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1實驗部分

1.1材料和儀器

本實驗采用人工配水，葡萄糖為碳源，硫酸銨提供系統(tǒng)所需氮源，磷酸二氫鉀提供系統(tǒng)所需的磷源，碳酸氫鈉調節(jié)水質的pH值，還包括硫酸鎂，硫酸鐵等微量元素，以上試劑均為國產分析純。實驗廢水的水質指標為COD500mg/L，氨氮（NH4+-N）30mg/L，總磷（TP）5mg/L，pH為7.0~7.5。實驗中使用的氧化銅納米材料（COPPER(Ⅱ)OXIDE,NANOPOWDER，<50NM，TEM）購于Sigma-Aldrich（Shanghai）TradingCo.Ltd，其分子量為79.55g/mol，比表面積為25~40m2/g。分散劑十二烷基苯磺酸鈉（sodiumdodecylbenzenesulfonate，SDBS）購于天津市光復精細化工研究所，用于保證CuONPs溶液制備的均勻性。實驗所用儀器：LongerPumpRYZ1515X蠕動泵，JJ-1A數(shù)顯電動攪拌器，LZB-4WB氣體轉子流量計，ACO-420電磁式空氣壓縮機，砂芯微孔曝氣盤，TW-268科德時控器，RO/DIdigital實驗室超純水系統(tǒng)，KQ3200DE型數(shù)控超聲波清洗器，SHZ-Ⅲ循環(huán)水真空泵，國華78-1磁力加熱攪拌器，精天FA2004A電子天平。

1.2實驗裝置

為三套規(guī)格完全相同的裝置，sbr0，SBR1和SBR2。反應器材質為有機玻璃，反應池的設計尺寸為Ф150mm×400mm，有效容積是5L。反應器的運行周期為8h，實驗采用間歇進、出水方式運行，進水10min，攪拌90min，曝氣180min，沉淀90min，出水10min，閑置110min，在進水的同時進行攪拌操作。各SBR反應器水力停留時間（HRT）為16h，污泥停留時間（SRT）為20d左右。曝氣階段使用流量計控制氣體流量，反應器中的溶氧（DO）為0.9~2.5mg/L。

1.3實驗方法

1.3.1CuONPs懸濁液的制備

稱取120mg的CuONPs加到1L的超純水中，并加入0.1mmol/L十二烷基苯磺酸鈉（SDBS），超聲波震蕩1h（25℃，120W，40kHz），得到120mg/L的CuONPs懸濁液，然后稀釋得到濃度為1mg/L和10mg/L的進水溶液。

1.3.2活性污泥的馴化

接種的污泥取自北京某污水處理廠二沉池的普通絮狀污泥。啟動階段向三個SBR反應器中各注入2L的活性污泥，并注滿低濃度配水至反應器有效容積，進行悶曝，2d后開始連續(xù)進水。實驗按照COD：N：P=100:5:1。第一個階段先進行低濃度的進水，COD300mg/L，NH4+-N20mg/L，TP3mg/L，運行時間14d，達到穩(wěn)定階段。第二個階段的進水濃度為COD500mg/L，NH4+-N30mg/L，TP5mg/L。按照進水、攪拌、曝氣、沉淀、排水、閑置進行操作，至三個反應器運行相對穩(wěn)定，使適應模擬廢水的微生物得到生長繁殖，進而有處理模擬廢水的能力。

1.3.3CuONPs對SBR反應器長期運行影響

實驗中反應器分為對照組SBR0，實驗組SBR1和SBR2。通過對各個指標的數(shù)據(jù)監(jiān)測，待三個反應器運行穩(wěn)定后，對反應器SBR1和SBR2分別連續(xù)投加濃度為1mg/L和10mg/L的CuONPs溶液。反應器運行120d，每隔1d在SBR反應器出水階段進行水樣采集，并測定出水指標，分析比較不同濃度（1mg/L和10mg/L）CuONPs曝露隨時間變化對反應器的出水影響，如COD、三氮（NH4+-N、NO3--N和NO2--N）和TP的出水濃度。

1.4分析項目及方法

常規(guī)指標的測定方法如下，COD：重鉻酸鉀法；NH4+-N：納氏試劑光度法；TP：鉬酸銨分光光度法；NO3--N：麝香草酚分光光度法；NO2--N：N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法；DO：HANNAHI9146N-便攜式DO測定儀；pH、水溫：HANAHI8424pH/ORP/T-測定儀；MLSS：重量法。

2結果與討論

經(jīng)過啟動階段40~50d的運行，3個反應器SBR0、SBR1和SBR2出水水質相對穩(wěn)定，出水COD、NH4+-N和TP均值分別達到22.14mg/L、0.36mg/L和0.20mg/L左右，COD、NH4+-N、TN和TP的去除率分別達到了95.6%、98.8%、80.0%和96.0%，之后對SBR1反應器和SBR2反應器進行1mg/L和10mg/L濃度的CuONPs長期投加實驗。出水COD的濃度隨運行時間的變化如圖2所示，SBR1和SBR2在運行20d后，出水COD濃度出現(xiàn)較大的波動，SBR2的出水COD值達到40~50mg/L之間，到第40天的時候，SBR1和SBR2反應器與SBR0反應器的運行情況趨于一致，說明活性污泥對水質的變化需要一定的時間適應，且其具有一定的抵抗性和恢復性。SBR0、SBR1和SBR2最終出水COD值分別穩(wěn)定在22.14mg/L、25.36mg/L和25.68mg/L左右，COD去除效率分別為95.6%、94.9%和94.8%，去除率相差不大。 出水NH4+-N濃度隨運行時間的變化如圖3所示，結果表明，投加不同濃度CuONPs后，SBR1和SBR2的NH4+-N出水濃度與對照組SBR0的出水濃度高度一致，出水NH4+-N值穩(wěn)定在（0.4±0.05）mg/L，去除率達到98.5%~98.8%。NH4+-N被完全轉化，表明CuONPs對系統(tǒng)中的亞硝化細菌和硝化細菌的活性沒有產生影響。實驗運行20d后，實驗組出水TP的濃度開始出現(xiàn)波動，出水TP濃度升高，且SBR1和SBR2的趨勢一致，運行80d后出現(xiàn)明顯的差異，最終SBR1和SBR2出水分別穩(wěn)定在1.07mg/L和1.55mg/L左右，去除率達到了78.6%和69.0%，而對照組SBR0的出水穩(wěn)定在0.20mg/L左右，其去除率為96.0%。由此可見CuONPs對反應器的TP去除產生了一定程度的影響，濃度高的影響更嚴重，表明CuONPs的投加降低了顆粒污泥的除磷效果。出水NO3--N濃度隨運行時間的變化，運行40d后，SBR2出水NO3--N濃度開始下降，運行60d后SBR1出水NO3--N濃度也開始下降，SBR1和SBR2最終分別穩(wěn)定在3.86mg/L和3.01mg/L左右，相比于對照組SBR0的NO3--N平均累計值5.86mg/L，分別降低了34.1%和48.6%。說明CuONPs的投加對反硝化細菌的活性具有增強作用，投加CuONPs濃度越高對反硝化細菌活性增加也越高。出水NO2--N的濃度隨運行時間的變化，SBR1和SBR2運行趨勢與對照組SBR0的運行情況相一致，在排水階段系統(tǒng)中沒有出現(xiàn)NO2--N的累積。通過測定周期內NO2--N的變化，在曝氣中段NO2--N的積累達到了最高，在曝氣階段末，NO2--N基本被轉化完全，投加CuONPs后的SBR1和SBR2與對照組SBR0的運行情況相一致，可見CuONPs對脫氮過程中亞硝化細菌的性能也沒有產生顯著影響。

3結語

本實驗研究了不同濃度CuONPs長期暴露（120d）對SBR出水的影響。結果表明，投加CuONPs之后，其對SBR出水COD、NH4+-N和NO2--N沒有明顯影響，但是對出水TP具有抑制作用，且CuONPs投加濃度越高抑制效果越強。CuONPs對出水NO3--N具有促進作用，從進而提高了總氮的去除率。建議研究者可以從微生物群落的變化及各種酶活性方面來進一步開展深入的研究。

作者：杜志澤 王曉慧 海熱提 玉琳 李媛 單位：北京化工大學北京市水處理環(huán)保材料工程技術研究中心