張小玲, 彭黨聰, 王志盈
( 西安建筑科技大學環境與市政工程學院，陜西西安 710055)

　　摘　要：分別研究了傳統反硝化中硝酸鹽氮負荷、COD/N、pH值對反硝化速率及效率的影響，得出傳統反硝化時最大硝酸鹽氮負荷為0.08kg/(kgMLSS·d)，合適的COD/N為6～7，適宜的pH值為7.5～8。對分別以NO₃-和NO₂-為初始基質的反硝化速率進行的對比試驗結果表明，在溫度為25℃、pH值為7、基質濃度＜300mg/L時以NO₂-為初始基質的反硝化速率較快，但當基質濃度＞300mg/L后反而是以NO₃-為初始基質的反硝化速率較快。
　　關鍵詞：傳統反硝化；短程反硝化；COD/N； pH值
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1000-4602(2002)09-0001-03

Study on the Affecting Factors and Characteristics of Conventional Denitrification and Short-cut Denitrification
ZHANG Xiao-ling, PENG Dang-cong, WANG Zhi-ying
(School of Environmental and Municipal Engineering,Xi‘an University of Arc hitectural? Science and Technology,Xi‘an 710055,China)

　　Abstract： Study was made respectively on the influence of Nitrate nitrogen loading,COD/N ratio and pH value on the rate and efficiency of conventional denitrification .The result showed that in the conventional denitrification,the maximum nitrate nitrogen loading can reach 0.08 kg/(kgMLSS·d) with the proper?COD/N ratio of (6～7)∶1 and the optimal pH value of 7.5～8.The comparative study on the denitrification rate by using NO₃- and NO₂- as initial substrates indicated that at temperature of 25℃,pH value of 7,and substrate concentration<300 mg/L,more rapid denitrification rate can be achieved based on NO₂^- of substrate;whereas at subs trate concentration>300 mg/L,the denitrification rate is faster based on NO₃^-.
　　Keywords: conventional denitrification; short-cut denitrification;COD/N; pH value

1 材料和方法

1.1 試驗條件
　　采用間歇試驗方法。接種污泥取自西安市北石橋污水處理廠二沉池，采用機械攪拌使污泥與基質充分混合，并使污泥呈懸浮狀態。
　　基質中碳∶磷為100∶1，分別采用有機碳源：乙酸鈉；氮源：硝酸鉀和亞硝酸鈉；磷源：磷酸二氫鉀。
1.2 分析方法
　　氨氮：納氏試劑比色法；NO₂^--N：N-1-萘基乙二胺比色法；NO₃^--N：紫外分光光度法；TOC：5000A型TOC儀；其他指標按標準方法測定。

2 結果與分析

2.1 傳統反硝化影響因素分析
2.1.1 硝酸鹽氮負荷
　　硝酸鹽氮負荷對反硝化的影響見表1。

表1 硝酸鹽氮負荷對反硝化的影響 系列 硝酸鹽氮負荷[kg/(kgMLSS·d)] 反硝化速率[kg/(kgMLSS·d)] 反硝化效率(%) 1 0.12(0.045) 0.28(0.032) 50 2 0.1(0.078) 0.36(0.08) 70 3 0.08(0.065) 0.53(0.109) 83 4 0.06(0.09) 0.56(0.129) 85 5 0.05(0.12) 0.64(0.022) 89 6 0.04(0.011) 0.7(0.09) 92 注： 反應溫度為25 ℃，COD/N=6，pH=7.5；各 系列試驗次數均為3次；( )內為均方差值。

　　從表1可以看出，反硝化速率隨硝酸鹽氮負荷的增加而降低，說明高濃度NO₃-對反硝化菌有一定的抑制作用。當硝酸鹽氮負荷＜0.08kg/(kgMLSS·d)時反硝化細菌尚未達到最大工作能力，所以反硝化效率保持在80%以上；但當硝酸鹽氮負荷＞0.08 kg/(kgMLSS·d)后由于系統內細菌反硝化能力的限制，反硝化效率明顯下降。
2.1.2 ?COD/N
　　傳統反硝化中反硝化菌以有機碳(COD)為電子供體，以NO₃-為電子受體完成生物反硝化反應。如果碳源不足則反硝化速率降低，反硝化進行得也不完全；如果碳源過剩則出水COD值增加，必須附加后續的處理工藝。因此，選取合適的COD/N值對生物反硝化系 統的設計十分重要。試驗中發現，當COD/N=6.4時對NO₃^--N的去除率為85%，COD去除率為97%；當COD/N＜6.4時對NO₃^--N的去除率取決于COD的投入量，即對NO₃-的去除率隨碳源的增加而升高，碳源不足時去除率偏低(當COD/N=5時NO₃^-去除率為82%，當COD/N=4時對NO₃^--N的去除率為74%)；而當COD/N＞6.4時對NO₃^--N的去除率沒有明顯提高。
2.1.3 pH值 ?
　　pH值對傳統反硝化的影響見圖1。

　　從圖1可知pH值對反硝化速率有重要影響，適宜的pH值范圍為7.5～8.0。當pH值偏離這一范圍時反硝化速率明顯下降，而pH值在7.7左右時反硝化速率最快。
2.2 短程反硝化特性分析
　　分別以NO₃^-和NO-2為基質(NO₃^--N和NO₂^--N的濃度分別為50、100、200、300mg/L)進行了短程與傳統反硝化的對比試驗，比較了兩者的速率大小。
2.2.1 反硝化速率與基質濃度的關系
　　試驗結果見圖2～5。

　　由圖2～5可知，當基質的濃度分別為50、100、200mg/L時，從NO₂^-開始的反硝化明顯快于從NO₃^-開始的反硝化；當基質濃度為300mg/L時從NO₂^-開始的反硝化速率反而小于從NO₃^-開始的反硝化速率，此時要達到80%的去除率，在NO₃^-基質中的反應時間需要285min，而在NO₃^-基質中卻需要380min。同時可計算出當NO₃^--N和NO₂^--N濃度同為200mg/L時的反硝化速率r[NO₂-]?=0.79kg/(kgM LSS·d)、r[NO₃-]=0.53 kg/(kgMLSS·d)，當兩種基質濃度同為300mg/L時的反硝化速率r[NO₂-]=0.35 kg/(kgMLSS·d)、r[NO₃-]=0.40kg/(kgMLSS·d)。
2.2.2 pH值對短程反硝化的影響
　　短程反硝化以NO₂-為初始基質，反應器中各物質的濃度和微生物的種類與傳統反硝化相比都發生了變化，前面研究得到的影響傳統反硝化的因素在此不一定適用，而pH值的變化對其影響最大。當pH值＜6時反硝化菌活性(酶的活性受到抑制)會受到影響，當pH值＞8時需采用磷酸緩沖溶液控制反應的pH值(磷酸與微量元素Mg和Ca可能會產生沉淀)，所以選擇pH值為6、7、8并分別考察了其反硝化速率的大小。進行的3組平行試驗(MLSS=3000mg/L，NO₂^--N為250mg/L，t=25℃)結果表明，當pH=6時反硝化進行得極其緩慢[反硝化速率為0.02kg/(kgMLSS·d)]，當pH=7時反硝化速率上升為0.12kg/(kgMLSS·d)，pH=8時反硝化速率達到0.48 kg/(kgMLSS·d)，可以看出在pH值從6增加到8的過程中反硝化速率呈上升趨勢，這與HNO2對反硝化的抑制有關，即在低pH值、溶液中存在相同濃度NO₂^--N的條件下未電離的HNO2分子較多，所以反硝化速率較低。
2.2.3 HNO₂對反硝化的抑制
　　當pH值依次為6、7、8和溶液中NO₂^--N的濃度分別大于26.7、267、2 670mg/L時，HNO₂會對反硝化有抑制。因此當反硝化不受HNO₂抑制時，從NO₂-開始的反硝化速率大于從NO₃-開始的反硝化速率，但當NO₂^--N的濃度使反應受到HNO₂抑制時結果則相反。

3 結論

　　① 硝酸鹽氮負荷、COD/N、pH值是影響傳統反硝化的重要因素，系統在最大硝酸鹽氮負荷[0.08kg/(kgMLSS·d)]、合適的COD/N(6～7)和適宜pH值(7.5～8)時才能達到最大反硝化效率。
　　② 在基質(NO₂-或NO₃^-)濃度＜300mg/L時短程反硝化速率較快；而高濃度HNO₂對反硝化有抑制，一定溫度下產生的抑制程度與pH值有關。
　　③ 當NO₃^--N或NO₂^--N濃度＞300mg/L時，HNO₂對反硝化產生抑制作用，這與Charles Glass的研究結果一致。
　　④ 當NO₂^--N濃度不在抑制濃度范圍內時，以NO₂^-為基質的反硝化速率比以NO₃^-為基質的反硝化速率大，表明了短程反硝化的優越性。

參考文獻：

　　[1] 王志盈，袁林江，彭黨聰，等.內循環生物流化床硝化過程的選擇特性研究[J].中國給水排水，2000，16(4)：1-4.
　　[2]袁林江，王志盈，彭黨聰，等.生物流化床內亞硝酸積累試驗[J].中國環 境科學，2000，20(3)：207-210.
　　[3]徐亞同.生物反硝化除氮研究[J].環境科學學報，1994，14(4)：445-453.
　　[4] Charles Glass，JoAnn Silvestein，Jeill Oh.Inhibition of denitrification in acti vated sludge by nitrite[J].Water Environment Research，1996，69(6)：1086-1093.

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　　作者簡介：張小玲(1976- )，女，安徽亳州人，西安建筑科技大學博士,研究方向為污水處理及回用。
　　電　　話：13087516949
　　E-mail:zhangxiaoling2384@263.net
　　收稿日期：2002-03-07