以毛竹丝和污泥为碳源去除水中的硝酸盐对比研究.docx

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以毛竹丝和污泥为碳源去除水中的硝酸盐对比研究

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摘要：将毛竹丝作为反硝化固体碳源和生物膜载体用于去除NO3–-N和将脱水活性污泥作为反硝化碳源和弹性立体填料为生物载体用于去除NO3–-N。在水温30℃、摇床80～95r/min的条件下运行。摆瓶在恒温摇床中培养20d后达到稳定。当进水NO3–-N都为60mg/L，反应20h后，竹丝摆瓶出水降低至10mg/L以下；而污泥摆瓶只降低20mg/L左右。相比之下，虽然NO2–-N都会产生一定量的积累，但是竹丝比污泥更能有效地去除污水中的NO3–-N。实验表明：竹丝是一种理想的提供碳源和生物膜载体的固体材料并且在生物膜除氮实验中比污泥的处理效果具有明显优越性。

论文关键词：硝酸盐,亚硝酸盐,毛竹丝,活性污泥,碳源,生物膜载体

水体中的硝酸盐污染不仅会引起水体的富营养化，而且会对人体和水生动物产生不良影响[6]。Boley和aslan等利用人工高分子聚合物作为反硝化碳源和生物载体去除水中硝态氮[7，8]，而后ovez利用天然的植物体等作为反硝化碳源去除水体中的硝酸盐氮[9]，均取得了良好的试验效果。目前国内外去除硝酸盐的方法有反渗透、电渗析、催化脱氮、生物脱氮、离子交换法、离子交换/生物脱氮组合工艺。其中生物反硝化脱氮被视为最为经济有效地消除硝酸盐手段，而生物反硝化中的异养反硝化过程中往往需要添加碳源作为电子供体。但传统添加的碳源一般为液相有机物，由于进水水质波动性较大，容易造成出水中常常含有多余的有机物液体碳源。而且传统的液体碳源多数对微生物和人类有毒，甚至严重污染环境，以致难以控制和操作[8]。

外加固体物质作为生物反硝化碳源是近些年消除水中硝酸盐污染的研究热点。开发的固相碳源种类日趋多样化，研究发现固体碳源不但能克服传统液体碳源诸多缺点，而且能作为微生物吸附生长的生物载体以提高生物反硝化效果而被广泛关注[9]。但一些研究中发现目前所采用的固相碳源也存在不足，如：可生物降解聚合物价格昂贵，制作方法复杂；天然的可降解聚合物虽然价格低廉，安全性好，运输方便，在自然界普遍存在，但在长时间运行过程中会变软而相互黏附，生物载体的孔隙率变小，而导致系统内堵塞，氮气无法外溢，如果通过减少填充量来防止堵塞，则会导致系统反硝化碳源不足；其次反硝化菌在固体碳源上的吸附力较弱，容易流失以及低温条件下反硝化效果较差等。基于国内外普遍使用的固体碳源存在的缺陷，寻找一种运行经济、取材方便、孔隙率较大、挂膜速度快、反硝化菌群吸附能力强、低温运行效果良好的固体碳源是生物反硝化脱氮亟需解决的重要问题，这些条件的实现对提高反硝化效率具有十分重要的实际应用和科学研究价值。

而与此同时由于污泥处理不得当将会造成二次污染，目前污泥处理方法有焚化、填满、建筑材料、农田绿地利用。但传统的处理方法不但易造成二次污染，而且基建和运行费用较高。由于污泥有机物含量高，可作为某种生物处理污水的碳源提供者。这样既可减少污泥处理的运行费用，又可避免二次污染。寻找一种污水处理工艺实现污泥的有机物被微生物在污水处理工艺中高效充分利用，这一目的的实现对降低污泥处理的运行费用同样具有十分重要的实际应用和科学研究价值。

1材料与方法

1.1实验原理

1.1.3反硝化反应：硝酸氮（NO3–-N）和亚硝酸氮（NO2–-N）在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮（N2）的过程。生物反硝化反应方程式如下表示：

反硝化菌是属于异养型兼性厌氧菌的细菌。在厌氧菌（缺氧）条件下，以硝酸氮（NO3–-N）为电子受体，以有机物（有机碳）为电子供体。在反硝化过程中，硝酸氮通过反硝化菌的代谢活动，可能有两种转化途径，一种途径是同化反硝化（合成），最终形成有机氮化合物，成为菌体的组成部分，另一种途径是异化反硝化（分解），最终产物是气态氮。

1.2材料

竹丝是用纯天然的竹子加工而成，其形态是长方体（20mm×1mm×1mm）。竹丝在使用前放置在1%氢氧化钠中连续浸泡20d，再在自来水中浸泡2d后放入60℃左右的烘箱中烘干2h后冷却、称量、使用。

活性污泥(以下简称污泥)是污水处理厂脱水后的污泥，其形状成饼状（含水率在31.3%，MLSS=3503mg/L）。当向摆瓶中加入污泥时应称量、使用。

1.3培养方法

在预先准备好的有瓶塞带排气管的摆瓶（500mL）2个，在纯净水中加入硝酸钾和磷酸二氢钠，使硝态氮和磷的浓度分别是60mg/L和12mg/L，并准备新鲜的活性污泥混合液若干升，并在摆瓶中加入配水150mL，活性污泥混合液150mL。并在其中一个锥形瓶中放入竹丝10g，一个锥形瓶放入20g污泥和弹性载体若干。最后，将摆瓶放入恒温培养振荡仪中连续培养（30℃），每天取上清液在1000r/min转速离心2min后测量NO3–-N浓度，当溶液中NO3–-N浓度低于10mg