城市河流中碳源对同步硝化反硝化的影响

:同步(simultaneous nitrification denitrification，SND)能够实现有氧环境与厌氧环境的一体化，使硝化与反硝化反应在同一时空条件下同步发生，因其耗能少、碱度低、连续出水等优点被广泛应用于生物领域。有机(COD)为反硝化过程提供电子供体，是反硝化过程的必备条件。

不同碳源、不同碳氮比、下的SND脱氮效果差异较大，常见的外加碳源有易生物降解碳源甲醇、乙醇、乙酸，慢速可生物降解碳源淀粉、蛋白质等，这些碳源有很好的供碳效果，但也存在很多问题，如甲醇毒性大、碳源过度投加易产生二次污染等。

基于外加碳源存在的弊端，水体中的部分天然有机质若能作为碳源对氮的转化去除产生积极作用，可以合理调控外加碳源的投入，是水体氮污染治理的新思路。

溶解性有机质(dissolved organic matter，DOM)在水体中广泛存在，主要来源于植物残体(内源输入)和人类活动(外源输入)，在水体中能与众多污染物相结合，对水生态系统产生重要影响。

基于不同来源腐殖酸的化学组成与结构差异，河流腐殖酸元素组成中碳含量占50%以上。

研究自然水体中碳源在硝化反硝化过程的作用，可以作为水环境治理过程中合理有效投加碳源的理论依据，促进水体氨氮和氮氧化物的去除。

北运河是北京市最重要的排水河道，地表水污染十分严重，80%以上河段的水质为劣Ⅴ类，水体氮浓度差异较大，有机碳源组分较多。

研究发现：北运河水体中的DOM有含腐殖物质76.18%、类蛋白质物质两类23.82%，经Pearson 相关性分析，这两类DOM与总氮、氨氮的质量浓度呈显著的正相关关系。本研究模拟北运河水环境条件，选用乙醇和淀粉作为有机碳源，研究不同COD/N对氮转化的影响。另外，选取类似于河流腐殖酸的纯腐殖酸和色氨酸两类有机质，研究DOM对氮转化的影响，为排入城市河流的污水前处理标准及河流水体氮污染控制和防治提供参考。

1实验部分

1.1实验装置与设计

采用BM-Advance呼吸仪(英国，Strathtox)作为反应器进行室内模拟实验(图1)。呼吸仪由主机、恒温器、软件和电脑组成，主机部分包括SBR反应池、蠕动泵及电子控制面板，其中，反应池由曝气室和反应室两部分组成。反应器主体为有机玻璃，有效容积为1 L，运行周期为9 h，其中低氧曝气8 h，缺氧搅拌1 h。

反应器内pH值控制在7.2～8.0，利用加热和珀尔贴系统控制温度为30 ℃。为了实现同步硝化反硝化进程，通过控制曝气量使溶解氧(DO)浓度控制在0.5～0.6 mg/L。实验多周期运行稳定后，每小时取水样测定各形态氮浓度。

图1 呼吸仪实验装置示意

实验过程中，将乙醇和淀粉作为有机碳源，参照北运河水质条件，设计C/N为6.5(接近北运河实际C/N)和16(碳源充足)两种情况下，研究三态氮的浓度变化。在接近北运河实际碳浓度(5.5～6.5 mg/L)下投加腐殖酸和色氨酸，研究外加碳源下，DOM对SND系统脱氮的影响。