程雅楠　王田田　張鵬

摘要：通過(guò)調(diào)整碳氮比（C/N）對(duì)電極生物膜處理含硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮地下水的效果進(jìn)行了分析，研究了不同條件下地下水中硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的去除率。研究結(jié)果表明：當(dāng)C/N =1.00受污染地下水中硝酸鹽氮去除率最高，達(dá)到97%；亞硝酸鹽氮檢出量≤0.01 mg/L，同時(shí)未檢測(cè)出超標(biāo)外加碳源。當(dāng)C/N≥1.00或者C/N≤1.00時(shí)，地下水硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮的檢出率均大幅增加。說(shuō)明在去除地下水氮污染過(guò)程中，碳氮比（C/N）對(duì)生物膜表面的降解菌生長(zhǎng)影響較大，進(jìn)而影響了硝酸鹽氮的去除率，增加了亞硝酸鹽氮的積累。

關(guān)鍵詞：電極生物膜；反硝化；硝酸鹽氮；亞硝酸鹽氮

中圖分類號(hào)：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2017）18010903

1引言

可供人類利用的淡水資源中68%為地下水，而近幾年水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，地下水也受到不同程度的污染，包括硝酸鹽污染、氨氮污染等＼[1～5＼]。有研究表明世界75%～80%的人口的灌溉用水依賴于地下水，50%的城市居民的生活用水和將近90%的農(nóng)村地區(qū)的居民生活用水是以地下水為飲用水水源，然而地下水的健康狀況卻不容樂(lè)觀。長(zhǎng)期以來(lái)人類重視發(fā)展經(jīng)濟(jì)而忽視了環(huán)境保護(hù)，導(dǎo)致目前地下水污染問(wèn)題比較嚴(yán)重，而硝酸鹽污染是地下水污染中的一個(gè)非常重要的方面＼[6＼]。本文采用電極生物膜法對(duì)受硝酸鹽污染的地下水進(jìn)行修復(fù)，研究其處理效果并深入研究其技術(shù)原理。

2實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1實(shí)驗(yàn)材料

2.1.1實(shí)驗(yàn)裝置

圖1工藝流程圖中實(shí)驗(yàn)裝置的有效容積為12 L，外筒直徑260 mm，高300 mm；內(nèi)筒直徑75 mm，高180 mm。內(nèi)置微生物載體為長(zhǎng)約150 mm的80%棉、20%晴綸材質(zhì)棉線，有效體積約為3200 cm3。

設(shè)備中電極陽(yáng)極（碳棒）的有效表面積約為4000 mm2?？傞L(zhǎng)度4600 mm的電極陰極（不銹鋼絲）包埋于棉質(zhì)微生物載體內(nèi)。反應(yīng)器中采用WX-77962-00型蠕動(dòng)泵用以均勻水質(zhì)，另設(shè)有MP-15RN 型磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵用以確保反應(yīng)器內(nèi)水流循環(huán)。

本實(shí)驗(yàn)選用人工模擬受硝酸鹽污染的地下水。試驗(yàn)選用市政自來(lái)水為主體水環(huán)境，其中含定量的NaNO3模擬受硝酸鹽氮污染水，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中選用甲醇作為反硝化作用中的碳源＼[7＼]（表1）。

本裝置特點(diǎn)：

①可附著的生物量大；

②陰極電化學(xué)的還原作用能夠去除硝酸鹽污染；

③降解氮污染微生物可以利用電極陽(yáng)極上發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生的CO2，進(jìn)而降解污染物。

1為原水 ；2為蠕動(dòng)泵；3為反應(yīng)器電源；4為電極陽(yáng)極（碳棒）；5為電極陰極（不銹鋼絲）；6為棉質(zhì)微生物載體；7為水系統(tǒng)循環(huán)泵；8為溢水孔；9為導(dǎo)體

2.1.2主要實(shí)驗(yàn)儀器

本實(shí)驗(yàn)使用主要儀器如表2所示。

2.2分析項(xiàng)目及方法

2.2.1污泥的接種

本實(shí)驗(yàn)所用污泥取自污水處理機(jī)構(gòu)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬培養(yǎng)，培養(yǎng)水系統(tǒng)每24 h更換，培養(yǎng)適應(yīng)期共7 d。

2.2.2分析方法

硝酸鹽測(cè)定采用紫外分光光度法＼[8＼]，選用TU-1901 雙光束紫外分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定試劑選用1 mol/L的鹽酸溶液、氫氧化鋁懸浮液以及0.8%的氨基磺酸溶液。紫外分光光度法是在求得吸光度的校正值后，從校準(zhǔn)曲線中算得相應(yīng)的硝酸鹽氮質(zhì)量濃度＼[9＼]。

亞硝酸鹽的測(cè)定，采用我國(guó)檢驗(yàn)水中亞硝酸鹽氮的標(biāo)準(zhǔn)方法為重氮偶合分光光度法＼[8＼]，與氨基苯磺酰胺重氮偶合后，采用分光光度計(jì)比色定量＼[10＼]。pH值及溫度均由pH計(jì)測(cè)定。

3結(jié)果與討論

在不同碳氮比C/N條件下，模擬受污染地下水環(huán)境中的含氮有機(jī)物氧化分解實(shí)驗(yàn)參數(shù)及結(jié)果如圖2所示。

（a）硝酸鹽分解率在不同碳氮比作用時(shí)的變化（b）亞硝酸鹽氮濃度在不同碳氮比作用時(shí)產(chǎn)生的pH值變化

圖2含氮有機(jī)物在不同碳氮比作用下氧化分解變化趨勢(shì)

根據(jù)圖2（a）分析得出，不同碳氮比下反應(yīng)器的處理效果不同。碳氮比為3.00，水力停留時(shí)間為8 h時(shí)，硝酸鹽氮得到完全的去除，隨之碳氮比經(jīng)3.50、2.50、1.50、1.20、1.00、0.70、0.50遞減，硝酸鹽氮濃度緩慢增長(zhǎng)。

圖2（b）數(shù)據(jù)顯示，實(shí)驗(yàn)初期及中期模擬污染水系統(tǒng)中亞硝酸鹽氮含量很低，均滿足地下水水質(zhì)指標(biāo)中亞硝酸鹽氮濃度限值（≤0.02mg/L）。隨著碳氮比降至1.00后，亞硝酸鹽含量明顯高出水質(zhì)指標(biāo)限值。說(shuō)明在反應(yīng)過(guò)程中，產(chǎn)生較多量的亞硝酸鹽氮。

圖3分析了不同C/N下反應(yīng)器進(jìn)出水中COD含量的變化。圖中數(shù)據(jù)顯示，隨C/N的減少，進(jìn)出水中COD濃度均有所下降。當(dāng)碳氮比C/N持續(xù)減少至1.00以下時(shí)COD無(wú)檢出，說(shuō)明添加的甲醇在反應(yīng)過(guò)程中已被分解＼[11＼]。

4結(jié)論

（1）碳源是電極生物膜反應(yīng)器中獲取高效反硝化效率的主要控制參數(shù)，C/N代表有機(jī)碳源的量，過(guò)高的C/N會(huì)產(chǎn)生水質(zhì)污染，進(jìn)而增加水處理藥劑，提高運(yùn)行成本。但過(guò)低的C/N則會(huì)過(guò)度積累亞硝酸鹽導(dǎo)致反硝化不完全，因此污染物降解過(guò)程中碳源類型及碳氮比值的確定十分重要。

（2）反硝化過(guò)程中產(chǎn)生亞硝酸鹽氮積累，是由于硝酸鹽氮降解反應(yīng)過(guò)程中硝酸鹽降解菌的還原酶作用強(qiáng)于亞硝酸鹽還原作用，抑制了亞硝酸鹽還原＼[12～14＼]，從而產(chǎn)生大量亞硝酸鹽氮。

（3）硝酸鹽氮降解反應(yīng)中的，當(dāng)C/N為1.00時(shí)，污染物降解完全，去除率已達(dá)到95%，因此說(shuō)明去除地下水氮污染過(guò)程中最佳碳氮比為1.00。

致謝：本實(shí)驗(yàn)工作由中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站張鵬工程師等協(xié)助完成，在此表示感謝。endprint

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Effect of C / N Ratio on Treatment of Nitrogen-Contaminated Groundwater by Biofilm Process

Chen Yanan1， Wang Tiantian1， Zhang Peng2

（1. CCCC Railway Consultants Group Co.， Ltd， Bijing 100088， China； 2. China National Environmental Monitoring Center， Bijing 100012， China）

Abstract： The removal rate of nitrate nitrogen and nitrite nitrogen in the groundwater are different due to the change of C/N. The result show that： when the optimum C/N is 1.00， the nitrate nitrogen removal rate reached the maximum value 97% and nitrite concentration was ≤0.01 mg/L. The content of nitrate nitrogen and nitrite nitrogen has increased considerably when C/N≥1.00 or C/N≤1.00 of groundwater. The results indicated that in the process of nitrogen pollution removing. The growth of the biodegradable bacteria is much affected by C/N on the surface of the biofilm， and then the removal rate of nitrate nitrogen was affected. The accumulation of nitrite nitrogen was also increased.

Key words： biofilm-electrode reactor； denitrification； nitrate nitrogen； nitrite nitrogenendprint