Page 155 - 精细化工2019年第10期

第 10 期 韩越梅，等: 好氧氨氧化生物膜内氧传质特性及影响因素 ·2121·

片，由图可见空白载体呈黑色，内壁光滑，无附着 长模型对于描述生物膜内微观传质等规律可靠和有
物；而培养 30 d 后的载体内部隐约可见淡黄色薄层 效。该计算模型也可推广应用于其他好氧和限氧污
附着物，但并不明显；图 6b 为在第 60 d 时取样结 水生物处理过程，但应对基本方程中的反应项及相
果，可见在载体内部十字肋壁面上已经附着了厚厚 关参数值进行适当调整。
的黄色生物膜，测量生物膜厚度约为 0.1~0.3 mm，
达到了实验测试的厚度要求。 3 结论

对好氧氨氧化生物膜内的氧传质过程构建综合
考虑对流-扩散-反应作用的生物动力学方程，阐释
了生物膜厚度、渗流速度、扩散系数和进水浓度对
生物膜内溶解氧浓度分布的影响规律：生物膜越厚
越不利于溶解氧传质，生物膜厚度大于 0.15 mm 处，
溶解氧浓度极低，不利于好氧反应的进行；溶解氧

在生物膜内的传质所能达到的深度与渗流速度和扩
图 6 好氧生物膜 K1 载体挂膜
Fig. 6 Pictures of AOB biofilm K1 carriers 散系数的数值成正比；提高进水浓度可提高生物膜
内溶解氧浓度，但不能增大溶解氧到达的深度；建
2.3 生物膜内溶解氧浓度测试 立的流化床 SBR 进行挂膜培养好氧氨氧化生物膜，
溶解氧微电极是一类吸管型电化学传感器，能 获得厚度为 0.1~0.3 mm 的生物膜，采用溶解氧微电
够在测试生物膜厚度的同时，从微尺度上对沿生物 极对生物膜内溶解氧浓度进行了测试。模型计算结
膜深度方向的底物浓度及参数梯度分布情况进行测 果和实验测试结果表明：溶氧浓度沿生物膜厚度方
试和表征 [14-15] 。为了验证模型的正确性和计算结果 向变化呈现抛物线形的不均匀下降趋势，测试结果
的可靠性，本文利用实验室现有的产自丹麦的 和计算数值获得了较好的吻合度。本文所建立的描
PA2000 型溶解氧微电极（Unisense 公司）对上述好
述好氧氨氧化生物膜内的氧传质过程的生物动力学
氧氨氧化流化床 SBR 内 K1 载体上一处厚度约为 方程，揭示了好氧氨氧化生物膜内氧传质特性和规
250 μm 生物膜进行测量 [16] 。
律，为好氧氨氧化及相关工艺过程提供了新的设计
图 7 为微电极测试结果与模型计算结果对比图。 理论。

参考文献：

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–4
2
–3
2.2×10 m /s，渗流速度 u=6×10 m/s 条件下的模型
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计算数值与本文中采用 PA2000 型溶解氧微电极对 Mathematical Biosciences, 2009, 218(2): 130-137.
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基本吻合，同时与 Murat 等 [17] 的测试结果具有较好 biofilms[M]. IWA Pub, 2006: 105-156.

的吻合度。说明本文所建立的生物膜一维传质和生 （下转第 2146 页）