生物脱氮过程中氮的转化途径的初探VIP免费

第1页共6页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共6页生物脱氮过程中氮的转化途径的初探摘要近些年来，出现了一些新的脱氮的工艺，对生物脱氮的原理的研究也进一步深入，这使脱氮的理论不断地得到发展和完善。本文结合实验室小型SBR试验的结果，围绕脱氮过程中N2O的产生中对脱氮途径进行了介绍，其目的在于使人们对这些不同的途径有更深的认识。其中很有必要的一项工作便是对这些脱氮途径作出了明确的定义，并将它们进行了区分。最后对一些尚未能解释的问题以及一些假设作了讨论。1．简介对氮元素转化途径的研究起源于农业中对氮肥在土壤中的转化的探讨。土壤系统中氮元素总的输入和输出的不平衡使科学家们困惑了50多年（e.g.Allison,1995），同样的情况也出现在许多水处理的脱氮工艺中，这使得人们对氮元素其它转化途径的研究产生了兴趣。最初人们对生物脱氮的认识是NH3或NH4＋在微生物的作用下转化为NO2-以及NO3-，后两者再转化为N2而达到氮的去除，现在看来这种认识是比较粗略的。对脱氮其它途径的研究实际上可以归结为对脱氮过程中间产物以及他们产生的环境条件和微生物机理的研究。这些中间产物包括NO、N2O以及N2。N2O是一种对环境影响极大的温室气体，它的主要去向是在大气的同温层中原子态的氧反应生成NO，NO对臭氧层会造成破坏（Bliefert,1994）。这就使得许多水处理工艺虽然实现了水体中脱氮但却有可能对大气造成影响。2．实验结果的分析实验室中SBR反应器是一个有效容积为4L的有机玻璃柱，每个周期10.5小时，实验工序为：进水→厌氧搅拌3hr→曝气8hr→厌氧搅拌1.5hr→沉淀1hr→排水，每个周期排水2L进水2L，曝气阶段溶解氧控制在2.5～3.0mg/L。在通过对照试验基本排除了游离氨被吹脱的可能之后，采用试验进水CODcr为720mg/L,NH4＋-N为110mg/L，在系统稳定运行之后对一周期各阶段内水相中各种氮化合物的浓度进行跟踪试验。实验期间每间隔1hr测定一次数据。根据这些数据绘成图1。图1中，在前2个小时的缺氧搅拌中（即0～2hr）NOX--N有明显下降，但NH4+-N基本没有变化，说明本系统中未发生厌氧氨氧化过程而是硝酸盐缺氧反硝化的结果。在运行周期的第2～8小时的曝气状态下，NH4＋-N浓度迅速下降，由58.8mg/L降为0.1mg/L，这主要是好氧硝化的结果。8小时曝气之后的缺氧阶段，NO3--N和NO2--N也有比较明显的减少，说明再次发生缺氧反硝化。当然，在这三个阶段中其它途径对脱氮所作的贡献将在下文结合对各种途径的介绍作进一步的阐述。第2页共6页第1页共6页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共6页图1运行过程中各种形态的氮的变化情况而在整个周期中TN从59.9mg/L降为8.5mg/L，好氧反应期间各种含氮化合物的化学衡量计算得到：氨氮经硝态氮（包括硝基氮和亚硝基氮）脱氮途径所得脱氮量仅占同期脱氮总量的46.5%，在扣除生化合成反应所需氮素之外，尚有50%左右的氮在硝化之前便已去向不明,对此唯一的解释是在此过程中产物以气态形式进入周围的空气中。由于衡算过程比较复杂，不作详细介绍。3.硝化3.1自养型硝化硝化是指NH3或NH4＋经由NO2-被氧化为NO3-的过程。硝化过程通常是由自养或兼性微生物完成的（Laanbroek等1994）。这些微生物可分为两类，第一类微生物将NH3或NH4＋氧化为NO2-，被称为初级硝化菌，典型的如Nitrosomonaseuropaea；第二类微生物将氧化为NO3-，被称为次级硝化菌，典型的如Nitrobacterwinogradskyi（Macdonald,1986;Klemedtssonetal.,1999）。通常利用基因探测针的方法可以对活性污泥中参与硝化的微生物进行分析和检测（Wagner等1996）。需要强调的是目前还尚未发现一种单一的微生物能将NH3或NH4＋直接氧化为NO3-。硝化过程会产生一些中间产物。第一个NH3被氧化中间产物是NH2OH，这个反应的催化剂是氨单一氧酶（Wood,1986）。氨单一氧酶的催化作用会受到一些底物的限制，这些底物通过共价键将酶结合到其活性区域从而会抑制酶对NH3的催化氧化功能。比如说C2H2会被转化为一种具有电抗性的不饱和环状化合物，这种化合物能通过共价键抑制氨单一氧酶的活性（McCarty,1999）。C2H2在浓度为0.1到10Pa的...