熱線(xiàn):021-66110819,13564362870
Email:[email protected]
熱線(xiàn):021-66110819,13564362870
Email:[email protected]
研究意義
氧化亞氮(N2O)是一種強力的溫室氣體,對環(huán)境有著(zhù)多方面的影響,能夠吸收中心波長(cháng)為7.78、8.56、16.98um的長(cháng)波紅外輻射,從而產(chǎn)生溫室效應。本論文主要研究了反硝化除磷和常規反硝化過(guò)程中N2O產(chǎn)生的差異,從反硝化酶活性和亞硝酸鹽的積累角度揭示了反硝化除磷過(guò)程中N2O產(chǎn)化的機理的機理研究,并在此基礎上研究硝酸鹽的投入以及進(jìn)水碳源和進(jìn)水COD濃度對于污水處理過(guò)程中氧化亞氮生產(chǎn)的影響。
微電極的應用
首先進(jìn)行電極的極化。提前個(gè)12小時(shí),打開(kāi)微電極主機,插上電極,將極化電壓調到開(kāi)始,過(guò)夜極化,將室內溫度控制在25度。將準備好的含有氧化亞氮飽和液的溶液0.1ml、0.2ml、0.5ml、以及2ml的N2O飽和水溶液加入到較量瓶中,放入電極,待信號穩定后測定,獲取N2O的標準曲線(xiàn)。利用微電極測定反應器中產(chǎn)生的溶解態(tài)氧化亞氮的濃度。
實(shí)驗結果
研究表明在SBR污水處理過(guò)程中反硝化除磷過(guò)程中N2O的產(chǎn)生量遠高于常規反硝化過(guò)程中,其中反硝化除磷過(guò)程中產(chǎn)生的N2O是常規反硝化過(guò)程的30倍。這是因為反硝化除磷過(guò)程以PHA為碳源進(jìn)行反硝化導致反硝化酶對電子形成競爭,氧化亞氮還原酶因無(wú)法獲得足夠多的電子將N2O還原,而造成N2O的積累。同時(shí)進(jìn)水COD濃度會(huì )明顯影響反硝化酶的活性,導致不同的亞硝酸鹽的積累。硝酸鹽的投加方式會(huì )影響反硝化除磷過(guò)程中氧化亞氮的產(chǎn)生。
圖1、、不同條件下的N2O的產(chǎn)生特征,只添加醋酸鹽鹽,同吋添加酸鹽和乙酸鈉,只添加亞硝酸鹽、同時(shí)添加亞銷(xiāo)酸和乙酸鈉。圖中可以看出,當系統中不添加外碳源乙酸,DPAOs以厭氧段合成的胞內聚合物PHA為碳源進(jìn)行反硝化,反應過(guò)程中有相應的N2O產(chǎn)生,但是其最高累積量達0.85mg/L。而系統中添加外碳源乙酸時(shí),首先利用乙酸鈉為碳源進(jìn)行反硝化,其最高累積量?jì)H有0.21mg/L,遠低于沒(méi)有外加碳源添加時(shí)的N2O產(chǎn)生量。這也是說(shuō)明當以為碳源進(jìn)行反硝化時(shí)將會(huì )導致的N2O產(chǎn)生量增加。相比外碳源乙酸鈉,PHA為慢速生物降解物質(zhì),當被用于反硝化碳源時(shí),其單位時(shí)間內提供的電子不能滿(mǎn)足反硝化的需求,導致反硝化過(guò)程中各種酶對電子形成競爭。由于N2O的還原處于反硝化反應鏈的末端,導致相比別的還原酶,氧化亞氮還原酶對電子的競爭能力弱,獲得的電子不足以使N2O完全還原,從而誘發(fā)了N2O積累。
圖2、SBR-1反應器中COD、PHA、PO43--P、NO3--N-、NO2-N以及溶解性的N2O變化趨勢。從圖中可以看出SBR主要進(jìn)行反硝化脫氮和除磷反應。厭氧階段。COD在30分鐘內降低到最低水平,并且伴隨著(zhù)糖原的分解,PHA的合成以及PO43--P的釋放。缺氧階段主要進(jìn)行硝酸鹽的降解,以及憐酸鹽的吸收;并且伴隨著(zhù)的分解和糖原的合成。而N2O的產(chǎn)生主要發(fā)生在的缺氧階段,厭氧階段兒乎沒(méi)有的產(chǎn)生;一旦KNO3溶液加入到反應器中,溶解性的濃度迅速增加,并在缺氧反應第15分鐘到最大值0.87mg/L,隨后溶解性的N2O濃度逐漸降低到0mg/L。
圖3、SBR-2反應器中COD、PHA、PO43--P、NO3--N-、NO2-N以及溶解性的N2O變化趨勢。從圖中可以看出SBR-2在缺氧階段剛幵始的時(shí)候有短暫的N2O積累但SBR-2反應器中溶解性的N2O最高濃度只有遠低于SBR-1系統的。從圖中可以看處SBR-2反應一開(kāi)始即進(jìn)入缺氧階段,迅速降解,同時(shí)確酸鹽迅速還原;缺氧階段也有部分磷的釋放和PHA的合成。SBR-2中氮變化規律完全符合常規反硝化的代謝模式。
圖4、不同條件下的N2O還原特征,只存在氧化亞氮,同時(shí)存在氧化亞氮和乙酸鈉,同時(shí)存在氧化亞和硝酸鹽,同時(shí)存在氧化亞氮、硝酸鹽和乙酸鈉。從圖中可以看出當存在外碳源乙酸時(shí),氧化亞氮的還原速率明顯加快。這要是因為乙酸的降解速率比PHA碳源快倍6-20倍,氧氧化亞氮還原酶在單位時(shí)內能夠獲得充足的電子進(jìn)行N2O的還原。存在硝酸鹽的時(shí)候,N2O的還原受附,甚至還冇上升的趨勢。硝酸鹽還原對電子的競爭優(yōu)勢要大于氧化亞氮還原酶,PHA氧化產(chǎn)生的子要首先硝酸鹽的還原。外碳源乙酸和乙酸鉀共同投加時(shí),N2O的還原并沒(méi)有受到限制,這主要是因為乙酸中位時(shí)間內捉供的電子能夠同吋滿(mǎn)足NO3-和N2O的還原。
總結
本論文通過(guò)和常規的反硝化過(guò)程相比較,從反硝化酶活性和亞硝酸鹽積累的角度考察了反硝化除磷過(guò)程中N2O的產(chǎn)生機制;通過(guò)研究進(jìn)水濃度、硝酸鹽投加方式以及碳源類(lèi)型對反確化除磷過(guò)程產(chǎn)生的影響,確定了可減少缺氧反硝化除憐階段N2O產(chǎn)生的運行方式。本論文分析反硝化除磷過(guò)程中N2O產(chǎn)生是使用了unisense微電極系統測試污水中溶解態(tài)的氧化亞氮,整個(gè)污水反應處理過(guò)程中的氧化亞氮都是采用微電極進(jìn)行在線(xiàn)監測的,可以看出Unisense微電極系統在研究污水處理的過(guò)程中可以能夠實(shí)時(shí)的檢測污水中氧化亞氮產(chǎn)生的變化情況,從而為研究污水處理過(guò)程中氧化亞氮生成的機理提出給予了準確的數據支持。這也說(shuō)明unisense微電極系統在廢水處理研究中可以發(fā)揮重要的應用。