同步硝化反硝化(SND)相比于傳統(tǒng)脫氮具有簡化工藝?節(jié)省投資和處理效率較高等優(yōu)點，同時，影響同步硝化反硝化的因素也很多，如:DO?溫度?C/N等[1，2]。因此，如何實現(xiàn)穩(wěn)定的同步硝化反硝化對于脫氮具有重要意義。近年來，國內(nèi)外關(guān)于同步硝化反硝化的討論主要集中在其機理方面，主要分為宏觀環(huán)境理論?微環(huán)境理論和生物學(xué)理論[3]，微環(huán)境理論認(rèn)為:氧的擴散會在微生物絮體或生物膜內(nèi)受到限制，從而形成溶解氧梯度，導(dǎo)致表面DO濃度高，主要生長好氧硝化菌和氨化菌，而內(nèi)部氧傳遞受阻則產(chǎn)生缺氧區(qū)，以反硝化菌為主，這就形成了有利于同步硝化反硝化的微環(huán)境[4]。而國內(nèi)目前對SND的研究多集中在優(yōu)化工藝方面[5-7]，較少涉及其實現(xiàn)過程中微環(huán)境的表征與研究。本文正是針對實現(xiàn)同步硝化反硝化的微環(huán)境理論，在SBBR連續(xù)流的運行條件下，通過靈敏度高?對受試生物膜損害小的微電極技術(shù)[8]測定同步硝化反硝化生物膜內(nèi)各深度處的溶解氧空間分布，且在已達(dá)到同步效果的生物膜基礎(chǔ)上將其置于不同pH下，進(jìn)而，達(dá)到驗證微環(huán)境理論和探求pH對同步硝化反硝化生物膜TN去除?SND率及其膜內(nèi)溶解氧分布的影響。
1 實驗材料與方法
1.1 實驗裝置
裝置主體由2種規(guī)格的SBBR和微電極檢測系統(tǒng)組成，SBBR均由有機玻璃制成。其中，用于培養(yǎng)生物膜的SBBR內(nèi)徑14cm，高為70cm，有效容積為10L，如圖1所示。該反應(yīng)器內(nèi)放置10片組合纖維填料，每片填料之間的間距為50mm左右。培養(yǎng)過程中運行方式為瞬時進(jìn)水?曝氣?靜沉?排水，每天2個周期。用加熱棒恒定SBBR內(nèi)溫度在26~28℃。用于主體實驗的小型SBBR有效容積為2.56L，尺寸為16cm×16cm×10cm，放置單片經(jīng)培養(yǎng)達(dá)到同步硝化反硝化的生物膜填料，采用鼓風(fēng)曝氣，通過轉(zhuǎn)子流量計調(diào)節(jié)曝氣量來控制溶解氧濃度，采用下部進(jìn)水，上部出水的連續(xù)流運行方式。
? 微電極檢測系統(tǒng)和生物膜上微電極探針測點分布分別如圖2?圖3所示。其中測量生物膜內(nèi)部溶解氧值的微電極是丹麥Unisense公司生產(chǎn)的PA2000型溶解氧微電極探針。
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? 1.2 實驗用水
本實驗采用人工模擬生活污水來培養(yǎng)馴化實驗所需生物膜，原水水質(zhì)為:COD227~307mg/L;TN21.5~29.6 mg/L; NH+4 -N 19.8 ~27.5 mg/L;NO-2 -N0~0.4mg/L;NO-3 -N0.3~2.4mg/L。采用淀粉?NH4Cl?KH2PO4?CaCl?MgSO4?FeSO4 和小蘇打等配制污水組成，其中淀粉3g/10L;NH4Cl1.2g/10L;KH2PO40.25g/10L;CaCl20.2g/10L;MgSO40.3g/10L;FeSO40.02g/10L。
1.3 檢測方法
COD:重鉻酸鉀法;氨氮(NH+4 -N)濃度:納氏試劑分光光度法;硝氮(NO-3 -N)濃度:麝香草酚法;亞氮(NO-2 -N)濃度:N-(1-萘基)-乙二胺分光[9];DO和pH:德國WTW 分析儀;膜內(nèi)溶解氧:丹麥Unisense溶解氧微電極檢測系統(tǒng)。
1.4 生物膜的培養(yǎng)與馴化具體參見污水技術(shù)資料更多相關(guān)技術(shù)文檔。
本文采用接種法培養(yǎng)生物膜，取廣州市瀝蟯污水處理廠二沉池回流污泥，沉淀排除上清液后倒入掛有纖維填料的SBBR中，同時加入人工配制的模擬污水并曝氣。其中DO濃度為3mg/L左右，曝氣時間8~8.5h，每天運行2個周期，每次開始曝氣前采用全換容的方式加入新鮮污水。經(jīng)過25d的連續(xù)培養(yǎng)，出水水質(zhì)穩(wěn)定，COD去除率達(dá)90%以上，氨氮去除率達(dá)85%以上，TN去除率30%左右。再取較厚的生物膜填料分別放入小型SBBR中采用連續(xù)流方式運行，同時以NaHCO3 調(diào)節(jié)其pH為6.5±0.1，7±0.1，7.5±0.1，8±0.1，8.5±0.1。每天取樣測其三氮變化，待TN去除率和SND率穩(wěn)定后用微電極檢測其膜表面沿深度往下3mm的溶解氧變化情況。
