4L值和碳氮比对亚硝酸型反硝化影响的研究

第!卷第!#期环境工程学报$%&’!!(%’!##))*年!#月+,-./0/1%23.4&%56.7-3%.8/.94&6.:-.//3-.:;/’#))*4L值和碳氮比对亚硝酸型反硝化影响的研究杨莎莎!宋英豪#!D赵宗升!贾立敏#!’北京交通大学市政与环境工程系!北京!)))&#’北京市环境保护科学研究院!北京!)))D*&D’北京科技大学土木与环境工程学院!北京!)))=D#摘要利用序批式反应器中长期驯化好的以亚硝酸盐为主要基质的纯种污泥!做锥形瓶实验!分别研究PH和碳氮比对亚硝酸型反硝化的影响$结果表明!亚硝酸型反硝化适宜的PH范围在*_*[=_C!最佳PH值在=_#左右&碳氮比+^(#大于!_F!可实现连续稳定的脱氮效果!起始亚硝氮比基质降解速率随+^(的增加而增加!大于D’!!速率几乎不再增加!通过动力学分析!得出该实验条件下+^(的饱和常数!0为F_DC$关键词亚硝酸型反硝化PH值碳氮比比基质降解速率中图分类号@*)D文献标识码B文章编号!C*DEF!)=#))*#!#E))!AE)A@)+,:%.-.(5+’./’#%(4LM05+’#0.,NO$0)-%%.,’.-)$-(-/0)-%.M-0.-)$-)’g4.:K,40,4!K%.:g-.:,4%#!DG,4%G%.:0,/.:!1-4N-8-.#!’;/P4398/.9%5X2.--P4&n6.7-3%.8/.94&6.:-.//3-.:!S/-T-.:1-4%9%.:R.-7/30-9M!S/-T-.:!)))&#’S/-T-.:X2.--P4&b/0/43,f.09-929/%56.7-3%.8/.94&?3%9/9-%.!S/-T-.:!)))D*&D’K,%%&%5+-7-&4.I6.7-3%.8/.94&6.:-.//3-.:!R.-7/30-9M%5K-/./4.IQ/,.%&%:MS/-T-.:!S/-T-.:!)))=D#67#)$0/)86WP/3-8/.90%5%.-4&5&40VU/3/I%./9%092IM%./55/90%5PH74&2/4.I+^(349-%%.I/.-93-E5-49-%.7-4.-93-9/’b/02&900,%U9,4902-94O&/34.:/%5PH74&2/-0O/9U//.*_*4.I=_C4.I9,/%P9-84&PH74&E2/-0=_#!.-93%:/.4.O/%.9-.2%20&M3/8%7/IU,/.+^(349-%-0O/M%.I!_F’K9439-.:0P/-5-02O09349/I/:E34I49-%.349/3-0/0U-9,+^(349-%3-0-.:!O29-9,43I&M-.3/40/0U,/.+^(349-%-0,-:,/39,4.D’!!’K492349-%.%.094.9!0%5+^(349-%-0F_DCOMV-./9-4.4&M0-0%./WP/3-8/.94&%.I-9-%.’9’:1%$,#8I/.-93-5-49-%.7-4.-93-9/&PH74&2/&+^(349-%&0P/-5-02O09349/I/:34I49-%.349/基金项目!国家自然科学基金资助项目#)A**))D#&国家高技术研究发展计划.=CD/项目#))CBB)CGD#)#收稿日期!#))*Z)=Z)=&修订日期!#))*Z)FZ!D作者简介!杨莎莎!F=#[#!女!硕士研究生!主要研究方向’水处理理论与技术$6E84-&’82M-C*]0%,2’%8通讯联系人!6E84-&’0%.:oM,]#CD’./9近年来!相继涌现了许多以短程硝化为基础的新型生物脱氮工艺!如短程硝化^反硝化工艺%短程硝化E厌氧氨氧化工艺(!)$在这些新型生物脱氮工艺中!短程硝化往往是整个工艺的限速步骤!成为研究热点!然而!当前对短程硝化的研究!往往偏重于对短程硝化本身影响因素的研究!即如何达到亚硝氮的稳定积累!而专门针对短程反硝化亚硝酸型反硝化#影响因素的相关研究则相对较少!许多环境因子会影响亚硝酸型反硝化的速率和处理效果!不同的学者得出的结果也不尽相同$本文利用序批式实验!就不同PH值下亚硝酸型反硝化速率的定量变化和+^(+c;与(cZ#E(的浓度比#对废水生物脱氮的影响以及反应动力学作了一定研究!以期为废水生物硝化反硝化脱氮提供合适的环境条件和合理的工艺参数$;8材料与方法;’;8实验装置本实验所用圆柱形序批式反应器有效容积为#_=N!反应混合液体积为#_DN!反应器中无分子态氧!该反应装置使用恒温磁力搅拌器保持泥水均匀混合!并调控水温!将实验温度控制在室温!驯化污泥取自具有脱氮除磷功能的北京方庄污水处理厂二沉池回流污泥!污泥成黑色!呈絮状!有臭味!K$为D#‘!经驯化后!成为以亚硝酸盐为主要基质的纯菌种污泥!为浅褐色!成絮绒状$环境工程学报第!卷反应器进水为人工配水!即在自来水中添加一定的营养液配置而成!其成分主要是(4(c#!同时添加适量LH#?c#_A8:^N%X:Kc!)8:^N%e/Kc)_)=8:^N%X.Kc#_A8:^N和+4+&#!_C8:^N作为微量元素!乙酸钠作为碳源$序批反应运行周期为#,!进水)_#A,!搅拌运行##_A,!沉淀!,!排水)_#A,!沉淀后排出#^D即!_AN的溶液!并加入同等体积的培养液$;’8实验分析项目与测量方法按国家环保局发布的标准方法进行$(cZ#E(***(E!E萘基#E乙二胺比色法&+c;***标准重铬酸钾法&PH***HB((BHf=#便携式微电脑多功能测试仪&XNKK***重量法$8实验运行方式及结果分析’;8序批式反应器运行情况刚开始驯化阶段反应液起始亚硝氮浓度为!#)8:^N!稳定运行!周后浓度提高至!=)8:^N!平均去除率为=C‘!运行ADI后浓度提高至#)8:^N!平均去除率为=!‘!在此期间!出水PH值呈升高趋势!由起始阶段的F’)#增至后来的!)’D)图!#!在此浓度下运行!)I后开始每天沉淀之前排!A)8N泥水混合液!将污泥龄保持在!)I左右$考虑到PH的抑制问题!之后通过在进水中添加乙酸缓冲液将反应起始PH调节至=’#[=’C之间!出水亚硝氮立即变为)!即去除率为!))‘!在同一初始浓度下稳定运行D)I后再次提高反应液基质浓度!此后依次提至D#)8:^N!=)8:^N!C))8:^N和*#)8:^N!去除率仍为!))‘!污泥最大去除负荷达到)_!F#:(cZ#E(^:XNKK-I$图!为稳定运行期间进出水亚硝氮浓度及PH的变化$由此可看出!PH值会显著地影响亚硝酸型反硝化的反应效果’在未调节反应混合液起始PH的阶段!由于反应产生碱度!随着反应周期性进行!碱度会不断积累!进水后混合液起始的PH值就会逐渐升高!越来越偏离适宜的PH值!导致亚硝氮去除率不高$后来一经调节反应起始的PH值!去除效果明显变好$图!序批式反应器的进出水(cZ#E(浓度及PH值变化e-:’!(cZ#E(%./.9349-%.04.IPH74&2/0-.-.5&2/.94.I/55&2/.9%50/Y2/./O49,3/49%3=84L对反硝化的影响采用=个容积为D))8N同样的锥形瓶!反应液容积为#))8N!起始(cZ#E(浓度为!#)8:^N左右!+^(为!_FAk!!污泥取自上述序批式反应器的定期排泥在进行正式实验之前首先用无氧蒸馏水将污泥洗涤数遍#!微量元素配水方案同!_!节!XNKK均维持在)’A:^N左右!温度控制在常温$对=个反应器做平行实验!给每个反应器瞬时投加基质溶液!用稀盐酸或氢氧化钠将各反应器中PH值调至实验设计值!即为*’#%*’*%*’F%=’#%=’%=_C和F_!!之后通过磁力搅拌让其充分混合均匀!反应器用瓶盖盖住以保持较好的厌氧状态$适时检测反应液的PH值及(cZ#E(浓度’反应计时开始后在PH值升高幅度大约为)’#个单位时!测定反应器中亚硝氮浓度!并计时!然后将计算出来的平均比基质降解速率近似作为起始比基质降解速率!比较=个速率值!并作图!得出较佳PH$实验数据绘制曲线如图#所示$由图#可知!PH值会影响亚硝酸型反硝化的反应速率!PH值为=_#左右的反应器的起始比基C!第!#期杨莎莎等’PH值和碳氮比对亚硝酸型反硝化影响的研究图#PH值对亚硝酸型反硝化速率的影响e-:’#f.5&2/./%5PH74&2/%.I/.-93-5-49-%.349/7-4.-93-9/质降解速率最大!为!_#:(cZ#E(^:XNKK-I!PH值为=_左右的次之!为)’=A:(cZ#E(^:XNKK-I!PH值为*’#左右的最小!为)’!F#:(cZ#E(^:XNKK-I$由此看出!本实验得出的亚硝酸型反硝化适宜的PH范围为*_*[=_C!最佳PH值在=’#左右!这也与文献(#)和(D)中报道相仿$当PH低于适宜值时!一方面是其本身影响了适宜微生物存活生长的环境!另一方面!是间接影响到e(B浓度所致!当PH高于适宜值时!是单方面生存环境的影响$这主要是因为较低的PH环境会使微生物酶的活性降低!导致细胞结构被破坏!影响生化反应的进行!此外!PH值也会影响到自由亚硝酸e(B#浓度!e(B随着PH值的降低而升高!有研究表明(H(c#)m)_!D8:^N时会引起反硝化过程受到抑制()!使其速率降低$H(c#极易进入细胞膜!通过抑制BQ?酶降低质子由膜间隙运回到膜内侧的动力!导致BQ?无法生成$由于缺乏能量!细胞不能进行正常生长代谢!厌氧状态下的还原酶无法合成!致使发生细胞液被洗出的现象(A)&碱性环境即较大的PH值又会抑制亚硝酸盐还原酶的活性!从而使亚硝酸型反硝化难以实现$有研究结果表明(C)!硝酸型反硝化的最佳PH值在*_A附近!因此亚硝酸型反硝化与硝酸型反硝化对PH值的要求还是有明显差异的$=A8NO对反硝化的影响采用F个容积为C))8N同样的锥形瓶!反应液容积为A))8N!起始(cZ#E(浓度为!#)8:^N左右!污泥取自KSb实验装置的定期排泥在进行正式实验之前首先用无氧蒸馏水将污泥洗涤数遍!以便消除残留乙酸钠对该实验的影响#!微量元素配水方案同!_!节!XNKK均维持在#_A:^N左右!用稀盐酸或氢氧化钠将各反应器中PH值调至=_#左右!温度控制在常温$对F个反应器做平行实验!给每个反应器瞬时投加基质溶液!通过对每个反应器投加不同浓度的乙酸钠将各反应器中的+^(调至实验设计值!即为!_=%!_*F%!_F%#_!=%#_DD%#_*#%D_!!%D_=F和_CC!之后通过磁力搅拌让其充分混合均匀!反应器用瓶盖盖住以保持较好的厌氧状态!反应开始后每隔!,取样!测(cZ#E(浓度!直至降解为)!比较不同碳氮比对反硝化的影响$实验数据绘制曲线如图D[图A所示$图D不同+^(下(cZ#E(浓度随时间的变化e-:’D+,4.:/%5(cZ#E(%./.9349-%.0U-9,9-8/2.I/3I-55/3/.9+^(349-%0图不同+^(下(cZ#E(去除率随时间的变化e-:’+,4.:/%5(cZ#E(I/:34I49-%.Y2%9-/9MU-9,9-8/2.I/3I-55/3/.9+^(349-%0综合图D和图来看!+^(为!_=的反应器!起始反应速率最小!第#,到第D,期间亚硝氮浓度变化很小!到第,稍有减小!接下来的#,浓度变化微小!反应相当缓慢!接近停滞!C,末的亚硝氮去除率仅为*‘&+^(为!_*F的反应器!起始反应速率稍有增加!第D,以后亚硝氮浓度变化不明显!直到C,末的亚硝氮去除率为FD’A‘!说明在这两个低+^(下!由于碳源供应不足!亚硝氮中的氧得不到充足的电子供体!使反应难以顺利进行下去!从实验结束对反应器的观察来看!+^(为!_=和!_*F的反应液中污泥浮在表层!说明反应虽未完全!但菌体有可能在此阶段通过内源呼吸的方式!由*!环境工程学报第!卷自身正常代谢而产生并堆积在体内的含碳化合物