Page 219 - 《环境工程技术学报》2023年第1期

第 1 期 郑力等：竹刨花-铁耦合体系对低碳氮比污水的脱氮性能 · 215 ·

there was no excessive iron release and obvious ammonia nitrogen (NH -N) accumulation. In conclusion, the
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bamboo shavings-iron coupled system has significant denitrification efficiency and low secondary effects. China is
rich in bamboo resources and has a wide source of iron, and the bamboo shavings-iron coupled system can be used
for TN removal of low C/N ratio domestic wastewater.
Key words bamboo shavings; iron powder; denitrification; solid carbon source; coupled system

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硝氮（NO -N）是含氮有机物经无机化作用分解 应用中存在反硝化速度慢、脱氮不稳定等问题 。
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的最终产物，水 中 NO 浓度过高，会造成水体污 笔者引入单质铁粉，构成竹刨花-铁耦合体系强化脱
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染 。生物反硝化被广泛用于污水脱氮，其过程主要 氮，以竹刨花作为唯一固体碳源，通过静态试验研究
[1]
指异养反硝化菌利用有机物作为电子供体，在缺氧 竹刨花释碳、氮特征及适宜的铁粉投加量；设计动态
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条件下 将 NO 还原为氮气 。生物反硝化需要有 试验，研究竹刨花-铁耦合体系在连续流状态下的
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机物提供能量与电子供体，但是受污染的农业径 长期脱氮性能，以期为污水经济、高效脱氮提供
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流 、河水 和农村生活污水 等常常具有低碳氮比 参考。
的特点，反硝化过程中普遍存在碳源不足的问题，导
1 材料与方法
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致脱氮效果差 ，因此通常需额外投加碳源来提高低
碳氮比污水的脱氮效率 [7-8] 。外加碳源有液相碳源和 1.1 试验材料
固相碳源，液相碳源如甲醇等反硝化效率高，但存在 以杭州市富阳区里山镇高山上天然野生老毛竹
二次污染、成本高等问题 。而固相碳源分解可产 制品废料刨花作为反硝化碳源和生物膜载体，刨花
[9]
生可溶性和小分子的有机物供反硝化菌利用，同时 丝 宽 0～4 mm、 厚 0～1 mm、 长 1～30 cm，整体呈团
还能作为微生物附着载体 [9-10] 。固相碳源主要有天 聚状， 过 6 目筛去除粉屑， 于 40 ℃ 烘干待用。静态
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然纤维素类物质、人工合成可降解聚合物等，基于安 反硝化和动态反硝化试验废水均由自来水、KNO
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全性和经济性等方面的优势，天然纤维素日益成为 配置而成，加入少 量 KH PO ·3H O 为微生物生长提
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研究热点 [11] 。Gua 等 [12 ] 研究 了 5 种农业秸秆材料， 供所需的磷 [20] ，另外加 入 1 mL/ 微量元素溶液，其
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发现稻秆与玉米秆都适合作为碳源材料；Y 等 将 组成如 表 1 所示。静态反硝化试验接种物质采用武
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玉米芯引入湿地系统，发 现 T N 去除率 从 34.2 % 增 汉水之国复合脱氮菌剂，其有效活菌数≥20 亿/g
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至 71.9%；Wan 等 利用芦苇秆作为试验湿地系统 （菌种信息查询网址 为 www.szghb.com）。还原铁粉
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碳源，水力停留时间 为 4 时 T 去除率 达 74.1%±6%； 为国药分析纯，其他药剂均为分析纯。
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其他的还包括木屑、稻壳、松皮等 [13] ，都被证实是可
表 1 微量元素溶液中物质组成
行的天然碳源材料。
Table 1 Trace element composition in
竹子具有强度高、韧性好等特点，其主要成分为
trace element solution mg/L
[14]
木质纤维素（由纤维素、半纤维素和木质素组成） ，
ZnSO ·7H O MgSO ·7H O KI CoCl ·6H O CaCl MnCl
4 2 4 2 2 2 2 2
可作为反硝化碳源。Bucc 等 [15 ] 成功将竹子培养的
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120 20 30 30 30 20
反硝化菌液用于地下 水 NO 治理中；Wan 等 [16]
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进行的批次与短期（16 d）的连续流试验结果显示，竹 1.2 试验方法
丝作为固体碳源可实现较好的反硝化脱氮效果；Liu 1.2.1 静态释碳、氮试验
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等 将竹粉与可生物降解聚合物（BDPs）混合以降低 称 取 10 竹刨花 于 500 m 锥形瓶中，加 入 400
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成本，改 善 BDP 出水碳源过高问题。纤维状竹刨花 m 去离子水，置 于 30 ℃、60 r/mi 恒温振荡箱中，
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是竹框、竹篮制品的废料，具备一定韧性，表面粗糙 共释 放 20 d。每天于锥形瓶中取水样 约 30 m 后彻
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适合生物附着，纤维相互堆叠形成多层网状结构，不 底换水。测定水样中的总有机碳（TOC）、总氮（TN）
易堵塞，可作为生物填料。铁被广泛用于污水处理， 浓度，考察竹刨花释碳、氮情况。
其 中 Fe 可降低氧化还原电位，创造有利于厌氧菌生 1.2.2 静态反硝化试验
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长的还原环境，增加生物酶活性与微生物多样性，已 静态反硝化试验主要目的通过不同铁粉投加量
有研究者 将 Fe 与厌氧生物处理耦合起来以提高污 探索合适的铁与碳质量比（Fe/C），为后续动态试验
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染物的去除效果和系统稳定性 [17-18] 。目前将竹刨花 提供依据。竹中碳含量约占总质量 的 1/2 [21-22] ，本试
作为固体碳源的研究较为鲜见，同时天然纤维素在 验 以 50 % 计。分别称 取 10 g竹刨花 和 0.1 复合脱
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