第二章有所不同种类有机物作为电子供体提升反硝化速率的较为基于氨氮废水的水解可玩性较高，而且一般废水中的碳源种类多样，每种碳源对于微生物的反硝化速率的影响程度也不尽相同，本章实验采行三种有所不同种类的有机物作为碳源，利用反硝化实验装置对高浓度的含氮废水展开NO3––N的水解，监测在NO3––N的水解过程中NO3––N和COD含量的变化情况，研究有机碳源对硝酸盐还原成的影响较为。并且利用硝酸盐除去动力学定量叙述在三种碳源影响下，有所不同碳氮比的动力学参数的变化，为工程应用于中对于碳源以及最佳碳氮比的自由选择奠下理论性基础。2.1材料与方法2.1.1鼓吹硝化实验装置本章实验所使用的反硝化实验装置由摇瓶和恒温磁力搅拌器构成，如图2-1。

恒温磁力搅拌器的扭矩为160rpm，温度为35℃。2.1.2实验试剂以及仪器本章实验所用的葡萄糖、邻苯二甲酸氢钾、甲醇、硝酸钠、氯化铵、磷酸二氢钾和碳酸氢钠皆为分析显(AR)，售给上海国药集团。实验中所须要基础实验耗材有鼓瓶、量筒、封口膜、烧杯、玻璃棒、容量瓶、比色管、试管架、塑料滴管、移液管、定量滤纸、酸式滴定管、铁架台、塑料针管、水系滤膜、秤纸、重复使用口罩、重复使用手套等。

上述耗材皆售给上海国药集团化学试剂有限公司。本章实验仪器设备如表格2-1右图：表格2-1实验仪器设备仪器设备生产厂商AcademicMilli-Q纯水机法国密理博公司AR1140/C电子分析天平奥豪斯（上海）公司ICS-5000多动能离子色谱仪赛默飞世尔科技（中国）有限公司YQD-6氮气减压器上海减压器厂有限公司SKALAR2000型流动分析仪荷兰SKALAR仪器公司HJ-6A型数显恒温多头磁力搅拌器江苏省金坛市荣华仪器生产有限公司JK205-ACOD恒温加热器济南精密科学仪器仪表有限公司KUDOS超声波清洗器上海科导成像仪器有限公司2.1.3仿真含NO3––N废水的配备开始实验之前，分别将葡萄糖、邻苯二甲酸氢钾和甲醇用超纯水提炼成COD浓度为30000mg/L、15000mg/L、12000mg/L的母液可用。将硝酸钠和磷酸二氢钾分别用超纯水配备成NO3––N浓度为3200mg/L、TP浓度为640mg/L的母液可用。

将碳酸氢钠用超纯水配备成浓度为20g/l的母液可用，用作调节pH。微量元素溶液(g/L)：FeCl2•4H2O1.5、NiCl2•6H2O0.024、CoCl2•6H2O0.19、CuCl2•2H2O0.002、MnSO4•7H2O0.1、Na2MoO4•2H2O0.024、ZnCl20.07、H3BO30.006。

以上母液皆储存于4℃冰箱中可用，在实验中根据有所不同的实验浓度市场需求溶解到适当浓度。2.1.4鼓吹硝化菌的驯养2.1.4.1活性污泥的清除污泥来源于上海龙华水质净化厂的二沉池的转往污泥。在驯养之前，再行用自来水清除污泥，具体步骤是将200mL的污泥放入1L的量筒内，再行重新加入700mL的自来水，让污泥权利溶解30min后将上清液喝，反复上述步骤6遍。

2.1.4.2鼓吹硝化污泥的驯养在最初4天，再行用于葡萄糖浓度为400mg/L、NO3––N为20mg/L和P为4mg/L（即C/N/P之比100:5:1）的溶液在500mL的摇瓶里展开氧气条件下的污泥驯养。从第5天开始，将此污泥分别平均值放入三个250mL的摇瓶里，污泥下陷比（SV30）掌控在250mL/L，展开有所不同碳源影响下反硝化污泥的驯养。

即分别逐步减少葡萄糖、邻苯二甲酸氢钾和甲醇的重新加入量，COD从400mg/L渐渐减少至1000mg/L，NO3-N的重新加入量也从20mg/L逐步减少到100mg/L。在此驯养过程中，N/P比始终保持在5:1。驯养具体步骤为将实验所须要的营养液分别放入鼓瓶里，再行特自来水至200mL，差使氮气，将鼓瓶里的溶解氧掌控在0.5mg/L以下，封口后，置放磁力搅拌器上展开驯养，温度控制在35℃左右，扭矩掌控在160r/min。

驯养期间，鼓瓶每天换水。当60mg/L的NO3-N在12h内几乎除去时，即指出该污泥早已驯养已完成，可以开始实验。2.1.5实验方法2.1.5.1鼓吹硝化实验分别用葡萄糖、邻苯二甲酸氢钾和甲醇作为碳源，展开反硝化实验，以实地考察碳源对氮素除去的影响。

实验时将驯养好的污泥分别摆放在三个250mL的摇瓶里，分别重新加入实验所须要的葡萄糖、邻苯二甲酸氢钾和甲醇三种有所不同有机碳源，硝酸钠、磷酸二氢钾、碳酸氢钠、微量元素等其他所须要营养元素，展开NO3––N的水解实验。2.1.5.2有所不同碳氮比的反硝化实验针对3种碳源分别设置2种有所不同碳氮比展开实验。以NO3––N的初始浓度划为60mg/L，分别以C6H12O6、C8H5KO4和CH3OH为碳源，C/N之比4和10，重新加入0.2mL微量元素溶液以及2mL的20g/L的碳酸氢钠溶液，欲出有符合反硝化污泥基本生活拒绝的C/N。

实验中每间隔一定时间采样来分析NO3––N和COD等参数，水样皆经过0.22µm的水系膜过滤。为实地考察有所不同有机碳源对鼓吹硝化否有影响，在上述2种C/N条件下以C6H12O6、C8H5KO4和CH3OH为碳源，重新加入0.2mL微量元素溶液以及2mL的20g/L的碳酸氢钠溶液，设置NO3––N初始浓度从30mg/L至210mg/L的7种NO3––N浓度展开反硝化实验，测试NO3––N在反应10min的浓度，解法它们的初速率，并以NO3––N初始除去速率与其初始浓度作图，以实地考察NO3-N初始浓度对其初始速率的影响，以判断有所不同碳源在生物处理过程中的影响关系。实验中每间隔一定时间采样来分析硝态氮，水样某种程度要经过0.22µm的水系膜过滤。2.2分析方法NO3––N浓度搭配SKALA2000型流动分析仪展开分析。

COD的分析使用国标法测量(GB11914-89)[38]。2.3结果与辩论2.3.1有机碳源对硝酸盐还原成的影响图2-2右图是在C/N之比4时，分别以葡萄糖、甲醇和邻苯二甲酸氢钾为碳源时，初始NO3––N浓度为60mg/L时，NO3––N的水解情况。从图中可以显现出，以葡萄糖为有机碳源时，NO3––N的水解速率显著地要低于以甲醇和邻苯二甲酸氢钾为碳源时的速率。这指出，在鼓吹硝化过程中，葡萄糖可以获取更好的电子或更容易被微生物所利用。

这是因为在鼓吹硝化过程中，有机碳源作为电子供体，可以向硝酸盐获取电子而造成硝酸盐还原成。在氧气条件下，这3种有机物在异构化反应中所获取电子的反应式如下：葡萄糖:C6H12O6+6H2O→6CO2+24H甲醇：CH4O+2H2O→CO2+8H邻苯二甲酸氢钾：C8H5KO4+13H2O→8CO2+30H+KOH借此可以显现出，上述3种有机碳源的异构化反应过程中，葡萄糖可以获取24个电子对(H=H++e–)，显著地低于甲醇。因而葡萄糖对鼓吹硝化速率的提升，要高于甲醇。

此外，邻苯二甲酸氢钾虽然可以获取30个电子对，但由于两个羧基分别与苯环中邻接的两个碳原子相连接而出的二元芳香羧酸，其结构为一个苯环再加羧基基团，因此它的结构比较平稳，比起葡萄糖的分子结构，更难被微生物所利用。图2-3右图为当C/N比提升到10时，NO3––N的水解情况。此时，由于有机碳源不足，皆可以获取大量的电子，电子数量早已不沦为反硝化的限制性因素。

因此这3种有机碳源对硝酸盐的除去速率的影响十分相似。2.3.2基于有所不同有机碳源的硝酸盐除去动力学有时一些工业废水中NO3––N浓度十分低，此时为了有效地除去其中的N，适当的有机碳源的加到量也适当减少。但是有所不同碳源的性质，在其减少到一定时候，其对鼓吹硝化的影响可以用NO3––N的动力学来叙述。

图2-4右图是C/N之比4时，反硝化速率的变化情况。从图中可以显现出，当以葡萄糖和甲醇为碳源时，随着初始NO3––N浓度的减少，在0-210mg/L范围内NO3––N除去速率也随之减少。这一趋势可以用Monod模型来叙述。其中，r和rmax分别是NO3––N除去速率和仅次于除去速率，KS是饱和状态常数，是与仅次于除去速率所对应的浓度，CS是初始NO3––N浓度。

而当以邻苯二甲酸氢钾为碳源时，当初始NO3––N浓度减少到120-150mg/L时，其除去速率开始上升。这指出随着浓度的减少，邻苯二甲酸氢钾展现出出对鼓吹硝化有一定的抑制作用。此种情况可以用Aiba模型展开叙述，这里新的参数KS是Aiba诱导浓度。当C/N之比10时，也展现出出有类似于的情况，如图2-5右图，但有关参数有所变化。

表格2-2和表格2-3分别是C/N之比4和10时，它们的动力学参数以及泊松(Pearson)相关系数。从表中可以显现出，葡萄糖为碳源时，rmax总是仅次于，适当的KS值总是大于。

当C/N之比4时，葡萄糖所对应的rmax值比甲醇与邻苯二甲酸氢钾所对应rmax值的大32%，而当C/N之比10时，葡萄糖所对应的rmax值比甲醇和邻苯二甲酸氢钾所对应的rmax值分别大7%和9%。借此可以显现出，葡萄糖更加不利于反硝化的展开。6.1结论(1)在C/N之比4时，三种碳源影响下，微生物对于NO3––N的去除率和除去总量要显著高于C/N之比10时的去除率与除去总量。在C/N之比4时，以葡萄糖为有机碳源，NO3––N的水解速率显著地要低于以甲醇和邻苯二甲酸氢钾为碳源时的速率。

而在C/N之比10时，此时，由于有机碳源不足，皆可以获取大量的电子，电子数量早已不沦为反硝化的限制性因素。所以在节约成本的基础上，自由选择适合的碳氮比变得尤为重要。（2）在C/N之比4和10的两种情况下，葡萄糖和甲醇作为电子供体随着浓度的增高，皆没诱导现象再次发生，而且葡萄糖要更为高于甲醇，而以邻苯二甲酸氢钾作为电子供体时，随着浓度的增高，不会经常出现诱导现象。这些现象更进一步检验了葡萄糖和甲醇作为反硝化碳源的优势，也说明了在利用邻苯二甲酸氢钾作为碳源时，应当留意浓度的用料，投入量应当尽可能维持在邻苯二甲酸氢钾的诱导系数之前。

（3）在两种碳源的重新加入方式之下，葡萄糖作为电供体时，NH4+–N的水解效率是三种碳源中最低的。以第二种碳源重新加入方式为事例，葡萄糖将近85%，甲醇其次，为58%，而邻苯二甲酸氢钾低于，为50%左右。在鼓吹硝化阶段，以第一种碳源重新加入方式为事例，NO3––N的除去效率的强弱顺序依序为葡萄糖、甲醇和邻苯二甲酸氢钾。

但以第二种碳源重新加入方式的情况下，NO3––N的除去效率的强弱顺序也依序为葡萄糖、甲醇和邻苯二甲酸氢钾。这解释无论是何种碳源的重新加入方式，微生物对于葡萄糖的利用效率依旧最低，即NO3––N的除去效率最低。

（4）实时硝化反硝化反应在水解NH4+-N的同时，也水解了NO3--N，以C/N之比10为事例，在以葡萄糖作为电子供体时，NO3--N在反应器中的最后含量占有了系统中NO3--N含量最低时的百分数为6%，而在以甲醇作为电子供体时，NO3--N在反应器中的最后含量占有了系统中NO3--N含量最低时的百分数为11%，再行以邻苯二甲酸氢钾作为电子供体时，NO3--N在反应器中的最后含量占有了系统中NO3--N含量最低时的百分数为14%。而且实时硝化反硝化对于COD的利用率也比数步硝化反硝化低。这间接说明了实时硝化反硝化反应对于氮素的去除率也仍然是以葡萄糖为最低。

（5）三种有机碳源影响下的生物膜有其各自的优势菌种，而且以葡萄糖影响下的菌种的丰富性最弱，甲醇居住于其次，而邻苯二甲酸氢钾丰富性低于。这解释有所不同有机碳源对于生物膜中菌落的构成具有至关重要的起到，最后驯养完的生物膜中的菌落都是能很好的适应环境各自的碳源的，进而利用各自的碳源展开氮素的转化成与除去。6.2建议根据以上的实验结论，我们对三种有所不同碳源影响下的微生物的硝化作用，反硝化作用展开了探究和研究，并且利用腰流式内循环生物膜反应器的实时硝化反硝化作用与其展开对比分析，而且还对于在三种有机碳源影响下构成的生物膜菌落展开了分析生物学分析，对各自碳源的优势菌种有了一定的理解。

但是，在整个实验分析过程中还是不存在不足之处，因此，明确提出以下几点建议：(1)虽然实时硝化反硝化作用提升了NH4+-N的去除率，但是NO3—N的转化率和去除率总体来说还是不低，所以可以再行转变一下外部条件，如C/N比，pH值等提升转化成和除去效率。(2)腰流式内循环生物膜反应器（ICBBR）虽然构建了实时硝化反硝化作用，提升了水解速率以及COD利用率，但是它还是有提高空间，可以再进一步通过实验改良一下反应器的设计工艺，优化功能。(3)由于反应器的设计所致，所以反应器内部的一些地方的溶解氧（DO）很难测获得，所以对于确实构建实时硝化反硝化作用的溶解氧条件不是很准确，所以还必须改良工艺。(4)由于微生物在展开硝化作用，反硝化作用，还是实时硝化反硝化作用时都会产生新陈代谢废物，这都会影响整个实验系统的酸碱度，所以每个时刻，系统的pH值都大大在变化，所以为了获得等准确的实验数据，还必须时刻监测并且调整反应系统的pH值。

(5)本实验就搭配了三种具备有所不同结构特征的有机碳源，可以再行自由选择几种有所不同结构特征的碳源，展开碳源的替代性。

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