外加碳源类型对反硝化脱氮过程的影响
《SBR工艺生物脱氮及外加碳源效果研究》范文
《SBR工艺生物脱氮及外加碳源效果研究》篇一一、引言随着工业和城市化的快速发展，水体富营养化问题日益严重，其中氮污染成为水环境治理的重要难题。
SBR（Sequencing Batch Reactor，序批式活性污泥法）工艺作为一种高效的污水处理技术，具有操作灵活、适应性强等优点，广泛应用于污水处理领域。
生物脱氮作为SBR工艺的重要环节，其效果直接影响到出水水质。
同时，外加碳源作为一种强化生物脱氮的手段，也被广泛研究。
本文旨在研究SBR工艺生物脱氮及外加碳源的效果，为实际工程应用提供理论依据。
二、SBR工艺生物脱氮原理及研究现状SBR工艺是一种按间歇方式运行的处理工艺，通过周期性改变反应条件，实现污水的高效处理。
生物脱氮是SBR工艺的核心环节，主要通过硝化与反硝化作用实现。
硝化作用由自养型好氧菌完成，将氨氮氧化为硝酸盐；反硝化作用由异养型厌氧菌完成，将硝酸盐还原为氮气。
两者结合，实现生物脱氮的目的。
近年来，SBR工艺生物脱氮的研究主要集中在优化运行参数、提高脱氮效率等方面。
然而，在实际应用中，由于进水氮负荷、水温、pH值等因素的影响，SBR工艺的生物脱氮效果往往难以达到预期。
因此，有必要研究外加碳源对SBR工艺生物脱氮的影响。
三、外加碳源对SBR工艺生物脱氮的影响外加碳源是指向污水处理系统中投加有机碳源，以提高反硝化过程的电子供体浓度，从而促进反硝化速率。
常见的外加碳源包括甲醇、乙酸钠、葡萄糖等。
研究表明，外加碳源可以显著提高SBR工艺的生物脱氮效果。
一方面，外加碳源为异养型厌氧菌提供了充足的电子供体，加速了反硝化速率；另一方面，外加碳源可以改善污泥的活性，提高污泥对氮的去除能力。
此外，外加碳源还可以调节系统的pH值，有利于硝化与反硝化过程的进行。
四、实验方法与结果分析1. 实验方法本实验采用SBR工艺，分别设置外加碳源组（甲醇）和对照组（无外加碳源），在相同条件下运行一定周期。
通过监测进出水的氨氮、硝酸盐氮等指标，分析SBR工艺的生物脱氮效果及外加碳源的影响。
不同类型碳源及其投加量对污泥反硝化的影响研究
不同类型碳源及其投加量对污泥反硝化的影响研究吴代顺;桂丽娟;陈晓志;侯红勋【摘要】In order to investigate the effects of different types and dosages of carbon sources on denitrification of activated sludge which was taken from the aeration phase of SBR technology sewage treatment plant,four different types of carbon sources, i. e. sodium acetate, ethanol, glucose and methanol were selected respectively at the level of MLSS 3500mg/L,pH 7. 2 ～8. 0,and temperature 26 ± 0. 5℃ with first aerobic aeration (1. 5 hours) plus anoxic agitation mixing with additional carbon sources. The results showed: (1) with sodium acetate as the carbon source, the denitrification rate was 13. 27 mgN / (L · h); (2)compared with sodium acetate, the reaction was similar with the ethanol as the carbon resource of denit rification, but denitrification rate was 4. 2 mgN/(L · h) ; (3)glucose was more difficult to be used as the carbon resource for denitrification with the average denitrification rate 1 mgN/(L · h) ; (4) when adding methanol as carbon source, there was no obvious effect on denitrification. In practical engineering, to meet the need for short-term dosing carbonsource,sodium acetate is recommended to be used.%为了考察不同种类外加碳源及其投加量对反硝化的影响,以间歇式活性污泥法(SBR)工艺污水处理厂曝气阶段活性污泥为研宛对象,分别以乙酸钠、乙醇、葡萄糖以及甲醉等碳源,并雏持混合液悬浮固体浓度(MLSS)3500mg/L,Ph 7.2～8.0,温度26±0.5℃,并对SBR反应器按照先好氧曝气(1.5h)后投加碳源缺氧搅拌的模式进行反硝化试验研究.结果表明:1)以乙酸钠为碳源时,反硝化速率为13.27mgN/(L·h),比反硝化速率为3.8mgN/Gmlss·h；2)以乙醇为碳源时,反硝化速率较慢,为4.2mgN/(L·h),比反硝化速率为1.2mgN/Gmlss·h;3)以葡萄糖作为碳源时,反应速率更慢,平均反硝化速率约为1mg/(L·h);4)以甲醇作为碳源时,对NO2-N的去除没有明显作用.在实际工程中,需要短期投加碳源,建议采用乙酸钠.【期刊名称】《兰州交通大学学报》【年(卷),期】2012(031)003【总页数】5页(P99-103)【关键词】SBR;反硝化;碳源;投加量;反硝化速率【作者】吴代顺;桂丽娟;陈晓志;侯红勋【作者单位】福建师范大学福清分校生物与化学工程系,福建福清350300;安徽国祯环保节能科技股份有限公司,安徽合肥230088;福建师范大学福清分校生物与化学工程系,福建福清350300;安徽国祯环保节能科技股份有限公司,安徽合肥230088【正文语种】中文【中图分类】X703.5因城市化进程不断加快，生活污水排放量和富营养化物质增多，导致湖泊、水库富营养化日益严重.目前各相关部门已要求污水处理厂首先利用生物脱氮除磷，然后才能将污水排入受纳水体，以防污染环境.硝化反硝化脱氮是高效的生物脱氮技术，目前在污水处理领域有着广泛的应用［1－2］.在微生物脱氮方面，进行反硝化作用时，异养反硝化菌需消耗作为碳源并提供能量的外加有机物［3－5］.我国现行污水处理厂，特别在我国南方地区的污水处理厂普遍存在脱氮碳源不足而引起反硝化效率降低的问题，这已成为制约生物脱氮效率的重要因素，因此需要考虑投用外加碳源以满足反硝化脱氮电子供体的要求［6］.外加碳源种类繁多，目前常用的外投碳源主要包括：甲醇、乙醇、乙酸钠、初沉池污泥和一些工业的废弃产物等［7－11］.早期对碳源的研究有：污泥对不同碳源的适应时间，如彭永臻［12］曾指出污泥对乙酸钠表现出自适应性，而对甲醇的适应时间较长.相关研究还证明了不同碳源反硝化速率差别较大［13］.而目前，许多污水处理厂并不需要常年投加碳源，因此需要优选碳源及其投加量，以达到最大的经济效益.本研究分别采用甲醇、乙醇、乙酸钠、葡萄糖作为一次性外加碳源，研究微生物在一定硝态氮浓度下，随着反应时间的不同，反硝化脱氮的过程和效果.目前部分污水处理厂TN达不到一级A标准，需要间歇性投加碳源.因此试验结果对采用SBR及其衍生工艺的水厂进行提标改造具有一定的实际指导意义和参考价值.1 材料与方法1.1 试验用水来源和水质污水以及活性污泥均来源于合肥市某市政污水处理厂，该污水厂采用的是SBR衍生工艺—CASS工艺.周边服务区的排水体制为雨污合流制，因此全年下来水质波动较大而且成分复杂.该厂进水水质为水质波动相对均匀的旱季，如表1所示.表1 进水水质Tab.1 Actual quality of feed water mg／L指标 CODCr BOD5 NH4＋-N TN SS TP范围 97～295 40～123 13～25 19～36 58～153 1.7～4.5均值186 79 19 27 106 3.21.2 试验装置和方法SBR试验装置见图1.试验所用SBR反应器由有机玻璃制成，上部为圆柱形，下部为圆锥体，直径为200mm，高为500mm，有效容积为10L，共6个.由污水处理智能控制器控制进水、曝气、沉淀、排水和闲置全过程，并根据需要，选定各段的启动、关闭时间.在反应器壁的垂直方向设置一排间隔为10 cm的取样口，用于取样和排水.底部设有放空阀，用于放空和排泥.以电动搅拌桨搅拌，采用微孔砂头曝气器曝气，曝气量由转子流量计调节.pH、溶解氧（DO）、氧化还原电位（ORP）探头置于反应器内，在线监测各个指标变化.图1 试验装置Fig.1 Experimental setup为了排除干扰，对4种不同的碳源进行分阶段投加，每一阶段所取污泥都来自于该厂同一反应池曝气阶段的污泥混合液.将污泥混合液平均分入SBR1～SBR6中，维持6个SBR系统中 MLSS为3 500mg／L左右（污水处理厂 MLSS设计值）.6个SBR反应器同步运行，恒定曝气量在0.4m3／h，好氧曝气1.5h.之后，向6个SBR投加同类但不同量的碳源进行缺氧搅拌，定时取水样进行分析.碳源种类及投加量详见表2.试验维持了3个月.为了更接近于实际污水的处理，本实验直接利用生活污水先进行硝化作用产生硝酸盐，因此各个阶段的起始硝酸盐浓度有所不同.而污泥对不同碳源的适应性不同，因此针对不同碳源设置的反硝化时间不同，设置原则为：若硝酸盐浓度不再变化，则停止缺氧搅拌.在缺氧搅拌阶段的DO一般都维持在0.5mg／L以下.1.3 检测分析项NH4＋-N：纳氏试剂分光光度法；NO3－－N：麝香草酚分光光度法；NO2－－N：N-（1－萘基）-乙二胺光度法；PO43－－P：抗坏血酸分光光度法；SV、SVI、MLSS和MLVSS等均采用国家标准方法测定［14］；DO、pH、ORP和温度采用 WTW inoLab Oxi level2实验室台式溶解氧仪在线检测.表2 各阶段不同碳源的投加量Tab.2 Different carbon source dosage of each stage阶段一二三四碳源乙酸钠乙醇葡萄糖甲醇起始 NO3－-N浓度／（mg·L－1） 20.79 15.89 19.65 26.80反应时长／h 180 300 240 180投加量（以CODCr计）／（mg·L－1）SBR1 0 SBR2 30 SBR3 60 SBR4 90 SBR5 120 SBR6 1502 结果与分析2.1 以乙酸钠为碳源对反硝化的影响采用乙酸钠作为碳源，采取6个投加量水平进行反硝化试验，只取CODCr＝30mg／L，CODCr＝90 mg／L，CODCr＝150mg／L进行过程分析.试验中混合液 MLSS均维持在3 500mg／L左右，起始NO3－－N含量均为20.79mg／L. 图2为3个不同投加量水平下反硝化过程中NO3－－N含量的变化曲线.图2 不同乙酸钠投加量对反硝化的影响Fig.2 Effect of dosing acetic acid sodium on denitrification当CODCr投加量为30mg／L时，从0min到20 min，NO3－－N浓度不断下降，这是因为在缺氧搅拌阶段发生反硝化反应，反硝化菌利用投加的碳源还原NO3－－N，溶液中的 NO3－－N 含量降低；从20 min到180min，碳源含量不足，NO3－－N含量基本保持不变.当CODCr投加量为90mg／L和150mg／L时，从0min到90min，反硝化菌利用投加乙酸钠作为供氢体，以NO3－－N为电子受体进行反硝化反应，使水中NO3－－N含量逐渐下降.90min到180min，CODCr投加量为90mg／L时，水样中NO3－－N含量处于平台，这是由于碳源消耗完，几乎不进行反硝化反应.而CODCr投加量为150mg／L时，几乎完全去除水样中的NO3－－N，这是因为投加了足量碳源，反应进行的比较彻底.从图2中还可以看出，反硝化呈零级动力学反应，速率为13.27mg／L·h，比反硝化速率为3.8mgN／gMLSS·h.2.2 以乙醇为碳源对反硝化进程的影响采用乙醇作为碳源，采取6个投加量水平进行反硝化试验，只取 CODCr＝30mg ／L，CODCr＝90 mg／L，CODCr＝150mg／L进行过程分析.试验中MLSS均维持在3 500mg／L左右，起始 NO3－－N含量均为15.89mg／L.图3为3个不同碳源投加量水平下180min内反硝化过程中NO3－－N含量的变化曲线.图3 不同乙醇投加量对反硝化的影响Fig.3 Effect of dosing alcohol on denitrification由图3可知，当CODCr投加量为30mg／L时，从0min到120min，在缺氧搅拌环境下发生反硝化反应，反硝化菌利用投加的碳源还原NO3－－N，使混合液中NO3－－N浓度不断下降；从120min到300 min，投加的碳源被用尽，反硝化反应缺少碳源，NO3－－N不能被进一步去除，其含量维持不变.当CODCr投加量为90mg／L和150mg／L时，从0min到240min，反硝化菌利用投加的乙醇作为能源物质，进行反硝化反应，使NO3－－N含量逐渐下降.不同的是，240min到300min，CODCr投加量为90 mg／L时，NO3－－N含量几乎处于平台；而 CODCr投加量为150mg／L时，由于碳源充足，NO3－－N含量继续下降直至为0.反硝化过程呈零级动力学反应，其反硝化速率为4.2mg／L·h，比反硝化速率为1.2mgN／gMLSS·h.与乙酸钠相比，投加乙醇为外加碳源进行反硝化，反硝化速率较慢，要达到相同的反硝化效果，所需反应时间较长.2.3 投加葡萄糖为碳源对反硝化的影响各反应器污泥浓度保持在3 500mg／L，起始NO3－－N含量均为19.65mg／L，以葡萄糖作为碳源，分别取 CODCr投加量为30，90，150mg／L的3个样品进行过程分析，反应时间都为240min.试验结果如图4所示.图4 投加葡萄糖对反硝化的影响Fig.4 Effect of dosing glucose on denitrification由图4可以看出，在3个葡萄糖投量水平下，NO3－－N均未得到有效去除.2.4 以甲醇为碳源对反硝化的影响各反应器污泥浓度保持3 500mg／L，起始硝酸盐氮（NO3－－N）含量均为26.80mg／L，以甲醇作为碳源时，分别取CODCr投加量30，90，150mg／L的3个样品进行过程分析，反应时间都为180min.试验结果如图5所示.图5 投加甲醇对反硝化的影响Fig.5 Effect of dosing methanol on denitrification3个投加量水平下，NO3－－N都几乎处于一个平台，最后 NO3－－N 去除率分别为0、4.6%和5.7%.由此可见，当以甲醇作为外碳源时，系统CODCr／N比由1.1提高到5.6，NO3－－N 的去除率只是在一个小范围内有所增加，对NO3－－N几乎没有什么去除效果，其原因是，尽管甲醇也是易于降解的低分子有机物，理论上说，碳源分子越小，反硝化菌利用越好，污水的脱氮效果更好［15］，但是甲醇对水生微生物有弱毒作用［16］，抑制了反硝化细菌体内酶的作用，进而影响了反硝化反应的进行.因此当系统进水由于碳源不足需要投加外加碳源时，利用甲醇为补充碳源，活性污泥不能迅速地响应进水水质的变化，而且其毒性也会对环境造成潜在的危险，进而影响出水水质.3 讨论在污泥未经驯化的条件下，乙酸钠为最适宜的碳源，反硝化速率最快，最佳COD／N为5.8∶1；乙醇的反硝化速率次之，最佳COD／N为6.6∶1，而葡萄糖和甲醇在一次性投加应用时几乎对NO3－-N的去除没有明显作用，不能作为反硝化作用的碳源.反硝化过程中，还原态物质增多，ORP快速下降，pH小幅上升.反硝化过程中需要大量的电子供体.因此，生物脱氮系统的反硝化能力与可利用碳源的量有关，即COD／N.它表征了去除硝酸盐所需要的可利用的有机物量.根据反硝化反应式可知，每去除1mgNO3－-N需要2.86mg易生物降解COD （bsCOD）.有研究表明，对于不同种类的碳源，通过不同的呼吸途径，不仅产生的能量不同，而且细胞的产率也大不相同［17］.若有机物转化成细胞的百分率越大，则有机物的利用率越低，对其的需求量越大.因此细胞产率低的有机物质容易作为碳源.一般来说，单碳化合物的细胞产率比较低，这是因为由单碳化合物合成细胞组分所需的能量大，这样阻力的存在阻止了细胞的生长.笔者分析，本实验中，在起始硝态氮浓度为15～27mg／L的条件下，乙酸钠分子间的羧基比乙醇分子间的羟基稳定，合成细胞组分所需能量大，因此所需碳氮比比乙醇低.葡萄糖之所以不能有效地成为碳源，其中原因之一就是葡萄糖是多碳化合物，其转化的细胞产率高，对其利用比较困难，对NO3－-N的去除作用不明显.而甲醇虽然是单碳化合物，但获得满意的去除效率所需的COD／N，与污泥特性也有关，甲醇有弱毒性，污泥对其难以快速适应.微生物反硝化过程中代谢碳源所经过的中间过程因碳源的种类的不同而有所差异，有的复杂，有的简单，因而造成了不同碳源的反硝化速率的差异.对于乙酸钠，它首先与辅酶A结合形成乙酰辅酶a，乙酰辅酶a进入三羧酸循环，为反硝化过程提供电子及能量，此过程相对简单.而乙醇的降解途径较乙酸钠复杂.一般来讲，有机碳源代谢途径越是复杂，其反硝化速率越低［18］.故乙酸钠的反硝化速率最高，而乙醇次之.葡萄糖作为相对复杂的有机化合物，首先需转化为丙酮酸，然后进一步降解，因此，其反硝化速率最慢.4 结论与建议本文考察了短期投加碳源情况下，在没有经过长期驯化作用下不同碳源对反硝化的影响.1）乙酸钠为最适宜的碳源；投加的COD与NO3－－N的去除量近似成正比关系，最佳COD／N为5.8∶1；反硝化为零级动力学过程，反硝化速率为13.27mg／（L·h），比反硝化速率为3.8mgN／gMLSS·h.2）以乙醇为碳源，反应与乙酸钠类似，最佳COD／N为6.6∶1，反硝化速率为4.2mg／L·h，比反硝化速率为1.2mgN／gMLSS·h.3）投加葡萄糖时，污泥比较难利用其作为反硝化的碳源，反硝化速率约为1mg／（L·h）.4）投加甲醇作为碳源时，对NO3－－N的去除没有明显作用.【相关文献】［1］ Chiu Y C，Lee L L，Chang C N，et a1.Control of carbon and ammonium ratio for simultaneous nitrifcation anddenitrification in a sequencing batch bioreactor［J］.International Biodeterioration ＆ Biodegradation，2007（59）：l-7.［2］ Li Y Z，He Y L，Ohandj D G，et al.Simultaneous nitrification－denitrification achieved by an innovative internal－loop airliftMBR：Comparative study ［J］.Bioresource Technology，2008，99：5867－5872.［3］郑平.硝化作用的生化原理［J］.微生物学通报，1999，26（3）：215－217.［4］郑平.硝化作用的生化原理［J］.微生物学通报，1999，26（3）：215－217.［5］ Aslan S，Dahab M.Nitritation and denitritation of ammon i－um－rich wastewater using fluidized－bed biofilm reactors［J］.Journal of Hazardous 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反硝化碳源选用什么比较好
众所周知，过多氮磷会引起水环境恶化，因此，为保护我们所生活的环境，去除污水处理中氮磷是势在必行。
但在需要脱氮的污水中，如碳源不足导致反硝化的去除率低，则会导致出水TN超标，那么需要哪种碳源比较好呢?下边，为使大家有所进一步的了解，现将目前应用比较广泛的碳源做一个对比，快来围观吧。
1、甲醇普遍认为甲醇作为外碳源具有运行费用低和污泥产量小的优势。
阎宁发现，在甲醇碳源不足时，存在亚硝酸盐积累的现象。
以甲醇为碳源时的反硝化速率比以葡萄糖为碳源时快3倍，最佳碳氮比（COD：氨氮）为2.8～3.2 。
从目前研究来看，甲醇作为碳源时，C/N>5 时能达到较好的效果，但其弊端有三点：①作为化学药剂，成本相对较高；②响应时间较慢，甲醇并不能被所有微生物利用，当投加甲醇后，需要一定的适应期直到它完全富集，发挥全部效果，当用于污水处理厂应急投加碳源时效果不佳；③甲醇具有一定的毒害作用，长期用甲醇作为碳源，对尾水的排放也会造成一定的影响。
2、乙酸钠乙酸钠的优点在于它能立即响应反硝化过程，能用作水厂运行时的应急处理。
乙酸钠由于是小分子有机酸的原因，反硝化菌易于利用，脱氮效果是最好的。
但是，由于价格较为昂贵，污泥产率高，且目前污水厂的污泥处置问题也是一个较大的攻关难题，所以，将乙酸钠应用于污水处理厂的大规模投加几乎不可能。
3、糖类糖类物质中，以面粉、蔗糖、葡萄糖为主，由于葡萄糖是最简单的糖，所以目前研究比较多。
当碳源充足时，以葡萄糖为碳源的最佳碳氮比较甲醇为碳源时高得多，为6∶1～7∶1 。
碳源类型对硝氮的比还原速率几乎没有影响，对亚硝氮的比积累速率影响较大，只有葡萄糖在该研究中没发现积累现象。
以葡萄糖为代表的糖类物质作为外加碳源处理效果不错，可是，它作为一种多分子化合物，容易引起细菌的大量繁殖，导致污泥膨胀，增加出水中COD的值，影响出水水质，同时，与醇类碳源相比，糖类物质更容易产生亚硝态氮积累的现象。
4、污泥水解上清液生物转化VFA 来源于污泥水解的上清液，由于水解所产生的VFA 拥有很高的反硝化速率，碳源可以直接由污水厂内部提供，在污泥减容的同时还减少了碳源运输方面的问题，所以它是目前比较有优势的碳源。
《SBR工艺生物脱氮及外加碳源效果研究》范文
《SBR工艺生物脱氮及外加碳源效果研究》篇一一、引言随着经济的快速发展和城市化进程的推进，水污染问题日益突出，其中氮污染已经成为一个亟待解决的问题。
SBR （Sequencing Batch Reactor，序批式活性污泥法）工艺作为一种新型的污水处理技术，具有操作灵活、处理效果好等优点，被广泛应用于生物脱氮领域。
本文以SBR工艺为研究对象，对其生物脱氮及外加碳源的效果进行研究。
二、SBR工艺概述SBR工艺是一种周期性运行、分批操作的污水处理工艺，通过周期性的进水、曝气、沉淀、排水等过程，达到去除有机物和脱氮除磷的目的。
其特点在于灵活的操作方式，使得该工艺可以根据不同的水质情况调整运行策略，从而实现对污水的高效处理。
三、SBR工艺生物脱氮效果研究1. 生物脱氮原理SBR工艺中的生物脱氮主要通过氨化、硝化和反硝化三个过程实现。
在曝气阶段，通过微生物的作用将氨氮转化为硝酸盐；在沉淀和排水阶段，通过厌氧环境下的反硝化作用将硝酸盐还原为氮气，从而实现脱氮。
2. 实验方法与结果本研究采用SBR工艺处理模拟生活污水，通过调整曝气时间、沉淀时间等参数，研究生物脱氮的效果。
实验结果表明，在适宜的条件下，SBR工艺能够有效地去除污水中的氮元素，达到良好的脱氮效果。
四、外加碳源对SBR工艺脱氮效果的影响研究1. 外加碳源的作用外加碳源可以提高反硝化过程中的电子供体浓度，从而提高脱氮效率。
此外，适当的碳源还可以为微生物提供营养，促进其生长繁殖。
2. 实验方法与结果本研究通过向SBR反应器中添加不同种类的碳源（如甲醇、乙酸等），研究外加碳源对SBR工艺脱氮效果的影响。
实验结果表明，适当的外加碳源可以显著提高SBR工艺的脱氮效率。
其中，甲醇作为碳源时，脱氮效果最为显著。
此外，外加碳源还可以提高污泥的活性，有利于提高整个污水处理系统的稳定性。
五、结论本研究通过实验研究了SBR工艺的生物脱氮效果及外加碳源对脱氮效果的影响。
结果表明，SBR工艺具有较好的生物脱氮能力，外加碳源可以进一步提高脱氮效率。
不同碳源对颗粒污泥反硝化过程中N2O产生量的影响
摘
要 ：在好 氧颗粒污泥 系统稳 定运行 的基础 上 ，考察不 同碳 源变化 对好 氧颗粒污泥脱 氮过程 的 Ｎ ０的释放 量和脱 氮
效果 的影 响。 当以 甲醇作为碳源 ，在整个缺氧过程 中随着氨 氮、亚硝酸 盐、硝 酸盐浓度 的降低 ，系统 中的 Ｎ ０浓度 也 随之 ： 下 降 ，反硝化 过程 中 Ｎ ０浓度最 高值 为０ ４ ｍ ／ ，在缺氧条件 下甲醇作 为外部 碳源所产 生溶 解态的 Ｎ ０浓度 最高为 ０ ０２ ．２ ｇＬ ．８
Ｗｅ Ｃ ｌｇ ｆＦｒｓ ｙ ｏ ｈ ａｔ ｏｅｔ ｎｖｒｉ ，Ｈ ｒｉ １０ ４ ；Ｇ ｏＤ ｗ ｎ （ ． ｏ ｅｅｏ ｏｅｔ ，Ｎ ｒ ｅｓ Ｆｒｓ ｉ（ ｏ ｅｅｏ ｏｅｔ ，Ｎ ｒ ｅｓ Ｆ ｒｓｙＵ ｉ ｓ ｙ ａｂｎ ０ ０） ａ ａ ｅ １Ｃ ｌｇ ｆ ｒｓｙ ｌ ｒ ｔ ｒ ｅ ｌ ５ ｌ Ｆ ｒ ｏ ｈａｔ ｏｅｔ ｔ ｙ ｒ Ｕ ｉ ｒｉ ，Ｈ ｒｉ １０４ ；２ Ｓｈｏ ｏ Ｍｕ ｉ ｐｌ ｎ ｎｉ ｎ ｅ ｔ ｎｉｅｒ ｇ ｎ ｅｓ ｙ ａｂｎ ５ ０ ０ ． ｃｏｌ ｆ ｎ ｉａ ａｄＥ ｖｒ ｍ ｎａ Ｅ ｇ ｅ ｎ ，Ｈａ ｉ Ｉｓｔｔ ｏ Ｔ ｃｎｌｇ ，Ｈ ｒｉ １０ ９ ） ｖ ｔ ｃ ｏ ｌ ｎ ｉ ｒ ｎ ｎｔｕｅ ｆ ｅｈｏｏｙ ｂ ｉ ａｂｎ ５ ０ ０
Ｅｆｅ ｔｏ ｆｅ ｅ ｔ Ｃａ ｂ ｎ Ｓ ｕ ｃ ｓ ｏ ｆｃ ｆＤｉ ｒ ｎ ｒ ｏ ｏ ｒ ｅ ｎ Ａｍｏ ｎ ｆ Ｎ２ Ｅｍｉｓｏ ｒ ｍ ｎ ｔ ｉ ｃ ｔｏ ｒ ｃ ｓ ｆ Ｇｒ ｎ ｌ ｒ Ｓ ｕ ｇ ／ ｅ ｇ ｕ ｔｏ Ｏ ｓ ｉ ｎ ｆ ｏ Ｄｅ ｉ ｆ ａ ｉ ｎ Ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ａ ｕ ａ ｌ ｄ ｅ Ｚ ｎ ｒｉ
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污水反硝化过程外加碳源研究进展
为致癌 物亚硝胺 ，影响饮 用水安全“。污 水中ｃ Ｎ ／ 比及碳源
的种 类 是 影 响 污 水 脱 氮 的 重 要 因 素 ，本 文 就 污 水 反 硝 化 脱
氮过程 中碳源 的种类及脱氮效 果进 行了对比总结 。 ｌ 反硝化脱氮机理 生物反硝化是污水 中的硝 态氮和亚硝态氮在无 氧或低
（ 水库 ） 中，劣ｖ 类水质 湖 （ ９ ， 占３ ． ％ 库） 个 ４ ６ 。其 中 ，太
湖 、滇 池 水 质 总 体 均 为 劣 Ｖ ， 巢 湖 水 质 总体 为Ｖ ，总 氮 类 类 超 标 是 它 们 的 一 个 显 著 特 征 。 总 氮 包 含 硝 酸 盐 、 亚 硝 酸
盐、氨氮和有机氮等 ，含氮化合物会促进 水生生物 的大量
用外 加 碳 源提 供 反 硝 化 电 子 供 体 。 本 文 对 现 有 的 污 水 反硝 化 过 程 中外 加 碳 源 的种 类 及 脱 氮 效 果 进 行 了对 比 总 结 。 关 键 词 ：碳 源 ； 反 硝 化 ； 污 水
不同碳源及含量对反硝化脱氮效果的影响研究现状
碳 源 投 量
定 的 影 响
１ ． 乙醇 ２
马 勇 ［在 Ｓ Ｒ 反 应 器 中发 现 甲醇 、 ４ Ｂ ］ 乙醇 为 碳 源 时 污 泥 产
目前 ． 内外 对 外 碳 源 的 投 加 种 类 和投 量 进 行 了 一 系列 国 的研 究 ．发 现 不 同 外 碳 源 对 系 统 的 反 硝 化 过 程 影 响 不 同 ． 即
硝 化 速率 。混 合 Ｖ Ａ碳 源 的反 硝 化 速率 比组 成 它 的单 一 Ｆ
Ｖ Ａ 的反 硝 化 速 率 高 ． Ｆ 碳 源 的 反 硝 化 速 率 比相 应 的 醇 Ｆ ＶＡ
垃 圾 渗 滤 液 中 富含 有 高 浓 度 的 有 机 废 水 ．其 中 Ｃ ＯＤ一 般 为 １０ ０ ／ ５ ０ ｍｇ Ｌ．新 鲜 垃 圾 渗 滤 液 的 可 生 化 性 高 ． 大 约 为 ０４ ０６ 所 以 ． 垃 圾 渗 滤 液 作 为 一 种 以 废 治 废 的碳 源 具 有 ．～ ．． 以 很 大 的应 用 前 景 ． 目前 在 这 方 面 也 有 了一 定 的研 究 。
率均 为 Ｏ ： ． 尚会来 ＿ Ｓ Ｒ反应 器 中试 验发现 ． ４ ５ Ｂ ＿ 在 以乙醇为碳 源． 硝酸 盐为 电子受体 时 ． 佳 的 ＣＮ＝ ， 源缺乏 时会引 起 最 ／ ５碳
亚 硝 酸 盐 积 累 还 有 研 究 发 现 ． 甲 醇 为 碳 源 时 硝 酸 盐 氮 去 用
使 外碳源投 加量相 同 ． 理效果也 不 同。 活性污 泥法方面 ． 处 在 虽 然还没有 定量 的确 定 出最佳 可行 的碳源种类 和投加 量 ． 但
２１ ，ｏ ０．３ １ｏ． Ｎ
生物滤池外加碳源脱氮研究
第 一 作 者 ： 琼 琼 ， ，９ １年 生 ， 士 ， 程师 ， 究 方 向为 污 水 处理 理 论 与技 术 。 夏 女 １８ 博 工 研 ＊国 家水 ０ ８ Ｘ０ ３ ４０ ７ 。 Ｎｏ ２ ０ Ｚ ７ １—０ ）
・
５６ ・
Ａ ｃ ｔｃ ａ ｉ ｅ ｉ ｃｄ ｗａｓｔ ｏ ｔｅｆ ｃ ｉ ａ ｂｏ ｏｕ ｃ ａ ｈｅｍ ｓ ｆｅ ｔｖｅｃ ｒ ｎ ｓ ｒ ｅ， ｍｏｎｇ ｔ ｅ ４ ｓ ｕ ｅ ｆ ｒ ｒ ｍｏｖ ｎ Ｏａ— ． ｈ ｔ ｄｉｄ，ｏ ｅ ｉｇＮ Ｎ Ｔｈｅ Ｎ０ — ｒ ｍ ｏ ｌｒ ｔ Ｎ ｅ ｖａ ａ ｅ
投加量 都是 影 响 反硝 化 效 果 的 重 要 因 素 。 因此 ， 笔
以 中 试 二 沉 池 出 水 为 原 水 ， 质 情 况 见 表 １ 水 。
ｌ ２ 试 验 装 置 ＿
试 验采用 上 向流 式 生 物 滤 柱 （ 用 有 机 玻 璃 制 采
作 ， 当于生 物滤池 ） 内径为 １ ｍ， 高 ２ ３ｉ ， 相 ， ０ｃ 总 ． 内 ｎ
在 被生 物 降解 后 ， 通常产 生 以 乙酸 为 主的脂肪 酸 ， 然 后 被反 硝 化 细 菌 进 一 步 代 谢 ＿ ］ 因 此 乙醇 作 碳 源 ４ ， 时 比乙酸 的反 硝 化 速 率慢 。对 于葡 萄 糖 碳 源 而言 ，
生 物滤池 是 目前污 水处理 中常用 的生 物处 理方 法 。近 年来 ， 物滤 池 在 污 水 深度 处 理 及 中水 回用 生
酸 ４种碳 源情 况 下 生 物滤 池 的 脱 氮 效 能 ， 以期 为 生
物 滤池反 硝化 工艺 的设计 和 运行提 供参 考 。
１ 材 料 和 方 法
１ １ 原 水 水 质 ．
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不同碳源条件下，一个反应周期内混合液中ＮＯ， 一Ｎ（ＮＯｘ—Ｎ＝ＮＯ，一Ｎ＋ＮＯ：一Ｎ）浓度随运行时间
６．５ ７．５
的变化，结果如图６所示，不同碳源的反硝化速率计 算结果列于表３中。 由图６可知，在碳源投加量充足的条件下，四种 碳源均能快速有效的实现氮的去除。在原水初始ＮＯ， 一Ｎ含量为４０ｍ＃Ｌ左右的条件下，各碳源均能在 ６０ｍｉｎ内实现完全脱氮。各碳源的反硝化速率如表３ 所示。
２．５
晏０．１６ ∽
＞ 电
磬０．１２
曩
蚕０．０８
饕ｏ．０４
Ｏ ５ ７ ＣＯＤ／Ｎ０３－Ｎ ９ ｌｌ
夏２ ∞
量．．５
嚣ｏ＇５
潮
黾１
图５。不同碳氮比条件下反硝化速率变化情况 （葡萄糖作碳源）
２．３ ３ ５
ＣＯＤ／Ｎ０３－Ｎ ７ ９
Ｏ
不同碳源对反硝化速率的影响． 通过以上实验，确定了各种碳源的适宜碳氮比分
４．８。 ２
１．６ １．２ ０．８
２结果与讨论
２．１微生物对不同碳源的适应时间 对于不同的反硝化碳源，反应器达到稳定的反硝 化效果所需的时间见表１。此时投加的碳源是充足 的，仅考虑碳源类型的影响。由表ｌ可知，采用乙 酸、丙酸为碳源时，污泥达到稳定反硝化效果所需的 时间最短，仅为２周左右，而甲醇需要经２９ｄ的驯化 才能达到稳定的反硝化效果。
第四届中国城镇水务发展国际研讨会暨中国城镇供水排水协会２００９年年会论文集
外加碳源类型对反硝化脱氮过程的影响水
张仲玲 甘光华 董文艺
（哈尔滨工业大学深圳研究生院，广东深圳，５１８０５５） 【摘要】通过序批试验，研究了甲醇、乙酸、丙酸和葡萄糖四种外加碳源的反硝化过程。结果表明，四种碳源均能有效进
行反硝化脱氮，适宜的碳氮比（ＣＯＤ／Ｎ）分别为：４．８、４．９、５．１和７．１。以甲醇和乙酸用作碳源时的反硝化速率最快。 达到１．６２ｍｇＮ／ｍｇＶＳＳ・ｄ；以葡萄糖作碳源时的反硝化速率最慢，仅为０．０７ｍｇＮ／ｍｇＶＳＳ・ｄ。微生物对外加碳源的适应时问 差别较大，对甲醇的适应时间比对乙酸的长。以乙酸为外加碳源时，反硝化过程出现较高浓度的亚硝酸盐积累。
１．１
实验装置及实验条件 实验装置由圆柱型有机玻璃反应器（内径１６ｅｍ，
高５０ｃｍ，有效容积８Ｌ）和小型电动搅拌机组成，如 图１。反硝化实验以ＳＢＲ模式运行，１２ｈ为一个试验 周期。每周期进水时间为５ｍｉｎ，出水时间为５ｒａｉｎ， 静置３０ｍｉｎ，其它时间进行缺氧搅拌。控制每周期的 排泥量，使反应器内固体停留时间约为２０ｄ。试验环 境温度Ｔ＝２０ ４－２℃。由于采用乙酸、丙酸为碳源时 的初始ｐＨ值较低，为防止对反硝化的抑制”Ｊ，采用 ＮａＯＨ溶液调节ｐＨ值至６．５左右。 实验采用人工配水，以ＫＮＯ，为氮源，ＫＨ：ＰＯ． 为磷源。采用的碳源分别是甲醇、乙酸、丙酸和葡萄 糖，并适量添加微生物生长需要的微量元素。根据碳 源不同，共进行４组平行实验。实验过程中ＭＬＶＳＳ 约为１７００ｍｇ／Ｌ，初始Ｎ０３一Ｎ浓度为３６—４２ｍｇ／Ｌ。
搅拌
硝化效果，但结论不尽一致呤，３】。由于反硝化菌针对
不同碳源的代谢途径不同，产生的能量和细胞产率也 不同。如果代谢途径复杂，则反硝化速率将会受到影 响；如果细胞产率高，即碳源转化为微生物细胞的比 例高，则达到相同反硝化效果时消耗的碳源量相应也 多。另外，针对作为碳源的不同基质，微生物对基质 的适应情况可能不同，有的基质投加后很快即能被微 生物利用，表现出明显的脱氮效果，而其它基质，微 生物可能需要较长的适应时间。因此，碳源的合理选 择对优化反硝化过程具有重要意义。 不仅碳源类型对反硝化有影响，进水的Ｃ／Ｎ也 是影响除氮的重要因素。Ｂａｒｎａｒｄ发现，对多数城市 污水，ＴＣＯＤ／ＴＫＮ为７时可以实现完全反硝化； Ｇｏｒｏｎｓｙ认为，通常情况下，为实现同时脱氮除磷的 ＴＣＯＤ／ＴＫＮ比值至少应在９以上Ｈ１。因此，足够的碳 源或适宜的碳氮比是有效反硝化的必要条件。尽管不 少学者对甲醇等碳源的适宜碳氮比进行了研究，但不 是在同一条件下的直接对比。本文通过小试对比实 验，考察了甲醇、乙酸、丙酸、葡萄糖等四种碳源对 反硝化过程的影响，研究了适宜碳氮比，以期为污水 处理厂选择外加碳源时提供参考。
【关键词】反硝化碳源；甲醇；乙酸；丙酸；葡萄糖 我国城市污水碳氮比（Ｃ／Ｎ）低、生物反硝化过 程碳源不足的现象较为普遍，尤其部分南方城市的进 水Ｃ／Ｎ仅为３～４…，生物处理出水很难达到国家一 级Ａ排放标准。在系统碳源不能满足反硝化脱氮要求 时，外加碳源成为有效脱氮的首选途径。 不同外加碳源的反硝化效果不同，主要体现在反 硝化速率上。有学者考察了乙酸、甲醇和葡萄糖的反
Ｏ．２ 勺
（３）丙酸作碳源 同样，丙酸作反硝化碳源时，在碳源充足条件下 也能实现氮的完全去除。当Ｃ／Ｎ比为４时，２０ｍｉｎ内 ＮＯｘ—Ｎ由３７．２２ｍｇ／Ｌ减少至１６ｍｇ／Ｌ，之后１ｈ内仅 去除３ｍｇ／Ｌ，其反硝化速率仅为０．７５ｍｇＮ／ｍｇＶＳＳ・ｄ。 当提高Ｃ／Ｎ至５．１时，其反硝化速率明显升高，达 １．２１ｍｇＮ／ｍｇＶＳＳ・ｄ。当继续增加Ｃ／Ｎ至６．４时， ３０ｒａｉｎ内完全脱氮，反硝化速率增至１．２３ｍｇＮ／ｍｇＶＳＳ ・ｄ。丙酸作反硝化碳源时，适宜碳氮比约为５．１。 由图可知，反硝化速率随碳氮比的增加而升高，当达 到适宜碳氮比时，反硝化速率趋于稳定。
碳源类型 甲醇 乙酸
１．６８
故乙酸反硝化速率最高，然后是丙酸。
葡萄糖
０．０７
丙酸
１．２１
对于甲醇作反硝化碳源的情况，甲醇需要首先被 微生物降解成相应挥发性脂肪酸，才能被进一步代谢 利用，因此存在甲醇对微生物的适应期。有学者也发 现，甲醇提高生物脱氮效能存在一个“滞后期”¨引。 笔者事先进行了较长时间的甲醇适应试验，发现经过 适应期之后的微生物对甲醇碳源的反硝化效果接近乙 酸。 葡萄糖作为相对复杂的有机化合物，它的生物降 解较其它碳源复杂缓慢。葡萄糖首先需转化为丙酮 酸，在无氧条件下，丙酮酸在乙酰辅酶Ａ的作用下氧 化不完全，最终转化为乙醇，然后进一步降解。因 此，其反硝化速率最慢。 由图６还可知，ＮＯ，一Ｎ的变化趋势与ＮＯ。一Ｎ 非常接近；对于添加不同碳源的反硝化过程，ＮＯ，一 Ｎ的积累规律相同。随反硝化时间的延长，ＮＯ：一Ｎ 浓度均为先升高再降低，并逐渐趋于零。但对于利用
Ｏ ０ １０ ２０ ３０ ４０
时间（ｍｉｎ） ａ）甲醇 ∞ ∞ 的 如
时『日ｊ（ｍｉｎ） ｂ）乙酸
柏
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（，ｌ，∞ｇ—Ｚ ｍ
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加 ｍ
０
Ｏ Ｏ
１０
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６０
０
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６０
８０
时间（ｒａｉｎ） ｃ）丙酸
时间（ｍｉｎ） ｄ）葡萄糖
图６不同碳源条件下ＮＯｘ—Ｎ的浓度变化规律 表３不同碳源的反硝化速率比较
取样
排泥
图１实验装置简图
１．２反硝化速率的测定
１实验材料与方法
反应器每周期均采用ＳＢＲ模式半连续运行。以
４９３
水专项一城市水环境主题
向反应器内一次性投加配制的试验原水为时间起点， 每间隔一定的时间取样，测定水质ＮＯ，一Ｎ、ＮＯ：一 Ｎ、ＣＯＤ和污泥中的ＶＳＳ，直至反应器内的硝酸盐浓 度不再变化。根据单位时问、单位ＶＳＳ去除的ＮＯ。一 Ｎ（ＮＯ、一Ｎ＝ＮＯ，一Ｎ＋ＮＯ：一Ｎ）量计算其反硝化速 率。在反硝化时间与ＮＯ。一Ｎ浓度关系曲线上，取该 曲线的初始直线段计算其反硝化速率。 １．３污泥培养 实验污泥取自深圳市某污水处理厂脱水污泥，放 人反应器中，以ＳＢＲ模式培养。由于反硝化菌对不 同碳源可能存在不同的适应期，在反硝化菌适应试验 的碳源之前，实验结果将不能准确体现该碳源的反硝 化特征。为此，本实验针对同一碳源进行多周期重复 试验，每周期１２ｈ。针对同一碳源的相邻两周期实 验，如果反硝化的差异不明显，即视为反硝化菌针对 该碳源的反硝化规律得到准确体现，达到稳定反硝 化。本实验相关水质指标均是基于上述预备实验并达 到稳定之后的检测结果。 １．４检测方法 将水样在２０００ｒ／ｒａｉｎ的转速下离心分离，上清液 经０．４５１ｘｍ滤纸过滤后检测。水质检测指标包括ｐＨ 值、ＳＣＯＤ、Ｎ０３一Ｎ、ＮＯ：一Ｎ和ＭＬＶＳＳ，测试方法 均参照《水与废水分析检测方法》（第四版）。ＳＣＯＤ 采用重铬酸钾快速密闭消解法；ＮＯ，一Ｎ采用Ｎ一（１ 一萘基）一乙二铵光度法；ＮＯ，一Ｎ采用紫外分光光 度法，ＭＬＶＳＳ采用重量法；ｐＨ值采用便携式ｐＨ计 测定。
袭１污泥的驯化时间
Ｉｐ．∞ ＞鲎Ｎ嚣邑爵艘
Ｏ．４
Ｏ
ＣＯＤ／Ｎ０３－Ｎ
图２不同碳氮比条件下反硝化速率变化情况 （甲醇作碳源）
（２）乙酸作碳源 乙酸作反硝化碳源时，当Ｃ／Ｎ比为４时，３０ｒａｉｎ 后ＮＯｘ—Ｎ仍为２０．３ｍｇ／Ｌ，其后ＮＯ。一Ｎ浓度下降缓 慢。主要是因为碳源不足，只能通过内源消耗脱氮， 其反硝化速率仅为０．８９ｍｇＮ／ｍｇＶＳＳ・ｄ。当提高Ｃ／Ｎ 至４．９时，３０ｍｉｎ后，ＮＯ，一Ｎ浓度可达到０，反硝化 作用完全，其反硝化比曲。１。实验过程中所采用的碳氮比参考文 献一书１给出的参考值或理论值，预设了较宽的范围。 通过碳源投加碳量来调节后，实测的碳氮比（ＣＯＤ／ ＮＯ，一Ｎ）分别为：甲醇４．１、４．８、５．１、５．５、７．８， 乙酸４、４．３、４．９、５．１、７．８，丙酸：４、４．２、５．１、 ５．４、６．４，葡萄糖５．４、５．９、７．１、７．８、８．６、１０．１。 针对四种碳源的情况，分述如下： （１）甲醇 以甲醇作反硝化碳源时，如果碳源充足，可实现 氮的完全去除，测得出水氮浓度接近于０。试验表 明，Ｃ／Ｎ比为４．１时，缺氧搅拌３０ｍｉｎ后ＮＯ。一Ｎ浓 度为２４．２ｍｇ／Ｌ，之后ＮＯ。一Ｎ浓度下降缓慢，说明 此时的碳源不足。当Ｃ／Ｎ为４．８时，２５ｍｉｎ后ＮＯ。一 Ｎ浓度低于１ ｍｇ／Ｌ，反硝化速率达１．６２ｍｇＮ／ｍｇＶＳＳ・ ｄ。当继续增加Ｃ／Ｎ至７．２时，反硝化速率没有大幅 度升高，仅为１．６９ｍｇＮ／ｒｎｇＶＳＳ・ｄ。可见，当Ｃ／Ｎ为 ４．８时，甲醇的反硝化速率趋于稳定，适宜碳氮比约 为４．８。有研究表明，间歇式反应器所得的适宜碳氮 比要略高于连续流反应器。阎宁ｏ？！等用流化床反应 器，以甲醇为碳源，所得最佳碳氮比为２，８—３．２ （ＣＨ，ＯＨ／ＮＯ，一Ｎ），折算成ＣＯＤ／Ｎ０３一Ｎ为４．２—