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由图1可见,反硝化过程中NO3--N浓度随着反应的进行均呈阶段性变化,C1、C3作为反硝化碳源时呈三阶段变化,即第一阶段为快速反应期,第二阶段为低速反应期,第三阶段为缓慢反应期,反硝化反应主要发生在第一阶段,C1作为反硝化碳源时快速反应期为30min,NO3--N由56.23mg/L降至39.05mg/L;C3作为反硝化碳源时快速反应期为前10min,但此阶段NO3--N仅由54.85mg/L降至51.40mg/L,反应进行240min后,C1、C3作为反硝化碳源时NO3--N去除率分别为45.6%和17.9%。而以C2作为反硝化碳源时,反应杯中NO3--N变化呈现出两个阶段,即快速反应期和缓慢反应期,快速反应期为前90min,此期间NO3--N由54.21mg/L下降至3.15mg/L;缓慢反应期NO3--N下降速度缓慢,反应240min后降至29.89mg/L。
由图2可见,3种碳源条件下均出现了NO2--N积累的情况,达到最大值后迅速下降直至消失。C1和C3作为碳源时,前20min反应杯中NO2--N质量浓度达到最大值,分别为4.52、5.76mg/L,远大于以C2为碳源时的0.56mg/L。B.H.L.Kelso等〔2,3〕在进行反硝化特性研究时,NO2--N质量浓度也发生了相同的变化趋势,这是由于NO3--N还原酶与NO2--N还原酶对碳源的竞争导致的,因为C1、C2中可直接利用的溶解性基质所占比例远大于C3,这些溶解性基质快速的被反硝化菌所利用,将系统中NO3--N转化为NO2--N,而此时NO2--N还原酶不能及时将生成的NO2--N还原,造成反应初期的NO2--N积累现象,但随着反应的进行,碳源中易利用基质的比例不断降低,NO3--N与NO2--N还原量渐趋平衡,系统NO2--N开始下降。而C3作为碳源时,因其溶解性基质比例低,故反应杯中NO2--N积累的现象不如C1、C2作为碳源时明显。
2.1.2反硝化过程COD变化情况
C1、C2、C3为碳源条件下,反硝化过程中COD变化情况如图3所示。
由图3可见,COD变化趋势与NO3--N变化趋势相似,C1作为反硝化碳源时,前30min反应杯中COD急速下降,之后下降速度减缓,120min后基本不发生变化,这是因为C1中富含易被反硝化菌利用的基质乙醇和乙酸,反应初期降解速度快,之后随着易降解基质含量的减少,不易被降解的碳源开始被利用,造成反应30min后COD变化缓慢,反应120min后可被利用基质消耗殆尽,反应逐渐转向内源呼吸阶段。以C2为碳源条件下快速反应阶段持续至90min,之后反应杯中COD基本没有变化,而C3为碳源时快速反应阶段仅持续10min。还可以看出,整个反应过程中,系统对C1和C2的利用率差别不明显,分别为63.8%和66.2%,而对C3的利用率仅为35.1%。由此可见,C1中富含反硝化菌易利用基质,可以取代C2作为反硝化外加碳源。
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