【摘 要(yao)】 本(ben)研(yan)究以大孔(kong)網狀LD-FS載(zai)體固(gu)定(ding)化(hua)高(gao)效(xiao)微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)菌(jun)群B350、所得固(gu)定(ding)化(hua)微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)至于曝氣水槽(cao)中構成固(gu)定(ding)化(hua)微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)-曝氣生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)流化(hua)池污水處(chu)理系統（IM-ABF技術），以人工(gong)污水為(wei)處(chu)理目(mu)標，研(yan)究了不同(tong)溫(wen)度、pH值、碳氮比（C/N）、溶解(jie)氧（DO）濃度等(deng)對固(gu)定(ding)化(hua)微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)污水脫氮影響。結果表明，在(zai)本(ben)文實驗條(tiao)件下，去除(chu)NH4+-N的最(zui)適條(tiao)件：溫(wen)度為(wei)20-25℃、初始pH值為(wei)9.0、C/N為(wei)16、DO濃度為(wei)4.0 mg/l。

【關鍵詞(ci)】 固定(ding)化微(wei)生物 污水脫氮 溫度(du) pH值 碳氮比(bi) 溶解氧

1、前言

20世(shi)紀80年(nian)代初，固(gu)定(ding)(ding)化微(wei)生(sheng)物(wu)技(ji)術(shu)開(kai)始應(ying)用(yong)于污(wu)(wu)水(shui)生(sheng)化處理過程。這種生(sheng)物(wu)工程高(gao)新技(ji)術(shu)用(yong)于高(gao)難度工業污(wu)(wu)水(shui)處理時，顯示出微(wei)生(sheng)物(wu)負載量(liang)大、處理效率高(gao)，穩(wen)定(ding)(ding)性強，污(wu)(wu)泥產量(liang)小、固(gu)液分(fen)離容易，能純化和保持優勢菌群(qun)，以(yi)及基建占地少(shao)等優點而(er)倍(bei)受關注，并取得了(le)令人矚目的研究成(cheng)果[1]。

含氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)污(wu)(wu)(wu)染物是(shi)水環境中一個很重要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)污(wu)(wu)(wu)染因子。廢水中的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)一般(ban)以有機(ji)(ji)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)、氨(an)(an)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)、亞(ya)硝酸(suan)鹽(yan)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)和硝酸(suan)鹽(yan)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)等四種形(xing)態存在。生(sheng)活污(wu)(wu)(wu)水中氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)(de)主要(yao)(yao)(yao)存在形(xing)態是(shi)有機(ji)(ji)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)和氨(an)(an)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)，其中有機(ji)(ji)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)占生(sheng)活污(wu)(wu)(wu)水含氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)量的(de)(de) 40%～60%、氨(an)(an)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)占 50%～ 60%、亞(ya)硝酸(suan)鹽(yan)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)和硝酸(suan)鹽(yan)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)僅占 0～ 5%[2]。含氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)污(wu)(wu)(wu)染物是(shi)造成水體富(fu)營養化和環境污(wu)(wu)(wu)染的(de)(de)重要(yao)(yao)(yao)物質，污(wu)(wu)(wu)水排放中的(de)(de)氨(an)(an)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)控制(zhi)越(yue)來越(yue)受到重視，故研究(jiu)具(ju)有高效脫氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)功(gong)能的(de)(de)工藝越(yue)來越(yue)重要(yao)(yao)(yao)。近(jin)十多年來,利用(yong)固定化微(wei)生(sheng)物技術強(qiang)化生(sheng)物脫氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)已成為生(sheng)物脫氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)領域研究(jiu)的(de)(de)熱點之一[3]。

2、實驗部分

2.1 實驗材料

試驗污水(shui)：采(cai)用(yong)人工污水(shui)，用(yong)自來水(shui)加葡萄(tao)糖、氯(lv)(lv)化銨、磷酸(suan)(suan)二氫鉀、磷酸(suan)(suan)氫二鉀、硫酸(suan)(suan)鎂、碳酸(suan)(suan)氫鈉、氯(lv)(lv)化鈣(gai)、硫酸(suan)(suan)錳(meng)、氯(lv)(lv)化鐵等來模擬生(sheng)活污水(shui)水(shui)質。

大孔網狀(zhuang)載(zai)體：LD-FS 載(zai)體，本實(shi)驗室自制。

微(wei)生(sheng)物：高(gao)效微(wei)生(sheng)物菌(jun)群(qun)B350，美(mei)國Bio-System公司產品，微(wei)生(sheng)物含(han)量(liang)為30～50億個/g-1。

2.2 實驗方法

2.2.1 固(gu)定化微生物的制(zhi)備(bei)[4]

a. 將大孔載體用(yong)蒸餾水洗凈；

b. 用5%HCl浸泡24h,用蒸餾水洗至中性；

c. 用(yong)5%NaOH浸泡24h,用(yong)蒸餾水洗至中性；

d.將經過預處理的載(zai)體(ti)加入到含3000mL培(pei)養液的反應(ying)器，投加3g高效微生物菌群B350，曝氣培(pei)養3天(tian)；

e. 濾出(chu)塊(kuai)狀載體(ti)，用生理鹽水洗凈，即得大孔(kong)載體(ti)固定化微生物(wu)，備用。

2.2.2 脫氮反應

試驗用反(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)為玻璃管制成，反(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)內(nei)(nei)徑(jing)140mm，有(you)(you)效(xiao)容積3.5L，反(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)底部設有(you)(you)曝(pu)氣(qi)(qi)盤，內(nei)(nei)設電動(dong)攪拌，置于恒溫槽中。將人工廢水(shui)加(jia)入(ru)反(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)后，用稀硫酸和稀氫氧化鈉溶液調節體系酸堿度，采用溶解氧測定(ding)儀(HI9143 )監測反(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)中的(de)溶解氧（DO）、并(bing)通(tong)過(guo)進氣(qi)(qi)閥調節曝(pu)氣(qi)(qi)量(liang)(liang)而使DO控制在恒定(ding)的(de)水(shui)平，恒溫2h。然(ran)后投加(jia)一定(ding)量(liang)(liang)的(de)固定(ding)化微生物(wu)載體至反(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)中（每次投加(jia)載體前將載體用自來水(shui)沖洗3遍(bian)）、使載體填充(chong)率為30%，定(ding)時(shi)測定(ding)反(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)內(nei)(nei)參(can)數(shu)變化。同時(shi)，改變不同的(de)反(fan)應(ying)條件(jian)進行相關研究。

2.3　分析方法及儀器(qi)

COD測定采用重(zhong)鉻酸鉀(jia)法；

HI93715氨氮(dan)快速測定儀，意大利HANNA；

HI9143便攜式溶(rong)解氧測量儀，意大(da)利HANNA；

HI9025便攜式(shi)酸度(du)計，意大利HANNA。

3、結果與討論

3.1  溫度對固定化微生物脫氮(dan)的影響

采用C/N為(wei)16，pH為(wei)7.5，控制DO在(zai)1～2 mg/l，溫(wen)(wen)(wen)度分別恒定在(zai)20℃、30℃、40℃條(tiao)件下，NH4+-N去除(chu)率(lv)(lv)隨反應(ying)時間的(de)(de)變化(hua)結(jie)(jie)果見(jian)圖1。從圖1曲線(xian)可見(jian)，當反應(ying)達4h時，溫(wen)(wen)(wen)度為(wei)20℃、30℃、40℃條(tiao)件下的(de)(de)NH4+-N去除(chu)率(lv)(lv)分別為(wei)52.64%、46.15%、34.08%。溫(wen)(wen)(wen)度為(wei)40℃時NH4+-N去除(chu)率(lv)(lv)較(jiao)(jiao)低(di)，這應(ying)當是溫(wen)(wen)(wen)度升高(gao)會使微生(sheng)物(wu)蛋(dan)白(bai)質(zhi)變性逐漸失活、致使硝(xiao)化(hua)速率(lv)(lv)變低(di)的(de)(de)結(jie)(jie)果。一般而言， 20℃左右硝(xiao)酸菌(jun)較(jiao)(jiao)為(wei)活躍[5]，高(gao)于20℃時則硝(xiao)酸菌(jun)活動減弱而亞硝(xiao)化(hua)反應(ying)加(jia)快、至(zhi)25℃時達到最大。當溫(wen)(wen)(wen)度達25℃后(hou)，則游(you)離氨對亞硝(xiao)酸菌(jun)有較(jiao)(jiao)為(wei)明顯的(de)(de)抑制作用 [6]。故20℃條(tiao)件下污(wu)(wu)水中(zhong)NH4+-N降解(jie)速率(lv)(lv)較(jiao)(jiao)高(gao)，換句話講，相對較(jiao)(jiao)低(di)的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度有利于硝(xiao)化(hua)菌(jun)的(de)(de)增殖、亦即有利于污(wu)(wu)水中(zhong)NH4+-N污(wu)(wu)染物(wu)的(de)(de)降解(jie)。

圖(tu)1 不同(tong)溫度條件下NH4+-N濃度隨時間的變化曲線

3.2  pH值對固(gu)定化微生物脫氮的(de)影(ying)響(xiang)

反(fan)(fan)應器溫度(du)恒定在30℃，進水C/N為16，DO控制在1～2 mg/l，調節反(fan)(fan)應體(ti)系的初(chu)始pH值(zhi)分(fen)別為6.5、7.5、8.0、9.0，氨氮去除率(lv)隨反(fan)(fan)應時(shi)(shi)間的變(bian)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)結果見(jian)圖2。對于(yu)硝化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)過程(cheng)而言，當(dang)pH值(zhi)低于(yu)6或高于(yu)9.6時(shi)(shi)，則硝化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)作用(yong)將(jiang)停止[7]。對反(fan)(fan)硝化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)過程(cheng)，當(dang)pH值(zhi)低于(yu)6.5或高于(yu)9時(shi)(shi)，反(fan)(fan)硝化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)速率(lv)將(jiang)很快下(xia)降(jiang)。因此，當(dang)生(sheng)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)體(ti)系pH值(zhi)為7.5左右時(shi)(shi)，反(fan)(fan)硝化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)將(jiang)處(chu)于(yu)最佳狀態[8]。由圖2可見(jian), NH4+-N降(jiang)解(jie)速率(lv)隨pH值(zhi)增(zeng)加(jia)而增(zeng)大,這是因為在硝化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)過程(cheng)消耗了(le)堿性物質而生(sheng)成HNO3、使水中pH值(zhi)下(xia)降(jiang)，對硝化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)細菌不(bu)利, 所以(yi)初(chu)始pH值(zhi)小的反(fan)(fan)應不(bu)利于(yu)硝化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)反(fan)(fan)應的進行。 硝化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)反(fan)(fan)應的最適pH為8.0-9.0，而反(fan)(fan)硝化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)最適pH在6.5-7.5[9]，所以(yi)同(tong)步硝化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)反(fan)(fan)硝化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的最適pH選(xuan)在7．5左右。

在污水(shui)處理過程中(zhong)，硝(xiao)(xiao)化(hua)過程中(zhong)和了水(shui)中(zhong)部分的(de)OH-使pH值(zhi)(zhi)(zhi)下降(jiang)(jiang)，而反(fan)(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)則(ze)釋放(fang)出一定量的(de)OH-又使pH值(zhi)(zhi)(zhi)有(you)所(suo)回升，但這往(wang)往(wang)不足以彌補硝(xiao)(xiao)化(hua)階段所(suo)消(xiao)耗(hao)的(de)OH-，故總的(de)結(jie)果仍然(ran)是(shi)系(xi)統(tong)pH值(zhi)(zhi)(zhi)下降(jiang)(jiang)[10]。圖3所(suo)示的(de)初(chu)始(shi)pH值(zhi)(zhi)(zhi)等于7.5、8.0、9.0的(de)反(fan)(fan)(fan)應體系(xi)中(zhong), pH值(zhi)(zhi)(zhi)先降(jiang)(jiang)后(hou)(hou)升、至(zhi)反(fan)(fan)(fan)應8h后(hou)(hou), pH值(zhi)(zhi)(zhi)分別(bie)降(jiang)(jiang)至(zhi)7.1、7.5、8.0。另外，初(chu)始(shi)pH值(zhi)(zhi)(zhi)為6.5的(de)生化(hua)應體系(xi)，由于硝(xiao)(xiao)化(hua)反(fan)(fan)(fan)應受到抑(yi)制，當(dang)反(fan)(fan)(fan)應達8h后(hou)(hou)pH值(zhi)(zhi)(zhi)為6.7，pH變(bian)化(hua)較小。

圖(tu)2 不同(tong)pH條件(jian)下NH4+-N濃度隨時間的變化曲線

圖3 反(fan)應體系pH值隨時間的變化曲(qu)線

3.3  碳(tan)氮比對固定化微生物脫氮的影響(xiang)

采用(yong)初始(shi)pH值為7.5，溫度(du)恒定(ding)在(zai)30℃，DO控制在(zai)1～2 mg/l。改(gai)變葡萄(tao)糖與氯化銨配(pei)比調(diao)節(jie)C/N。 本實(shi)驗初始(shi)C/N分(fen)別為7.8、15.9、27.4，結果(guo)見(jian)圖4。從圖4可(ke)見(jian)，初始(shi)C/N為7.8時，反應4h后(hou)NH4+-N濃(nong)度(du)基本不(bu)變化；初始(shi)C/N為15.9時，反應5h后(hou)NH4+-N濃(nong)度(du)基本不(bu)變；初始(shi)C/N為27.4時，NH4+-N濃(nong)度(du)一直下降。這是由(you)于有(you)(you)機碳(tan)源主(zhu)要(yao)(yao)影響反硝(xiao)化過程，只(zhi)(zhi)有(you)(you)C/N達(da)到一定(ding)數值時，才能完全反硝(xiao)化。有(you)(you)機物濃(nong)度(du)太(tai)低，會(hui)影響反硝(xiao)化的碳(tan)源需(xu)求(qiu)，反硝(xiao)化不(bu)能順利進行，硝(xiao)酸根大量(liang)積(ji)累，硝(xiao)化反應也就(jiu)受到抑制。三(san)個條件(jian)下反應開始(shi)的4h內，NH4+-N降解速率(lv)基本沒(mei)有(you)(you)差(cha)別。這說明只(zhi)(zhi)要(yao)(yao)碳(tan)源是足量(liang)的，有(you)(you)機碳(tan)的濃(nong)度(du)大小對NH4+-N降解速率(lv)沒(mei)有(you)(you)影響。

圖4 不同C/N條件下NH4+-N濃度隨(sui)時間的(de)變(bian)化曲線(xian)

表1  C/N對污水(shui)中(zhong)NH4+-N及COD去除的影響(xiang)

表(biao)1為(wei)不同C/N條(tiao)件(jian)下(xia)(xia)的(de)NH4+-N及(ji)COD去除(chu)實驗數(shu)據。由表(biao)1可發現，NH4+-N去除(chu)率隨C/N的(de)增加(jia)而(er)(er)增加(jia)，但COD去除(chu)率則隨C/N的(de)增加(jia)而(er)(er)下(xia)(xia)降。然(ran)而(er)(er)，污水脫氮難度大于其COD的(de)去除(chu)，當某(mou)一體系氨氮至下(xia)(xia)降后，其出水COD可通過生化(hua)氧化(hua)過程很容易(yi)去除(chu)。根據同步硝化(hua)與反硝化(hua)的(de)工藝要求，兼顧NH4+-N和COD的(de)去除(chu)效果，宜選擇C/N值(zhi)為(wei)16。

3.4  溶解(jie)氧濃度對(dui)固定化(hua)微生(sheng)物脫氮的影響

采用(yong)進(jin)水(shui)(shui)C/N為(wei)(wei)16，pH值(zhi)為(wei)(wei)7.5，溫度(du)(du)為(wei)(wei)30℃，調節空氣進(jin)氣閥使溶解(jie)(jie)氧(yang)DO濃(nong)(nong)度(du)(du)分別(bie)恒定(ding)在1.5、4.0、6.0mg/l，研究DO值(zhi)大(da)小對(dui)NH4+-N 及COD去(qu)除(chu)(chu)率的(de)(de)(de)影響，其污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)NH4+-N濃(nong)(nong)度(du)(du)隨(sui)時(shi)間的(de)(de)(de)變化(hua)(hua)(hua)(hua)結果見圖(tu)5。由圖(tu)5可看出，在時(shi)間相同(tong)的(de)(de)(de)情況(kuang)下，污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)NH4+-N去(qu)除(chu)(chu)率隨(sui)其DO值(zhi)的(de)(de)(de)增(zeng)大(da)而(er)(er)增(zeng)加(jia)、反(fan)應時(shi)間達到8.0h皆可達到或低(di)于排放標準，但(dan)當(dang)反(fan)應時(shi)間達到5.5h后，DO值(zhi)對(dui)污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)NH4+-N去(qu)除(chu)(chu)率的(de)(de)(de)影響明(ming)顯減小、污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)NH4+-N濃(nong)(nong)度(du)(du)基本(ben)不再(zai)隨(sui)時(shi)間變化(hua)(hua)(hua)(hua)。這(zhe)(zhe)說明(ming)固定(ding)化(hua)(hua)(hua)(hua)微生物污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)脫氮過(guo)程中(zhong)的(de)(de)(de)DO值(zhi)設(she)定(ding)范(fan)圍較寬、這(zhe)(zhe)在工程上是極為(wei)(wei)有利的(de)(de)(de)。表(biao)2為(wei)(wei)反(fan)應8.0h時(shi)的(de)(de)(de)實驗數據。從表(biao)2可知，污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)中(zhong)COD亦(yi)隨(sui)DO值(zhi)的(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)而(er)(er)增(zeng)大(da)，這(zhe)(zhe)應當(dang)是較高的(de)(de)(de)DO濃(nong)(nong)度(du)(du)使異養好(hao)氧(yang)菌活(huo)性增(zeng)強而(er)(er)提高有機物氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)降解(jie)(jie)速率的(de)(de)(de)緣故。然而(er)(er)，過(guo)高的(de)(de)(de)DO濃(nong)(nong)度(du)(du)使氧(yang)氣的(de)(de)(de)穿透能力增(zeng)強，體(ti)系內難以形成缺氧(yang)區而(er)(er)降低(di)反(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)(hua)速率、導致脫氮速率下降。故DO濃(nong)(nong)度(du)(du)為(wei)(wei)4.0和6.0mg/l的(de)(de)(de)體(ti)系在反(fan)應5.5h后，其污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)NH4+-N濃(nong)(nong)度(du)(du)基本(ben)相同(tong)。考慮到同(tong)步硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)(hua)與(yu)反(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)需要，宜(yi)選擇4.0 mg/l為(wei)(wei)最佳DO濃(nong)(nong)度(du)(du)。

圖5 不同(tong)DO條(tiao)件下NH4+-N濃度隨(sui)時間(jian)的變化曲線

表2 溶(rong)解氧對(dui)NH4+-N及COD去(qu)除率的影響

4、結論

固定(ding)化(hua)微(wei)生(sheng)物(wu)-曝氣生(sheng)物(wu)流化(hua)池污(wu)水(shui)處理系(xi)統（IM-ABF技(ji)術）污(wu)水(shui)脫去(qu)NH4+-N的最適條件(jian)為溫度(du)為20℃、初(chu)始pH值為9.0、C/N為16、DO濃度(du)為4.0 mg/l，NH4+-N降解速率隨(sui)pH值增加而增大、pH值在(zai)6.5～9.0之間(jian)。在(zai)本實(shi)驗所(suo)得最適條件(jian)下，水(shui)力停留時(shi)間(jian)（RTH）均在(zai)8小時(shi)之內(nei)、且在(zai)一定(ding)條件(jian)下可同時(shi)去(qu)除污(wu)水(shui)中(zhong)的NH4+-N與(yu)(yu)COD，顯示(shi)出固定(ding)化(hua)微(wei)生(sheng)物(wu)技(ji)術處理污(wu)水(shui)時(shi)具(ju)有高效以及硝(xiao)化(hua)與(yu)(yu)反硝(xiao)化(hua)過程同步(bu)進行(xing)的顯著特點。本實(shi)驗結(jie)果對生(sheng)活污(wu)水(shui)處理、特別是區域性生(sheng)活污(wu)水(shui)處理具(ju)有參(can)考(kao)價值。

參考文獻

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