反硝化除磷工藝中N2O的逸出規(guī)律研究

1、    反硝化除磷工藝中n2o的逸出規(guī)律研究    李亞靜+孫力平摘 要：目前反硝化除磷系統(tǒng)的缺氧段以內(nèi)碳源（pha）作為碳源的反硝化中氧化亞氮（n2o）的產(chǎn)生機(jī)理尚不清楚。因此采用實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的厭氧/缺氧序批式反應(yīng)器（a/a sbr）研究了電子受體no3-n濃度（25 mg/l、50 mg/l和80mg/l）對系統(tǒng)脫氮除磷效果以及n2o產(chǎn)生量的影響。結(jié)果表明通過增加電子受體即no3-n起始濃度，使得n2o產(chǎn)生量增加，而n2o轉(zhuǎn)化率減小。當(dāng)no3-n起始濃度25 mg/l時(shí)，有利于硝酸鹽氨化作用的發(fā)生，n2o的釋放源為硝酸鹽異化成氨作用。當(dāng)no3-n起始濃

2、度50 mg/l時(shí)，n2o的釋放主要來自于反硝化作用。關(guān)鍵詞：反硝化除磷 電子受體濃度 pha n2o 釋放源：x703 ：a ：1674-098x（2017）07（a）-0107-04反硝化除磷是一種新型可持續(xù)發(fā)展的生物脫氮除磷工藝1。反硝化除磷就是在厭氧/缺氧環(huán)境交替運(yùn)行的條件下，易富集一類兼有反硝化作用和除磷作用的兼性厭氧微生物，該聚磷菌能利用no3-作為電子受體，通過它們的代謝作用同時(shí)完成過量吸磷和反硝化過程，最大限度地減少碳源需求量，實(shí)現(xiàn)了能源和資源的雙重節(jié)約。反硝化除磷能節(jié)省cod約50%，節(jié)省氧約30%，剩余污泥量減少50%左右2。在反硝化除磷工藝中，氧化亞氮作為重要的反硝化中間

3、產(chǎn)物可以產(chǎn)生和積累3，4。由于其潛在的溫室氣體效應(yīng)和破壞臭氧層的能力越來越受到人們的關(guān)注和擔(dān)憂5，6。在反硝化除磷系統(tǒng)中，氧化亞氮的產(chǎn)生量能占到進(jìn)水總氮負(fù)荷的2.3%21.6%范圍內(nèi)7，8。因此，掌握反硝化除磷系統(tǒng)中氧化亞氮的產(chǎn)生規(guī)律對理解污水處理系統(tǒng)中整個(gè)碳足跡來說是非常重要的。該文從缺氧段反硝化作用中的電子受體入手，從內(nèi)碳源pha的厭氧合成量、缺氧降解速率的角度去分析n2o的釋放機(jī)理，通過調(diào)整電子受體硝酸鹽的濃度，對不同工況條件下氮的遷移轉(zhuǎn)化過程進(jìn)行系統(tǒng)研究，剖析了反硝化除磷新技術(shù)在脫氮過程n2o的產(chǎn)生特征和產(chǎn)生量，旨在通過認(rèn)識這種工藝n2o的釋放特征和原因，優(yōu)化反硝化除磷過程實(shí)現(xiàn)良好的除

4、磷脫氮效果和較小的n2o釋放。為這種新技術(shù)更好地應(yīng)用于污水除磷脫氮處理、真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排提供技術(shù)保障。1 材料與方法1.1 試驗(yàn)污泥與用水試驗(yàn)所用污泥取自天津某污水廠a2/o工藝中回流污泥。接種污泥菌膠團(tuán)密實(shí)，污泥沉降性好。試驗(yàn)用水為人工模擬配水，以乙酸鈉提供碳源，kh2po4和nh4cl為磷源和氮源，缺氧段投加kno3以提供no3-n作為電子受體。并且投加微量元素。實(shí)驗(yàn)水質(zhì)指標(biāo)及分析方法見表1。1.2 試驗(yàn)裝置與運(yùn)行該試驗(yàn)采用sbr裝置。在厭氧/缺氧（無氧但有硝酸根）條件下運(yùn)行。反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成，上部為圓柱體，下部為圓臺體，有效容積為4.50 l，反應(yīng)器的充水比為0.7。在反應(yīng)器上每隔1

5、0 cm設(shè)置一個(gè)取樣口，每個(gè)反應(yīng)器有3個(gè)取樣口。進(jìn)水由蠕動泵進(jìn)行控制，排水通過電磁閥控制。通過微電腦定時(shí)器實(shí)現(xiàn)進(jìn)水、厭氧、缺氧、加藥、沉淀、排水的自動運(yùn)行。1.3 分析項(xiàng)目及測定方法1.3.1 水樣分析水質(zhì)監(jiān)測項(xiàng)目分析方法均采用國標(biāo)法9，按照oehmen的操作方法改良后進(jìn)行pha測定10-12。vfa和n2o采用氣相色譜法測定13。1.3.2 n2o分析n2o的濃度如方程式（1）（3）所示14：反應(yīng)器中污泥混合液排放的氣態(tài)n2o-n濃度cemin2o-n （mgn/l）由式（1）計(jì)算得出：反應(yīng)器中污泥混合液里溶解的n2o-n濃度cdisn2o由式（2）計(jì)算得出：總n2o-n生成量cproduc

6、ed，由兩部分組成，如（3）所示：2 結(jié)果與討論2.1 反硝化除磷過程典型周期變化圖1為典型周期內(nèi)碳源和氮、磷的變化情況。系統(tǒng)以乙酸鈉為碳源，其含量隨著厭氧反應(yīng)時(shí)間的延長迅速下降，水中的po43-p隨著時(shí)間的延長迅速升高，至反應(yīng)90 min時(shí)，達(dá)到最大值59.41 mg/l。厭氧反應(yīng)結(jié)束后瞬時(shí)向反應(yīng)器內(nèi)投加kno3，使缺氧開始時(shí)反應(yīng)器內(nèi)no3-n的濃度為55.00 mg/l。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，水中po43-p濃度逐漸降低為0.75 mg/l，硝酸鹽濃度降低為0 mg/l。在缺氧反應(yīng)過程中，亞硝酸鹽出現(xiàn)較低的累積濃度，但并未影響到良好的出水效果。2.2 電子受體濃度對氮、磷去除及n2o產(chǎn)生量的影響

7、研究該試驗(yàn)采用3個(gè)平行的sbr反應(yīng)器，使缺氧初期的no3-n濃度分別為25、50、80 mg/l；缺氧攪拌210 min，研究不同no3-n濃度對n2o產(chǎn)生量的影響。n2o產(chǎn)生量的原因主要是一方面由于反硝化聚磷菌以胞內(nèi)聚合物phas作為碳源進(jìn)行反硝化，內(nèi)碳源較慢的降解速率，導(dǎo)致反硝化過程中硝酸鹽、亞硝酸鹽以及n2o還原酶對不充足的電子形成競爭，從表2中還原速率可以看出n2o還原酶對電子的競爭明顯弱于硝酸鹽和亞硝酸鹽還原酶， n2o還原酶因競爭不到電子而使n2o還原到n2的過程受阻， n2o出現(xiàn)積累。隨著電子受體濃度的增加，n2o產(chǎn)生量增加，n2o轉(zhuǎn)化率減小。另一方面在反硝化過程中cod/n比例

8、對n2o的產(chǎn)生量有非常顯著的影響。該研究通過把pha單位轉(zhuǎn)化為cod單位，在缺氧初期的cod/nox-n比值分別為6.76、3.38和2.11。從這些數(shù)值可以看出pha由充足漸變?yōu)橄拗埔蛩?，?dǎo)致n2o的產(chǎn)生量增加。2.3 電子受體濃度對n2o釋放來源的影響n2o的釋放源研究采用化學(xué)抑制法15-17。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通入c2h2后，nh4+-n的生成速率有所升高，這是由于c2h2對厭氧氨氧化具有強(qiáng)烈的抑制作用且反應(yīng)中存在硝酸鹽異化成氨作用所造成的18。由圖2可知，缺氧段在硝酸鹽異化成氨和反硝化共同作用下造成了n2o的釋放，當(dāng)no3-n初始濃度25mg/l時(shí)，有利于硝酸鹽氨化作用的發(fā)生，在此條件下n2o的釋放源為硝酸鹽異化成氨作用。而當(dāng)no3-n初始濃度50 mg/l時(shí)，n2o的釋放主要來自于反硝化作用。endprint科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)2017年19期科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)的其它文章2014