传统与短程反硝化的影响因素及特性研究

张小玲, 彭党聪, 王志盈
( 西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西西安 710055)

　　摘　要：分别研究了传统反硝化中硝酸盐氮负荷、COD/N、pH值对反硝化速率及效率的影响，得出传统反硝化时最大硝酸盐氮负荷为0.08kg/(kgMLSS·d)，合适的COD/N为6～7，适宜的pH值为7.5～8。对分别以NO₃-和NO₂-为初始基质的反硝化速率进行的对比试验结果表明，在温度为25℃、pH值为7、基质浓度＜300mg/L时以NO₂-为初始基质的反硝化速率较快，但当基质浓度＞300mg/L后反而是以NO₃-为初始基质的反硝化速率较快。
　　关键词：传统反硝化；短程反硝化；COD/N； pH值
　　中图分类号：X703.1
　　文献标识码：A
　　文章编号：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‘an University of Arc hitectural? Science and Technology,Xi‘an 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 试验条件
　　采用间歇试验方法。接种污泥取自西安市北石桥污水处理厂二沉池，采用机械搅拌使污泥与基质充分混合，并使污泥呈悬浮状态。
　　基质中碳∶磷为100∶1，分别采用有机碳源：乙酸钠；氮源：硝酸钾和亚硝酸钠；磷源：磷酸二氢钾。
1.2 分析方法
　　氨氮：纳氏试剂比色法；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仪；其他指标按标准方法测定。

2 结果与分析

2.1 传统反硝化影响因素分析
2.1.1 硝酸盐氮负荷
　　硝酸盐氮负荷对反硝化的影响见表1。

表1 硝酸盐氮负荷对反硝化的影响 系列 硝酸盐氮负荷[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： 反应温度为25 ℃，COD/N=6，pH=7.5；各 系列试验次数均为3次；( )内为均方差值。

　　从表1可以看出，反硝化速率随硝酸盐氮负荷的增加而降低，说明高浓度NO₃-对反硝化菌有一定的抑制作用。当硝酸盐氮负荷＜0.08kg/(kgMLSS·d)时反硝化细菌尚未达到最大工作能力，所以反硝化效率保持在80%以上；但当硝酸盐氮负荷＞0.08 kg/(kgMLSS·d)后由于系统内细菌反硝化能力的限制，反硝化效率明显下降。
2.1.2 ?COD/N
　　传统反硝化中反硝化菌以有机碳(COD)为电子供体，以NO₃-为电子受体完成生物反硝化反应。如果碳源不足则反硝化速率降低，反硝化进行得也不完全；如果碳源过剩则出水COD值增加，必须附加后续的处理工艺。因此，选取合适的COD/N值对生物反硝化系 统的设计十分重要。试验中发现，当COD/N=6.4时对NO₃^--N的去除率为85%，COD去除率为97%；当COD/N＜6.4时对NO₃^--N的去除率取决于COD的投入量，即对NO₃-的去除率随碳源的增加而升高，碳源不足时去除率偏低(当COD/N=5时NO₃^-去除率为82%，当COD/N=4时对NO₃^--N的去除率为74%)；而当COD/N＞6.4时对NO₃^--N的去除率没有明显提高。
2.1.3 pH值 ?
　　pH值对传统反硝化的影响见图1。

　　从图1可知pH值对反硝化速率有重要影响，适宜的pH值范围为7.5～8.0。当pH值偏离这一范围时反硝化速率明显下降，而pH值在7.7左右时反硝化速率最快。
2.2 短程反硝化特性分析
　　分别以NO₃^-和NO-2为基质(NO₃^--N和NO₂^--N的浓度分别为50、100、200、300mg/L)进行了短程与传统反硝化的对比试验，比较了两者的速率大小。
2.2.1 反硝化速率与基质浓度的关系
　　试验结果见图2～5。

　　由图2～5可知，当基质的浓度分别为50、100、200mg/L时，从NO₂^-开始的反硝化明显快于从NO₃^-开始的反硝化；当基质浓度为300mg/L时从NO₂^-开始的反硝化速率反而小于从NO₃^-开始的反硝化速率，此时要达到80%的去除率，在NO₃^-基质中的反应时间需要285min，而在NO₃^-基质中却需要380min。同时可计算出当NO₃^--N和NO₂^--N浓度同为200mg/L时的反硝化速率r[NO₂-]?=0.79kg/(kgM LSS·d)、r[NO₃-]=0.53 kg/(kgMLSS·d)，当两种基质浓度同为300mg/L时的反硝化速率r[NO₂-]=0.35 kg/(kgMLSS·d)、r[NO₃-]=0.40kg/(kgMLSS·d)。
2.2.2 pH值对短程反硝化的影响
　　短程反硝化以NO₂-为初始基质，反应器中各物质的浓度和微生物的种类与传统反硝化相比都发生了变化，前面研究得到的影响传统反硝化的因素在此不一定适用，而pH值的变化对其影响最大。当pH值＜6时反硝化菌活性(酶的活性受到抑制)会受到影响，当pH值＞8时需采用磷酸缓冲溶液控制反应的pH值(磷酸与微量元素Mg和Ca可能会产生沉淀)，所以选择pH值为6、7、8并分别考察了其反硝化速率的大小。进行的3组平行试验(MLSS=3000mg/L，NO₂^--N为250mg/L，t=25℃)结果表明，当pH=6时反硝化进行得极其缓慢[反硝化速率为0.02kg/(kgMLSS·d)]，当pH=7时反硝化速率上升为0.12kg/(kgMLSS·d)，pH=8时反硝化速率达到0.48 kg/(kgMLSS·d)，可以看出在pH值从6增加到8的过程中反硝化速率呈上升趋势，这与HNO2对反硝化的抑制有关，即在低pH值、溶液中存在相同浓度NO₂^--N的条件下未电离的HNO2分子较多，所以反硝化速率较低。
2.2.3 HNO₂对反硝化的抑制
　　当pH值依次为6、7、8和溶液中NO₂^--N的浓度分别大于26.7、267、2 670mg/L时，HNO₂会对反硝化有抑制。因此当反硝化不受HNO₂抑制时，从NO₂-开始的反硝化速率大于从NO₃-开始的反硝化速率，但当NO₂^--N的浓度使反应受到HNO₂抑制时结果则相反。

3 结论

　　① 硝酸盐氮负荷、COD/N、pH值是影响传统反硝化的重要因素，系统在最大硝酸盐氮负荷[0.08kg/(kgMLSS·d)]、合适的COD/N(6～7)和适宜pH值(7.5～8)时才能达到最大反硝化效率。
　　② 在基质(NO₂-或NO₃^-)浓度＜300mg/L时短程反硝化速率较快；而高浓度HNO₂对反硝化有抑制，一定温度下产生的抑制程度与pH值有关。
　　③ 当NO₃^--N或NO₂^--N浓度＞300mg/L时，HNO₂对反硝化产生抑制作用，这与Charles Glass的研究结果一致。
　　④ 当NO₂^--N浓度不在抑制浓度范围内时，以NO₂^-为基质的反硝化速率比以NO₃^-为基质的反硝化速率大，表明了短程反硝化的优越性。

参考文献：

　　[1] 王志盈，袁林江，彭党聪，等.内循环生物流化床硝化过程的选择特性研究[J].中国给水排水，2000，16(4)：1-4.
　　[2]袁林江，王志盈，彭党聪，等.生物流化床内亚硝酸积累试验[J].中国环 境科学，2000，20(3)：207-210.
　　[3]徐亚同.生物反硝化除氮研究[J].环境科学学报，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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　　作者简介：张小玲(1976- )，女，安徽亳州人，西安建筑科技大学博士,研究方向为污水处理及回用。
　　电　　话：13087516949
　　E-mail:zhangxiaoling2384@263.net
　　收稿日期：2002-03-07