且生物膜法需要较多的填料和支撑物，处理 需要4.3g02,实际工程设计计算时一般采用 设备投资费用高，另外，生物膜中生长的微 4.57g。其中亚硝化反应需要3.34g,硝化反 生物并非是特定高效微生物种群，或这类种 应需要1.14g。在反应过程中还消耗水中的 群所占比例很低。到70年代末80年代初人 重碳酸碱度7.14g(以CaC03计)。亚硝酸菌 们逐渐将生物工程中的固定酶技术应用于 和硝酸菌分别增重0.146g和0.019 废水处理领域，并开始了人工强化固定化微 2.包埋菌颗粒 生物技术的研究和应用。) 2.1包埋菌颗粒的制备 实验用包埋菌颗粒是由溶胶一凝胶与 1.生物法脱氮 Ⅳ结合法制成的不同载体颗粒，该方法通 1.1生物脱氨硝化机理 过在温和常温条件下紫外线照射使载体中 单体交联聚合，提升了聚合效率，同时也不 硝化反应是在好氧状态下，将氨氮转化 会破坏微生物的活性。包埋菌颗粒为 为硝酸盐氮的过程。硝化过程是由一群自养 3mm*3mm*3mm立方体，棕黄色或白色，无明 型好氧微生物完成的，它包括两个基本反应 显气味，密度略比水大，在适量曝气的情况 步骤。第一阶段是由亚硝酸菌将氨氮转化为 下可悬浮于水相。包埋颗粒具有基质通透性 亚硝酸盐，成为亚硝化反应。亚硝酸菌中有 好，载体物理强度和化学稳定性好的优点。 亚硝酸单胞菌属，亚硝酸螺旋杆属和亚硝酸 2.2包埋菌的驯化 球菌属等。第二阶段则是由硝酸菌将亚硝酸 2.2.1驯化的目的 盐进一步氧化为硝酸盐，称为硝化反应。硝 新制备的包埋菌颗粒是由活性污泥包 酸菌有硝酸单胞菌属，螺旋杆菌属和球菌属 等。亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌，均是 埋制得，故而包埋菌颗粒中硝化细菌含量很 低，针对性较差，处理效果亦较差，因此需 化能自养菌。这类菌利用无机碳化合物如 要通过驯化激活硝化菌的生长繁殖，从而达 C02、C0,、HC0g等作为碳源，通过与NH、 到最佳的处理效果。 NO2、NO的氧化反应来获得能量。 2.2.2包埋菌驯化过程 硝化反应经历氨氮被氧化为亚硝酸盐 向反应器中加入250ml氨氮模拟废水， 和亚硝酸盐被氧化为硝酸盐两个阶段。其生 废水浓度为40mg/1。在长期大量曝气的情况 化反应如下：第一阶段 下进行驯化。当氨氮废水浓度较低时换水继 NH+1.502 N02+2H+H20+E 续曝气。 (1-1) 驯化初期，由于包埋菌内微生物活性较 第二阶段 低，且数量也较少，因此消耗速度较慢，可 N02+0.50 NO.+E 以两到三天换一次水，驯化一段时间后随着 (1-2) 处理效果的提升，可以24h换一次废水。一 这两个反应式都是释放能量的过程。亚 段时间之后，可以发现包埋菌颗粒体积膨胀， 硝酸菌和硝酸菌就是利用这两个反应产生 表面棱角变得较圆滑，含水量明显增加，此 的能量来合成新菌体和维持正常的生命活 时驯化完成。 动。氨氮转化为硝态氮并不是去除氮而是减 2.2.3实验装置 少它的需氧量。上述两式合起来可以写成： 驯化反应器采用的是倒置去底的水瓶， NH+20 N03+2H+H0+E 将其置于数显恒温水浴锅（水浴锅恒温在 (1-3) 30℃)，空气由气泵曝气从反应器底部鼓入， 综合氨氧化和胞体合成反应方程式如 曝气量的大小由节气阀控制。将制备好的每 下： 组包埋菌分别放入各自的反应器中，每次加 NH,+1.8302+1.98HC03-→0.02CH,0,N+0. 入250mL模拟氨氮废水。经过曝气作用， 98N03+1.04H0+1.88H,C03 所有的包埋菌颗粒在反应器中均匀循环，并 其中CH,0N代表合成的细菌体。 与溶质充分接触。 从上述方程式可以计算出氧化1g氨氮且生物膜法需要较多的填料和支撑物，处理 设备投资费用高，另外，生物膜中生长的微 生物并非是特定高效微生物种群，或这类种 群所占比例很低。到 70 年代末 80 年代初人 们逐渐将生物工程中的固定酶技术应用于 废水处理领域，并开始了人工强化固定化微 生物技术的研究和应用。[1] 1. 生物法脱氮 1.1 生物脱氮硝化机理 硝化反应是在好氧状态下，将氨氮转化 为硝酸盐氮的过程。硝化过程是由一群自养 型好氧微生物完成的，它包括两个基本反应 步骤。第一阶段是由亚硝酸菌将氨氮转化为 亚硝酸盐，成为亚硝化反应。亚硝酸菌中有 亚硝酸单胞菌属，亚硝酸螺旋杆属和亚硝酸 球菌属等。第二阶段则是由硝酸菌将亚硝酸 盐进一步氧化为硝酸盐，称为硝化反应。硝 酸菌有硝酸单胞菌属，螺旋杆菌属和球菌属 等。亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌，均是 化能自养菌。这类菌利用无机碳化合物如 CO2、CO3 2-、HCO3 -等作为碳源，通过与 NH3、 NO2 -、NO3 -的氧化反应来获得能量。 硝化反应经历氨氮被氧化为亚硝酸盐 和亚硝酸盐被氧化为硝酸盐两个阶段。其生 化反应如下：第一阶段 NH4 -+1.5O2 -→ NO2 -+2H ++H2O+E （1-1） 第二阶段 NO2 -+0.5O2 -→ NO3 -+E （1-2） 这两个反应式都是释放能量的过程。亚 硝酸菌和硝酸菌就是利用这两个反应产生 的能量来合成新菌体和维持正常的生命活 动。氨氮转化为硝态氮并不是去除氮而是减 少它的需氧量。上述两式合起来可以写成： NH4 ++2O2 -→ NO3 -+2H ++H2O+E （1-3） 综合氨氧化和胞体合成反应方程式如 下： NH4 ++1.83O2+1.98HCO3-→0.02C5H7O2N+0. 98NO3 -+1.04H2O+1.88H2CO3 其中 C5H7O2N 代表合成的细菌体。 从上述方程式可以计算出氧化 1g 氨氮 需要 4.3gO2，实际工程设计计算时一般采用 4.57g。其中亚硝化反应需要 3.34g,硝化反 应需要 1.14g。在反应过程中还消耗水中的 重碳酸碱度 7.14g(以 CaCO3计)。亚硝酸菌 和硝酸菌分别增重 0.146g 和 0.019 2．包埋菌颗粒 2.1 包埋菌颗粒的制备 实验用包埋菌颗粒是由溶胶—凝胶与 UV 结合法制成的不同载体颗粒，该方法通 过在温和常温条件下紫外线照射使载体中 单体交联聚合，提升了聚合效率，同时也不 会 破 坏 微 生 物 的 活 性 。 包 埋 菌 颗 粒 为 3mm*3mm*3mm 立方体，棕黄色或白色，无明 显气味，密度略比水大,在适量曝气的情况 下可悬浮于水相。包埋颗粒具有基质通透性 好，载体物理强度和化学稳定性好的优点。 2.2 包埋菌的驯化 2.2.1 驯化的目的 新制备的包埋菌颗粒是由活性污泥包 埋制得，故而包埋菌颗粒中硝化细菌含量很 低，针对性较差，处理效果亦较差，因此需 要通过驯化激活硝化菌的生长繁殖，从而达 到最佳的处理效果。 2.2.2 包埋菌驯化过程 向反应器中加入 250ml 氨氮模拟废水， 废水浓度为 40mg/l。在长期大量曝气的情况 下进行驯化。当氨氮废水浓度较低时换水继 续曝气。 驯化初期，由于包埋菌内微生物活性较 低，且数量也较少，因此消耗速度较慢，可 以两到三天换一次水，驯化一段时间后随着 处理效果的提升，可以 24h 换一次废水。一 段时间之后，可以发现包埋菌颗粒体积膨胀， 表面棱角变得较圆滑，含水量明显增加，此 时驯化完成。 2.2.3 实验装置 驯化反应器采用的是倒置去底的水瓶， 将其置于数显恒温水浴锅（水浴锅恒温在 30℃），空气由气泵曝气从反应器底部鼓入， 曝气量的大小由节气阀控制。将制备好的每 组包埋菌分别放入各自的反应器中，每次加 入 250mL 模拟氨氮废水。经过曝气作用， 所有的包埋菌颗粒在反应器中均匀循环，并 与溶质充分接触