含氮污水净化的数学模型及其实例模拟_闫秀懿

[收稿日期]　2002-06-07;[修订日期]　2002-09-28[作者简介]　闫秀懿(1975-　),江苏徐州人,吉林大学环境工程系硕士研究生.含氮污水净化的数学模型及其实例模拟闫秀懿1　鲁雅梅1　刘贤荣1　张永祥2(1.吉林大学,吉林长春　130026;2.北京工业大学,北京　100022)[摘　要]含水层中氮污染已经是相当普遍的问题。本文分析了含水层中水流运动、对流—弥散作用、物理化学吸附和生物化学反应等对污染物运移的影响,特别是阐述了含水层中NO-3、NO-2、NH+4三种形式之间的转化关系,在此基础上,探讨了这些物理、化学和生物作用导致的物质转化过程定量描述的数学模式。[关键词]含水层;氮;硝化;反硝化;吸附;对流—弥散;数学方程[中图分类号]X52[文献标识码]A[文章编号]1001-2427(2002)04-0056-081　氮运移的生物、物理、化学过程近年来,含水层中的氮污染物净化研究日益受到人们的重视,氮污染物净化数学模式在污染处理定量研究的重要方面,国外学者Lance(1976),Hassanizadeh(1986),Mc-Carty(1987),Harvey(1989),Muriphy(1997)等人,以及国内学者刘兆昌(1989),沈照理(1990),章非娟(1992),于乃秀等(1993),林学钰(1996),段永蕙(1997)进行了水流运动、对流—弥散作用、物理化学吸附和生物化学反应对污染物运移过程的影响研究,并提出了相应的数学模式,这里主要阐述这些理论。氮污染物的生物化学过程是污染物净化最主要过程。氮是自然界中最普遍的元素,是植物成分中最普通的成分,也是生命活动的最小单位———蛋白质中不可缺少的物质成分。氮的循环是使氮从一种形态变成另一种形态的作用过程,1913年Sohnis提出了N2是循环的中心,蛋白质、酰胺、NO-3、NO-2、NH+4等氮的不同形态之间的相互转化,见图1。生物脱氮过程包括生物硝化和生物反硝化过程,其基本条件是存在大量氮转化细菌和图1　氮素转化过程示意图Fig.1　Theschematicdiagramshowingnitrogentransformationprocess　第21卷　　第4期2002年　　　　12月　　　　　　　　　吉　林　地　质JILINGEOLOGY　　　　　　　　　Vol.21,No.4Dec.,　2002　适当的环境条件。生物硝化是亚硝酸菌和硝酸菌等化能自养菌在有氧条件下,将NH+4-N转化为亚硝态氮NO-2-N和硝态氮NO-3-N,硝化反应方程式为:55NH+4+76O2+109HCO-3亚硝酸菌C5H7O2N+54NO-2+57H2O+104H2CO3400NO-2+NN+4+4H2CO3+HCO-3+195O2硝酸菌C5H7O2N+400NO-3+3H2O总反应方程式为:NH+4+1.86O2+1.98HCO-3硝化菌0.0205C5H7O2N+1.04H2O+0.98NO-3+1.88H2CO3生物反硝化是反硝化菌在无氧或低氧条件下,硝态氮NO-3-N和亚硝态氮NO-2-N以有机物中的H为电子供给体,还原转化为气态氮N2-N,反硝化反应方程式为:NO-2+3H反硝酸菌N2+H2O+OH-NO-3+5H反硝酸菌N2+2H2O+OH-反硝化过程受环境条件的影响,一般pH值为7.0～8.5的弱碱性环境,温度为15℃～30℃比较适宜,如果碳的浓度足够,DO抑制反硝化作用的进行,应限制在0.2mg/L以下,污水浓度过高会使微生物中毒,过低会使微生物缺乏营养而致死。含