2.3同一生物膜内不同物质分布规律

图8不同C/N下生物膜内各物质浓度分布


比较图8中3个图可以得到：在不同C/N比条件下，各物质浓度在生物膜内的变化趋势并没有不同，但是各物质浓度有较大的差别。C/N=2时，存在好氧区和厌氧区，几乎不存在缺氧区，C/N=5和C/N=10时距离生物膜底部分别出现400μm和500μm的缺氧区，这是由于提高了水相中的COD浓度，促进了生物膜内微生物的生长，一方面加快了的DO的消耗，另一方面增加了生物膜厚度，阻碍了DO的传质，从而使得生物膜内呈现出上部好氧底部缺氧的分布。


NO3-浓度在C/N=2的生物膜内最高，在C/N=10的生物膜内最低，而NO2-浓度与NH4+浓度在各生物膜内分布规律与之相反，这是由于在高C/N条件下，有机负荷高，抑制了硝化反应的进行，促进了反硝化反应，使得硝化反应充分，反硝化反应不彻底，从而导致生物膜内NH4+浓度较高，NO2-浓度升高，NO3-浓度降低。同时，比较3个图可以看出，NO2-、NO3-两条浓度曲线随着C/N的升高从分离到交叉，这是由于高C/N条件下培养的生物膜较厚，生物膜内出现了好氧，厌氧和缺氧区，导致生物膜内发生了同步硝化反硝化，不利于NO3-的积累，也会导致NO2-浓度升高，NO3-浓度降低。


2.4不同C/N比条件下TN的去除效果


检测3组反应器TN出水浓度，结果如图9所示。

图9 TN进出水浓度


本实验中进水TN浓度为30mg/L,出水TN浓度分别为22.50,22.11,24.84mg/L,TN去除率分别为25%、26.3%和17.2%.可以看出3种C/N比条件下，TN的去除率都较低，C/N=10时，TN的去除率最低。总氮去除率不高，主要原因是氨氮的硝化过程受到了抑制，C/N比越高，意味着有机负荷高，异养菌大量增殖，成为优势菌种，对氨氧化菌（AOB）产生抑制作用，不利于硝化反应的进行，此外在高C/N下，营养物越充分，越有利于微生物的生长，微生物消耗的DO就会越多，导致生物膜内DO浓度降低，而硝化反应是耗氧的，这也不利于硝化反应的进行。


3结论


3.1在设定的实验条件下，生物膜经培养到45d左右达到成熟，C/N比为2、5、10这3种条件下对应的生物膜厚度分别为（1.7±0.1），（1.9±0.1），（2.0±0.1）mm,生物膜厚度随着C/N比的增大而逐渐增大。


3.2在C/N=5和C/N=10时，在生物膜内纵深方向依次存在好氧、缺氧、厌氧3个区，生物膜内发生了同步硝化反硝化反应。C/N=10比C/N=5的NH4+去除率高13.3%,这说明在初始氨氮浓度相同时，适量的增加COD浓度会提高NH4+-N的去除率。


3.3微电极的测试结果表明，生物膜内的DO浓度、NH4+浓度和NO3-浓度沿纵深方向逐渐递减，而NO2-浓度在生物膜内则是沿着纵深方向逐渐递增。3种C/N比条件下，生物膜内的物质浓度表现出明显的差异性。