氨氮在好氧條件下氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽(硝化), 隨后在缺氧條件下還原為氮?dú)?反硝化), 以上兩個(gè)步驟同時(shí)發(fā)生在同一反應(yīng)器中, 即為同步硝化反硝化(SND).相比活性污泥法, 生物膜法的優(yōu)勢為在單一反應(yīng)器上實(shí)現(xiàn)SND (Pochana et al., 1999).SND脫氮效率的主要影響因素包括：碳源、溶解氧(DO)、生物膜形態(tài)學(xué)和微生物群落, 以及反應(yīng)器的操作條件等(Fu et al., 2010)。
不同的COD / NH4+(C / N)的比例會(huì)影響微生物群落的比例.微生物群落在生物膜中進(jìn)行著物質(zhì)交換, 然而微生物活動(dòng)會(huì)影響生物膜中的物質(zhì)傳遞(Fu et al., 2010;Vanbenthum et al., 1997).在前人研究的基礎(chǔ)上, 本文將進(jìn)一步研究以下問題(Deygout et al., 2013):首先由于不同C/N產(chǎn)生的不同微生物群落比例對(duì)于新填料生物膜的SND過程有何影響?其次不同C/N對(duì)生物膜中的物質(zhì)傳遞速率有何影響?其傳遞速率對(duì)于生物膜SND過程有何影響?
物質(zhì)傳遞中的DO在生物膜中的擴(kuò)散限制促成了好氧、缺氧和厭氧微生物共存于生物膜中, 氧分層有利于生物膜SND的進(jìn)行(Mattei et al., 2015).周小紅等用微電極研究異養(yǎng)生物膜的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù), 結(jié)果表明生物膜外部的葡萄糖濃度對(duì)生物膜內(nèi)DO擴(kuò)散有抑制的影響(Sriwiriyarat et al., 2008).而這種影響對(duì)生物膜SND過程的影響研究是少有的(Zhou et al., 2012).本試驗(yàn)將用微電極測量不同C/N生物膜中的DO變化, 分析DO傳質(zhì)系數(shù), 進(jìn)一步研究不同C/N下的DO傳質(zhì)系數(shù)對(duì)新填料生物膜SND過程的影響.由于微電極的脆弱性, 鮮有報(bào)道關(guān)于它應(yīng)用于填料上的生物膜的測量.***普遍的方法是從填料上刮下生物膜放置于海綿上或在海綿上培養(yǎng)生物膜來進(jìn)行測量, 但生物膜周圍的營養(yǎng)基質(zhì)和主反應(yīng)器中不一樣(Ning et al., 2014;Zhou et al., 2012).本研究創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)蠕動(dòng)泵將主反應(yīng)器與測量槽連接在一起, ***大限度地還原生物膜周圍的真實(shí)營養(yǎng)基質(zhì), 提高生物膜DO測量的可靠性.生物膜特性, 如EPS、外部形態(tài)、厚度和生物量也影響生物膜物質(zhì)的傳遞.它對(duì)新填料上的生物膜SND有怎樣的影響, 與物質(zhì)傳遞和生物群落有怎樣的影響, 也是本文研究的方向(Horn and Hempel, 1997;Bassin et al., 2012).總之, 不同C/N會(huì)產(chǎn)生生物膜不同的SND, 但其中包含的因素有多種.本實(shí)驗(yàn)旨在研究新填料由于不同C/N產(chǎn)生不同的物質(zhì)傳遞、生物群落、生物膜特性對(duì)于SND過程的影響。
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