA的抑制具有適應性，因此研究FA和FNA聯(lián)合抑制下的氨氧化過程和亞硝酸鹽氧化過程的動力模型，就可以準確的在反應器啟動初期利用廢水中較高的FA濃度使NOB受到抑制，啟動短程硝化。

2、建模方法

FA 抑制氨氧化過程的動力模型（1），F(xiàn)NA 抑制氨氧化過程的動力模型（2），F(xiàn)A 抑制亞硝酸鹽氧化過程的動力模型（3），F(xiàn)NA抑制亞硝酸鹽氧化過程的動力模型（4），這四種動力模型均來自酶抑制模型。抑制類型包括競爭性抑制、反競爭性抑制（或者說自我抑制）和非競爭性抑制。當抑制劑的濃度不取決于底物濃度時（例如例2和例3），采用直接線性圖表法從實驗數(shù)據(jù)中來確定抑制類型。當抑制劑濃度取決于底物濃度（例1和例4）以至于直接線性圖表法是不適用的，那么就用實驗數(shù)據(jù)來驗證最可能的抑制類型。

2.1 FA抑制氨氧化過程

Andrews 總結了一個經(jīng)典的氨氧化過程中的反競爭性抑制模型：

在這個式子中q和 分別是特定底物利用率和其最大值（mgS/mgVSS-day）。S是底物濃度，K s是半飽和速率濃度，K1是抑制常數(shù)。Andrews和其他的研究學者認為公式1中的S是總氮的濃度（TAN，NH 4+ -N+NH3 -N）,當pH恒定時，這理論是成立的。由于FA抑制了氨氧化過程并且FA的濃度取決于pH，那么公式1中的抑制公式 S/K1可以用SFA /K1代替，其中SFA是游離氨濃度：

有兩種關于公式2中底物濃度S的想法。傳統(tǒng)上，S是總氮濃度。然而，一些學者提出了最新的說法是S是游離氨的濃度:

2.2 FNA抑制氨氧化過程

從實驗數(shù)據(jù)中確定未知的抑制模型及其動力參數(shù)，直接線性圖表法是十分有效的。這個方法基于莫諾式底物利用動力模型:

在這個公式中， 和 分別是有效的 和有效的Ks，這反映出抑制的有效性。重新整合公式5和公式6：

公式5描述了斜率是q/S，截距是q的S-q的直線束關系圖。不同的S-q值將產(chǎn)生不同的直線,但所有線將經(jīng)過定點（）。盡管由于錯誤直線不相交于一點,但是這個方法就是眾多方法中估計最可靠的，因為它阻止了由于中值的插入的異常值的影響。

2.3 FA抑制亞硝酸鹽氧化過程

FA對亞硝酸鹽氧化過程的抑制似乎是亞硝酸鹽積累最重要的因素。有兩種關于FA抑制作用的說法：反競爭性抑制和非競爭性抑制。

2.4 FNA對亞硝酸鹽氧化過程的抑制

早期闡述亞硝酸鹽氧化過程的抑制模型是非競爭性抑制模型，正如公式6所示，其中S 1是抑制劑濃度（mg N/L）:

Boon和Laudelout認為S是NO2-的濃度，S1是HNO2的濃度。近來，Gee等人認為S和S1都是NO2--N的濃度，然而其他學者認為S和S1都是HNO 2的濃度。因為實驗證實了抑制劑是FNA（HNO2）而不是（NO2-），所以在研究中，NO2-不是S1。如果直接的底物是FNA，那么公式6中Ks取決于pH，Ks/f(pH)，其中f（pH）=47/14(1/[exp(-2300/(273+℃ ))＊10pH+1])。

結論：

FA和FNA聯(lián)合抑制模型可以預測的是，通過聯(lián)合底物和產(chǎn)物的復合抑制，NOB的將會顯著減小。這也表明，在SBR系統(tǒng)中，能夠實現(xiàn)高亞氮條件下氨氮的完全去除，這在連續(xù)流反應中是無法實現(xiàn)的。