Page 173 - 《环境工程技术学报》2022年第5期

第 5 期 赵东华等：磷对硫自养反硝化效果的影响 · 1529 ·

硝酸盐浓度是衡量水环境质量的重要水质指标 以为 NO -N 浓度较高的水处理提供支持。
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之一，其过量进入水体不仅易引起水体富营养化，破 笔者通过考察不同磷浓度对硫自养反硝化的效
坏水生生态系统，还威胁饮用水安全 [1-2] 。研究表明， 果和微生物群落结构的影响，以探究硫自养反硝化
硝酸盐污染已经成为地表水和地下水共同面临的重 所需的最低磷浓度，以及磷浓度对硫自养反硝化效
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要水环境问题之一 ，我国地表水和地下水硝酸盐污 率的影响机理。
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]
染情况也不容乐观 [3-4] 。张鑫等 收集了我 国 7 大地
1 材料与方法
区 的 7 条主要河流硝酸盐氮（ NO -N）浓度数据，发
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现 7.83 % 的河流 NO -N 浓度超过 了 10 mg/L，其中 1.1 试验装置
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牡丹江、海河和长江入海口的 NO -N 浓度超 过 20 采用内径 为 6 cm、 高 50 c m 的有机玻璃柱进行
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mg/L，呈重度污染。据《中国生态环境状况公报 试验。柱子内部从下至上依次装填砾石（直径为
(201 年)》 ，全 国 2 83 处浅层地下水监测井水质 1～2 cm）5 cm，单质硫与石灰石混合 层 40 cm（单质
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总体较差， NO -N 为主要超标指标之一。 硫与石灰石体积比 为 1∶1，片状单质硫直径 为 0.5
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目前，传统异养生物反硝化因其经济、高效的特 cm，石灰石直径 为 0.5～1 cm），砾石（直径 为 0.5～1
性被广泛用于污水脱氮。传统异养反硝化以碳源为 cm）5 cm。进水为连续流，下进上出，由蠕动泵控制
电子供体，将 NO -N 还原为氮气从而实现脱氮，但当 流量。整个试验过程中，有机玻璃柱放置在室温约
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进水碳氮比（C/N）过低时，需要额外投加碳源，投加 20 ℃ 的房间中。
量不足时难以满足反硝化过程，而投加过量则会产 1.2 进水及运行参数
试验周期 为 202 年 2 月 3 日— 月 1 日， 共 57
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生二次污染，反硝化过程受进水水质影响较大。硫
d，分为常规运行期、磷饥饿期和磷恢复 期 3 个阶段
自养反硝化以单质硫或硫的还原态化合物作为电子
（ 表 1），共设 置 7 个处理组，每组 设 2 个平行。各处
供体，将 NO -N 还原为氮气，摆脱了对碳源的依赖，
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可以作为异养反硝化的替代方案，用 于 C/ N 较低的 理组全部采用自然挂膜的方式启动，启动时的进水
为处理生活污水的生物接触氧化池出水。系统成功
地表水和地下水脱氮，因此备受研究者关注 [5-8] 。
启动后，试验进水均为低磷浓度的池塘水，通过补充
磷作为参与微生物生长和代谢的大量元素，其
一定量 的 KNO 和 3 KH PO 将进水调至所需的氮、
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浓度极大地影响着微生物的生长代谢。大量研究表 2
磷浓度水平。常规运行期和磷饥饿期各处理组的进
明，磷限制会显著影响生物反硝化效率，补充磷后脱
水及运行参数均相同；磷恢复期，各处理组的进水总
氮率会大幅度提升 [9-11] 。Moo 等 [10 ] 采用硫单质作为
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磷 （TP ） 浓 度 分 别 为 0.050 、0.075 、0.100 、0.200、
电子供体的自养反硝化柱处理硝酸盐污染的地下
0.300、0.400、0.500 mg/L（溶解性反应磷 占 T 的比
P
水，磷限制时，系统难以去除硝酸盐，补充磷后，出水
例不低 于 95%），其他进水理化指标均相同。整个试
NO -N 浓度显著下降。Fa 等 [11 ] 利用硫自养和混养
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3 验期内各处理组水力停留时间（HRT）均设 为 3.5 h。
反硝化活性污泥系统处理模拟的低磷浓度微污染地
表 1 试验系统运行阶段与运行参数
表水，发现补充磷能显著提升 NO -N 去除率。由于
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Table 1 Operational phases and parameters of the test system
氮、磷在污水处理过程中的去除率以及在自然界中
运行时 进水 NO x -N浓度/ 进水TP浓度/
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迁移转化特性等方面的差异，导致很多轻污染河湖 运行阶段 长/d （mg/L） （mg/L） HRT/h
水、地下水及某些污水处理厂尾水中的磷浓度很低 [9,12] ，
常规运行期 21 10～21 0.6～1.0 3.5
这可能会对反硝化效率产生不利影响。此外，很多
磷饥饿期 20 20～25 <0.05 3.5
污水处理和水体修复工程中，氮和磷均需要去除，但
0.050、0.075、0.100、
大多数水处理工艺中氮和磷的去除是不同步的，因 磷恢复期 16 17～25 0.200、0.300、 3.5
此在工艺设计中往往需要考虑脱氮除磷的先后顺 0.400、0.500
序，或者将反硝化进水中的磷控制在既满足反硝化 1.3 水质指标检测
的需求又不会导致磷污染的浓度水平。因此，有必 水样先 经 0.45 µ m 微孔滤膜过滤，然后再进行检
要深入研究能满足硫自养反硝化的最低磷浓度，但 测分析。 NO -N 浓度采用紫外分光光度法测定，亚
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目前该方面的研究还比较缺乏。Wan 等 研究表 硝酸盐氮（ NO -N）浓度采用 N-(1-萘基)-乙二胺分光
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明，适合硫自养反硝化的最低可生物利用磷浓度为 光度法测定，硝态氮（ NO -N）浓度为 NO -N 和 NO -N
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0.15 mg/L，但该研究中 NO -N 浓度仅 为 4.5 mg/L，难 浓度之和。
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