1、硕士学位论文姓 名：学 号：所在院系：环境科学与工程学院学科门类：工学学科专业：环境工程指导教师：年 月廉价有机质外碳源利用强化新农村低碳污水处理研究同济大学 硕士学位论文 摘要I廉价有机质外碳源利用强化新农村低碳污水处理研究同济大学同济大学 硕士学位论文 摘要II摘要本论文针对长三角地区农村污水普遍存在的 COD/N 低、反硝化碳源严重不足等问题，提出采用周围地区储量丰富、方便易得的廉价生物质稻草和厨余作为污水反硝化脱氮外碳源，以期为低 COD/N 的农村污水处理提供一种廉价高效碳源，并为秸秆和农村厨余等庭院垃圾的减量化开辟新思路。基于此，本文分别通过稻草和厨余生物质反硝化潜力测试、生物质厌
2、氧批次试验和生物质补充 MBR 外碳源小试试验对生物质外碳源的特性开展研究。主要研究结论有：（1）稻草反硝化潜力（DP）与 NaOH 浓度、预处理时间、预处理温度成正比，三因素交互影响显著，最大 DP 值为 126.63 mgN/gVS。9 种厨余组分 DP 值范围为 63100 mgN/gVS；（2）稻草厌氧水解效果与预处理 NaOH 浓度、水解 pH 和基质比（F/M，w/w ）关系显著，最佳条件为： NaOH 浓度 1.5%、pH=8 、F/M=4，对应产酸量为 0.36 gVFA/gVS（6d） 。NaOH 能致使木质纤维素中的部分氢键、二硫键等基团断裂，从而破坏“木质素碳水化合物联合
3、体” （LCC）结构，使表层出现裂缝，更利与微生物发生接触，从而改善其生化性。水解前后，稻草 C/N 比显著降低，含碳量高的木质纤维素为主要降解底物；（3）厨余厌氧水解效果受 pH 值和 F/M 值影响显著，最佳条件为：pH=8、F/M=2，对应产酸量为 0.31 gVFA/gVS（4d） 。9 种厨余组分水解速率范围为 67.3109.7 mg COD/gVSSd，所需时间为 35 d，水解后厨余颗粒表面原有的褶皱组织消失，表皮组织基本被厌氧微生物作为底物降解，出现凹凸不平的微小孔隙，降解后厨余中 C/N 明显降低；（4）生物质外碳源对AO-MBR 反应器脱氮效果有显著改善。当稻草和厨余投加
4、量分别为 20 g/次和300 g/次，投加频率均为 3 d/次时，AO-MBR 的脱氮量分别对应增加 810 mg/L和 1215 mg/L，且出水中 COD 和氨氮指标均达到 GB18918-2002 中的一级 A标准。相比较，厨余外碳源生化性更好，品质更优；（5）在高厨余投加量时，笼框式投加方式的脱氮效果更佳，且可避免微网组件易堵塞、清洗频繁、能耗大等缺点，从而使工艺更简单，投资和处理成本更低。出水 TN 达一级 B 和一级 A 时所需厨余投加量分别为 400 g/次和 600 g/次。论文最后对生物质外碳源与 AO-MBR 的组合工艺进行了技术经济性分析。结果表明，若以稻草为外碳源，达
5、到一级 A 标准时建设成本约为 6280 元/m 3、处理成本约为 2.2 元/ m 3、占地面积约为 0.67 m2/m3、电耗约为 0.65 kWh/m3；若以厨余为外碳源，采用笼框式投加方式，达到一级 A 标准时建设成本约为6067 元/m 3，处理成本为约 2.2 元/m 3，占地面积约为 0.60 m2/m3，电耗约为 0.5 kWh/m3。相比较，厨余具有建设成本和处理成本低、技术经济性好等优势，更同济大学 硕士学位论文 摘要III适合作为新农村污水外碳源使用。关键词：外碳源，反硝化，农村污水，生物质，厌氧水解Tongji University Master of Engineer
6、ing AbstractIVABSTRACTLow COD/N ratio, and shortage of carbon source for nitrogen removal, caused problems for rural sewage treatment in Yangtze River Delta(YRD). In order to develop a new external carbon source for bio-denitrification, the thesis conducted a research on use of straw and kitchen gar
7、bage as external carbon source, which were a kind of cheap, abundant and convenient waste around the aera. Denitrification potential (DP) tests, anaerobic fermentation experiments, and operations of membrane bioreactors (MBR) with carbon source supplement were conducted to investigate the characteri
8、stics of them.The main conclusions have been made as follows, (1) Straws DP values had positive correlations with NaOH concentration, pretreatment time and temperature, and the highest DP of 128.6 mg nitrogen per g volatile solids (mgN/gVS) was achieved. The DP values of nine main kitchen garbages r
9、anged from 63 to 100 mgN/gVS. (2) NaOH concentration, pH and food/microorganisms (F/M, w/w) had significant effects on straws anaerobic hydrolysis and acidification. The highest volatile fatty acid (VFA) production could reach 0.36 gVFA/gVS on day 6 at F/M 4, pH 8, NaOH concentration 1.5% . NaOH cou
10、ld cause partial breakage of chemical bonds, such as hydrogen bond and disulfide bond. It had destroyed pectin structure of straws urface and enlarged the gap of lignin and cellulose, which could significantly increase the straws availability for microorganisms and improve the VFA production. After
11、hydrolyzation, straws C/N decreased greatly, and lignocelluloses were the main susbtrate. (3) pH and F/M had significant effects on hydrolyzation of kichen garbage, and the highest VFA production could reach 0.31 gVFA/gVS on day 4 at pH 8 and F/M 2. Hydrolyzation rates of nine main components in kit
12、chen garbage ranged from 67.33 to 109.75 mgCOD/(gVSSd), and hydrolyzation retention time was about 3-5 d. After hydrolyzation, wrinkled tissue on the surface served as the substrate and disappeared, while tiny uneven gaps appeared. In addition, C/N ratio of kitchen garbage decreased insignificantly.
13、 (4) Applying biomass as external carbon sources could significantly enhance denitrification in anaerobic/aerobic membrane bioreactor (AO-MBR) processes. With the dosage of 20 g per 3 d for straws and 300 g per 3 d for kichen garbage, nitrogen removal could increase by 8-10 mg/L and 12-15 mg/L, resp
14、ectively. Moreover, COD and NH4+-N concentrations met with the GB18918-Tongji University Master of Engineering AbstractV2002 1A discharge standard. In comparison, kichen garbage has better biodegradability and characteristics than straws as external carbon sources. (5) At high dosage of kitchen garb
15、age, cage-frame dosing method had higher denitrification efficiency than fabric-seperation. Furthermore, it could prevent some disadvantages in fabric-seperation such as fabric blocking, frequent cleaning and high energy consumption, and therefore simplified the operation and reduced the cost. In or
16、der to meet with the TN concentration of 1B and 1A discharge standard, the dosage of kitchen garbage was 400 g and 600 g per 3 d, respectively.Finally, techno-economic analysis was conducted on the integrated process of AO-MBR with external carbon sources. Results showed that when straws were applie
17、d as external carbon sources for sewage treatment and the effluent reached the 1A discharge standard, construction cost was 6280 yuan/m3, processing cost was 2.2 yuan/m3, covering area was 0.67 m2/m3 and power consumption was 0.65 kWh/m3. When kitchen garbage was applied under the same condition, co
18、nstruction cost was 6067 yuan/m3, processing cost was 2.2 yuan/m3, covering area was 0.60 m2/m3 and power consumption was 0.50 kWh/m3. As a result, kitchen garbage had more advantages in economical efficiency, such as construction cost, processing cost and power consumption, and seemed more suitable
19、 as carbon source for rural sewage treatment. Key words:external carbon source, dentrification, rural sewage, biomass, anaerobic hydrolysis同济大学 硕士学位论文 目录VI目录第 1 章 引言 11.1 反硝化外碳源研究现状 .11.1.1 反硝化机理 11.1.2 碳源分类与选择 31.1.3 反硝化动力学 41.2 生物质厌氧水解研究现状 .61.2.1 生物质厌氧水解机理 61.2.2 厌氧水解动力学模型 71.2.3 厌氧水解控制参数及控制条件 9第
20、 2 章 研究目的，内容与方法 122.1 研究目的 .122.2 研究内容 .132.3 技术路线 .142.4 研究方法 .152.4.1 主要指标分析方法 .152.4.2 其他指标分析方法 .162.4.3 试验分析仪器 .17第 3 章 廉价生物质反硝化潜力研究 193.1 试验材料与方法 .193.1.1 试验材料 193.1.2 试验设计 203.2 试验结果与分析 .213.2.1 碱处理秸秆单因素优化试验 213.2.2 碱处理秸秆响应面优化试验 233.3.3 厨余反硝化潜力测试试验 253.3 本章小结 .27第 4 章 稻草生物质厌氧水解控制参数优化研究 284.1 试
21、验材料与装置 .284.1.1 试验材料 .284.1.2 试验装置 .294.2 试验设计与方法 .294.3 试验结果与分析 .314.3.1 破碎和 NaOH 预处理对稻草厌氧水解效果比较 .314.3.2 不同预处理 NaOH 对稻草碱处理效果影响 .33同济大学 硕士学位论文 目录VII4.3.3 pH 对稻草厌氧水解效果影响 354.3.4 不同基质比对稻草厌氧水解效果影响 374.3.5 碱处理稻草厌氧水解机理探究 404.4 本章小结 .43第 5 章 厨余生物质厌氧水解控制参数优化研究 455.1 试验材料与装置 .455.1.1 试验材料 .455.1.2 试验装置 .46
22、5.2 试验设计与方法 465.2.1 不同 pH 对厨余厌氧水解效果影响研究 .465.2.2 不同基质比对厨余厌氧水解效果影响研究 465.2.3 厨余各组分厌氧水解碳源释放研究 475.2.4 厨余厌氧水解机理探析 475.3 试验结果与分析 475.3.1 不同 pH 对厨余厌氧水解效果影响研究 .475.3.2 不同基质比对厨余厌氧水解效果影响研究 495.3.3 厨余中各组分碳源释放情况研究 515.3.4 厨余厌氧水解机理探析 535.4 本章小结 54第 6 章 廉价生物质补充 MBR 碳源小试研究 .556.1 AO-MBR 工艺设计 .556.1.1 AO-MBR 小试装置
23、 .556.1.2 设计小试进水 566.1.3 接种污泥和外碳源 576.2 生物质外碳源小试试验设计 576.2.1 不同种类生物质外碳源小试试验 576.2.2 厨余生物质投加参数优化小试试验 586.2.3 生物质水解液反硝化速率测试 606.3 试验结果与讨论 606.3.1 不同种类生物质外碳源小试试验 606.3.2 厨余生物质投加参数优化小试试验 656.3.3 生物质水解液反硝化速率 676.4 本章小结 70第 7 章 生物质外碳源强化脱氮技术经济性分析 717.1 设计标准 717.1.1 设计进出水水质 717.1.2 生物质投加量 717.2 工艺设计 72同济大学
24、硕士学位论文 目录VIII7.2.1 稻草外碳源 727.2.2 厨余外碳源 737.3 建设成本 737.3.1 稻草外碳源 747.3.2 厨余外碳源 747.4 处理成本 747.4.1 稻草外碳源 757.4.2 厨余外碳源 757.5 经济性分析 767.6 本章小结 76第 8 章 结论与建议 778.1 结论 778.2 建议 78致谢 79参考文献 80个人简历、在读期间发表的学术论文与研究成果 84第 1 章 引言1第 1 章 引言1.1 反硝化外碳源研究现状碳源不足一直是污水处理领域的难题，据相关数据统计，全国 1/3 以上城镇污水厂存在碳源不足问题 1,2，而在农村污水处
25、理中，碳源不足问题更为严重。为此，国内外学者做了很多相关研究 3,4，研究热点主要围绕在：如何优化内碳源和投加外碳源两方面。以下，就国内外学者对反硝化脱氮机理和外加碳源进行文献的研究分析，为本研究提供理论依据。1.1.1 反硝化机理在反硝化菌脱氮过程中，有同化作用和异化作用两种代谢途径。同化反硝化是利用硝态氮进行细胞合成代谢，最终转化成有机氮化合物成为菌体的一部分，而异化反硝化则是利用有机物作为电子供体，将硝酸盐分解最终形成 N2。在污水生物脱氮中，异化反硝化是去除硝酸盐的主要途径，即在缺氧条件下（DO7，即可实现完全的反硝化反应；傅利剑等 10研究表明，一般情况下，如果要使处理系统同时进行脱
26、氮和除磷，则要求 TCOD/TKN 9 才可。 文献报道中 9,10满足完全反硝化的 COD/N 最小值差别较大，范围为 510。反硝化菌在利用不同碳源时，通过不同的呼吸代谢途径，产生能量不同，且细胞产率也不相同，即用于转化细胞物质（同化作用）与反硝化利用（异化作用）的比例不相同。若有机物转化成细胞的百分比率越大，说明有机物的利第 1 章 引言3用率降低，则对其的需求量就越大，反之亦然。王丽丽等 9研究表明，一般情况下，反硝化菌在利用单碳有机化合物时，生长量比较低，这主要由于单碳有机物在合成胞内物质过程中需要能量比较大，这种合成阻力的存在阻止了细胞的生长，这样更利于反硝化反应（异化反应）的进行
27、。傅利剑等 10研究表明，反硝化菌的细胞产率与所采用的碳源的性质间的关系非常密切。在反硝化过程中应采用低生长量（即同化作用比例小，细胞产率低）的有机物质作为碳源。 1.1.2 碳源分类与选择依据反硝化菌对碳源的利用效果，碳源通常可以分为以下三种类型 11：第一类为易生物降解的有机物，即可溶性小分子有机物，如挥发性脂肪酸、甲醇、葡萄糖等；第二类为慢速可生物降解有机物，如多糖、蛋白质、长链脂肪酸等；第三类为胞内有机物质，即细胞质，微生物会利用细胞成分进行内源反硝化。一般来说，生化性很好的小分子反硝化利用速率最快，且其反硝化所需的COD/N 比例小，促使反硝化反应的稳定进行，是一种最佳的反硝化碳源；
28、相对来说，胞内物质由于其分子量较大、分子构造较为复杂，生物降解速率低，反硝化速率较慢，不应成为一种优良碳源。从污水处理脱氮工艺中碳源来源来分，可分为内碳源和外碳源两大类。内碳源是指污水处理系统本身的碳源，根据 ASM1 模型，它包括原污水中的溶解性可生物降解的有机物（Ss ）、颗粒态慢速降解有机物（Xs）和活性污泥微生物死亡或破裂后自溶释放出来的可被利用的基质 12。由于原污水中可生物降解溶解性有机物的量有限、颗粒态有机物等需水解后才能被利用、细胞物质反硝化速率极低，这些都表明在一定 C/N 比例条件下仅依靠系统内碳源不足以满足反硝化脱氮的需求。因此，有必要投加适量的外碳源以达到国家排放标准的
29、要求。以下就国内外对不同碳源的研究现状进行比较分析。传统的外碳源有甲醇、乙醇、葡萄糖和乙酸钠等。Hamazah 13等研究不同外碳源对高硝酸盐废水脱氮效果的影响，结果表明，当进水 TN 在 2001000 mg/L 时，使用甲醇碳源脱氮效果最佳，投加量为 COD/TN7 时，出水 TN0.5，水解液中出现 VFA 累积，VFA 累积程度随 F/M 增大而增大，而产气量则随 F/M 增大而减小，当 F/M 为 6 时，VFA 累积量最大，可达30 g/L。 Raposo 等 51以活性污泥为接种物，对秸秆进行厌氧消化试验，结果表明，适当的 F/M 对维持反应的稳定运行和控制代谢产物的组成具有重要
30、作用。当 F/M4 时，产气量很低，VFA 大量累积，浓度高达 20 g/L。因此，可以适当提高 F/M 值，促使水解酸化反应进行，抑制产甲烷代谢，有利于水解液中 VFA 的累积，对提高水解液碳源效率和品质具有重要作用。（4）固体停留时间固体停留时间是有机物厌氧水解的一个关键参数。现有研究表明 52,53，对于厌氧水解酸化而言，若停留时间过短，水解酸化程度较低，反应不完全，水解液中易生物降解的小分子物质（VFA、单糖、醇类）浓度较低，影响水解液的生化性；若停留时间过长，由于水解产物中 VFA 是一类易降解、易挥发物质，容易挥发或被其他异养菌作为底物利用，造成水解液的碳源品质和效率进一步降低，且
31、较长的停留时间会使反应器容积过大，致使运行维护复杂和工程投资增加。因此，选择适宜的固体停留时间具有重要意义。张存胜等 54研究有机生活垃圾厌氧消化处理，结果表明，在中温（35）情况下完全消化所需停留时间为 20 d，其中，水解酸化所需停留时间为 314 d，产甲烷所需停留时间为 1014 d。同济大学 硕士学位论文 廉价有机质外碳源利用强化新农村低碳污水处理研究12同济大学 硕士学位论文 廉价有机质外碳源利用强化新农村低碳污水处理研究13第 2 章 研究目的，内容与方法2.1 研究目的本研究来源于国家科技支撑计划长三角城乡一体化村镇高效节地环境治理技术集成与示范（2012BAJ21B05） 。
32、长三角地区农村污水普遍具有有机物浓度低、水质水量变化大、低 COD/N等特性，以上海市崇明和南汇两地农村为例，实测进水 COD 为 6080 mg/L， TN 为 2540 mg/L，C/N 仅为 24，属于低 COD/N 污水。采用传统生化工艺处理此类污水运行中发现，由于进水有机物浓度低，缺乏碳源，活性污泥絮体生长慢、易发生解体，若不采用化学除磷，出水 TN、TP 浓度基本等同进水，系统基本无完整生物脱氮除磷能力，污水排放口附近极易发生富营养化，严重影响村镇水环境状况，因而，投加外碳源强化农村污水的反硝化脱氮效果显得尤为重要。在污水处理标准要求更加严格的今天，无论是城镇污水还是农村污水，碳源
33、不足问题显得更加突出，越来越多的城市污水厂也采用甲醇等传统外碳源强化脱氮处理。随着传统外碳源的大量应用，其存在高成本、高毒性、运输困难等弊端也日益暴露出来。为此，国内外一些学者 55,56逐渐对一些新型廉价生物质碳源进行研究，如高浓度有机废水、新鲜垃圾渗滤液、污泥发酵液等。目前在我国长三角村镇地区，以上海为例，已建立起较为完善的村镇垃圾收集处理系统。村镇居民产生的厨余垃圾通常混入普通生活垃圾中，被送入市政垃圾填埋场或焚烧厂进行处理处置。但厨余垃圾成分复杂，含水率和有机物浓度较高，极易腐化，运输中容易产生恶臭，滋生蝇蚊，影响环境卫生，进入填埋场后，由于厨余垃圾粘度大、分散性差，不利于在填埋场中的
34、摊铺和压实。此外，根据上海市秸秆综合利用规划 （2010-2015） ，上海市年秸秆产量约为120 万 t，其中以水稻秸秆最大，约占总量 83%，每年，约有 17%左右秸秆无法得到有效利用，放置则占用大量土地面积，燃烧则严重污染环境，如何合理处理处置农作物秸秆，也是现在正面临的一大难题。与城镇垃圾收集系统相比，村镇垃圾收集点更为分散，运输和存放耗时长，张黎等 57研究表明，村镇垃圾收集处理系统中，运输成本约占 50%以上，如果能对村镇垃圾中有机成分进行原地资源化利用，不仅可以降低处理成本，也可以极大降低运输成本。针对长三角村镇地区同时存在低 COD/N 污水难处理和廉价生物质（秸秆、厨余）难有
35、效利用问题，本课题研究一种适合我国农村地区的廉价生物质外碳同济大学 硕士学位论文 廉价有机质外碳源利用强化新农村低碳污水处理研究14源强化脱氮的污水处理方式，以农村中常见的储量丰富的廉价生物质厨余和秸秆作为外碳源，改善农村污水存在的有机物浓度低、C/N 严重失调等问题。此外，本课题对秸秆和厨余的碳源投加方式进行优化，将其经过厌氧水解预处理后的水解液加入缺氧段，研究最佳预处理和水解工艺参数，用以提高外加碳源的品质和工程投加的可操作性。最后，本课题通过外碳源强化生物处理系统脱氮小试，研究生物质水解液碳源的技术可靠性与经济可行性，以期为低碳氮比农村污水处理提供一种廉价高效碳源，并为秸秆和农村厨余等庭
36、院垃圾减量化开辟新思路。2.2 研究内容（1）廉价生物质反硝化潜力测试试验对稻草和厨余生物质反硝化潜力进行研究，主要内容为：分别通过单因素试验和响应面试验，研究温度、碱浓度、处理时间和固液比等关键预处理参数对稻草反硝化潜力的影响，并对这些参数取值进行优化，以求获得最佳的稻草碱处理条件；选取长三角农村地区具有代表性的厨余成分，对厨余的反硝化潜力进行测试，为后续小试研究做好工况参数选取依据和设计基础。（2）稻草最佳厌氧水解批次试验本部分通过稻草厌氧水解批次试验，探究 NaOH 浓度、预处理时间、破碎粒径、发酵 pH 和基质比等工况参数对稻草水解效果影响，寻求最佳预处理和水解控制条件，以此改善稻草水
37、解液生化性，提高其碳源品质，主要测定指标为：水解液中短链脂肪酸（VFA） 、戊糖、己糖等小分子有机物浓度和稻草残渣中木质纤维素组分含量。（3）厨余最佳厌氧水解批次试验本部分主要通过 VFA 产量、产酸底物（戊糖、己糖和蛋白质）浓度和厨余降解率等方面，重点研究 pH 值、基质比（F/M）等参数对厨余生物质水解效果的影响。此外，选取厨余中几种含量高的主要组分，对厨余组分的厌氧水解规律和动力学特性进行研究，为后续外碳源投加小试试验关键设计参数选择提供理论支撑。（4）廉价生物质外碳源小试试验研究将生物质外碳源投加与长三角农村地区广泛采用的 AO-MBR 工艺进行组合，建立起组合工艺小试装置，分别研究稻
38、草和厨余外碳源对工艺运行，特别是反硝化脱氮效果的影响。并对生物质碳源的投加方式、频率和投加量等重要控制参数进行优化，以期探究出一种廉价高效生物质碳源和一种运行稳定、管理维第 2 章 研究目的、内容与方法15护方便的生物质碳源投加方式。（5）廉价生物质补充外碳源技术经济性分析在前面几部分生物质外碳源投加试验研究基础上，本章节对廉价生物质补充碳源处理新农村低 COD/N 污水工艺进行技术经济分析，用以评价稻草和厨余作为外碳源使用的技术经济性和可行性。2.3 技术路线确定研究内容与目标 ， 制定详细实施方案前期研究工作基础积累 国内外资料调研与分析秸秆厌氧水解产酸碳源利用研究廉价有机质外碳源利用强化
39、新农村低碳污水处理研究最佳预处理条件研究最佳发酵控制条件研究秸秆水解酸化机理研究发酵液提供反硝化碳源性能评价碳源反硝化参数研究发酵液碳源投加研究农村厨余垃圾厌氧水解碳源利用研究农村厨余垃圾特性调研最佳发酵条件研究廉价有机质外碳源耦合 M B R 处理新农村污水小试研究开发一种廉价碳源用于新农村低碳污水处理 ， 并实现庭院垃圾的减量化 ， 对此碳源性能进行评价 ， 并确定工艺设计参数图 2.1 研究技术路线同济大学 硕士学位论文 廉价有机质外碳源利用强化新农村低碳污水处理研究162.4 研究方法2.4.1 主要指标分析方法本研究均采用国标或文献中报道的分析方法，具体如表 2.1 所示。表 2.1
40、 试验指标测试方法序号 分析项目 分析方法 方法来源1 COD 重铬酸钾法 GB11914-892 MLSS 105烘干称重法 GB11901-873 MLVSS 600烘干称重法 GB11901-874 NH4+-N 纳氏试剂比色法 GB7479-875 NO3-N 紫外分光光度法 GB11894-896 NO2-N N-（1-萘基）-乙二胺光度法 GB/T7493-19877 TN 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法 GB11894-898 TP 钼酸胺分光光度法 GB11893-899 己糖 蒽酮 -硫酸试剂法 5810 戊糖 地衣酚 -盐酸试剂法 5911 溶解氧 电化学法 GB11913
41、-8912 pH 玻璃电极法 GB6920-8613 蛋白质、腐植酸 修正Lowry（酚试剂法） 6014 挥发性脂肪酸 气相色谱法 6115 木质纤维素 Van Soest 定糖法 62COD、MLVSS、MLSS、NO 3-N、NO 2-N、NH 4+-N、TN 和 TP 的测定均采用国标法，如表 2.1 所示；pH、溶解氧测定采用仪器直接测定法；己糖测定采用蒽酮- 硫酸试剂法，以葡萄糖作为标准物质；蛋白质测定采用酚试剂法，以牛血清蛋白作为标准物质；戊糖测定采用地衣酚-盐酸法，以木糖作为标准物质；木质纤维素测定采用 Van Soest 定糖法，将木质纤维素使用强酸水解分离后，分别采用蒽酮-
42、硫酸试剂、地衣酚-盐酸试剂和重量法进行测定。VFA（包括乙酸、丙酸、异丁酸、正丁酸、异戊酸和正戊酸）测定采用气相色谱法测定。所用仪器为 Agilent 6890N 气相色谱分析仪，其检测器和色谱柱分别为火焰离子化检测器（Flame Ionization Detector，FID）和 DB-WAXeter 毛细管柱（30 m530 m1 m） 。测定条件：样品采用自动进样，进样量为 1.0 L；载气和尾吹气均为 N2，流速分别为 6.4 mL/min 和 25.0 mL/min；进样口和第 2 章 研究目的、内容与方法17检测器温度分别为 200 和 220 ；柱温先在 55 下维持 1 min
43、，然后以 30 /min 的速率升到 110 ，保持 1 min，之后以 10 /min 的速率提高到 200，最后以 30 /min 的速率迅速提高到 220 ，保持 1min。EEM 测定采用日立Hi-tachi 65500 型荧光光度计，发射光源为 150W 氙灯，荧光倍增管电压为 400 V，荧光发射与激发狭缝宽度均为 10nm，荧光最大发射波长和最大激发波长分别为 200550 nm、200500 nm，扫描间隔为 5 nm。分子量分布（MW）采用凝胶色谱仪（LC-10ATVP，SHIMADZU ，日本）进行测定，采用 TSK G4000SW 凝胶色谱柱 （TOSOH，日本） ，以聚
44、乙二醇为标准物质。2.4.2 其他指标分析方法（1）碳源反硝化潜力（DP）根据 NUR 实验 63，碳源反硝化潜力（Dentrification potential，DP）是指在室温（20 ） ，给反硝化菌提供高底物浓度等适宜条件，以测试反应容器中外加碳源的最大反硝化能力（以每 g 电子供体反硝化脱氮量计，mgN/g ） 。具体测试方法为：在 1L 密闭容器（如图 2.2 所示）中加入一定量外碳源（ 1 gVS） ，100 mg NO3-N（以 KNO3 形式） ，然后加入一定量曲阳污水厂反硝化段污泥，用蒸馏水调节混合液体积至 1 L，VSS 浓度为 1 g/L。然后，将容器置于恒温磁力搅拌器
45、中运行，调节转速为 150 r/min，温度为 20 ，每隔 4 小时测定反应器中的硝态氮（NO 3-N）和亚硝态氮（ NO2-N）含量，当残留 NO3-N 浓度低于20 mg/L，向容器中继续补充 KNO3，直到硝态氮和亚硝态氮含量不变时（前后差值小于 5%） ，即可认为碳源的反硝化能力已消耗完全，反硝化达到极限。根据反应前后 NO3-N 和 NO2-N 差值，计算出去除的 NO3-N 和 NO2-N 总量，记为NO 3-N 和NO 2-N。由于反硝化过程为 64：-3222NONO（2.1）其中，61.8%的 COD64用于将 NO3-N 转化 NO2-N，因而反硝化潜力可表示为： ，mg
46、N/g。- -32DPNO0.618同济大学 硕士学位论文 廉价有机质外碳源利用强化新农村低碳污水处理研究18图 2.2 DP 测试装置图（1：恒温搅拌器；2：反应器；3：温度探头；4：搅拌装置）（2）硝化速率（AUR）将污泥洗净后加入到 1 L 的广口瓶中，控制污泥浓度 23 g/L，加入适量的氯化铵使得初始氨氮浓度 20 mg/L 左右，投加适量碳酸氢钠提供碱度，对混合液进行曝气，使得其溶解氧浓度为 68 mg/L，每隔 15 分钟从反应器中取样过滤，并滴加浓硫酸终止反应，连续取样 2 小时，试验过程中注意控制 pH 以防止碱度不足抑制硝化作用，将过滤好的样品测定 NH4+-N，NO 3-
47、N，NO 2-N，将NO3N +NO2-N 的值与时间作直线，或将 NH4+-N 的值与时间作直线，由直线的斜率即可得到硝化速率的值。（3）反硝化速率（NUR）然后加入一定量 AO-MBR 缺氧段污泥，用蒸馏水调节混合液体积至 1 L，混合液滤液中 TN 约为 5560 mg/L，COD 浓度约为 200 mg/L，VSS 浓度为 1 g/L，加入适量 ATU 使其浓度约为 10 mg/L（抑制自养菌的活性） ，将瓶口密封。然后将容器置于恒温磁力搅拌器中运行，调节转速为 150 r/min，温度为 20。每隔 15 min 从反应器中取样过滤，并滴加浓硫酸终止反应，连续取样 2 小时每隔 30
48、 min 测定反应器中的硝态氮（NO 3-N）和亚硝态氮（NO 2-N）含量，测定持续 4 h。NO 3-N 测定采用紫外分光光度法， NO2-N 测定采用 N-（1-萘基）-乙二胺光度法。根据反应前后 NO3-N 和 NO2-N 差值，计算出去除的 NO3-N 和NO2-N 总量，记为 NOx-N。NO x-N 的值与时间作直线，由直线的斜率即可得到反硝化速率的值。2.4.3 试验分析仪器本研究采用试验分析仪器如表 2.2 所示。第 2 章 研究目的、内容与方法19表 2.2 试验采用测试仪器序号 仪器名称 制造商1 HI-tachI65500 型荧光光度计 日本日立公司2 Mastersi
49、zer 3000 型激光粒度分析仪 英国马尔文公司3 TOC-VCPN 型总有机碳分析仪 日本岛津公司4 L110ATVP 型凝胶色谱测定仪 日本岛津公司5 Nicolet 5700 型智能傅立叶红外光谱仪 美国尼高力公司6 高速离心机 (GL-20B) 上海冷冻离心机厂7 pHS-3 精密数显酸度计 美国哈希公司8 UV2800 双波长分光光度计 美国尤尼科公司9 D600 厨余垃圾破碎机 上海格莱达电气公司10 Agilent 6890N 气相色谱仪（FID 检测器） 美国 Agilent 公司第 3 章 廉价生物质反硝化潜力研究20第 3 章 廉价生物质反硝化潜力研究目前，一些学者 65, 66研究发现：秸秆具有碳源释放稳定、潜力巨大、持续时间长等优点，但也同时存在碳源释放速率缓慢、周期长、残渣较多等缺点，最近，一些学者 66, 67研究发现使用稀碱可以改变稻草的木质纤维素结构，有效去除秸秆纤维中的木质素和半纤维素，处理后的秸秆纤维的结晶度得到改善，生化性显著提高。也有学者 67研究发现，使用稀碱
