生物脱氮技术：低碳废水生物反硝化研究-北极星水处理网

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生物脱氮技术是污水处理中广为应用的方法，部分城市污水中碳源不足影响了脱氮效率. Kuba等[1]研究表明，当进水C/N比低于3.4时，需投加外碳源来保证生物脱氮效果. 实际处理过程中污水厂通过投加甲醇或乙醇而提高脱氮效率的方式，既消耗了有机资源，又增加了水厂的运行费用. 因此，改进传统工艺从而实现高效脱氮，具有重大的现实意义. 与此同时，作为生物反硝化的中间产物，N2 O的产生也不容忽视[2, 3, 4]. N2 O具有高温室效应，其增温潜势是CO2的250倍[5]，是近几年来备受关注的研究热点.

催化铁方法，在铁刨花材料上表面镀铜从而形成双金属体系，在中性以及碱性条件下具有比零价铁更大的还原能力[6]. Chi等[7]研究表明，在低pH条件下，Fe0无机还原NO-3-N产物以氨氮为主，高pH条件下，还原产物主要是微量气态N2 O. Huang等[8]发现，在高NO-3负荷下，随着pH的降低，Fe0还原NO-3-N速率与去除率不断增加. 相比之下，零价铁与生物相互作用脱除NO-3方面的研究较少，王子[9]研究表明催化铁与Paracocus反硝化微生物耦合脱氮是可行的，pH=8时脱氮效率接近于直接使用氢气. 催化铁还可以与水中的溶解氧发生反应，降低周围的氧化还原电位，这对于消除体系内溶解氧，使NO-3成为唯一电子受体具有重要的意义.

本研究尝试催化铁与生物耦合，解决低碳氮比条件下反硝酸电子供体不足的问题，从而实现高效脱氮，并考察反硝化阶段N2 O的产生影响. 1 材料与方法 1.1 水质及污泥驯化

污泥驯化采用人工配水，以NaNO3作为反硝化氮源，CH3COONa作为有机碳源，KH2PO4作为磷源，适当加入碳酸氢钠缓冲液以维持体系pH的稳定. 配水中还投加硫酸镁、牛肉浸膏，酵母浸出液等物质以及适量的微量元素，见表 1. 其中，微量元素由氯化铁、氯化钴、碘化钾、五水硫酸铜、钼酸钠、硫酸锌、氯化锰、硼酸、 EDTA组成. 碳氮比控制在6左右. 有机负荷(以BOD5/MLSS计，下同)为0.3~0.4 kg ˙(kg ˙d)-1，总氮负荷为0.076~0.1 kg ˙(kg ˙d)-1.

表 1 营养元素投加表

接种污泥取自污水处理厂二沉池回流污泥. 培养前闷曝24 h，养泥反应器采用10 L有机玻璃反应器，反应运行周期为3 h，进水、搅拌、沉淀、排水时间分别为11、 130、 30、 9 min. 由于反应器完全密闭，其溶解氧含量在0.2 mg ˙L-1以下. 控制培养温度为20~25℃，污泥浓度在3000~4000 mg ˙L-1，HRT为8.25 h，SRT为15 d. 将污泥培养一个月左右将其驯化为反硝化污泥，进出水COD、 NO-3-N、 TN、 Fe3+基本稳定，总氮去除率达99%. 1.2 试验装置与运行方式

试验采用的SBR反应器如图 1所示，有效容积5.5 L，内径19 cm，高32 cm，试验采用两个SBR反应器进行对比，SBR1传统反硝化反应器，SBR2为催化铁与反硝化耦合反应器，内置铁床，铁投加量为60 g ˙L-1，反应器运行周期均为3 h，通过时间控制器实现进水，厌氧搅拌，静置沉淀，出水各个阶段. 每次进排水2 L，充水比为0.364. 进水、搅拌、沉淀、排水时间分别为11、 130、 30、 9 min.

批次试验所用污泥均为之前已驯化完毕污泥，不同水平批次试验开展之前，需将所用污泥在去离子水中清洗3次，然后根据需要(不同碳氮比、不同pH)投加不同浓度的营养物质进行试验.

图 1 序批式活性污泥反应器装置示意

延伸阅读：

污水处理技术篇：影响生物脱氮的主要因素

原标题：低碳废水生物反硝化研究

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