不同缓释碳源对低碳氮比污水反硝化的影响

在生物反硝化系统中， 反硝化细菌可以利用碳 源作为电子供体、NO3--N 作为电子受体将硝酸盐还 原成 N2，同时达到去除有机物的效果〔1〕。 诸多学者通 过添加甲醇、 葡萄糖等液态碳源进行反硝化的研究 探索， 但投加这些液体碳源易造成碳源投加不足或 过量，不仅增加反硝化成本，而且系统运行复杂和二 次污染问题比较突出〔2〕。 近年来，许多研究者通过多 种途径寻找无毒、廉价的碳源来代替传统碳源。新型 碳源主要以一些低廉的天然固体有机物为主〔3〕。 因 此， 采用新型固态碳源已成为反硝化脱氮的研究热 点之一。
将 深 圳 市 某 污 水 处 理 厂 的 污 泥 按 总 体 积 10% 的量移入反应器，即完成接种。 反应器驯化阶段，控 制 HRT 为 2 h，对反应器里的细菌进行培养和驯化： 将反硝化菌加水溶解， 并加入适量红糖或葡萄糖活 化 3~4 h 后， 将已驯化的反硝化细菌移入反应器中
图 2 不同碳源对 COD 的影响
由图 2 可见，投放稻壳、陈米、玉米芯等缓释碳 源后，经过连续的反硝化运行，出水 COD 呈现不同 的分布趋势。 当进水的 COD 范围为 3.21~23.8 mg/L。 投放稻壳和玉米芯所释放的有机物浓度相差不大， 变化幅度分别为 3.16~23.8 mg/L 和 3.16~26.7 mg/L， 均低于 GB 18918—2002 一级 A 标准。 这说明系统 在连续 1 个周期运行时间内， 不能有效降解稻壳和 玉米芯。 所投放碳源释放的有机物一部分用于消耗 原 水 中 的 DO， 另 一 部 分 用 于 反 硝 化 反 应 所 需 的 营 养 物质。 从另外一方面说明可能是投加的稻壳和玉米 芯量不够或水力停留时间太短， 碳源没有充分释放 出来，导致没有更多的有机物以 COD 形式排出。 在 实验的后期， 稻壳释放出的和微生物所利用的碳源 量相当，进出水 COD 达到相对平衡。
测定参数
变化范围 平均值
一级 A 标准
表 1 原水水质
pH
COD/ （mg·L-1）
NH3-N/ （mg·L-1）
6.5~7.5 3.21~35.6 0.04~1.75
6.9
14.7
0.57
6~9
≤50
≤5
TN/ （mg·L-1）
9.48~26
14.5
≤15
1.2 分析方法 pH 采用 pH 酸度计测定；COD 采用重铬酸钾法
投放陈米后，陈米可以持续稳定地释放有机物，
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试验研究
所 释 放 的 COD 范 围 更 大 ， 其 变 化 幅 度 在 6.06~46 mg/L 之间。 从整个 COD 变化趋势看，陈米的释碳速 率适中，在投放陈米后的第 1、2 天内，陈米就开始释 放碳源。 在第 13 天左右时，由于 CRI 清水池清洗， 停止潜水泵运行， 关闭出水阀门， 导致陈米释放的 COD 不断累计，所以出水 COD 达到 46 mg/L。 除此 之外，出水 COD 均在 30 mg/L 以下。 待潜水泵恢复 运行，同时调整进、出水口阀门，连续运行了 20 多天 后，陈米仍一直在释放有机物，出水 COD 恢复到 20 mg/L 左右，低于 GB 18918—2002 一级 A 标准。 3.2 对 NH3-N 的去除效果
［关键词］ 低碳氮比；反硝化；缓释碳源 ［中图分类号］ X703 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1005-829X（2013）05-0040-04
Effect of different sustained-release carbon source on the denitrification of low C/N wastewater
笔者以低碳氮比的 CRI 工艺（人工快渗系统）出 水为研究对象， 低碳氮比污水生物脱氮过程因污水
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自身有机质不足导致脱氮效率较低。 在该类型水体 的生物反硝化过程中需要补充一定量碳源。 如何以 最低的代价提高脱氮率是低碳氮比污水生物脱氮面 临 的 主 要 问 题 〔4-5〕， 寻 找 合 适 的 外 加 碳 源 成 为 目 前 关 注的热点 。 〔6-7〕 笔者选取来源充足、价格低廉且易得 的稻壳、陈米和玉米芯为缓释碳源，考察低碳氮比污 水的反硝化效能与特性， 以期为该工艺的设计和优 化运行提供科学依据， 也为寻找新的脱氮效率较高 的碳源提供参考依据。
1 材料和方法
1.1 进水水质 原 水 取 自 于 CRI 工 艺 出 水 ， 该 水 样 具 有 低
COD、低 NH3-N、较高 NO3--N 等水质特点。 处理装
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裴廷权，等：不同缓释碳源对低碳氮比污水反硝化的影响
置按一天24 h 运行（平均流量为 115 m3/d）。 要求处 理后出水达到《城 镇 污 水 处 理 厂 污 染 物 排 放 标 准 》 （GB 18918—2002）一级 A 标准，废水水质与排放标 准如源自文库 1 所示。
同时可看出，投加缓释碳源陈米后，出水 NH3-N 在 0.36~1.75 mg/L（均 值 为 0.74 mg/L）之 间 波 动 ，远 低于 GB 18918—2002 一级 A 标准。 与投加稻壳和 玉米芯相比，投加陈米后对 NH3-N 的处理效果完全 不同， 处理后出水 NH3-N 反而增加，NH3-N 去除率 的 变 化 范 围 -193.1%~25.77% ， 究 其 原 因 可 能 是 陈 米 内含有一定的氨基酸，在一定的环境作用下，氨基酸 慢慢通过各种反应转化为 NH3-N。 有研究表明 ： 〔13〕 有效调控 DO 浓度和供氧方式可达到节约碳源、提 高脱氮效率和节能降耗的效果。 3.3 对 TN 的去除效果
Pei Tingquan，Yang Xiaomao，Liu Huan，Li Xuning，Liang Xiongwei （Shenzhen-Hong Institution of Industry， Education & Research Environmental Protection
Engineering Technology Co.，Ltd.，Shenzhen 518057，China）
图 1 反硝化实验工艺流程
以 CRI 工艺出水作为反硝化实验的进水，利用 潜水泵将清水池的出水泵入反硝化柱上端， 出水直 上而下经过缓释碳源/填料层，底部出水，阀门控制 水量。 在保证缺氧条件下， 考察出水指标是否达到 GB 18918—2002 一级 A 标准。 2.2 反硝化平台搭建
为了保证反硝化反应的充分进行， 反硝化柱内 的水流应为连续流。 反应器为有机玻璃柱， 柱内径 15 cm，柱高 180 cm。 柱内最下方投放 30 cm 高度的 砾石，在其上方填约 70 cm 的粗砂，设定反硝化阶段 的 HRT 为 2 h， 进出水流速为 78 mL/min。 进水 由 CRI 的清水池经潜水泵打入反应器， 进水采用顺流 方式，流速由潜水泵和阀门控制。 2.3 反应器的接种与挂膜
第 33 卷第 5 期 2013 年 5 月
工业水处理 Industrial Water Treatment
Vol．33 No．5 May，2013
不同缓释碳源对低碳氮比污水反硝化的影响
裴廷权，杨小毛，刘 欢，李旭宁，梁雄威
（深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司，广东深圳 518057）
［摘要］ 分别采用稻壳、玉米芯和陈米作为外加碳源，研究不同碳源对低碳氮比污水反硝化的影响。 结果表明： 稻 壳 和 玉 米 芯 对 NH3-N 的 去 除 效 果 显 著 ，去 除 率 分 别 为 0~93.33%和 6.9%~91.75%；投 加 陈 米 后 ，出 水 NH3-N 比 原 水有所增加。 投加稻壳和玉米蕊时，反应体系对 TN 的去除效果不稳定，去除率为-28.36%~42.79%和-14.93%~58%； 而投加陈米后，对 TN 的去除效果显著，出水 TN 范围为 0.69~10.8 mg/L，去除率为 33.43%~93.37%。 从反硝化效率和 成本方面看，陈米更适于作为反硝化脱氮的碳源。
不同碳源对 TN 以及 TN 去除率的影响如图 5、 图 6 所示。
图 3 不同碳源对NH3-N 的影响
测定；TN 采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定； NH3-N 采用纳氏试剂分光光度法测定。 1.3 主要仪器和设备
pH 计、恒温气候培养箱、便携式溶氧仪、微波消 解仪、电子天平、高压蒸汽灭菌锅。
2 工艺流程与平台搭建
2.1 工艺流程
实验工艺流程如图 1 所示。
静置 3 d 再启动反应器。 每天检测反应器进出水，分 析 指 标 为 COD、NH3-N 和 TN。 连 续 运 行 1 个 多 月 后， 若测定的连续 3 次出水 NH3-N 和 TN 差异在 5% 之内，表明反应器处于运行稳态，可进行后续实验。
3 结果与分析
3.1 对有机物的去除效果 不同的碳源种类可以通过影响某些酶来影响反
硝化作用过程，通过不同的反应产物、中间产物来影 响反硝化过程， 固态碳源需经过纤维素分解菌降解 后才能被反硝化菌利用，使得反硝化反应顺利进 行 。 〔8-9〕 稻壳、陈米、玉米芯这 3 种碳源均具有较高的 纤维素含量，纤维素降解菌先将稻壳、陈米、玉米芯 降解为小分子的有机碳， 反硝化菌利用这些有机碳 进行反硝化， 实验考察了不同碳源对 COD 的影响， 结果如图 2 所示。
Abstract： Rice husk，corn cob and old rice have been used respectively as additional carbon source for investigating the effect of different carbon sources on low C/N wastewater denitrification. The results show that rice husk and corn cob has significant removing effect on NH3-N，whose removing rates are 0-93.33% and 6.9%-91.75%，respectively. After adding old rice，the NH3-N in effluent is higher than that in raw water. The TN removing effect of rice husk and corn cob by the reaction system is instable，whose removal rates are -28.36%-42.79% and -14.93%-58% ，respectively. However，after adding old rice，the removing efficacy of TN is significant. The range of effluent TN concentrations is 0.69-10.8 mg/L，and the removing rates of TN is 33.43%- 93.37%. From the aspects of denitrification efficiency and costs，old rice is more suitable for being used as denitrification carbon source. Key words： low C/N；denitrification；sustained-release carbon source
不同碳源对 NH3-N 以及 NH3-N 去除率的影响 如图 3、图 4 所示。
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好的可能原因：一是由于碳源相对充足，使反硝化细 菌生长旺盛， 而其自身生长也要摄取一定的 N 元 素；二是由于反应器中是一个混合培养体系，除了反 硝化细菌外，还有其他细菌生长，包括硝化细菌及自 养反硝化细菌， 产生了如同步硝化反硝化和厌氧氨 氧化等作用 。 〔10-12〕