@不同碳源及其碳氮比对反硝化过程的影响

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环境 保护 科学 第 ３ ０卷 总第 １ １ ２ 期
２０ ０ ４年 ２月
表 １ 反 硝 化 细 菌在 ２ ＂ 的 有 关 动 力 学 常数 ０ Ｃ时
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富 ： ．ｃ ．￣Ｈ ・４ ｉ ； ０４０ ０４（ 。０ ：： ６￣Ｈ １Ｈ ） ０８ ７ ６Ｈ ） ００ ４。 ００ ８。 ． ．． （ ） ０ ４。 ，‘ ￣ （９ ｃ５ ．
ＮＯ Ｎ 去 除 率 明 显 高 于 未 投 加 碳 源 的 实 验 效 ｊ一
果 ； 加的碳 源越 多 ， —Ｎ 的去 除率 越 高 。而 投 Ｏ 由表 ２可 以看 出 ， 甲醇 的反 硝 化 率是 很 高 的 ， 其作 为 易于生 物降解 的低 级 醇类 ， 易被 反硝化 细 极 菌所 利 用 。且 其 作 为 强 还 原 化 合 物 ： 微 生 物 ， 生 长量 是很 低 的 ， １ ２知 ， 由 ． 甲醇适 宜 被 用作 反 硝 化过程 的 电子供 体 。有 人 通 过 采 用 以硝 化 池 出水
克 数 ） 。
分为 以下 三种类 型 ： 一类 是易 于生 物 降解 的有机 第
物 （ 甲醇 、 如 蔗糖 、 葡萄 糖等 ） 第二 类 为可 慢速 生物 ；
降解 的有机 物 （ 如淀 粉 ， 白质 等 ） 第 三类 为 细 胞 蛋 ； 物 质 ， 菌会 利用 细胞成 分进 行 内源 反硝 化 。这 三 细 类碳 源 的反 硝化 速 率各 不 相 同 ， 般 来 说 ． 反 硝 一 在 化过 程 中 ， 于生物 降解 的 有机物 是最 好 的电子 供 易
王 丽 丽 赵 林 谭 欣 闫 博 （ 津 大 学 环 境 科 学 与 工 程 学 院 天 津 ３ ０ ７ ） 天 ０ ０ ２
摘要 碳 源 及碳 氮 比 是 生 物 法 处理 氨 氮 废 水 过 程 中的 两个 重 要 因素 。 本 文 论 述 了 甲醇 、 糖 、 纸 等 不 同物 质作 为碳 蔗 报
在 生 物脱 氮 中使 用 得较 多 的碳 源 是 甲醇 和 乙 醇 。除此 之外 ， 糖类 物质 如葡萄糖 及蔗 糖不仅是 日 常生 活 中常用 的甜味 剂 ， 均为优 质价廉 的化工 原 且 料 。采用其 作为 碳源 ， 处理 效果 比较理想 且经 济 。 姜 桂华 ＿ 通 过 经 验 发 现 ： 加 葡 萄 糖 实 验 的 ５ 投
如 甲醇 、 乙醇等 ； 除此 之外 ， 维 素也逐渐 地被采 用 纤
作 为有 机碳 源 。纤 维 素是线 性葡 萄糖聚合 物 ， ～ 是 种 多糖类 物 质 ， 相 邻 并 行 的 羟 基 之 间 以 氢 键 相 在
・
９（ ２ ＣＨ３ ＯＨ）
０ ６ ・ ． ￣０ ８
理 论产率 而 言 ， 甲醇 都是 其 中最理想 的碳 源 。同时 外加 碳源 不仅能 够促 进人工 细 菌的脱 氮作 用 ， 能 还 够提 高细 菌 的脱 氮 能力 。
１ ３ 不 同 碳 源 的 反 硝 化 效 果 ．
不 同 的有机 物在作 为碳 源 时 ， 采用不 同浓度 若 的氮源 ， 其处理 效果 是不 一样 的 。表 ２列 出 了不 则 同碳源 在不 同浓度 氮源 下对 反硝化 过程 的影 响 。
Ｄｕ －ＪｎＫｉ １ 在 流 化 床 反 应 器 中 以 蔗 糖 为 碳 源 ｋ ｉ ｍ＿］ 研究 不 同碳 氮 比对 反硝 化 的影 响 。 当碳 氮 比在 ０
～
５ ８之问 改变时 ， Ｏ 反硝 化率 可达 到 ７ ～９ ％。 １ ９ 糖 类 物质 作 为 碳 源 其 处 理 效 果 是 比 较 理 想
ｏ ｅ ｉ ｉ ｃ ｔ ｎ． ｎ ｄ ｎｔ ｆ ａ ｉ ． ｒｉ ｏ
Ｋ ｙｗｏ ｄ Ｄｅ ｉ ｉｃ ｔ ｎ Ｃａｂ ｎＳ ｕ ｅ Ｃ／ ａｉ Ｗ ａｅ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒｓ ｎｔ ｆ ａ ｉ ｒｉ ｏ ｒｏ ｏ ｒｃ ＮＲ ｔ ｏ ｔｒＴ ｅ ｔ ｎ
在生物 反 硝化 系统 中 ， 硝化 菌可 以利用 碳 源 反 作为 电 子 供 体 ， 和 Ｎ０ 作 为 电子 受 体 ， Ｎ０ 将 ＮＯ；和 Ｎ０ 还 原 成 氮 气 ， 时 达 到 去 除 有 机 物 同 的效果 。由此可 见 ， 源是 反硝化 过程 所 不可少 的 碳
源及 其碳 氮 比 对 反硝 化过 程 的 影 响 ， 对 各 碳 源适 宜 的碳 氮 比加 以 总结 。 并 关■词 反 硝化 碳源 碳 氯 比 水 处 理
Ａ ｓｒｃ Ｃ ｒｏ ｏ ｒｅａ ｄ Ｃ Ｎ ａｉ ｒ ｍｐ ｒａ ｔｆｃｏｓｆ ｒｄ ｎｔｉｉａｉｎ Ｔｈ ｂｅ ｔｖ ｆｔｉ ａ ｅ ｓ ｔ ｎ ｒ— ｂ ｔ ｔ ａ ｂ ｎ ｓ ｕ ｃ ｎ ／ ｒｔ ａ ｅｉ ｏ ｔ ｎ ａ ｔｒ ｏ ｅ ｉ ｆ ｔ ， ｅｏ ｊｃｉｅｏ ｈｓｐ ｐ ｒｉ ｏｉｔｏ ａ ｏ ｒ ｃ ｏ ｄ ｃ ｈ ｆｕ ｎ ｅｏ ｉ ｅ ｅ ｔｃ ｒｏ ｏ ｒｅＩｕ ｈａ ｔ ａ ｏ、 ｕ ｒｓ 、 ｌｃ ｓ ｎ ｅ ｐ ｐ ｒｅｃａ ｄｔ ｅｅｆｃ ｆ ／ ｒ ｔ ｕ ｅｔｅｉ ｌｅ ｃ ｆ ｆ ｒｎ ａｂ ｎｓ ｕｃ ｃ ｓｍｅ ｈ ｎ ｌｓ ｃ ｏ ｅ ｇｕ ｏ ｅａ ｄｎ ｗｓ ａ ｅ ｔ ｎ ｈ ｆｅ ｔ Ｎ ａｉ ｎ ｄｆ ｓ ｏＣ ｏ
体， 不仅其 反硝 化 速 率最 快 ， 还 能 够 提 高 生 物 处 且
理装 置 的能力 和效 率 ， 反 硝 化 过 程 稳定 可靠 ； 使 但
相对来 说 ， 细胞 物 质 由 于其 生 物 降 解 比较 困难 ， 故
由表 １中数 据 可知 ， 反硝 化过程 与所 利用碳 源
的 性 质 是 有 关 的 。 无 论 是 对 微 生 物 的 最 大 比 生 长
１ 不 同 碳 源 及 其 碳 氮 比的 影 响
１ １ 碳源 的分 类 ． 按 照 碳源对 反硝 化速率 的影 响 ， 碳源 通常 可 以
这 是 因为从单 碳 化 合 物 中合 成 细胞 组分 所 需 的 能
量大 ， 样 阻力 的存在 就 阻止 了细胞 的 生 长 。表 １ 这 列 出 了反硝 化 菌 在 ２ ℃ 时 的 有 关 动 力 学 常 数∞ 。 Ｏ （ 中 。 其 为微 生物 的最 大 比生长 速度 ； Ｋｄ为 微生 物 内源衰 减 系数 ； Ｙ值 是 微生 物理 论 产率 ， 而 也就 是指 每 消耗一 毫克 基质 时 ， 产生 的相应 的微生 物毫
种物 质 。同时进 水 的 Ｃ Ｎ也 是影 响生 物 脱氮 除 ／
氮效 果 的重要 因素 。本 文 主 要对 生 物 反硝 化 除 氮 过 程 中不 同的碳 源及 其 碳 氮 比对 反 硝化 作 用 效 果 的影响进 行论 述 总结 。
转化 成为 细胞 物 质 。若 有 机 物 质转 化 成 细胞 的百 分 率越大 ， 明有 机 物 的 利用 率 越 低 ， 对其 的需 说 则 求 量就会 越 大 。反 硝 化 菌 的细 胞 产 率 与所 采 用 的碳 源的性 质 问 的关 系非 常 密 切 。在 反硝 化 过 程 中应采 用低 生 长量 （ 即细 胞 产率 低 ） 的有 机 物 质 作 为碳 源 。一 般来 说 ， 碳 化 合 物 的生 长 量 比较低 ， 单
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反硝化 速率 是最 慢 的ｎ 。。
１ ２ 不 同碳 源 的 动 力 学 参 数 ． 反 硝 化 菌 在 不 同 的 碳 源 下 ， 过 不 同 的 呼 吸 途 通
径， 不仅 产生 的能 量 不 同 ， 且 细胞 的产 率 也 大不 而
相 同门 ， 有机 物 质 并 非 全 部发 生 氧 化 ， 要 部分 即 还
表 ２ 不 同碳 源在 不 同浓 度 氮源 下 对 反 硝 化 的 影 响
圈 １ 甲 爵 对 ＮＯ￣ 一 Ｎ 降 解 的 影 响
９ ％， 乙醇 时达 ８ ％ 。由此 可见 ， ５ 用 ５ 乙醇作 为 甲醇 的替代 物来作 为反硝 化过 程 的外 加碳 源时 ， 处理 其
效 果令人 满意 ， 样 的替 代是相 当可行 的 。 这
去 除 ６ ７ ／ 但 是 当以 甲醇作 为 碳 源 时 ， 仅 反 ． ｍｇ Ｌ； 不
硝 化 效 果 及 速 度 随 甲 醇 废 水 投 加 量 的 增 加 而 增 大 （ 图 １， 其 Ｃ 如 ）且 ＯＤ 去 除 效 果 也 随 甲 醇 废 水 投 加
样在 反应体 系 中 ， 易引起 堵塞 。 就 生物 反硝 化过程 多是 以简单 化合物 作为碳 源 ，
速度 、 生 物 的内 源衰 减 系 数 ， 微 还是 对 于 微 生物 的
收稿 日期 ：０ ３ ０ －０ 修 回 日期 ２ ０ — １ — １ ２０ － ９ ５ ０３ ０ ５ 基 金 项 目 ： 津 市 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（ 目编 号 ０ ３ １ １ ｌ） 天 项 １６ ０ ｌ１ 作 者 篱 介 ： 雨 丽 （ ９ ８ ）女 ， 蒙 古通 辽 人 ， 究 生 ． 王 １７一 ， 内 研
的 ， 也 有 一 定 的 缺 陷 。 Ｇ６ ｚＭ． Ｅ ｊ］ 曾 采 但 ｍｅ Ａ．ｌ ．等 ６ ｓ
用蔗糖 、 醇及 甲醇 作 碳 源 处理 受 污 染 的地 下水 。 乙 结 果表 明 ， 以蔗糖 作 外碳 源 时 ， 产 生 亚 硝酸 盐 的 会 积累 ， 两种 碳源则 几 乎没有 积 累现象 ； 另 同时发现 ， 以甲醇 和乙醇 作碳 源的体 系 中 ， 溶解 氧的影 响要远 远低 于蔗 糖体 系 中溶 解 氧的影 响 。另外 ， 其作 为 高
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不 同碳 源 及 其 碳 氮 比 对 反 硝 化 过 程 的 影 响 王 丽 丽
不 同碳源及其碳氮比对反硝化过程的影响
Ｉｆｕ ｃ ｆＤ ｆ ｅｎ ｎ ｌｅｎ ｅ ｏ ｉ ｅｒ ｔＣａｒ ｏｎ Ｓｏｕ ｃ ｎ ｔｏ ｏ ｆ ｂ ｒ ｅ ａ ｄ Ｒａ ｉ ｆ Ｃａ ｂ ｎ ｔｏｇ ｎ Ｆｏ ａ ｅｒＤｅｎ ｔ ｃ ｔ ｒ ｏｎ ａ ｄ Ｎｉ ｒ ｅ ｒＷ ｔ ｉｒ ａ ｉ Ｏｎ
碳化 合物 ， 生 物 生长 量 相 对要 高于 醇 类物 质 ， 微 这
于 它们 主要是 由未被 降 解 的 且较 难 生 物 降解 的有 机 物组 成 ， 以被 反硝化 细 菌利用 作为碳 源 ， 难 因此 ，
经过 ２ ｈ后 ， ０Ｄ 仅 降低 ３ ． ｍｇ Ｌ， —Ｎ 仅 Ｃ ４ ８ ／ ＮＯ
量 的增 大 而提 高 。
尽 管 甲醇 可 生 物 降 解 性 极 大 ， 硝 化 效 果 很 反
好， 但是 由于其价 格 高 ， 毒 性 以及 运 输 等 带 来 的 有 困难 ， 目前正 在 采用一 些可 用来替 代 甲醇 的物质作 为外 加碳 源 。乙 醇便 不 失为 甲醇较 好 的替代物 ， 与 其他 物质 相 比 ， 乙醇 的微 生 物 细 胞 产率 较 低 ， 有 具 令人满 意 的 去除 效 果 ， 合 作 为 碳 源补 充 。谫 永 适 ｝ 明［ １ 曾经 分别 以甲醇 及乙 醇作 为外 加 碳 源进 行 反 硝 化试验 ， 究发 现 ， 甲醇 时硝酸盐 氮 去除率达 研 用
中 的 有 机 物 及 甲 醇 分 别 作 为 碳 源 进 行 对 比 实 验 发 现 Ｌ ， 管 前 者 Ｃ ／ —Ｎ 已 接 近 １ ． ， 由 ２尽 ］ ０Ｄ Ｎ０ ０９但
后 者随 着 实验 时 间 的延 长 ， 菌 的脱 ０ 细 —Ｎ 作 用 因缺 乏碳源 受 到 限制 ， 不 到 很好 的去 除效 果 。 达