控氧生物膜系统对微污染水体脱氮性能

Posted 2023-01-13 水体

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摘要：通过控制生物膜系统溶解氧（DO）浓度分别为0.5～1 mg/L（Ⅰ）、1～2 mg/L（Ⅱ）、2～3 mg/L（Ⅲ），研究在微污染城市河道水体中实现短程硝化反硝化的可行性。研究表明，在3个系统中，化学需氧量（COD）、氨氮（NH4+-N）和总氮（TN）的平均去除率分别稳定在62.3%、38.6%和38.2%（工况Ⅰ），65.5%、59.4%和28.2%（工况Ⅱ），66.1%、77.3%和22.8%（工况Ⅲ）。

系统中各形态氮素含量及其变化情况分析表明，在具有一定NH4+-N去除率前提下，控制体系处于低DO浓度（<1 mg/L），亚硝酸盐氧化菌（NOB）生长及活性受到抑制，NO2--N明显累积，经反硝化作用直接转化为氮气（N2），实现了微污染城市河道水体中的短程硝化反硝化。

随着工业化和城市化的不断发展，我国环境污染问题不断凸显，其中水资源污染问题越来越严重。根据《2011中国环境公报》全国地表水总体为轻度污染，湖泊（水库）富营养化问题仍突出。作为城市重要组成部分的城市河道水体，大部分都受到了不同程度的污染，这对城市居民生活生产造成了巨大的影响。其中，导致水体污染的主要原因之一就是含氮污染物过量排放。

生物脱氮技术*)+通过硝化菌和反硝化菌的生理功能，将污水中各种形态的氮元素最终转化为N2，从而达到脱氮作用。生物脱氮过程可分2种：以NO3-为电子受体的全程反硝化和以NO2-为电子受体的短程反硝化。其中，充足的碳源是反硝化菌高效脱氮的关键。

但是，城市河道污水中COD浓度较低，存在碳源不足的缺点。而短程硝化反硝化由于以NO2-为电子受体，不经历NO3-还原为NO2-阶段，碳源消耗降低，可减小城市河道低碳源对脱氮的影响。此外，与传统的全程硝化反硝化相比，短程硝化反硝化还具有降低能耗、缩短HRT、减少污泥产率等特点。

在脱氮过程中，可通过调控DO、温度、污泥龄等参数抑制NOB的生长及活性，将硝化反应控制在亚硝化阶段，实现大量的NO2--N累积，进而通过反硝化，直接将NO2--N转化N2从水中去除，实现短程硝化反硝化。
生物膜技术具有微生物种群丰富、抗水质波动能力强和运行成本低等特点，在污水处理中得到广泛应用，且主要运用于高浓度废水。。

本文以生物膜技术为基础，通过控制系统DO浓度，测定水体中各种氮素形态的含量及变化情况，研究城市河道微污染水体中实现短程硝化反硝化的可行性，以期为河道污染水体原位修复工艺的工程化应用提供理论基础。

1材料和方法

1.1实验装置

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