降低脱氮成本的新型碳源与工艺研究概况

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1、降低脱氮成本的新型碳源与工艺研究概况荆肇乾，彭英艳，何瑞，胡静，杨凯华（南京林业大学土木工程学院，南京２１００３７）摘要：为了减轻外加商业碳源给生物反硝化带来的经济负担，降低生物反硝化法的处理成本，需要寻找无毒且更为廉价的碳源以及探寻具有可持续发展前景的强化生物脱氮技术，以取消或减少外部碳源的添加。阐述了目前已投入使用的几种新型碳源以及无外加碳源的序批式生物膜反应器（ＳＢＢＲ）脱氮工艺、两级序批式反应器（ＳＢＲ）脱氮工艺和其他改进工艺。通过新型廉价碳源的合理利用及组合生物脱氮工艺技术的开发，可以在自有碳源有

2、限的条件下提高生物脱氮效率。..关键词：生物反硝化；新型碳源；无外加碳源；生物脱氮工艺中图分类号：Ｘ７０３文献标识码：A：0439－８114（２０15）03－0517-03近年来，由于大量含氮生活污水和工业废水排入水体以及农用化肥的过度使用等原因，加速了河流、湖泊的富营养化。因此，开发有效的脱氮技术成为研究的热点。在众多的脱氮技术中，生物法是运用最为广泛的一种。传统的生物脱氮由硝化过程和反硝化过程两部分组成，而生物反硝化过程中往往存在缺少碳源的问题，为保证反硝化反应的顺利进行必须有充足的碳源提供，而依靠投加

3、甲醇、乙醇等传统碳源，处理成本较高［１］。为了降低水体脱氮成本，一方面可以寻找无毒、廉价的新型碳源来代替传统碳源；另一方面需要研究无需外加碳源的脱氮工艺。１新型碳源低碳氮比污水因自身有机质不足导致脱氮效率较低。目前解决该问题的主要方法之一是外加部分碳源，如甲醇等，但由于添加的物质往往成本较高，有些还有毒性，在实际生产中难以广泛运用。所以如何以最低的代价提高脱氮率是低碳氮比污水生物脱氮面临的主要问题［２］，而寻找合适的新型外加碳源也成为目前关注的热点［３，４］。新型碳源主要以一些价格低廉的天然固体有机物为主［

4、５］。早在１９８８年，Ｂｏｕｓｓａｉｄ等［６］就首次将纤维素作为碳源运用到地下水修复当中，而近年来，富含纤维素类物质的天然固体有机物正逐渐用作外加碳源，至今已有研究的纤维素类天然固体有机物有甘草、芦苇、棉花等植物，植物秸秆和纸等。１．１甘草、芦苇、棉花等植物甘草、芦苇、棉花等植物的主要成分为纤维素，它们还拥有较大的比表面积能让更多的细菌附着，加快反硝化过程，这些特点使得甘草、芦苇、棉花等植物可作为菌群的生物载体和反硝化碳源。Ｏｖｅｚ［７］利用序批式厌氧生物膜反应器，比较了Ｇｒａｃｉｌａｒｉａｖｅｒｒｕｃｏｓ

5、ａ（一种在太平洋西北岸地区普遍生长的灌木）、萃取的甘草根、大型芦苇分别作为碳源的情况。结果表明，Ｇｒａｃｉｌａｒｉａｖｅｒｒｕｃｏｓａ因其营养物质蛋白质含量高，比表面积大，具有最好的反硝化脱氮效果。在Ｇｒａｃｉｌａｒｉａｖｅｒｒｕｃｏｓａ脱氮系统中，可溶性有机碳的含量最高，可生化性最好；硝酸盐氮在１４ｄ完全被去除。Ｖｏｌｏｋｉｔａ等［８］在实验室条件下，以原棉为碳源去除饮用水中的硝酸氮。在该研究中，棉花同时作为碳源和微生物生长的基质。试验结果表明，以棉花为碳源脱氮效果明显，进水中的硝酸盐能在较短时间内完全脱

6、除，出水有机物含量低，无氮气堵塞问题和亚硝酸盐积累情况。金赞芳等［９］同样以棉花为外加碳源和细菌生长的载体，利用生物反应器去除了地下水中的硝酸盐。试验结果表明，在室温（２５±１）℃，停留时间９．８ｈ，进水２２．６ｍｇ／Ｌ的ＮＯ３－－Ｎ完全被去除。棉花在反硝化过程中可以逐渐完全被利用，而且对环境无害，处置方便。１．２植物秸秆目前国内外已有利用植物秸秆作为反硝化碳源的试验研究报道，Ｉｎｇｅｒｓｏｌｌ等［１０］和Ｇｉｂｅｒｔ等［１１］研究了以香蒲茎叶等枯落物为有机碳源处理氮污染严重的地下水，结果表明反硝化脱氮效率

7、明显提高。魏星等［１２］将玉米、芦苇秆、树枝、稻壳４种植物秸秆材料添加在人工湿地系统中，结果表明，补充植物秸秆后，人工湿地系统的脱氮效果得到了显著强化，ＴＮ去除率从４４％左右提高到５３％～６６％，而植物秸秆的种类对湿地脱氮效果无显著影响，但是碳源补充在中层的脱氮效果好于碳源补充在表层的脱氮效果。金赞芳［１３］采用装了麦秆的反应器来进行脱氮处理。反应器用麦秆、沙子和灰泥土的混合物填满，沙子和麦秆提供了一个稳定的反硝化环境。水力停留时间为２ｈ，在３０ｄ的工作时间中，硝酸盐的去除率达到１００％。徐锁洪等［１４］进

8、行了以稻壳为载体培养固定反硝化菌去除水中ＮＯ３－－Ｎ的试验。结果表明，以稻壳为载体培养的反硝化菌在ＮＯ３－－Ｎ初始浓度为０～１００ｍｇ／Ｌ范围内，ＮＯ３－－Ｎ去除速率随着其浓度的升高而加快，ＮＯ３－－Ｎ平均去除速率为５．９ｍｇ／（Ｌ·ｈ），去除率达９１．６％。邵留等［１５］进行了以稻草为碳源和生物膜载体去除水中的硝酸盐的试验，其去除率可达９０％以上。１．３纸纸的主要成分为纤维素、半纤维素、木质素等。Ｖｏｌｏｋｉｔ