C/N对短程反硝化NO<sub>2</sub> <sup>-</sup>-N积累特性影响及机理分析

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-0935

摘要/Abstract

摘要：

采用间歇式批次实验，考察不同进水C/N（以COD/NO₃ ^--N计，2.0、2.5、3.3、5.0）条件下短程反硝化过程NO₂ ^--N的积累特性及影响机理。实验结果表明，以乙酸钠作为碳源，当C/N为2.0~2.5时，NO₂ ^--N转化率（NTR）随C/N的升高而升高，在C/N=2.5时，NTR达到最高值82.18%；C/N为3.3~5.0时，NTR随C/N的升高急剧下降，当C/N=5.0时，反应器内几乎没有NO₂ ^--N的积累。此外，C/N=2.0~2.5与C/N=3.3~5.0工况下NO₂ ^--N积累的机理是不同的，前者取决于高浓度NO₃ ^--N对亚硝酸盐还原酶（NiR）的抑制，而后者主要依赖于不完全反硝化菌在污泥菌群结构中占优势。对接种污泥及4组反应器内的污泥样品进行高通量测序分析，结果表明Thauera、Flavobacterium、Saprospiraceae是实现短程反硝化的主要功能菌属。

关键词: 碳氮比, 短程反硝化, NO₂ ^--N积累, 微生物特性

Abstract:

The characteristics and influencing mechanism of nitrite（NO₂ ^--N） accumulation during short-cut denitrification process were studied in a sequencing batch reactor by controlling initial influent C/N ratios（COD/NO₃ ^--N=2.0、2.5、3.3、5.0）. The experimental results showed that the nitrate-to-nitrite transformation ratio（NTR） increased with the increasing C/N from 2.0 to 2.5 with sodium acetate as carbon source，and NTR reached the highest value of 82.18% at C/N of 2.5. When C/N was 3.3-5.0，NTR decreased sharply with the increasement of C/N，and there was almost no accumulation of NO₂ ^--N in the reactor at C/N of 5.0. In addition，the mechanisms of NO₂ ^--N accumulation under the conditions of C/N=2.0-2.5 and C/N=3.3-5.0 were different. The former depended on the inhibition of NO₂ ^--N reductase by high NO₃ ^--N concentration，while the latter mainly depended on the dominance of incomplete denitrifying bacteria in the sludge microbial structure. The high-throughput sequencing analysis of inoculated sludge and sludge samples in four reactors showed that Thauera，Flavobacterium and Saprospiraceae were the main functional bacteria for short-cut denitrification.

Key words: C/N, short-cut denitrification, nitrite accumulation, microbial characteristic

中图分类号:

X703.1

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https://www.iwt.cn/CN/Y2022/V42/I6/159

图/表 6

图 1 SBR实验装置（a）及运行周期（b） 1—进水箱；2—进水泵；3—进水口；4—DO探测仪；5—电动搅拌器；6—鼓风机；7—出水口；8—出水水箱

Fig. 1 SBR reactor（a） and operating cycle（b）

图2 反应器运行过程中NTR和NRE变化规律

Fig. 2 Variations of NTR and NRE during the reactor operation

图 3 反硝化过程中COD、NO₃ ^--N和NO₂ ^--N的变化（第98周期）

Fig. 3 Variations of COD，NO₃ ^--N and NO₂ ^--N during denitrification（cycle 98th）

图4 不同C/N条件下缺氧NO₂ ^--N、NO₃ ^--N的还原速率（第98周期）

Fig. 4 Anoxic reduction rates of NO₂ ^--N and NO₃ ^--N under different C/N（cycle 98th）

表1 缺氧30 min内的平均SN₃RR与SN₂RR

Table 1 Average SN₃RR and SN₂RR of anoxic reaction（0~30 min）

C/N	SN₃RR	SN₂RR	SN₃RR/SN₂RR
2.0	18.46	2.86	6.4
2.5	25.66	2.38	10.7
3.3	18.61	5.90	3.1
5.0	6.23	2.49	2.5

图5 菌群结构分布

Fig.5 Microbial community structure distribution

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