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以麦秆作为好氧反硝化碳源的研究 ＊ 刘江霞 罗泽娇 靳孟贵 廉晶晶 李永勇 中国地质大学环境学院, 武汉 430074 摘要 采用室内试验装置, 研究以麦秆为碳源和反应介质的生物反应器在好氧条件下去除地下水中硝酸盐的影响因 素和效果。 结果表明, 以麦秆为碳源的反应器启动快, 反硝化反应受温度及水力停留时间影响大。 28℃时 N 的去除量 约 33℃的 3 倍。当室温为 271℃, 进水硝酸盐氮浓度为 50 mg L、水力停留时间 56. 85 h 时, 反应器对氮的去除率在 94. 64以上; 当水力停留时间为 12 h时, 氮去除率 3 mg L; 流量为 1. 2 mL min 。 2 结果和讨论 2. 1 温度的影响 反应器稳定运行 1 周后 , 依次对各个温度 23、 28、 33、 38℃ 进行为期 12 d 的考察。从图 2 可以看 出,以麦秆为碳源的反硝化反应受温度影响很大。温 度从 23℃ 升到 28℃时 ,N 的去除量增加约 1 倍 ; 28℃ 时N 的去除量约是 33℃的 3 倍; 从 28℃上升到 38℃ 时,N 的去除量显著降低。说明本反应器较佳的反硝 化温度在 28℃ 左右。 通过对土壤中好氧反硝化细菌的筛选和培养研 究发现, 接种物中的反硝化细菌最佳生长温度为 30℃,这与反应器的运行结果互相印证 。 图 2 温度对N 去除量的影响 2. 2 水力停留时间的影响 反应器稳定运行 1 周后 ,考察水力停留时间对反 应器的影响 ,停留时间变化范围为 12～ 57 h ,每个停 留时间运行 12 d 。在停留时间为56. 85 h时 , 出水中 NO - 3-N 浓度很低 ,其浓度最高时达到 6. 64 mg L, 最低 时仅 1. 23 mg L 。随着停留时间的减少 ,出水 NO - 3- N 浓度增加较大, 见图 3。从图 3 可以看出反应器在停 留时间为 56. 85 h 时,反硝化能力达到最大 ,N 的去除 率高达 95。停留时间从 56. 85 h 缩短到 34. 75 h 时,出水 NO - 3-N 平均达到 27 mg L ,NO2- N 变化不明 显,仍旧很低 。NO - 3- N 的去除受停留时间的影响很 大,因为当流量增加到一定的值, 过大的水力负荷导 致反应器中附着在麦秆上的细菌被冲洗下来, 细菌、 酶和小分子有机碳随水一起排出, 导致 N 去除率降 低。虽然没有观察到出水细菌数的变化 ,但可以发现 出水的 可溶性有机碳发生了变化。 停留时间为 56. 85 h时 ,出水 COD在 69～ 200 mg L变化。从图 3 B 中可以明显的看出, 随着停留时间的减少,N 的去除 率、 COD 明显的降低,出水中NO - 3-N浓度明显的增加 。 图 3 停留时间对N 去除率的影响 2. 3 进水NO - 3- N 浓度的影响 反应器稳定运行 1 周后 , 进水 NO - 3- N 浓度分别 为200 、 150、100、50 mg L的情况下研究 NO - 3- N 的去 除。反应从进水 NO - 3-N 浓度为 200～ 50 mg L持续进 行,发现进水 NO - 3- N 浓度为 50 mg L时 ,出水 NO - 3- N 浓度很低,NO - 2-N 也几乎检测不到; 当进水NO - 3- N 浓 度为 100、150 mg L时 , 出水 NO - 3- N 浓度明显的随之 升高 ; 当 NO - 3-N 浓度为 200 mg L时 , 出水中出现 NO - 2-N。由每个进水浓度计算出水 NO - 3- N 浓度的反 硝化速率平均值与进水 NO - 3- N 浓度作图, 可以发现 反硝化速率明显与NO - 3- N 浓度呈线性关系。 图4 进水 NO - 3-N 浓度对 N 去除量的影响 2. 4 pH 值的影响 反应器稳定运行 1 周后, 研究进水 pH 分别为 5. 8、 6. 3、 6. 7、 7、8 时 NO - 3- N 的去除。从图 5 中可以 95 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 看出, 当 pH 值为 6. 7 时,N 的去除率最高, 达到 90 以上; 当 pH 值为 6. 95 时 , 反硝化的效果也较好。出 水中NO - 2- N 和 NH 4- N 浓度均很低 。在好氧条件下, 充填麦秆作为反硝化的碳源时 ,pH 中性偏酸, 有利于 提高脱氮率。 图 5 pH对 N 去除量的影响 2. 5 长期运行 研究反应器运行过程中麦秆的消耗和氮的去除 量之间的关系发现, 反应器在每个影响因子运行 2 个 月,麦秆消耗了 21 ～ 35 g ,氮的去除量为 3. 5 ～ 5. 8 g , 麦秆和氮的消耗比为 3. 7～ 10。运行 2 周麦秆和氮的 消耗比为 32,因此运行初期 ,麦秆的消耗量比较大 。 在反应器运行稳定时 , 在较佳的影响因子下, 90以上的进水NO - 3- N 转化成N2,出水中很少检测 到NO - 2-N 和NH 4- N 。在运行良好的状态下 ,出水的 COD 维 持 在 50 ～ 100 mg L, 出 水 的 细 菌 数 在 10 6个 mL ,所以反应器出水需要经过进一步的处理才 可饮用。反应器运行 2 个月后, 麦秆的消耗量为反应 初期的 11～ 20。因此 , 以麦秆作为反硝化的碳 源和反应介质能够进行较长时间 , 而不需经常补充。 另外 ,在很多生物反硝化反应器中 ,经常出现 N2的堵 塞问题 ,但是在以麦秆作为介质的反应器中 ,由于麦 秆中空且填充时总有空隙 ,N2通过麦秆间的缝隙排 出,不会发生N2的堵塞问题。 3 结论 1 以麦秆为碳源和反应介质的生物反硝化法能 成功地去除地下水中硝酸盐。在温度 28℃, 停留时 间较长, pH 值 6. 7, DO 3. 0 mg L的条件下, 进水 NO - 3-N 的N 完全被去除。反应器耐冲击 , 但受温度 影响大。 2 麦秆在反硝化过程中可以逐渐完全被利用, 反应器结束运行时, 麦秆对环境无害 ,处置方便; 当长 时间运行导致反硝化速率下降时,可通过加入麦秆使 反硝化速率增加 。 3 较快的反应速率,简单的操作 ,相对低廉的运 行费用 ,且麦秆是一种丰富的农业废弃物 ,使得这一 方法在地下水脱氮的实际运用中成为可能。 参考文献 [ 1] 胡国强, 许胜先. 工业冷却水中除锰、除铁的试验研究. 给水排 水, 1999,25 6 41 -43 [ 2] 张美云, 张玉敏, 张阁有, 等. 呼和浩特慢性地方性砷中毒地区 地下水水质分析. 环境与健康杂志,2002, 19 3 220 -222 [ 3] 陈余道, 朱学愚. 大武水源地地下水生物降解烃污染物的机理. 广西地质, 1999, 12 2 31 -34 [ 4] Blowes D W,Robertson W D,Ptacek C J, et al.Removal of agricultural nitrate from tile-drainage effluent water using in -line bioreactors. 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Groundwater, 2000, 38 5 689 -695 [ 8] 金赞芳, 陈英旭, 小仓纪雄. 以棉花为碳源去除地下水硝酸盐 的研究. 农业环境科学学报, 2004, 23 3 512 -515 作者通信处 刘江霞 430074 中国地质大学 武汉 地质科技情报 电话 027 62284719 E -mail jxliu0905163. com 2007- 09-12 收稿 96 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 Abstract This study was initiated to treat high salinity sewage resulting from processing marine products by A O process.Experiment was conducted at 800～ 1 000 mg L of COD, 80～ 100 mg L of NH 4-N and seawater percentage of 50 17 500 mg L salinityto investigate the activated sludge domestication and the biological law of microorganism succession.Results showed that autotrophic bacteria of nitration was influenced more badly than heterotrophic bacteria under high salinity circumstance.Microorganisms, such as Protozoa and Cladocera , showed status of activated sludge and the water quality, at the same time they replaced each other from low-grade to high -level.The symbolic microorganisms of initial stage, ing stage, increasing stage and mature stage were bacteria, cladocera, vorticella and rotifer. Keywords high salinity sewage, A O process, sludge domestication and microorganisms VARIATION CHARACTERISTICS OF NH 4-N AND TN IN LEACHATE FROM QUASI-AEROBIC LANDFILLWang Xiaolong Hu Shibin Huang Qifei et al 89 Abstract The variation law of NH 4-N and TN indifferent layers leachateswas studied. The results showed that, the NH 4-N concentrations in leachates of three landfilling layers of quasi-aerobic installation declined rapidly and reduced to 45. 6, 329 and 820 mg L, and the decreasing rateswere 86. 5, 81. 7 and 72. 8 respectively. TN concentrations in leachate of three layers were decreased to 313, 240 and 1 228 mg L respectively from 2 207, 3 511 and 5 751 mg L. According to the test results, the quasi -aerobic landfill had better removal rate of NH 4-N and TN. Keywords quasi-aerobic landfill, leachate and N -bearing pollutant INFLUENCE OF MEDIA PROPORTIONING UPON REMEDIAL EFFICIENCY OF PRB Li Li Wang Yeyao Meng Fansheng 91 Abstract The influence of proportioning by weight on efficiency of PRB, which was designed with Fe0and active carbon ACwas tested and studied. Cr Ⅵ was deoxidized by Fe0and adsorbed by AC. Different proportion of Fe0to AC strongly affected the removal rate of CrⅥ. The best results were made when the mass fraction of Fe0andAC were 40, 30. Cr Ⅵ could be reduced to 0. 05mg L when Voutput96. 5 L, which met the requirement of water quality standard for drinking water.pH was rising during the treatment. Keywords groundwater, PRB, chromium, zero -valent iron and active carbon WHEAT STRAW AS CARBON SOURCES OF AEROBIC DENITRIFICATION Liu Jiangxia Luo Zejiao Jin Menggui et al 94 Abstract The aerobic denitrification of groundwater was studied in laboratory columns packed with wheat straw as the sole substrate for microbial population. The resultsshowed that the reactor withwheat straw as carbon source started up fast, andtemperature andhydraulic retention time HRT markedly affected the denitrificationprocess. The N removal at28 ℃was approximately 3 times higher than that at 33 ℃. When the initial concentration was 50 mg L, 94 . 64 of nitrate nitrite was not detectedcould be removed after 56. 85 h at 271 ℃.The nitrogen removal rate was less 50when HRT was 12 h.pH and NO - 3-N concentration of influent had also effect on denitrification, and the nitrogen removal rate arrived 90when pH was 6. 7. The relation is linearity between nitrate removal rate and nitrate concentration of influent. Keywords wheat straw, carbon sources aerobic denitrification, biological treatment, groundwater and nitrate LIFE CYCLE ASSESSMENT ON ALKALINE PROCESS OF PRODUCING SECONDARY Zn POWDER FROM HAZARDOUS WASTE BEARING Zn Zhang Chenglong Guo Cuixiang ZhaoYoucai et al 97 Abstract The life cycle assessment was used to investigate the environmental impacts of alkaline process of producing secondary Zn powder. The results indicate that environmental impacts of the new technology is less than the conventional pyrometallurgical process. The energy consumption, greenhouse effect, acidification of the new process are 93. 26, 8. 88 and 0 . 85 of those by the conventional pyrometallurgical process. The residuesof alkaline process can be disposed as non -hazardous waste. It is a cleaner technology for extracting zinc from the hazardous waste bearing Zn. Keywords Zn powder, alkaline process, LCA and environmental impact Manager China Iron and Steel Association SponsorCentral Research Institute of Building and Construction of MCC Group PublisherIndustrial Construction Magazine Agency EditorThe Editorial Department of Environmental Engineering 33,Xitucheng Road,Haidian District, Beijing 100088,China Telephone 01082227638 82227678 Chief EditorBai Yun Vice Chief EditorShen Guiqiu Domestic All Local Posts DistributorChina International Book Trading Corporation P . O . Box 399, Beijing China China Standard Serial Numbering ISSN1000-8942 CN11-2097 X E -mailhjgcpublic . yj. cn. net hjgctg 163. com http www. hjgc . com. cn http www. hjgc . net . cn 6 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 2,Apr. ,2008