張小玲, 彭黨聰, 王志盈
( 西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，陜西西安 710055)

　　摘　要：分別研究了傳統(tǒng)反硝化中硝酸鹽氮負(fù)荷、COD/N、pH值對反硝化速率及效率的影響，得出傳統(tǒng)反硝化時最大硝酸鹽氮負(fù)荷為0.08kg/(kgMLSS·d)，合適的COD/N為6～7，適宜的pH值為7.5～8。對分別以NO₃-和NO₂-為初始基質(zhì)的反硝化速率進(jìn)行的對比試驗結(jié)果表明，在溫度為25℃、pH值為7、基質(zhì)濃度＜300mg/L時以NO₂-為初始基質(zhì)的反硝化速率較快，但當(dāng)基質(zhì)濃度＞300mg/L后反而是以NO₃-為初始基質(zhì)的反硝化速率較快。
　　關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)反硝化；短程反硝化；COD/N； pH值
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
　　文章編號：1000-4602(2002)09-0001-03

Study on the Affecting Factors and Characteristics of Conventional Denitrification and Short-cut Denitrification
ZHANG Xiao-ling, PENG Dang-cong, WANG Zhi-ying
(School of Environmental and Municipal Engineering,Xi‘a(chǎn)n University of Arc hitectural? Science and Technology,Xi‘a(chǎn)n 710055,China)

　　Abstract： Study was made respectively on the influence of Nitrate nitrogen loading,COD/N ratio and pH value on the rate and efficiency of conventional denitrification .The result showed that in the conventional denitrification,the maximum nitrate nitrogen loading can reach 0.08 kg/(kgMLSS·d) with the proper?COD/N ratio of (6～7)∶1 and the optimal pH value of 7.5～8.The comparative study on the denitrification rate by using NO₃- and NO₂- as initial substrates indicated that at temperature of 25℃,pH value of 7,and substrate concentration<300 mg/L,more rapid denitrification rate can be achieved based on NO₂^- of substrate;whereas at subs trate concentration>300 mg/L,the denitrification rate is faster based on NO₃^-.
　　Keywords: conventional denitrification; short-cut denitrification;COD/N; pH value

1 材料和方法

1.1 試驗條件
　　采用間歇試驗方法。接種污泥取自西安市北石橋污水處理廠二沉池，采用機(jī)械攪拌使污泥與基質(zhì)充分混合，并使污泥呈懸浮狀態(tài)。
　　基質(zhì)中碳∶磷為100∶1，分別采用有機(jī)碳源：乙酸鈉；氮源：硝酸鉀和亞硝酸鈉；磷源：磷酸二氫鉀。
1.2 分析方法
　　氨氮：納氏試劑比色法；NO₂^--N：N-1-萘基乙二胺比色法；NO₃^--N：紫外分光光度法；TOC：5000A型TOC儀；其他指標(biāo)按標(biāo)準(zhǔn)方法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 傳統(tǒng)反硝化影響因素分析
2.1.1 硝酸鹽氮負(fù)荷
　　硝酸鹽氮負(fù)荷對反硝化的影響見表1。

表1 硝酸鹽氮負(fù)荷對反硝化的影響 系列 硝酸鹽氮負(fù)荷[kg/(kgMLSS·d)] 反硝化速率[kg/(kgMLSS·d)] 反硝化效率(%) 1 0.12(0.045) 0.28(0.032) 50 2 0.1(0.078) 0.36(0.08) 70 3 0.08(0.065) 0.53(0.109) 83 4 0.06(0.09) 0.56(0.129) 85 5 0.05(0.12) 0.64(0.022) 89 6 0.04(0.011) 0.7(0.09) 92 注： 反應(yīng)溫度為25 ℃，COD/N=6，pH=7.5；各 系列試驗次數(shù)均為3次；( )內(nèi)為均方差值。

　　從表1可以看出，反硝化速率隨硝酸鹽氮負(fù)荷的增加而降低，說明高濃度NO₃-對反硝化菌有一定的抑制作用。當(dāng)硝酸鹽氮負(fù)荷＜0.08kg/(kgMLSS·d)時反硝化細(xì)菌尚未達(dá)到最大工作能力，所以反硝化效率保持在80%以上；但當(dāng)硝酸鹽氮負(fù)荷＞0.08 kg/(kgMLSS·d)后由于系統(tǒng)內(nèi)細(xì)菌反硝化能力的限制，反硝化效率明顯下降。
2.1.2 ?COD/N
　　傳統(tǒng)反硝化中反硝化菌以有機(jī)碳(COD)為電子供體，以NO₃-為電子受體完成生物反硝化反應(yīng)。如果碳源不足則反硝化速率降低，反硝化進(jìn)行得也不完全；如果碳源過剩則出水COD值增加，必須附加后續(xù)的處理工藝。因此，選取合適的COD/N值對生物反硝化系 統(tǒng)的設(shè)計十分重要。試驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)COD/N=6.4時對NO₃^--N的去除率為85%，COD去除率為97%；當(dāng)COD/N＜6.4時對NO₃^--N的去除率取決于COD的投入量，即對NO₃-的去除率隨碳源的增加而升高，碳源不足時去除率偏低(當(dāng)COD/N=5時NO₃^-去除率為82%，當(dāng)COD/N=4時對NO₃^--N的去除率為74%)；而當(dāng)COD/N＞6.4時對NO₃^--N的去除率沒有明顯提高。
2.1.3 pH值 ?
　　pH值對傳統(tǒng)反硝化的影響見圖1。

　　從圖1可知pH值對反硝化速率有重要影響，適宜的pH值范圍為7.5～8.0。當(dāng)pH值偏離這一范圍時反硝化速率明顯下降，而pH值在7.7左右時反硝化速率最快。
2.2 短程反硝化特性分析
　　分別以NO₃^-和NO-2為基質(zhì)(NO₃^--N和NO₂^--N的濃度分別為50、100、200、300mg/L)進(jìn)行了短程與傳統(tǒng)反硝化的對比試驗，比較了兩者的速率大小。
2.2.1 反硝化速率與基質(zhì)濃度的關(guān)系
　　試驗結(jié)果見圖2～5。

　　由圖2～5可知，當(dāng)基質(zhì)的濃度分別為50、100、200mg/L時，從NO₂^-開始的反硝化明顯快于從NO₃^-開始的反硝化；當(dāng)基質(zhì)濃度為300mg/L時從NO₂^-開始的反硝化速率反而小于從NO₃^-開始的反硝化速率，此時要達(dá)到80%的去除率，在NO₃^-基質(zhì)中的反應(yīng)時間需要285min，而在NO₃^-基質(zhì)中卻需要380min。同時可計算出當(dāng)NO₃^--N和NO₂^--N濃度同為200mg/L時的反硝化速率r[NO₂-]?=0.79kg/(kgM LSS·d)、r[NO₃-]=0.53 kg/(kgMLSS·d)，當(dāng)兩種基質(zhì)濃度同為300mg/L時的反硝化速率r[NO₂-]=0.35 kg/(kgMLSS·d)、r[NO₃-]=0.40kg/(kgMLSS·d)。
2.2.2 pH值對短程反硝化的影響
　　短程反硝化以NO₂-為初始基質(zhì)，反應(yīng)器中各物質(zhì)的濃度和微生物的種類與傳統(tǒng)反硝化相比都發(fā)生了變化，前面研究得到的影響傳統(tǒng)反硝化的因素在此不一定適用，而pH值的變化對其影響最大。當(dāng)pH值＜6時反硝化菌活性(酶的活性受到抑制)會受到影響，當(dāng)pH值＞8時需采用磷酸緩沖溶液控制反應(yīng)的pH值(磷酸與微量元素Mg和Ca可能會產(chǎn)生沉淀)，所以選擇pH值為6、7、8并分別考察了其反硝化速率的大小。進(jìn)行的3組平行試驗(MLSS=3000mg/L，NO₂^--N為250mg/L，t=25℃)結(jié)果表明，當(dāng)pH=6時反硝化進(jìn)行得極其緩慢[反硝化速率為0.02kg/(kgMLSS·d)]，當(dāng)pH=7時反硝化速率上升為0.12kg/(kgMLSS·d)，pH=8時反硝化速率達(dá)到0.48 kg/(kgMLSS·d)，可以看出在pH值從6增加到8的過程中反硝化速率呈上升趨勢，這與HNO2對反硝化的抑制有關(guān)，即在低pH值、溶液中存在相同濃度NO₂^--N的條件下未電離的HNO2分子較多，所以反硝化速率較低。
2.2.3 HNO₂對反硝化的抑制
　　當(dāng)pH值依次為6、7、8和溶液中NO₂^--N的濃度分別大于26.7、267、2 670mg/L時，HNO₂會對反硝化有抑制。因此當(dāng)反硝化不受HNO₂抑制時，從NO₂-開始的反硝化速率大于從NO₃-開始的反硝化速率，但當(dāng)NO₂^--N的濃度使反應(yīng)受到HNO₂抑制時結(jié)果則相反。

3 結(jié)論

　?、?硝酸鹽氮負(fù)荷、COD/N、pH值是影響傳統(tǒng)反硝化的重要因素，系統(tǒng)在最大硝酸鹽氮負(fù)荷[0.08kg/(kgMLSS·d)]、合適的COD/N(6～7)和適宜pH值(7.5～8)時才能達(dá)到最大反硝化效率。
　?、?在基質(zhì)(NO₂-或NO₃^-)濃度＜300mg/L時短程反硝化速率較快；而高濃度HNO₂對反硝化有抑制，一定溫度下產(chǎn)生的抑制程度與pH值有關(guān)。
　　③ 當(dāng)NO₃^--N或NO₂^--N濃度＞300mg/L時，HNO₂對反硝化產(chǎn)生抑制作用，這與Charles Glass的研究結(jié)果一致。
　　④ 當(dāng)NO₂^--N濃度不在抑制濃度范圍內(nèi)時，以NO₂^-為基質(zhì)的反硝化速率比以NO₃^-為基質(zhì)的反硝化速率大，表明了短程反硝化的優(yōu)越性。

參考文獻(xiàn)：

　　[1] 王志盈，袁林江，彭黨聰，等.內(nèi)循環(huán)生物流化床硝化過程的選擇特性研究[J].中國給水排水，2000，16(4)：1-4.
　　[2]袁林江，王志盈，彭黨聰，等.生物流化床內(nèi)亞硝酸積累試驗[J].中國環(huán) 境科學(xué)，2000，20(3)：207-210.
　　[3]徐亞同.生物反硝化除氮研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，1994，14(4)：445-453.
　　[4] Charles Glass，JoAnn Silvestein，Jeill Oh.Inhibition of denitrification in acti vated sludge by nitrite[J].Water Environment Research，1996，69(6)：1086-1093.

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　　作者簡介：張小玲(1976- )，女，安徽亳州人，西安建筑科技大學(xué)博士,研究方向為污水處理及回用。
　　電　　話：13087516949
　　E-mail:zhangxiaoling2384@263.net
　　收稿日期：2002-03-07