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实验装置
本次实验所用反应器为城市污水模拟管网, 位于第五污水处理厂区内, 以城市污水为原水, 反应器由管径为200 mm的有机玻璃质圆形管道组成, 总有效长度32 m, 分四层管段设置, 管道可调节坡度, 并设有循环水箱和回流管.为模拟实际管网避光恒温的真实环境, 在管道外层包裹有2 cm厚的黑色保温材料.为控制管道内污水流速和流量, 在进水管和回流管上安装有阀门, 通过调节阀门的开启度, 实现流速和流量的控制.
1.2 模拟实验条件及进水水质
1.2.1 实验条件
污水管网模拟装置在室温条件下运行, 实验温度为(20±2)℃, 装置密封性良好, 溶解氧为(0.3±0.1)mg·L-1.实验进水通过污水管道内放置的潜污泵至模拟管网系统的循环水箱, 之后在模拟管网系统中进行内循环以模拟实际城市污水管网.
1.2.2 进水水质
实验进水为城市污水管网中的生活污水, TCOD(总有机物)为417~730 mg·L-1; TN(总氮)为39.80~61.72 mg·L-1; TP(总磷)为6.95~9.68mg·L-1; pH为6.5~7.50.
1.3 样品采集
实验 阶段采用污水与实际沉积物的组合, 模拟污水管网在持续运行180 d后, 由于颗粒态物质的沉降, 会在管道底部形成厚度约为60 mm的沉积层, 设置污水流速为0.1 m·s-1, 运行时间为25 d; 实验第二阶段在模拟城市污水管网中铺设人工配置的石英砂与高岭土, 模拟实际管道沉积物, 用以研究仅在沉积作用与吸附作用下模拟污水管网中污染物质的变化, 了沉积物中污染物反向释放对污水水质的影响, 铺设厚度为60 mm, 铺设沉积物密实度与实际污水管道沉积物相似, 用灭菌污水运行反应器, 并去除管壁生物膜, 设置污水流速为0.1 m·s-1, 运行时间为61 d.
在 阶段和第二阶段实验中, 污水在模拟城市污水管网中停留的时间为14 h, 即每天08:00给模拟污水管网换新污水, 运行15 min稳定后, 在取样口采集进水样品、沉积物样品和甲烷气体; 每天22:00在取样口采集出水样品、沉积物泥样和甲烷气体.
1.4 分析方法
CH4的测定选用气相色谱法, 分析仪器为GC-2014气相色谱仪.检测器为热导检测器, 色谱柱型号为TDX-01填充柱.柱温设置为100℃, 保持10 min. N2作为尾气, 流速为10.0 mL·min-1. Ar作为载气, 流速为48 mL·min-1.使用标准气体混合气校准, 其组分为37%CO2、4%N2、0.802%H2以及CH4.
化学需氧量COD采用重铬酸钾法测定; 总氮采用碱性过硫酸钾消解法测定; 总磷采用钼锑抗分光光度法测定.
实验所取样品均为随取随侧, 每个取样点的分析都设置3组平行样测定, 取平均值作为终的有效数据.
生活污水处理厂对总氮的去除方法采用冷凝水除铁器工艺
在自然界中，氮以无机氮和有机氮两种形式存在。包括硝酸盐、亚硝酸盐等无机氮和蛋白质、氨基酸等有机氮。其中水体中总氮的定义就是水体内无机氮和有机氮的含量总和。
污水的脱氮技术一般可以分为物理化学脱氮和生物脱氮两种技术。其中生活污水处理厂常用的去除总氮的方法是后者。且生活污水处理厂去除总氮含量主要体现在去除水体氨氮的过程中。废水生物处理中氮的转化包括同化、氨化、硝化和反硝化作用。
1、同化作用：废水生物处理中，一部分氮(氨氮或有机氮)被同化成生物细胞的组分。按照细胞干重来计算，生物细胞中氮的含量约为12.5%。
2、氨化作用：有机氮化合物在氨化菌的作用下，分解、转化为氨氮，这一过程成为氨化反应。以氨基酸为例，反应式如下：
RCHNH2COOH+O2→NH3+CO2+RCOOH
氨化菌为异养菌，一般氨化过程与生物去除有机物同时进行，有机物去除结束时，已经完成氨化过程。
3、硝化作用：硝化左右是由硝化细菌经过两个过程，将氨氮转化为亚硝酸亚氮和硝酸盐氮。
氨氮的细菌氧化过程为：
NH4++3/2O2→NO2-+H2O+2H+
亚硝酸氮的细菌氧化过程为：
NO2_+1/2O2→NO3_
总反应式：
NH4++2O2→NO3_ +H2O+2H+
4、反硝化作用：反硝化作用是在缺氧条件下。将亚硝酸氮和硝酸氮还原成气态氮(N2)或N2O、NO。参与这一生化反应的是反硝化细菌，这类细菌在缺氧条件下，将硝酸根和亚硝酸根作为电子受体。
